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1. 1A세부 연구과제 소개
홍수는 지난 40년간 자연재해 중 가장 높은 빈도 를 차지하고 있으며, 2000년대 이후는 1970년대 대
비 7배의 홍수가 발생하는 등 기후변화의 영향으로 그 발생횟수가 증가하고 있다(WMO, 2014). 홍수에 의한 피해는 국민의 인명 및 재산에 큰 피해를 발생 시켜 사회 전반에 걸쳐 큰 혼란을 야기한다.
일본, 영국과 미국 등 외국의 경우에는 하천수위 에 의한 홍수예보뿐만 아니라 홍수관리에 책임이 있 는 지방기관별로 행정구역 홍수예보를 실시하고 있 다. 특히, 영국의 FFC(Flood Forecating Centre) 에서는 하천, 조위, 해안, 지표수, 지하수 등에 대한 홍수발생 가능성과 잠재적인 피해 영향을 조합하여 홍수위험도 정보를 제공하고 있다. 여기서 홍수발 생 가능성을 4단계(very low, low, medium, high) 로 구분하고, 홍수에 의한 영향도 범람형태, 도로 및 구조물의 침수 파손 가능성, 인명과 제산피해 가능 성 등 예상되는 피해 형태에 따라 4단계(minimal, minor, significant, severe)로 구분하여 각 항목을 조합하여 flood risk matrix를 제공하고 있다. 또한 영국의 Environment Agency에서는 FFC에서 제공 되는 홍수위험도 정보를 이용하여 하천, 조수, 해안, 지표수 및 지하수에 의한 홍수위험에 대해 3일 예보 를 실시하고 있으며, 웹사이트를 통해 정보를 제공 하고 있다.
국내에서는 환경부 홍수통제소 하천중심의 55개 홍수예보지점에 대해 홍수주의보와 경보를 발령하 고 있으며, 이를 통해 홍수피해에 대비하고 있다. 그 러나 현행 홍수예보지점은 전국 국토 면적에 비해
행정구역 홍수 위기경보 단계 설정과 정보제공기술 개발 02
- 홍수대응골든타임확보연구단_1A세부-
김 경 탁
한국건설기술연구원 국토보전연구본부 연구위원
ktkim1@kict.re.kr
이 재 응
아주대학교 건설시스템공학과 교수 jeyi@ajou.ac.kr
김 수 전
인하대학교 사회인프라공학과 조교수 sk325@inha.ac.kr
정 영 훈
경북대학교 건설방재공학부 조교수 y.jung@knu.ac.kr
Special Issue | 홍수대응골든타임확보연구단
매우 미미한 수준으로 전국 범위의 홍수예보 및 홍 수대응에는 한계가 있는 실정이다. 이에 따라 본 연 구에서는 현행 홍수특보인 하천 중심의 선적 홍수예 보에서 유역공간 홍수예보로의 전환을 위한 3일 이 전 행정구역 맞춤형 홍수정보 제공 및 홍수위험을 전망할 수 있는 기술 개발을 목적으로 하고 있다.
1A세부는 한국건설기술연구원, 아주대학교, 인하 대학교, 경북대학교의 연구진으로 구성되어 있으며, 3세부의 헤르메시스를 포함한 1A세부의 연구진 구 성은 아래의 그림과 같다.
1A세부 연구진은 행정구역별 지역 특성을 반영하 여 도시지역, 해안지역, 기타지역으로 구분하고, 홍 수피해 유발인자별 기준 제시를 통해 홍수피해에 대 비할 수 있는 3일 이전 홍수위험전망 기법 개발하고 자 한다. 또한 한강권역, 금강권역, 낙동강권역, 영 산·섬진강권역별로 유출해석 체계를 구축하고 홍 수위험전망정보를 제공하는 시스템을 구축하고자 한다.
2. 주요 연구내용
가. 행정구역 홍수 위기경보 단계 설정과 정보제 공기술 개발 (1A-1 협동과제)
한국건설기술연구원(연구책임자 김경탁)에서는 선적 하천 홍수예보에서 유역공간 홍수예보로의 전 환을 위한 3일 이전 행정구역 맞춤형 홍수정보제공 기술개발을 위해 홍수피해 유발인자(강우량, 홍수량 등)를 활용하여 홍수예보 기준을 제시하고 이를 활 용하여 행정구역별 위기경보단계를 설정 및 시스템 을 구축을 위해 연구를 수행 중에 있다.
주요 연구내용으로는 첫째, 행정구역을 지역특성 에 맞게 도시지역, 해안지역, 기타지역으로 구분하 고, 낙동강권역 행정구역 홍수피해 관련 정보 수집 및 자료를 구축하였다. 둘째, 홍수피해 유발인자의 위기단계 구분을 위해 행정구역별 피해 사례 및 홍 수시 나타나는 현상들에 대해 조사하고, 홍수시 발 생하는 현상들을 구분할 수 있는 홍수피해현상표 및 강우기준 제시를 위한 표준 프레임을 제시하고자 연
그림 1. 1A세부 조직도
구 중에 있다. 셋째, 낙동강권역에 대한 홍수량 산정 및 예측을 위한 유출해석 체계 구축하고, 향후 한강 권역, 금강권역, 영산·섬진강권역으로 확대하여 전 국을 대상으로 한 홍수위험전망정보 제공시스템을 구축하고자 한다.
나. 도시 행정구역별 홍수위험도 평가기준 도출 연구 (1A-2 공동과제)
도시지역의 홍수피해를 저감시키기 위해서는 수 방시설물의 확충과 같은 구조적인 대안뿐만 아니라 비구조적인 방안으로써 홍수대응의 시간적 여유를 그림 2. 1A세부 연구내용 및 최종 연구목표
그림 3. 홍수위험판단기법 및 정보제공 시스템 구축 절차
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확보하기 위한 빠르고 정확도 높은 홍수예보가 필요 하다. 하지만 현재 국내에서 시행 중인 홍수예보는 국가하천의 수위를 기준으로 경보를 발령하고 있어 국가하천을 접하고 있지 않은 대부분의 도시지역은 홍수대응 시 홍수예보를 활용하지 못하는 실정이다.
아주대학교(연구책임자 이재응)에서는 위와 같은 도시 행정구역 홍수대응의 어려움을 해소하기 위해 국내의 도시지역 지자체의 특성을 반영한 홍수위험 도 평가 기준을 도출하고자 한다. 또한 홍수위험도 평가 기준에 활용될 홍수량 예측을 위하여 GRM모형 기반의 한강권역 유출해석 모형을 구축할 예정이다.
도시 행정구역 홍수위험도 평가기준 도출을 위해 1〜3차년도에는 대권역 별 도시지역의 과거 홍수피 해이력과 강우특성 등을 활용하여 각 도시 행정구역 특성에 알맞은 홍수위험도 평가 기준을 개발하고자 한다. 또한 4〜5차년도에는 다기준 의사결정 방법 (MCDM)을 활용하여 1〜3차년 연구에서 도출된 홍 수위험도에 따른 지자체 내의 홍수 고위험 구역 선 정방안을 제시할 계획이다.
또한 도시지역의 홍수 피해는 관망의 내수배제 불 량에 따른 내수침수와 하천의 외수범람에 의해 발생 한다. 이 중 외수범람은 예측 강우자료와 강우-유 출모형을 활용하여 예측이 가능하다. 본 연구에서는
과거 강우자료를 분포형 강우-유출모형인 GRM 모 형에 적용, 적정 매개변수 추정을 통해 유출해석 모 형을 구축하여 홍수위험전망기법에 적용할 예정이 다.
다. 해안지역 지자체 홍수위험전망기법 개발 (1A-3 공동과제)
해안지역의 경우 내륙지역과는 달리 조위의 영향 을 크게 받는다. 즉 해안지역의 경우, 강우에 의하여 발생하는 홍수량은 간조기와는 달리 만조기에 그 위 험성이 더욱 크다. 인하대학교(연구책임자 김수전) 에서는 이러한 특성을 고려하여 해안지역의 홍수위 험전망기법을 제시하고자 한다.
국립해양조사원에서 제공하는 조위자료를 수집하 여 2016년 태풍 ‘차바’ 내습시의 최극 조위 및 1시간 조위자료를 수집하였다. 당시 태화강 유역내 울산 중구 지역 등에 심각한 홍수 피해를 유발하였으며 여기에는 높은 조위의 영향이 일부분 역할을 한 것 으로 판단되었다(그림 6 참조). 따라서 해안지역의 경우에는 홍수예보에 있어 반드시 조위의 영향을 고 려할 필요가 있다.
해안지역의 홍수위험전망정보를 제공하기 위해 강우량 또는 홍수량의 크기(x축)에 따른 발생가능성
그림 4. 1A-2 세부 연구내용 및 최종 연구목표
(y)으로 표현되는 홍수위험 매트릭스를 구성할 때, 조위 정보를 함께 고려한다면 해안지역에서 효과적 으로 홍수예보가 가능할 것으로 판단된다. 해안지역 에서는 강우에 의한 유출과 조위의 영향이 복합적으 로 작용하여 홍수가 발생하는 특성이 있기 때문에, 본 연구에서는 조위에 대한 차원(z축)을 추가적으로 고려하여 3차원의 홍수위험 매트릭스를 구성하는 방법을 구상하고 있다(그림 8 참고). 하지만 사용자 관점에서는 2차원의 홍수위험 매트릭스의 활용성이 더 우수하다고 판단되므로, 조위의 영향성을 유출량 (홍수량)에 대한 발생가능성(y축)에 함께 포함하여 제시할 수 있는 방안도 함께 고려하고 있다. 향후 연 구를 통하여 그 결과를 제시할 수 있을 것이다.
라. 행정구역 홍수위험전망 불확실성 해석기법 개발 (1A-4 공동과제)
최근 기후변화로 인한 강우 패턴이 변화하고 있 다. 이는 강우의 강도가 더욱 증가하고 있으며 강도 가 큰 강우의 발생빈도가 높아짐에 따라 홍수의 위 험성이 증가하고 있다. 뿐만 아니라 강우발생의 공 간적 이질성이 더욱 증가하고 있어 실정이다. 이러 한 지역적 강우특성은 각 유역의 지형적 특성과 맞 물려 홍수 특성을 나타낸다. 도시화, 농경활동의 변 화 등의 토지피복의 변화는 강우유출에 변화로 이어 지기 때문에 홍수의 위험이 가중될 수 있다. 이러한 상황에서 보다 정확한 예측정보로 홍수에 대비해 발 생할 수 있는 불확실성을 줄이는 것이 필요하다. 한 그림 5. 태풍‘차바’이동경로
그림 7. 국립해양조사원 예측 조위
그림 6. 울산관측소 조위자료
그림 8. 조위를 고려한 홍수위험 매트릭스 안
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편, 보다 상세하게 지역적 특성을 반영한 홍수 대처 가 요구되며, 국가차원의 홍수 방어에 대한 체계가 효율적으로 구축되고 운영되고 있는지 검토가 필요 한 시점이다.
홍수에 적극적으로 대비하기 위해서 지역적 특성 을 반영한 홍수관리 판단기준이 마련되어야 할 것이 다. 이에 따라 행정구역 홍수위험전망정보의 인자 (강우, 홍수량), 지형적 특성(토지이용, 지형경사)들 에 대한 불확실성 분석이 필요하며, 이를 활용한 홍 수위험전망기법의 개발을 통해 지자체 및 주민들이 홍수를 대비하는데 도움이 될 수 있는 실질적인 홍 수 예·경보 판단 기준 방안을 제시하고자 한다.
본 연구를 통해 홍수위험전망 불확실성 요소분석 을 수행하여 Bayesian 기반의 불확실성 분석방법을 제시하고, 홍수위험전망 정확성 확보를 위한 기초지 자체별 홍수관리 우선순위를 선정하고자한다. 또한, 홍수위험전망 불확실성 요소들 가운데 주요 인자를 파악하여 홍수위험 판단에 발생할 수 있는 불확실성 을 경제적으로 줄일 수 있는 방안을 마련하고 기초 지자체 홍수위험전망 불확실성 요소의 영향 평가 및 정확성 개선을 하고자 한다.
3. 최종 연구성과 및 활용계획
본 연구는 전국 기초지자체를 대상으로 3일 이전 에 홍수위험을 전망할 수 있는 기술을 개발하고 행 정구역별로 상이한 유역 특성과 홍수발생 특성에 맞 는 홍수위험전망정보를 서비스하고자 한다. 본 연구 에서 생산된 홍수위험전망정보는 환경부, 국토교통 부, 기초지자체, 유관기관(경찰청 등) 및 국민에서 전달되며, 각 기관 및 국민은 홍수위험전망 정보를 이용하여 홍수발생 위험성을 3일 이전에 인지하고 대비하는데 활용될 수 있을 것으로 기대한다.
4. 맺음말
현재 기초지자체별 홍수 재난대응 단계를 구분하 기 위해 기상청의 기상특보(호우, 태풍)를 기준으로 활용하고 있으며, 전국을 대상으로 동일한 기준으로 예보를 하고 있다. 또한, 홍수특보는 재난대응 단계 중 “경계”, 심각“ 단계에 해당되어 사전에 홍수에 대 비하기에는 한계가 있다. 또한 홍수특보는 하천 중 심으로 주요하천에 대해 55개 지점에 대해서만 발령 그림 9. 1A세부 최종 연구성과물
하기 때문에 예보지점과 인접한 일부 기초지자체에 서만 활용이 가능하다.
따라서 1A세부에서는 각 지자체 지역특성을 반영 하여 홍수피해 유발인자별 맞춤형 홍수 대응 기준 을 제시하고, 3일 이전에 홍수위험전망정보의 제공 을 통해 홍수피해를 저감하고자 연구 중에 있다. 향 후 홍수위험전망기법 개발과 함께 정보제공 시스템 의 구축이 이루어지면 국민의 생명과 재산을 보호하 는데 보다 효과적인 도움을 줄 수 있을 것으로 기대
한다.
감사의 글
본 연 구 는 국 토 교 통 부 / 국 토 교 통 과 학 기 술 진 흥 원 의 지 원 으 로 수 행 되 었 음 ( 과 제 번 호 18AWMP-B127555-02).
