Site Suitability Analysis for Bank Filtration Using AHP

한국재난관리표준악회 논문집 2008년 6월

져11 권 쩌12호,

pp. 53-59 ^£/、

~국쩨납란 i! I 표즌획외

원s~ K。r혀n

Society

。f

Societal Security

AHP를 이용한 강변어과 적지 분석

김병찬*

.

^이승철**

·

^류지협***

Site Suitability Analysis ^f。r Bank ^Filtrati。n Using AHP

Bye。ng-Chan

Kim*, Seung-Chui Lee**, and Ji-Hye。b Ryu ***

접수일자‘ 2008년 4월 24일/심사완료일 2008년 6월 9일

요

약 전 세계적으로 물부족 사태는 매우 심각한 상황에 이르렀다. 우리나라도 예외는 아니어서 용수부족이 예상된다 지하수는 이러한 문제를 일부 지역에서 해결해 주는 역할을 할 수 있으며, 특히 강변여과는 위치와 규모의 제약에도 불구하 고 저수지들이 지니고 있는 문제점들을 극복할 수 있다고 알려져 있다. 강변여과 적지분석을 위해 댐건설 지연과 물부족을 겪고 있는 네 지역을 선정하여, 갈동을 해결하고 대안의 우선순위를 결정하는 분석도구인 계충분석과정 (A맨)을 적용하였다.

또한 AHP를 이용한 분석결과를 기존 연구와 비교하였다 개발된 강변여과 적지분석 방법론은 합리적 의사결정을 위한 판 단근거를 제공할 것으로 사료된다.

액심용어 계충분석과정, 강변여과, 적지분석, 물공급, 물부족

ABSTRACT The lack of water resources is becoming a serious issue throughout the world . The water shortage in Korea is expected to increase. Groundwater can be a so lu tion to this matter in some places . Especially, bank filtrations are known to be advantageous over conventional reserviors, even if they have some drawbacks such as their limited location for development and small sizes. The AHP(Analytic Hierarchy Process) is an analytical tool, supported by simple mathe- matics, whi ch enables one to exp licitly

ra따〈

tangible and intangible factors against each other for the purpose of

res이v­

ing conflicts or setting priorities. In order to check the app licability of AHP to the eva luation of bank filtration sites, four candidate locations were chosen. They have suffered from problems like water-supply shortage and delayed dam construc- tion. The ana lysis resu lts are compared with those of the previous study using a conventional method. It is believed that the developed method can a basis for reasonable decision-making regarding bank filtration development.

KEYWORDS AHP(Analytic Hierarchy Process), bank filtration, site suitabi li ty analysis, water supply, water shortage

1

.

서

^료프

._

우리나라는 용수 공급량은 한정적인데 비해 소비량은 지속적으로 증가하여 멀지 않은 장래에 물부족이 예상된 다. 물부족 현상은 사회 전 분야에 걸쳐 심각한 문제로 대 두되고 있으며 장래 물부족에 대처하기 위한 연구가 활발 히 진행되고 있다. 지표수를 대체 또는 보조할 수 있는 수

*한밭대학교 토목공학과 겸임교수(E-mail:

[email protected])

**동명기술공단 상하수도부 이사

***한려대학교 토목환경공학과 교수

53

자원 확보 방안은 지하수 개발, 해수의 담수화, 그리고 인 공강우 등을 들 수 있는데, 그 중 가장 현실적으로 고려될 수 있는 대안은 기존 수자원시설과 연계할 수 있는 보조 및 예비수원 확보차원의 체계적인 지하수 개발이다. 지하 수 이용 방법에는 우물, 인공함양, 지하댐, 강변여과에 의 한 지하수 확보 등이 있으며, 특히 강변여과 방식은 환경 친화적이고 강변에 위치하여 지하수의 다량저류와 안정 적인 취수가 가능하다는 장점을 지니고 있다 그 중 강변 여과수는 외국에 비해 아직까지 체계적인 사례가 거의 없 고, 관련기술도 미약한 실정이다- 강변여과수 개발을 위

54

김병찬·이승철·류지협

해서는 먼저 어느 지역을 선택할 것인지를 판단해야 하며, 때로는 여러 후보지역을 선정하여 그 중 최적지를 도출하 는것이 펼요하다.

한편, 강변여과 입지를 결정하는 것은 매우 어려운 일 이다. 이와 같이 여러 가지 기준을 고려하여 최선으로 만 족시키는 대안을 찾을 때에는 다기준 의사결정 방법 (Multi Criteria Dec

isio n

Making, MCDM)이 이용되 며, 그 중에서 도 계층분석과정 (Analytic Hier와chy Process, 따-IP) 기법 이 많이 사용된다. Saaty(

¹

^{980)에 의해}

¹

^{980년에 첫 저서} 가 발간된 계층분석과정은 객관적인 평가요인 뿐만 아니 라 주관적인 평가요인도 수용하는 매우 유연한 의사결정 기법으로 수학적인 이론보다는 직관을 바탕으로 하기 때 문에 그 논리가 매우 쉽다는 장점을 지니고 있다. 그렇기 때문에 사업 측면의 의사결정이 많은 경영분야에서는 계 층분석과정이 일찍이 이용되어 왔다(윤재곤,

1996;

정병 호 및 조권익, 1999; M

in, 1994; Zahedi, 1985).

그러나 계층분석과정이 의사결정을 지원하는 방법론으 로서 매우 유용한 기법임이 입증되고 여러 학문 분야에서 다양하게 활용되고 있지만, 강변여과 적지분석에 적용된 논문은 찾아보기 힘들다 이상일 등이 지표수-지하수 연 계이용을 위한 적지분석에 계층분석과정 기법을 사용하 였다(이상일 동, 2002; 이상일 및 송상철, 2002; Lee and

Kim,

2003).

본 연구에서는 강변여과수 개발 유망지역 4곳(함안 칠 서, 김해 상동, 창녕 남지, 양산 물금)을 대상으로 계층분 석과정을 이용하여 적지분석을 수행하였다.

2. 강변여과수

강변여과수는 하천 표류수가 장기간 동안 강변의 하상

바닥 또는 측면으로 침투되어 토양의 자정능력에 의하여

오염물질이 여과제거된 물을 취수하는 방법이다. 또한 오 염된 하천 표류수를 직접 취수하는데 따른 정수처리문제 및 하천 수질오염사고의 취약성 등을 개선하기 위한 간접 취수방법 이다. 취수방식은 강변 둔치(고수부지)에 김이 20~40

m

정도의 취수정을 설치하여 물을 취수하는 취수 정 방식과 표류수를 취수하여 인공적으로 만든 호소, 함 양분지의 지층(대수층)에 침투시켜 지층의 자정능력에 의 하여 오염물질이 여과제거된 물을 다시 취수하여 상수원 수로 사용하는 인공함양 방식이 있다. 그림 l 은 강변여과 수의 개념도이다.

강변여과수에 대한 외국의 사례를 살펴보면, 주로 유럽 의 라인강 및 세느강변 국가에서 개발이용되어져 왔으며 독일, 프랑스, 네덜란드 등지에서 강변여과 및 인공함양 방식으로 취수하여 공급되어져 왔다. 또한 북미지역에서 도 크고 작은 강변여과수 개발사례를 찾을 수 있다(표

l

참조).

표 2에 나타낸 바와 같이 국내에서 강변여과수를 도입 하기 시작한 것은

1

990년대 중반부터이다. 초기에 타당성 조사를 위해 설치된 지역은 미호천, 금강, 닥동강 유역의 이룡, 용산 지구 등이 있으며, 실제 적용된 지역은 낙동강의 북면(하천지구), 갈전리(갈전지구)이다(건설교통부, 200

1a;

건설교통부, 200

lb;

건설교통부, 2002) .

• 내지 .외지

l속:--:짧 -- t

그립

1.

강변여과수의 개넘도

표

1.

^{강변여과수} 이용사례(국외) (수자원공사,

199 9)

구분 정수장/지역 취수방식 취수량(m3/일) 비고

뒤셀도르프정수장 취수정식 (70정) 33,600

라인강둑으로부터 so∼250 m 이격 특수집수정 (18정) 324,600

독일

테겔정수장 취수정식 (1,2007H 심정) 370,000 테겔호(강변)에서 60

m

이격 오스트리아 비엔나정수장 ~끼 ""-'§)「""-"' 。4 40,000 시험시설

프랑스 Le Pecq-Croissy ^{정 수장 취수정식+인공함양} 320,000 세느강취수

네덜란드 암스테르담정수장 취수정식+인공함양 250,000 라인강 지류 레크(Lek)강 취수 슬로베니아 마리보르 수직정호(13정) 64,800 드라바강취수

헝가리 부다페스트 수직, 수평정호(280정) 299,800 다뉴브강취수 미국 신시네티, 수직, 수평정호(IO정) 151,200 그레이트 마이애미강 취수

새크라멘토 수평정호(1 정) 37,800 새크라멘토강취수

흔택재난관리표준학회 논문집 저~1 권 제2호

AHP를 이용한 강변여과 적지 분석 55

표 . 2. ^{강변여과수}

^{이용사례(국내)}

비고

타당성조사지역 실제적용지역

미호천

금강 낙통강

이룡지구

낙동강용산지구 낙동강하천지구 낙통강갈전지구 위치 연기군남면 부여군부여융 함안군질서연 김해시상동면 창원시북연 창원시대산연

사업기간

94.10∼95.3 96.2∼96.12 97.6∼98.12 96∼99.2 99.ll∼ 98.3∼

관정 5개소 관정 6개소 취수정 2개 취수정 2개 취수시설 0

250 mm

0

250 mm

0

400 mm 0400 mm

H=40m

H=39∼45

m H=40m H=40m

취수량

5,000 m

3!일

5,000 m3!일 9,700 m3!일 7,200 m3/일

표 3. 적지분석 인자 쌍대비교(단계 4)

입지선정인자 쌍대비교 행렬(기준열\

비교행)

선호도벡터 일괄성비율

(CR=CIIRI)

O∼15 15∼30

30이상

대수충두께

(m)

15∼30 O∼15

3 113 l/ 1 /3 5 0. 0.2605 1062 0.0334

30 이상

5 3 0.6333

투수계수

lo-9- 10-6 10-0- 10-j _10-6이상

2 (cm/sec) 10

y∼10

() 113 l/7 0.0833 0.0567

투수계수

l 0 6 ∼ lo-3 3 l/3

^{0」 932}

(cm/sec) l o-3 이

상

7 3 0.7235

50이하 50∼100

1 00이상

3 ^{개발가능량} (천 m3/일)

50∼^50이하 100

3 l/3 l/7 l/5 0.0738 0

^‘

2828 0.0565

1 00이상 7 5 0.6434

상 중 하

4

^{하도변경 상}

l/3 l/6 0.0960 0.0 158

가능성 걷

r- ^{3 l/3 0.2510}

하

6 3 0.6530

불리 보통 양호

5

일반수질 불리

l/3 1

17

0

^‘

0882 0.0061

보통

3 1 /3 0.243 1

양호

7 3 0.6687

철 망간

N03 NH4

철

113 l/7 1/3 0.1 250

6

주요수질 망간

1 /3 113 0.1250 0.0000

N03 3 3 0.3750

NH4 3 3 0.3750

불리 보통 양호

7

철 불리

l/3 l/6 0.0960 0.0158

보통

3 113 0.2510

양호

6 3 0.6530

불리 보통 양호

8

망간 불리

1

/3

1 1 6 0.0960 0.0 158

보통

3 1 /3 0.2510

양호

6 3 0.6530

불리 보통 양호

9

질산성질소 불리

1 /3 1 /6 0.0960 0.0 158

보통

3 1 /3 0.2510

양호

6 3 0.6530

불리 보통 양호

IO

^{암모니아성 불리}

1/3 1/6 0.0960 0.0158

;닝<l 」ι-、- 보통

3 1 /3 0.2510

양호

6 3 0.6530

Jounal of The

Kαean

Society of Societal

5eCiαity,

Vol. 1 , No. 2

표

3.

(계속) 적지분석 인자 쌍대비교(단계

4)

입지선정인자 쌍대비교 행렬(기준열

\비교행)

선호도벡터 일괄성비율 (CR=Cl/Rl)

불리 보통 양호

II ^{용수부족율 불리} 1/3 1/7 0.0882 0.0061

(2011 년) 보통 3

113

0.2431

양호 7 3 0.6687

갈수시 30이하 30 ‘

45

45 이상

12 유하량 30이하

1 1 3

1/5

0.1096

0.0032

(CMS) ^30∼45 3 1/2 0.3092

45 이상

s

^{2 0.5813}

30이하 30- 45 45 이상

지표수 1 급

1/3 116

0.1111 0.0000

13 수질 2∼3급 3

112

0.2222 0.0000

4급이상 6 2 0.6667

300이하 300-600 600이상

14 오염원분포및배출량 300이하 (m3/일) 300얘00 3 1/3

116 113

0.0960 0.2510 0.0158

600이상 6 3 0.6530

O∼I 1∼2 2이상

IS 부지 확(보km가2)능면적 ^O∼l

^{113 116}

^0.0853 0.0281

l∼2 3

114

0.2132

2이상 7 4 0.7014

1 만이상 l 천∼l 만 O∼1 천

16 ^{배후지가옥현황 l 만이상}

113 116

0.0960 0.0158

(세대) _{l천∼1 만} 3

113

0.2510

O∼I 천 6 3 0^‘6530

상 중 하

17 소요사업비 상

1/3

116 0‘0960 0.0158

'5'- ^{3 l/3 0.2510}

하 6 3 0^‘6530

l천이상 750∼l 천 750이하

18 용수단가(원) ^{l 천이상} 1/3 1/7 0.0853 0.0281

750∼l 천 3 1/4 0.2132

750이하 7 4 0.7014

없음 불리 보통 유리

없음

1/2 115

1/7 0.0794

19 기존시설연계성 불리 2 0.2624 0.0480

보통

s

^0.3124

유리 7 0.3458

불리 보통 유리

20 수요지와의거리 불리 1

/3

l/S 0.1062 0.0334

보통 3 1/3 0.2605

유리

s

^{3 0.6333}

300이하 ^300-ι600 600 이상

21 고수부지폭 (m) 300이하 1/3 1/8 0.0789 0.0158

300-600 3 1/4 0.2064

600이상 8 4 0.7146

3. 적지분석

강변여과수 개발지역의 적지선정을 위해 입지선정인자 를 4단계로 구분하였고, 그

1단계로

수리지질학적 조건, 생활환경조건, 사회경제조건 측면으로, 2단계는 수리지질

학적 조건에는 지질, 수질을, 생활환경조건에는 물부족, 오염, 그리고 사회경제조건으로는 비용과 이수부분을 포 함하는 것으로 하였다. 여기에 3단계에서는 21 개의 인자, 4단계에서는 3단계의 각각의 인자에 평균 3개의 인자로 구분하여 세분화하였다.

효택재난관리표준학회 논문집 제 1권 제2호

AHP를 이용한 강변여과 적지 분석

57

표 3은 적지분석을 위한 계층도 중 단계 4로서 적지분 석인자를 쌍대비교하여 상대적 중요도에 따른 선호도 벡 터 및 일관성 비율을 나타낸 것이다(Jaber

and Mohsen,

200 I;

Jandric

^뻐d

Srdjevic,

2000).

여기서 선호도 벡터는 상대적 중요도로서, 이를 산정하기 위해 각 인자들간의 선호도를 계량화된 수치로 표현하기 위한 척도, 즉 Saaty가 제안한 쌍대비교@때wise

comparison)

를 사용하였다. 쌍대비교시 인자들간의 척도가 논리적 일 관성이 있는지를 판단하는 일관성비율(CR}은 모든 항목 들이 기준치 내에 존재하여 상대적 중요도의 산정은 신뢰 할 수 있는 것으로 판단되 었다(Bevilacqua

and Braglia,

2000;

Drake,

1998;

Ridgley,

1993;

Thirumalaivasan

^뻐d

Karmegam,

200

” -

어느 지역이 강변여과수 개발지역에 적합한 지를 정량 화 한 것이 적합도(Suitability

Index,

^{SI)이다. 여러 지역을} 조사하여 가장 적지의 후보지를 선택하려 한다면, 적합도 는 다른 지역과의 비교자료가 된다. 적합도의 산정식은 분석유형에 따라 다양하지만, 계층조직이 총 4단계로 구 성될 경우다음의 식이 한 예가 될 수 있다.

N,,

N이 「

N,,

1

잉 ⁼

f ^{Pvi · I I P 꺼j · f(P 꺼}, k}

^P견씨)|

여기에서 n는 일관성비율 테스트를 거쳐 확정된 상대적 가중치, N1은 단계

I 의

요소의 수,

Pψ은 Level l의 요소 i

에 해당하는

PV,

N2,는 단계 l의 요소 i와 직접 연결되는 단계 2의 요소의 수 등이다.

4 . 적

^도~

‘=>

n

”

I / i ‘、

강변여과수 개발을 위한 적합한 지역을 선정하는 것은 최대한 객관적이고 정량화된 방법에 의거하는 것이 바람 직하다, 계층분석과정은 강변여과수 개발에 관련된 인자 를 바탕으로 정량적 분석을 통해 후보지역의 적합도를 판 단한다. 본 연구에서는 상습적인 오염물 침입으로 인해 양질의 수자원확보에 어려움을 겪고 있는 낙동강 하류 경 남지역에 안전한 용수공급을 위하여 강변여과수 개발 유 망지역 4곳(함안 칠서, 김해 상동, 창녕 남지, 양산 물금) 을 대상으로 적지분석을 수행하였다 각 후보지역의 입지 선정인자들은 표 3∼6에 나타내었다.

각 후보지역별 적합도를 식 (1)을 이용하여 산정한 결 과, 물금지구(0.445), 용산지구(0.400), 이룡지구(0.399), 월 하지구(0.390)의 순으로 나타나 계층분석과정을 통한 적 지선정에서 양산 물금지구가 강변여과수 개발지역에 가 장 유리한 것으로 분석되었다.

표 4. ^{적지분석 인자 쌍대비교(단계} 3)

입지선정 인자 쌍대비교 행 렬(기준열\비교행) 선호도벡터 일팔성비율 (CR=Cl/Rl) 투수계수 대수충두께 하도변경 개발가능량

투수계수 1/2 1/3 117 0.0913

지질 대수충두께 2 0.2644 0‘0420

하도변경 3 0.2837

개발가능량 7 0.3606

일반수질 주요수질

2 수질 일반수질

115

0.1667 0.0000

주요수질 5 0.8333

용수부족 갈수시유하

3

%-

^{t「j 닝 ;!ιr} _{갈수시유하 1/3 0.2500} 0.0000

용「-'::._,닝조「 3 0.7500

대수충두께 투수계수

4 오염 오염배출량 1/3 0.2500 0.0000

지표수수질 3 0.7500

부지확보 배후지가욱 소요사업비 용수단가

부지확보 1/3 113

1 17

0.0688

5 비용 배후지가옥 3 1/3 0.1934 0.0020

소요사업비 3 1/3 0.1934

용수단가 7 3 3 0‘5444

고수부지폭 수요지거리 시설연계

6 이수 고수부지폭 1/2 1/5 0.1222 0.0030

수요지거리 2 113 0.2299

시설연계성 5 3 0.6479

Jo1.rnal of The

^Kαean

Society of Societal Security, Voi 1 , No. 2

표

5.

적지분석 인자 쌍대비교(단계

2)

입지선정

쌍대비교 행렬(기준열

\

비교행) 선호도벡터 일괄성비율

인자

(CR=CI/RJ)

가 지질 수질

0.3333

1」3「 지질

1 12 0.6667 0.0000

성 수질

2

시 오염 하천오염

2

^二닙그 _오염

1/3 0.2500 0.0000

성 물공급

3 0.7500

효 비용 이수

3

율 비용

2 0.6667 0.0 000

성 _이수

112 0.3333

표

6.

적지분석 인자 쌍대비교(단계 1)

입지선정인자 쌍대비교행렬(기준열

\비교행)

선호도벡터 일괄성비율

(CR=CI/RJ)

수리지질 수리지질 생활환경

생활환경 수리지질

2

사회경제 생활환경

1/2

사회경제

1/2

5. 결

^료르

‘--

본 연구에서는 상습적인 오염물 유입으로 인한 취수의 불안정 요인을 내 포하고 있는 낙동강 하류지역에 안정된 용수공급의 기반을 마련하는 방법 중 하나인 강변여과수 적지선정에 대한 방법론을 개발하였다. 이를 위해 국내외 의 강변여과수 사례를 조사함으로써 적지선정을 위해 확 보되어야 할 인자들을 도출분석하였고, 어느 지역이 강변 여과수 개발에 적합한지

를

판단하는데 계층분석과정 기

법을 도입하였다. 4개의 지역에 적용하여 본 결과, 비교적

간단한 계산과정으로 합리적인 적합도 산정이 가능하였으 며

,

개발된 방법은 지역간 강변여과수 개발 우선 순위를 명가하는 데에 유용하게

쓰일

수 있을 것으로 판단된다.

참고문헌

건설교통부 (2001a)댐건설장기계획. 건설교통부 (20이 b) 수자원장기종합계획.

건설교통부 (2002) 지하수관리 기본계 획,

pp.52-54.

윤재곤

(1996)

A맨 기법의 적용효과 및 한계점에 관한 연구

(MIS

성공요인평가를 위한 3가지 통계기법 비교중심), 한국 경엉과학회지 논문집,21(3),

pp.109-124.

이상일,서혜경,손상철 (2002) 지표수-지하수 연계이용을 위한 지역 적합도 평가, 한국지하수토 양환경학회 추계학술발표 회논문집,

pp.171-174.

흔택재난관리표준학회 논문집 저11권 제2호

사회경제

2 0.3333 0.0000

0.6667 0.0000

이상일, 손상철

(2002)

계충분석 과정 에 의 한지표수-지 하수 연 계이용적지분석,한국지하수토양환경학회 훈계학술대회논 문집,pp.3

07-310.

정병호, 조권익

( 1999)

대형공사의 최적입찰자선정을 위한 계 층분석과정(AHP) 모형의 개발,경영과학,

16(1), pp.75-85.

한국수자원공사

(1999)

지하수 함양 및 활용증대방안 연구,

pp.17 1-1 73.

Bevilacqua, M. and Braglia, M. (2000)

까1e

Analytic Hierarchy Process Applied to Maintenance Strategy Selection, Reliabil-

때

Engineering and System

^Safi때,

70, pp.71-83.

Dr와<e,

P.R . (1998) Using the Analytic Hierarchy Process in Engi- neering Education, Int. J Engng. Ed., 14(3), pp.191-196.

Jaber, J.O. 뻐d Mohsen, M.S. (200 1) Evaluation ofNon-conven- tional Water Resources Supply in Jordan, Desalination, 136(1- 3), pp.83-92.

Jan

^[

lric, Z. and Srdjevic, B. (2000)

An외ytic

Hierarchy Process in Selecting Best Groundwater Pond, Proc. of 31st International Geological Congress, Riode Janeiro, Brasil.

Lee, S.I. and Kim, B.C. (2003) Evaluation of Groundwater Dam

Si않S

for Emergency Water Supply, 23rd General Assembly of the International Union of Geodesy and Geophysics

βUGG

2003), Sapporo, Japan,

Abstrac잉(Week

B), p.B353.

Min, H. (1994) Location Analysis of international Consolidation Tem1inals Using the Analytic Hierarchy Process, Journal of

Bzαiness

Logistics, 15(2), pp.25-45.

Ridgley, M.A. (I 993) A Multicriteria Approach to Allocation

Water During Drought, Resource Management and Optimiza-

tion, 9(2), pp.135 -149.

AHP를 이용한 강번여과 적지 분석

59

Saaty T.L. (1980) The Analytic Hierarchy Process, McGraw-Hill, New York.

Thirumalaivasan, D.

뻐d K따megam,

M. (2001) Aquifer Vulnera- bility Assessment Us ing Analytic Hierarchy Process and GlS

for Upper Palar Warershed, The 22nd Asian

Coηference

on Remote Sensing, Singapore

‘

Z앙1edi,

F. (1985) Data-Base Management System Evaluation

^뻐d

Selection Decision, Decision Science, 16(1), pp.91-109.

Journal of The Korean Society of

^s。cietal

Secwty, Vol 1 , No. 2