유수전환 대상 홍수량

왜 배우는가: 유수전환은 댐 공사 중 하천 물을 임시로 돌려보내는 가장 기초적인 가설 공정이며, 그 규모를 정하는 대상 홍수량은 가물막이댐 높이와 공사 기간 안전을 좌우한다. 그래서 수자원개발기술사 시험에서 1교시 용어와 2교시 논술로 반복해 출제된다.

출제 이력: 제135회 1교시 5번, 제95회 2교시 4번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

답안 첫 줄 정의: 유수전환 대상 홍수량은 공사 기간 중 가물막이와 유수전환 시설이 안전하게 통과시켜야 하는 설계 기준 홍수량으로, 공사 기간과 피해 위험도를 고려해 정한다.

• 유수전환
• 대상 홍수량
• 가물막이댐
• 공사 기간
• 재현기간
• 설계 홍수량
• 유수전환 시설
• 피해 위험도

2. 개념 풀이

쉽게 말하면 댐 본체를 짓는 동안 하천의 물을 공사 구역 밖으로 돌려 보내는 것이 유수전환이다. 그 돌려 보내는 시설이 감당해야 할 홍수의 크기가 대상 홍수량이다. 공사 중에는 본체가 완성되지 않아 물을 가둘 수 없으므로, 이 홍수량을 넘기면 가물막이댐이 월류하거나 공사장이 침수된다.

정식으로 정의하면 설계 홍수량(design flood)은 홍수 특성, 홍수 빈도, 홍수피해 가능성과 사회·경제적 요인을 함께 고려해 수공구조물의 설계 기준으로 채택하는 첨두 홍수량 또는 홍수수문곡선이다. 유수전환 대상 홍수량은 이 설계 홍수량 개념을 공사 기간 동안의 임시 구조물에 적용한 것이다.

핵심 용어 풀이는 다음과 같다. 유수전환은 하천 흐름을 본 공사 구역 밖으로 임시로 돌리는 공정이다. 가물막이댐은 공사구역 주위를 일시적으로 둘러쌓아 외수 침입을 막는 가설구조물이다. 재현기간은 어떤 크기의 홍수가 평균적으로 몇 년에 한 번 발생하는지를 나타내는 기간이다.

계획홍수량과 기본홍수량의 구분도 필요하다. 기본홍수량은 댐 등 인위적 개발이 없는 자연상태의 홍수량 중 계획의 기준이 되는 값이다. 계획홍수량은 개발을 고려한 뒤 하도가 부담해야 하는 홍수량이다. 유수전환 대상 홍수량은 공사 중 임시 상태를 기준으로 하므로 이 두 개념과 구분해 쓴다.

3. 등장 배경과 필요성

댐 공사는 하천 한가운데에서 본체를 쌓아야 하므로 하천 흐름을 먼저 처리해야 한다. 우기 중 홍수가 공사장을 덮치면 인명과 장비 피해가 크고, 공정이 지연되며, 가물막이댐 붕괴는 하류 피해로 이어진다. 그래서 공사 기간 동안 어떤 홍수까지 견딜지 기준을 미리 정해야 한다.

미국 Auburn 댐 공사 사례는 이 필요성을 보여준다. 전환 터널이 유입량을 모두 처리하지 못해 가물막이 저수지가 가득 찼고, 가물막이댐이 월류·침식되어 하류로 물이 쏟아졌다. 이 사고 이후 공사 중 홍수 대비 기준의 중요성이 부각됐다. 이 사례는 실제 사고 기록을 요약한 것이다.

또한 가물막이댐 공법은 성토에 의한 가제방과 강널말뚝에 의한 지수벽 등이 있다. 공법에 따라 월류 저항과 누수 특성이 달라지므로 대상 홍수량을 정할 때 구조물 형식도 함께 고려해야 한다. 공사 기간이 길수록 더 큰 홍수에 노출되므로 기간과 홍수 빈도의 관계가 중요해진다.

최근에는 기후변화로 집중호우가 잦아져 공사 중 홍수 기준을 재검토하는 흐름이 있다. 2020년 한국의 집중호우 이후 댐 홍수관리기준을 강화하려는 논의가 있었다. 이처럼 과거 기준이 현재 강우 특성을 반영하지 못하는 문제가 있어, 대상 홍수량은 최신 강우 자료로 다시 검토해야 한다.

4. 구성요소·원리·절차

유수전환(Diversion)은 공사 기간 동안 하천 흐름을 공사 구역 밖으로 돌려 구조물을 마른 땅에서 시공하는 작업이다. 이때 쓰는 임시 구조물인 가물막이와 가배수로가 견뎌야 하는 홍수 규모가 대상 홍수량이다.

가배수로는 대상 홍수량을 안전하게 내보낼 수 있어야 한다. 가물막이 높이는 대상 홍수량에 해당하는 수위에 여유고를 더한 값으로 정한다. 두 시설은 같은 대상 홍수량을 공유하므로 한쪽만 키우면 설계가 맞지 않는다.

공사기간이 길수록 같은 재현기간 홍수의 월류 위험이 커진다. 이것이 대상 홍수량 결정의 핵심 원리다. 공사기간이 길어지면 같은 재현기간의 홍수를 한 번이라도 만날 확률이 높아진다. 이 관계는 다음 식으로 나타낸다.

$R = 1-(1-1/T)^{n}$

R은 n년 동안 재현기간 T년 홍수가 한 번 이상 발생할 확률(0~1), T는 설계 재현기간(년), n은 공사기간(년)이다.

예를 들어 T=10년 빈도로 n=3년 공사를 설계하면 R = 1-(0.9)^3 = 1-0.729 = 0.271, 즉 약 27%다. 결과가 0과 1 사이이고 공사기간이 길수록 커지므로 상식 범위에 맞다. 이 값이 크면 재현기간을 높여 대상 홍수량을 키운다.

대상 홍수량 결정 절차는 다음과 같다.

• 공사기간과 공정표를 확정하고 단계별 가물막이 존속 기간을 구한다.
• 기본홍수량인 자연 상태 확률홍수량을 빈도해석으로 산정한다.
• 단계별 피해 규모와 위험도로 설계 재현기간을 선정한다.
• 선정한 재현기간의 홍수량을 대상 홍수량으로 정한다.
• 가배수로 통수 능력을 대상 홍수량으로 검토하고 가물막이 높이를 정한다.
• 월류 시 침식과 붕괴에 대비해 월류부 보호공과 비상 대책을 세운다.

5단계에서 가배수로 용량이 부족하면 재현기간 선정으로 되돌아가 재검토한다. 통수 용량을 늘리는 방안과 대상 홍수량을 낮추는 방안 중 하나를 골라야 하며, 두 방안의 비용과 위험을 함께 비교한다.

5. 관련 법령·기준·표준

가물막이 대상 홍수량을 직접 규정한 조문은 드물다. 실무에서는 댐 설계기준과 하천설계기준의 홍수량 산정 원칙을 따르고, 공사 조건에 맞게 재현기간을 정한다. 관련 근거는 다음과 같다.

• 「댐건설 및 주변지역 지원 등에 관한 법률」은 댐 건설 절차의 근거 법률이다.
• 댐 설계기준(국토교통부 고시)은 댐 설계홍수량과 여수로 설계의 상위 기준이다.
• 하천설계기준(국토교통부 고시)은 기본홍수량과 계획홍수량의 개념을 제시한다.

위 표에서 댐 설계 기준빈도는 본체 설계 값이다. 가물막이는 공사 중 임시 구조물이므로 본체 기준보다 낮은 빈도를 쓰는 것이 일반적이다. 다만 하류 피해가 크면 본체 기준에 가깝게 높인다.

2020년 기준 댐은 200년 빈도로 설계한다. 2020년 집중호우 이후 환경부는 홍수관리 기준 강화를 추진했고, 2020년 8월 기후위기 대응 홍수대책기획단을 출범시켰다. 기준 강화의 이유는 설계 당시 기준이 오래되어 계획홍수위와 홍수기 제한수위의 차이가 작은 댐이 있었기 때문이다.

홍수기 제한수위는 매년 6월 21일부터 9월 20일까지 유지하는 최고 수위다. 대상 홍수량 산정과 공사 중 가물막이 운영에서도 이 기간의 저수 관리가 함께 고려된다.

가물막이 설계빈도는 통상 공사 규모와 하류 피해에 따라 관련 기준이 정한 빈도 범위에서 정한다. 이 범위는 실무 관행으로 쓰이는 값이며, 법정 기준으로 단정하지 않는다.