수해저감기술 동향과 GIS 활용
최영은｜건국대학교 지리학과 교수
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머리말자연재해란“인간의 생명과 재산에 피해를 준 재해가 직접적인 자연현상에서 기 인하거나 또는 자연현상을 매개로 하기 때문에 자연현상에 대한 과학적 이해가 필요한 재해”를 의미한다(국가과학기술위원회, 2002). 최근 폭우, 폭설, 태풍, 가 뭄, 한파, 열파 등의 기상 이변이 빈번하게 발생하고 이로 인한 다양한 형태의 자 연재해가 발생하고 있다. 특히 우리나라는 복잡한 지형뿐만 아니라 여름철에 강 수가 집중되는 특성으로 전체 자연재해의 90% 이상을 수해가 차지하고, 수해로 인한 경제적 손실이 급속하게 증가하는 추세다(<그림 1> 참조). 1994~2003년까 지 최근 10년 동안의 재산피해액은 16조 6천억 원, 인명손실은 1,367명에 달하고, 2002년과 2003년에만도 10조 5천억 원의 재산피해와 418명의 인명피해가 발생했 다. 최근 한반도에서 발생하고 있는 자연재해는 예측이 불가능한 경우가 많으며, 매년 엄청난 규모의 피해가 반복적으로 나타나고 있다.이 글에서는 우리나라에 미치는 영향이 가장 큰 자연재해인 수해를 저감시키 기 위한 노력과 GIS 활용방안에 대해서 논하고자 한다. 2002년에 국가과학기술위 원회가 작성한‘자연재해 예측 및 저감기술 개발’에서 수해는 기상재해, 지질재해 와 더불어 자연재해의 핵심분야로 구분되어 있다. 수해의 내용은 다시 토사재해, 하천홍수재해, 도시홍수재해, 연안재해 및 수해통합시스템 구축으로 세분된다.
우선, 수해저감을 위한 국내∙외 현황을 살펴보고자 한다.
특 집
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1989년 제44차 유엔총회의 결의에 따라 자연재 해 방재기술 개발을 위한 국제규모의 사업으로
‘국제자연재해경감 10개년 사업(IDNDR:
International Decade for Natural Disaster Reduction)’이 추진되었으며 우리나라도 이 사 업에 참여하였으나 그 활동은 미미하였다. 그리 고 1997년에는 전국적인 차원에서 재해정보의 관리와 교환을 위한 국제간 협력기구인 전국재 해 정 보 네 트 워 크 (GDIN: Global Disaster Information Network)가 발족하였다. GDIN은 자연재해에 대한 지식 및 인프라의 조사, 재해의 강도에 따른 정보의 통합 및 처리기술 개발, 필 요한 정보의 교류를 위한 연계성 개선, 신기술의 적용능력 배양 등을 목적으로 하고 있다. 이외에
이 발족되어 관련 사업을 추진하고 있다.
선진국의 수해저감을 위한 현황을 토사재해, 하천홍수재해, 도시홍수재해, 연안재해 및 수해 통합시스템 구축 순으로 살펴보면 다음과 같다.
우선 토사재해 관리를 위해 일본은 토사재해방 지법을 마련하고 위험사면을 지속적으로 감시하 기 위한 방재관리 및 예보시스템을 개발하고 있 다. 미국의 경우에는 미국지질조사국(USGS:
United States Geological Survey) 산하의 산사태 정보센터(NLIC: National Landslide Information Center)에서 산사태로 인해 발생할 수 있는 재해 들에 대해 연구하고 있다.
하천홍수재해 관리를 위하여 미국의 경우, 수 문자료는 USGS에서 통합관리하고, 홍수예측모 형에 관한 연구는 NWS(National Weather
7,000 6,000 5,000 4,000 3,000 2,000 1,000 0
1,200
1,000
800
600
400
200
1981 1985 1990 1995 2000 2003 0
재산피해 사망자수
자료: 통계청(1981-2003)
<그림 1> 호우∙폭풍으로 인한 인명 및 재산피해
(천억 원) (명)
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Service)를 중심으로 진행되고 있 다. <그림 2>는 USGS에서 제공하 는 실시간 하천유량을 보여주고 있다. 실시간으로 유량의 변화를 감시함으로써 범람위험지역을 예 측할 수 있다. 특히, 선진국의 경 우에는 고유의 지형과 기상상황 을 고려하여 개발된 홍수유출 및 침수모의모형이 이미 실용화되어 있다.
도시홍수재해 분야의 경우, 이
미 많은 선진국에서 도시홍수유출 모의시스템 및 실시간 피해평가시스템이 개발 되어 활용되고 있다. 특히, 미국과 일본의 경우에는 지자체별로 홍수위험도가 작 성되어 있으며, 2000년 현재 일본에서는 78개 지자체에서 홍수위험지구도가 작성 되었다(강상혁∙野口正人, 2001).
연안재해 분야의 경우, 조석 및 폭풍해일모형을 GIS와 연계하여 실시간으로 침 수범람지역을 지도화하고 있다. 미국은 허리케인 실시간 감시시스템과 예측시스 템이 구축되어 있다. 특히, 육군공병단(United States Army Corps of Engineers)에 서는 연안 방재시설물 설치 및 관리시스템을 개발하고 있다. 유럽도 북해의 폭풍 해일 예보를 지원하고 있고, 일본도 폭풍해일 감시 및 예보시스템을 구축하였다.
우리나라의 수해저감을 위한 노력은 아직 초기단계에 머무르고 있다. 소유역 및 도시유역의 홍수유출모형 개발, 도시침수 및 홍수범람모형 개발, 레이더 영상 을 활용한 국지적인 호우예측기술 및 돌발홍수예보기술 등을 개발하고 있지만, 통합적으로 관리할 수 있는 감시 및 예보시스템은 아직 없다. 토사재해 분야는 농 경지 유실을 저감하기 위한 연구가 주류를 이루고 있고, 산림지역의 토사류 발생 모델링 연구는 거의 존재하지 않는다. 또한, 수해 감시기기의 개발과 자료의 절대 부족으로 인해, 개발된 예측모델의 신뢰도는 매우 낮은 실정이다.
우리나라 수해방재 및 저감기술의 문제점
행정당국은 홍수가 발생한 후 홍수범람지역이나 주요 하천에 대한 홍수흔적을 조 사한다. 이러한 기록은 홍수가 지나가고 난 후의 사후대비 방법이므로 홍수가 발
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<그림 2> USGS에서 제공하는 실시간 하천 유량의 예
출처: http://water.usgs.gov/waterwatch/
생하기 전에 침수취약지역을 예측하는 것이 피 해를 사전에 예방하거나 줄일 수 있는 방법이다 (김철∙김석규, 2003).
우리나라의 수해저감기술은 선진국의 60~70% 수준으로 약 2~7년의 기술격차가 있 다. 우리나라는 분야별로 전문인력은 확보하고 있으나 전문성을 통합하여 자연재해 방재관리 시스템을 구축하는 것은 아직 초보적인 단계에 머물고 있다(<표 1> 참조). 특히 개별기술을 통 합하는 개념이 확립되지 못하여 연구결과의 활 용성이 많이 떨어지고, 예방사업보다는 복구사 업에 더 많은 예산이 투입되고 있다. 발전추세는 피해예측모델 또는 예방대책의 개발과 활용에 중점을 두어 추진되어야 할 것이다.
수해저감기술의 범위 및 전략
전술한 바와 같이, 국가과학기술위원회가 지정 한 수해저감기술의 범위는 크게 토사재해, 하천 홍수재해, 도시침수재해, 연안재해와 모든 재해 를 유기적으로 연계시키려는 통합관리 시스템 개발 등 5가지로 구분할 수 있다. 토사재해의 핵
심내용은 급경사 지역에 단시간 동안 많은 비가 내렸을 경우 농경지 및 가옥 유실을 줄이는 데 있다. 하천홍수재해의 경우는 하천에서 물이 범 람하여 발생하는 피해를 감소시키는 데 필요한 모든 기술을 포함한다. 도시침수피해는 불투수 층의 감소로 인해서 발생하는 방대한 유출을 도 시하수체계가 감당할 수 없어서 발생하는 침수 재해 저감기술을 필요로 한다. 과거에는 도시지 역에서 빗물을 가능한 빨리 배출시키는 것에 중 점을 두었으나 이는 하천 하류의 유량을 증대시 켜 범람의 원인이 되기도 한다. 연안재해는 폭풍 해일, 파랑, 장기적인 해양환경변화 등으로 유발 되는 연안의 이상해수면 변화에 의한 연안침수 범람, 연안백사장 유실 및 연안토사 유실 등을 포함한다. 재해통합관리 시스템 개발은 이러한 재해들을 긴밀하게 연결하여 복합적으로 통합관 리할 수 있는 시스템 개발, 조사방법의 표준화 그리고 기술개발 등을 연구대상으로 한다.
자연재해 저감기술의 개발전략은 <표 2>에서 보는 바와 같이 관측자료 분석기술 → 정밀분 석∙해석기술 → 위험등급 평가기술 → 예측기 술 → 사전예방∙보강기술 및 사후처리기술 →
자료: 국가과학기술위원회. 2002
기술 강점 약점 발전추세
토사재해 관리기술 인력확보 자료미비 방재관리와 예보시스템 개발
하천홍수재해 관리기술 〃 설비미비 홍수유출모형과 침수모의모형 개발
실용화
도시홍수재해 관리기술 〃 〃 도시홍수유출모의시스템 및 실시간
피해평가
연안재해 관리기술 〃 학제간 연구체제 미비 수치모형의 개발 및 활용 재해통합시스템 관리기술 〃 설비미비 GIS, GPS, RS를 이용한
자동 예∙경보 및 복구시스템 개발
자연재해 국가통합방재시스템 등 6단계의 구체적 전략으로 구성된다. 첫 단계인 관측자료 분석기술에서는 수해와 관련한 다양한 원격자료를 이용한 지표상태의 자료습득 및 DBMS 등을 포함한다. 실시간 홍수관측자료 분석기술도 이 단계에 서 이루어진다. 두 번째 단계에서는 분석된 자료를 해석하거나 응용∙활용하여 예측모델에 사용할 수 있는 매개변수를 만들어 낸다. 세 번째 단계에서는 위험도 를 산정하고, 네 번째 단계에서는 모델의 개발과 개선을 통해 예측능력을 강화한 다. 예보에서 생산된 자료를 처리하는 단계가 다섯 번째 단계이고, 가장 중요한 마지막 단계는 위의 모든 절차를 통합하여 통합관리시스템을 구축하는 것이다.
우리나라의 수해저감기술과 GIS 활용
<표 3>은 국가과학기술위원회가 2002년 제안한 수해기술영역 중에서 GIS와 직접 적인 관련이 있는 것들을 정리한 것이다. GIS와 통합된 토사재해 관리기술은 아 직 활발하게 연구되지 못하고 있다. 토사재해는 지표상태와 지질정보가 중요하기 때문에 GIS 통합이 필수적이며, 취약지 분석과 구하상 및 고습원 복원기술에도 GIS를 활용할 수 있다.
하천홍수 재해관리 중에 실시간 홍수범람 위험도를 산정하기 위한 GIS 활용은 비교적 활발하게 이루어지고 있다(심순보∙이충대, 2003; 정인주 외, 2003). 주된
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<표 2> 자연재해 저감기술 개발을 위한 단계별 전략과 수해의 적용
자료: 국가과학기술위원회. 2002. 「자연재해 예측 및 저감기술 개발」
단계별 전략 수해에의 적용
관측자료 분석기술
원격자료로부터 기상∙지표상태∙환경물질의 산출기술, 자연재해 관련 자료 DBMS 기술, 토사모니터링 및 관측자료 분석기술, 실시간 홍수 관측자료 분석기술
정밀분석∙해석기술 예측가능성 평가, 기상지수 산출, 이상기상 분석기술, 기후변화 탐지기술, 토사재해 취약지 분석기술, 홍수재해 해석 수치모형 개발기술 위험등급 평가기술 토사재해 예측기술, 홍수범람위험도 산정기술
예측기술
돌발 악기상 예측, 돌발홍수경보시스템, 비종관자료동화, 물리적 초기화, 고분해능 물리과정 모수화, RUC, 하이브리드 예보기법, 태풍보거싱, 변분방안, 육지수문/해양 자료동화, 역학체계 설계, 최적화 프로그래밍, 앙상블 예측, 홍수예경보 시스템 해석 및 구축기술, 구조물 붕괴에 따른 수재해 예측기술
사전 예방∙보강기술
및 사후처리기술 토사유출 저감기술, 비상유수지 규모 및 위치 결정기술, 표사제어기술 자연재해
국가통합방재시스템 멀티미디어 DBMS 기술, 조사방법 표준화 기술
Engineering Center’s River Analysis System)를 통합하여 자동 모의하고, 그 결과를 GIS와 연계 하여 위험지구를 쉽게 검색하는 시스템을 개발 한 것이다. 산지 소유역의 홍수유출은 GIS기법 과 수문모형이 결합된 WMS(Watershed Modelling System) 모형을 이용하여 해석하고 있다(허창환 외, 1999). 도시홍수재해 관리기술 중에서는 종합적인 도시침수방지 및 유역관리를 위해 GIS를 활용하고 있는데 대표적인 도시경관 인 공항배수유역의 침수현상을 대상으로 한다 (최성열 외, 2003). 이는 지표류(surface flow)의 거동분석 모형과 하수배수체계 분석모형을 상호 연계하여 모의함으로써 도시유역 배수관로의 배
의하여 침수피해를 줄이는 방안을 검토할 수 있 게 한다.
연안재해관리기술에 대한 연구는 극히 부진 한 상태로, 기초자료인 육∙해도 통합지형도와 연안침수범람도 작성에도 GIS의 활용이 필수적 이다. 마지막으로 재해통합관리 시스템 개발 중
‘수해 저감을 위한 의사결정 지원기술’확보를 위해서는 침수가능성이 있는 취약지역의 범위를 예측하는 것이 중요하다. 이를 3차원 공간에 표 현함으로써 실제 지형에 미치는 홍수의 영향과 데이터베이스의 연계를 통하여 실시간 홍수침수 피해를 예측하는 전자동시스템의 구축이 시도되 고 있다.
<표 3> GIS 기법과 관련된 수해기술 영역
자료: 국가과학기술위원회. 2002. 「자연재해 예측 및 저감기술 개발」
1차 분류 2차 분류 수해에의 적용
수해
토사재해 관리기술
- 지표지질을 고려한 토사재해 예측기술 - GIS 기반 토사재해 취약지 분석기술 - 산사면과 계류의 토사유출모니터링 기술 - 산사면 토사이동 저감기술
- 토사류 제어용 습지복원 대상지 선정기술 - 구하상 및 고습원 복원기술
- 토사류 제어용 유수지 대상 선정 기법
- 유수지의 유수 및 침사량, 충적층의 저수능 분석기술
하천홍수재해 관리기술
- 제방/댐 월류∙붕괴에 의한 침수 해석기술 - Map-based 하천홍수 예측기법
- 실시간 홍수범람 위험도 작성
- 홍수시 비상 유수지의 규모 및 위치결정기술 - 홍수터 관리기술
도시홍수재해 관리기술
- 종합적인 도시 침수방지 및 유역관리 기술 - 실시간 도시홍수 예보 및 침수지역 사전 예보기술 연안재해
관리기술
- 연안침식 및 퇴적 모델링 기술
- 육∙해도 통합지형도 및 연안침수 범람도 작성기술
재해통합관리 시스템 개발
- 수재해 저감을 위한 의사결정 지원기술 - 강우 및 홍수관측자료의 DB 구축기술
- 홍수재해관리자료에 대한 멀티미디어 DBMS기술 - Web/GDIN과 연계기술
- 홍수재해 유형별 조사방법의 표준개발기술
맺음말
국민의 생명과 재산을 보호하고 자연환경의 질을 보존하기 위해서는 근원적인 자 연재해 저감을 위한 기술개발이 필요하다. 특히 수해에 의한 피해가 막대한 우리 나라에서 수해저감기술의 발전방향은 어떠한 자연재해에 대해서도 예방과 능동 적 대처를 가능하도록 하는 통합적인 홍수감시∙예측 및 예방 시스템을 구축하는 것이다. 이는 국가주도형의 자연환경평가∙관리∙보전정책의 실현, 즉, 자연재해 관측자료 분석기술, 정밀분석∙해석기술, 위험등급 평가기술, 예측기술, 자연재 해 사전예방∙보강기술 및 사후처리기술, 자연재해 국가통합 방재시스템 구축에 의해서 가능할 것이다.
선진국들의 수해 관련 연구사례를 고려할 때 국가주도의 체계적인 연구프로그 램을 확보한 후 방재∙안전관리기술을 축적시키면 우리나라에 필요한 수해방재 안전기술을 확보할 수 있을 것이다. 또한, 재해정보에 대한 DBMS와 Web 환경에 서의 유지관리 시스템 개발도 반드시 고려되어야 할 사항이다. 즉, 수해는 매우 복합적인 요인에 의해 발생하기 때문에 종합적인 분석과 시스템 개발을 통해 실 제적인 재해경감 효과를 달성할 수 있고, 이를 통해 안정된 사회환경 구축이 가능 하도록 해야 할 것이다.
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참고문헌
강상혁∙野口正人. 2001. “GIS를 활용한 도시화의 평가 및 수해피해 경감을 위한 정보제공의 필요성에 관한 연구”「한국 GIS학회지」. 9(3). pp413-423
국가과학기술위원회. 2002. 「자연재해 예측 및 저감기술개발」. p64
김철∙김석규. 2003. “GIS를 이용한 홍수취약지역 예측”「대한토목학회논문집」. 23(3). pp175-181 심순보∙이충대. 2003. “GIS 기법을 이용한 무심천 유역의 홍수영향 분석”「건설기술논문집」. 22(2). pp17-32 정인주∙박상주, 김상용. 2003. “GIS 기반의 홍수 피해 감소를 위한 하천관리 시스템 개발”「지형공간정보」. 11(3). pp35-
40
최성열∙이재영∙조원철∙이재호∙최철관. 2003. “GIS를 이용한 도시유역 홍수침수 분석시스템 구축”「한국GIS학회지」. 11(2). pp155-170
허창환∙지흥기∙이순탁. 1999. “GIS를 이용한 산지소유역의 홍수유출해석”. 「대한토목학회 학술발표회 논문집」. 3.
pp369-372
