[논문]국내 대댐의 수문학적 안전성 평가

김경덕; 권지혜; 류근준

국내 대댐의 수문학적 안전성 평가
Evaluation on Hydrological Safety of Large Dams in Korea 원문보기

김경덕 (한국시설안전기술공단 진단 2본부 댐항만실) , 권지혜 (한국시설안전기술공단 진단 2본부 댐항만실) , 류근준 (한국시설안전기술공단 진단 2본부 댐항만실)

2005년 2월 10일 파키스탄 남서부 발루치스탄 주에서 샤키도르 댐붕괴 사고로 1800명 이상의 사망자와 실종자가 발생하였고 댐이 무너지면서 1만 8,000채의 가옥이 부서지는 피해가 발생하였다. 이러한 홍수는 2월 3일부터 10일까지 일주일간 폭우가 내리면서 발생하였다. 과연, 남의 나라의 문제이고 우리나라의 경우와는 상관이 없는 것일까? 우리나라의 경우 한국시설안전기술공단(이하 공단)에서는 1996년부터 현재까지 1종 댐 시설물에 대한 정밀안전진단을 실시한 결과 대부분 수문학적 안전성이 매우 낮은 것으로 나타나, 그에 따른 구조적인 홍수대책방안으로 댐 증고, 보조여수로 신설, 여수로 확장 및 상류에 홍수조절용 댐 신설 등의 대책을 제시하고 있다. 그러나 이러한 구조적인 대책은 경제성, 시공성, 그리고 환경적인 측면에서 현실적으로 어려운 점이 많은 실정이다. 따라서, 우리나라의 경우에도 기상이변에 따른 댐붕괴 가능성이 상존하므로 이러한 어려운 문제점을 극복할 수 있는 충분한 대책을 마련해야 할 것이다. 본 연구에서는 금번 파키스탄에서 발생한 호우와 같이 장시간 발생한 호우사상(2002년 태풍 간무리)의 경우에 대하여 한강유역 댐들의 수문학적 안전성을 불리한 조건으로 모의하여 댐안전성을 평가하였다. 또한, 공단에서 수리, 수문학적 안전성을 평가한 1종 댐들의 설계보고서, 정밀안전진단 등 준공 후 현재까지 시행된 용역결과들을 토대로 수문학적 안전성 평가 기준에 대한 변화양상을 비교$\cdot$분석하였다.

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문제 정의

제한수위로 가정하는 가장 악조건에서 해석하게 된다. 본 연구에서는 8월초 호우가 토양조건이 충분히 수분으로 포화되어 있으며, 초기 댐수위는 제한수위인 경우에 발생하였을 때, 하류부 홍수효과는 어떠했을지를 분석하고 한강수계 댐들이 과연 안전한지 검토하였다.

제안 방법

모의실험하였다. 이를 위해서 한강홍수유출 시스템의 특성자료 분석을 선행하고 HEC-1 모형을 검정하기 위해 한강수계내 22 개 소유역과 13개의 하도추적 구간으로 설정하는 한편, 상류에 위치한 화천댐, 소양강댐 및 충주댐의 방류량은 상류단 유입량으로 입력하여 유역추적 및 하도추적을 실시하였다.
이상에서 올해 발생한 호우의 특징을 분석하고 한강유역 댐들의 역할을 평가하였으며, 가상적인 조건에서 한강 유역의 댐들이 과연 홍수로부터 안전한가를 진단하였다. 한강유역의 홍수대처 성과는 지금까지 겪은 여러 홍수경험과 이로부터 자료, 지식, 기술 등이 축적되고, 정부, 관련기관, 전문가들의 지속적인 노력으로 이루어진 성과일 것이다.
한편, 소양강댐과 충주댐의 강우시작 전 댐초기 수위를 변경하여 댐운영을 수행하였을 때, 팔당댐의 유입홍수량을 모의하였다. 그림 4에서, Observed는 실측 팔당댐 유입 홍수량이고, Simulation 1은 상류댐의 실제 방류량을 그대로 모의하여 HEC-1 모형을 검정한 것이며, Simulation 2는 소양강, 충주댐의 초기 댐 수위를 제한 수위에 위치시키고 계획홍수위를 초과하지 않도록 운영하여 모의한 것이다.

이론/모형

미공병단에서 개발하여 현재 수문해석에 널리 사용되고 있는 HEC-1 모형을 이용하여 모의실험하였다. 이를 위해서 한강홍수유출 시스템의 특성자료 분석을 선행하고 HEC-1 모형을 검정하기 위해 한강수계내 22 개 소유역과 13개의 하도추적 구간으로 설정하는 한편, 상류에 위치한 화천댐, 소양강댐 및 충주댐의 방류량은 상류단 유입량으로 입력하여 유역추적 및 하도추적을 실시하였다.

성능/효과

강우시작 전 초기수위를 제한수위에 위치시키고 해석한 결과 소양강댐은 전혀 문제가 없는 것으로 나타났다. 이는 금번 홍수가 소양강 유역내 강우량이 비교적 작고, 유역면적에 비하여 댐저수용량이 크기 때문인것으로 판단된다.
그림 4에서, Observed는 실측 팔당댐 유입 홍수량이고, Simulation 1은 상류댐의 실제 방류량을 그대로 모의하여 HEC-1 모형을 검정한 것이며, Simulation 2는 소양강, 충주댐의 초기 댐 수위를 제한 수위에 위치시키고 계획홍수위를 초과하지 않도록 운영하여 모의한 것이다. 검정결과 비교적 실제상황을 잘 모의하는 것으로 나타났으며, Simulation 2의 경우 즉, 댐 초기수위가 제한수위에 위치되는 경우 팔당댐의 유입 홍수량이 첨두나 총량적으로 증가하여 팔당댐 하류부 수도권의 홍수대처에 상당부분 부담을 주는 것으로 나타났다(김경덕과 신은우, 2003).
첫 번째, 현실적으로는 계획홍수위를 초과하는 상태에서 금번 방류실적과 동일하게 댐운영을 수행하지 않겠지만 금번 호우시 댐운영과 동일하게 방류하는 경우, 그림 3과 같이 약 1m이상 월류하는 것으로 나타났다. 두 번째로 댐체 안전을 위한 정상적인 댐 운영을 실시하는 경우, 즉 계획홍수위를 초과하지 않기 위한 댐운영을 수행하는 경우 그림 3에서 보는 바와 같이 많은 양을 방류해야 하는 것으로 나타났다. 이는 충주댐 유역내에 많은 강우량이 발생하였으며, 충주댐 유역면적이 소양강댐 유역면적에 약 3배 가까운데 반하여 저수용량은 소양강댐과 거의 비슷하기 때문에 홍수방어능력이 현저히 작기 때문일 것이다.
또한, Discharge(scenario)는 댐 계획홍수위를 초과하지 않도록 방류하는 경우이고, Discharge(real)은 금번 방류실적이다. 첫 번째, 현실적으로는 계획홍수위를 초과하는 상태에서 금번 방류실적과 동일하게 댐운영을 수행하지 않겠지만 금번 호우시 댐운영과 동일하게 방류하는 경우, 그림 3과 같이 약 1m이상 월류하는 것으로 나타났다. 두 번째로 댐체 안전을 위한 정상적인 댐 운영을 실시하는 경우, 즉 계획홍수위를 초과하지 않기 위한 댐운영을 수행하는 경우 그림 3에서 보는 바와 같이 많은 양을 방류해야 하는 것으로 나타났다.

후속연구

한강유역의 홍수대처 성과는 지금까지 겪은 여러 홍수경험과 이로부터 자료, 지식, 기술 등이 축적되고, 정부, 관련기관, 전문가들의 지속적인 노력으로 이루어진 성과일 것이다. 그러나, 이에 만족할 것이 아니라 더 많은 관심과 홍수대처에 대한 준비를 철저히 하고 근본적인 수자원 관리를 위해서 지속적인 댐개발이 이루어져야 할 것이다. 더불어서, 향후 보다 정확한 모형의 적용과 입력자료의 구축을 통하여 구체적인 분석과 평가가 이루어져야 할 것이며, 이를 토대로 한강수계 댐들의 적정한 홍수방어능력을 평가하여 향후 도래할 홍수에 만전을 기해야 할 것이다.
그러나, 이에 만족할 것이 아니라 더 많은 관심과 홍수대처에 대한 준비를 철저히 하고 근본적인 수자원 관리를 위해서 지속적인 댐개발이 이루어져야 할 것이다. 더불어서, 향후 보다 정확한 모형의 적용과 입력자료의 구축을 통하여 구체적인 분석과 평가가 이루어져야 할 것이며, 이를 토대로 한강수계 댐들의 적정한 홍수방어능력을 평가하여 향후 도래할 홍수에 만전을 기해야 할 것이다.

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