工學碩士學位論文

홍수피해발생 잠재위험도 산정방안 연구

Estimation of Potential Riskfor Flood Damage Occurrence

2006年 2月

仁荷大學校 大學院

土 木 工 學 科

朴 石 根

工學碩士學位論文

홍수피해발생 잠재위험도 산정방안 연구

Estimation of Potential Riskfor Flood Damage Occurrence

2006年 2月

指導敎授 金 炯 秀

이 論文을 碩士學位 論文으로 提出함

仁荷大學校 大學院

土 木 工 學 科

朴 石 根

- i -

요 지

현재 홍수피해에 대한 잠재성은 홍수피해잠재능(PFD)에 의해 나타내고

있으나 하천유역의 설계빈도와의 연계성이 없어 실무에서 이용하는데 어

려움이 있다. 따라서 본 연구에서는 홍수피해발생 잠재위험도라는 개념을

도입하고 그 산정방안을 마련하여 산정된 잠재위험도와 설계빈도와의 연

계성을 제시하였다.

홍수피해발생 잠재위험도는 위험성, 노출성, 취약성의 세가지 세부요소

로 산정되며, 위험성은 홍수사상의 발생확률, 노출성은 자산 등이 특정 홍

수사상 혹은 홍수재해에 노출되어 있는 정도, 취약성은 홍수에 대비한 시

설들의 취약 정도를 나타낸다. 이 세부요소들은 또다시 몇가지 세세부요

소를 가지며 위험성은 지속기간별 빈도별 확률강우량등으로 표현가능하

고, 노출성은 인구밀도와 공시지가, 취약성은 지역낙후도지수와 홍수방어

능력지수를 세세부요소로 선정하였다. 각 세세부요소들은 모두 0～100까

지의 지수로 표현하여 산정하고, 모두 통계자료 수집이 용이한 자료들이

며, 실무에서 쉽게 적용할 수 있는 기법으로 개발하였다. 홍수피해발생 잠

재위험도 산정식에서 이용되는 가중치를 결정하기 위해서 전문가의 의견

을 통한 계층분석과정(AHP)기법을 이용하였다.

안양천 유역에 대하여 홍수피해발생 잠재위험도를 산정하였고, 잠재위

험도와 기왕최대강수량을 이용하여 시군구 단위로 설계빈도를 산정할 수

있었다. 안양천의 기존 설계빈도는 본류구간에서는 200년, 지류구간에서는

50년에서 100년사이로 정하고 있으나, 본 연구에서는 안양천유역 전체에

대하여 약 110년에서 130년정도의 설계빈도가 결정되었다. 따라서 본 연

구에서 개발한 기법을 이용하여 행정구역단위의 설계빈도를 제시할 수 있

었으며, 이는 향후 유역별 및 하천별로도 잠재위험도와 설계빈도를 산정

할 수 있을 것으로 사료된다.

- ii -

Abstract

The Potential Flood Damage(PFD) is widely used for representing

the degree of potential of flood damage. However, this cannot be

connected with the design frequency of river basin and so we have

difficulty in the use of water resources field. Therefore in this study

we develop the concept of Potential Risk for Flood Damage

Occurrence(PRFD) which can be related to the design frequency.

The RPFD has three important elements of hazard, exposure, and

vulnerability. The hazard means a probability of occurrence of flood

event, the exposure represents the degree that the property is exposed

in the flood hazard, and the vulnerability represents the degree of

weakness of the measures for flood prevention. The elements also

have some sub-elements. Say, the hazard is explained by the

frequency based rainfall, the exposure has two sub-elements which are

population density and official land price, and the vulnerability has two

sub-elements which are undevelopedness index and ability of flood

defence. Each sub-elements are estimated and the estimated values are

rearranged in the range of 0 to 100. The Analytic Hierarchy

Process(AHP) is also applied to determine weighting coefficients in the

equation of RPFD.

We estimated the RPFD for the Anyang river basin and also the

design frequency by using the maximum rainfall. The existing design

frequency for Anyang river basin is in the range of 50 to 200. And

the result of this study is in the range of 110 to 130. Therefore, we

can use the developed method for the estimation of RPFD and the

design frequency for the administrative districts and maybe we could

apply the method for the watershed and the river channel in the future

study.

- iii -

목 차

요 지 ···················································································································· i

Abstract ··················································································································· ii

목 차 ·················································································································· ⅲ

표 목 차 ·············································································································· ⅵ

그 림 목 차 ······································································································ ⅷ

제 1 장 서 론 ···························································································1

1 . 1 연 구 배경 및 목적 ···················································································· 1

1 . 2 연 구 동향 ····································································································· 3

제 2 장 국내외 잠재위험도 및 치수안전도 사례 ····························4

2. 1 국내 ··········································································································· 4

2.1.1 홍수방어시설물의 치수안전도 ························································ 4

2.1.2 수자원장기종합계획 ·········································································· 7

2.1.3 유역종합치수계획 ·············································································· 8

2.1.4 치수안전도지표 설정 및 사례연구 ················································ 9

2.1.5 조건부 비초과확률 ·········································································· 10

2.1.6 제방안전도를 이용한 치수안전도 분석 ······································ 12

2.1.7 홍수피해잠재능(Potential Flood Damage, PFD) ····················· 13

2.1.8 홍수피해잠재능의 연구 ·································································· 17

2. 2 외국 ··········································································································· 1 9

2.2.1 일본 ···································································································· 21

2.2.2 미국 ···································································································· 22

2.2.3 영국 ···································································································· 23

제 3 장 홍수피해발생 잠재위험도 산정방안 ·································26

3 . 1 홍 수 피 해 잠 재 능 과 홍 수 피 해 발 생 잠 재 위 험 도 ································ 26

3 . 2 홍 수 위 험 도 ······························································································· 26

- iv -

3 . 3 홍 수 피 해 발 생 잠 재 위 험 도 산 정 방 향 ················································· 27

3 . 4 홍 수 피 해 발 생 잠 재 위 험 도 산 정 방 안 세 부 요 소 ······························ 28

3.4.1 위험성 ································································································ 28

3.4.2 노출성 ································································································ 29

3.4.3 취약성 ································································································ 30

3 . 5 설 계 빈 도 를 이용 한 잠 재 위 험 도 산 정 방 안 ······································ 3 2

3.5.1 잠재위험도 산정 ·············································································· 32

3.5.2 잠재위험도 구성요소 산정 ···························································· 34

3.5.3 가중치 산정기법 ·············································································· 35

3 . 6 기 왕 최 대 강 수 량 을 이용 한 설 계 빈 도 산 정 방 안 ······························ 3 7

3.6.1 기본개념 ···························································································· 37

3.6.2 잠재위험도 구성요소 산정 ···························································· 37

3.6.3 세부산정방법 ···················································································· 38

3.6.4 가중치 산정기법 ·············································································· 38

제 4 장 홍수피해발생 잠재위험도 산정방안의 적용 ···················39

4. 1 설 계 빈 도 를 이용 한 잠 재 위 험 도 산 정 방 안 의 적 용 ························ 3 9

4.1.1. 대상유역 ··························································································· 39

4.1.2 초과확률-유량 곡선 산정 ····························································· 40

4.1.3 수위-유량 곡선 산정 ····································································· 40

4.1.4 수위-노출성, 취약성 곡선 산정 ·················································· 41

4. 2 기 왕 최 대 강 수 량 을 이용 한 잠 재 위 험 도 산 정 방 안 ·························· 5 4

4.2.1 대상유역 ···························································································· 54

4.2.2 빈도별 확률강우량 산정 ································································ 55

4.2.3. 노출성 산정 ····················································································· 57

4.2.4 취약성 산정 ······················································································ 59

4.2.5 잠재위험도 산정 ·············································································· 61

4.2.6 설계빈도 결정 ·················································································· 63

4. 3 결 과 분 석 ··································································································· 67

4.3.1 잠재위험도 산정결과 분석 ···························································· 67

4.3.2 기왕최대강수량을 이용한 설계빈도 산정결과 분석 ················ 68

- v -

제 5 장 결론 및 향후 연구과제 ·························································70

참 고 문 헌 ·························································································72

부 록 ···········································································································76

부 록 1 . 노 출 성 산 정 을 위 한 자 료 ··························································· 7 7

부 록 2. 잠 재 위 험 도 공 식 의 가 중 치 결 정 을 위 한 설 문 지 ··············· 1 04

- vi -

표 목차

표 2.1 규모별 수공구조물의 설계빈도(한국수자원학회, 2002) ····················· 5

표 2.2 내수처리 시설에 대한 계획빈도 ··························································· 5

표 2.3 수공구조물의 설계빈도(한국수자원학회, 2002) ································· 6

표 2.4 하도의 치수안전도 (건설교통부, 2002b) ·············································· 8

표 2.5 치수안전도 평가 기준 ············································································· 12

표 2.6 PFD 산정을 위한 구성요소 ·································································· 14

표 2.7 세부항목별 가중계수 ··············································································· 15

표 2.8 홍수피해잠재능의 그룹 구분과 치수 방향 ········································· 17

표 2.9 수정PFD 산정을 위한 구성요소 ·························································· 18

표 2.10 수정PFD의 그룹 구분과 치수 방향 ·················································· 19

표 2.11 각 국의 토지 이용별 표준 홍수 기준(설계빈도)(ESCAP, 1991) 20

표 2.12 일본의 8차 치수사업 5개년 계획의 하천별 치수사업 목표 ········· 21

표 2.13 일본의 중소하천 설계빈도 ··································································· 22

표 2.14 토지이용에 따른 토지구분 ··································································· 24

표 2.15 토지이용에 따른 목표치수안전도 ······················································· 25

표 3.1 최근 10년간 가장 큰 홍수와 손실 및 보험의 손실 보상 비율 ····· 27

표 3.2 쌍대비교의 기본척도(Saaty, 1980) ······················································ 37

표 4.1 AHP기법을 이용한 가중치 산정결과 ·················································· 41

표 4.2 AHP기법을 이용한 가중치 산정결과의 수정 ···································· 42

표 4.3 대상지역 공시지가 지수 산정결과 ······················································· 43

표 4.4 대상지역 인구밀도 지수 산정결과 ······················································· 44

표 4.5 대상지역 노출성 산정결과 ····································································· 45

표 4.6 홍수방어능력 산정결과 ··········································································· 46

표 4.7 대상지역 취약성 산정결과 ····································································· 46

표 4.8 침수면적 ····································································································· 47

표 4.9 빈도별 노출성, 취약성 산정결과 (관악구) ········································· 47

표 4.10 빈도별 노출성, 취약성 산정결과 (구로구) ······································· 47

표 4.11 빈도별 노출성, 취약성 산정결과 (동작구) ······································· 48

표 4.12 빈도별 노출성, 취약성 산정결과 (영등포구) ··································· 48

- vii -

표 4.13 빈도별 잠재위험도 산정결과(관악구) ················································ 52

표 4.14 빈도별 잠재위험도 산정결과(구로구) ················································ 52

표 4.15 빈도별 잠재위험도 산정결과(동작구) ················································ 52

표 4.16 빈도별 잠재위험도 산정결과(영등포구) ············································ 53

표 4.17 가중치 산정기법에 따른 잠재위험도 산정결과의 비교 (도림천) 53

표 4.18 서울관측소 빈도별 확률강우량 ··························································· 56

표 4.19 수원관측소 빈도별 확률강우량 ··························································· 56

표 4.20 대상지역 공시지가 지수 산정결과 ····················································· 57

표 4.21 대상지역 인구밀도 지수 산정결과 ····················································· 58

표 4.22 대상지역 노출성 산정결과 ··································································· 58

표 4.23 지역낙후도 지수 산정결과 ··································································· 59

표 4.24 홍수방어능력 지수 산정결과 ······························································· 60

표 4.25 대상지역 취약성 산정결과 ··································································· 61

표 4.26 대상지역 잠재위험도 산정결과 ··························································· 63

표 4.27 지속시간별 기왕최대강우량 자료 ······················································· 63

표 4.28 잠재위험도를 이용한 설계빈도 결정 결과 ······································· 65

표 4.29 PFD와 잠재위험도 산정결과의 비교 ················································ 67

표 A-1 시군구별 표준지 공시지가 수준표 ·················································· 78

표 A-2 시군구별 용도지역별 면적 ·································································· 85

표 A-3 공시지가 지수 산정 결과 ···································································· 91

표 A-4 시군구별 인구밀도 ················································································ 98

- viii -

그림 목차

그림 2.1 PFD 산정 흐름도 ················································································ 16

그림 2.2 PFD의 그룹화 ······················································································ 16

그림 2.3 수정PFD의 그룹화 ·············································································· 19

그림 3.1 연피해 기대치 계산방법을 이용한 EPR 및 Rp의 계산과정 ······ 33

그림 4.1 대상유역의 현황 ··················································································· 39

그림 4.2 초과확률-유량 곡선 ············································································ 40

그림 4.3 수위-유량 곡선 ···················································································· 41

그림 4.4 공시지가 지수 산정을 위한 회귀식 ················································· 43

그림 4.5 인구밀도 지수 산정을 위한 회귀식 ················································· 44

그림 4.6 수위-노출성, 취약성 곡선(관악구) ·················································· 49

그림 4.7 수위-노출성, 취약성 곡선(구로구) ·················································· 49

그림 4.8 수위-노출성, 취약성 곡선(동작구) ·················································· 49

그림 4.9 수위-노출성, 취약성 곡선(영등포구) ·············································· 50

그림 4.10 초과확률-노출성, 취약성 곡선(관악구) ········································ 50

그림 4.11 초과확률-노출성, 취약성 곡선(구로구) ········································ 51

그림 4.12 초과확률-노출성, 취약성 곡선(동작구) ········································ 51

그림 4.13 초과확률-노출성, 취약성 곡선(영등포구) ···································· 51

그림 4.14 안양천 유역도(건설교통부, 2004) ··················································· 54

그림 4.15 잠재위험도 산정결과 ········································································· 62

그림 4.16 빈도에 대한 잠재위험도 회귀식 ····················································· 64

그림 4.17 등잠재위험도 곡선 ············································································· 66

그림 4.18 기왕최대강수량을 이용한 설계빈도 산정결과 ····························· 69

- 1 -

제 1 장 서 론

1.1 연구배경 및 목적

우리나라 도시지역은 해방이후 근대화의 과정에 있어서 체계적인 발전

보다는 빠르게 선진국의 대열에 들어서기 위해 매우 급격한 발전을 통해

건설되었다. 이로 인하여, 토지이용은 고도로 집적화되고 인구는 과밀(過

密)화되어 홍수 등의 재해에 노출성이 증가되었으며 피해에 취약할 수밖

에 없었다. 이후에, 산림녹화, 댐건설, 배수로 정비, 홍수예경보 시스템의

구축 등의 방법을 통하여 홍수 등에 의한 피해를 경감시키고자 부단한 노

력을 경주하여 왔다. 그럼에도 불구하고 도시지역의 홍수피해는 갈수록

증가하고 있는데 이는 도시화와 개발의 가속화로 인해 홍수피해 잠재성이

증가하고, 기후변화에 따른 기상이변 등의 영향으로 생각되어진다. 또한

증가되는 홍수량을 제방과 댐, 그리고 하천만이 부담하기에는 한계가 있

어왔고, 이러한 한계를 극복하고자 홍수량의 유역분담을 추구할 수 있는

유역종합치수계획이 수립되기에 이르렀다. 유역종합치수계획을 수립하기

위해서는 홍수피해잠재능(Potential Flood Damage, PFD)을 산정한 후, 그

결과를 이용하여 치수안전도를 결정하고 홍수에 취약한 지역을 구분하고

있다. 그러나 치수안전도를 결정하기 위하여 이용되고 있는 PFD는 설계

빈도와 같은 확률빈도와의 연계성이 없다는 문제점이 있다.

치수안전도는 아직까지 명확히 정의된 바 없으나 수자원장기종합계획(200

1～ 2020)(건설교통부, 2000)을 보면 “치수단위 구역에 현존하거나 장래에 존

재하게 될 인명, 자산, 사회기반시설, 그리고 자연․문화․사회․경제 자원 등

을 홍수로부터 방어하거나 피해를 저감할 수 있도록 설정한 기준 안전율을

말하며, 통상 피해 방지 확률(%), 설계빈도(연), 또는 방어기준에 대한 상대적

인 비율(%) 등으로 표기할 수 있다”라고 명시되어 있다. 기존의 하천 치수안

전도는 하천등급에 따른 제방의 설계빈도를 제공하고 있으며 이는 하도 위주

의 선 개념의 치수안전도라 할 수 있다. 이러한 선 개념의 치수안전도 설정은

하천에 과도한 홍수량을 분담시킴으로써 상류와 홍수터 내의 개발이 증가하

- 2 -

면 유출율이 증가하고, 홍수터 내로의 흐름을 막아 하도 내 수위 증가를 초래

한다. 이로 인해 상류의 수위 상승의 위험이 있으며 첨두유량이 증가하는 문

제를 안고 있다. 또한 지천과 본류의 합류점에서 도시지역이 있을 경우 같은

지역에 대하여 이중의 안전도를 설정해야 하는 문제점이 발생할 수 있다. 즉

유역내의 치수시설에 대한 유역 전체적인 차원에서의 검토가 이루어지지 않

은 상태에서 각 시설에 대한 설계기준을 책정하고 있어 하도와 저류시설 등

여러 치수방어대책 간의 분담과 조정이 이루어지지 못하고 있는 상황이다. 따

라서 유역에 대한 종합치수대책과 함께 새로운 면 개념의 유역 치수안전도가

요구되고 있다.

면 개념의 치수안전도로는 유역종합치수계획(건설교통부, 2001)에서 치

수경제성분석과 함께 치수안전도의 산정을 언급하고 있으나 실무 적용에

대한 어려움으로 PFD의 확대적용이나 빈도개념의 치수안전도 이용을 언

급하고 있다. 이에 따라 잠재위험도에 대한 개념 정립과 이의 산정방법론

을 개발하는 것은 특히, 유역개념의 잠재위험도를 표현하는데 매우 유용

할 것으로 사료된다.

본 연구에서는 PFD와 같은 개념을 가지고 있으며 면개념의 치수안전도

로 이용될 수 있고 선개념의 빈도로 표현가능한 홍수피해발생 잠재위험도

(Potential Risks of Flood Damage, Rp) 산정 방안을 제시하고자 한다.

즉, 설계빈도와의 연계성이 없는 PFD의 문제점을 개선하기 위하여 홍수

피해발생 잠재위험도가 설계빈도와 연계성을 가질 수 있도록 하는 방법론

을 제안하고 분석을 수행하고자 한다.

- 3 -

1.2 연구동향

우리나라는 하천등급별로 하천의 빈도를 규정하고 있는데 이는 바로 해

당 하천의 치수안전도를 의미한다고 볼 수 있다. 즉, 통상적으로 홍수빈도

를 가지고 하천의 치수안전도를 규정하고 있다는 것이다. 그러나 최근의

연구들을 보면 치수사업이나 홍수 또는 지역적 특성등에 따라 치수안전도

의 개념이나 산정을 다른 시각에서 보고자하며 연구를 수행하고 있는 것

으로 판단된다.(건설교통부, 1999, 2001b, 2002a; 한국수자원공사, 2001; 박

호상 등, 2003). 따라서 우리나라에서 수행하고 있는 연구와 외국의 사례

들을 조사 검토하여 치수사업과 홍수특성 또는 대상에 따른 치수안전도의

정의와 개념을 정립할 필요가 있을 것으로 사료된다. 그리고 홍수피해발

생 잠재위험도라는 개념은 사실상 아직 정립이 되어 있지 않으나 건설교

통부(2000)의 수자원장기종합계획에서 홍수피해잠재능(Potential Flood

Damage, PFD)이라는 개념을 도입하여 홍수피해발생에 따른 피해 잠재성

의 정도를 지역별로 제시하였으며, 이에 대한 연구도 수행하여 오고 있다

(정성원 등, 2001; 건설교통부, 2001b; 김정훈과 김영오, 2003, 안재현 등,

2005). 그러나 본 연구에서 수행하고자 하는 잠재위험도라는 개념은 홍

수피해잠재능과는 달리 확률론적 개념이 도입되고 새로이 정의되어질 필

요가 있을 것으로 판단된다.

- 4 -

제 2 장 국내외 잠재위험도 및 치수안전도 사례

2.1 국내

2.1.1 홍수방어시설물의 치수안전도

우리나라는 홍수방어에 대하여 유역에 대한 종합적인 계획이 세워지지

않아 지역간, 하천간의 영향을 고려하는데 소홀히 하고 하천별 홍수방어

시설의 분산추진으로 치수사업을 하였다. 또한 하도중심의 설계로 인하여

실제 방어능력보다 떨어지는 결과를 초래하고 있는 것이 사실이다. 이러

한 문제점을 해소하기 위해서 현재 2001년～2020년까지를 목표로 우리나

라의 실정에 맞는 유역종합치수계획을 진행하고 있는 중이다.

현재 국내에서 홍수방어를 위한 규정은 하천설계기준(한국수자원학회,

2002), 하천공사표준시방서(한국수자원학회, 1999), 하수도시설기준(한국수

도협회, 1998), 댐시설기준(한국수자원학회, 1993) 등에 명시되어 있다.

하천설계기준에는 하천의 설계빈도는 소규모, 중규모, 대규모로 분류하

고 있다(표 2.4). 수문학적 설계규모의 판단 기준은 수문설계자의 공학적

판단과 경험을 바탕으로 결정하는 것이 바람직하다고 명시되어 있으며,

극한수문사상에 대한 설계빈도를 결정하기 위해서는 공학적 판단과 함께

내용 연한을 초과하지 않는 설계기간에 닥칠 위험도를 평가하고, 연평균

비용을 최소화할 수 있는 재현기간에 대한 치수경제성분석, 그리고 설계

자의 설계나 현장경험과 구조물 종류, 중요도, 홍수지역의 개발정도에 바

탕을 둔 표준설계기준을 판단하여 결정하도록 명시하고 있다. 또한 수공

구조물의 설계에 있어서 구조물의 중요도, 도시화 등 수문학적 요소가 가

장 중요하나, 사회적, 경제적 요소에 따라 설계기준이 달라질 수 있으며

따라서 특정 수공구조물의 설계빈도를 일률적으로 100년 또는 200년으로

결정하는 것은 바람직하지 못하다고 제시되어 있다.

은 내수처리시설의 빈도에 대한 규정을 보여주고 있다. 보통

내수처리는 1/10의 빈도를 중심으로 결정되어 있는 것을 알 수가 있으나

하천과 지역적 특성에 따라 유연성 있는 설계빈도를 사용하고 있다.

- 5 -

표 2.1 규모별 수공구조물의 설계빈도(한국수자원학회, 2002)

수공구조물

분류구조물 종류 설계빈도 비 고

소규모

배수구

도시우수관거

공항배수시설

도로 암거

도시우수저류지

소하천 제방

소규모 댐의 여수로 및 부속

시설

2년～5년

대대적으로 파괴되어도 거

의 인명손실이 없으며 피

해액은 구조물을 대체하거

나 수리비용정도인 경우

중규모

수력발전시설

관개용 수로

중규모 댐과 저수지

도시 홍수조절지

철도

암거

100년～1000년

대대적으로 파괴되었을 경

우 약간의 인명손실이 있

으며 피해액은 구조물 관

리자나 소유자의 재정능력

내에 있을 경우

대규모

대규모 다목적 댐

여수로

대하천 제방

대규모 관개수로

하구언

500년～추정한계치

대대적으로 파괴되었을 경

우에 막대한 인명손실과

광범위한 피해가 초래되는

경우

1)추정한계치(Estimated Limiting Value: ELV): 수공구조물의 크기를 고려하여 빈도를 설정하거나

설계빈도 이상에 대해서는 과거에 발생한 수문사상을 이용하여 수문기상학적으로 가능한 최대치를

추정하여 이용한다(하천설계기준, 2002)

표 2.2 내수처리 시설에 대한 계획빈도

구 분 계획빈도 적용현황

․하천공사표준시방서 (한국수자원학회, 1999)

10～20년

(주로 농경지 기준)

부산시: 30년(71.9 mm)

마산시: 20년

울산시: 30년(77.7 mm)

대구시: 기왕최대

서울시:

한강-10년(74.3 mm)

지천-20년

․하천설계기준 (한국수자원학회, 2002)

편익/비용 계산에 의해 결정

․하수도시설기준 (한국수도협회, 1998)

5～10년(우수배제시설)

- 6 -

표 2.3 수공구조물의 설계빈도(한국수자원학회, 2002)

구조물 종류 설계빈도(년) 설계 확률

고속도로 배수용 암거

교통량이 적은도로

교통량이 중간이 도로

교통량이 많은 도로

5～10

10～25

50～100

0.20～0.10

0.10～0.04

0.02～0.01

고속도로 교량

소교량(경간 L100 m)

10～50

50～100

0.10～0.02

0.02～0.01

농업용 배수시설

암거

배수구

5～50

5～50

0.20～0.02

0.20～0.20

하천제방

농경지 하천

도시 하천

2～25

50～200

0.50～0.04

0.02～0.005

홍수방어(조절)용

저수지

여수로

제방

하도

배수시설

50～SPF

PMF

10～SPF

5～SPF

2～50

0.02이하～SPF

0.10이하～SPF

0.20이하～SPF

0.50～0.02

생활 및 공업용수 공급시설 20～200 0.05～0.005

1) 최대가능홍수량(Probable Maximum Flood: PMF): 이론적으로 추정한 최대강수량 깊이((Probable

Maximum Precipitation: PMP)를 이용하여 계산된 홍수량을 말하며, 이는 보통 구조물의 파괴로 인

한 피해가 경제 단위로 표시할 수 없을 만큼 피해가 큰 구조물을 설계하는데 많이 사용된다.

- 7 -

은 하천설계기준에서 명시하고 있는 수공구조물에 대한 설계

빈도를 나열한 것이다. 에서 제시된 설계빈도는 지금까지의 국내

외에서의 경험과 판단에 의해 일반적으로 사용되는 수공구조물의 설계빈

도로써 실제로 수공구조물의 설계빈도를 결정할 때 전적으로 명시된 설계

빈도에 의존하는 것은 합리적이지 못하므로 어디까지나 참고로 이용해야

하며 하천 치수경제조사에 제시한 방법으로 구조물별 설계빈도를 구할 수

있다고 명시하고 있다.

이상은 하천시방서와 규정에 의해 결정되어 있는 하천 구조물별 치수안

전도에 대한 것이다. 최근에는 이상강우에 의한 홍수의 피해증가로 인하

여 하천에 대한 설계빈도를 상향조정하는 추세에 있으며 사회․문화적으

로 중요한 시설물에 대해서는 하도설계빈도 이상～가능최대홍수량(PMF,

SPF)까지 적용을 검토하고 있다(건설교통부, 2000). 또한 선 개념과 면

개념의 치수안전도를 복합적으로 적용하여 보다 효율적인 홍수방어대책에

임하고 있다.

2.1.2 수자원장기종합계획

홍수피해 밀도가 높은 피해 중심지역의 보호와 낮은 지역의 저류 기능

확보를 위해 지역별 치수안전도를 설정하여 활용한다. 기본적으로 치수경

제성(또는 홍수피해잠재능), 기존 하도 설계빈도, 추가로 시설과 지역별로

구분하여 적용함으로써 하도 계획만으로 대응하기 어려운 초과홍수 등에

대한 치수효과를 극대화한다.

가 . 치 수 안 전 도 설 정 방 법

치수안전도 설정 방법은 하도와 홍수터 관리 개념을 적용한 사회적 의

사 결정 방법이 있으며, 기존의 하도에 대한 홍수터 관리 개념을 적용하

는 방법에 추가하여 기준 치수안전도(하도의 설계빈도의 경우, 계획홍수

위에 해당하는 홍수터 관리 개념에 따라 기존 설계빈도를 적용)등을 검토

하여 설정한다.

홍수피해잠재능 평가를 통한 홍수피해 가능 지역의 지역별 치수안전도

를 구분(현재는 사회적으로 50∼200년 빈도를 기준으로 구분)하고, 강우-

- 8 -

피해액 관계 유도를 통하여 치수안전도 상향 여부를 검토한다(Smith and

Ward, 1998; Kadoya et al. 1993). 그리고 홍수발생빈도, 발생규모, 피해액

등을 검토하여 홍수피해위험도 개념을 설정하여 적용한다.

나 . 치 수 안 전 도 기 준 설 정

(1) 선 개념의 치수안전도

표 2.4 하도의 치수안전도 (건설교통부, 2002b)

하천중요도 계획규모(재현기간) 적용 하천 범위

A급 200년 이상 국가하천 주요구간

B급 100∼200년 국가하천

C급 80∼100년 지방 1급 하천

D급 50∼100년 지방 2급 하천

기준 치수안전도로서 하도 설계빈도는 표 2.4와 같이 계획홍수위에 해

당하는 홍수터 관리 기본 개념에 따라 기존 설계빈도를 적용하되, 홍수터

의 경우는 일률적으로 100년 빈도(200년 빈도는 지역에 따라 추가 검토)

의 홍수를 기본 홍수로 설정하여 관리 대책을 도모한다.

(2) 면 개념의 치수안전도

유역종합치수계획(건설교통부, 2001b)에서는 유역내 홍수관리 지역의

경우 유역은 홍수량 부담 및 관리를 위해 치수단위 구역별로 구분(치수단

위구역을 중요도에 따라 3단계 이상으로 구분, 예를 들어 보수 지역, 유수

지역, 저지대 지역 등)하여 설정한다. 기본적으로 치수경제성이나 홍수피

해잠재능을 통한 설정이 타당하며, 보수와 유수 기능을 갖는 농경지와 배

후습지, 중상류 소하천 등은 하도 계획빈도 이하에서 검토하여 홍수 흡수

기능(일시 저류)을 부여하여야 할 것이다.

2.1.3 유역종합치수계획

- 9 -

우리나라의 치수사업이 본격화되기 시작한 것은 1960년대 하천법이 제정

되어 1965년 한국수자원종합개발계획 10개년 계획(1965～1975)이 수립되면서

부터라고 말할 수 있다. 대체로 기존의 치수계획은 하천정비, 댐 건설, 홍수예

경보, 재해구호 및 복구체계 등으로 홍수의 피해를 최소화하려고 하였다. 하

지만 기존의 치수계획은 국지성 집중호우 및 홍수방어구조물간의 연계성 부

족뿐만 아니라 급속한 도시팽창과 도시로의 인구집중으로 홍수취약지구역과

같은 곳 조차도 도시개발과 자산이 집중하여 재해위험성이 가중되는 현실에

이르게 되었다. 이는 적절치 못한 치수계획뿐만 아니라 재해방지를 위한 법

적․제도적 장치가 미흡했다 할 수 있다. 그리고 이상기후에 대한 대처 미흡

과 유역단위 종합치수대책의 부재 또한 홍수의 위험을 가중시킨 원인이라 할

수 있다(건설교통부, 2001). 그리하여 정부는 새로운 치수계획의 일환으로

2001～2020년 수자원장기종합계획(건설교통부, 2000)중 유역종합치수계획을

세워 풍수해에 대한 적절한 대응을 할 수 있도록 추진하고 있다. 즉 기존의

선 개념의 하천관리는 면 개념으로 전환하고, 무분별한 하천정비로 인한 홍수

유출량을 막기 위하여 홍수취약구역에 대한 우선투자지역을 구분하며, 유역과

하천과 관련하여 토지이용상황 및 지형특성 등을 감안하여 우수를 일시적으

로 침투 또는 체류하는 기능을 가진 ‘보수지’, 우수 또는 하천의 유수를 일시

적으로 저류 하는 기능을 가진 ‘유수지’, 적극적으로 침수방지를 해야 하거나

자연지 보전을 해야 할 필요가 있는 ‘저수지’ 등으로 지역을 구분함으로써 지

역별 홍수량을 분담하여 적절한 치수안전대책을 강구하고 있다. 또한 유역별

홍수취약지를 선별하여 효과적인 치수계획을 수립하기 위한 치수안전도 설정

방안으로 홍수피해잠재능 평가를 실시하도록 하고 있다.

2.1.4 치수안전도지표 설정 및 사례연구

한국수자원공사(2001)의 치수안전도 지표(Flood Safety Index, FSI)설정

및 사례연구에 의하면 아래와 같이 치수안전도를 산정하고 있다.

가 . 산 정 식

- 10 -

FSI = (1 -L TP )× 100(%)

L T = 기대 연 피해비용(expected annual damage cost)

P = 치수단위구역의 총 자산액

나 . 수 정 산 정 식

건설교통부(2000)에서 제시하고 있는 PFD방법을 도입하여 좀 더 현실

적인 간접피해액을 계산한 후, 기대 연 피해비용에 추가함으로서, 좀 더

합리적인 방법을 모색하였다.

FSI = (1 -TL TP )× 100(%) = (1 -

(k + 1)L TP ) × 100(%)

여기서, k = 간접피해지수

L T = 기대 연 피해비용(expected annual damage cost)

TL T = 총 기대 연 피해비용(expected annual damage cost)

P = 지역의 총 자산액

2.1.5 조건부 비초과확률

2002년 건설교통부에서 수행한 ‘하천시설물 설계시 신뢰도 분석 개념

도입에 관한 연구’에서 조건부 비초과확률을 홍수방어능력의 평가지표로

이용하였다. 어떤 사상이 발생했을 때 정해진 조건의 용량을 넘지 않을

확률을 나타내는 조건부 비초과확률은 홍수방어능력이나 홍수위험의 정도

를 나타내는데도 이용될 수 있다.

가 . 개 념

조건부 비초과확률은 어떤 수문사상이 발생했을 때 정해진 용량을 초과

하지 않을 확률을 말한다. 예를 들어 제방고 5m인 제방에서 초과확률이

- 11 -

0.005(재현기간 200년)인 사상에 대한 조건부 비초과확률이 0.75라면 이는

계획이 수행되었을 때 초과확률 0.005인 사상이 발생할 경우 수위가 5m

을 초과하지 않을 확률이 0.75임을 의미한다. 홍수량-빈도 함수와 수위-

유량관계곡선의 불확실성 때문에 조건부 비초과확률은 과업 수행을 평가

할 수 있는 지표가 된다. 조건부 비초과확률을 가지고 잠재위험도를 표

현한다면 제방고 5m의 홍수방어기준이 있고, 재현기간에 따른 홍수가 발

생할 때 홍수방어기준에 대한 잠재위험도를 나타낼 수 있다는 것이다.

즉, 앞에서 5m의 기준은 200년 홍수규모에 대하여 비초과 확률이 0.75인

데 이는 200년 홍수규모에 대한 잠재위험도가 0.25임을 나타낸다고 할 수

있다.

나 . 불 확 실 성 고 려 한 조 건 부 비 초 과 확 률 산 정

조건부 비초과확률 계산 방법은 목표사상의 형태와 사용된 표본추출 방

법에 따라서 결정된다. 일반적으로 조건부 비초과확률 계산에는 주요 사

상의 반복 표본추출, 목표 사상과의 비교, 비초과 빈도의 결정이 요구된

다. 다음 흐름도는 특정 연초과확률에 해당하는 사상이 주어졌을 때 하천

제방의 조건부 비초과확률 계산과정을 나타내고 있다. 여기에서는 확률밀

도함수로 표현되는 불확실성을 갖는 홍수량-빈도 함수, 확률밀도함수로

표현되는 수위-유량관계곡선 등을 이용한다.

① 유량-빈도함수에서 빈도를 선택하고 이에 상응하는 홍수량을 선택한

다.

예: 100년 빈도 (0.01 초과확률)의 홍수량 500cms (임계사상)

② 500cms에 대한 샘플링을 하고 여기에 오차항을 더한다.

③ 홍수량(임계사상)에 상응하는 수위를 구하고 여기에 오차항을 더한다.

④ 우리가 정의한 홍수량 또는 수위(목표사상) 즉, 우리가 30년 빈도로 제

방을 설계한다면 이때의 수위(제방고)가 목표 사상이 된다.

⑤ 따라서 위에서 샘플링하고 오차항을 더한 100년 빈도 홍수량 또는 수

위가 30년 빈도의 제방고보다 큰지 작은지를 확인한다.

⑥ 위와 같은 과정을 계속 반복하면 예를 들면 1000번을 반복하였다면 표

본의 크기는 1000이고 30년 제방고를 넘지 않은 숫자가 10번이라면 30

- 12 -

년 제방고가 100년 빈도의 사상에 대한 조건부 비초과확률은 10/1000

이 되어 0.01의 조건부 비초과확률을 갖게 된다.

2.1.6 제방안전도를 이용한 치수안전도 분석

박호상 등(2003)은 제방안전을 이용하여 치수안전도를 분석하였는데 그

내용을 살펴보면 다음과 같다. 국지성 이상호우에 대한 하천의 치수 안전

도를 분석하기 위하여 연구대상 하천과 적용강우를 선정하고, 선정된 강

우를 기상청과 인근의 구청의 강우량 자료를 이용한 면적강우량으로 세분

화하였고, 해당지역관측소의 일 최대 확률강우량과 비교분석하여 강우 계

측망을 검토하였으며, 각 강우에 대한 홍수량을 산정하여 대상 하천의 통

수능을 평가하였다. 각 강우에 따라 산정된 홍수량을 이용하여 홍수위를

산정하고 계획홍수위와 비교 검토한 후, 하천의 치수 안전도를 분석하였

다. 치수 안전도를 제방안전단면(A), 제방관리단면(B), 제방위험단면(C)으

로 등급을 나누었으며, 여유고를 포함한 현재의 제방단면을 적용강우(월)

및 대상 지역 가능최대강수량에 대하여 안전도를 검토한 후, 계획빈도에

의해 설계된 하천의 안전도를 분석하였다.

표 2.5 치수안전도 평가 기준

구분 표시 기준 진단 및 대책

제방안전단면 A제방고 > 계획홍수위 +

여유고제방 안전

제방관리단면 B계획홍수위 < 제방고 <

계획홍수위 + 여유고

제방은 월류하지 않으나 취약원인을 파악하고

관리 필요

제방위험단면 C 제방고 < 계획홍수위 제방이 월류되므로 즉각적인 치수대책 수립

치수안전도 분석은 제방의 안전도를 평가하는 것으로 실시하였는데 하

천제방의 높이와 하폭을 기준척도로 하여 평가하였다. 연구 대상하천에

대해 제방고를 조사하여 전 구간에 대하여 여유고 및 계획홍수위를 비교

- 13 -

분석하였고, 치수 안전도 평가 기준은 제방고와 계획홍수위 및 여유고를

중심으로 아래와 같이 구분하였다.

구분된 기준을 바탕으로 빈도별, CASE(관측소, 적용강우)별로 단면을

표시하여 치수안전도를 분석하였다.

2.1.7 홍수피해잠재능(Potential Flood Damage, PFD)

PFD는 특정 치수단위구역의 잠재적인 홍수피해 취약 정도를 나타내는

지수이다. PFD는 치수계획을 수립하는데 있어서 기존의 치수사업에서 치

중했던 선 개념이 아닌 면 개념 을 도입하여 공간적인 비교가 가능하도록

하였으며, 수문 요소뿐만이 아니라 사회경제적인 요소까지 포괄하여 단위

구역의 치수 특정 및 사회경제적인 가치를 함께 판단하고자 하였다. 이를

적용하기 위한 단위로서 설정된 치수단위구역은 유역 중심으로 분할된 수

자원단위구역을 기초로 하여 전국을 150개의 구역으로 구분하여 PFD를

산정하였다. 또한, 유역별 특성을 비교 판단할 수 있도록 PFD를 구성하는

잠재성(지역 중요도)과 위험성(홍수피해 가능성)을 기준으로 4개의 그룹

으로 분류하여, 구역별 치수특성과 투자우선순위를 결정하기 위한 참고자

료로서 활용할 수 있도록 하였다.

가 . 기 본 개 념

PFD는 특정 치수단위구역의 홍수에 대한 잠재적인 홍수피해의 취약정

도를 나타내는 지수로서 홍수에 의한 잠재적인 피해 정도를 나타내는 잠

재성 요소(인구, 재산, 도시화율, 사회기반시설)와 홍수피해가 발생할 가능

성 및 이에 대한 방어능력 정도를 나타내는 위험성 요소 (홍수 피해액,

확률강우량, 하천 개수율, 홍수조절용량)로 구성된다. 각 세부항목별 지수

값은 이론상 0, 1의 값을 가진다. 잠재성 및 가능성의 세부항목들은 원자

료의 값이 클수록 PFD도 커지므로 각 세부항목의 지수 값은 커지게 되

며, 방어능력의 세부항목들은 원자료의 값이 클수록 PFD는 작아지므로

지수 값은 작아지게 된다．

나 . P F D 산 정 식

- 14 -

홍수방어계획 수립에 있어 중요한 기준이 되는 항목은 그 지역의 잠재

피해 정도 및 발생확률과 이에 대한 방어능력으로 구분할 수 있을 것이

다. PFD 산정은 과 같이 각 치수단위구역별로 크게 잠재성 요소

와 위험성 요소로 나누어 항목을 산정하였다.

표 2.6 PFD 산정을 위한 구성요소

요 소 세 부 항 목

잠재성, FPO

ㆍ인구, FPD

ㆍ자산, FPF

ㆍ도시화율, FRUB

ㆍ사회기반시설(도로, 철도, 교량), FSOC

위험성, FRI

가능성 ㆍ홍수피해액, FFD

ㆍ확률강우량, FPR

방어능력

ㆍ외수방어능력(제방 개수율), FCI

ㆍ댐 및 저수지, FDAM

ㆍ내수방어능력(배수펌프장), FPUMP

□ PFD 산정식

PFD = Fα1PO× F

α 2RI

= [β 1FPD+β2FPF+β3FRUB+β4FSOC ]α 1

× [β 5FFD + β6FPR + β7FCI + β8FDAM + β9FPUMP ]α2

여기서, αi 및 β i는 지수별 가중계수

다 . 가 중 계 수 (β i )의 결 정

․지수별 중요도를 고려하여 초기값( γ i)을 부여한 후,

․각 계급별 도수와 계급의 곱에 가중계수 초기값을 곱하여 지수별 합산

.

sumi = Ni×magi× γ i

- 15 -

여기서, N i는 각 계급별 도수, magi는 계급, γ i는 초기값

․요소별 총합에 대한 지수별 합의 비율로 가중계수 β i값 산정

β i =sum i

∑sum i

가중계수 β i의 결정은 위 두 가지 식을 이용하여 시행착오법으로 구해진

다. 초기값 γ i의 결정은 주관적인 면이 들어갈 수 있으므로 전문가의 의

견에 의해 정하여야 한다. 은 기존PFD의 가중계수 β i를 결정한

것이다.

표 2.7 세부항목별 가중계수

구분

잠 재 성 위 험 성

비 고인구 자산 도시화율

사회간접

시 설

홍 수

피해액

확 률

강우량개수율

댐

저수지내수

β 0.4 0.3 0.2 0.1 0.3 0.2 0.3 0.1 0.1

라 . P F D 산 정 절 차

시군별․지수별 자료 수집

치수단위구역별 자료 구축

시군별 ⇨ 치수단위구역별 자료 변환은 편입면적비로 산정

원시자료의 확률 분석(LP III 분포)

확률밀도함수로 추정후 무차원 지수

- 16 -

그림 2.1 PFD 산정 흐름도

치수단위구역별 PFD 산정

PFD 산정 결과 검증

치수단위구역별 피해밀도와 비교

마 . P F D 산 정 결 과

PFD 산정으로 얻어진 결과는 , 와 같이 4그룹으로

분류하여 판단할 수 있도록 하였다.

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

AD

C B

잠재성

위험성

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

AD

C B

잠재성

위험성

그림 2.2 PFD의 그룹화

A: 잠재성 > 0.5, 위험성 > 0.5

B: 잠재성 > 0.5, 위험성 > 0.5

C: 잠재성 > 0.5, 위험성 ≦ 0.5 D: 잠재성 > 0.5, 위험성 ≦ 0.5

- 17 -

표 2.8 홍수피해잠재능의 그룹 구분과 치수 방향

그룹 대책

A 그룹 홍수방어시설의 강화가 필요하며 주로 구조적 대책에 의한 치수사업 전개

B 그룹홍수방어시설 설치가 필요하고 치수안전도의 상향 조정이 필요하지만, 구조적 대

책과 함께 비구조적 대책 병행 모색

C 그룹 자연친화적 사업과 병행될 수 있는 방향으로 유도

D 그룹상류지역의 범람에 의해 하류지역의 홍수 부담 감소를 모색하는 등 지역적인 여건

을 고려한 대책 마련

2.1.8 홍수피해잠재능의 연구

김정훈과 김영오(2003)는 기존의 PFD에서 일부 구성요소와 세부요소를

수정․보완하여 개선방향을 제시하였다.

가 . 개 요

구성요소에서 세부요소들의 일부를 추가하거나 이동하고, 산정식이나

가중계수등은 기존 PFD와 동일하게 이용하여 수정 PFD를 제안하였다.

□ 수정PFD 산정식

PFD = Fξ1PO× F

ξ2POSS× F

ξ3DEF

= (β 1FPD+β2FPF+β3FSOC+β4FNC )ξ1

× (β 5FPR+β6FRUB+β7FGE+β8FFD )ξ 2

× (β 9FCI+β 10FDAM+β11FPUMP)ξ3

여기서, αi 및 β i는 지수별 가중계수

- 18 -

표 2.9 수정PFD 산정을 위한 구성요소

요 소 세 부 항 목

피해대상, FPO

ㆍ인구, FPD

ㆍ자산, FPF

ㆍ사회기반시설(도로, 철도, 교량), FSOC

ㆍ자연 ․ 문화자원, FNC

피해가능성, FPOSS

ㆍ확률강우량, FPR

ㆍ도시화율, FRUB

ㆍ지형학적 특성, F GE

ㆍ홍수피해액, FFD

위험성, FDEF

ㆍ외수방어능력(제방 개수율), FCI

ㆍ댐 및 저수지, FDAM

ㆍ내수방어능력(배수펌프장), FPUMP

나 . P F D 산 정 결 과

PFD 산정으로 얻어진 결과는 아래 , 과 같이 8그

룹으로 분류하여 판단할 수 있도록 하였다.

- 19 -

그림 2.3 수정PFD의 그룹화

A: 피해대상 > 0.5, 방어능력 > 0.5, 피해가능성 > 0.5

B: 피해대상 > 0.5, 방어능력 > 0.5, 피해가능성 ≦ 0.5 C: 피해대상 > 0.5, 방어능력 ≦ 0.5, 피해가능성 > 0.5 D: 피해대상 > 0.5, 방어능력 ≦ 0.5, 피해가능성 ≦ 0.5 E: 피해대상 ≦ 0.5, 방어능력 > 0.5, 피해가능성 > 0.5 F: 피해대상 ≦ 0.5, 방어능력 > 0.5, 피해가능성 ≦ 0.5 G: 피해대상 ≦ 0.5, 방어능력 ≦ 0.5, 피해가능성 > 0.5 H: 피해대상 ≦ 0.5, 방어능력 ≦ 0.5, 피해가능성 ≦ 0.5

표 2.10 수정PFD의 그룹 구분과 치수 방향

그 룹 대 책

A 홍수시설의 강화가 필요하고, 구조적 대책에 의한 치수사업을 집중화해야 할 지역

B홍수방어시설의 강화를 필요로 하지만 A에 비해 지역적 여건을 고려하여 구조적 대

책을 모색

C홍수방어시설의 설치가 필요하나, 구조적 대책보다는 비구조적대책과 지역적 여건을

고려한 치수안전대책을 모색

D상류지역의 범람에 의해 하류지역의 홍수범람 감소를 모색하는 등 지역적 여건을 고

려한 대책 마련

E홍수방어시설의 설치가 필요하고, 치수안전도의 상향조정이 필요하지만, 구조적 대

책과 비구조적 대책의 병행 모색

F 홍수방어시설이 필요하나, 비구조적 대책을 모색

G 홍수방어 시설은 어느 정도 충분하므로 비구조적 대책에 비중을 두고 대책을 모색

H 자연친화적인 사업과 병행될 수 있는 방향으로 모색

- 20 -

2.2 외국

미국에서는 홍수터를 기준으로 지역과 시설별로 차별화 하였으며, 일본

은 하도 설계빈도와 유역 유출 저감 대책을 추진하기 위한 치수안전도를

설정하였다. 각 국가의 치수안전도 설정 기준은 과 같이 해당

지역별 치수안전도(설계 빈도)를 달리하고 있다.

표 2.11 각 국의 토지 이용별 표준 홍수 기준(설계빈도)(ESCAP, 1991)

국가/지역 상업 공업 주거 농촌 농업 통합 비 고

호주 50～100 50～100 50～100 5～50

브루나이 10 5

불가리아 100～500 30～100 5～10

중국 200 100 제방기준

콜롬비아 30

체코 100 50 7～10

홍콩 50～200 50～200 50～200 10～200 2～5

헝가리 60

인도 50 25 제방기준

인도네시아 5～20

일본 10～200 10～200 10～200 10～200 10～200 10～200

말레이시아 5～100 5～100 5～100 5～100 5～30

필리핀 100 50～70 제방기준

폴랜드 1,000 500 100 20～100

싱가폴 5 5 5

터키 100～500 100～500

태국 25～100 25～100 25～100 25～100 50～200

영국 10～100 10～200 10～100 1～10

미국 25～100 25～100 25～100 5～25

러시아 1,000 100 50 10

베네수엘라 5～25

베트남 20～50

현재 국내 치수사업에서는 하도의 설계빈도를 하천 등급별로 제시 활용

- 21 -

하여 유역종합치수계획 수립을 위한 공간과 시설별 치수안전도를 설정할

필요가 있다. 따라서 유역종합치수계획은 홍수량 분담을 고려하여 지역,

시설별 치수안전도 즉, 지역별 치수안전도와 배후습지, 농경지 등을 포함

한 홍수터 관리와 치수안전도, 홍수방어시설의 치수안전도를 설정한다.

2.2.1 일본

일본은 우리나라와 같이 저지대(하천의 범람구역)에 인구․자산이 집중

되어 있고 하천의 경사가 매우 급하여 강우가 발생할 경우 홍수에 대한

위험이 매우 크다. 일본은 빈번한 홍수에 의한 피해를 경감시키기 위해

치수대책에 있어서 전체유역을 고려한 접근방법을 사용하고 있다. 즉, 유

역을 유출억제지역(보수지역) 홍수지체지역(유수지역), 저지지역의 세 단

계로 구분하고 그 지역의 용도에 알맞은 개발계획을 수립함으로써 전 유

역에 대한 홍수피해를 최소화하고자 노력하고 있다 (Japan Institute of

Construction Engineering, 2000).

표 2.12 일본의 8차 치수사업 5개년 계획의 하천별 치수사업 목표

항목 목 표 내용 정비방향

전체

하천

범람에

의한

피해방지

시간우량 50 mm에 상당하는 강우에

의한 범람피해방지를 위한 치수시설

정비

1991년 말 범람방어율 45%를

1996년까지 5년 동안 53%로 상향

조정

대하천

심각한

범람피해

방지

빈도 30∼40년 규모의 강우에 의한

범람피해를 방지하는 시설정비

1991년 말 범람방어율 62%를

1996년까지 5년 동안 69%로 상향

조정

중소

하천

만성적

범람피해

방지

시간우량 50mm(빈도 5∼10년)의 강

우에 의한 범람피해를 방지하는 시

설정비

1991년 말 범람방어율 35%를

1996년 까지 5년동안 43%로 상향

조정

토사

재해

토사재해

에 의한

피해방지

시간우량 50 mm의 강우에 의한 토사

재해를 방지하는 시설정비

1991년말 토사재해대책조정율

20%를 1996년까지 5년 동안 27%

로 상향조정

초과

홍수

대책

초과홍수

에 의한

피해방지

고규격 제방의 정비

고규격 제방의 정비연장을 1991

년말 5km에서 1996년까지 5년동

안 60km로 연장

- 22 -

일본의 종합치수대책은 하천과 유역을 하나로 고려하여 치수대책을 추

진하는 것이 특징이며, 이 대책은 모든 하천의 범람에 대한 피해방지를

목표로 5∼10년의 설계빈도에 해당하는 50 mm/hr의 강우에 대하여 치수

안전도를 확보하는 것을 목표로 하고 있다. 그러나 최근에는 100 mm/hr

가 넘는 강우사상 발생 등을 고려하여 75 mm/hr로 상향조정할 것을 검

토 중이다(건설교통부, 2000). 표 2.13은 일본의 치수사업 중 하천정비 내

용의 사례이다(오세제, 2000).

표 2.13 일본의 중소하천 설계빈도

유역면적

구분10 km2이상 5∼10 km2 5 km2미만

도시하천 100년 50년 20∼30년

도시하천 외 주요하천 50년 20∼30년 10∼20년

기타하천 30년 10∼30년 10년

2.2.2 미국

미국에는 홍수뿐만 아니라 여러 가지 자연재해 및 인위적 재난을 포함

한 비상사태시 인명과 재산피해를 최소화하기 위하여 1979년에 대통령 직

속의 재난․재해관리 전담기관으로 FEMA(Federal Emergency Manage

-ment Agency)가 설립되었다.

홍수관리를 위해서 FEMA에서는 구조적 대책의 비효율성에 한계를 인

식하게 되어 국가홍수보험제도(National Flood Insurance Program:

NFIP)를 운영하여 홍수위험지역을 지정하고 강제적으로 보험계약을 체결

하도록 하고 있다. 또한 각 지방마다 지역의 강우 및 유역특성이 틀리기

때문에 호우관리시설의 계획과 평가에 도움을 주기 위하여 호우관리계획

지침(Storm Water Management Design Manual )이 개발되어 왔다.

미연방정부와 대부분의 지방정부에서 100년 빈도의 홍수를 기본적인 대

상홍수로써 고려하고 있으며 NFIP에 의해 확정되어있다. 이는 기존 시설

물에 대한 근본적인 개선뿐만 아니라 신규로 건설될 시설물에 대해서도

- 23 -

법적인 구속력을 가지고 있어 홍수터 또는 홍수로부터의 위험이 있다고

고려되어지는 지역에 대해서는 100년 빈도 홍수위보다 1 ft 높은 홍수위

에서 침수가 되지 않도록 건물을 짓거나 홍수로부터 50 % 이상의 피해를

입은 건물에 대해서는 홍수터 이외의 지역에 건물을 재위치 시키도록 요

구하고 있다. 그리고 배수암거 및 배수설계에 대해서는 10～25년의 설계

호우에 대응하도록, 저류지에 대해서는 10년의 설계강우에 대응토록 하고

있다. 또한 10 acre 이상의 개발사업에 대해서는 반드시 저류지 용량이

24시간 동안 초기 유출량에 대하여 1/2을 저류 하도록 하고 있다(건설교

통부, 2001).

사실상 NFIP에서 대상홍수의 빈도를 100년으로 하였다고는 하나 더 큰

홍수가 일어날 수 있으며 실제로 일어나고 있다. 미국에서는 지방정부마

다 홍수방어 목표수준을 달리하여 막대한 재산피해와 인명손실이 발생할

수 있는 홍수에 대해서는 더 극심한 홍수를 고려하고 있다. 특히 재산과

인명피해를 많이 볼 수 있는 시설물들에 대해서는 표준설계홍수(Standard

Project Flood: SPF)와 500년 빈도홍수를 극한 홍수로써 사용하고 있다.

예를 들어 미시시피강 지역의 경우는 500년 빈도 홍수량 방어 목표를, 세

크라멘트 유역의 경우 200년 빈도 홍수량 방어 목표를 각각 설정하고 있

다.

미국의 홍수피해경감 방안 마련은 홍수방어구조물의 예비조사단계와 타

당성 조사단계를 걸쳐 계획, 설계, 건설, 운영과 관련된 순차적인 과정을

따르고 있다(U.S. Army Crop of Engineering, 1996).

2.2.3 영국

치수안전도 설정을 위해 영국에서는 현재 환경국(Environmental

Agency)으로 바뀐 NRA(National Rivers Authority)에서 홍수방어계획의

수립과 관리에 대한 지침인 SoS(Standard of Service)를 설정하여 첫째,

홍수로부터의 인명과 자산을 효율적으로 방어하고, 둘째, 홍수예측과 경보

를 위한 적절한 조정, 셋째, 새로운 개발에 대한 영향력을 행사함으로써

홍수위험을 막아내는 것을 명시하고 있다.

치수안전도의 설정은 토지의 사용정도에 따른 평가로 이루어지고 있는

- 24 -

데, 유사한 토지이용 구역을 묶어 동일한 SoS를 설정하고 있다. 즉 가장

집중적으로 도시화된 지역인 구역 A부터 가장 낮게 도시화된 지역인 구

역 E까지 다섯개의 토지이용 군을 고안하였는데 이러한 방법인 등가가옥

(House Equivalent, HE)개념을 도입하여 구역에 따라 한 가옥에 대하여

일년에 홍수피해액의 50 %에서 100 %를 방어하는 치수안전도를 설정하

였다. HE는 ‘홍수가 일어났을 때 평균 피해(the Average Cost of

Damage to the Average House When Flooded)'로 정의된다(Birks,

1992). HE를 하천(혹은 해안선)의 길이로 나누어 1 km당 HE에 따라 와 같이 A∼E로 정의한다.

표 2.14 토지이용에 따른 토지구분

토지이용구역 HEs/km 비고

A 50 이상- 주거/비주거 자산들이 매우 밀집되어

있는 구역

B 25 이상 50 미만

- A에 비하여 낮은 주거/비주거 자산지

역의 밀집도

- 아주 밀집된 농업경지

C 5 이상 25 미만

- 고립되어있는 농촌지역 한정된 주거/

비주거 자산

- 밀집된 농업경지

D 1.25 이상 5 미만- 고립되어있는 자산

- 농업토지사용이 많음

E 0.01 이상 1.25 미만

- 거의 자산이 없는 지역

- 농업지로 사용

- 대부분 일반 초지

X 0- 불충분한 토지이용 자료

- 홍수기록이 없는 지역

는 각 구역의 치수안전도를 재현기간으로 나타내고 있는데

언급한 바와 같이 목표방어 HE/km/yr는 모든 구역이 최소 0.5, 최대 1로

동일하게 적용하고 있다. 그 이유는 정확히 제공해야 할 단일 홍수방어율

을 정하는 것이 어렵고, 모두 일정하게 설정하여 어떤 토지이용구역에서

- 25 -

도 동일한 홍수방어능력을 제공하기 위함이다(건설교통부, 2001; Birks,

1992)

표 2.15 토지이용에 따른 목표치수안전도

토지이용구역 방어할 홍수의 재현기간방어할 HEs/km/yr

최소 최대

A 50∼100년 0.5 1

B 25∼100년 0.5 1

C 5∼50년 0.5 1

D 1.25∼10년 0.5 1

E < 2.5 0.5 1

- 26 -

제 3 장 홍수피해발생 잠재위험도 산정방안

3.1 홍수피해잠재능과 홍수피해발생 잠재위험도

홍수피해발생 잠재위험도(Potential Risk of Flood Damage, RPFD)의

개념이 아직 존재하지는 않으나 이를 표현하기 위한 개념을 찾자면 현재

우리나라에서는 홍수피해잠재능(PFD)을 이용하고 있다고 할 수 있다.

PFD는 치수단위구역을 근간으로 하여 그 값들을 나타내고 있는데 그 자

체의 값만으로 치수단위구역간 PFD를 비교하기가 쉽지 않다. 즉, 치수단

위구역의 범위가 크고, PFD의 값들도 실제로 그 분포도가 작기 때문에

어느 구역이 얼마나 더 큰 PFD를 가지고 있느냐를 비교하기가 어렵다는

것이다.

또 다른 문제는 RPFD와 치수안전도 또는 설계빈도와 같은 개념과 어

떤 연계성이 존재하여야 할 것으로 판단되는데 이에 대한 상호 연계성을

찾기가 어렵다는 것이다. 따라서 본 연구에서는 RPFD의 개념을 확률론적

입장에서 접근하여 홍수피해발생 잠재위험도 산정방안을 제시하고 산정된

잠재위험도와 설계빈도와의 연계성에 대한 연구를 수행하여 그 관계식을

제시하고자 한다.

3.2 홍수위험도

Kron(2002)은 홍수위험도를 홍수위험성(flood hazard), 홍수 피해에 노

출되어 있는 경제재(exposed values), 즉, 홍수재해에 대한 노출성

(exposure), 그리고 홍수방어능력의 부족을 나타내는 취약성(vulnerability)

의 함수라고 하였으며, 홍수피해의 증가는 이들 요소들의 변화에 기인한

다고 하였다. 그는 구조적 대책과 홍수에 대한 대비등이 홍수피해를 줄

일 수 있음을 설명하면서 또 다른 홍수의 대비책으로 최근의 추세는 홍수

보험의 중요성이 증가하고 있음을 설명하고 있다. 즉, 이는 홍수보험의 수

요가 많다는 것을 의미하며, 이러한 추세로 보험회사들은 홍수보험에 보

- 27 -

다 더 많은 관심을 나타내고 있고, 특히, 극치 사상들에 의한 가능최대손

실(Probable Maximum Losses, PML)을 추정할 수 있는 기법을 개발하고

자 큰 관심을 기울이고 있다.

Kron(2002)에 따르면 최근 10년간 가장 큰 피해를 준 13개의 홍수들과

이들에 대한 손실과 보험 처리된 비율을 과 같이 나타내고 있다.

표 3.1 최근 10년간 가장 큰 홍수와 손실 및 보험의 손실 보상 비율

순위 연도 국가와 지역손실

US $ (billion)

보험금비율

(%)

1

2

3

4

5

6

7

9

10

11

12

13

1998

1996

1993

1995

1993

1994

1993

2000

1999

1994

1995

2001

1997

China (Yangtze, Songhua)

China (Yangtze)

USA (Mississippi)

North Korea

China (Yangtze, Huai)

Italy (North)

Bangladesh, India, Nepal

Italy (North), Switzerland (south)

China (Yangtze)

China (Southeast)

China (Yangtze)

USA (Texas)

Czech Rep., Poland, Germany (Odra)

31.0

24.0

21.0

15.0

11.0

9.3

8.5

8.5

8.0

7.8

6.7

6.0

5.9

3

2

6

0

0

- 28 -

RP :잠재위험도

P :위험성(홍수사상 또는 발생확률)

E :노출성

V :취약성

위의 식에서 위험성 요소는 홍수사상이나 홍수사상의 발생확률을 의미

하는 것으로 정의하였다. 즉, 지속기간별 확률강우량이나 홍수사상의 발생

확률을 나타낸다. 노출성은 위험성의 세부요소인 홍수사상에 따른 손실의

정도를 나타낸다고 할 수 있다. 그리고 취약성은 홍수방어능력의 부족성

을 의미하는데 홍수사상에 따른 홍수방어 부족분을 채우기 위한 구조적

또는 비구조적 대책에 드는 비용을 나타내는 것으로 한다.

따라서 위험성의 세부요소는 홍수사상(확률강우량 또는 홍수사상의 발

생확률)으로 표현할 수 있고, 노출성은 홍수사상에 의한 손실의 정도를

표현하기 위해 지역별 공시지가와 인구를 세부요소로 하기로 한다. 또한

취약성은 홍수방어능력의 부족을 의미하는데 이는 지역낙후도 지수와 홍

수방어능력(내수방어능력(빗물펌프장), 댐 및 저수지, 외수방어능력(제방

개수율))으로 나타내기로 한다. 이들 세부요소들에 대한 설명은 다음절에

서 서술하기로 한다.

3.4 홍수피해발생 잠재위험도 산정방안 세부요소

3.4.1 위험성

위험성을 표현하는 방안으로 지속기간별 확률강우량이나 빈도별 홍수량

등을 이용하거나 홍수사상의 발생확률을 고려하기로 하는데, 이는 어떤

대상지역이 특정 확률강우량에 의해 입을 수 있는 손실의 정도와 홍수방

어능력의 부족분을 산정하여 부족분을 채우기 위한 비용의 정도를 산정하

고자 하는 것이다. 빈도별 홍수량의 이용도 확률강우량과 마찬가지의 개

념을 나타낸다고 할 수 있다. 여기에서 손실의 정도와 비용의 정도란 정

- 29 -

확한 손실과 비용을 의미한다기보다는 노출성과 취약성을 표현하기 위한

상대적인 수치를 나타낸다고 할 수 있다.

3.4.2 노출성

노출성은 특정 홍수사상 혹은 홍수재해에 노출되어 있는 정도를 표현하

기 위한 지표로써 그 세부적인 요소는 지역별 공시지가와 인구를 선정하

였다. 이들 자료는 우선 구하기 쉽고, 소단위의 지자체별로도 획득할 수

있으며, 해당 지역의 자산 정도를 나타낸다고 보았다. 이들 세부요소 산정

에 이용하는 자료를 설명하면 아래와 같다.

가 . 공 시 지 가

공시지가는 그 지역의 재산상태를 나타내는 지표로서 재해가 발생했을

때에 입을 수 있는 피해를 간접적으로 나타낼 수 있다. 공시지가 자료를

이용하기 위해서 표준지 공시지가의 자료를 이용할 수 있다. 표준지 공시

지가란 건설교통부장관이 전국의 개별토지(약 2,750만 필지)중 지가대표성

등이 있는 50만 토지를 선정·조사하여 공시하는 것으로서 매년 1월 1일

기준 표준지의 단위면적당 가격(원/㎡)을 말하며, 통상적으로 매년 2월말

경 공시하고 있다.

표준지 공시지가는 동단위로 조사가 가능하지만 각 지역에 따라 표준지

의 수가 너무 많은 경우가 있어서 동을 대표하는 공시지가로 대표값을 구

해야 하는 어려움이 있다. 이 방법으로는 면적가중치 평균을 이용하는 것

이 타당할 것으로 사료된다.

표준지 공시지가에는 또 표준지 공시지가 수준표라는 통계치가 있는데

이는 시도별, 시군구별, 동별 단위로 산정되어 있으며, 용도지역을 상업지

역, 공업지역, 주거지역, 농경지, 임야, 기타로 나누어 각 지역의 최고값,

최소값, 그리고 중간값을 제공한다. 여기서 표준지 공시지가 수준표의 중

간값을 이용하여 그 지역의 공시지가로 이용하는 방법이 매우 유용할 것

으로 판단된다.

용도지역별 면적자료는 주거지역, 상업지역, 공업지역, 녹지지역, 미지정

지역으로 구분되어 있다. 그리고 용도지역은 도시구역에 대해서만 구분되

어 있기 때문에 대도시에서는 도시의 전면적이 용도지역으로 구분되어 있

- 30 -

으나, 지방의 경우에는 도시구역이 협소하므로 용도지역으로 설정된 면적

이 행정구역보다 매우 적다. 따라서 용도지역으로 구분되어 있는 면적외

의 행정구역에 대해서는 모두 녹지지역으로 분류하여 산정하였다. 그런데

용도지역별 면적 자료는 농업지역을 표시하지 않고 있기 때문에 농업지역

면적을 산정하기 위해 지목별 면적자료를 이용한다. 지목은 지적법 제 5

조에 의하여 전 · 답 · 과수원 · 목장용지 · 임야 · 광천지 · 염전 · 대

(垈) · 공장용지 · 학교용지 · 주차장 · 주유소용지 · 창고용지 · 도로 ·

철도용지 · 제방 · 하천 · 구거(溝渠) · 유지(溜池) · 양어장 · 수도용지 ·

공원 · 체육용지 · 유원지 · 종교용지 · 사적지 · 묘지 · 잡종지로 구분하

여 정한다. 이중에서 전, 답, 과수원 면적을 농업지역 면적으로 하였으며,

녹지지역은 농업지역의 증가분만큼 감소시켜 산정한다.

따라서 공시지가지수산정을 위해서는 표준지 공시지가 수준표 자료와

용도지역 면적자료와 행정구역별 면적자료, 지목별 면적자료를 이용한다.

나 . 인 구

인구는 지역에 홍수재해가 발생했을 때 입을 수 있는 인명피해를 나타

내는 간접지표이다. 인구에 대한 자료는 통계청이나 각 시․구청에 충분

한 자료가 확보되어 있어 동단위로 조사가 가능하다. 시․구청에 따라 인

구밀도 자료를 직접 제공하는 경우도 있으나, 그렇지 않은 경우에는 산정

단위별 총인구를 행정구역 면적으로 나누어 인구밀도를 산정하여 이용할

수 있다.

3.4.3 취약성

홍수대비 취약성은 지역에서 홍수에 대비한 시설들의 취약 정도를 나타

내는 지표로서 홍수방어능력의 정도를 의미한다고 할 수 있다. 즉, 특정

홍수사상 또는 홍수재해로 인해 발생하는 손실은 홍수방어능력이 어느 정

도 부족해서 발생을 하였는지를 나타내는 지표의 역할을 할 수 있도록 취

약성에 대한 지표를 산정하고자 하는 것이다. 따라서 이들에 대한 세부요

소로는 지역낙후도 지수와 PFD에서 제시하고 있는 외수 및 내수 방어능

력과 댐 및 저수지 즉, 홍수방어시설 능력을 선정하도록 하였다. 이들 세

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부요소들을 근거로 취약성에 대한 지표를 차기 년도에 산정하도록 하고자

한다. 이들 세부요소들에 대한 내용은 아래와 같다.

가 . 지 역 낙 후 도 지 수

지역낙후도지수는 한국개발연구원(2000)의 ‘예비타당성조사 수행을 위한

다기준분석 방안 연구’에서 제시되어 있으며, 해당지역의 발전․낙후정도

를 나타내는 상대적 지표이다. 현재 이용할 수 있는 지역낙후도지수는

시․군별 단위로 전국을 7대 특별․광역시와 9개도로 나누어 170개의 지

역으로 산정되어 있으므로, 본 연구에서 노출도 산정에 이용이 가능할 것

으로 판단된다.

나 . 홍 수 방 어 시 설 능 력

홍수방어시설능력은 PFD의 위험성요소 중 방어능력 세부요소를 이용한

것이다. 에서 볼 수 있듯이, 외수방어능력과 내수방어능력, 그리

고 댐 및 저수지의 세부항목으로 구성된다. PFD에서의 방어능력 산정방

법을 이용하여 도시하천 유역의 홍수방어능력에 대한 세세부요소산정은

다음과 같은 방법으로 할 수 있다.

(1) 외수방어능력 : 개수율 지수

- 하천일람 또는 시․구청 자료 이용

- 치수단위구역별 및 하천등급별 개수현황 조사

- 2개 이상 단위구역에 걸쳐있는 본류 구간의 하천 개수율은 단순 연장

별로 분배

(2) 댐 및 저수지 지수 (조절 지수)

- 건교부 업무편람 자료 이용

- 다목적댐의 홍수조절량을 대상으로 조사

- 댐 영향을 받는 구간은 댐하류부 본류만 대상으로 유역면적비로 산정

(3) 내수방어능력

- 각 치수단위구역별 빗물펌프장 수

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- 빗물펌프장현황은 시․구청에서 자료를 취득 가능

3.5 설계빈도를 이용한 잠재위험도 산정방안

3.5.1 잠재위험도 산정

설계빈도가 결정되어 있는 경우에 잠재위험도 산정을 위한 세부적인 방

법은 연피해 기대치를 산정하는 방법을 수정하는 방법으로 설정하였다.

아래 과 같이 잠재위험도 산정은 연피해 기대치를 산정하는

과정과 동일한 방법으로 하되, 단, 피해(Damage)를 노출성과 취약성으로

수정하고, 홍수피해 잠재위험도를 산�