An interaction between flood and economy on socio-hydrology perspective -Case study for Yangjae River-

An interaction between flood and economy on socio-hydrology perspective -Case study for Yangjae River-

Kang, Subin

ㆍKim, Jin-Young

ㆍLee, Sangeun

ㆍKwon, Hyun-Han

*

aMasters’ Course, Department of Civil and Environmental Engineering, Sejong University, Seoul, Korea

bResearcher, Department of Civil & Environmental Engineering, Sejong University, Seoul, Korea

cManager, Land & Infrastructure Safety Research Center, Korea Research Institute for Human Settlements, Sejong, Korea

dProfessor, Department of Civil & Environmental Engineering, Sejong University, Seoul, Korea

Paper number: 21-036

Received: 18 May 2021; Revised: 28 May 2021; Accepted: 28 May 2021

Abstract

In many countries, including Korea, it has been challenging to understand flood-related social dynamics due to urbanization and climate change. In this regard, socio-hydrology has been proposed to consider the interaction between hydrologic systems, land-use change, and human activities. However, there is a general lack of understanding of the interactions of socio-hydrologicsystems. This study examines the interactions between human activities and hydrologic systems from a sociological perspective using a dynamic system model. In other words, this study aims to present a conceptualization model that considers the mutual interaction of flood and community from a socio-hydrologic perspective. Depending on the construction cost of the levee for the Yangjae River, this study considered three scenarios to simulate the interaction of socio-hydrologic systems. Socio-hydrologic interactions can effectively reproduce the changes in the Yangjae River. Moreover, It is expected that the proposed model can be further used to understand possible hydrologic changes and interaction with social systems in the future as a decision-making tool in water resources management.

Keywords: Socio-hydrology, Flood, Interaction, System dynamics

사회수문학적 관점에서 홍수-경제-지역사회 상호작용 -양재천 사례를 중심으로-

강수빈

ㆍ김진영

ㆍ이상은

ㆍ권현한

*

a세종대학교 건설환경공학과 석사과정, ^b세종대학교 건설환경공학과 선임연구원, ^c안전국토연구센터 센터장, ^d세종대학교 건설환경공학과 교수

요 지

우리나라를 포함한 여러 나라에서 도시화와 이상기후로 인해 홍수 예측이 어려워지고 있다. 이러한 점에서 유역의 토지이용, 인간의 활동, 수문 시 스템의 상호작용을 고려한 사회수문학 연구가 제안되고 있다. 그러나 현재 사회-수문 시스템의 동적 상호작용과 관련한 피드백에 대한 이해는 전 반적으로 부족한 상황이다. 본 연구에서는 시스템 동역학적 모형을 이용하여 제내지에서 인간의 활동, 제내지에서 거주지 확장 및 쇠퇴 등 사회수 문학적 관점에서 인문 시스템과 수문 시스템 사이 상호작용을 검토하였다. 즉, 동적 변화에 미치는 영향을 고려한 홍수 측면에서 개념화 모형을 제 시하고자 한다. 양재천을 대상으로 제방에 투자되는 비용에 따라 세 가지 시나리오를 고려하여 홍수위험도와 사회수문학적 시스템의 상호작용을 모의하였다. 사회수문학적 상호작용을 통해 양재천 변화양상을 모의해본 결과 과거의 변화양상을 효과적으로 모의할 수 있었다. 기후변화 등 미래 의 발생 가능한 수문기상학적 변동성과 사회시스템과의 상호작용을 전망하고 의사결정의 보조 수단으로 활용이 가능할 것으로 판단된다.

핵심용어: 사회수문학, 홍수, 경제, 상호작용, 시스템다이내믹스

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*Corresponding Author. Tel: +82-2-3408-3726 E-mail: hkwon@sejong.ac.kr (H.-H. Kwon)

1. 서 론

오랫동안 인류의 문명은 하천 주변을 중심으로 시작되고 발달하여 왔다. 하천 근처는 교통, 수자원, 농업의 편리성 등 인류 정착에 있어 필요 요소들을 제공함으로써 하천 근처로부 터 공동체가 형성되었다. 이러한 물에 대한 접근성은 문명의 시작과 발달에 영향을 미치는 핵심적인 사항이다. 하천이 주 는 편리함과 경제적 이익에도 불구하고 범람원 근처 정착지는 홍수 발생 가능성이 크며 이에 따라 인류는 제방과 같은 홍수 저감 시설을 구축하여 홍수에 대응하였다. 이것은 범람원 주 변 정착지의 인간과 홍수 시스템 사이 상호작용을 통해 복잡한 역학 작용을 만들어낸 결과이다. Di Baldassarre et al. (2013) 은 이러한 복잡한 인문-홍수 시스템 간의 상호작용을 개념화 하였다. Di Baldassarre et al. (2013)은 수문학적 시스템과 인 문 사회적 시스템 사이 상호작용과 피드백 과정을 모의하기 위 해 동적(dynamic) 변화를 포함한 개념적인 모델을 제시하였 다. 본 연구에서는 기술 발전과 인간의 활동 같은 외적 요인을 포함한 변수들이 사회-수문 시스템에 상호영향을 평가하는 데 목적이 있었으며, 모형 성능 측면에서 사회-수문 시스템의 상호영향과 관련된 현상을 효과적으로 재현할 수 있는 것으로 파악되었다. 예를 들어, 범람원 지역을 보호하기 위해 제방을 건설하거나 높일 때, 제내지의 범람 빈도는 감소하지만, 하천 의 수위를 상승시켜 사회에 더 높은 홍수방어 기준이 요구된 다. 한편 높은 홍수방어 기준에 따라 제방의 높이가 올라간 상 태에서 홍수가 발생하는 경우 일시적으로 더 큰 유량이 범람 되어 피해가 더 커질 수 있는 악순환이 반복된다. 즉, 하천의 수위 상승으로 인해 홍수가 발생하면 과거와 비교해 피해 측 면에서 더욱 불리할 수밖에 없다.

범람원 또는 홍수터(floodplain)는 주로 하천의 하류 지역 에 형성되며 하천의 범람으로 형성된 평탄한 지형으로 정의한 다. 범람원은 하천의 범람으로 주기적으로 침수가 반복된다 (Junk et al., 1989). 이집트의 메소포타미아 고대 사람들은 주 로 무역, 농업, 그리고 경제 발전에 좋은 조건을 갖춘 범람원에 정착하였다. 현재까지도 약 10억 명의 사람들이 범람원에 거 주하고 있는 것으로 추정된다. 오랫동안 인간이 홍수에 어떻 게 적응해왔는지(White, 1942) 그리고 범람원의 침수와 같은 홍수의 발생이 인간의 정착지와 토지이용에 어떤 영향을 미쳤 는지에 관한 연구가 진행되어왔다(Myers et al., 2008; Green et al., 2011; Schultz and Elliott, 2013). 최근 연구에서는 홍수 빈도와 규모에 대한 인간의 개입(홍수방어 시설, 토지이용 변 화 및 도시화)으로 인한 상호영향을 조사하였다(Di Baldassarre et al., 2009; Heine and Pinter, 2012; Remo et al., 2012). 그러

나 과거 연구들은 인문 사회적 시스템과 수문학적 시스템의 상호작용에 대한 피드백이 충분히 반영되지 않고 다소 단순화 된 영향만이 고려되었다. 장기적인 관점에서 사회-수문 시스 템의 동적 변화를 반영하는 과정은 전망 결과의 신뢰성 제고 측면에서 중요한 사항이다. 예를 들어, 전통적 수문학에서는 인간에 의한 활동은 범람원 시스템에 대한 외부 요인으로 간 주하여 상호작용이 반영되지 않고 오직 수문학적 시스템 측면 만을 고려하였다. 즉, 홍수 발생 시 홍수방어 시설만 효과적으 로 구축하면 홍수로 인한 피해를 줄일 수 있다고 판단되었다.

그러나 사회수문학 측면에서는 지속해서 홍수방어 시설을 구 축하는 것이 오히려 홍수피해를 증가시킬 수 있는 요인으로 고려될 수 있다.

White (1942)는 이에 대한 근거로 제방 효과(levee effect) 와 적응 효과(adaptation effect)를 예시로 들었다. 그동안 전 세계 여러 지역사회에서는 범람 빈도 및 피해를 줄이기 위해 제방을 건설하거나 제방 증고를 통해 범람원의 거주지를 보호 하려고 하였다. 제방으로 인해 홍수빈도가 줄어 범람원 지역 사람들이 안전하다고 느끼면 하천 주변에서는 활발한 경제 발전이 이루어진다. 경제 발전은 인구 증가로 이어지며 하천 주변 지역사회가 활발하게 개발되지만, 홍수가 발생했을 때 피해가 증가하는 요인으로 작용한다. 이것을 제방 효과라 부 르며 홍수방어 시설이 홍수 발생빈도를 줄여 잦은 홍수로부터 의 위험을 감소시키지만, 역설적으로 홍수위험도 인식을 저 감시켜 기록적인 홍수 시 피해가 증가하는 사회적 현상을 뜻 한다. 즉, 제방을 건설하고 높이는 것은 대규모 홍수 발생 가능 성이 잠재된 산업화 도시로 발전시킬 가능성이 있다. 이에 대 한 예시로 미국의 뉴올리언스 사례를 들 수 있다. 반대로 홍수 발생 직후 비슷한 규모의 홍수가 발생하면 오히려 홍수로 인 한 피해가 감소하는 적응 효과도 같은 맥락에서 이해할 수 있 다. 이전의 홍수 경험으로 지역사회의 적응 능력이 개선되기 때문에 홍수가 자주 발생하는 지역에서는 홍수 취약성이 감소 하는 경향을 말한다. 이에 대한 예시로 1995년의 뮤즈강 홍수 의 피해사례를 들 수 있다. 사회수문학적 요소가 홍수빈도와 강도에 미치는 영향과 사회 발전에 따른 홍수 발생 특성을 평 가하기 위해서는 범람원의 동적 거동과 사회수문학적 피드백 을 고려한 상호작용에 대한 이해가 필요하다(Di Baldassarre et al., 2013). 이런 맥락에서 Sivapalan et al. (2012)은 사회-수 문 시스템의 상호영향을 개념적으로 연구하는 사회수문학을 제안했다. 사회수문학의 중요성이 강조되면서 그에 따른 연구 가 전 세계적으로 활발하게 이루어지고 있다. 최근 뉴질랜드에 서는 제방 건설로 인한 하천의 분할, 직선화로 인한 수위 상승 과 생태계 파괴를 이유로 하천을 본래의 모습으로 되돌리려는

노력이 있었다. 즉, 제방을 제거하여 하천을 다시 재연결 시키 고 직선화된 하천을 다시 곡선화시켜 자연스러운 침수와 퇴적 을 통해 생태계 복구에 이바지한다는 취지에서 주목할 만하다.

본 연구에서는 홍수 발생 시 상호영향을 고려하여 수문학적 홍수위험도, 제방 건설, 홍수위험 인지 정도, 도시 확장 등의 영향을 동적으로 평가하는 방안을 제시하였으며, 양재천을 사례를 들어 적합성을 평가하였다. 2장에서는 사회수문학에 대한 개념을 요약하여 제시하고 3장에서는 본 연구에서 고려 된 방법론에 관해서 기술하였다. 4장에서는 제시된 방법론을 양재천에 적용한 결과를 제시하고 마지막으로 결론 및 토의 사항에 관해서 기술하였다.

2. 사회수문학의 개요

통합 수자원 관리(integrated water resources management, IWRM)는 수문학적 시스템의 원리를 이용한 시나리오 기반 의 접근이다. 수자원개발, 수자원 이용, 생태계 및 환경 측면에 서 지속 가능성을 훼손하지 않으면서 경제 및 사회적 복지를 극대화하기 목적으로 물, 토지이용 및 자원의 제한된 개발 및 지속적 관리를 촉진하는 과정이다. 이는 사회수문학과 유사 한 점이나, 통합 수자원 관리는 사회와 환경에 관해 원하는 결 과에 도달하기 위해 수문학적 시스템을 제어하거나 관리하는 데 초점을 둔다는 점에서 차이가 있다. 이러한 접근은 간혹 비 현실적일 수 있으며 특히 장기 전망 관점에서 인문사회학적 시 스템을 고려하지 않아 전망 결과가 부정확하거나 신뢰성 측면 에서 단점이 있다. 예를 들어, 통합 수자원 관리에서는 홍수가 발생한 기간과 홍수피해는 서로 선형적으로 증가할 것으로 가정하여 제방 건설과 같은 홍수방어 시설을 구축하는 것을 장려한다. 하지만 이러한 가정은 지역사회의 내적 변화 요소

를 고려하지 않은 사항으로 홍수가 사회에 미치는 영향과 사회 가 다시 홍수에 미치는 영향을 고려해야 하는 것이 필요하다.

사회수문학에서는 사회-수문 시스템이 공동으로 진화하는 동 적 거동을 고려하여 미래 변화 방향을 이해 및 전망하는 데 초 점을 두어 장기적 측면에서 더욱 효과적인 전망이 가능하다.

사회수문학은 생태 수문학의 공동 진화(coevolution)에서 발전 방향을 찾을 수 있다. 생태 수문학은 물 가용성과 관련하 여 물과 식물의 공동 진화와 자기 조직화를 탐구하는 학문 분 야이다. 사회수문학은 이처럼 물 가용성과 관련하여 물과 인 류의 공동 진화와 자기 조직화를 분석한다는 점에서 공통점이 있다. 사회수문학은 인간과 수자원 간 상호작용에 관한 새로 운 동적 변화를 모니터링하고 모형화하는 것으로 시작된다.

이러한 공동 진화는 다양한 시공간 규모에서 상호작용이 발생 하며, 시스템에서 이전에 관찰되지 않았던 새로운 상태로 진 화할 수 있으며, 시스템 반응 측면에서 임계점(tipping point) 을 초과할 수 있다. 임계점 초과로 인해 새로운 안정 상태로 변 화하는 것을 자기 조직화라고 한다. 생태 수문학은 식생 패턴과 그 진화로부터 새로운 학문적 의미를 탐구하는 것을 목표로 하는 것과 유사하게, 사회수문학은 수자원에 대한 접근 및 근 접성 측면에서 해석함과 동시에 사회 경제적, 기술적 요인에 대한 영향을 해석함으로써 인류가 홍수에 대응하는 것에 대한 교훈을 얻을 수 있다. 이러한 사회수문학적 상호작용을 주도 하는 사회적 요소로 정책, 보조금, 경제성, 기술 및 역사적 요소 등이 있으며 이로 인해 상호작용에도 차이가 나타날 수 있다.

Di Baldassarre et al. (2013)은 지역사회에 홍수를 대상으 로 사회수문학적 접근을 시도하였다. 인류의 정착지는 하천 근처 지역에서 발전하고 무역과 같은 활동을 통해 경제적 이 익을 얻는다고 가정한다. 이때 갑작스러운 홍수의 발생은 경 제적 손실을 초래한다. 하천 주변 거주지가 반복적인 홍수를 경험하고 이에 대한 충격으로 홍수위험도에 대해 인식을 하게

Fig. 1. Conceptual representation of human adaptation to floods : a) Adaptation to floods by moving away from river due to flood damage b) Technological society with flood defense facilities (e.g., levees) (Di Baldassarre et al., 2013)

된다. 이후 지역사회는 두 가지 선택권이 있다. 첫째는 강에서 멀어지는 것 (Fig. 1(a))이며, 두 번째는 범람원으로부터 지역 사회를 보호하기 위해 제방을 건설하는 것이며(Fig. 1(b)), 두 방법을 조합하여 대응할 수도 있다.

범람원으로부터 멀어지는 첫 번째 방법은 하천으로부터 얻었던 직간접적 이익이 감소하여 경제적으로 불리할 수 있다 고 가정한다. 두 번째 방법 또한 제방 건설을 위한 비용이 필요 하고 제방 건설로 인한 수위 상승으로 홍수 시 오히려 홍수피 해를 가중하여 경제적 손실이 발생할 수 있다(Di Baldassarre et al., 2009; Remo et al., 2012; Heine and Pinter, 2012). 첫 번째 방법을 선택했던 지역사회도 시간이 지남에 따라 홍수위 험도에 대한 인식이 낮아져 범람원 근처로 정착지가 이동하여 경제적 이익을 취하려는 경향이 반복적으로 일어날 수 있다.

3. 연구방법

3.1 사회수문학적 동역학 및 인과관계

Di Baldassarre et al. (2013)은 수문학적, 경제적, 정치적, 기술적, 사회적 요인에 따라 다섯 가지 유형의 프로세스를 고 려하여 개념화하였다. 구성 요소는 서로 연결되어 서로 영향 을 미치며 시간에 따라 점진적으로 진화하고 홍수 시 상호영 향을 받는다고 가정한다. 구성 요소 간 상호작용과 역학 작용 에 초점을 맞춘 인과관계는 다음 Fig. 2와 같다. 시스템 동역학 (system dynamics)은 Forrester (1961)에 의해 처음 개발된 이 후, 산업, 경제, 사회, 환경 시스템을 분석하는 데 주로 사용됐 다. 시스템 동역학의 가장 눈에 띄는 점 중 하나는 복잡한 비선 형 시스템에 대한 분석적인 해를 추정할 수 있다는 것이다. 시

스템 동역학은 문제의 파악과 시스템 내의 피드백 프로세스에 초점을 두며, 대안 정책 수립과정에서 그 유용성이 크다 하겠 다. 이러한 특징 때문에, 시스템 동역학은 미국과 영국에서 도 시계획, 정부 또는 기업의 정책 수립 지원을 위한 도구로 활용 되고 있다. 시스템 동역학적 모형화는 시스템에 대한 이해를 바탕으로 개념적 모델 구조를 인과관계를 고려하여 다이어그 램 형태로 기술한다. 인과관계 개념도가 구성되면, 모델 구조 속 변수들은 인과관계 개념도 안의 상호작용에 기초하여 수학 적 방정식을 수립하여 정량적인 속성을 가지게 된다. 이러한 단계가 끝나면, 모형화의 목적에 따라 모형 검보정이 필요하 게 되며, 여러 시나리오를 통해 검증된 모형은 주어진 문제를 해결하기 위한 도구로 활용될 수 있다.

인과관계도와 시스템 이론을 활용하여 시간에 따른 시스 템의 동적 변화에 중점을 둔 모델링을 시스템 동역학 모형이 라고 한다. 구성 요소 간의 인과관계를 모식화 하여 표현할 수 있으며 인과관계도는 시스템을 구성하는 요소 간 인과관계를 이해하기 위한 도식화 방법이라 할 수 있다. 수치적 모의를 통 해 시스템 구성 요소의 정량적 변화과정을 분석하고 인과관계 를 바탕으로 시스템 전체가 상호작용을 효과적으로 묘사하고 있는지를 파악할 수 있다. 인과관계도에서 (+)는 양의 피드백 즉, 양의 상관관계를 갖는다. 이는 두 요소가 같은 방향으로 진화하는 것을 뜻한다. (-)는 음의 피드백 상황으로 음의 상관 관계를 갖는다. 이는 두 요소가 각기 다른 방향으로 진화하는 것을 뜻한다.

3.2 홍수에 따른 사회-수문시스템 개념화

사회-수문 시스템에 대한 상호작용은 하천수위 변화와 상 호 연관된 동적 변수들의 미분방정식을 통해 개념화할 수 있다.

Fig. 2. A influence diagram between hydrological, economic, political, technological and social processes associated with flood events (solid thick arrows) and dashed arrows indicate the control variable (Di Baldassarre et al., 2013)



이러한 POT 계열을 모형화하기 위하여 수위

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로 인해 발생하는 제내지에 홍수피해 비율(혹은 상대적 피해)

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앞서 언급했듯이, 제방 증고 시 상대적으로 규모가 작은 홍수 에 대한 발생빈도는 감소하지만, 설계기준을 초과하는 홍수 발생 시 과거보다 더 큰 수위 상승으로 피해가 가중될 수 있다 (Di Baldassarre et al., 2009; Remo et al., 2012; Heine and Pinter, 2012). Di Baldassarre et al. (2009)는 홍수 범람 분석을 통해 홍수위 증가가 주로 제방 건설 및 보강과 관련 있다는 가 설을 증명하였다. Heine and Pinter (2012)는 일리노이와 아 이오와에 있는 200여 개 강의 관측 수문 자료를 분석하여 홍수 크기에 따른 제방 효과를 분석하였다. 이 경험적 연구를 통해 제방의 존재가 오히려 홍수위를 상승시키는 원인으로 작용할 수 있다는 점을 지적하였다.

Eq. (1)의 매개변수

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≠

한 파괴에 이르게 된다. 홍수가 발생하면 (

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홍수 발생 후, 지역사회는 두 가지 선택권이 있다고 가정한 다. 첫 번째로는 홍수위에 따라 제방을 건설 혹은 증고하는 방 법이다. 이런 선택을 하는 지역사회를 기술사회(technology society)라고 하며 제방 효과의 기초를 둔 지역사회이다. 제방 을 축조하는 것은 지역사회의 경제력과 기술력에 의해 결정된 다. 두 번째는 제방을 높이지 않고 홍수 우려가 있는 지역의 인구밀도를 줄이는 것이다. 즉, 하천에서 거주지를 이격시켜 멀어지게 하는 방법이다. 이런 선택을 하는 지역사회를 녹색 사회(green society)라 하며 적응 효과에 기초를 둔 지역사회 이다. 이를 개념화하였을 때 정착지의 크기(또는 재산)를 G로 나타낼 수 있으며 단위는 면적의 단위를 갖는다. 주어진 시간

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(2)

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발생 후 추가 보호 조치가 없는 경우 (R = 0) 충격의 크기는 F값 과 같다. 제방 보축 등의 홍수방어 장치를 통해 홍수방어 수준 을 나타내는 제방고를 R만큼 상승시킨다면 심리적 충격의 크 기는 원래의 홍수위험도 F보다 작아지게 된다. 이때 안전성은 반대로

  

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 

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다음 네 가지 미분방정식은 앞서 언급된 홍수위험도 Eq. (1)을 통해 통합적으로 연계되며 홍수로 인한 사회-수문학적 시스 템을 동적으로 설명한다.

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

제시된 미분방정식을 통해 홍수의 수문학적 시스템이 경 제적(Eq. (4)), 정치적(Eq. (5)), 기술적(Eq. (6)), 사회적(Eq.

(7)) 요인에 따라 어떻게 동적으로 변화하는지를 추적할 수 있 다. 범람원을 중심으로 홍수로 인한 사회-수문 시스템의 개념 화는 두 가지 시스템의 상호작용을 고려하여 구체화한다.

Eq. (4)의 미분방정식은 경제(economy) 상황을 동적으로 묘사하기 위한 방정식이다. 여기서 항





쇠퇴를 가져오는 구성 요소(오른쪽 항)에 의해 결정된다. 매개 변수

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Eq. (5)의 미분방정식은 하천에서 정착지 중심까지의 거리



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매개변수



하려는 의지 사이의 상충 관계를 나타낸다.



Eq. (5)의 마지막 항은 정착지의 중심을 이동시킬 수 있는 능력 을 정의한다. 대규모의 집단이 재정착하는 것이 소규모의 집 단보다 훨씬 어려우므로 대규모 도시 지역(부유한 지역)이 이 동 능력이 떨어진다고 가정한다. 즉, 항

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

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^ 



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Eq. (6)의 미분방정식의

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Eq. (7)의 미분방정식

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







즉, 정착지의 크기 G가 증가할수록 하천으로부터 거리 D의 감소율은 줄어들며 D가 증가할수록 G는 감소한다. 제방고 R 은 홍수위 H와 정착지 크기 G에 영향을 끼치고 홍수로 인한 심리적 충격비율 S에 따라 홍수위험도 인식 M이 결정된다.

다시 M은 D에 영향을 주어 M이 증가할수록 정착지가 하천으 로부터 멀어지게 한다. 이처럼 상호작용을 주고받는 네 가지 미분방정식을 개념화하였다.

4. 대상유역 및 자료

본 절에서는 홍수로 인한 사회수문학적 평가를 위해서 제 시된 이론적 배경을 토대로 모의실험을 수행하고자 한다. 즉, 앞서 제시된 Eqs. (4) ~ (7)을 토대로 사회수문학적 요소들을 가정하고 시간에 따른 정착지의 크기 변화, 하천으로부터 거 리, 제방 높이, 홍수위험도 인지 정도 등을 모의하고자 한다.

Fig. 3. Yangjae River depicted on the Daedonyeojido (Kim, 1861)

홍수에 따른 사회수문학적 상호영향을 평가하기 위해, 서울 양재천을 해석 대상으로 하였다. 양재천을 대상으로 연구를 진행하면서 관련 자료의 취득이 어려운 부분은 가정하여 연구 를 진행하였다. 과거에서부터 현재까지 양재천 주변의 거주 지 규모, 도시발전 등을 고려하기 위하여 과거의 지도와 사진, 하천기본계획 정비 사례 등을 검토하였고 제방고는 미도아파 트 근처 영동6교 지점 근교에서 측정한 자료를 자료를 사용하 였다. Fig. 3은 1861년 제작된 대동여지도 중 한강 주변과 양재 천 부분을 확대하여 각각 나타내었으며, 대동여지도 제작 당 시 마을은 양재천에서 떨어진 곳에 있음을 알 수 있다. 대동여 지도 작성 시기인 1860년대 양재천 근처를 보면 4대문 밖 경기 도 지역으로 분류되며, 정착지가 거의 존재하지 않는 것으로 볼 수 있다. 현재의 양재천은 탄천의 지류로 분류되나, 과거 대동여지도를 기준으로 판단해보면 한강의 1차 지류로서 현 재의 하천지형과는 다른 형태를 가지고 있었을 것으로 판단된 다. 본 실험연구에서는 1900년을 기준으로 주변에 거주지가 없다고 가정하고 모의를 시행하였다.

Fig. 4(a)는 1982년에 현재의 삼성동 근처에서 바라본 은마 아파트를 나타내며 Fig. 4(b)는 현재의 휘문중고등학교 근처 에서 바라본 은마아파트 전경을 보여주고 있다, 사진을 통해 주변 정착지의 형태를 추정해볼 수 있으며, 은마아파트가 건 설되기 전에는 양재천 근처에는 정착지가 거의 존재하지 않았 으며 삼성동 근처에 소규모의 정착지가 형성되어 있는 것을 사진으로부터 확인할 수 있다. 정착지는 1960년대 기준 현재 의 삼성역 부근에서 약 300,000 m²의 크기의 주거지이며 주거 지 중심에서부터 양재천까지 1.3 km의 거리가 있다고 가정했 으며 1960년대의 홍수방어 수준으로 볼 수 있는 제방고를 0 m 라 가정하였다. 1979년에 은마아파트가 대치동에 대규모로 건설되었다. 1982년 촬영된 양재천 부근 은마아파트의 사진 으로 1970년대 제방고를 추정하였다. Fig. 5 속 여성의 키를 150 cm라고 생각하여 원근법을 고려하였을 때 제방고는 약 4 m (1.5 m × 2 × 1.33 = 4 m)라고 가정하였다. 위에서 추정한 위치부터 은마아파트 단지까지의 약 630,000 m²의 크기로 급 격하게 증가하였으며 주거지 중심으로부터 양재천까지 1.0 km라고 가정하였다. 1983년에 양재천을 마주 보고 미도아파 트가 건축되었으며 현재 양재천에서 가장 가까운 주거지이 다. 하천으로부터 거리 0.82 km로 더욱 근접하게 된다. 이 시 기에 미도아파트 부지를 포함하여 정착지 면적 890,000 m²로 증가하였다. 1983년도 하천기본계획 기준 제방고는 11.74 m 로 급격하게 증가하였다. 2003년에는 같은 하천 이격거리 D, 정착지 면적 G를 기준으로 제방고가 15.37 m로 다시 한번 높 아지는 것으로 파악되었다. 시간 경과에 따른 양재천 주변의

정착지 확장(G), 정착지 중심으로부터 하천까지 거리(D), 제 방 높이(H)를 정리하여 Fig. 6과 Table 1에 나타내었다.

(a) Eunma apartment viewed from the current Samseong station which is about 1,300 m in a straight line from Yanjae river

(b) Eunma Apartment from the current Daechi intersection Approxi- mately 1,000 m in a straight line from Yangjae River

Fig. 4. Photograph that can simulate how levee of Yangjae River was like in the past (Kwon (2016) Nomad A small record of the changing lives of Koreans in the 1980s, Nunbit)

Fig. 5. Eunma Apartment in Daechi-dong, photographed in Yagjae river in the early 80s (Kim (2011) The world of alleys the com- plete photographs, Nunbit)

5. 연구결과

시간

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하고 주변 지역이 발전하게 된다. 앞서 언급하였듯이 Table 1 은 과거 홍수 기록과 함께 최근 하천기본계획에 제시된 정보 를 기준으로 작성하였다. 본 연구에서는 이러한 점에서 모형 의 적합성을 평가하기 위해서 Table 1에 제시된 시간 경과에 따른 양재천 주변의 정착지 크기, 제방 높이, 하천으로부터 거 리를 관측값으로 간주하고 모형 매개변수를 였다. 모형의 매 개변수 추정 관점에서 가정 및 결정된 매개변수들에 관해 설 명하면 다음과 같다.

하천 주변은 교통 등 발전에 유리하며 이를 고려하여 경제 성장률이 매년 3%

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하였다. 동시에 홍수위

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양재천 주변 지역사회의 진화를 알아보기 위해서 개념화 모 델을 사용하여 사회 수문 시스템 요소 간의 상호작용을 모의 할 수 있으며, 제시된 미분방정식을 통해 사회수문학적 상호 영향을 평가하는 데 있어서 3가지 시나리오를 고려하였다.

즉, 양재천의 제방을 신축 혹은 보축하는데 드는 비용에 대해 세 가지 시나리오를 가정하였다. 첫 번째로는 저비용 시나리오 (low-cost,

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Table 1. Distance from river, community size and levee height over time

Year Distance

D (m) Community

size G (m

) Levee Height H (m)

1900 1,300 300,000 0

1960 1,300 300,000 0

1979 1,000 630,000 4 (Estimated)

1983 820 890,000 11.74

2004 820 890,000 15.37 m

Fig. 6. Estimated residential size and distance from Yangjae River by time (a) 1900s when no apartment were constructed near Yangjae River (b) 1979 after construction of Eunma apartment (c) 1983 after construction of Mido apartment

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Fig. 8은 양재천의 1900 ~ 2020년까지 홍수와 사회수문학 적 거동을 평가 및 검증하기 위한 첫 번째 경우로서, 제방 축조 또는 신축 비용이 적은 저예산 시나리오이다(low-cost

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전체적으로 Table 1에서 제시된 동적 변화를 효과적으로 모 의하는 것을 확인할 수 있었다.

예상한 바와 같이 저예산 시나리오에서는 높이

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방이 첫 번째 홍수가 발생하자마자 지어진다. 두 번째 홍수 발 생 후 제방의 높이는 약 9 m 가까이 증가하게 된다. 지역사회가 제방을 건설하여 홍수위험도를 줄이면서 지역사회의 중심이 분석 초기 1,300 m에서 지속적으로 양재천 근처로 이동하며 약 800 m로 수렴하고 있는 실제 사례와 유사하다. 양재천에서 지역사회 중심까지의 거리

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Fig. 7. Hypothetical flood events over 120 years (1900-2020)

Fig. 8. The dynamic process of socio-hydrologic factors based on low-cost scenarios (Community size G(t)[m²], Distance from Yangjae River to the center of the community D(t)[], Levee height H(t)[m] indicating the level of flood protection, and level of perception of flood risk M(t)[.])

착지가 반복적으로 이동한다고 볼 수 있다. 지역사회 주민들 의 위험 의식

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중간예산 시나리오는 두 번째 홍수 발생 이후 제방이 축조 되고 그 이후 홍수가 발생할 때마다 저비용 시나리오와 비슷

Table 2. Simulated results under different cost scenarios for levee construction

Year Low Cost Medium Cost High Cost

1983 2004 1983 2004 1983 2004

Observed G [m2] 890000.0 890000.0 890000.0 890000.0 890000.0 890000.0

Simulated G [m2] 759392.0 798127.0 1186807.0 1253108.0 889600.0 1013999.0

Difference (%) 17.2 11.5 -25.0 -28.9 0.1 -12.2

Observed D [m] 820.0 820.0 820.0 820.0 820.0 820.0

Simulated D [m] 897.8 839.8 939.5 893.3 912.3 874.8

Difference (%) -8.6 -2.3 -12.7 -8.2 -10.1 -6.2

Observed H [m] 11.74 15.3 11.7 15.3 11.7 15.3

Simulated H [m] 9.2 15.4 8.4 15.2 0 0

Difference (%) -27.8 0.6 -39.5 -1.0 - -

Fig. 9. Dynamic evolution of socio-hydrology factors based on low-cost (blue), moderate-cost (red), and high-cost (black) scenarios, community scale G(t)[m²], distance from Yangjae River to center of community D(t)[m], levee height H(t)[m] indicating the level of flood protection, and degree of flood risk recognition M(t)[.]

한 추세를 보이며 제방을 보축하는 것으로 파악되었다. 중간예 산 시나리오의 경우 제방이 지어진 이후 오히려 경제 요소인 지역사회의 규모 G값이 감소함을 확인할 수 있다. 제방고의 증가율은 저예산 시나리오와 유사한 거동을 보이지만 제방 건설에 대한 투자 비용으로 인해 제방이 지어진 이후 도시의 규모를 나타내는 G값이 감소하였다고 판단될 수 있다. 고비용 시나리오는 제방 투자 비용이 매우 높아 제방이 지어지지 않는 다. 제방에 대한 투자 비용이 없으므로

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홍수가 발생할 때마다 지역사회는 민감하게 반응하며 다른 시 나리오에 비해 위험도 인식이

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용 시나리오의 경우 경제 성장률은 홍수 발생에 영향을 적게 받으며 높은

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6. 결 론

국내 하천제방의 경우 50년에서 100년, 도심을 관통하는 국가하천의 경우 200년 빈도 홍수위를 기준으로 설계되어 70 년대부터 축조됐다. 향후 기후변화에 따른 국지성 호우에 따 라 홍수피해가 지속적으로 늘 것으로 예상되며 이에 따른 홍수 피해 복구비가 지속해서 늘어날 것으로 전망된다. 본 연구에 서는 지역사회가 홍수에 대응하고 상호영향을 어떻게 주고받 는지, 사회수문학적 개념을 통해 설명하고자 하였다. 수문학 적, 경제적, 정치적, 기술적, 사회적 과정의 개별 및 상호간의 복잡성은 가능한 단순화 하였다. 궁극적으로 홍수로 인해 나 타나는 사회수문학적 요소 간의 상호작용과 피드백에 대한 이 해를 넓히는데 주안점을 두고 연구를 진행하였다. 소개된 홍 수로 인한 사회수문학적 개념모형은 홍수터의 지배적인 상호 작용을 인간-홍수 시스템 관점에서 모의한다. 예를 들어, 사람 들이 하천에서 멀리 떨어져 홍수를 피하는 시나리오와 지역사

Fig. 10. Flood risk F(t) based on low-cost (blue), moderate-cost (red), and high cost (black) scenarios

Fig. 11. As in Fig. 9 but for the expected socio-hydrological behaviour due to the flood event in 2021

회를 보호하기 위해 제방을 구축하는 시나리오에 해당하는 다양한 지역발전의 방향성을 비교할 수 있었다. 예를 들어 당장 2021년 양재천의 제방고 15.67 m (계획홍수위인 21.58 Elm) 를 초과하는 홍수가 발생한다고 가정해보자. 앞서 제시한 같 은 시나리오와 매개변수를 가지고 2050년까지 전망된 결과 는 Fig. 11과 같다.

2021년 대홍수가 발생한다고 가정하면 가장 눈에 띄는 점 은 제방고가 급격하게 증가하는 것과 함께 경제적 요소인 지 역사회의 크기가 심하게 감소하는 것을 확인할 수 있다. 제방 의 보축이 물리적인 범위 내에 있는지에 대한 제약조건은 두지 않았으나, 양재천 주변의 거주 형태 및 도로 상황을 고려할 때 10 m까지 증가시키는 것은 거의 불가능한 대안이라고 할 수 있다. 이와 함께 2021년 홍수 이후 제방을 높인다고 가정했을 때 홍수위험도

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그러나 이러한 개념적 연구는 사회수문학적 요소 간의 복 잡성과 이질성과 관련하여 잠재적으로 중요 사항들을 고려하 지 못한다는 점에 주의해야 한다. 예를 들어, 일부 지역사회 구성원은 다른 집단보다 거주지 이동을 위한 경제적 자원이 적거나 하천 주변에 얻을 수 있는 경제적 이익(예를 들어 집값 의 상승 등) 때문에 이동하지 않고 더 큰 홍수위험을 감수하는 선택을 할 수 있다. 마찬가지로, 이러한 개념적 모델은 수문학 적, 경제적, 기술적, 정치적 과정의 이질성을 모두 고려할 수는 없다. 또한, 이러한 의사결정과정 간의 상호작용과 피드백에 초점을 두고 분석이 이루어지기 때문에 대부분 단순화된 방정 식으로 도식화되며, 복잡한 의사결정과정이 효과적으로 고 려되지 못할 위험도 항상 존재한다고 하겠다. 따라서 사회수 문학적 개념화 모형의 적용 범위는 지리적/시간적으로 특정 위치 및 시점에서 예측을 위한 도구로 활용되기보다는 인간과 홍수 시스템이 어떻게 일반화된 방식으로 작동하는지에 대한 이해를 넓히기 위한 도구로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

감사의 글

본 연구는 국토교통부/국토교통과학기술진흥원 지원으로 수행되었음(과제번호 19AWMP-B121100-04).

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