Water for Future
홍수 위험 지수 산정 기법의 비교 검토
1. 머리말
기후변화의 지역적 영향으로 호우의 강도와 빈 도가 증가하고 있는 상황에서 수재해 대응을 위 하여 다양한 기술들이 필요하며 특히 홍수 취약 성에 대한 분석과 평가가 선행되어야 한다. 유역 특성에 따른 홍수의 취약성을 평가하기 위해 다 양한 지표 개발이 지속적으로 이루어지고 있으 며, 외수범람에 따른 홍수가 주된 유형인 자연하 천유역의 홍수취약성과 외수영향과 연계된 내수 침수에 따른 홍수가 주된 유형인 도시하천유역의 홍수취약성 등 유역특성에 따라 적합한 홍수취약 성지표가 개발, 제시되어야 한다. 홍수의 취약성 관련 지표 산정을 위한 전형적인 과정은 먼저 홍
수와 연관된 지표들 즉 환경적, 사회적 및 경제적 특성 중에서 유역 특성을 반영할 수 있는 평가인 자를 선정하고 정성 및 정량적 평가인자들의 적 용을 위한 정규화 과정을 필요로 한다. 또한 정규 화 인자들에 대한 다양한 가중기법 적용을 통한 최종 홍수위험지수들이 제시된다. 본 원고에서는 IPCC, OECD, EEA에서 제시하는 홍수 위험지 수 산정을 위하여 구성되는 평가지표와 평가기준 및 홍수 위험 지수를 산정하기 위한 대체변수의 예를 제시하고 각 모형별로 홍수 위험 지수 산정 하여 관련재해 사망자수, 침수면적, 홍수피해액 등 다양한 검증 지표들과의 상관분석을 통해 각 기법들의 적용성을 평가하였다.
2. 홍수 위험 지수 선정 기준 및 지표의 분류
2.1 기후변화에 따른 취약성 평가 모형
IPCC(2014)에서는 홍수 취약성에 대한 개념 들을 민감도, 노출도, 저감성으로 분류하였으며, 그 지표들은 정성적인 개념이다. 정성적인 개념 을 정량적으로 표현하기 위하여 대체 변수(Proxy Variable)을 이용하여 정량적인 지표로 표현함.
이러한 대체 변수를 활용한 홍수 취약도 제시는 김 묘 정 ●●●
경북대학교 건설환경에너지공학부 박사과정 myojeong@knu.ac.kr
김 광 섭 ●●●
경북대학교 건설환경에너지공학부 교수 kimgs@knu.ac.kr
Water for Future
현황에 따른 정적인 취약성 제시로 광역에 대한 전반적인 현황정보를 파악하는 데는 도움을 줄 수
있다. 표 1에서 이러한 광역에 대한 정적 홍수위험 도 지표 제시에 대한 샘플을 제시하였다.
평가지표 평가기준 대체변수 예
민감도 (Sensitivity)
- 홍수피해에 직접적으로 영향을 주는 요소 - 지형자체 특성의 민감도
- 인프라 수중에 따른 민감도
- 1시간 최대 강수량 - 10분최대강수량 - 연강수량 - 일최대 강수량
- 일강수량 80mm 초과일수
노출도 (Exposure)
- 위험성 요소에 의한 피해에 대한 노출 정도 - 재해사상에 대한 저항력과 연관한 홍수사상에
대한 시설물 위험 노출정도 - 기후변화에 대한 노출정도
- 유역별 평균 고도
- 인구 및 자산밀도 변화 지표 - 사회간접시설 변화 지표 적응도
(Adaptation)
- 민감도 및 노출도 요소에 대한 방어 능력 - 방재 이외의 부분에서의 시스템 적응 가능 정도
- 외수방어시설 - 내수배제시설 표 1. 기후변화에 따른 취약성 평가 모형에 따른 홍수위험도 평가방법 (IPCC, 2014)
평가지표 평가기준 대체변수 예
압력지수 (Pressure)
- 유역의 홍수피해에 대한 물리·환경적 압력을 평가하기 위한 수단
- 지표 값이 클수록 해당 지역의 홍수피해 대상이 재해에 취약
- 수문 특성 - 유역 특성 - 인문·산업·경제 - 홍수 피해 위험지역
현상지수 (State)
- 유역의 홍수에 노출되어 있는 수준 판단 및 홍수피해 현황을 파악
- 홍수 피해 밀도 - 사망자수 - 피해자수 - 침수면적밀도
대책지수
- 홍수 재해 발생 시 이에 대응할 수 있는 능력을 판단하기 위한 기준
- 지역 간의 비교를 바탕으로 지역별 대응능력의 - 재정자립도 표 2. PSR 모형에 따른 홍수위험도 평가방법(OECD)(1991)
2.2 PSR(Pressure-State-Response) 모형
PSR 모형은 평가지표를 구분하는 방법 중 주제 접근 방식 보다는 인과 관계적 접근방식 의 대표적인 형태이다. 경제 협력 개발기구 (Organization for Economic Co-operation and Development, OECD)(1991)에서 개발하여
국제기구나 각국의 지표설정에 주로 활용되고 있 다. PSR 모형은 홍수 피해 특성을 분석하여 사회, 경제 및 여타 사항간의 상호 연관된 관계를 인과 관계로 파악하여 평가할 수 있다. 다음 표 2는 각 각 압력지수(Pressure), 현상지수(State), 대책지 수(Response) 구성에 의한 평가지표 선정 예를 보 여준다.
Water for Future
2.3 DPSIR(Driving force-Pressure-State- Impact-Response) 모형
DPSIR 모형은 지표화의 지속가능성을 위하 여 개발되었으며, 추진력-압력-상태-영향-반 응(Driving force-Pressure-State-Impact- Response, DPSIR)으로 구분된다. DPSIR 모형은 OECD에서 개발한 PSR 모형을 개선하여 1999년 EEA(European Environmental Agency)가 제
안한 모형이다. DPSIR 모형은 기존의 PSR 모형 에서는 복잡한 생태학적 과정과 인간 환경의 상호 인과관계를 포함하지 못 하는 점을 인간의 행복은 환경의 질과 관계가 있고 사회의 활동과 경제적 압력은 환경과 인간의 행복에 영행을 미친다는 개 념을 추가하여 추진력과 영향으로 반영하였다. 대 상시스템과 이와 관련된 사회-경제시스템, 자연 시스템을 평가하기 위하여 사용된다(표 3).
표 3. DPSIR 모형에 따른 홍수위험도 평가방법(EEA)(1999)
평가지표 평가기준 대체변수 예
추진력 (Driving force)
- 환경에 영행을 미치는 사회-경제적 요소 - 홍수와 직접적인 관계가 없더라도 잠정적인
영향을 주는 인자
- 인구 - 자원 사용량 - 교육수준 - 거주자 수
압력 (Pressure)
- 환경의 상태에 직접적으로 영향을 미치는 자연적인 요소
- 사회, 경제, 환경 분야별로 치수·방재의 필요성을 요구하는 인자
- 주요사회기반시설 - 지역개발 계획
상태 (State)
- 환경의 질과 자연자원의 양을 정량적으로 측정
- 압력으로 인해 변화하거나 영향을 받을 것으로 예상되는 인자
- 홍수·재해에 의해 예상되는 상태 또는 상태의 변화가 예상되는 인자
- 도시지역비율 - 범람 위험지역 - 빈도별 홍수위
영향 (Impact)
- 환경의 상태가 인간, 동물, 생화학적 과정에 미치는 영향임
- 상태에 발생하는 홍수·재해로 인하여 야기되는 영향을 나타내는 인자
- 인명피해 - 홍수 피해액 - 홍수발생빈도
반응 (Response)
- 환경의 변화에 대한 사회의 반응으로 환경개선을 위한 다양한 활동
- 홍수 등의 재해에 대한 분야별 치수·방재 대응 인자
- 저수지 건설 - 제방 증고
Water for Future
3. 입력 자료 수집 및 기법별 홍수 위험 지수 산정
3.1 입력 자료 수집
홍수 위험 지수 산정 모형에 필요한 입력 자료 는 수문 특성, 유역 특성, 사회 특성, 치수에 필요 한 대책 등이 있다. 수문 특성으로는 1시간 최대 강수량, 10분 최대 강수량, 강수량의 80mm 초과 일수, 연평균 강수량, 일 최대 강수량 등이며, 유
역 특성으로는 유역고도, 경사도, 시가화율 등이 있다. 사회 특성으로는 인구 밀도, 자산 밀도, 도 로와 같은 사회 간접 시설 등이 있으며, 치수에 필 요한 대책으로는 하천개수율, 하수도보급율 등이 있다.
산정한 홍수위험지수와의 비교 검증을 위하여 수집한 홍수피해 관련 정보는 인명피해 관련 적합 지수를 위한 사망(인), 홍수에 의해 피해를 입은 면적 관련 적합 지수인 침수 면적(㎢), 경제손실관 련 적합 지수를 위한 홍수 피해액(원) 등이 있다.
1시간 최대 강수량
연평균 강수량
시가화률
사회 간접 시설
10분 최대 강수량
일 최대 강수량
인구 밀도
하천개수율
80mm 초과 일수
유역고도
자산 밀도
하수도보급율
Water for Future
구축한 입력 자료와 홍수피해 관련 정보 등은 주로 광역시도, 시군구, 행정동과 같이 행정구역 단위로 되어있다. 이러한 자료들을 Arc GIS의
intersect 툴을 이용하여 유역 단위의 자료로 구성 하는 전처리과정을 거친다.
그림 2. 비교검증을 위해 사용된 홍수피해 관련 정보 사망(인)
홍수피해액(원)
침수면적(㎢)
그림 3. 입력자료 전처리
Water for Future
3.2 기법별 홍수 위험 지수 산정
수집한 자료를 활용하여 기후변화에 따른 취약 성 평가 모형, PSR 모형, DPSIR 모형 등을 산정 한 결과는 다음과 같다.
IPCC 모형으로 산정한 홍수 위험 지수는 민감
도 지수에 민감하게 반응하며, PSR 모형은 현상 지수, DPSIR 모형은 상태 지수 등에 민감하게 반 응하여 홍수 위험 지수를 산정한다. 기후변화에 따른 취약성 평가 모형의 민감도 지수는 광범위하 게 높은 값을 나타내며, PSR 모형의 현상 지수는 민감도 지수에 비하여 지역이 한정적이고, DPSIR
민감도
압력지수
추진력지수
노출도
현상지수
압력지수
적응능력
대책지수
상태지수
홍수위험지수
홍수위험지수
영향지수
홍수피해액
홍수피해등급
대책지수 홍수위험지수
IPCC 모형
PSR 모형
Water for Future
모형의 상태 지수는 국한된 지역에서 높은 값을 나타낸다. 이러한 각 모형별로 민감한 지수에 의 하여 홍수 위험 지수가 광범위하게 또는 한정적인 지역에 높은 값을 보인다. 그러나 이러한 모형들 은 기법별 결정 계수의 변화로 알 수 있듯이 홍수 피해액과의 대체변수의 확충 및 최적 가중 기법과 의 연계를 통하여 상관관계 개선이 필요하다고 판
단된다. 또한 기존에 제시된 특정 기법으로 다양 한 홍수피해 유형과 위험도를 반영하는데 한계가 있음을 보였다. 그러므로 유역특성별로 홍수위험 지수가 구현하고자하는 목표치(인명피해, 침수면 적, 피해액)에 따른 적합홍수위험지수의 개발이 필요한 실정이다.
민감도
압력지수
추진력지수
노출도
현상지수
압력지수
적응능력
대책지수
상태지수
홍수위험지수
홍수위험지수
영향지수
홍수피해액
홍수피해등급
대책지수 IPCC 모형
PSR 모형
DPSIR 모형
그림 5. 훙수위험지수 산정 샘플(2012)
홍수피해등급
Water for Future
4. 맺음말
본 원고에서는 IPCC에서 제시한 기후변화에 따 른 취약성 평가 모형, OECD에서 제시한 PSR 모 형, EEA에서 제시한 DPSIR 모형을 활용한 홍수 위험지수의 산정을 위하여 수문 특성, 유역 특성, 사회 특성 등의 입력자료를 활용하여 홍수위험지 수를 산정하고 홍수피해 관련 정보인 관련 사망자
개선 필요하고, PSR 모형은 홍수위험범위가 기후 변화에 따른 취약성 평가 모형에 비하여 한정되나 정확도 개선이 필요하다. 또한, DPSIR 모형은 극 한 홍수 위험 구현성이 높으나 기법 상호간의 보 안이 필요한 것으로 보인다. 인명피해, 침수면적, 경제손실 등 목적에 따른 홍수 위험 지수 제시 필 요하고, 광역 및 도시지역 등 유역 특성에 따른 홍 수 위험 지수 개선을 위한 대체변수의 확충 및 최 민감도
압력지수
추진력지수
노출도
현상지수
압력지수
적응능력
대책지수
상태지수
홍수위험지수
홍수위험지수
영향지수
홍수피해액
홍수피해등급
대책지수 IPCC 모형
PSR 모형
DPSIR 모형
그림 6. 훙수위험지수 산정 샘플(2013)
홍수피해등급
Water for Future
5. 감사의 글
본 연구는 국토교통부 물관리사업의 연구비지원 (14AWMP-B082564-01)에 의해 수행되었습니다.
EEA, 1999. Environmental indicators: typology and overview. Technical report no. 25, European Environment Agency, Copenhagen
IPCC, 2014. Climate Change 2014-Impacts, Adaptation and Vulnerability.
Contribution of Working Group II to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change, Cambridge University Press, Cambridge, UK.
OECD 1991 Environmental Indicators: A Preliminary Set, Organization for Economic Co-operation and Devel- opment, Paris.
참고문헌
