도시침수 저감대책

왜 배우는가: 도시침수는 집중호우가 잦아지고 도시가 불투수면으로 덮이면서 해마다 반복되는 재해다. 내수침수 대책은 배수시설 설계와 우수유출 저감을 함께 다루므로 시험에서 계획·설계 문제와 대책 문제로 자주 출제된다.

출제 이력: 제111회 4교시 6번, 제104회 4교시 1번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

도시침수 저감대책은 집중호우 시 도시 내 우수를 지하로 스며들게 하고 저류·배제하여 침수 피해를 줄이는 종합 대책이다.

핵심 키워드

• 내수침수: 하천 범람이 아니라 도시 내부 강우가 배수되지 못해 생기는 침수
• 불투수층: 아스팔트·콘크리트로 덮여 빗물이 스며들지 못하는 면
• 우수유출저감시설: 우수의 직접 유출을 억제하는 시설로 침투·저류 기능을 가짐
• 빗물분담량: 각 발생원에서 관리해야 하는 목표 우수량
• 지구단위 홍수방어기준: 상습침수지역 개발 계획에 적용하는 행정안전부장관 기준
• 저영향개발(LID): 토양·식생 등 자연소재로 분산형 빗물관리를 하는 기법
• 합류식·분류식 관거: 오수와 우수를 한 관으로 보내는지 나눠 보내는지에 따른 배제 방식

2. 개념 풀이

쉬운 말로 하면, 비가 땅에 스며들지 못하고 도로와 지붕에서 한꺼번에 흘러 내려가 하수관이 넘치는 것이 도시침수다. 대책은 두 방향이다. 하나는 빗물이 땅으로 스며들거나 잠시 저장되도록 해서 흘러내리는 양을 줄이는 것이고, 다른 하나는 남은 우수를 하수관거와 펌프장으로 신속히 배제하는 것이다.

정식 정의는 자연재해대책법 제2조의 용어 체계로 설명한다. 법은 우수유출저감시설을 우수의 직접적인 유출을 억제하기 위해 우수를 지하로 스며들게 하거나 지하에 가두는 시설과, 가둔 우수를 원활히 흐르게 하는 시설로 정의한다. 또한 빗물분담량은 도시화 이전 자연계 물순환을 회복하기 위해 각 발생원이 관리해야 하는 목표량이다.

핵심 용어를 정리하면 다음과 같다.

• 우수유출저감: 불투수 면적 증가로 늘어난 첨두유출량을 줄이는 것. 법적 정의가 있는 용어로 그대로 쓴다.
• 내수배제: 도시 내부에 내린 빗물을 관거·펌프장으로 밖으로 내보내는 것.
• 저류: 빗물을 일시적으로 가두어 두었다가 천천히 내보내는 것.

3. 등장 배경과 필요성

도시가 개발되면 숲과 논밭이 아스팔트·콘크리트로 바뀐다. 불투수면이 늘면 빗물이 땅으로 스며들 기회가 줄고 지표 유출이 빨라진다. 그 결과 같은 강우에도 유출량이 커지고, 하수관거의 설계 용량을 초과해 도로와 지하공간이 침수된다.

외국 자료에서도 같은 원리가 확인된다. 영어 위키백과의 도시침수 설명은 도시화를 가속하면 불투수면이 늘어 홍수 위험이 커지고, 토양 피복이 배수 경로를 줄인다고 정리한다. 도시 빗물 유출이 지하 침투를 줄여 지하수 함양을 떨어뜨린다는 설명도 같은 방향이다.

국내에서는 제도가 이 필요성에 맞춰 바뀌었다. 자연재해대책법은 개발사업 시행자가 우수유출저감대책을 세우고 우수유출저감시설을 설치하도록 하며, 준공 검사 때 우수유출저감시설 기준 적합 여부를 확인하도록 한다. 또한 행정안전부장관은 상습침수지역 등의 재해 경감을 위하여 필요하면 지구단위 홍수방어기준을 정하고, 재난관리책임기관은 개발사업 계획에 이 기준을 적용해야 한다. 이는 개발 단계에서 침수 위험을 미리 막으려는 제도적 배경이다.

그러므로 도시침수 대책은 사후 배수 용량 확대만으로는 부족하다. 개발 전 단계부터 불투수 면적 증가를 억제하고, 빗물을 지역 안에서 처리하는 체계가 필요하다.

4. 구성요소·원리·절차

도시침수 저감대책은 빗물을 땅에 스며들게 하고, 잠시 가두고, 빠르게 배제하는 세 기능을 조합하는 체계다. 개별 시설 하나로 해결되지 않으므로 발생원에서 하류까지 단계별로 구성요소를 나눠 본다. 구성요소는 발생원 관리시설, 유출 저감시설, 배제 시설로 묶어 설명한다.

구성요소별 역할은 다음 표와 같다.

표의 시설은 위에서 아래로 빗물이 흐르는 순서로 배치된다. 발생원에서 줄인 유출량이 하류 관거의 부담을 낮추는 것이 핵심이다.

원리는 불투수면 증가에 따른 유출 증가에서 출발한다. 포장으로 토양이 막히면 침투량이 줄고 표면유출이 늘어난다. 합리식으로 보면 유출계수 C가 커지고 첨두유출량 Q가 증가한다.

$Q = \frac{1}{360} C \cdot I \cdot A$

여기서 Q는 첨두유출량(㎥/s), C는 유출계수(무차원), I는 강우강도(mm/h), A는 배수면적(ha)이다. 단위 환산은 A 를 ha 로 쓸 때 계수 1/360 을 쓰는 것이 일반적이다. 저감대책은 C 를 낮추거나 유출 시간을 늘려 Q 의 첨두를 깎는 방향으로 짠다.

저감시설의 설계 절차는 다음과 같다.

• 대상 유역의 불투수율과 현 유출계수를 조사한다.
• 계획 강우강도와 유달시간을 정한다.
• 발생원 침투·저류 목표량인 빗물분담량을 배분한다.
• 저류시설 용량을 산정하고 방류 조건을 정한다.
• 하류 배제능력과 연계해 펌프장·관거 능력을 검토한다.
• 준공 시 우수유출저감시설 기준 적합 여부를 확인한다.

다음 구성도는 발생원에서 하류까지의 시설 연결을 보인다.

5. 관련 법령·기준·표준

국내 기준의 중심은 「자연재해대책법」이다. 이 법은 풍수해를 자연재해의 한 유형으로 정의하고, 우수유출저감시설 설치와 기준을 규정한다. 개발사업 시행자는 우수유출저감대책을 수립하고 우수유출저감시설을 설치해야 한다. 지방자치단체장은 준공검사나 사용승인 때 우수유출저감시설 기준의 적합 여부를 확인해야 한다.

관련 기준값과 조건은 다음 표로 정리한다.

법에서 정한 주요 수치는 다음과 같다.

• 개발계획 변경의 경미한 기준은 부지 면적이 10% 미만 변화하는 등 네 가지 요건을 모두 갖추는 것이다.
• 불투수층 면적은 늘어나지 않을 것이 네 가지 요건 가운데 하나다.
• 재해영향평가 계획 검토 기간의 기준은 5년이다.

이 수치는 시행령 제3조에 따른 값이다. 적용 시에는 개발계획의 면적 변화가 기준을 넘지 않도록 설계 초기에 확인한다.

행정안전부장관은 상습침수지역 등의 재해 경감을 위하여 필요하면 지구단위 홍수방어기준을 정한다. 재난관리책임기관은 개발사업 계획을 세울 때 이 기준을 적용해야 한다. 우수 관거의 계획 우수량 산정, 합리식 적용, 관거 설계는 하수도 설계기준의 절차를 따른다.