홍수, 홍수 예보 및 격변적인 홍수

홍수

강수량의 평탄치 않은 연중 분포로 인해 많은 하천들이 계절적으로 홍수를 겪는다. 홍수는 하천의 유량이 너무 커서 하도의 수용 능력을 초과할 때, 따라서 하천이 제방을 넘쳐 발생한다(그림10.6). 홍수의 피해를 입은 사람들은 격노한 하천이 그들에게 가한 피해에 대해 놀라기도 하고 심지어 분노하기도 한다. 하지만 지질학자들은 홍수를 정상적이고 당연한 사건으로 간주하는 경향이 있다. 왜냐하면 지질학적 기록에 따르면 홍수는 땅 위에 비가 내리는 것과 마찬가지로 항상 일어나는 형상이기 때문이다. 예외적으로 큰 유량의 홍수는 하천의 유량을 시간에 대해 그려 놓은 수위도(hydrograph)에 큰 봉우리로 나타난다. 그림 10.7의 예에서, 폭풍이 지나가며 짧은 기간에 걸쳐 폭우를 발생시킨다. 유수가 하천 하도로 이동함에 따라 유량은 재빨리 상승한다. 홍수가 최고조에 달했을 때 수위도 곡선의 봉우리는 폭풍이 지나간지 2시간 후에 나타난다. 폭풍에 기인한 홍수가 하도를 지나가고 유량이 평상이 비홍수기의 상태로 감소하기 까지는 또다시 9.5시간이 걸렸다. 위에 예를 든 사례는 규모가 작은 집수분지의 경우 그 시간은 훨씬 길 수 있다. 하지만 집수분지의 크기에 관계없이, 홍수기에 유량이 증가하면 유속도 증가한다. 유속이 증가하면 하천을 더 많은 짐을 운반할 수 있을 뿐만 아니라 더 큰 입자를 운반할 수 있다. 1928년 남부 캘리포니아에 있는 거대한 댐인 세인트 프란시스 댐(St. Francis Dam)의 붕괴는 홍수의 엄청난 힘을 보여 주는 극단적인 예이다. 이 댐이 붕괴했을 때 갇혀 있던 물이 거대한 홍수를 이루어 계곡을 따라 격렬히 흘러 내렸으며 9000톤에 달하는 콘크리트 덩이를 750m나 되는 거리를 이동시켰다. 자연적인 홍수도 대량의 퇴적물은 물론 매우 거대한 물체를 이동시킬 능력이 있기 때문에 홍수는 상당히 중요한 지질학적 일을 해낼 수 있다.

그림 10.6 미시시피 강의 홍수 1993년의 대홍수 기간 중 미시시피 강이 제방을 넘쳐 흘러 일리노이 주 범람원 지역의 농토를 물에 잠기게 하였다.

 

그림 10.7 폭풍 이후의 유량 짧은 폭풍이 지나간 후의 하천 수위도. 최대유량이 최대 강수보다 두 시간 가량 뒤쳐서 나타난다. 폭풍에 의한 유량수가 지나가고 유량이 폭풍 전의 값으로 회복되는 데는 9.5시간이 더 걸린다.

-홍수의 예보

대규모의 홍수는 인명 피해와 광범위한 재산 피해를 야기하므로(표10.1), 홍수 발생을 예보하는 것은 매우 바람직한 일이다. 과거에 발생한 다양한 규모의 홍수의 발생 주기를 확률지에 표시함으로써 홍수 주기 곡선(flood-frequencycurve)을 만들 수 있다(그림10.8). 어떤 주어진 크기의 홍수가 얼마나 자주 발행하는가 하는 정도를 순환 주기(recurrence interval)라고 한다. 우리는 홍수 구지 곡선을 이용하여 일정한 크기의 홍수가 어떤 해에 일어날 확률을 추정 할 수 있다. 워싱턴주 골드바(Gold Bar)에 있는 스키코미쉬 강(Skykomish River)의 경우를 보면, 1750 ㎥/s의 유량을 가진 홍수가 어떤 해에 일어날 확률은 1/10(10%)dlrh, 2500 ㎥/s의 유량을 가진 홍수는 1/50(2%)의 확률을 가지고 있다. 10년의 순환 주기를 가진 홍수를 10년 주기의 홍수라고 부르고, 순환 주기가 50년일 경우에는 50년 주기의 홍수라고 부른다. 홍수 주기 곡선을 가지고 미래에 홍수가 일어날 확률을 계산할 때 한가지 잠재적인 문제점이 있는데 이는 이 곡선이 얼마 되지 않는 과거의 홍수에 바탕을 두고 있다는 점이다. 만약 지구의 기후가 앞으로 수십 년 동안 변화한다면(제19장), 현재의 홍수 주기 곡선은 미래의 홍수를 예측하는데 거의 쓸모가 없을 것이다.

강               연도       인명피해                                                                   비 고

중국, 황하     1887    약 900,000                    홍수가 130,000km²를 범람시키고 여러마을을 휩쓸어 버림 펜실베니아,   1889         2200                       댐이 붕괴하여 10-12km 높이의 파도가 계곡을 따라 돌진함 존스타운강 중국, 양자강   1991   약100,000                      길이 130km, 폭 50km인 호수가 형성됨 중국, 양자강   1931   약200,000                홍수가 항조우에서 상해까지 800km이상 흐르며 수천만 명의 이재민을 발생시킴 중국, 황하      1938   약900,000           중국군이 일본군의 진공을 막기 위한 목적으로 강물을 우회시키기 위해 둑을 파괴함 이탈리아,       1963         2000           호수에 발생한 사태가 댐을 넘는 거대한 파도를 일으켜 하바이온트 류쪽의 마을을 범람시킴

그림 10.8 홍수의 예보 A. 워싱턴 주 골드 바 지역의 스키코미쉬 강의 홍수 빈도를 확률지 상에 표시한 곡선. 1750m³/s의 유량을 가진 홍수는 10년의 주기를 갖고 있다. 따라서 어느 한해에 10년 주가의 홍수가 일어날 확률은 10분의 1이 된다. B. 가상의 하천의 조망도. 평상시의 유량은 짙은 청색으로 표시되어 있으며, 옅은 청색일수록 더 큰 홍수, 예를 들면, 2년 주기, 10년 주기, 50년 주기, 그리고 100년 주가의 홍수를 보여주고 있다.

-격변적인 홍수

하천의 정상적인 범주를 넘어서는 예외적인 홍수는 매우 드물어 수백 년에 한번 꼴로 발생한다. 지질학적 기록으로 증거를 찾을 수 있는 훨씬 더 큰 규모의 홍수는 지질학적 시간 규모로도 드물게 일어나는 격변적인 사건으로 간주될 수 있다. 1920년대에 지질학자 하렌 브레츠(J. Harlen Bretz)는 채널드 스캡랜드(Channeled Scabland)라 불리는 동부 워싱턴주의 흥미로운 지형을 연구하기 시작하였다. 하도처럼 보이며 색깔이 어두운 일련의 구조들은 용얌류가 지표면에 노출된 지역으로서, 이 지역을 밀 생산지로 만든 비옥한 토양층이 깎여 나간 부분이었다(그림10.9A). 브레츠는 스캡랜드의 기원을 밝혀 줄 증거로써 다음과 같은 일련의 지형적 특징과 분포를 기재하였다:과거의 거대한 폭포가 만들어 놓은 절벽과 이에 접한 계곡, 현무암이 파여 생긴 깊은 분지, 엄청나게 큰 거력을 포함하고 있는 두꺼운 자갈의 퇴적층, 거대한 연흔의 모양을 하고 있는 띠 모양의 자갈 퇴적층, 물의 침식 작용으로 생긴 지형의 상한선이 계곡의 바닥으로부터 수백 m위에 놓여 있는 점(그림10.9B). 브레츠는 이러한 구조들을 설명하기 위해 여러 가설들을 고려하였지만 결국엔 이 구조들이 대격변적인 사건, 역사상 일어났던 어떤 홍수보다도 규모가 큰, 정말로 거대한 홍수로 밖에는 설명되기 힘들다는 결론에 도달하였다. 이 홍수를 일으킨 엄청난 양의 물을 공급한 수원이 무엇이었는가 하는 의문은 최후의 빙하기 동안 서부 캐나다를 덮고 있던 대륙빙하가 클라크 포크 강(Clark Fork River)을 가로질러 전진해 있었고, 이 때문에 몬타나 주 미조라(Missoula) 가까이에 거대한 호수가 형성되었다는 사실이 발견됨으로써 해결되었다. 빙하에 의해 막혀 있던 호수는 빙하의 댐이 안정된 상태에 있을 때만 물이 채워진 채 존재할 수 있었으며 대략 2000내지 2500 ㎞3의 물을 가두고 있었다. 빙하가 후퇴하거나 빙하의 선단이 상수하는 호수 물에 뜨기 시작하자 댐이 붕괴하였고 거대한 욕조의 마개가 뽑힌 듯 호수로부터 대량의 물이 방출되었다. 물이 방출될 수 있었던 유일한 출구는 스캡랜드 지역을 가로질러 콜럼비아 강을 통해 바다로 가는 길뿐이었다. 최근의 지질학적 연구에 따르면 이 호수는 반복적으로 형성되고 방출되어 수많은 홍수를 일으켰던 것으로 밝혀졌다. 스캡랜드 지역에 산재하는 일련의 특징들은 대격변적인 홍수에 의해 이루어진 지질학적 작업이 매우 놀라울 수 있다는 것을 극적인 증거로 제시하고 있다.

	그림 10.9 채널드 스캡랜드 A. 홍수에 의해 밝은 색깔의 풍성퇴적물이 깎여 나가고 어두운 색깔의 현무암질 용암이 노출된 부분이 검은 색의 하천처럼 보이는 콜럼비아 대지위의 인공위성 사진. 홍수는 오른쪽 위에서 왼쪽 아래로 흘렀다. 사진에 나타난 지역의 면적은 대략 100×100km이다. B. 성난 홍수가 콜럼비아 강을 휩쓸로 지나가면 만들어 놓은 거대한 물결무늬. 이 물결무늬들은 굵은 자갈로 이루어져 있으며 높이가 수 m 에 달하고 파장은 100m에 달한다.

 

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