유역 홍수량 배분

왜 배우는가: 유역 홍수량 배분은 하천 계획에서 계획홍수량을 상·하류 구간과 저류·조절 시설에 나눠 정하는 기본 작업이다. 제방고, 댐·홍수조절지 규모, 계획하폭이 모두 배분 결과에 따라 달라지므로 실무의 출발점이 된다. 수자원개발기술사 시험에서 기본홍수량과 계획홍수량의 구분과 함께 반복해서 출제된다.

출제 이력: 제102회 4교시 6번, 제90회 2교시 3번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

유역 홍수량 배분은 기본홍수량을 댐·저류지·하도 등 홍수방어 시설에 나누어 하천이 맡을 계획홍수량을 정하는 작업이다.

• 유역 홍수량 배분
• 기본홍수량
• 계획홍수량
• 홍수분담률
• 홍수분담량
• 홍수조절지
• 계획홍수위
• 계획하폭

2. 개념 풀이

쉽게 말하면 하천이 감당할 홍수량을 얼마로 잡을지, 나머지는 어디서 덜어낼지를 정하는 일이다. 상류에 댐을 짓거나 홍수조절지를 두면 하도로 내려오는 유량이 줄어든다. 그 줄어든 양을 어느 시설이 얼마나 맡을지 나누는 것이 배분이다.

정식 정의는 다음과 같다. 자연상태의 홍수량인 기본홍수량은 댐과 유역변경 등 인위적 개발을 무시하고 산정한 확률홍수량의 특정 재현기간 또는 PMF 중에서 채택한다. 기본홍수량을 각종 계획에 맞추어 분석한 뒤 하도가 부담할 계획홍수량으로 바꾸는 과정이 배분과 조절이다.

배분의 핵심 용어는 다음과 같다.

• 기본홍수량: 인위적 개발을 반영하지 않은 자연상태 홍수량이다. 홍수조절과 유역개발의 기준이 된다.
• 계획홍수량: 인위적 개발을 반영한 뒤 하도가 부담해야 하는 홍수량이다. 하천 홍수방어의 기준 유량이다.
• 홍수분담률: 본류와 개별 시설이 전체 홍수량 저감을 나누어 맡는 비율이다.
• 홍수분담량: 분담률을 유량 단위로 환산한 값이다. 시설의 규모와 형식을 정하는 근거가 된다.

배분은 기본홍수량을 그대로 두고 하도에 모두 맡기는 것이 아니다. 시설별 분담량을 빼고 남은 양을 계획 기준으로 삼는다. 이때 계획홍수량은 계획기준점과 계획시설물마다 따로 정한다.

3. 등장 배경과 필요성

하천 개수 초기에는 하도 단면을 키워 모든 홍수를 흘려보내는 방식이 일반적이었다. 그러나 도시화로 유역의 첨두홍수량이 커지고, 하도만으로 감당하기에는 토지와 경제적 비용이 지나치게 늘어났다. 이에 상류 저류와 하도 통수를 함께 쓰는 종합적 치수가 필요해졌다.

여러 시설을 함께 쓰면 각 시설이 맡을 몫을 정해야 한다. 이 몫이 정해지지 않으면 어느 시설을 얼마나 키울지, 하도 제방고를 얼마로 할지 정할 수 없다. 그래서 배분은 치수계획 전체의 기준을 정하는 단계로 자리 잡았다.

현행 법령에서도 같은 구조가 드러난다. 「하천의 구조·시설 기준에 관한 규칙」은 저류지와 홍수조절지의 규모와 형식을 본류와 해당 시설의 홍수분담률, 홍수분담량, 홍수조절방식에 따라 정하도록 한다. 또 제방고는 계획홍수위에 여유높이를 더한 값 이상으로 정한다. 따라서 배분 결과가 바로 제방과 시설 설계의 입력이 된다.

하천기본계획에도 기본홍수량 및 홍수량의 배분에 관한 사항을 포함해야 한다. 이는 배분이 법정 계획 항목임을 뜻한다. 시험에서는 배분이 왜 필요한지를 치수계획의 연결 고리로 설명하는 것이 좋다.

4. 구성요소·원리·절차

유역 홍수량 배분은 자연상태의 기본홍수량을 하도 상류·하류 구간, 저류·조절시설, 지류 등에 나누어 각 지점의 계획홍수량을 정하는 작업이다. 배분의 구성요소는 기본홍수량, 홍수조절시설의 분담량, 하도가 부담할 계획홍수량으로 나뉜다. 아래 표는 각 구성요소의 의미와 역할이다.

표 아래 설명이다. 기본홍수량은 배분 전 단계의 값이므로 시설 영향을 빼고 산정한다. 계획홍수량은 그 값을 각종 계획에 맞추어 배분하거나 조절한 결과다. 따라서 두 값은 같지 않으며, 계획홍수량이 기본홍수량보다 작아지는 구간에 조절시설이 필요하다는 뜻이다.

배분의 원리는 질량보존과 분담률이다. 유역 출구에서의 홍수량은 상류 유입량에서 조절시설 저류량을 뺀 값으로 본다.

$Q_{out}(t)=Q_{in}(t)-\frac{dS(t)}{dt}$

여기서 Q_{in}은 유입량(㎥/s), Q_{out}은 유출량(㎥/s), S는 저류량(㎥), t는 시간(s)이다. 시설의 분담률은 다음과 같이 정의한다.

$\eta=\frac{Q_{\text{시설분담}}}{Q_{\text{기본}}}\times100\,(\%)$

Q_{\text{시설분담}}은 시설이 줄이는 첨두홍수량(㎥/s), Q_{\text{기본}}은 기본홍수량(㎥/s)이다. 분담률은 본류와 해당 시설의 홍수분담률로 규모와 형식을 정하는 근거가 된다.

배분 절차는 다음과 같다.

• 기본홍수량을 계획기준점별로 산정하고 재현기간 또는 PMF 중 채택값을 정한다.
• 하류 계획기준점의 허용 홍수량과 하도 통수능력을 정한다.
• 기본홍수량과 허용량의 차이를 조절시설 분담량으로 한다.
• 각 조절시설의 규모와 방식을 분담률과 분담량에 따라 정한다.
• 시설 분담을 반영한 계획홍수량으로 계획홍수위와 계획하폭을 정한다.
• 시설 운영 중 방류량이 계획홍수량을 넘지 않도록 방류 조건을 검토한다.

도식은 배분 절차를 한눈에 보여준다.

5. 관련 법령·기준·표준

홍수량 배분은 하천법과 하천의 구조·시설 기준에 관한 규칙이 기준 체계를 이룬다. 계획홍수량은 하천법 시행령에서 정하는 계획홍수량을 쓰며, 제방고는 계획홍수위에 여유높이를 더한 값 이상으로 한다. 아래 표는 조문에 있는 기준값과 조건을 정리한 것이다.

표 아래 설명이다. 제방과 보의 값은 계획홍수위를 기준으로 정해지므로 배분 결과가 바로 설계 치수로 이어진다. 홍수조절지의 규모는 분담률로 정하므로 배분 계산과 설계가 한 흐름이다. 소하천 기준은 여유고와 치수계획규모 표현이 하천 기준과 다르므로 적용 대상을 구분한다.

개정 연혁은 다음과 같다. 하천의 구조·시설 기준 규칙 제5조 제1호는 치수계획규모를 별표 1로 명시하는 형식으로 정리된 것으로 보인다. 소하천 기준은 2020-07-30 판본 기준으로 적용한다. 하천 기준 규칙은 2025-10-01 시행 판본을 기준으로 한다. 제10조의 수문 정의도 현행 판본에서 본류 횡단과 제방 분리 형태로 정리되어 있다.