도시홍수 통합위험관리를 위한 취약성 평가

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도시홍수 통합위험관리를 위한 취약성 평가

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중학교 교과서에서 정의하는 도시의 본연의 의미는 많은 사람들이 밀집하여 거주하는 지역으로 인구밀도가 높은 지역을 의미한다. 그러나 이러한 인구밀도는 도시의 많은 특성 중 하나에 불과하며 도시가 형성되고 발전하는 과정 에서 나타나는 많은 현상들을 이러한 하나의 특성으로 정 의할 수 없다. 과거 도시는 농업이 근간이 되는 산업구조 로 인하여 대부분 큰 강 유역의 평야지대에서 발생되고 발달되었다 그러나 현대의 도시개념은 서비스 및 첨단산 업이 중심이 되어 다양한 생활방식이 공존하고 다양한 문 화를 만들어내는 인긴활동의 중심지를 의미한다. 따라서 현대의 도시는 과거의 도시가 더욱 발전한 경우도 있지만 수도권과 같이 어떠한 목적에 의해서 계획되고 조성된 도 시형태의 의미도포함하고 있다

동남아시아의 대부분의 도시는 과거 도시형태로 대하 천 주변에 발달되어 있고 이러한 이유로 강우로 인한 하 천홍수범람과 같은 대규모의 침수피해가 자주 발생한다.

그러나 성숙단계의 도시가 많은 우리나라와 일본의 경우 에는 하천 범람의 피해와 함께 내수 침수에 의한 피해 및 개발에 의한사면 및 토사재해가 복합적으로 발생하고 있 다. 즉 산업화와 도시화에 따라서 도시에서 발생하는 재 해유형이 단순 하천범람(Riverline Floods)과 함께 지표수 의 배수불량에 의 한 도시홍수(Local Floods), 연한 홍수 (Coastal Floods), 돌발홍수(Flash Floods)의 형 태 등 다양한 형태로 나타나고 있다. 이러한 복잡한 도시홍수유형에 안 전한 도시를 만들기 위해서는 지금까지와는 다른 접근 방 법이 필요하다

장대원 (2010)은 우리나라의 1990부터 2007년까지의 강 우량 분석과 피해액 분석을 통하여 1990년대와 2000년대 를 비교하였다(그림 1 ). 최대 강우강도 및 일최대강우량의 변화폭은 각각 3%, 12% 증가하였고 동기간 평균피해액 은 2007년 금액기준으로 7，257억원에서 29，354억원으로 400% 증가하여 단순 강우와 같은 외적조건 변화보다 도 시화， 산업화， 집중화 같은 사회적 변화가 피해의 규모에 더 영향을 미치는 것으로 제시하였다. 이는 일반적으로

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그림 1. 1990 년대와 2000 년대의 피해변화(장대원，201 이

도시화의 영향이라고 생각할 수 있으나 도시화의 어떤 요 소들이 동일 피해강도에서 피해규모를 증가시킨 것인지 에 대한 명확한 연구는 없는 실정이다. 단지 불투수율 증 가에 따라 유출량이 늘고 첨두시간이 빠르게 발생한다는 수문학적인 특성에 대해서만 언급하고 분석되고 있다. 이 러 한 접 큰은 위 험 성 분석 (Hazard Analysis)에 근간을 둔 것으로 피해를 유발하는 요소 즉， 하천의 범람에 영향을 주는 홍수량 분석을 강조한 것이다. 이러한 접근은 과거 부터 현재까지 일반적으로 많이 이용된 접근방법이다

그러나 하천범람을 유발하는 홍수량의 기본 인자는 강 우이며， 강우의 증가추세를 볼 때 외적인 강우변화가 4배에 가까운 피해증가를 대표할 수는 없다. 또한 지역별로 동일 강우에 피해를 입는 지역과 그렇지 않은 지역이 발생하는 부분도 완벽하게 설명하기가 어렵다. 따라서 최근 방재의 개념은 위험관리 측면에서 위험성과 취약성 01띠nerability)， 노 출성 (Exposure)을 종합적으로 고려 하는 추세 이 다. 세 계 기 상기구(WMO， World Meteorogical Organization, 2006)에서 는 홍수관리를 위한 프로그램으로 통합홍수관리가이드라 인과， 홍수관리를 위한 정책 수립에 필요한 다양한 지침

제3권 제2호 2010던 6율/

서 를 APFM(Associated Program on Flood Management)을 통해서 발간하고 있으며 여기에는 도시홍수위험관리에 대 한 가이드라인도 포함되어 있다 UN의 rSDR(2002) 보고서 에서도 위험(Risk)를 평가하기 위해서는 위험성과 취약성 을 그 지역의 방재역량과 연계하여 평가해야 한다고 제시 하고 있다. 이러한 국제적인 연구방향은 복잡한 도시홍수 측면을 접근하는데 있어서 기존의 하천범람이나 내수분석 과 같은 위험성 분석 만으로는 한계가 있음을 보여준다‘

본 원고의 목적은 도시홍수 통합위험관리를 위해서 기 존의 위험성 연구와 함께 취약성 평가를 수행하여 이를 복합적으로 평가， 도시의 홍수에 대한 강함과 약함을 도 출하는 연구가 필요함을 강조하는데 있다 따라서 기존의 유역중심의 지구분할과 내배수체계에 기반한 지구분할 동을 통하여 각 지구별 도시홍수취약성 평가를 수행하고 이를 위하여 도시홍수 발생 및 그 피해와 연관이 있는 인 자들을 추출하고자 한다 또한 추출된 인자를 통하여 도 시홍수관리 및 도시방재에 대한 가이드라인의 기초자료 를 제공하는 내용 및 활용방안을 제시하는 연구를 수행할 예정이다.

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장대원 · 앙동민 · 김보경 · 장 남

11. 도시홍수 통합위염관리 1. 도시홍수통합위염관리의 필요성

위험관리 (Risk Management)의 위험은 위험요인， 위험요 인과 영향있는 인자， 위험요인에 대한 노출정도를 통합적 으로 관리하는 것이다. 이를 위험성， 취약성， 노출성으로 정의하고 각 요소별 평가방법을 통하여 최종 위험정도를 평가하게 된다. Kron(2003)은 도시홍수위험을 다음과 같 은식으로제시하였다

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여기서 P: Hazard, C: Vulnerability x Exposure

홍수에 대한 위험관리는 결국 통일빈도의 하천에서도 피해가 발생하는 지역과 피해가 발생하지 않는 지역이 발 생하고 피해가 발생했을 때 피해정도가 큰 지역과 피해정 도가 작은 지역이 발생하는 이유를 종합적으로 검토하여 피해유발요인과 피해에 대한 개별요소의 강함/약함， 그리 고 피해유발요인에 대한 노출정도를 평가하는 것이다.

이러한 취약성에 기반한 접근은 최근 우리나라에서도 진행되고 있다. 가장 대표적인 예로 한국건설기술연구원 에서 수행한 「이상기후 대비 시설기준강화연구단」 의 이 상홍수취 약성 평 가시 스댐 (Excess Flood VulnerabiJity System, EFVS)을 들 수 있다. EFVS에서는 한강， 안성천 유역을 대상으로 하천홍수와 관련된 취약성 항목을 수문-지형학적 항목， 사회-경제적 항목， 기상학적 항목， 홍수방어적 항목 으로 구분하였다. 이를 시스템을 통하여 과거 홍수발생 현 황과 홍수에 영향을 주는 기후변화모의， 그리고 이로 인 한 홍수범람예측 결과를 소유역별 취약성 항목으로 평가 하여 홍수발생에 따른 피해에 대한 강함과 약함 정도를 이상홍수취약성 퉁급으로 제시하고 있다. 이 시스댐은 기 존의 잠재홍수피해능(PFD)의 약점을 개선한 것으로 수자 원장기종합계획의 치수안전도 평가에 활용되고 있다

그러나 최근 우리나라의 침수피해는 하천범람 피해보 다는 도시침수 피해에 의한 피해가 더 많이 나타난다. 한 국의 대도시에서 최근 10년간 태풍이 아닌 국지성 집중호 우로 도시홍수 피해가 발생한 경우는 20이， 2009년을 들 수 있다. 2001 년 서울지역에서의 강우는 기록적인 것으로서 강우기간은 7월 14~15일 이틀 동안이었으나 실제로 홍수 피해 발생에 직접 기여한 강우는 7월 15일 새벽의 호우로 지역적으로 지속시간 2시간에 100년에서 500년 사이의 빈도의 강우로 분석되었다.2001년 강우로 인하여 게랄라 성 폭우라는 용어가 새로이 동장하였다.2009년 집중호우는

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부산광역시에 큰 피해를 주었는데 7월 7일이 310 mmJday, 7월 16일이 266.5 mm1day으로 기록적인 폭우사상이었다.

2009년 7월 7일 사상의 경우 기상청 예보에서의 예상 강 우량과는 달리 지속시간 l시간 강우량이 90mm/l"π 가량이 오르내리는 폭우가 3시간 가량 지속되거나， 작게는 50mm/hr 이상의 강우가 4시간 이상 지속되어 피해가 가중되었다.

이는 부산의 과거 강우기록 기준으로 지속시간 l시간 강 우강도만 보더라도 빈도가 100년 정도인 강우가 내린 것 이며， 지속시간 3시간의 경우 100년 빈도 보다 큰 강우량 이 발생한 것이다. 그러나 이러한 집중강우는 하천을 범 람시킨 것이 아니고 도시 지하공간의 침수， 내수능력부족에 의한 도로 및 주택 침수， 하천 수위 상숭에 따른 배수불량 에 따른침수그리고토사붕괴 퉁의 피해를발생시켰다.

따라서 하천 위주의 피해가 아닌 이러한 복잡한 도시피 해유형을 반영하기 위해서는 도시에 적합한 취약성 지표 를 선정하고 지표별 가중치를 포함한 평가방법을 수립하 여 이를 활용하는 방안에 대해서 연구를 수행하여야 한다.

2. 도시홍수통합위험관리 인자의 선정

본 연구에서는 도시홍수통합위험관리를 수행하기 위하여 서울， 대전， 부산의 한 개의 구를 선정하여 지표의 선정 및 평가방법이 적정한지를 검토할 예정이다. 이를 위해서 는 최근의 도시홍수피해양상을 고려한다면 도시의 내배 수 체계와 도심하천을 연계한 실제적인 연구 및 분석에 대한 연구가 필요하므로 도시의 배수체계인 하수관망을 기반한 지구의 구분 및 지구별 다양한 지형， 사회， 인문，

기상적인 특성정보를 수집하고 이를 도심하천 위험성 분 석결과와 매칭하여 통합위험도를 산정하는 과정이 수행 되어야 한다 이를 위해서는 복합적인 도시홍수를 대표할 수있는지표의 선정이 중요하다.

본 연구에서는 기존의 방재도시， 도시방재성능 향상 동 다양한 연구내용을 검토하여 도시홍수 통합위험관리지수 의 목적 및 활용방안을 결정하고 목표를 이룰 수 있는 타 당한지표를제시하고자한다.

이를 위해서는 먼저 도시유역과 관련하여 지형적인 요 소를 고려해야 한다. 지형적인 요소에는 지형경사와 토지 피복상태가 고려될 수 있다. 지형경사는 하천에서든 배수 관망에서든 도달시간과 영향이 있고 토지피복상태는 유 출율에 영향을 준다(그림 3,4).

또한 지하공간 또는 저지대 지역에 대한 분포정도를 고 려해야 한다. 내수침수의 주요이유가 시설 용량의 부족인 경우도 있으나 관구배 이상 및 저지대에 따른 집수량 증

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세 번째로 고려되어야 히는 헝목은 침수발생시 피해정 도를 평가할 수 있는 부분이다 이는 크게 인명과 재산으 로 구분될 수 있다. 인명피해의 경우는 사망과 부상， 그리 고 이재민으로 구분되며 이런 피해가능성은 인구가 집중 되어 있는 지역일수록 높게 나타난다. 따라서 인구밀도는 이런 항목에서 반드시 고려되어야 한다- 또한 재해발생시 사망자를 살펴보면 노약자가 많은데 이 런 재해취 약지-를 고려하는 것도 필요하다 재산피해의 경우 도시의 산업특 성과 관련이 있다. 일반 서비스업이 집중된 지역은 통일 침수면적에 대해서 피해액이 작으나 산업시설이 집중된 지역은 그 피해정도가 크게 나타난다 따라서 단위지구별 주택지 비율 또는 산업시설 비율 동을 이용하여 적정 재 산피해를 반영할 수 있도록 지표를 설정해야 한다-

네 번째는 중요 시설물로 사회 인프라 시설을 고려해야 한다. 인프라 시설의 피해는 l차적 피해 외에 2차적 피해 를 유발하며 보통 l차적 피해액보다 2차 피해액이 더 크 게 나타난다. 이러한 근간 시설에는 지하철， 발전시설， 빗 물펌프장， 도로 뭉과 같은 공공시설과 지하상가， 공원， 병 원 둥과 같은 편의시설이 있다- 이러한 시설의 개소를 이 용하여 침수상황 발생시 피해영향을 고려할 수 있는 방안 을고려해야한다.

다섯 번째는 최근 도시침수를 유발하는 기본 원인인 강 우를 고려하는 것이다. 최근 강우유형을 보면 24시간 지 속강우보다는 l시간， 길변 3시간 이내의 강우가 피해를 유발시키고 있다. 이는 도시유출모형 적용시 임계지속시 간이 60분일 때 첨두량이 가장 크고 지속시간이 길어질수 록 값이 감소히-는 것을 통해서도 확인할 수 있다. 따라서 기존의 빈도개념을 지표로 활용하는 것은 바람직하지 않 으며 l시간 강우 또는 3시간 이내의 강우를 이용한 지표 를 만드는 것이 필요하다. 본 연구에서는 대상 시군구의 강우자료를 수집하여 l시간， 3시간 강우의 발생 값과 일 그림 2 지표를 활용한 지수 산정시 고려할 사항(Birkmann et al, 1999, Maclaren, 1996)

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두 번째로 고려할 것은 배수시설의 용량이다. 하천의 경우에는 하천계획빈도 및 정비율이 고려되어야 하지만 도시홍수의 특성상 배수관망 및 빗물펌프장 등의 능력이 검토되어야한다.

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그림 4 도시화에 따른 유출량의 증가 비율 (WMO， 2008)

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정 강우량 이상의 발생 횟수를 고려하는 지표와 10분 단 위의 MAPLE 강우예측자료와 l시간 단위의 KRDAPS 자 료를 이용하여 실시간 취약성을 분석할 수 있는 방안도 검토하고있다

이 외에도 다른 연구결과 및 자체 분석을 통하여 도시홍 수의 위험성과 취약성을 대표할 수 있는 지표들을 선별하고 그평가방법을표준화하여 연구성과로반영할예정이다.

3. 도시홍수통합위염관리 인자의 평가방법

도시홍수통합위험관리 평가인자가 선정되면 이를 평가 하는 방안이 필요하다. 이러한 평가를 원활히 하기 위해 서는 GIS 기반의 자료를 구축하여 Layer 중첩을 통한 분 석방법을 적용하는 것이 가장 효율적이다. 장대원 (2010)은 Arc-GIS를 이용하여 안성천 유역에 대한 홍수위험관리지 수를 중첩방법을 이용하여 평가하였고， 한국건설기술연구원 (2008, 2009, 2010)에서도 통일 방법을 시스템으로 구축하 여 평가한사례가있다.

그러나 이러한 평가방법을 적용하는데 있어서 가장 중 요한 요소는 각 레이어별 즉， 평가인자별 가중치를 결정 하는 것이다 가중치 결정은 평가인자별 전문가 설문을 거치는 방법과 평가 인자와 도시홍수의 대표 항목과의 상 관분석을 통하여 상대적인 가중치를 구하는 방법이 있다.

또한 인자의 속성만을 이용한 엔트로피 가중치 산정방법 도가능하다

본 연구에서는 기존의 설문방법에 앞서서 5가지로 분 류한 평가인자가 적정한지를 주성분 분석을 수행하여 평 가하고 각 평가인자를 패널분석을 수행하여 설정하고지

하였다 패널분석은 시계열데이타(time-series data)와 횡단 면 데 이 타(cross-sectional data)를 결 합한 구조의 데 이 터 를 이용하여 변수들 간의 정적 (static) 관계와 변수의 동적관 계를 추정 할 수 있다는 장점 이 있다(민인식 둥， 2009) 이 러한 방법은 최충익 (2003)， 장대원 (2010) 퉁이 도시홍수와 하천홍수에 대해서 적용한 사례가 있다

이러한 지표는 각각의 가중치를 부여하여 부여된 평가 점수로 산정되어 현재의 도시 지구특성에 따른 통합위험 도， 그리고 실시간 강우자료를 이용한 실시간 도시홍수 통합위험도로수치로제시되게 된다

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본 연구는 아직 연구초기로서 본 기사의 내용은 금년에 수행할 연구방안을 기술한 것이다. 이러한 연구방안은 연 구수행과정을 통하여 수정， 보완되어야 할 필요가 있다.

본 연구진에서 그동안 많은 연구를 수행하면서 가장 어려 웠던 부분은 머리로 생각한 방안과 실제 사용가능한 자료 간의 적용에 있어서 문제가 발생하는 부분으로 이러한 부 분을 최소화하기 위하여 기존의 DB 현황 및 GIS DB 변 환 가능성 여부 등을 면밀히 검토하여 연구를 진행하고 있다.

도시홍수는 단순 침수라는 개념보다는 보다 복합적으 로 토사에 의한 재해까지 총괄할 수 있어야 한다. 따라서 위험성으로 내·외수를 모두 고려하고 취약성으로 관망 및 인문-사회적 요소들을 고려하여 평 가를 수행한 후에 추가 적으로 토사재해 및 지하공간 침수 둥 도시에서 발생할 수 있는 종합적인 재해에 대한 취약도를 제시하는 것이 필요하다.

또한 단순 연구나 방안 제시에서 연구가 종료되는 것이 아니라 실질적으로 도시홍수 상황분석 및 대응 방안 수립 에 활용될 수 있도록 강우량 실시간 연계를 통한 누적 강 우량 분석， 실시간 예측강우량 분석 등의 결과를 내배수 시설 용량과 연계하여 분석， 그 결과를 표출함으로써 잠 재적 도시피해위험을 분석·예측할 수 있도록 시스탬 프로 토타입을 구축할 예정이다

또한 연구를 수행하는 과정에서 현재 소방방재청에서 진행중인 도시홍수 관련 연구， 기후변화 관련 연구 및 지 구단위홍수방어계획 등 도시방재에 대힌 연구성과를 면 밀히 검토하여 종합적인 도시방재기능 향상 및 자연재해 에 안전한 도시를 계획하기 위한 하나의 중간가교 역할을 할수 있도록추진할계획이다.

감사의글

본 연구는 소방방재청 자연재해저감기술사업단의 「도 시홍수 위험성 평가 및 통합관리방안 개발」 용역을 수행하 면서 얻은성과입니다

흔/국-'1/난관2/.표준학회지