도시하천유역의 수해 특성과 관련 요인에 대한 공간적 분포 연구

Abstract

This study focuses on the main characteristics and causes of one flooded district in Seoul. Over the years, Seoul experienced an unprecedented rapid urbanization, which resulted in the dramatic changes of land use. Many areas of Seoul became impervious and man-made drainage systems accelerated the flow of water. When an unexpected flash flood hits a watershed, the area is bound to be victimized. The purposes of this study are divided into four segments. First, examining the damages by the flash flood in Dorimchon watershed during July 14∼15, 2001. Second, analyzing the natural meterological and geomorphological factors in the Dorimchon watershed. Third, investigating in the three artificial factors such as the distribution of the paved impervious soil, the location of the covered streams, and the facilities of flood control in that area. Finally, distinguishing the most influential factors among various factors. To conduct this study, the following data and methods were used : the record of precipitation and the water level obtained during July 14∼15, 2001, July 22∼23, 2000 and 2002 with hydrograph, 1:25,000 geomorphological map, 10m DEM (Digital Elevation Model) of this area, 1:50,000 geological digital map, 1:25,000 detailed soil digital map, Seoul metropolitan biotop map (2000), Seoul sewerage management system (2000) with Arcview 3.2. Dorimchon watershed which include a city stream was investigated. The main findings are as follows: First basements in residential areas were attacked more seriously. Commercial and industrial facilities were devastated. Second, Dorimchon watershed stretches over four administrative districts, and Gwanak gu area of Dorimchon watershed was the largest. In contrast, the size of Guro gu area of Dorimchon watershed was small but the magnitude of the destruction was the biggest. Lastly, the flood struck from the southern hilly areas to the exit of the watershed. The analyzed data showed: First, the watershed was especially vulnerable to a flash flood. Second, when the Dorimchon was looked at vertically, one area's altitude dropped suddenly from 100 to 70 meters. That area was higher than the exit of the watershed. That area suffered greatly. In addition, when the two most flooded areas were viewed horizontally, their altitudes were between 70-90 meters. Also, that area happened to have a 0-1° slope and a flat of aspect. Third, the area which was paved more than 90 percent by impervious soil was damaged immensely. Finally there were a few minor factors that played roles such as geological characteristics, hydrological analysis of the soil in the area, and distributions of covered streams, drainpipes and rain water pump plants. Fourth, the Dorimchon watershed should not have flooded if flood control facilities had functioned well. Oddly enough, when the flood affected the Dorimchon watershed, it did not reach the planed water level. In addition, there was a working rain water pump plant. Moreover, drainpipes were concentrated in the area. The Dorimchon watershed flood could have been avoided. Therefore, if a watershed is planned to be developed, extensive and exhaustive studies on the vicinity of a candidate watershed should be conducted beforehand.;도시화의 진행으로 도시적 토지이용이 증가하면서, 유출 억제 기능을 가지고 있던 산림, 초지 등의 자연 지역이 도시화에 따라 건물이나, 아스팔트·콘크리트로 포장되었고 그 결과 홍수 유출량이 증가하고 있다. 이와 같이 홍수 유출량 증가와 홍수도달시간의 단축으로 인해 대규모 수해 피해가 발생할 위험이 커지게 되었다. 그에 비해 도시 내에서의 배수시설, 저류시설, 지하 침투 시설 등의 우수 유출을 억제할 수 있는 홍수 방어수단이 뒤따르지 못하는 실정이다. 본 연구의 목적은 지구 온난화와 지구 환경 변화에 따른 엘리뇨, 라니냐 등 각종 기후 요인 변동으로 기상 현상을 예측하기 어려운 상황에서 집중호우에 의한 도시에서 수해 피해를 입은 지역을 사례지역으로 수해의 특성 및 관련 요인을 고찰하는 것이다. 이에, 2001년 7월 14일부터 15일까지의 서울시에 속하는 도림천 유역에서 발생한 수해를 대상으로 수해 현황과 분포를 알아보고 그에 관련된 지리적인 요인들을 자연적인 요인과 인문적인 요인으로 나누어 수해의 공간적 분포 패턴을 설명하고자 한다. 연구 지역의 지리 정보 추출 및 분석 방법으로 GIS(Geographic Information System)기법의 중첩과 그리드 분석을 사용하였다. 자연적인 요인 중에 기상학적 요인을 알아보기 위해 연구지역의 수해 시점의 수문곡선을 갈수기와 비교하여 알아보았다. 또한, 연구지역을 분수계에 의해 유역으로 구분하여 지형학적 요인을 유역분지의 고도 및 하천의 종단면과 횡단면·경사·방향·지질층·수문학적 토양 분포와 관련하여 수해 피해 지역의 공간적 분포 특성을 파악하였다. 인문적인 요인으로는 토지이용현황을 통한 토지 피복 분류·불투수 토양 포장도 비율을 분석하였다. 복개하천의 위치와 수방시설인 빗물펌프장과 하수관거 시설들의 분포를 수해 지역과 중첩하여 분석하였다. 이와 같이 생성된 자연적·인문적 지리적 인자들을 연구지역의 수해 지역과 중첩시켜 수해 발생과의 공간적 분포 패턴을 살펴보았다. 연구를 통하여 얻은 결과를 요약하면 다음과 같다. 도림천 유역의 수해 현황을 살펴보면 대체적으로 1층 이하의 주택과 공장 및 상가와 같은 시설물에 침수 피해를 가져왔다. 행정구역별로 관악구에서 수해 면적이 넓게 나타났으며 구로구는 해당면적에 비해 수해가 많이 나타났다. 그리고 수해는 남쪽 산지 부근의 급경사에서 유역의 출구점까지 하천 연변을 중심으로 나타나는 공간적인 분포를 보이고 있다. 수해 현황을 토대로 수해에 영향을 미치는 요인을 자연적인 요인과 인문적인 요인으로 나누어 분석하였다. 자연적인 요인으로는 기상학적 요인과 지형학적 요인으로 나누었으며, 인문적인 요인으로는 불투수토양포장도, 복개하천과 수방시설 분포의 요인으로 나누어 살펴본 결과는 다음과 같다. 첫째, 자연적인 요인 중에 기상학적인 요인인 연구지역의 강우 특성에 따른 유출 패턴을 수해 시점의 홍수기, 갈수기를 통해 도림천 유역의 수문 특성을 살펴본 결과는 다음과 같다. 홍수기인 2001년 7월 14일부터 15일까지의 수문 곡선에서 15일 03시에 최대 강우량 99㎜를 기준으로 1시간 후인 04시에 최고 수위 10.61m에 오른 것으로 나타났다. 또한, 갈수기인 2000, 2002년 7월 22일부터 23일까지의 수문 곡선을 작성하였을 때 홍수기와 마찬가지로 최고 강우량이 있은 후 1∼2시간이 경과 후 최고 수위에 도달하였고 최고 수위는 7.26m, 6.86m에 올랐다. 수해 시점의 홍수기 때의 최고 수위는 계획 홍수위인 14.05m에 미치지 못했음에도 불구하고 수해가 발생한 것은 범람 보다는 내수피해에 기인한다고 할 수 있다. 이러한 피해가 나타난 것은 도림천 유역이 집중 강우 패턴에 의해 수위의 변화가 매우 민감하게 일어났고 홍수 도달 시간이 매우 빠르기 때문이였으며 제대로 배수가 되지 않아 단시간 내에 수해 피해는 더욱 가중되었다고 할 수 있다. 둘째, 자연적인 요인 중에 연구지역인 도림천 유역 분지의 지형인자들, 지질 분포, 수문학적 토양군의 분포를 통해 수해의 점유율을 살펴본 결과는 다음과 같다. 연구지역의 전체 수해의 21%가 고도 80∼90m에서 많이 발생하였으며 130m이하에서는 72%를 차지하고 있다. 또한 240m이상에서는 수해가 발생하지 않았다. 고도 분포에 따라 하천의 종단면과 수해 지역의 횡단면을 그려 보았을 때 경사가 급변하는 구간인 100m에서 70m 구간에서, 종단면에 따르면 60-80m구간에서 수해가 발생했다. 경사도는 전체 수해의 42%가 0-1°에서 많이 발생하였고 평지(-1°)에서 수해의 35%가 발생하였다. 150-210m의 급경사지인 남쪽 산지에서는 토사유출에 의한 산사태 피해가 발생하였다. 지질학적으로는 급격한 유출을 발생시키고 그 지역과 인접한 연구지역의 상류지역에 분포하는 지질층인 흑운모호상편마암과 남쪽 산림 지대의 대보화강암이 분포하여 저지대의 충적층이 분포하는 곳에서 수해의 58%가 발생하였다. 하천 연변이 불투수층으로 피복 되어있는 지역을 제외한 지역으로 토양이 영향을 미칠 수 있는 녹지 및 오픈스페이스 지역을 수문학적 토양형으로 분석한 결과 「배수가 양호한」 B군 토양에서 수해가 발생한 것으로 보아 도시하천에서는 토양의 영향이 크게 작용하지 않은 것으로 나타났다. 셋째, 연구 지역의 인문적 요인으로서 토지피복을 통한 불투수 토양 포장도 비율, 복개하천의 위치, 수방 시설적 요인의 분포가 수해에 영향을 미치는지 알아보기 위해 수해 지역과 중첩 분석한 결과는 다음과 같다. 연구지역의 도시화지역에서 불투수 토양 포장이 진행 중이거나 이미 완료된 지역은 63%이고 불투수 토양 포장도가 90%이상인 지역에서 전체 수해의 71%가 발생하였다. 또한, 복개하천의 위치, 하수관거와 빗물펌프장의 분포를 통해서 수해와의 연관성을 알아본 결과 복개하천의 주변부에 수해가 일어나고 있었다. 복개된 본류와 복개된 지천이 합류하는 지점의 하류 부근, 복개가 끝나는 지점으로 복개가 되지 않은 하천 연변, 복개와 복개사이에 수해의 피해가 크게 나타나고 있다. 또한, 빗물펌프장의 분포에 따라 하천 연변의 수해 피해를 가져왔으며 배수 분구별 하수관거의 밀도와 수해 현황을 관련하여 분석하였을 때 특별한 상관관계가 없이 나타났으나 부분적으로 영향을 미치고 있는 것으로 나타났다. 수해시기의 최고 수위가 계획홍수위에 미치지 못하였고 수방시설인 빗물펌프장이 있음에도 불구하고 수해가 발생하였다. 하수관거의 밀도가 높은 지역에서 수해가 높게 나타났다는 것으로 보아 도림천 유역의 수해는 배수 시설의 기능이 제대로 작동하지 않았다는 것을 미루어 알 수 있다. 이와 같이 나타난 도림천 유역의 수해 특성과 관련 요인을 토대로 볼 때, 예측할 수 없는 집중호우에 의한 도시형 수해 피해를 최소화할 수 있도록 자연적 요인과 인문적 요인을 충분히 고려한 하천유역개발이 필요할 것으로 보인다.