Ⅰ. 서 론
우리나라 농업용 저수지는 오랜 기간 가뭄에 대비한 농업용수 확보를 주요 목적으로 운영되어 왔으며, 하천수 저장을 통해 영농기 용수 수요를 충족하는 기능을 수행해오고 있다. 그러나 극한 홍수와 가뭄이 일상적으로 발생하는 기후변화는 더 이상 예외적인 현상이 아닌 우리의 삶에 깊이 자리 잡은 현실이 되었다. 이로 인해 기존의 치수시설은 설계 당시보다 증가한 홍수량을 충분히 감당하지 못하며, 당시 기준으로 적용된 강우빈도가 현재의 기상 조건에 비해 낮아 하류 지역에 미치는 영향에 대한 불확실성이 더욱 커지고 있다 (Bang and Park, 2024). 특히 기존의 농업용저수지는 이수목적으로 설계되어 현재의 농업생산기반시설 설계기준의 설계홍수량 기준을 충족하지 못하고 있으며, 일부는 100년 빈도 홍수에도 취약한 실정이다 (KRC, 2023).
그 결과, 2000년 이후 국내에서 발생한 저수지 제방 붕괴 또는 유실 사례는 총 11건이며, 이 중 9건은 이상 강우로 인한 집중호우에 의해 발생한 것으로 나타났다 (Shim et al., 2024). 대표적인 사례로는 2002년 8월 31일 강원도 강릉시의 장현저수지와 동막저수지, 2006년 1월 18일 강원도 원주시의 송호저수지에서 집중호우에 따른 제방 붕괴가 발생하였다. 2007년에는 7월 12일 경북 청도군 사곡저수지에서 제방 누수로 인한 붕괴가 있었고, 같은 해 9월 15일과 17일에는 전남 보성군 제1춘정저수지와 고흥군 대신저수지에서 집중호우로 제방이 붕괴되었다. 이어서, 2013년 4월 12일 경북 경주시 산대저수지에서는 제방 누수로 인한 사면 유실이 보고되었으며, 2020년 8월 2일에는 경기 이천시 사양저수지와 안성시 북정저수지에서 연이어 제방 붕괴가 발생하였다. 가장 최근 사례로는 2022년 9월 6일, 경북 경주시의 왕신저수지와 권이저수지에서 집중호우로 인한 사면 유실이 확인되었다. 이와 같은 사례들은 극한 강우의 반복이 노후 저수지의 구조적 취약성을 현실적인 재해로 이어지고 있음을 보여준다.
이에 따라 농림축산식품부는 「홍수기 관리수위」 개념을 도입하고, 이에 대한 운영 기준을 정립하기 위한 노력을 추진하고 있다. 과거에는 「홍수기 관리수위」 대신 ‘홍수기 제한수위’라는 용어가 사용되었다. 「농업용 댐 계획」에서는 홍수기 제한수위를 “홍수조절용량을 더 확보하기 위해 홍수기에 제한하는 수위”로 정의하고 있으나, 현재 농업용 저수지는 홍수조절용량을 포함하지 않는 구조가 대부분이기 때문에 해당 용어의 사용이 적절하지 않다. 또한, 한국수자원공사의 「댐 관리규정」에서는 홍수기 제한수위를 “홍수기 중 홍수조절용량을 더 확보하기 위하여 설정한 수위로서, 홍수조절 목적 이외에는 초과하지 않도록 운영해야 하는 수위”로 정의하고 있으며, 제한수위가 설정되지 않은 댐은 상시만수위를 적용하도록 규정하고 있다. 이처럼 동일한 용어가 기관별로 상이하게 사용되고 있어, ‘홍수기 제한수위’에 대한 혼선이 발생하고 있는 실정이다. 이에 따라 한국농어촌공사는 이러한 용어 사용의 문제점을 인식하고, 2025년 「농업생산기반시설 안전관리체계 강화 TF」를 통해 「농업생산기반시설 관리규정」 및 「농업용 저수지 최소유지관리기준」 개정을 추진하고 있다 (2025.01.15 예정). 개정안에서는 ‘홍수기 관리수위’를 “홍수기 동안 저수지의 안정성을 확보하기 위해 설정한 수위”로 정의하고 있으며, 본 논문에서는 ‘홍수기 관리수위’라는 용어로 통일하여 사용하고자 한다. 이렇듯 홍수기 관리수위 개념의 도입은 단순한 이수 중심의 운영 방식에서 벗어나 치수 기능을 포함한 통합적 물관리 체계로의 전환을 의미한다.
관리수위 결정 및 동적 제어 기법에 관한 연구는 2000년대 후반부터 활발히 수행되어 왔다. Yun and Singh (2008)은 조건부 확률에 기반한 다단계 제한수위 (MDLL, Multi-level Drawdown Limit) 운영 방안을 제시하여 홍수조절과 용수공급 사이의 균형을 최적화하였고, Li et al. (2010)은 칼만 필터 기반 유입 예측을 활용한 동적 제어 모델을 통해 수위 조절의 효율성과 안전성을 동시에 확보하는 기법을 개발하였다. Zhou and Guo (2014)는 유입량 예측의 불확실성을 반영해 제한수위에 따른 홍수위험도를 확률적으로 분석하고 시뮬레이션 모형을 구축하였으며, Kwak (2021)은 홍수유입량 대비 저류체적 비율을 활용한 수위 설정 도표를 제안하였다. 농업용 저수지 특화 연구로는 Yang et al. (2021)이 수문 설치 저수지에서 다양한 사전방류 방식을 비교⋅분석하였고, Kim et al. (2024)은 괴산댐을 대상으로 강수량–저류체적–목표수위 곡선을 도출하였으며, Mo et al. (2022)은 Fractal 기법을 적용해 홍수기를 여러 단계로 구분하고 기간별 최적 제한수위를 제시하였다.
현장 적용성 및 실증 검증을 위한 연구도 다수 이루어졌다. Hwang et al. (2012)은 농업용 저수지의 제한수위 조정이 하류 유량 및 침수 면적에 미치는 영향을 수치 모형으로 분석하여 평균 20% 이상의 홍수 저감 효과를 확인하였고, Ryu et al. (2017)은 제체 높이 증설 후 가변 제한수위를 적용했을 때 하류 피크유량 저감률이 10-15% 향상됨을 실증하였다. Jeon et al. (2019)은 GIS (Geographic Information System) 기반으로 다양한 운영 시나리오가 하류 농경지 침수 분포에 미치는 영향을 평가하였으며, Choi et al. (2024)은 오어저수지의 유입⋅방류 관측 자료를 활용하여 실시간 예측 모델과 수문 스케줄 개선안을 제시함으로써 현장 적용 가능성을 검토하였다.
아울러, 홍수관리 전반을 아우르는 통합 전략 및 복원력 (resilience) 평가 연구도 진행되었다. Kim et al. (2021)은 수력댐 운영 성능 평가에 복원력 지표를 도입하여 사고 발생 후 복구 속도를 포함한 새로운 평가 체계를 제안하였고, Lee and Baek (2024)은 제방 및 배수펌프 같은 구조적 대책과 홍수예⋅경보 시스템 (EWS, Flood Early Warning System), 범람원 복원 등 비구조적 대책을 복합 적용한 섬진강 유역 통합 홍수관리 전략을 도출하였다. Park et al. (2025)은 기후변화 불확실성을 고려한 강건의사결정 (RDM, Robust decision-making) 기법을 활용해 하구둑형 저수지의 계절별 수위 관리 방안을 최적화하였다.
지금까지의 선행연구들은 농업용 저수지의 홍수기 운영과 관련하여 다양한 현장 적용 및 실증적 분석을 수행해 왔으나, 대부분 특정 저수지나 제한된 사례에 국한되어 운영 기준의 정량화 및 대표성 확보에는 한계가 있었다. 특히 ‘상당강우–저류용량–관리수위’ 간의 연계성을 기반으로 한 정량적 운영 기준을 제시한 연구는 거의 이루어지지 않았으며, 실제 운영에 적용 가능한 실용적 기준의 마련이 절실히 요구되고 있다. 이에 본 연구는 이러한 한계를 보완하고자, 농업용 저수지의 실질적 관리 주체인 한국농어촌공사 (KRC)가 관리하는 저수지를 대상으로 현행 관리수위 설정 실태를 고찰하고 그 문제점을 분석하였다. 이를 바탕으로, 저수지의 유효 저수공간을 강수량 단위로 환산한 지표인 ‘상당강우 (effective rainfall)’ 개념을 도입하고, 상당강우–저류용량–관리수위 간의 관계를 정립하였다. 아울러, 대표 저수지 그룹별 적용성을 검증함으로써 현장 운영에 활용 가능한 정량적⋅실용적 홍수기 운영 기준을 제시하고자 하며, 추가적으로 사전 방류 시설의 제원 등을 고려한 이수 영향 분석도 함께 수행하였다.
Ⅱ. 재료 및 방법
한국농어촌공사 관리 농업용 저수지의 홍수기 운용기준을 수립하기 위해, 본 연구에서는 한국농어촌공사가 현재 적용 중인 관리수위 설정 실태 및 문제점을 분석하였으며, 이 결과를 바탕으로 관리수위별 상당강우 개념을 적용함에 따라 현행 운용기준의 타당성과 한계를 파악하였다. 대상 저수지 선정을 위해 농업용저수지를 대상으로 물넘이형식에 따라 분류하고, 총저수량/유역면적 값의 평균값을 선정하여 평균값 ±50mm를 기준으로 상위, 평균, 하위 군집으로 구분된 대표 저수지를 선별하였다. 대상 저수지에 대해 ① 관리수위별 상당강우 분석, ② 상당강우–저류용량–관리수위 곡선 작성, ③ 관리수위에 따른 이수 영향 분석하였다. 본 연구의 전체적인 흐름은 Fig. 1과 같다.
1. 농업용저수지의 홍수기 운영방안
우리나라의 농업용저수지 관리를 총괄하고 있는 농림축산식품부는 최근 언론을 통해 제기된 저수지 안전관리 문제와 함께, 연 강수량 및 강우량의 증가 추세, 이상강우 및 집중호우에 따른 제방 붕괴 사례 등을 종합적으로 고려하여 저수지 안전성 제고를 위한 제도 개선의 필요성을 인식하였다. 이에 따라 2023년 9월 농업생산기반시설 안전관리체계를 강화하기 위한 TF (Task Force)팀을 구성 및 운영하였다.
그 결과 농림축산식품부는 2024년 3월 「농업생산기반시설 관리규정」 및 「농업용 저수지 최소유지관리기준」을 개정하였다. 개정된 내용에는 한국농어촌공사가 관리하는 농업용 저수지를 대상으로 용수공급에 지장이 없는 범위 내에서 홍수기 관리수위를 설정하고, 홍수기 기간 동안 해당 수위를 준수하도록 하는 사항이 포함되었다.
이에 한국농어촌공사는 2024년 5월 2024년 하절기 저수지 관리수위 설정을 위한 「홍수기 제한수위 산출기준(안)」을 시설물 관리자에 배포하였다. ①기준값, ②대피시간 (EAP), ③유역비 만수면적, ④가뭄 (이수), 그리고 추가요소 (조위영향, 연속저수지, 하천내저수지, 양수저류, 보조수원공 등)를 적용하여 관리수위를 일률적으로 설정하도록 하였으며, 구체적인 산정 방식은 Table 1과 같이 정리된다. 각 시설물관리자는 해당 기준에 따라 관리수위를 설정하고 홍수기에 관리수위를 유지하도록 하고 있다.
Table 1
Flood Season Limit Water Level Calculation Standard (Draft)
2. 강우량-저류체적-관리수위 관계곡선
Kim et al. (2024)는 중소규모 댐의 홍수조절 실무에 활용 가능한 직관적이고 실용적인 방법론으로, 강우량-저류체적-목표수위 (Rainfall–Storage Volume-Target Water Level, 이하 RST 곡선) 간의 정량적 관계를 분석하고 이를 곡선화하는 절차를 제안하였다. 유입과 동시에 수문방류가 요구되는 중소규모 댐의 특성을 고려하여, 기존 ‘상당강우 (Equivalent Rainfall)’ 개념의 한계를 보완하고자 하였다. 괴산댐을 대상으로 2018년 이후 주요 홍수사상을 활용하여 수위 상승 구간의 유입량과 방류량을 10분 간격 실측자료로 분리하고, 이를 통해 저류체적을 산정하였다.
유역 유출률은 홍수기 70%, 비홍수기 50%로 설정하고, 산정된 유입량은 실측 유출률과 비교하여 타당성을 검토하였다. 유입 대비 방류비율은 로그함수 형태로 도출되었으며, 강우량에 따른 수위 변화와 연계하여 수문방류를 고려한 RST 곡선을 정립하였다. 이 곡선은 특정 강우량에 대응하는 목표수위 산정이나, 현재 수위 조건에서 조절 가능한 강우량의 한계 추정에 활용 가능하다.
또한 실무자의 활용 편의를 위해 저류체적 단계를 생략하고 강수량과 목표수위만을 연계한 강수량–목표수위 (RT) 곡선으로 단순화하였다. RT 곡선은 예보 강우량만으로도 즉시 대응 수위를 판단할 수 있어 실시간 의사결정 도구로서 유용하며, 경험 기반 홍수운영에서 정량적 기준 중심의 방류계획으로 전환하는 데 기여할 수 있다.
본 연구에서는 Kim et al. (2024)의 방법론을 바탕으로 RST 및 RT 곡선을 도출하고, 해당 관계식을 적용하여 특정 강우 조건에서 요구되는 목표수위를 산정함으로써 실질적인 댐 운영 지침으로서의 적용 가능성을 검토하였다. Fig. 2 (a)는 상당강우에 따른 저수위 곡선을, Fig. 2 (b)는 저류용량 곡선을 나타낸다.
3. 상당강우
상당강우는 “저수지의 현재 수위에서 특정 수위까지 도달하는 데 필요한 유입량을 발생시키는 강우량”으로 정의되며 (Kim et al., 2022), 일반적으로는 계획홍수위를 기준으로 산정된다 (Kim et al., 2023). 이 지표는 농업용 저수지의 저수능력과 강우에 따른 수문 반응을 연계하여 정량적으로 평가하는 도구로, 표준저수위에서 계획홍수위까지의 유효 저수공간을 강수량 단위로 환산함으로써 산정된다. 수문학적으로는 홍수조절과 농업용수 확보 간의 균형을 평가하는 데 활용되며, 운영 측면에서는 저수지의 관리수위 설정과 수위 조절 기준 마련을 위한 기초자료로 사용된다. 상당강우는 저수지의 기준 저수용량과 현재 저수용량의 차이를 강우량으로 환산한 수치이며, 그 계산식은 식 (3.1)과 같다.
여기서, 
는 상당강우 (mm), 
는 기준 저수용량 (m3), 
는 현재 저수용량 (m3), 
는 유역면적 (km2), 
은 유출율 (%)을 의미한다.
기준저수용량은 통상적으로 홍수기 관리수위 (홍수기에 저수 가능한 최대 수위) 또는 상시만수위 (비홍수기 최대 수위)를 기준으로 한다. 유출율은 홍수기 70%, 비홍수기 50%로 설정되며, 분석 목적 및 지역 특성에 따라 조정할 수 있다.
상당강우는 홍수기와 비홍수기의 구분에 따라 각각 홍수조절용량과 이수용량으로 구분하여 해석되며, 이를 통해 저수지 운영자는 수위 조절의 적정성을 판단하고 수문 상황에 따른 선제적 대응 전략을 수립할 수 있다. 특히 본 연구에서는 상당강우를 활용하여 홍수기 중 농업용 저수지의 관리수위 설정 기준을 도출하고, 집중호우 시나리오에 따른 저수지의 안전성 확보 방안을 제시하고자 한다.
4. 대상 저수지의 선정
저수지의 치수 기능을 확보하기 위해서는 홍수기 동안의 적절한 관리수위 설정이 효과적인 방안이 될 수 있다. 특히, 농업용 저수지의 경우 구조적 이질성을 고려한 적절한 대상지 선정을 선행한 후, 관리수위 설정이 이루어져야 한다.
본 연구에서는 농업용 저수지 중 제원 및 설계자료가 비교적 잘 보전되어 있는 한국농어촌공사 관리 저수지 3,427개소를 대상으로 검토를 실시하였다. 이 중 2024년 하절기 동안 실제로 관리수위가 설정되어 운영되었으며, 같은 해 9월 농림축산식품부의 「농업용 저수지 제한수위 운용실태 점검결과」에 보고된 3,420개소를 최종 연구 대상으로 선정하였다. 나머지 7개소는 관리권 이관 또는 폐기 예정으로 인해 운용실태가 보고되지 않아 분석 대상에서 제외하였다.
한국농어촌공사에서 관리하는 3,420개 저수지는 물넘이 구조에 따라 여수로 저수지, 수위조절용 수문이 설치된 저수지, 그리고 사이펀 구조 저수지로 구분된다 (Table 2). 이 중 697개소 (20.4%)는 수위조절이 가능한 시설이며, 나머지 2,723개소 (79.6%)는 수위조절이 불가능한 저수지이다.
Table 2
Classification of Agricultural Reservoirs by Type of Waterway
| Division | ① General reservoir | ② Reservoir with emergency water gate installed | ③ Reservoir with siphon installed, etc. | ||
| Radial gate | Sluice gate | Rotating type floodgate | |||
| Form |  |  |  |  |  |
수위조절이 가능한 697개소에 대해서는 수위조절 방식에 따라 다시 수문 설치 저수지 (레디얼게이트, 인양식 수문)와 사이펀 설치 저수지로 분류하였다 (Table 3).
Table 3
Status of Pre-discharge facilities in Agricultural Reservoirs
| Division | Total | General reservoir | Pre-discharge Facility | |||||
| Total | Radial gate | Sluice gate | Rotating type floodgate | Siphon, etc. | ||||
| Number of reservoir | 3,420 | 2,723 | 697 | 28 | 381 | 224 | 64 | |
| Percentage | 100% | 79.6 | 20.4 | 1.9 | 11.1 | 6.6 | 1.9 | |
본 연구에서는 관리수위 기반 운영 기준의 현장 적용성 평가를 위해, 한국농어촌공사 주요 물넘이 형식 중 여수로 저수지와 단계적 수위 조절이 가능한 레디얼게이트 (Radial Gate) 및 인양식 수문 (Sluice Gate) 형식의 저수지를 주요 분석 대상으로 선정하였다. 반면, 전도식 수문 및 사이펀 구조 저수지는 수위 상승 시 단계별 수위 조절이 어렵고 일시적인 대량 방류가 발생해 관리자 개입이 사실상 불가능하므로 (Pavlov, 2022), 본 연구의 분석 대상에서 제외하였다.
홍수기 저수지 관리수위 현황을 분석하기 위해, 본 연구에서는 Fig. 3과 같이 대상 저수지를 물넘이 형식에 따라 세 가지 유형으로 분류하였다. 구체적으로는 여수로형 저수지, 레디얼게이트형 저수지, 인양식 수문 설치 저수지로 나누었으며, 각 유형별로 유역면적 대비 총저수량 비율을 활용하여, 해당 유역에 강우가 발생하였을 때의 이론적 강수량을 산정하였다.
물넘이 유형별 유역면적당 총저수용량 (mm)에 따른 대상 저수지의 현황은 Table 4에 제시하였다. 여수로형 저수지의 경우, 유역면적당 총저수용량의 평균값은 199.7 mm로 나타났으며, 이를 기준으로 상위 그룹 대표 저수지는 육동 저수지 (734.27 mm), 평균 그룹은 양리 저수지 (233.10 mm), 하위 그룹은 황계 저수지 (140.10 mm)로 각각 선정되었다. 레디얼게이트형 저수지는 평균값이 325.0 mm로 분석되었으며, 이에 따라 상위 그룹은 동화 저수지 (550.10 mm), 평균 그룹은 경천 저수지 (308.40 mm), 하위 그룹은 탑정 저수지 (159.90 mm)가 대표로 선정되었다. 인양식 수문형 저수지의 평균값은 190.70 mm였으며, 상위 그룹 대표는 양오 저수지 (963.40 mm), 평균 그룹 대표는 학동 저수지 (216.50 mm), 하위 그룹 대표는 묵계 저수지 (109.70 mm)로 선정되었다. 각 대표 저수지의 세부 제원은 Table 5에 제시하였으며, 해당 자료는 이후 관리수위 분석을 위한 기초자료로 활용되었다.
Table 4
Total reservoir capcity and drainage area by waterway type for the target reservoir
Table 5
Facility specifications
Ⅲ. 한국농어촌공사 관리 농업용저수지의 홍수기 운영방안 현황
1. 한국농어촌공사 저수지의 관리수위 현황
한국농어촌공사는 2024년 개정된 「농업생산기반시설 관리규정」 및 「농업용 저수지 최소유지관리기준」에 따라, 2024년 5월 「홍수기 제한수위 산출기준(안)」을 제정하고 이를 전국의 농업용 저수지 시설물 관리자에게 배포하였다. 이를 통해 각 저수지별로 홍수기 관리수위를 설정하고, 해당 수위를 유지⋅관리하도록 조치하였다.
「홍수기 제한수위 산출기준(안)」은 저수지별 수위 설정 절차를 명확히 규정하고 있다. 각 시설물 관리자는 관할 저수지의 홍수기 관리수위를 설정한 후 이를 지역본부에 제출하고, 지역본부는 「홍수기 제한수위 관리위원회」를 소집하여 수위의 적정성을 검토 및 확정한다. 이후 확정된 관리수위는 한국농어촌공사 본사를 거쳐 농림축산식품부에 공식 보고된다. 이와 같은 일련의 절차는 Fig. 4에 나타낸 바와 같다.
이러한 절차를 바탕으로, 한국농어촌공사는 2024년 5월 전국 농업용 저수지 3,425개소를 대상으로 홍수기 초기 (6월 21일-7월 20일), 중기 (7월 21일-8월 20일), 후기 (8월 21일-9월 20일)의 세 단계에 걸쳐 총저수용량의 48%에서 85% 범위 내에서 관리수위를 설정하고, 그 결과를 농림축산식품부에 보고하였다.
그러나 같은 해 9월, 농림축산식품부가 발표한 「농업용 저수지 제한수위 운용실태 점검결과」에 따르면, 보고된 3,420개소의 저수지 중 상당수가 관리수위를 제대로 준수하지 못하였으며, 특히 30일 이상 관리수위를 초과한 사례도 다수 확인되었다. 이에 따라 농림축산식품부는 관리수위 설정과 운영 실태 전반에 대한 문제점을 지적하고, 개선 방안을 마련할 것을 지시하였다.
이러한 행정적 피드백을 반영하여, 한국농어촌공사는 2025년부터 「농업생산기반시설 안전관리체계 강화 TF (Task Force)」를 운영하며, 기존의 관리수위 설정 방식 및 실행체계에 대한 전면적인 검토와 개선 작업을 추진하고 있다.
2. 관리수위 설정의 한계점
2024년 9월 농림축산식품부가 발표한 「농업용 저수지 제한수위 운용실태 점검결과」에 따르면, 한국농어촌공사의 「2024년 하절기 저수지 제한수위 설정」 검토 및 배포 과정에서 운영상 여러 한계점이 드러났다. 공사가 제시한 「홍수기 제한수위 산출기준(안)」은 저수지별 주변 환경, 이⋅치수 현황, 시설물 노후도, 계측기 설치 여부, 수문 분석 결과 등 개별 시설의 특성을 충분히 반영하지 못한 채, 획일화된 기준을 적용하여 관리수위를 산정하도록 하고 있었다. 저수지별 특성에 대한 면밀한 검토의 필요성에도 불구하고, 해당 기준은 현장 여건과 무관하게 일률적으로 적용되었으며, 시설물 관리자에게도 동일한 기준을 일괄적으로 적용토록 지시함으로써 운영의 탄력성이 저해되는 문제가 지적되었다.
특히 기준값 설정 시, 저수지별 강우량, 유역 및 하류부 조건, 유출 특성, 이수 용량 등 운영 환경이 상이함에도 불구하고, 일반 저수지에는 80%, 월류 위험 저수지에는 70%라는 수치가 일괄적으로 적용되었다. 이러한 일률적 기준은 다양한 저수지 특성을 고려한 개별 대응을 어렵게 만들며, 계획수위까지의 단계적 수위 조정을 위한 충분한 여유 시간 확보에도 한계를 초래한다. 실제로 연속 강우의 발생, 하류부의 배수 제약 등 복합 상황에서 사전 방류로 확보한 저류 공간이 단시간에 만수위에 도달할 수 있으나, 「2024년 하절기 저수지 제한수위 설정」은 이에 대한 대응 유연성을 충분히 반영하지 못하고 있다.
더불어, 현장 운영 현실에 대한 반영 부족도 문제로 지적된다. 한국농어촌공사의 시설물 관리자들은 홍수기 동안 저수지 외에도 배수장, 배수갑문 등 다수의 재해 대응 시설을 함께 관리하고 있으며, 상황실 운영, 관리구역 점검, 민원 대응 등 복합적인 업무를 동시에 수행하고 있다. 그러나 이러한 인력 운영상의 한계는 제한수위 기준 설계 과정에 반영되지 않았다.
아울러, 구조적으로 방류시설이 없고 취수시설만 존재하는 저수지는 수위 조절 유연성이 낮으며, 하천 연결 방수로가 없는 경우 취수문 개방 시 용수로 월류 위험이 발생할 수 있다. 또한 방류 수문의 바닥고가 관리수위보다 높은 저수지에서는 방류가 물리적으로 불가능해지고, 양수저류형 저수지의 경우 사전 방류 없이 자연 유입에만 의존해야 하므로 기존 기준을 적용하기 어려운 구조적 한계를 가진다.
이와 같은 운영상의 제약과 현장 관리자들의 실질적 어려움을 종합적으로 고려할 때, 「2024년 하절기 저수지 제한수위 설정」은 현장 여건을 반영한 실효성 있는 기준으로의 개선이 요구된다.
3. 관리수위에 따른 농업용저수지 상당강우 분석 및 분포
저수지의 규모에 따라 상당강우 값이 어떻게 달라지는지를 분석하기 위하여, 한국농어촌공사에서 관리 중인 3,420개소의 농업용 저수지를 대상으로 관리수위를 반영한 상당강우 값을 산정하였다. 산정된 값은 Table 6과 같이 총저수량 기준으로 분류하였다. 이는 저수지 비상대처계획 (EAP, Emergency Action Plan) 수립 대상 기준인 20만 ㎥ 이상 저수지를 포함하여, 한국농어촌공사 관리 저수지 중 가장 높은 비율을 차지하는 20만 ㎥ 이상 100만 ㎥ 미만 구간, 그리고 100만 ㎥ 이상의 대형 저수지로 구분하여 비교⋅검토하였다.
Table 6
Equivalent Rainfall by Reservoir Storage Class and Waterway Type
분석 결과, 상당강우 값이 가장 크게 나타난 저수지는 20만 ㎥ 이상 100만 ㎥ 미만 규모의 여수로 형식 일반저수지였으며, 게이트가 설치된 저수지 중에서는 사이펀 형식을 제외한 대부분이 100만 ㎥ 이상의 대형 저수지에 해당되었다. 이들 저수지의 상당강우 값 또한 상대적으로 높은 수준을 보였으며, 이는 저류용량이 충분히 확보된 저수지가 홍수기 저류기능에 효과적임을 보여준다.
Ⅳ. 결과 및 고찰
1. 상당강우-저류용량-관리수위 곡선
상당강우–저류용량–관리수위 간의 관계를 분석하기에 앞서, 기준 강우량을 설정하기 위해 기상청의 홍수특보 발표 기준을 검토하였다. 기상청의 기상특보 발표 기준에 따르면, 홍수주의보는 3시간 강우량이 60 mm 이상이거나 12시간 강우량이 110 mm 이상으로 예측되는 경우에 발령된다. 이는 홍수 발생 가능성이 있는 시점부터 홍수경보로 전환되거나 해제될 때까지, 즉 홍수 위험이 존재하는 기간을 의미한다. 한편, 홍수경보는 보다 심각한 상황을 나타내며, 3시간 강우량 90 mm 이상 또는 12시간 강우량 180 mm 이상이 예측될 때 발령된다. 이 경우는 홍수 발생 위험이 매우 높은 상태로 판단되는 기간에 해당한다. 이러한 특보 기준은 강우량을 기반으로 한 수문학적 경계 조건 (hydrological threshold) 설정에 활용될 수 있으며, 본 연구에서는 상당강우–저류용량–관리수위 곡선 분석을 위한 기준 강우량 설정의 근거로 사용하였다.
가. 일반저수지 (여수로형식)
여수로 형식의 일반 저수지 중 하나인 육동저수지는 유역면적 대비 총저수용량이 734.3 mm로, 전체 평균값인 199.70 mm를 크게 상회한다. 상당강우-수위 곡선 분석 결과, 현재 설정된 관리수위 (Elevation Level, E.L.) 311.33 m는 유출률 50% 기준에서 홍수경보 상황 (12시간 강우량 180 mm) 시 수위가 E.L. 312.28 m, 유출률 70% 기준에서는 E.L. 311.67 m로 나타났다. 모든 조건에서 설정 수위 이하에서 안정적인 저류용량을 확보할 수 있는 것으로 분석되며, 이에 따라 육동저수지의 현재 관리수위는 타당한 것으로 판단된다 (Fig. 5 (a)).
평균값과 유사한 유역면적 대비 총저수용량 (233.10 mm)을 보이는 양리저수지의 현재 관리수위는 E.L. 350.22 m이다. 분석 결과, 유출률 50% 조건에서 홍수경보 (3시간 강우량 90 mm) 시 수위는 E.L. 350.53 m, 유출률 70% 조건에서 홍수주의보 (3시간 강우량 60 mm) 시 수위는 E.L. 350.70 m로 분석되었다. 이는 현재 설정된 수위가 실제 홍수기 상황에 대비한 충분한 여유수위를 확보하지 못하고 있음을 의미하며, 이에 따라 관리수위 조정이 필요한 것으로 판단된다 (Fig. 5 (b)).
한편, 유역면적 대비 총저수용량이 140.10 mm로 평균 이하인 황계저수지의 경우, 현재 설정된 관리수위는 E.L. 190.01 m이다. 유출률 50% 조건에서 홍수주의보 (3시간 강우량 60 mm) 발생 시 수위는 E.L. 190.19 m로 분석되었으며, 이는 비교적 낮은 강우에도 저류 한계에 도달할 가능성이 있음을 시사한다. 따라서 황계저수지 역시 현재의 관리수위에 대한 재검토가 필요한 것으로 판단된다 (Fig. 5 (c)).
나. 물넘이 수문설치 (레디얼게이트) 저수지
레디얼게이트가 설치된 대표 저수지 중 동화저수지는 유역면적당 총저수용량이 550.10 mm로, 평균값인 325.00 mm를 상회하는 상위 25%에 해당한다. 해당 저수지의 레디얼게이트 임계 표고는 E.L. 318.60 m이며, 상당강우-수위 곡선 분석 결과, 유출률 50% 조건에서 홍수경보 (3시간 강우량 110 mm) 시 수위는 E.L. 320.02 m, 유출률 70% 조건의 홍수주의보 (3시간 강우량 110 mm) 시 수위는 E.L. 318.94 m로 분석되었다.
현재 설정된 관리수위는 E.L. 317.21 m로, 유출률 50% 조건의 홍수경보 (12시간 강우량 180 mm) 시 수위인 E.L. 318.27 m까지는 저류가 가능하다. 그러나 유출률 70% 기준에서는 수위가 E.L. 316.32 m에 불과하여, 계획수위 이하에 도달하지 못하는 것으로 나타났다. 이에 따라 동화저수지의 현재 관리수위는 일부 조건에서는 적정하나, 홍수경보 상황을 고려한 조정이 필요한 것으로 판단된다 (Fig. 6 (a)).
Fig. 6
Equivalent rainfall–reservoir elevation & total storage curves for Radial gate-type reservoirs
경천저수지는 유역면적당 총저수용량이 308.40 mm로 평균값에 근접한 저수지이다. 레디얼게이트 임계 표고는 E.L. 222.50 m이며, 유출률 50% 기준 홍수경보 (12시간 강우량 180 mm) 시 수위는 E.L. 222.86 m, 유출률 70% 기준 홍수주의보 (12시간 강우량 110 mm) 시 수위는 E.L. 223.78 m로 나타났다. 반면, 동일 조건에서 유출수위는 E.L. 220.01 m로 분석되어, 레디얼게이트만으로는 충분한 저류공간 확보에 한계가 있는 것으로 평가되었다.
현재 설정된 관리수위는 E.L. 224.07 m로, 모든 기준 수위보다 높게 설정되어 있어 홍수특보 상황에서 여유 공간 확보가 어렵고, 이에 따라 관리수위의 재조정이 필요한 것으로 판단된다 (Fig. 6 (b)).
탑정저수지는 유역면적당 총저수용량이 159.69 mm로 평균 이하이며, 레디얼게이트 임계 표고는 E.L. 23.90 m이다. 유출률 50% 기준 홍수경보 (12시간 강우량 180 mm) 시 수위는 E.L. 26.39 m, 유출률 70% 기준 홍수주의보 (12시간 강우량 110 mm) 시 수위는 E.L. 27.05 m로 분석되었다. 그러나 유출수위는 E.L. 23.57 m로 분석되어, 레디얼게이트 단독으로는 방류 기능 확보가 어려운 것으로 판단되었다.
현재 설정된 관리수위는 E.L. 28.66 m로, 일부 시나리오에서는 유출수위보다 낮아 저류가 가능하나, 대부분의 조건에서는 설정 수위가 유출수위보다 높아 안정적인 저류 확보가 어려운 것으로 분석되었다. 이에 따라 탑정저수지 또한 관리수위의 조정이 필요한 것으로 판단된다 (Fig. 6 (c)).
다. 물넘이 수문설치 (인양식수문) 저수지
인양식 수문이 설치된 대표 저수지 중 양오저수지는 유역면적당 총저수용량이 963.40 mm로, 전체 평균값인 190.70 mm를 크게 상회하는 상위 25%에 해당한다. 해당 저수지의 인양식 수문 임계 표고는 E.L. 23.70 m이며, 현재 설정된 관리수위는 E.L. 24.30 m이다.
상당강우-수위 곡선 분석 결과, 유출률 50% 기준 홍수경보 (12시간 강우량 180 mm) 시 수위는 E.L. 25.06 m, 유출률 70% 기준 동일 조건에서는 E.L. 24.79 m로 나타났다. 모든 조건에서 현재 관리수위보다 높은 수위에서도 안정적인 저류공간이 확보 가능한 것으로 분석되어, 양오저수지의 관리수위는 타당한 것으로 판단된다 (Fig. 7 (a)).
Fig. 7
Equivalent rainfall–reservoir elevation & total storage curves for Sluice Gate-type reservoirs
학동저수지는 유역면적당 총저수용량이 216.50 mm로 평균값과 유사한 수준이며, 인양식 수문의 임계 표고는 E.L. 72.50 m, 현재 설정된 관리수위는 E.L. 73.25 m이다.
분석 결과, 유출률 50% 기준 홍수주의보 (12시간 강우량 110 mm) 시 수위는 E.L. 72.71 m, 유출률 70% 기준에서는 E.L. 73.28 m로 분석되었다. 또한, 유출률 50% 기준 홍수경보 (12시간 강우량 180 mm) 시 수위는 E.L. 72.33 m, 70% 기준 홍수경보 (3시간 강우량 90 mm) 시 수위는 E.L. 73.08 m로 나타났다.
일부 시나리오에서 유출수위가 관리수위를 초과하거나 근접하는 것으로 분석되어, 학동저수지의 경우에도 관리수위 조정이 필요한 것으로 평가된다 (Fig. 7 (b)).
묵계저수지는 유역면적당 총저수용량이 109.70 mm로 평균 이하이며, 인양식 수문의 임계 표고는 E.L. 383.60 m, 현재 설정된 관리수위는 E.L. 380.38 m이다.
유출률 50% 기준 홍수주의보 (3시간 강우량 60 mm) 시 수위는 E.L. 381.09 m, 유출률 70% 기준 동일 조건에서는 E.L. 379.09 m로 분석되었다. 유출률 50% 기준에서는 수위가 관리수위를 초과해 저류가 불가능하며, 유출률 70% 기준에서는 수위가 관리수위보다 낮지만 유효 저류공간이 극히 제한적인 것으로 나타났다.
또한, 12시간 강우량 180 mm에 해당하는 상당강우는 이 저수지의 총저수용량을 초과하였으며, 해당 조건에서는 수위가 저수지 바닥고 수준으로 환산되었다. 따라서 묵계저수지 또한 현재 관리수위로는 충분한 저류 확보가 어려워, 조정이 필요한 것으로 판단된다 (Fig. 7 (c)).
지금까지 홍수주의보 및 홍수경보에 해당하는 상당강우를 적용하여 농업용 저수지별 관리수위의 적정성을 검토한 결과, 유역면적당 총저수용량 비율이 클수록 홍수기 저류용량 확보에 유리한 경향을 보였다. 특히, 유역 규모에 비해 상대적으로 충분한 저수능력을 갖춘 저수지의 경우, 동일한 강우 조건에서도 수위 상승 여유가 확보되어 홍수 대응 안정성이 높은 것으로 분석되었다.
분석 대상 9개 저수지 중 육동저수지와 양오저수지는 실제 홍수 시나리오를 고려하더라도 저류 여유가 충분히 확보되는 것으로 나타나, 현행 관리수위가 적정한 수준으로 평가되었다. 반면, 나머지 7개 저수지에서는 일부 강우 조건 및 유출률 기준에서 수위 초과 가능성이 확인되어, 관리수위의 재조정이 필요한 것으로 판단되었다.
이러한 분석 결과는 Table 7에 정리되어 있으며, 각 저수지의 물넘이 형식, 유역면적당 총저수용량, 설정된 관리수위, 유출률 조건별 상당강우 적용 결과에 따른 수위 변화를 종합적으로 비교하여 관리수위의 적정성을 평가하였다.
Table 7
Evaluation of management water levels during flood advisory and warning events
최종 평가 항목에서 ‘Yes’는 홍수특보 수준 강우 조건에서 방류가 적시에 이루어져 수위가 관리수위 이하로 유지된 경우를 의미하고, ‘No’는 방류 지연 또는 저류능 부족으로 수위가 관리수위를 초과한 경우를 나타낸다. 이 기준을 바탕으로, 각 저수지의 관리수위가 실제 강우 시나리오에 적절히 대응 가능한지를 정량적으로 평가하였다.
2. 관리수위에 따른 이수 영향 분석
지금까지 홍수주의보 및 홍수경보 시의 상당강우를 설정된 농업용 저수지의 관리수위와 비교하여 검토한 결과, 9개 저수지 중 7개소에서 관리수위의 조정이 필요한 것으로 분석되었다. 이에 따라, 홍수기 종료 이후부터 다음 영농기 시작 전까지의 기간 동안 농업용수 공급을 위한 이수용량 확보 가능성에 대한 추가 검토를 수행하였다.
이를 위해 각 저수지별로 홍수기 종료일 (9월 21일)부터 다음 해 영농기 시작 전 (4월 30일)까지의 기간 동안, 해당 지역 관측소의 강우량 자료를 수집하였고, 최근 42개년의 평균값을 산정하였다. 이후 비홍수기 유출률 50%를 적용하여 유입량을 산정하였다.
또한, 관리수위에 따른 이수용량을 평가하기 위해, Table 8과 같이 저수지별 관측소를 기준으로 동일 기간 (9월 21일-4월 30일)의 42개년 강우량 자료를 활용하였으며, 논 재배지를 기준으로 한 유효유량 산정방법 (Chung et al., 2009)을 응용하였다.
Table 8
Classification of agricultural reservoirs and corresponding gauging stations
이때 일 강우량이 5 mm 이하인 경우는 증발산 및 초기손실 등에 의해 실질적인 유입에 기여하지 않는 것으로 간주하여 분석에서 제외하였다. 이후 유효 강우 구간의 평균값을 산정하고, 이를 기반으로 계산된 유입량과 관리수위 기준의 저류량을 비교⋅분석하여, 각 저수지의 관리수위가 이수 확보 측면에서도 적정한지를 평가하였다.
관리수위 설정을 통해 확보된 저류용량과, 각 저수지별로 홍수기 종료일 (9월 21일)부터 다음 영농기 시작 전 (4월 30일)까지 산정된 이수용량은 Table 9에 제시하였다. 이를 바탕으로 저류용량과 이수용량 간의 차이를 비교하여, 관리수위의 적정성을 저수지별로 검토하였다. 그 결과, 상당강우–저류용량–관리수위 곡선을 활용한 분석에서 홍수특보 강우 조건에서도 관리수위 조정이 불필요한 것으로 평가되었던 육동저수지와 양오저수지 두 개소에서만, 비홍수기 이수용량 확보에 어려움이 있는 것으로 나타났다. Table 9의 평가 항목에서 ‘Yes’는 홍수특보 강우 발생 시 방류가 적시에 이루어져 저수위가 관리수위 이하로 유지된 경우를 의미하며, ‘No’는 방류 지연 또는 유입 초과로 인해 관리수위를 초과한 경우를 의미한다. 이러한 기준을 바탕으로, 각 저수지의 관리수위가 실제 강우 시나리오에 적절히 대응할 수 있는지를 정량적으로 평가하였다.
Table 9
AssessmEnt of conservation and detention storage differences by reservoir
Ⅴ. 결 론
본 연구는 한국농어촌공사 관리 농업용 저수지를 대상으로, 수문 형식과 상당강우에 따른 그룹별 분석을 통해 상당강우-저류용량-관리수위 곡선을 도출하고, 이를 활용한 관리수위 적정성 평가 방안을 제시하였다. 그 결과, 기존의 정성적⋅경험적 기준에 비해, 기상특보 강우량과 연계된 상당강우 기반 접근법이 저수지별 홍수기 저류 안정성 및 이수 가능성을 보다 체계적이고 직관적으로 진단할 수 있음을 확인하였다.
특히, 일부 저수지에서는 홍수기 저류 안정성과 이수용량 확보 간의 상충관계가 나타나, 관리수위 설정 시 두 요소를 균형 있게 고려한 맞춤형 기준 마련이 필요함을 시사하였다. 또한, 게이트식 등 수위조절이 가능한 저수지에서도 현행 관리수위가 실제 기상특보 기준에 비해 다소 보수적이거나, 반대로 저류 안정성이 미흡한 사례가 있으므로, 관리수위의 조정이 필요하다. 한편, 본 연구는 과거 관측 강우자료를 기반으로 곡선을 제시하였으나, 기후변화로 인한 극한 강우 빈도 증가, 실시간 운영 및 자동화 시스템 미비, 저수지 시설 노후화 등 현장 적용의 한계가 존재한다. 향후에는 기후변화 예측 자료를 반영한 동적 곡선 업데이트, 실시간 관리 시스템 개발, 모니터링을 통한 저류용량 보정 등 후속 연구가 필요하다.
