최근 연속적인 태풍에 의한 일련의 극한 호우 사상으로 홍수가 발생하였고, 이로 인해 인명과 막대한 재산피해가 발생하였다. 본 연구에서는 연속 호우 사상으로 인해 발생한 극한홍수를 거대홍수라고 정의하고, 일정 시간 간격으로 극한 호우 사상이 연속적으로 발생 될 수 있음을 가정하여 가상의 거대홍수 시나리오를 구성하였다. 최소 무강우 시간 결정(Inter Event Time Definition, IETD)방법을 사용하여 연속적인 강우의 시간 간격을 결정하였으며, IETD에 의해 산정된 시간 간격 안에서 호우 사상을 연속적으로 발생시켜 평창강 유역을 대상으로 거대홍수를 모의하였다. 즉, (1) 기록된 극한 호우 사상의 연속적인 발생 (2) 기왕 자료를 기반으로 빈도해석에 의해 산정된 설계 호우 사상의 연속적인 발생을 가정하여 거대홍수를 모의하였다. 연속 호우 사상으로 인한 거대홍수는 단일 호우 사상으로 인한 일반 홍수에 비해 6~17%의 홍수량이 증가하는 것으로 나타났다. 앞의 호우 사상으로 인한 홍수량에 비해 뒤에 오는 호우로 인한 홍수량의 증가는 많지 않지만, 연속적인 호우는 두 번의 홍수피해를 가져오므로 가상의 거대홍수로 인한 홍수 피해는 매우 클 것으로 판단된다. 따라서 본 연구와 같이 가상의 강우 시나리오를 통해 예상하지 못한 연속적인 홍수 재해와 같은 비상 상황에 대비할 방안을 마련할 필요가 있을 것으로 사료된다.
최근 연속적인 태풍에 의한 일련의 극한 호우 사상으로 홍수가 발생하였고, 이로 인해 인명과 막대한 재산피해가 발생하였다. 본 연구에서는 연속 호우 사상으로 인해 발생한 극한홍수를 거대홍수라고 정의하고, 일정 시간 간격으로 극한 호우 사상이 연속적으로 발생 될 수 있음을 가정하여 가상의 거대홍수 시나리오를 구성하였다. 최소 무강우 시간 결정(Inter Event Time Definition, IETD)방법을 사용하여 연속적인 강우의 시간 간격을 결정하였으며, IETD에 의해 산정된 시간 간격 안에서 호우 사상을 연속적으로 발생시켜 평창강 유역을 대상으로 거대홍수를 모의하였다. 즉, (1) 기록된 극한 호우 사상의 연속적인 발생 (2) 기왕 자료를 기반으로 빈도해석에 의해 산정된 설계 호우 사상의 연속적인 발생을 가정하여 거대홍수를 모의하였다. 연속 호우 사상으로 인한 거대홍수는 단일 호우 사상으로 인한 일반 홍수에 비해 6~17%의 홍수량이 증가하는 것으로 나타났다. 앞의 호우 사상으로 인한 홍수량에 비해 뒤에 오는 호우로 인한 홍수량의 증가는 많지 않지만, 연속적인 호우는 두 번의 홍수피해를 가져오므로 가상의 거대홍수로 인한 홍수 피해는 매우 클 것으로 판단된다. 따라서 본 연구와 같이 가상의 강우 시나리오를 통해 예상하지 못한 연속적인 홍수 재해와 같은 비상 상황에 대비할 방안을 마련할 필요가 있을 것으로 사료된다.
In recent, the series of extreme storm events were occurred by those continuous typhoons and the severe flood damages due to the loss of life and the destruction of property were involved. In this study, we call Mega flood for the Extreme flood occurred by these successive storm events and so we can...
In recent, the series of extreme storm events were occurred by those continuous typhoons and the severe flood damages due to the loss of life and the destruction of property were involved. In this study, we call Mega flood for the Extreme flood occurred by these successive storm events and so we can have a hypothetical Mega flood by assuming that a extreme event can be successively occurred with a certain time interval. Inter Event Time Definition (IETD) method was used to determine the time interval between continuous events in order to simulate Mega flood. Therefore, the continuous extreme rainfall events are determined with IETD then Mega flood is simulated by the consecutive events : (1) consecutive occurrence of two historical extreme events, (2) consecutive occurrence of two design events obtained by the frequency analysis based on the historical data. We have shown that Mega floods by continuous extreme rainfall events were increased by 6-17% when we compared to typical flood by a single event. We can expect that flood damage caused by Mega flood leads to much greater than damage driven by a single rainfall event. The second increase in the flood caused by heavy rain is not much compared to the first flood caused by heavy rain. But Continuous heavy rain brings the two times of flood damage. Therefore, flood damage caused by the virtual Mega flood of is judged to be very large. Here we used the hypothetical rainfall events which can occur Mega floods and this could be used for preparing for unexpected flood disaster by simulating Mega floods defined in this study.
In recent, the series of extreme storm events were occurred by those continuous typhoons and the severe flood damages due to the loss of life and the destruction of property were involved. In this study, we call Mega flood for the Extreme flood occurred by these successive storm events and so we can have a hypothetical Mega flood by assuming that a extreme event can be successively occurred with a certain time interval. Inter Event Time Definition (IETD) method was used to determine the time interval between continuous events in order to simulate Mega flood. Therefore, the continuous extreme rainfall events are determined with IETD then Mega flood is simulated by the consecutive events : (1) consecutive occurrence of two historical extreme events, (2) consecutive occurrence of two design events obtained by the frequency analysis based on the historical data. We have shown that Mega floods by continuous extreme rainfall events were increased by 6-17% when we compared to typical flood by a single event. We can expect that flood damage caused by Mega flood leads to much greater than damage driven by a single rainfall event. The second increase in the flood caused by heavy rain is not much compared to the first flood caused by heavy rain. But Continuous heavy rain brings the two times of flood damage. Therefore, flood damage caused by the virtual Mega flood of is judged to be very large. Here we used the hypothetical rainfall events which can occur Mega floods and this could be used for preparing for unexpected flood disaster by simulating Mega floods defined in this study.
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문제 정의
기존의 연구를 검토한 결과 연속적인 호우 사상으로 인한 홍수에 관한 정의가 없었다. 따라서 본 연구에서는 거대홍수란 단기간에 호우 사상이 연속적으로 나타나 엄청나게 큰 홍수가 발생하는 시나리오 상황이라 정의하였다. 즉, 거대홍수란 연속 호우 사상으로 인해 발생한 극한홍수이다.
특히 기후변화의 영향으로 극한 호우 사상이 증가하고 이에 따른 홍수 피해가 커지고 있는데, 이에 대응하기 위한 다양한 연구가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 연속적인 호우 사상으로 인해 발생하는 가상의 거대한 홍수를 사전적 의미로 정의하고, 단일 호우 사상으로 인한 일반 홍수와 연속 호우 사상으로 인한 거대홍수의 홍수량 차이를 비교하였다. Fig.
국내･외적으로 단일 호우 사상으로 인한 홍수에 관한 연구는 활발하게 이루어지고 있지만, 연속적인 호우 사상으로 인한 대규모 홍수에 관한 연구는 미비한 실정이다. 본 연구에서는 연속적인 호우 사상으로 인해 발생하는 가상의 대규모 홍수를 정의하기 위해 국내･외의 대규모 홍수에 관한 정의를 찾아보았다. 국외에서의 정의로 영어권에서 대규모 홍수를 나타낼 때 extreme flood 혹은 catastrophic flood는 통상 “예측되지 않은 정도의 큰 강우와 그로 인한 홍수 유출을 일으켜 침수와 유실로 인해 막대한 인명과 재산 피해를 유발하는 홍수사상”이라고 정의한다(IACWD, 1982; Smith and Ward, 1998).
평창강 유역의 기상 관측소에서 측정된 42개년(1973∼2014년) 강우 자료를 분석하여 빈도별 확률강우량을 산정하였다. 본 연구에서는 평창강 하천기본계획에서 사용한 설계빈도 100년과 지방하천 최대 설계빈도인 200년 빈도의 확률강우량을 HEC-HMS에 입력하여 시나리오 2, 3의 홍수 모의를 하였다. Fig.
제안 방법
2009년 7월 9일 ∼ 7월 13일 평창교 수위관측소의 유량자료를 이용하여 모형을 보정하고, 2010년 9월 10일 ∼ 9월 14일 평창교 수위관측소의 유량자료를 이용하여 모형을 검증하였다.
변동계수 분석법에 대한 Nix(1994)의 연구에 따르면 강우시계열의 무강우 시간의 확률 밀도는 지수(exponential)분포와 감마(gamma) 분포를 잘 따른다. Gamma 분포의 경우 변수들의 계산이 복잡하여 분포형을 결정하기 힘든 반면, 지수 분포의 경우 그 변수들의 결정이 쉬워 널리 사용되고 있으며, 본 연구에서도 각각의 강우사상의 강우특성을 분석하기 위해 지수 분포를 사용하였다. 따라서 무강우 시간의 표본 평균과 표준편차가 같아지는 시점, 즉 변동계수가 “1”이 되는 시점에서 IETD를 결정할 수 있다.
5에 도시한 것처럼 대관령 15시간, 원주 13시간, 홍천 17시간, 제천 16시간이 각 관측소의 IETD인 것으로 나타났다. IETD가 가장 짧은 원주 관측소의 13시간을 평창강 유역의 IETD로 선정하였고, 이를 기준으로 강우 사상을 연속적으로 발생시켜 거대홍수 시나리오를 생성하였다.
본 연구는 홍수를 고려한 IETD 산정이기 때문에 우기의 강우자료만을 사용하였다. IETD를 1시간부터 1시간 간격으로 점점 늘려가면서 강우사상을 분리한 후, IETD별 무강우 시간의 평균과 표준편차를 각각 계산하였다. IETD가 증가할수록 변동계수가 줄어드는 것으로 나타났고, 이 때 IETD를 변경하면서 무강우 시간의 변동계수가 1이 되는 시점이 각 관측소의 IETD가 된다.
거대홍수 시나리오를 구성하기 위해 최소 무강우 시간 결정(Inter Event Time Definition, IETD) 방법을 사용하여 연속적인 강우의 시간 간격을 결정하였다. IETD에 의해 산정된 시간 간격 안에서 호우 사상을 연속적으로 발생시켜서 거대홍수 시나리오별 홍수 모의를 시행하였다. 태풍 ‘RUSA’ 발생 시의 강우 자료를 이용하여 시나리오 1을 구성하였고, 100년 빈도 확률강우량과 200년 빈도 확률강우량을 이용하여 시나리오 2, 3을 구성하였다.
본 연구에서는 단기간에 호우 사상이 연속적으로 발생하여, 엄청나게 큰 홍수가 발생하는 시나리오적 상황을 거대홍수라고 정의하였다. 거대홍수를 모의하기 위해 최소 무강우 시간 결정(Inter Event Time Definition, IETD) 방법을 사용하여 연속적인 강우 사상의 시간 간격을 결정하였고, IETD에 의해 산정된 시간 간격 안에서 호우 사상을 연속적으로 발생시켜서 거대홍수를 모의하였다. 평창강을 시범 유역으로 선정하였고, 평창강 유역 인근의 기상 관측소의 강우 자료와 대표적인 강우-유출 모형인 HEC-HMS를 이용하여 거대홍수 모의를 하였다.
한강권역의 홍수위험도 시계열 변화를 분석해 보면, 평창강의 경우 90년대까지는 위험도 등급이 4등급이었으나, 2000년대 들어 5등급으로 악화 되었다(MLTMA, 2011). 따라서, 본 연구에서는 평창강 유역을 대상 유역으로 선정하고, 거대홍수 시나리오를 적용하였다. 평창강은 한강의 제1지류로써 통칭 서강으로 불리고, 한강유역에 포함되어 있다.
유역추적 기법은 홍수량의 차이가 작고, 강우로 인한 유수의 전이 및 유역의 저류효과 등 유역의 특성을 가장 잘 반영하는 Clark모형을 적용하였다. 모형의 적정성 검토 및 매개변수 최적화를 위해 유역의 출구점에 위치한 평창강 수위 관측소의 유량 자료를 이용하여 검･보정을 시행하였다. 2009년 7월 9일 ∼ 7월 13일 평창교 수위관측소의 유량자료를 이용하여 모형을 보정하고, 2010년 9월 10일 ∼ 9월 14일 평창교 수위관측소의 유량자료를 이용하여 모형을 검증하였다.
평창강을 시범 유역으로 선정하였고, 평창강 유역 인근의 기상 관측소의 강우 자료와 대표적인 강우-유출 모형인 HEC-HMS를 이용하여 거대홍수 모의를 하였다. 총 3가지의 거대홍수 발생시나리오를 구성하였는데 태풍 RUSA 발생 시의 강우 자료를 이용하여 홍수 시나리오 1을 구성하였고, 확률강우량을 이용하여 홍수 시나리오 2, 3을 구성하였다. 결과를 살펴보면 연속 호우 사상으로 인한 거대홍수는 단일 호우 사상으로 인한 일반 홍수에 비해 6∼17%의 홍수량이 증가하는 것으로 나타났다.
태풍 ‘RUSA’ 발생 시의 강우 자료를 이용하여 시나리오 1을 구성하였고, 100년 빈도 확률강우량과 200년 빈도 확률강우량을 이용하여 시나리오 2, 3을 구성하였다.
평창강 유역의 기상 관측소에서 측정된 42개년(1973∼2014년) 강우 자료를 분석하여 빈도별 확률강우량을 산정하였다.
평창강 유역의 홍수량을 산정하기 위해 4개의 기상 관측소(대관령, 홍천, 원주, 제천)의 강우자료를 강우-유출 모형인 HEC-HMS에 입력하여 홍수량을 산정하였다. 미육군공병단에서 개발한 HEC-HMS는 강우-유출을 해석하기 위해 개발된 HEC-1의 확장형 모델로 단위도 및 수문학적 홍수추적, 격자형 강우자료를 이용한 유사분포 유출변환과 장기 연속 모의에 적용할 수 있는 수분 감소 등을 포함하고 있다.
거대홍수를 모의하기 위해 최소 무강우 시간 결정(Inter Event Time Definition, IETD) 방법을 사용하여 연속적인 강우 사상의 시간 간격을 결정하였고, IETD에 의해 산정된 시간 간격 안에서 호우 사상을 연속적으로 발생시켜서 거대홍수를 모의하였다. 평창강을 시범 유역으로 선정하였고, 평창강 유역 인근의 기상 관측소의 강우 자료와 대표적인 강우-유출 모형인 HEC-HMS를 이용하여 거대홍수 모의를 하였다. 총 3가지의 거대홍수 발생시나리오를 구성하였는데 태풍 RUSA 발생 시의 강우 자료를 이용하여 홍수 시나리오 1을 구성하였고, 확률강우량을 이용하여 홍수 시나리오 2, 3을 구성하였다.
대상 데이터
적절한 IETD를 산정하기 위해 평창강 유역의 4개 기상 관측소(대관령, 원주, 홍천, 제천)에서 측정된 42개년(1973∼2014년)의 우기(5월∼10월) 강우자료를 사용하여 분석하였으며, 모든 강우자료는 1시간 강우의 형태로 나타나 있다. 본 연구는 홍수를 고려한 IETD 산정이기 때문에 우기의 강우자료만을 사용하였다. IETD를 1시간부터 1시간 간격으로 점점 늘려가면서 강우사상을 분리한 후, IETD별 무강우 시간의 평균과 표준편차를 각각 계산하였다.
본 연구에서는 피해액 순위 1위를 기록한 태풍 RUSA 발생 시의 강우 자료를 사용하였다. 시나리오 1의 홍수 모의를 위해 2002년 태풍 RUSA에 의해 8/30∼9/1에 발생한 강우 자료를 모형에 입력하였다.
시나리오 1의 홍수 모의를 위해 2002년 태풍 RUSA에 의해 8/30∼9/1에 발생한 강우 자료를 모형에 입력하였다.
적절한 IETD를 산정하기 위해 평창강 유역의 4개 기상 관측소(대관령, 원주, 홍천, 제천)에서 측정된 42개년(1973∼2014년)의 우기(5월∼10월) 강우자료를 사용하여 분석하였으며, 모든 강우자료는 1시간 강우의 형태로 나타나 있다.
82%로 토지이용분포의 대부분을 차지하고 있다. 평창강 유역 내에 있는 7개소의 수위관측소와 4개의 기상관측소의 수문 자료를 사용하였다. Fig.
이론/모형
미육군공병단에서 개발한 HEC-HMS는 강우-유출을 해석하기 위해 개발된 HEC-1의 확장형 모델로 단위도 및 수문학적 홍수추적, 격자형 강우자료를 이용한 유사분포 유출변환과 장기 연속 모의에 적용할 수 있는 수분 감소 등을 포함하고 있다. 강우유출의 직접적인 원인이 되는 지표면유출(Surface runoff)은 강우량으로부터 침투에 의한 손실을 제외한 유효우량으로 산정을 하며, 미계측유역의 유효우량 산정에 널리 사용되고 있는 SCS방법으로 산정하였다. SCS방법에서 고려되어야 할 CN(Curve Number)은 최근 집중호우 성향 등을 고려하여 AMC-III 조건을 적용하였다.
거대홍수 시나리오를 구성하기 위해 최소 무강우 시간 결정(Inter Event Time Definition, IETD) 방법을 사용하여 연속적인 강우의 시간 간격을 결정하였다. IETD에 의해 산정된 시간 간격 안에서 호우 사상을 연속적으로 발생시켜서 거대홍수 시나리오별 홍수 모의를 시행하였다.
기존 연구를 살펴보면 자기상관분석과 연평균 강우발생개수 분석방법을 사용하여 IETD를 산정할 때는 같은 자료를 사용하여도 산정된 IETD 값이 차이가 나는 단점이 있다(Joo, 2005). 따라서 본 연구에서는 변동계수 분석법을 통해 IETD를 산정하였다.
SCS방법에서 고려되어야 할 CN(Curve Number)은 최근 집중호우 성향 등을 고려하여 AMC-III 조건을 적용하였다. 유역추적 기법은 홍수량의 차이가 작고, 강우로 인한 유수의 전이 및 유역의 저류효과 등 유역의 특성을 가장 잘 반영하는 Clark모형을 적용하였다. 모형의 적정성 검토 및 매개변수 최적화를 위해 유역의 출구점에 위치한 평창강 수위 관측소의 유량 자료를 이용하여 검･보정을 시행하였다.
성능/효과
는 관측 최대 첨두 유출량이다. Table 1과 Fig. 4에서 도시한 바와 같이 검･보정 시 사용한 유량자료와 기상관측소의 실측 강수량을 HEC-HMS에 입력하여 얻은 홍수량과 비교･검토한 결과, 대체로 일치하고 있는 것을 확인할 수 있었다. 이로 인해 본 연구에서 사용한 홍수량 산정 모형의 매개변수가 적정하다는 것을 간접적으로 확인할 수 있었다.
결과를 살펴보면 연속 호우 사상으로 인한 거대홍수는 단일 호우 사상으로 인한 일반 홍수에 비해 6∼17%의 홍수량이 증가하는 것으로 나타났다.
4에서 도시한 바와 같이 검･보정 시 사용한 유량자료와 기상관측소의 실측 강수량을 HEC-HMS에 입력하여 얻은 홍수량과 비교･검토한 결과, 대체로 일치하고 있는 것을 확인할 수 있었다. 이로 인해 본 연구에서 사용한 홍수량 산정 모형의 매개변수가 적정하다는 것을 간접적으로 확인할 수 있었다.
후속연구
또한, 향후 기후변화 시나리오에 따른 홍수 모의･범람으로 인한 침수피해의 경제성 분석, 적정 홍수 피해 저감 대안 검토에 관한 연구 등을 수행한다면 기후변화로 인한 홍수 피해 관리방안 수립에 기초자료로 활용될 수 있을 것이라 기대된다. 또한, 집중호우, 이상홍수, 극한홍수, 돌발홍수, 슈퍼태풍 등으로 인한 홍수피해의 여파가 끝나기도 전에 또 다른 강우 사상으로 인하여 피해가 중첩되어 거대한 홍수가 발생하는 상황을 가정하여 비상 대책을 수립 하는데 기초자료로 사용될 수 있을 것이다.
본 연구에서는 호우가 연속적으로 발생하는 거대홍수 시나리오를 평창강 유역에 적용하여 유출분석을 수행하였는데, 예상치 못한 장기간의 연속적인 홍수 재해에 대한 대비에 사용될 수 있을 것으로 판단된다. 또한, 향후 기후변화 시나리오에 따른 홍수 모의･범람으로 인한 침수피해의 경제성 분석, 적정 홍수 피해 저감 대안 검토에 관한 연구 등을 수행한다면 기후변화로 인한 홍수 피해 관리방안 수립에 기초자료로 활용될 수 있을 것이라 기대된다. 또한, 집중호우, 이상홍수, 극한홍수, 돌발홍수, 슈퍼태풍 등으로 인한 홍수피해의 여파가 끝나기도 전에 또 다른 강우 사상으로 인하여 피해가 중첩되어 거대한 홍수가 발생하는 상황을 가정하여 비상 대책을 수립 하는데 기초자료로 사용될 수 있을 것이다.
따라서 단일 호우 사상으로 인한 홍수 피해보다 거대홍수로 인한 홍수 피해가 더욱 심각할 것으로 예상한다. 본 연구에서는 호우가 연속적으로 발생하는 거대홍수 시나리오를 평창강 유역에 적용하여 유출분석을 수행하였는데, 예상치 못한 장기간의 연속적인 홍수 재해에 대한 대비에 사용될 수 있을 것으로 판단된다. 또한, 향후 기후변화 시나리오에 따른 홍수 모의･범람으로 인한 침수피해의 경제성 분석, 적정 홍수 피해 저감 대안 검토에 관한 연구 등을 수행한다면 기후변화로 인한 홍수 피해 관리방안 수립에 기초자료로 활용될 수 있을 것이라 기대된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
연속적인 태풍은 어떠한 피해를 입히는가?
특히 태풍 ‘PHANFONE’과 ‘VONGFONG’이 2014년 일본에서, 태풍 ‘FITOW’와 ‘DANAS’가 2013년 중국에서, 태풍 ‘BOLAVEN’, ‘TEMBIN’, ‘SANBA’가 2012년 한국에서 연속적으로 발생하였다. 연속적인 태풍에 의해 일련의 극한 호우 사상들이 발생하였고, 생명 손실과 재산 파괴를 포함한 심각한 홍수 피해가 발생하였다. 또한, 2008년 제7호 태풍 ‘KALMAEGI’의 영향으로 약화된 지반에, 연이어 집중호우가 발생하여 큰 피해를 보았다.
한,중,일의 연속적인 태풍은 언제 발생하였는가?
최근 기후변화로 인하여 자연재해와 그 피해는 전 세계적으로 더욱 강력해지고 있다. 특히 태풍 ‘PHANFONE’과 ‘VONGFONG’이 2014년 일본에서, 태풍 ‘FITOW’와 ‘DANAS’가 2013년 중국에서, 태풍 ‘BOLAVEN’, ‘TEMBIN’, ‘SANBA’가 2012년 한국에서 연속적으로 발생하였다. 연속적인 태풍에 의해 일련의 극한 호우 사상들이 발생하였고, 생명 손실과 재산 파괴를 포함한 심각한 홍수 피해가 발생하였다.
영어권에서 대규모 홍수를 어떻게 정의하는가?
본 연구에서는 연속적인 호우 사상으로 인해 발생하는 가상의 대규모 홍수를 정의하기 위해 국내･외의 대규모 홍수에 관한 정의를 찾아보았다. 국외에서의 정의로 영어권에서 대규모 홍수를 나타낼 때 extreme flood 혹은 catastrophic flood는 통상 “예측되지 않은 정도의 큰 강우와 그로 인한 홍수 유출을 일으켜 침수와 유실로 인해 막대한 인명과 재산 피해를 유발하는 홍수사상”이라고 정의한다(IACWD, 1982; Smith and Ward, 1998). 국내에서의 정의로 이상홍수 평가기술 개발 연구보고서(MOLIT, 2006)에서는 이상홍수를 설계홍수량을 초과하는 홍수사상으로 정의하였고, 극한홍수를 과거에 기록된 강수나 홍수량 중 최고치의 홍수사상을 나타내는 것으로 정의하였다.
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