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문제 정의
- 이러한 기존의 지진재해 관련 연구는 지구물리학적 범위의 한계를 크게 벗어나지 못하여 지진으로 인해 발생할 수 있는 각종 재해에 대한 뚜렷한 정의가 되어있지 않으며, 재해와 관련된 많은 요소들의 설정과 그 영향에 대한 분석이 미흡한 실정이다. 이에 본 연구에서는 지진 으로 인해 발생할 수 있는 각종 위험도를 GIS를 활용하여 분석하였다. 지진에 의해 발생하는 건물 도괴, 화재, 대피의 어려움 등과 같은 대표적인 재해를 규정하고, 토 지이용 실태, 인구밀도, 건물유형, 도로구조 등과 같은 각 재해의 위험요소를 도출하여 정량화 하고 이를 분석하여 위험도를 결정하였다.
- 이러한 기존의 지진재해 관련 연구는 지구물리학적 범위의 한계를 크게 벗어나지 못하여 지진으로 인해 발생할 수 있는 각종 재해에 대한 뚜렷한 정의가 되어있지 않으며, 재해와 관련된 많은 요소들의 설정과 그 영향에 대한 분석이 미흡한 실정이다. 이에 본 연구에서는 지진 으로 인해 발생할 수 있는 각종 위험도를 GIS를 활용하여 분석하였다. 지진에 의해 발생하는 건물 도괴, 화재, 대피의 어려움 등과 같은 대표적인 재해를 규정하고, 토 지이용 실태, 인구밀도, 건물유형, 도로구조 등과 같은 각 재해의 위험요소를 도출하여 정량화 하고 이를 분석하여 위험도를 결정하였다.
가설 설정
- 경사면에 건물이 입지할 시에는 1차적으로 지면과 맞닿는 기등의 길이가 사면위쪽에 기등의 길이와 사면 아래쪽의 건물기등이 길이 차이가 있어 구조적으로 지진에 취약하며 또한 급경사지에는 2차적 피해로 건물 에 산사태로 인한 충격을 줄 수 있다. 개별건물에 대한 역학적 분석이 힘들기 때문에 25%이상의 경사지에 입지 한 건물을 찾고, 급경사지에 위치한 건물은 평지의 건물 보다 25%정도의 구조적 위험성이 있다고 가정하였다. 또한 평지건물에 대해서는 경사계수 L0을 급경사지에는1.
제안 방법
- 라. 건축물도와 건축물대장으로부터 건물ID를 기본키로 조인하여 건축물도의 각 건물객체에 건축물대장의 속성을 부여하였다.
- 가. 대상지의 지번과 지목 데이터를 획득하기 위하여 도 형정보와 속성정보를 가지고 있는 수치지적도로부터 지번과 지목을 속성을 추출하였고 건축물에 대한 정보를 획득하기 위하여 건축물대장으로부터 건축물ID, 면적, 지번, 주구조, 주용E, 허가일자, 높이 층수, 그리고 연면적의 속성을 추출하였다.
- 다. 대상지의 지질도를 디지타이징한 후 건축물도와 지번 속성을 기본키로 조인하여 개별 건물에 지질구조 값을 부여하였다.
- 도로면적은 서울시 수치지형도의 도로중심선을 기준으로 해당 LINE의 폭원만큼 버퍼링을 준 후에 D/B상의 도 로길이(length)만큼을 곱하여 산출하였다.
- 지진이 발생하면 그 지역의 인구밀도, 도로의 폭원 및 이용 상태, 도로주변의 현황 등은 대피의 혼잡한 정도에 영향을 미치게 되며, 이러한 조건들에 의해 대피의 쉽고 어려운 정도가 결정된다. 따라서 대피위험도 평가 지역의 야간인구 및 주간인구, 지진 시 사용 가능한 도로면적을 조사하여 군집밀도를 계산하였고 이를 이용하여 혼잡도 를 평가하였다. 군집밀도란 예상되는 대피 인구의 유효도 로면적(지진 시 사용 가능한 도로면적)에 대한 밀도로서 Im2 당 인구수로 표현되며, 이는 지진 시 이동가능속도에 의해 대피 위험성을 평가할 수 있다.
- 대피위험도는 건물이 도괴하고, 화재가 발생한 후에 사람이 대피하는 과정에서의 피해예상정도를 평가하기 위한 위험도이다. 따라서 본 연구에서는 대피예상인구 를 유효도로면적으로 나눈 값으로 대피위험도를 정하 였다 .
- 그러나 한옥과 같은 목조주택과 가연성, 인화성 물품을 취급하는 상점 등이 다수 존재하는 지역에서는 연소화재의 위험성이 존재하며, 협소한 도로나 불법노상주차와 같은 장애물에 의해 점유되어진 도로는 소방활동을 어렵게 하여 화재를 확대시킬 위험성이 있다. 따라서 연소위험도 평가에서는 소방활동이 곤란한 장소로서 폭원이 5M미만의 골목길, 협소도로를 찾아서 확산범위를 버퍼링을 통해 표현하였다.
- 지진에 의해 발생하는 건물 도괴, 화재, 대피의 어려움 등과 같은 대표적인 재해를 규정하고, 토 지이용 실태, 인구밀도, 건물유형, 도로구조 등과 같은 각 재해의 위험요소를 도출하여 정량화 하고 이를 분석하여 위험도를 결정하였다. 또한 분석된 위험도를 기반으로 하여, 재해 발생의 최소화와 대비를 위한 개선 방 안을 제시했으며, 활용의 예로 대피 시나리오를 구축하였다.
- 대피예상인구를 유효도로면적으로 나누어 주면 군집밀도가 계산된다. 본 연구에서는 군집밀도를 계산하기 위해서 가로 100m, 세로 100m의 지역을 기준으로 총 대피 인구수와 총 유효 도로면적을 산출하였다. 인구 Shape와 도 로 Shape를 각각 100m Grid로 변환하여 이를 ArcGIS 에서 제공하는 Raster Calculatore를 이용하여 두 그리드를 나누어주면 해당 Grid에 각각의 군집밀도를 갖게 된다.
- 평가한 연소위험도로 구분될 수 있다. 본 연구에서는 이 세 위험도를 중첩하여 분석한 후 문제점 등을 도출하였다.
- 본 연구에서는 지진에 대한 지역위험도를 건물도괴와 화재, 재해시의 대피로 한정하여, 건축물대장, 지적도 도시계획조사자료, 지질도와 인구통계자료를 활용하고, 또한 필요시 현장조사를 통하여 직접 관련 자료를 수집하여 위험도를 정량적으로 분석하였다.
- 마. 수치지형도의 1:1000 등고선을 TIN으로 변환하고, 이를 ArcGIS의 SPATIAL ANALYSTO 기능을 사용하여 경사도를 분석 하였으며, 대피위험도를 계산하기 위하여 도로 레이어 속성의 폭과 길이를 곱하여 도로면적을 구하였다.
- 인구Shape를 주.야간으로 구분 생성한 후 동일 도로 Grid와 Raster Calculating하여 주간군집 밀도와 야간군집밀도를 구하였고 도로주차현황과 예상대 피 장애물로 판단될 요소들을 현장조사를 통해 정성적 분석의 결과를 첨부하여 각종 대피위험도를 구하였다.
- 지진재해와 관련된 국내의 연구로는 주로 지구 물리학적 방법에 의해 수행되었는데, 대표적으로 이기화 등(1997)이 서울지역의 지진위험 분석을 위하여 MMI 5 이상의 한반 도 지진자료에 근거하여 서울 수도권일원의 확률론적인 지진위험도를 점지진원방법에 의해 분석한 바 있으며, 김소구 등(2000)은 서기 2년부터 1977년까지 남북한의 역사 지진과 초기 계기 지진(1905-1977) 목록을 이용하여 남한 지진 규모로 재조정된 지진 목록을 작성하여 한국의 지진 위험도를 산출한 바 있다. 이 연구에서는 지진 위험도를 작성하기 위하여 지진 발생 분포와 지체 구조의 특성을 고려하여 4개의 지진구를 설정하고 계기 지진 목록을 통하여 각 지역에 해당하는 지지반 가속도를 산출하는 방법으로 위험도를 나타내었다.
- 지진 발생 시 건물도괴나 화재로 인하여 폭원5M미만의 도로는 도로로서의 기능을 상실하므로 소방력의 접근을 어렵게 할 뿐만 아니라 화재확산의 원인이 되며, 또한 폭원5M 의 도로는 주변건물 화재 발생시 옮겨 붙을 수 있다. 이러한 가정 하에 해당도로를 기준으로 화재시 1차적으로 피해 볼 수 있는 범위를 7m, 2차 확산피해지역을 14m, 3차 확산피해지역을 21m로 하여 중복 버퍼링하였다(현 지답사결과 골목길에 접한 건물의 폭은 평균 7m로 계산 되었다.).
- 사.인구에 대한 자료는 지적도의 주민등록상에 등록된 지번에 해당 인구수를 카운트한 후 표시하여 인구 레이어를 만들어 분석에 이용하였으며, 상주인구는 주민등록DB로 유동인구에 대해서는 각 업종별 인구수를 분석한 후 적용하였다.
- 바. 전체 도로 면적에 도로를 점유하고 있는 주차차량이나 시설물의 면적, 건물도괴나 화재로 인해 예상되는 차폐 면적을 차감하여 유효도로면적을 산출하였다.
- 위의 주간인구를 각각 건축물에 배분해야 하기 위해서는 각 개별건물의 용도별배분과 연면적 배분이 고려되어야한다. 주간인구의 용도별 배분을 위하여 본 대상지의 법정동 상주인구를 기준으로 적정 배분 후 무작위 200명에게 설문조사를 하여 평일 특정시간(오전10시~오전11 시)을 기준으로 설문당사자의 가족이 활동할 것으로 예측되는 공간을 조사하였다.
- 건물도괴위험도는 지반조건과 밀접하게 관련되며, 연 약한 지반이 두껍게 퇴적되어 있는 지역일수록 건물피해가 심각하다. 지반의 지진동 특성을 명확하게 하는 방법으로는 특정의 지진을 설정해서 지반을 모델화하고 응답계산을 통해 지반을 분류하는 방법이 있으나, 지진의 특징이나 파괴양식 및 규모 등을 특정화 하는 것이 현실적으로 용이하지 않으며 본 연구의 목적이 피 해상정을 하여 구체적인 피해량을 산정하는 것이 아니므로 지반에 대한 분석은 건축물의구조기준등에관한 법률 제14조 2항 제5호 지반계수의 분류에 의거 분석하였다(표 1).
- 대피예상인구는 지역의 주야간인구에 의해 결정되는 데, 야간인구는 상주인구로서 주민등록에 의해 파악할 수 있으며(표 7), 주간인구는 주간에 활동하고 있는 인구로 서 건물용도별 특정시간에 활동예상지역(표 8)을 설문을 받아 추정하였다. 지진 시 사용 가능한 도로 면적은 도로 의 폭원과 길이를 곱하여 구하며, 또한 지진 시 건물도괴에 의한 차폐면적은 정량화하기 힘들기 때문에 이를 제외한 나머지 속성으로 구한 대피위험도와 건물도괴위험도 의 중첩으로 파악하였다.
- 이에 본 연구에서는 지진 으로 인해 발생할 수 있는 각종 위험도를 GIS를 활용하여 분석하였다. 지진에 의해 발생하는 건물 도괴, 화재, 대피의 어려움 등과 같은 대표적인 재해를 규정하고, 토 지이용 실태, 인구밀도, 건물유형, 도로구조 등과 같은 각 재해의 위험요소를 도출하여 정량화 하고 이를 분석하여 위험도를 결정하였다. 또한 분석된 위험도를 기반으로 하여, 재해 발생의 최소화와 대비를 위한 개선 방 안을 제시했으며, 활용의 예로 대피 시나리오를 구축하였다.
- 본 연구에서는 지진으로 인해 발생할 수 있는 각종 위 험도를 GIS를 활용하여 분석하였다. 지진위험도를 건물 도괴위험도, 화재위험도, 대피위험도로 분류하고, 각 위 험도에 취약요소를 선정하여 분석해보았다. 연구의 대상 지로 선정한 전농동과 답십리동, 장안동 내에서의 상대분석 결과 장안동지역이 지반의 영향으로 다른 동보다는 위험도가 높게 나왔지만, 전농동과 답십리동은 지진에 취약 한 조적조 건물이 70%에 육박하고, 도로폭이 좁은 협소 도로가 많이 분포되어 화재시 많은 피해가 예상된다.
- 건물도괴위험도를 결정하기 위해선 지반에 대한 속성과 개별 건축물이 가지는 고유주기를 파악하여 예상 수평 운동치를 구하여야 하며, 또한 건축물의 강도와 연성능력, 노후도, 경사도 대한 종합적 분석이 필요하다. 현실적으로 각 개별건물에 대한 내진성능을 측정하기에는 많은 시간과 노력이 필요하므로 본 연구에서는 진도에 따른 건축물의 도괴정도를 파악화는 것이 아니라, 위의 열거한 요소들에 대한 계수값(내진설계기준에서 사용하고 있는 계수로써 건물이 받는 지진하중을 계산하기 위해 사용되는 값)을 이용하여 상대적으로 취약한 건물을 찾아내는 방식으로 접근하였다. 건물도괴위험도는 각 계수의 산출된 값들의 최소값과 최대값의 범위를 구하고 이 범위 내에서 개별 건축물의 산출값의 백분율로 계산하여 아래의 수식에 의하여 계산되었다.
- 화재발생위험도는 건물도괴위험도에서 산출된 위험도 값과 화재보험협회에서 특수건물화재조사분석에서 사용한 폭발, 외부위험, 붕괴, 연기피해 등 일반적인 화재발생 요건을 고려한 안전율을 취약률(1-안전율)로 변환하여 이 값을 곱하여 평가하였다(국립 방재연구소 2002).
대상 데이터
- 나. 건축물도는 수치지형도에서 도형정보와 속성정보를 가지는 건물 레이어를 추출하여 획득하였다.
- 본 연구의 공간적 범위는 서울시 동대문구(전농동, 답십리동, 장안동) 지역으로 한반도 주요 지체구조 중 경기 육괴에 해당되는 곳이다. 이 지역은 다른 지체구조보다도 지질변동이 심하여 진도(MMI) 8의 홍성지진이 이 경기 육괴에서 발생하였다.
- 0까지의 여파가 전달되었다. 지난 1978년 충남 홍성에서 지진에 의해 피해가 발생한 이후 발생한 지진 피해의 사례이다. 이러한 최근의 잦은 지진 사례를 고려한다면 한반도 지역과 그 주변지역에 지진에너지가 응축되어 있다고 볼 수 있으며, 더 이상 지진 안전지대가 아님을 시사하고 있다.
- 이 지역은 다른 지체구조보다도 지질변동이 심하여 진도(MMI) 8의 홍성지진이 이 경기 육괴에서 발생하였다. 지진이 발생했던 지역에는 긴 시간 동안 에너지가 축적되어 재발하는 경향이 있으므로 인근 지역에는 향후 강력한 지진이 발생할 가능성이 높다고 할 수 있고 남한산성에서 탄천으로 탄천에서 중랑천으로 이 어지는 단층과 한강을 따라 존재하는 단층이 지나가고 있어 여타 지역보다 그 위험도가 높다고 할 수 있어 본 지역을 연구지역으로 선택하였다.
데이터처리
- 위험도 분석을 위하여, 건축물대장, 지적도, 도시계획조사자료, 지질도와 인구통계자료 및 현장 조사 자료 등의 기초 데이터를 아래와 같이 가공하였다. 기초데이터 중 지형도와 지적도는 도형데이터와 속성데이터를 가지고 있는 공간데이터이며 이들을 상용프로그램인 ArcGIS를 이용하여 가공하였다.
이론/모형
- 1538이다. 본 연구에서는 대상지내 최소값과 최 대값의 범위 안에서 상대적인 지진위험도를 QUANTILE 통계기법6)으로 5등분 하여 나타내었다(그림 2). 전체적 으로 적색으로 표시된 높은 도괴위험도를 가진 건물은 장 안동 일대에 분포함을 알 수 있고, 그 외에 급경사지의 건물, 조적조의 건물, 그리고 심하게 노화된 건물 등에서 높은 도괴위험도를 나타냄을 확인하였다.
- 644이다. 연구대상지 내에 있는 해당 건물을 건물도괴위험도 등 급 분류 방법과 같이 QUANTILE 통계기법을 사용하여 5등분 하였다. 화재하중위험도는 용도별 단위면적당 화 재하중과 해당건물 면적을 곱하여 산출되었다.
성능/효과
- 1. 지진발생시 건물도괴나 화재로 인하여 폭원5M미만의 도 로는 도로로서의 기능을 상실한다.
- 전체적으로 특별히 위험도가 높은 지 역을 선정할 수는 없으나, 평균 화재발생 위험율을 보면 장안동이 근소하게 높게 나타났음을 알 수 있다(표 11). 또한 국지적으로 건물도괴율이 높아 높은 화재 발생위험 도를 보인 지역, 주요소가 있어 높은 화재하중도를 보인 지역, 그리고 도로폭이 좁아 높은 연소위험도를 보인 지 역들이 높은 화재위험도를 보였음을 확인하였다.
- 고등학교에서 상당히 높게 나타나 다른 용도보다 학 교지역은 좁은 면적 안에 인구가 집중되어 주간대피위험 도에 취약함을 알 수 있다. 또한, 그 위험정도가 약하게 나왔지만, 대로변을 끼고 위치한 상업시설에서 야간보다는 높은 위험도를 보였다. 반면, 야간대피위험도의 경우 서울시립대지역과 청량리역사 지역, 장안동 외곽과 답십 리 대로변의 상업지역은 낮은 것을 알 수 있다.
- 지진위험도를 건물 도괴위험도, 화재위험도, 대피위험도로 분류하고, 각 위 험도에 취약요소를 선정하여 분석해보았다. 연구의 대상 지로 선정한 전농동과 답십리동, 장안동 내에서의 상대분석 결과 장안동지역이 지반의 영향으로 다른 동보다는 위험도가 높게 나왔지만, 전농동과 답십리동은 지진에 취약 한 조적조 건물이 70%에 육박하고, 도로폭이 좁은 협소 도로가 많이 분포되어 화재시 많은 피해가 예상된다. 이에 장기적인 안목에서 개별건물의 내진 설계를 강화하고, 소방도로 정비를 해야 할 것이다.
- 본 연구에서는 대상지내 최소값과 최 대값의 범위 안에서 상대적인 지진위험도를 QUANTILE 통계기법6)으로 5등분 하여 나타내었다(그림 2). 전체적 으로 적색으로 표시된 높은 도괴위험도를 가진 건물은 장 안동 일대에 분포함을 알 수 있고, 그 외에 급경사지의 건물, 조적조의 건물, 그리고 심하게 노화된 건물 등에서 높은 도괴위험도를 나타냄을 확인하였다. 이러한 건물도 괴위험도의 등급은 지진 안전 검사, 보완 및 대책 수립에 대한 우선순위를 부여흐]는데 활용될 수 있을 것이다.
- 이러한 화재와 관련된 위험도를 종합하여 중첩한 결과는 그림 3과 같다. 전체적으로 특별히 위험도가 높은 지 역을 선정할 수는 없으나, 평균 화재발생 위험율을 보면 장안동이 근소하게 높게 나타났음을 알 수 있다(표 11). 또한 국지적으로 건물도괴율이 높아 높은 화재 발생위험 도를 보인 지역, 주요소가 있어 높은 화재하중도를 보인 지역, 그리고 도로폭이 좁아 높은 연소위험도를 보인 지 역들이 높은 화재위험도를 보였음을 확인하였다.
후속연구
- 본 연구의 결과는 미처 고려되지 않은 인자들로 인하여 다소 왜곡되어 나타났을 수도 있으며, 이를 현시점에서 정량적으로 분석할 수는 없었다. 그러나 지진과 같은 재해와 관련된 필요자료의 수집 및 구축, 그리고 GIS를 통한 분석과 대피시나리오의 작성과 같은 일련의 연구진행 과정들은 향후 각종 재해의 연구와 방재 분야의 연구에 있어 하나의 지표로서 활용될 수 있을 것으로 판단된다. 물론 정확한 자료의 구축 인자의 구성과 할당을 바탕으로 한 GIS 분석이 신뢰할 수 있는 결과를 도출할 것이다.
- 고등학교에서 상당히 높게 나타나 다른 용도보다 학교지역은 좁은 면적 안에 인구가 집중되어 취약함을 알 수 있었고, 야간에는 아파트단지를 낀 지역이 높은 위험도를 나타내고 있는데, 이는 25층 정도의 고층아파트가 밀집과 도로의 부족이 원인이 된다. 도출된 대피위험도는 대피 시나리오를 작성 하는데 활용될 수 있음을 보였으며, 본 연구를 통하여 도출되고 분석된 건물도괴위험도, 화재발생위험도, 화재하 중위험도등은 비록 상대적인 위험도지만 우선적으로 위험도가 높은 건물을 관리, 보수할 수 있는 좋은 자료가 될 수 있다. 판단된다.
- 그러나 지진과 같은 재해와 관련된 필요자료의 수집 및 구축, 그리고 GIS를 통한 분석과 대피시나리오의 작성과 같은 일련의 연구진행 과정들은 향후 각종 재해의 연구와 방재 분야의 연구에 있어 하나의 지표로서 활용될 수 있을 것으로 판단된다. 물론 정확한 자료의 구축 인자의 구성과 할당을 바탕으로 한 GIS 분석이 신뢰할 수 있는 결과를 도출할 것이다.
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