[논문]극한홍수 저감을 위한 농경지의 저류지화 방안 연구

강형식; 조성윤; 송영일

doi:10.3741/jkwra.2011.44.10.787

극한홍수 저감을 위한 농경지의 저류지화 방안 연구
A Study on Flood Storage Plans of Farmlands for Extreme Flood Reduction 원문보기

韓國水資源學會論文集 = Journal of Korea Water Resources Association, v.44 no.10, 2011년, pp.787 - 795

강형식 (한국환경정책.평가연구원 물순환연구실) , 조성윤 (한국환경정책.평가연구원 물순환연구실) , 송영일 (한국환경정책.평가연구원 환경평가검토센터)

초록
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본 연구는 기후변화에 따른 극한홍수 저감을 위한 하나의 방안으로서 농경지의 저류지화를 통한 홍수저감 방안에 대한 정책 연구이다. 이를 위해 하천의 횡적 공간을 확보하여 저류지로 활용하는 방안을 제안하며 실효성 검증을 위해 낙동강구미 상류지역을 대상지로 선정하여 극한홍수에 대한 홍수저감효과를 분석하였다. 홍수저감효과분석에는 LISFLOOD 모델이 사용되었으며 과거 침수이력이 있는 농경지를 저류지로 활용 하였을 경우 500년 빈도 홍수 발생 시 최대 약 0.53 m의저감효과가있는것으로나타났다. 대상농경지의저류지화를위해해외선진사례분석을통한다각적공간확보방안들이 검토되었으며 그 중 평상시 활용가능성, 비용효과, 토지의 공공성 확보와 계약과 보상에 따른 마찰 등을 고려하여 지역권 설정 및 재해보상제를 활용한 방안들이 대안으로 제시되었다. 또한 낙동강 대상지에서의 토지매수제와 지역권 설정을 통한 공간확보 비용을 비교하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Extreme water events such as heavy rainfalls due to recent climate change are continually increasing and their scale has also shown an increasing trend. To overcome these natural disasters, this policy study suggests securing lateral river space as an effective method for extreme flood. To support the importance of restoration and expansion of lateral river space, Gumi upstream region of the Nakdong River basin was chosen as a target area and flood reduction analysis of the washland by using LISFLOOD model have been examined. The 500-year frequency flood was simulated for the estimation of possibly occurable flood level and it turns out that the secured lateral river space on the selected site effectively lowers about 0.53 m flood level and reduces the flood damage of the city on the lower reaches of the river. In addition, based on this result, multilateral river space securing plans were compared, and conservation easement and natural disaster insurance were suggested for sustainable and cost-effective alternatives. The costs of land purchase and conservation easement for securing the river space were also compared.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서 고려하는 극한홍수는 대상하천에서의 설계 홍수량을 초과하는 홍수량으로서 그 피해가 클 것으로 예상되는 홍수량을 극한홍수라 정의하였다. 따라서 낙동강 유역종합치수계획 보고서에서 제시된 홍수량 중 설계빈도를 초과하는 가장 큰 홍수량인 500년 빈도 홍수량에 대해 모의하였다. 시간에 따른 500년 빈도 유량 조건은 Fig.
앞서 언급된 내용들과 관련하여 본 연구는 극한기후에 대응하여 농경지의 저류지화를 통한 홍수저감 방안 제시를 위한 정책 연구이다. 이를 위해 횡적 하천공간의 홍수위 저감 효과와 다각적 공간확보 방안을 검토하였다.

가설 설정

따라서 본 연구에서는 Fig. 1(b)와 같이 침수이력이 있는 농경지 구간을 대상 하천공간으로 가정하고 홍수 시 저류지로 활용할 경우에 대한 치수효과를 분석하였다.
6은 저류 공간으로서의 농경지 확보 유무에 따른 구미수위표 위치에서의 시간에 따른 수위 차이 변화를 보여주며 이때 음의 값은 공간 확보에 의한 홍수위 저하를 나타낸다. 본 연구에서는 홍수위가 계획홍수위에 도달하였을 때 농경지로 월류되는 것으로 가정하여 모의하였다. Fig.
따라서 낙동강 유역종합치수계획 보고서에서 제시된 홍수량 중 설계빈도를 초과하는 가장 큰 홍수량인 500년 빈도 홍수량에 대해 모의하였다. 시간에 따른 500년 빈도 유량 조건은 Fig. 4와 같이 SWAT 모형으로부터 구축하였으며 2006년 강우량에서 홍수기 때 극한 강우가 발생한다고 가정하여, Fig. 4와 같은 유량 조건을 산정하였다. 본 연구에서 이용된 SWAT 모형은 강형식 등(2011)에 의해 낙동강 유역에 대해 구축된 모형을 이용하였다.

제안 방법

다음으로 하천공간 확보 방안에 대해 국내에서 주로 이용되고 있는 토지 매수제 외에 해외 선진국에서 이용되고 있는 개발권, 이용권, 지역권 등의 방안을 검토하였다. 그 중 토지의 소유권은 원래의 소유자에게 그대로 두고, 극한 홍수시에만 범람시킬 수 있는 권리를 매입하는 지역권에 의한 공간 확보가 타당한 것으로 판단된다.
우선 낙동강 구미 상류 하천에 대하여 과거 침수이력이 있는 임의의 농경지를 선정하여 횡적 하천공간을 확보하고 이를 저류지로 활용할 경우 극한홍수 발생 시 홍수저감효과 대한 수치모의를 수행하였다. 또한 다양한 국내외 공간확보 방안 검토를 통해 대상지역에 적용 가능한 공간확보 방안을 제안하였다.
따라서 모형 구축에 이용된 조도계수가 타당함을 알 수 있다. 또한, 동일 모형을 이용하여 계획 빈도 홍수량에 대한 정상류 모의를 수행하였다. 그 결과, 100년 빈도 홍수량이 정상상태로 유하할 경우, 구미수위표 지점에서 약 31.
먼저 모형의 검·보정을 위해 2006년도 홍수기 유량에 대한 부정류 모의를 수행하였다.
본 연구에서는 기후변화에 의한 극한홍수와 관련하여 횡적 하천공간의 확보를 통한 홍수저감효과 분석과 이를 위한 다각적 공간확보 방안을 제시하였으며 다음의 결론을 도출하였다. 먼저 친환경적 하천공간의 실효성 검증을 위해 대표적 하천공간 활용방안 중 하나인 저류지활용을 통한 홍수저감효과를 분석하였다. 농경지로 사용되는 침수예상지역을 대상지로 설정하여 저류지로 활용할 경우 500년 빈도의 극한홍수 시 최대 약 0.
본 연구에서는 극한홍수 조건으로 500년 빈도 홍수량을 적용하였다. 본 연구에서 고려하는 극한홍수는 대상하천에서의 설계 홍수량을 초과하는 홍수량으로서 그 피해가 클 것으로 예상되는 홍수량을 극한홍수라 정의하였다.
본 연구에서는 기후변화에 의한 극한홍수와 관련하여 횡적 하천공간의 확보를 통한 홍수저감효과 분석과 이를 위한 다각적 공간확보 방안을 제시하였으며 다음의 결론을 도출하였다. 먼저 친환경적 하천공간의 실효성 검증을 위해 대표적 하천공간 활용방안 중 하나인 저류지활용을 통한 홍수저감효과를 분석하였다.
일본 하코지마 유수지의 경우 지역권 설정과 재해보험제를 활용한 농경지의 저류지 활용을 실현한 대표적인 사례라 할 수 있다. 본 지역에서는 지역권 설정에 따라 토지소유자에게 소유지 지가의 1/4에 한하여 한번만 보상하고 홍수 시 농작물 피해에 대해서는 풍수해 보험 및 농업관련 보험을 통해 보상하는 방안을 적용하였다(국토해양부 2008). 지역권 설정과 재해보험제를 활용하여 극한홍수 시 하천공간을 저류지로 활용하는 방안은 매입 재원의 한계를 극복하고 절차상의 마찰을 줄이는 방안으로서 장기적인 관점에서 극한홍수에 대응하여 유동적으로 농지를 활용할 수 있는 최선의 대안이 될 수 있을 것으로 예상된다.
이를 위해 횡적 하천공간의 홍수위 저감 효과와 다각적 공간확보 방안을 검토하였다. 우선 낙동강 구미 상류 하천에 대하여 과거 침수이력이 있는 임의의 농경지를 선정하여 횡적 하천공간을 확보하고 이를 저류지로 활용할 경우 극한홍수 발생 시 홍수저감효과 대한 수치모의를 수행하였다. 또한 다양한 국내외 공간확보 방안 검토를 통해 대상지역에 적용 가능한 공간확보 방안을 제안하였다.
앞서 언급된 내용들과 관련하여 본 연구는 극한기후에 대응하여 농경지의 저류지화를 통한 홍수저감 방안 제시를 위한 정책 연구이다. 이를 위해 횡적 하천공간의 홍수위 저감 효과와 다각적 공간확보 방안을 검토하였다. 우선 낙동강 구미 상류 하천에 대하여 과거 침수이력이 있는 임의의 농경지를 선정하여 횡적 하천공간을 확보하고 이를 저류지로 활용할 경우 극한홍수 발생 시 홍수저감효과 대한 수치모의를 수행하였다.

대상 데이터

계산구간은 낙동강 본류의 감천 하류부부터 구미 하류 부의 왜관 수위표까지이다. 모형 구축을 위한 하상 데이터는 낙동강 하천정비기본계획보고서(국토해양부, 2009)의 자료를 이용하였으며, 모형 검보정을 위한 상류단 유량(Fig. 2) 및 하류단 수위 경계자료는 한국수문조사연보(건설교통부, 2006)의 자료를 이용하였다. 또한 본 모형의 매개변수인 Manning의 조도계수는 국토해양부(2009)의 자료를 이용하였다.

이론/모형

2) 및 하류단 수위 경계자료는 한국수문조사연보(건설교통부, 2006)의 자료를 이용하였다. 또한 본 모형의 매개변수인 Manning의 조도계수는 국토해양부(2009)의 자료를 이용하였다.
본 연구에서는 홍수범람 모형으로 LISFLOOD-FP 모형을 사용하였다. 본 모형은 영국 Bristol 대학의 Paul Bates 교수팀에 의해 개발되었으며, 고해상도의 지형 자료를 이용하는 래스터(raster)기반의 범람 모형이다(Bates and De Roo, 2000). 하도와 홍수터의 지형학적 정보는 ARCINFO 아스키 래스터 자료를 이용하여 구축되며, 하천 흐름에 대해서는 1차원 kinematic wave 모형으로, 범람원에서의 흐름은 2차원 flood spreading 모형을 기반으로 범람 범위를 예측한다.
4와 같은 유량 조건을 산정하였다. 본 연구에서 이용된 SWAT 모형은 강형식 등(2011)에 의해 낙동강 유역에 대해 구축된 모형을 이용하였다. Fig.
본 연구에서는 홍수범람 모형으로 LISFLOOD-FP 모형을 사용하였다. 본 모형은 영국 Bristol 대학의 Paul Bates 교수팀에 의해 개발되었으며, 고해상도의 지형 자료를 이용하는 래스터(raster)기반의 범람 모형이다(Bates and De Roo, 2000).
는 하천 바닥 경사, n은 Manning 조도계수, P는 윤변이다. 위의 지배방정식 (1)과 (2)는 유한차분법에 의해 해석되며, 시간항에 대해서는 양해법이 적용되었다. 한편, 제내지로의 흐름 전파는 두 격자 사이의 수면차이를 이용하여 단순화 시킨 다음의 식을 사용한다.
본 모형은 영국 Bristol 대학의 Paul Bates 교수팀에 의해 개발되었으며, 고해상도의 지형 자료를 이용하는 래스터(raster)기반의 범람 모형이다(Bates and De Roo, 2000). 하도와 홍수터의 지형학적 정보는 ARCINFO 아스키 래스터 자료를 이용하여 구축되며, 하천 흐름에 대해서는 1차원 kinematic wave 모형으로, 범람원에서의 흐름은 2차원 flood spreading 모형을 기반으로 범람 범위를 예측한다. 하천에서의 본 모형의 지배방정식은 다음과 같다.

성능/효과

437+67)에서의 계산수위와 실측수위의 비교 결과를 보여준다. Fig. 3의 계산결과를 살펴보면, 실측 결과와 예측 결과가 매우 잘 일치하는 것을 볼 수 있으며, 특히 첨두 홍수위를 비롯하여 홍수기시 홍수위 상승 및 저감 경향 등 구축된 모형이 이를 잘 재현하고 있음을 확인할 수 있다. 따라서 모형 구축에 이용된 조도계수가 타당함을 알 수 있다.
본 연구에서는 홍수위가 계획홍수위에 도달하였을 때 농경지로 월류되는 것으로 가정하여 모의하였다. Fig. 6을 살펴보면, 500년 빈도의 최대홍수가 발생하였을 경우 횡적 공간 확보에 의해 일시적으로 최대 약 0.53 m의 수위저감 효과가 나타나며 또한 전반적으로 공간확보에 의해 평균 약 0.226 m의 홍수위가 저감되는 것으로 분석되었다. 최대 홍수위가 저감된 후에는 홍수위 감소폭이 줄어드는 것을 볼 수 있는데, 이는 본 연구에서 고려한 저류지의 유형이 홍수류의 유·출입이 자유로운 on-line 형태의 저류지이기 때문이다.
또한, 동일 모형을 이용하여 계획 빈도 홍수량에 대한 정상류 모의를 수행하였다. 그 결과, 100년 빈도 홍수량이 정상상태로 유하할 경우, 구미수위표 지점에서 약 31.75 m의 수위가 계산되었으며, 이는 낙동강하천기본계획보고서 상의 100년 빈도 계획 홍수위 31.91 m와 유사하다. 한편, 500년 빈도 홍수량에 대해서는 본 모형에 의한 계산값이 33.
먼저 친환경적 하천공간의 실효성 검증을 위해 대표적 하천공간 활용방안 중 하나인 저류지활용을 통한 홍수저감효과를 분석하였다. 농경지로 사용되는 침수예상지역을 대상지로 설정하여 저류지로 활용할 경우 500년 빈도의 극한홍수 시 최대 약 0.53 m의 홍수위 저감 효과가 있는 것으로 분석되었다. 이는 상류지역에서의 횡적 공간확보를 통하여 하류지역에서의 홍수 위험을 저감시킬 수 있다는 것을 보여주며, 향후 보다 친환경적인 횡적 공간의 확대와 이를 통한 다각적 활용방안 수립을 위한 연구가 필요할 것으로 보인다.
06 m로서 서로 유사하게 나타났다. 따라서 본 모형이 정상상태의 계획홍수량 및 500년 빈도 홍수량, 과거 수문사상에 의한 홍수위를 잘 재현하고 있음을 알 수 있다.
5억원이 소요된다. 따라서 설계빈도 이상의 홍수에 대한 지역권 설정에 의한 비용은 농경지 복구비용을 포함하여 약 351.5～392.5억원이 소요되어 농경지 매입비용의 약 32% 수준의 저비용이 요구되는 것으로 나타났다. 그러나 본 연구에서 산정한 지역권 설정 비용은 일본에서 산정한 규정을 토대로 계산된 것이다.
이러한 결과는 상류에 침수가 예상되는 지역을 하천공간으로 확보하여 저류지로 활용할 경우 극한홍수 발생 시 하류에 위치한 도시의 홍수위험을 저감하는 것이 기술적으로 가능하다는 것을 보여준다. 그러나 본 결과는 침수이력이 있는 농경지 지역을 임의로 선정하여 공간확보에 따른 치수효과를 본 것으로서 향후 이에 대한 연구가 실행되기 위해서는 치수효과 외에 침수이력, 토지이용 형태, 배후제방 유무, 토지이용 계획 등 확보지점에 대한 타당성 조사가 반드시 선행될 필요가 있다.

후속연구

침수에 의한 농작물 피해에 대해서는 풍수해 및 농업관련 재해보험제를 활용할 수 있으며 이는 설계빈도를 높여 제방을 보강하는 것보다 경제적일 수 있다. 그러나 극한홍수 시 하천공간의 저류지 활용과 관련하여 재해보험제를 활용하는 경우 피해보상 대상 작물을 확대하고 보험요율 및 정부 보조비율에 대한 세밀한 연구들이 수반될 필요가 있다.
이러한 결과는 상류에 침수가 예상되는 지역을 하천공간으로 확보하여 저류지로 활용할 경우 극한홍수 발생 시 하류에 위치한 도시의 홍수위험을 저감하는 것이 기술적으로 가능하다는 것을 보여준다. 그러나 본 결과는 침수이력이 있는 농경지 지역을 임의로 선정하여 공간확보에 따른 치수효과를 본 것으로서 향후 이에 대한 연구가 실행되기 위해서는 치수효과 외에 침수이력, 토지이용 형태, 배후제방 유무, 토지이용 계획 등 확보지점에 대한 타당성 조사가 반드시 선행될 필요가 있다.
이러한 지역권 설정과 재해보험제와 연계된 하천공간 확보방안들은 향후 극한홍수와 같은 자연재해에 능동적으로 대응하며 유동적 토지이용을 유도하는 방안으로서 그 의의가 있다고 판단된다. 그러나 향후 이와 같은 제도의 국내도입을 위해서는 관련 법적 근거의 마련과 피해 보상과 연계된 보험요율 및 범위, 기준 등에 대한 연구가 선행되어야 할 것이다.
그러나 본 연구에서 산정한 지역권 설정 비용은 일본에서 산정한 규정을 토대로 계산된 것이다. 따라서 향후 지역권을 몇 년간 유지할 것인가, 적용되는 홍수량은 몇 년 빈도로 할 것인가, 지역권 설정을 위한 보상기준은 공시지가의 몇 %로 할 것인가에 대한 추가 연구가 필요할 것으로 보인다.
53 m의 홍수위 저감 효과가 있는 것으로 분석되었다. 이는 상류지역에서의 횡적 공간확보를 통하여 하류지역에서의 홍수 위험을 저감시킬 수 있다는 것을 보여주며, 향후 보다 친환경적인 횡적 공간의 확대와 이를 통한 다각적 활용방안 수립을 위한 연구가 필요할 것으로 보인다.
본 지역에서는 지역권 설정에 따라 토지소유자에게 소유지 지가의 1/4에 한하여 한번만 보상하고 홍수 시 농작물 피해에 대해서는 풍수해 보험 및 농업관련 보험을 통해 보상하는 방안을 적용하였다(국토해양부 2008). 지역권 설정과 재해보험제를 활용하여 극한홍수 시 하천공간을 저류지로 활용하는 방안은 매입 재원의 한계를 극복하고 절차상의 마찰을 줄이는 방안으로서 장기적인 관점에서 극한홍수에 대응하여 유동적으로 농지를 활용할 수 있는 최선의 대안이 될 수 있을 것으로 예상된다.
그 중 토지의 소유권은 원래의 소유자에게 그대로 두고, 극한 홍수시에만 범람시킬 수 있는 권리를 매입하는 지역권에 의한 공간 확보가 타당한 것으로 판단된다. 특히, 기존의 토지매수제를 활용한 공간확보 방안은 산발적 토지매수와 과대한 예산소요 그리고 토지 소유주와의 마찰 등이 우려될 수 있으며 확보된 공간을 습지 및 생태공권 등의 평상시 활용에 대한 추가적인 비용과 대안이 요구된다. 반면 지역권과 재해보험제를 연계한 공간 확보방안의 경우, 설계빈도를 초과하는 극한홍수에 대한 비용을 검토한 결과 토지 매입비용의 약 32% 수준의 저비용이 요구되는 것으로 나타났다.
이는 토지의 개발권 가치를 산정한 후 국가가 이를 매입하거나 다른 지역의 개발자가 이를 양도하는 제도로서 이 경우 개발권 이전에 따른 해당지역의 추가적 개발이 제한되지만 토지 이용권이 보장되기 때문에 소유자와의 협상이 유리하다는 장점을 갖는다. 한편 이러한 개발권 제도는 하천공간의 무분별한 난개발을 제한함과 동시에 배후의 우량농지를 보존하고 유동적 토지 이용을 유도하는 하천공간 확보 방안으로서 가치가 높다고 할 수 있다. 또한 토지의 개발권을 활용한 방안 외에 토지 이용권을 국가가 매수하는 방안으로는 토지 휴경제가 대표적이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	재해의 발생빈도와 그 규모가 점차 급증하는 이유는 무엇인가?	최근 전 세계적인 기후변화로 인하여 기온이 상승하고, 강수편차가 커지면서 재해의 발생빈도와 그 규모가 점차 급증하고 있으며, 2009년 대만의 모라꼿 태풍, 2010년 파키스탄 및 중국 대홍수, 2011년 미국 미시시피 대홍수 등재해 발생 규모가 점차 대형화 되고 있는 실정이다. 특히, 대만의 모라꼿 태풍의 경우, 불과 3일 동안에 3,000 mm에 육박하는 강우량이 발생하였으며 이는 대만의 연평균 강우량(약 2,515 mm)이 우리나라 보다 크다는 점을 고려하더라도 매우 위협적인 국지적 집중호우로서 이러한 슈퍼태풍이 국내에 상륙할 경우 그 피해가 상당히 클 것으로 예상된다.
	치수대책으로서 하천의 횡적공간 확보의 중요성을 보여주는 중요한 사건은 무엇인가?	따라서 이러한 극한홍수에 의한 영향을 저감시킬 수 있는 대비책 마련이 시급할 것으로 보인다. 한편, 과거의 홍수 사례에서 또 한가지 주목할 만한 사항은 1998년 양쯔강 유역 대홍수 및 2011년 미국 미시시피 대홍수와 같이 하류의 대도시를 보호하기 위해 농촌지역 제방을 인위적으로 폭파하여 홍수 저감을 시도했다는 사실이다. 이는 치수대책으로서 하천의 횡적공간 확보의 중요성을 보여주는 중요한 사건이다.
	1980년대의 태풍과 집중호우에 의한 피해액은 얼마인가?	특히, 대만의 모라꼿 태풍의 경우, 불과 3일 동안에 3,000 mm에 육박하는 강우량이 발생하였으며 이는 대만의 연평균 강우량(약 2,515 mm)이 우리나라 보다 크다는 점을 고려하더라도 매우 위협적인 국지적 집중호우로서 이러한 슈퍼태풍이 국내에 상륙할 경우 그 피해가 상당히 클 것으로 예상된다. 국내의 경우, 태풍과 집중호우에 의한 피해가 1980년대에 2,580억원에서 1990년대에 5,190억원으로 약 2배 가량 증가하였으며, 최근 2002년에서 2006년 동안에는 약 2조 7,000억원으로 대폭 증가하였다(소방방재청, 2006, 2007). 더욱이 2002년 태풍 ‘루사’와 2003년 태풍 ‘매미’에 의한 사망자 수가 각각 246명, 131명 발생된 점을 고려할 때, 우리나라 역시 홍수 및 태풍 재난의 위험으로부터 절대 안전지대가 아님을 알 수 있다.

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Purvis, M.J., Bates, P.D., and Hayes, C.M. (2008). "A probabilistic methodology to estimate future coastal flood risk due to sea level rise." Coastal engineering, Vol. 55, pp. 1062-1073.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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