한 국 방 재 학 회 논 문 집
제11권 3호 2011년 6월 pp. 201 ~ 208
하천방재
계층분석과정을 이용한 설계호안 평가
Assessment of the Planned Bank Revetment Using Analytic Hierarchy Process
정장면*·김 철**
Jeong, Jang Myeon · Kim, Chul
···
Abstract
When designing a river, it is important to select the appropriate bank revetment methods, but there are no specific guidelines until now. Accordingly, it is important to prevent over-budgeting by deciding the suitability of the adopted bank revetment meth-ods when designing a river. In this study, an assessment method was developed to assess the suitability of the adopted bank revet-ment methods when designing a river. By adopting this method to eight rivers, its validity was examined. Analytic Hierarchy Process (AHP) was used for the assessment, along with suitability index (SI) of the adopted bank revetment methods when designing a river. In order to select the best bank revetment methods, all environmental variables of the selected location have to be considered. Accordingly, to assess the designed bank revetment methods, all variables of the selected location have to be con-sidered. The assessing items include hydraulic stability, environmental-ecological feasibility, economy, and amenity of the bank revetment. Each item includes four to five sub-items, and each sub-items reflect survey results on the locations. The assessment method was adopted and assessed for eight rivers, and bank revetments was designed to determine the SI. The result of this study is considered to be appropriate when assessing an eco-friendly bank revetment methods, and inappropriate designed bank revet-ments will guide future planners for selecting the most appropriate construction method.
Key words : Bank Revetment Method Assessment, AHP, Suitability Index
요
지
하천을 설계할 때 적절한 호안공법을 선정해야 하지만 이에 대한 가이드라인이 없는 실정이다. 따라서 하천설계시 채택한 호 안공법들의 적합성 여부를 판단함으로서 예산의 낭비를 막을 필요가 있다. 본 연구에서는 하천설계시 채택한 호안공법들이 적합 한지를 평가하는 방법을 개발하고, 이를 8개 하천에 적용함으로서 개발된 방법의 타당성을 검토하였다. 평가방법은 계층화분석 법(AHP)을 사용하였으며 각 하천에 적용된 호안 공법의 적합도(SI)를 분석하여 평가하는 방법을 사용하였다. 최적 호안공법이 선정되기 위해서는 설계대상지점의 모든 환경변수가 고려되어야 할 것이다. 따라서 설계호안을 평가하기 위해서도 대상지점이 가지고 있는 모든 변수가 포함되어야한다. 호안평가항목은 호안의 수리적 안정성, 환경생태성, 경제성, 어메니티의 4가지 항목을 사용하였으며 각 항목은 4~5개의 소항목을 포함하며 각 소항목은 대상지점의 조사결과를 반영한 자료이다. 평가방법은 8개 하 천을 대상으로 적용되어 평가되었으며 설계된 호안의 SI를 판정하였다. 본 연구의 결과는 특히 자연친화적인 호안공법을 평가하 는 데 적합할 것으로 생각되며 부적절하게 설계된 호안은 적절한 공법을 선정하는데 도움을 줄 수 있을 것이다. 핵심용어 : 호안공법 평가, 계층화 분석법(AHP), 적합도(SI) ···1. 서
론
우리나라의 하천공사는 1990년대 중반부터 자연형하천 사 업이 시작되어 현재는 거의 모든 하천을 정비할 때 자연형하 천의 개념으로 설계하고 있다. 하천을 설계, 시공할 때 기준 이 되는 자료는 하천설계기준, 하천공사설계실무요령, 하천공 사 표준시방서 등이 있으며 실무자들은 이들을 참고하여 하 천설계를 하고 있다. 하천을 설계할 때 하천공사비에서 호안은 상당히 큰 비중 을 차지한다. 호안의 형태를 어떻게 정하느냐에 따라 공사비 가 많이 차이가 날 수 있으므로 그 하천에 가장 적합한 호 안공법을 선택해야 할 것이다. 그러나 호안의 설계시 가장 적합한 공법의 선정에 대한 가이드라인은 현재까지는 없으며 하천설계기준 등에 나와 있는 호안에 관한 사항은 기본 개념 과 단순한 기준 등만을 제시하고 있다. 현재 설계단계에서 호안공법의 결정방법은 설계자의 주관 적 경험이나 발주처의 판단 등에 의해 공법이 결정되고 있으 며, 대부분의 하천에서 값 비싼 호안공법들이 무분별하게 도 **호남대학교 토목환경공학과 박사과정 (E-mail : opnyty2002@nate.com) **정회원·호남대학교 토목환경공학과 교수입되고 있는 실정이다. 이러한 주관적 판단에 의해 설계된 호안공법은 공사가 이루어지기 전에 그 적합성을 평가하여 바로 잡을 수 있으면 예산절감이나 기타 여러 가지 편익을 얻을 수 있을 것이다. 본 연구는 이러한 점을 고려하여 하천설계시 채택한 호안 공법이 타당한지를 설계보고서를 이용하여 평가하고자 하였 다. 설계호안의 평가방법은 계층화분석법(Analytic Hierarchy Process, AHP)을 이용하였는데 이 방법은 Saaty(1977)가 처 음 소개하였으며, 객관적 평가 요인을 위주로 하고 있으나 주관적인 요인도 포함하고 있는 의사결정방법이다. AHP는 수 자원분야에서도 여러 분야에 이용할 수 있는 장점이 있으므 로 이를 이용한 연구가 많이 이루어지고 있다. 계층화분석법(AHP)을 수자원분야에 적용한 해외 연구는 이 재문과 이상일(2008)에 잘 수록되어 있으며 국내의 적용사례 는 가뭄시 용수배분의 우선순위 결정(이현재와 심명필, 2002), 하천의 중요도 판단(박태선, 2002), 지하댐 적지분석 (이상일과 김병찬, 2003), 하천의 최적하폭 결정(이재문과 이 상일, 2007), 치수 안전성과 환경성을 고려한 새로운 식생호 안 공법의 적용 및 평가(이동섭 등, 2007), 계층분석과정을 이용한 최적 호안공법 선정(이재문과 이상일, 2008) 등이 있 다. 이중에서 이재문과 이상일(2008)은 호안공법을 선정할 때 안정성, 경제성, 시공성, 친환경성에 대한 세부기준 및 표준 화 절차를 제시하고 최적호안공법선정에 계층분석과정을 도 입하였다. 호안평가에 관한 연구는 비교적 최근에 이루어지기 시작하 였고 이와 관련된 연구는 하천공사에 있어 식생호안공법 적 용을 위한 설계개선방안 모색(황경우 등, 2008), 전과정평가에 의한 하천호안공법의 환경성 평가(김국일과 안원식, 2007), 자 연친화적 하천정비를 위한 호안평가 기법 개발 및 적용(김윤 환 등, 2007), 자연형 하천설계에 적용된 호안공법의 적합성 평가(박남희 등, 2009) 등의 연구가 있다. AHP를 호안에 적용시킨 사례는 이재문과 이상일(2008)이 대상지점의 유속과 소류력 자료만을 이용하여 호안공법을 선 정한 사례가 있으나 유속과 소류력을 포함한 설계대상지점의 모든 환경을 고려하여야 가장 적정한 호안공법이 결정될 수 있을 것이다. 본 연구에서는 자연형 하천설계에 적용된 호안공법의 적합 성 평가(박남희 등, 2009)에서 채택한 호안평가항목을 이용하 였다. 평가항목은 호안의 수리적 안정성, 환경생태성, 경제성, 어메니티의 4가지 항목을 사용하였는데 각 항목당 4~5개의 소항목을 포함하며 각 소항목은 대상지점의 조사자료로부터 얻을 수 있는 자료이다. 이와 같은 평가항목으로부터 적합도 (Suitability Index, SI)를 산정하는 식에 사용되는 상대적중요 도 (Relative Importance Weights, RIW)를 산정하였다.
설계호안의 평가를 위해 보성강, 화순천, 금호강, 관문천, 평우천, 풍영정천, 동윤천, 안성천 등 8개 하천에 대한 보고 서 자료를 수집하였고 이를 분석하여 8개 하천의 설계호안에 대한 SI를 분석하였다. SI분석은 각각의 호안에 적용한 모든 공법에 대해 분석하였으며 SI는 값이 클수록 적용이 좋은 설 계호안이라고 평가된다. 본 연구의 결과로부터 설계호안에 적 용된 공법의 타당성을 검토할 수 있었으며, 시공전에 타당성 을 검토하여 적당하지 않은 공법을 재설계함으로서 예산의 낭비를 방지할 수 있을 것이다.
2. 계층화 분석법(AHP)의 원리
AHP는 의사결정의 목표 또는 평가기준이 다수이며 복합적 인 경우, 이를 계층(Hierarchy)화하여 주요 요인과 그 주요 요인을 이루는 세부 요인들로 분해하고, 이러한 요인들을 쌍 대 비교(Pairwise Comparison)를 통해 중요도를 산출하는 분 석 방법이다. 가장 기본적인 AHP 계층은 맨 윗부분에 Goal(목적)을 두 며, 그 밑에 판단기준이 되는 Criteria(기준)를 두고 가장 아 래 계층에 Alternatives(대안)를 두는 구조이다. 판단기준이 되 는 요소를 여러 단계로 나눌 필요가 있을 경우에는 Criteria 밑에 Sub-criteria(하위기준)를 두게 되며, 더 나아가 Sub-sub-criteria를 둘 수도 있다. 이 과정에는 한계가 없으며 그 현상 이나 문제, 시스템이 난해하거나 심층적 분석을 요하거나, 많 은 변수들을 가질수록 더 복잡한 계층구조를 가지게 된다. AHP의 가장 큰 장점은 복잡한 의사결정 상황에서 수많은 의사결정 요소들의 가중치 또는 중요도를 간단한 쌍대비교 (1:1비교)를 통하여 산출해 내는데 있다. 여러 요소들을 동시 에 고려해서는 중요도를 산출하기가 사실상 불가능하지만 요 소를 1:1로 비교하는 것은 쉽게 할 수 있으며, 이들 전체 요소에 대한 1:1비교 자료를 가지고 비교행렬을 구성한다. 표 1은 쌍대비교를 통해 선호도를 부여하기 위한 기준이며. 선호 도 부여에는 주관적인 요소를 최소화하기 위해 하천관련 종 사자의 의견을 수렴한다. 2.1 고유요소 산정 각각의 계층조직 요소에 지정된 상대적 중요도는 행렬의 고유요소를 표준화함으로서 결정된다. 고유요소(Estimated Eeigenelement, EE) 산정은 행렬의 열에 해당하는 모든 요소 를 곱하여 열의 요소의 개수만큼의 제곱근을 함으로서 얻어 지며 산정식은 식(1)과 같다. (1) (i = 1,...n) EE=nAin×Ain×…… A× in 표 1. 쌍대비교(Pairwise Comparison) 척 도 정 의 내 용 1 동등하게 심각함 해당 문제에 대한 A가 B의 심각도가 동일 3 약간 더 심각 A가 B보다 약간 더 심각 5 꽤 더 심각 A가 B보다 꽤 더 심각 7 상당히 심각 A가 B보다 상당히 심각 9 절대적으로 심각 A가 B보다 절대적으로 심각 2, 4, 6, 8 인접한 두 판단 사이의 중간정도 중요 필요시 사용 이상척도의 역수 B가 A보다 중요 할 경우 사용2.2 가중치 산정 및 일관성 분석 2.2.1 가중치 산정 계층분석법의 최종단계는 각 문제별 가중치를 산정하고 응 답의 신뢰성을 검증하는 단계이다. 이 단계에서는 쌍대비교의 값을 집계하여 해당 부문별 중요도, 즉 가중치를 산정하고 이를 기초로 신뢰성 있고 일관성 있는지 여부를 확인하게 된 다. 가중치 계산방법은 문제별 쌍대비교 값을 정방행렬로 배 열하고 이를 이용하여 문제별 가중치를 산정한다. 각각의 지속가능부문 이슈를 A1...An로 두고 지속가능 정 도를 V1...Vn이라 할 때 이슈별 쌍대비교값을 정방행렬[A]로 배열하면 다음 표 2와 같다. 이때, 변수 n은 각 행렬 내에서 고려되는 계층별 인자의 개수이며, An은 계층인자간의 선호도이다. 2.3 일관성 분석 주어진 요소간 일관성이 있는가를 알기 위해서 일관성 분 석이 필요하다. 일관성분석을 하려면
첫째, 최대고유치(Principal Eigenvalue) λmax를 구한다.
둘째, λmax를 이용하여 일관성지수(Consistency Index: CI)
를 구한다.
최종적으로, CI를 가지고 일관성비율(Consistency Ratio: CR)을 구하는데, 이 CR을 가지고 일관성 여부를 판단한다. 먼저 λmax는 다음의 과정을 통하여 도출한다. 즉 식(2)와 같이 n×n 정방행렬[A]과 n×1 가중치행렬 [W]를 곱하면 새 로운 n×1 가중벡터행렬[Y]이 산정되는데, 식(3)과 같이 가중 벡터 행렬의 구성요소 Y1...Yn과 가중치 W1...Wn을 이용하 여 λmax를 얻을 수 있다. [A]X[W] = [Y] (2) (Y1/W1+Y2/W2+ ... +Yn/Wn)/n = λmax (3) 그 다음, 일관성 여부 검증은 CI와 각 행렬의 크기별로 결 정되는 무작위지수(Random Index : RI)간의 비중을 의미하 는 CR로 판단한다. CI는 다음 식(4)와 같이 정의된다. CI = (λmax− n)/(n − 1) (4) λmax=n (단, n = 행렬의 차원) CR은 CI를 RI로 나눔으로써 계산되며 식(5)와 같다. CR = CI/RI (5) RI는 1부터 9까지 정수들을 무작위로 추출하여 상반행렬을 작성한 후 CI를 구한 것으로 n×n 쌍대비교행렬의 RI는 표 3과 같다. 통상 CR이 10%이하일 경우에는 양호한 결과이며, 기준에 대한 우선순위 평가는 신뢰성이 매우 높다고 볼 수 있다. 2.4 적합도 산정 SI는 계층화된 RIW의 각 요소값을 평가하기 위해 종합적 으로 나타낸 결과로서 SI의 산정식은 식(6)과 같다. (6)
여기서 RIWi는 1단계, RIWj는 2단계, RIWk는 3단계의 상대적
중요도를 나타내며, n은 1단계의 인자, m은 2, 3단계의 인자 의 개수이다. SI는 그 값이 높을수록 적합하다고 할 수 있다.
3. 설계호안평가방법에 대한 적용
3.1 호안 평가항목간의 상대적 중요도 산정 호안의 평가항목 간의 RIW를 산정하기 위해 모든 관련 된 평가항목들에 대한 상호순위를 비교하기 위해 쌍대비교를 수행한다.SI RIWi (RIWj×RIWk)
j k, =1 m
∑
× i 1= n∑
= 표 2. 쌍대비교 행렬 A(aij) A1 A2 .... An A1 V1/V1 V1/V2 .... V1/Vn A2 V2/V1 V2/V2 .... V2/Vn .... .... .... .... .... An Vn/V1 V2/Vn .... Vn/Vn 표 3. 무작위지수(RI) n RI n RI n RI 2 0 5 1.12 8 1.14 3 0.58 6 1.24 9 1.45 4 0.90 7 1.32 10 1.49 표 4. 상대적 중요도 3단계요소(수리적 안정성) 쌍대비교(3단계) EE RIW 허용 소류력 (kg/cm2) <10 10~30 30~50 >50 < 10 1.00 0.33 0.20 0.14 0.31 0.055 10~30 3.00 1.00 0.33 0.20 0.67 0.118 30~50 5.00 3.00 1.00 0.33 1.49 0.263 >50 7.00 5.00 3.00 1.00 3.20 0.565 소류력비 2.5이상 2.0~2.5 1.5~2.0 1.0~1.5 1.0이하 2.5이상 1.00 3.00 5.00 7.00 9.00 3.94 0.510 2.0~2.5 0.33 1.00 3.00 5.00 7.00 2.04 0.264 1.5~2.0 0.20 0.33 1.00 3.00 5.00 1.00 0.130 1.0~1.5 0.14 0.20 0.33 1.00 3.00 0.49 0.064 1.0이하 0.11 0.14 0.20 0.33 1.00 0.25 0.033표 4. 계 속 쌍대비교(3단계) EE RIW 하상 경사 1/3000이하 1/100~1/3000 1/400~1/1000 1/100~1/400 1/100이상 1/3000이하 1.00 3.00 5.00 7.00 9.00 3.94 0.510 1/1000~1/3000 0.33 1.00 3.00 5.00 7.00 2.04 0.264 1/400~1/1000 0.20 0.33 1.00 3.00 5.00 1.00 0.130 1/100~1/400 0.14 0.20 0.33 1.00 3.00 0.49 0.064 1/100이상 0.11 0.14 0.20 0.33 1.00 0.25 0.033 비탈 경사 1:3이하 1:2~1:3 1:2~1:1 1:0.3~1:1 직립 1:3이하 1.00 3.00 5.00 7.00 9.00 3.94 0.510 1:2~1:3 0.33 1.00 3.00 5.00 7.00 2.04 0.264 1:2~1:1 0.20 0.33 1.00 3.00 5.00 1.00 0.130 1:0.3~1:1 0.14 0.20 0.33 1.00 3.00 0.49 0.064 직립 0.11 0.14 0.20 0.33 1.00 0.25 0.033 표 5. 상대적 중요도 3단계요소(환경생태성) 쌍대비교(3단계) EE RIW 호안 식생 다양한 자연식생군락 자연적 잡초,교목이 혼합 인위적 식생 일부식생 없음침식으로 호안공으로 식생 없음 다양한 자연식생군락 1.00 3.00 5.00 7.00 9.00 3.94 0.510 자연적 잡초, 교목이 혼합 0.33 1.00 3.00 5.00 7.00 2.04 0.264 인위적 식생 0.20 0.33 1.00 3.00 5.00 1.00 0.130 침식으로 일부식생 없음 0.14 0.20 0.33 1.00 3.00 0.49 0.064 호안공으로 식생 없음 0.11 0.14 0.20 0.33 1.00 0.25 0.033 고수부지의 토지 이용 자연상태 인위적 식생 혼재자연상태와 1/3이상 공원,운동장 2/3이상 공원,운동장 불투수성 구조물도로, 주차장 자연상태 1.00 3.00 5.00 7.00 9.00 3.94 0.510 자연상태와 인위적식생 혼재 0.33 1.00 3.00 5.00 7.00 2.04 0.264 1/3이상 공원, 운동장 0.20 0.33 1.00 3.00 5.00 1.00 0.130 2/3이상 공원, 운동장 0.14 0.20 0.33 1.00 3.00 0.49 0.064 도로, 주차장 등 불투수성 구조물 0.11 0.14 0.20 0.33 1.00 0.25 0.033 고수부지의 식생 다양한 자연식생군락 자연적 잡초,교목이 혼합 인위적 식생 일부식생 없음침식으로 호안공으로 식생 없음 다양한 자연식생군락 1.00 3.00 5.00 7.00 9.00 3.94 0.510 자연적 잡초, 교목이 혼합 0.33 1.00 3.00 5.00 7.00 2.04 0.264 인위적 식생 0.20 0.33 1.00 3.00 5.00 1.00 0.130 침식으로 일부식생 없음 0.14 0.20 0.33 1.00 3.00 0.49 0.064 호안공으로 식생 없음 0.11 0.14 0.20 0.33 1.00 0.25 0.033 표 6. 상대적 중요도 3단계요소(경제성) 쌍대비교(3단계) EE RIW 공사비 (won) 200,000 이상 100,000~200,000 50,000~100,000 50,000 이하 200,000 이상 1.00 0.33 0.20 0.14 0.31 0.055 100,000~200,000 3.00 1.00 0.33 0.20 0.67 0.118 50,000~100,000 5.00 3.00 1.00 0.33 1.49 0.263 50,000 이하 7.00 5.00 3.00 1.00 3.20 0.565 유지 관리
Necessary Moderate Unnecessary
Necessary 1.00 0.33 0.20 0.41 0.105
Moderate 3.00 1.00 0.33 1.00 0.258
표 7. 상대적 중요도 3단계요소(어메니티) 쌍대비교(3단계) EE RIW 호안 경관 80%이상 60~80%이상 40~60이상 20~40이상 20%이내 80% 이상 1.00 3.00 5.00 7.00 9.00 3.94 0.510 60~80% 이상 0.33 1.00 3.00 5.00 7.00 2.04 0.264 40~60 이상 0.20 0.33 1.00 3.00 5.00 1.00 0.130 20~40 이상 0.14 0.20 0.33 1.00 3.00 0.49 0.064 20% 이내 0.11 0.14 0.20 0.33 1.00 0.25 0.033 제외지 토지 이용 2/3이상공원, 운동장 1/3이상 공원 도로, 주차장시설 경작지 등 혼재자연상태와 자연상태 2/3이상공원, 운동장 1.00 3.00 5.00 7.00 9.00 3.94 0.510 1/3이상 공원 0.33 1.00 3.00 5.00 7.00 2.04 0.264 도로, 주차장시설 0.20 0.33 1.00 3.00 5.00 1.00 0.130 자연상태와 경작지 등 혼재 0.14 0.20 0.33 1.00 3.00 0.49 0.064 자연상태 0.11 0.14 0.20 0.33 1.00 0.25 0.033 제내지 토지 이용 밀집된 주거단지 또는 공장지대 밀집되지 않은주거단지 경작지와 주거지혼재 경작지 등 혼재자연상태와 자연상태 밀집된 주거단지 또는 공장지대 1.00 3.00 5.00 7.00 9.00 3.94 0.510 밀집되지 않은 주거단지 0.33 1.00 3.00 5.00 7.00 2.04 0.264 경작지와 주거지 혼재 0.20 0.33 1.00 3.00 5.00 1.00 0.130 자연상태와 경작지 등 혼재 0.14 0.20 0.33 1.00 3.00 0.49 0.064 자연상태 0.11 0.14 0.20 0.33 1.00 0.25 0.033 표 8. 상대적 중요도 2단계요소 쌍대비교(2단계) EE RIW 수리적 안정성 허용소류력 소류력비 하상경사 비탈경사 허용소류력 1.00 3.00 5.00 7.00 3.20 0.564 소류력비 0.33 1.00 3.00 5.00 1.50 0.263 하상경사 0.20 0.33 1.00 3.00 0.67 0.118 비탈경사 0.14 0.20 0.33 1.00 0.31 0.055 환경생태성 호안재료 호안식생 고수부지의토지이용 고수부지의식생 호안재료 1.00 3.00 5.00 7.00 3.20 0.564 호안식생 0.33 1.00 3.00 5.00 1.50 0.263 고수부지의 토지이용 0.20 0.33 1.00 3.00 0.67 0.118 고수부지의 식생 0.14 0.20 0.33 1.00 0.31 0.055 경제성 공사비 유지관리 공사비 1.00 3.00 1.73 0.750 유지관리 0.33 1.00 0.58 0.250 어메니티 호안경관 토지이용제외지 토지이용제내지 호안경관 1.00 3.00 5.00 2.47 0.637 제외지 토지이용 0.33 1.00 3.00 1.00 0.258 제내지 토지이용 0.20 0.33 1.00 0.41 0.105 표 9. 상대적 중요도 1단계요소 쌍대비교(1단계) EE RIW 수리적 안정성 환경생태성 경제성 어메니티 수리적 안정성 1.00 3.00 5.00 7.00 3.20 0.564 환경생태성 0.33 1.00 3.00 5.00 1.50 0.263 경제성 0.20 0.33 1.00 3.00 0.67 0.118 어메니티 0.14 0.20 0.33 1.00 0.31 0.055
본 연구에서 적용한 호안평가항목은 수리적 안정성, 환경생 태성, 경제성, 어메니티 순이며 현재 실무에서 설계·시공시 에 환경적인 측면이 많이 반영되고 있으나, 호안의 본래 기 능인 제방 보호를 감안하여 환경생태성보다는 수리적 안정성 을 더 중요시 하였고 다음으로 환경생태성, 경제성, 어메니티 순으로 설정하였다. 호안평가 항목의 인자간의 상대적 중요도는 쌍대비교를 통 해 인자들 간의 선호도를 수치로 계량하여 표 4~표 9과 같 이 단계별 선호도를 표현하였다. 설계호안을 평가할 때 정량적인 평가를 위해 각 인자들을 쌍대비교 행렬을 통해 산정된 호안평가 항목의 계층별 RIW 표 10. 상대적 중요도에 의한 계층화(수리적 안정성) Level 1 Level 2 Level 3 평가항목 RIW 평가항목 RIW 평가항목 RIW
수리적 안정성 0.564 허용 소류력 0.564 < 10 0.055 10~30 0.118 30~50 0.263 >50 0.565 소류력 비 0.263 2.5 이상 0.510 2.0~2.5 0.264 1.5~2.0 0.130 1.0~1.5 0.064 1.0 이하 0.033 하상경사 0.118 1/3000 이하 0.510 1/1000~1/ 3000 0.264 1/400~1/ 1000 0.130 1/100~1/400 0.064 1/100이상 0.033 비탈경사( 호안) 0.055 1:3이하 0.510 1:2~1:3 0.264 1:2~1:1 0.130 1:0.3~1:1 0.064 직립 0.033 표 11. 상대적 중요도에 의한 계층화(환경생태성) Level 1 Level 2 Level 3 평가
항목 RIW 평가항목 RIW 평가항목 RIW
환경 생태성 0.263 호안재료 0.564 자연상태 (호안공이 없음) 0.510 거석 및 식생호안 0.264 돌망태, 목책공 호안 0.130 식생 블럭 0.064 콘크리트 블럭 0.033 호안식생 0.263 다양한 자연식생군락 0.510 자연적 잡초, 교목 혼합 0.264 인위적 식생 0.130 침식으로 일부식생 없음 0.064 호안공으로 식생없음 0.033 고수부지 의 토지 이용 0.118 자연상태 0.510 자연상태와 인위적식생 혼재 0.264 1/3이상 공원, 운동장 0.130 2/3이상 공원, 운동장 0.064 도로, 주차장 등 불투수성 구조물 0.033 고수부지 의 식생 0.055 다양한 자연식생군락 0.510 자연적 잡초, 교목이 혼합 0.264 인위적 식생 0.130 침식으로 일부식생 없음 0.064 호안공으로 식생없음 0.033 표 12. 상대적 중요도에 의한 계층화(경제성, 어메니티)
Level 1 Level 2 Level 3
평가항목 RIW 평가항목 RIW 평가항목 RIW
경제성 0.118 공사비 0.750 200,000 이상 0.055 100,000~200,000 0.118 50,000~100,000 0.263 50,000이하 0.565 유지관리비 0.250 Necessary 0.105 Moderate 0.258 Unnecessary 0.637 어메니티 0.055 호안경관 0.637 80%이상 0.510 60~80% 0.264 40~60% 0.130 20~40% 0.064 20% 이내 0.033 제외지 토지이용 0.258 2/3이상 공원, 운동장 0.510 1/3이상 공원 0.264 조로, 주차장 시설 0.130 자연상태와 경작지 등 혼재 0.064 자연상태 0.033 제내지 토지이용 0.105 밀집된 주거단지 또는 공장지대 0.510 밀집되지 않은 주거단지 0.264 경작지와 주거지 혼재 0.130 자연상태와 경작지 등 혼재 0.064 자연상태 0.033
는 표 10~표 12와 같다. 계층화 구조의 요소값에 대한 논리 적인 일관성을 검증하기 위해 CR을 계산하였으며, 그 결과 표 13과 같이 수리적 안정성, 환경생태성, 경제성, 어메니티 의 CR이 모두 10% 이내의 값으로 나타나 논리적으로 일관 성이 있는 것으로 분석되었다. 3.2 설계호안의 평가 표 10~표 12와 같이 계층화 분석과정을 통해 개발된 계층 화된 상대적 중요도를 이용하여 설계보고서에 수록된 호안의 SI를 산정하였다. SI는 식(6)을 이용하여 산정하였고 그 결과 는 표 14에 나타내었다. 표에서 SI값이 높을수록 적용성이 높은 설계호안이라는 것을 의미한다. 표 14에서 알 수 있는 바와 같이 SI는 0.36에서 0.90까지 분포하고 있는데 가장 나쁜 점수로 평가된 호안 구간은 안성 천 도시구간 직선부에 위치한 고수호안공법으로 설계한 게비 온 매트릭스공법과 보성강 농촌구간에 위치한 사각돌망태 저 표 13. CI와 CR를 이용한 일관성 검증 평가 요소 수리적 안정성 환경생태성 허용 소류력 소류력 비 하상 경사 비탈경사(호안) 호안재료 호안식생 고수부지의 토지이용 고수부지의 식생 CI 0.035 0.059 0.059 0.059 0.059 0.059 0.059 0.059 CR 0.039 0.053 0.053 0.053 0.053 0.053 0.053 0.053 평가 요소 공사비 경제성유지관리비 호안경관 제외지 토지이용어메니티 제내지 토지이용 Remarks CI 0.035 0.018 0.059 0.059 0.059 Satisfaction CR 0.038 0.031 0.053 0.053 0.053 <0.1 표 14. 적합도 분석 (SI) 하천명 하천등급 위치 호안구분 호안공법 SI 설계보고서 보성강 국가하천 농촌 고수호안 식생매트 0.83 보성강 자연하천정화사업 기본 및 실시설계, 보성군, 2007 고수호안 식생매트 0.83 고수호안 식생매트 0.69 농촌 저수호안 식생매트 0.69 저수호안 사각돌 망태 0.37 저수호안 식생매트 0.68 화순천 지방하천 도시 저수호안 자연석 쌓기 0.56 화순천 자연·생태정화사업 기본및 실시설계,화순군, 2005 저수호안 자연석 쌓기 0.56 금호강 국가하천 도시 저수호안 목재방틀 +다공성호안 0.87 대구2지구 하천환경조성사업 실시설계, 부산지방국토관리청, 2008 저수호안 환경블럭 0.88 저수호안 식생매트 0.85 저수호안 식생매트 0.85 저수호안 스톤 네트 0.81 관문천 소하천 도시 저수호안 자연석 쌓기 0.49 관문천 자연형하천정비공사 실시설계, 과천시, 2006 저수호안 자연석 쌓기 0.48 고수호안 자연석 쌓기 0.49 고수호안 자연석 쌓기 0.49 평우천 소하천 농촌 저수호안 식생방틀 0.40 평우천 자연형하천 정화사업 기본및 실시설계, 보성군, 2006 저수호안 자연석 쌓기 0.47 저수호안 자연석 쌓기 0.58 저수호안 식생블럭 0.67 고수호안 식생블럭 0.71 고수호안 식생블럭 0.82 풍영정천 지방하천 도시 저수호안 환경블럭 0.77 풍영정천(지방2급)하천정비기본계획, 광주광역시, 2005 저수호안 환경블럭 0.73 저수호안 환경블럭 0.90 저수호안 환경블럭 0.74 동윤천 소하천 농촌 저수호안 식생방틀 0.45 동윤천 자연형하천 정화사업 기본및 실시설계, 보성군, 2006 저수호안 자연석 쌓기 0.56 안성천 국가하천 도시 고수호안 식생블럭 0.64 안성천 생태하천(안성, 평택지구)조성사업 보고서,서울지방국토관리청, 2008 고수호안 게비온 매트릭스 0.36
수호안공법이다. 이러한 구간은 하천 지형과 수리적 특성을 충분히 고려하지 않고 호안과 식생이 어우러지기 힘든 호안 (돌망태, 자연석), 또는 제내지상황을 고려하지 않는 고수부지 의 조성 등으로 설계된 호안들이다. 풍영정천에 설계된 저수호안의 친환경블럭, 금호강에 설계 된 저수호안의 환경블럭 등은 좋은 점수로 평가되었다. 이러 한 구간들은 유선형태와 수리적 특성이 고려된 호안공법이 적절하게 적용된 구간으로 판단된다.
4. 결
론
하천을 설계할 때 적절한 호안공법을 선정해야 하지만 이 에 대한 가이드라인이 없는 실정이다. 본 연구에서는 하천설 계시 채택한 호안공법들이 타당한지를 하천설계보고서를 이 용하여 평가하였다. 평가방법은 계층화분석법(AHP)을 사용하였으며 각 하천에 적용된 호안 공법의 적합도(SI)를 분석하여 평가하는 방법을 사용하였다. 적용성이 높은 호안공법을 선정하기 위해서는 설계대상지 점의 모든 환경변수를 고려해야 할 것이다. 따라서 설계호안 을 평가하기 위해서도 대상지점이 가지고 있는 모든 변수가 포함되어야한다. 호안평가항목은 호안의 수리적 안정성, 환경생태성, 경제성, 어메니티의 4가지 항목을 사용하였으며 각 항목은 4~5개의 소항목을 포함하며 각 소항목은 대상지점의 조사를 반영한 자료이다. 본 연구의 평가방법은 보성강 등 8개 하천을 대상으로 적 용하였으며, 각 호안에 적용된 모든 공법의 적합도를 분석하 여 평가하였다. 그 결과 적합도 점수에 따라 잘 설계된 호안 과 부적절하게 설계된 호안을 분석할 수 있었다. 적절하게 설계된 호안들의 특징은 유선형태와 수리적 특성이 반영된 호안공법을 채택한 지점들이고, 부적절하게 설계된 호안들은 하천 지형과 수리적 특성을 충분히 고려하지 않거나, 호안과 식생이 어우러지기 힘든 호안, 또는 제내지상황을 고려하지 않는 고수부지의 조성 등으로 설계된 호안들임을 알 수 있었 다. 본 연구의 결과를 이용하면 하천 설계시 선정된 호안의 적 합성을 판단할 수 있으며, 특히 자연친화적인 호안공법을 평 가하는 데 적합할 것으로 사료되며 잘못 선정된 호안구간은 적절한 공법으로 대체하여 적용성 높은 공법을 선택할 수 있 을 것이다.감사의 글
본 연구는 국토해양부 및 한국건설교통기술평가원 건설핵 심기술연구개발사업의 연구비지원(06건설핵심 B01-자연과 함 께하는 하천복원기술개발)에 의해 수행되었습니다.참고문헌
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◎ 논문접수일 : 11년 04월 08일 ◎ 심사의뢰일 : 11년 04월 19일 ◎ 심사완료일 : 11년 05월 26일
