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문제 정의
- 본 연구는 자연재해 중 홍수재해를 중심으로 도시지역의 지역적 특성이 반영된 지역안전도 평가모형의 개발을 목적으로 한다. 제안된 지역안전도 평가는 위험지역 및 취약지역을 파악하여 홍수재해에 대한 예방, 대비, 대응 등 중장기 홍수저감 대책의 수립시 투자 우선순위 결정에 이용될 수 있는 것이며, 지역안전도평가 모형의 적용성 검토를 위하여 본 연구에서는 대표적인 도시유역인 서울시를 대상으로 평가를 수행하였다.
- 해외에서는 주로 위험도(Risk) 평가, 위험도 분석 등과 같은 용어를 사용하고 있으며, 국내에서는 소방방재청 (2005), 자연재해대책법 등에서 지역안전도라는 용어가 이용되고 있는 상황이다. 본 연구에서는 지역안전도 평가를 수행하기 위해서 위험도 평가를 이용하는 방안을 마련하고자 한다. 이를 위해, 지역안전도 평가는 지역위험도 평가보다 더 큰 개념으로써 위험 항목별 요인들을 조합한 위험도에 저감성을 고려한 것이라고 정의하고자 한다.
제안 방법
- 각 세부항목 별 계량화 및 표준화한 자료를 바탕으로 서울시에 대해서 시범적용을 실시하였다. 표 1의 각 세부항목별 평가 결과를 조합하여 위험성 지수 및 저감성 지수를 식 4와 식 5에 의해 산정할 수 있으며, 분석 결과는 자연적 구분법에 의해 그림 4와 같이 A(小) 부터 E(大)까지 5등급으로 구분하였다.
- 각 인자별 자료의 획득은 지역별 강우영향을 평가하기 위한 강우량 자료는 구청별 관측 자료를 이용하였으며, 홍수에 영향을 주는 호우주의보 발령 기준인 시간당 20mm 이상의 강우 발생 횟수를 기준으로 자료를 구축하였고, 유출량 증가를 야기시키는 불투수포장 비율은 서울 도시생태현황도(2005)에 수록된 서울지역 토지이용현황을 조사한 후 대상 소유역인 동별 불투수토포비율을 산정하였다. 저지대 지역은 서울시를 관류하는 하천인 한강의 홍수위를 기준으로 하여 한강의 계획홍수위(200년 빈도) 이하인 지역을 저지대로 분류하였으며, 침수면적은 침수피해주택관리 대장을 기반으로 작성된 서울시 침수흔적도(서울시, 2004)를 이용하여 침수지역의 면적을 해당지역의 침수면적비로 계산하여 자료를 구축하였다.
- 점수할당법은 인자 수가 증가하면 작성자들의 배점이 곤란 하다는 것이 단점이다. 그러나 본 연구에서는 안전도 평가 영향을 미칠 수 있는 요인을 크게 위험성과 저감성으로 나누고, 이들을 각각 계층적 구조를 통해 점수할당법의 단점을 보완하고, 작성자들이 손쉽게 균형 잡힌 가중치를 산정할 수 있도록 하였다. 가중치를 산정하기 위해 학계, 연구소, 기업체, 국가기관 종사자 50명을 대상으로 경력은 대부분 관련 직종 3년 이상의 경력자로서 하천 및 방재 분야, 도시계획, 기상, 댐 관리 등의 전문가에게 조사를 실시하였다.
- 또한, 임의지역의 홍수피해에 영향을 미치는 인자들을 선정하여도 인자마다 단위나 가중치가 다르기 때문에 단순히 합산하여 비교할 수 없다. 따라서 인자 값들의 크기와 단위에 따른 편차문제를 해소하기 위해서는 표준화하는 과정이 필요하며 본 연구에서는 Z점수법과 T점수법을 이용하여 표준화를 하였다. Z 점수법은 어떤 분포의 원점수(raw score)를 표준점수 Z로 바꾸면 평균이 0, 표준편차가 1인 단위정상분포가 되기 때문에 산술적 조작을 쉽게 할 수 있고, 분포가 다른 점수들을 서로 비교할 수 있는 방법이다.
- 일반적으로 인구가 많으면 자산밀도가 높고, 사회 간접시설이 많을 것이라는 추론을 할 수 있기 때문이다. 따라서 인자간 독립성에 대한 통계적 검토가 필요하며, 이를 위해 각 인자들의 상관관계를 검토하였다. 각 변수 사이에 상관 관계가 있는지 어떤지를 수치적으로 판단하는 데는 상관계수라고 부리는 지표를 이용한다.
- 본 연구에서 개발한 모형은 홍수재해에 대한 위험성과 저감성을 고려하여 지역별 상대적인 안전도를 정성적으로 평가할 수 있는 모형으로 구 또는 시에서 지역방재계획 등의 수립 시 위험성과 저감성의 수준을 파악할 수 있으며 이들을 고려한 지역의 안전도 수준을 파악하는 기준이 될 것이다.
- 본 연구에서는 연구의 목적과 연구기간 등을 고려할 때 인자간의 중요도 파악이 가능하고, 작성자가 쉽게 작성할 수 있으며, 짧은 기간에 신속하게 균형 잡힌 가중치를 산정할 수 있는 점수할당법을 적용하였다. 점수할당법은 인자 수가 증가하면 작성자들의 배점이 곤란 하다는 것이 단점이다.
- 본 연구에서는 지역안전도 평가 결과에 대한 최적 평가등급 분류법을 결정하기 위해 4가지 등급 분류법인 자연적 구분법(Jenks최 적화방법), 등간격법, 표준편차법, 분위법을 표 5와 같이 각 분류법의 오차지수를 산정하여 비교하였다.
- 여기서, RI는 위험성 지수(Risk Index), MI는 저감성 지수(Mitigation Index), Fn은 자연적 요인, Fd는 과거피해 요인, Fs는 사회적 요인, Ff는 시설적 요인, Fa는 행정적 요인, α1, α2, α3, α4, α5는 계수이며, 가중치 산정을 위한 설문조사 결과를 이용하였다.
- 자산밀도는 표준공시지가 자료를 수집한 후 면적 평균하여 행정구역별 평균 표준공시지가 자료를 구축하여 자산밀도를 평가하는 자료로 활용하였으며, 사회간접시설은 홍수재해발생시 주로 피해를 입는 도로 및 철도에 대하여 평가하여, 행정구역별 도로 및 철도의 밀도를 계산하여 자료를 구축하였다. 외수방어능력은 행정구역별 인접하천의 개수율로 산정하였으며, 내수 방어능력은 행정구역별 배수관거의 총 체적에 행정구역면적을 나눈 행정구역별 배수관거의 용량으로 평가 자료를 구축하였다. 홍수조절 용량은 빗물펌프장의 처리능력인 빗물펌프장의 혜택을 입는 몽리면적을 행정구역의 면적으로 나눈 행정구역별 몽리면적비를 산정하여 평가 자료를 구축하였고, 행정적 요인은 홍수 재해저감을 위한 비구조물적인 대책을 고려하는 요인으로 소방방재청에서 시행하는 재난피해저감능력 진단점수를 이용하였다.
- 이를 위하여 그림 3와 같이 GIS tool을 이용하여 각 요소들의 레이어를 중첩시킨 후 각 요소별 최소 단위인 구 및 동별로 분할한 후각 영역의 속성정보인 인자들의 점수를 지역 안전도 평가를 위한 최소 공간단위인 동단위로 면적 평균하여 통합하였다. 요소별 평가는 각 인자별 가중치를 부여하는 가중 합을 통하여 산정하였다.
- 이를 위하여 그림 3와 같이 GIS tool을 이용하여 각 요소들의 레이어를 중첩시킨 후 각 요소별 최소 단위인 구 및 동별로 분할한 후각 영역의 속성정보인 인자들의 점수를 지역 안전도 평가를 위한 최소 공간단위인 동단위로 면적 평균하여 통합하였다. 요소별 평가는 각 인자별 가중치를 부여하는 가중 합을 통하여 산정하였다.
- 스크리도표로부터 본 분석 시 고유값 1 기준을 만족시키는 요인은 세 개임을 알 수 있다. 이를 통하여 홍수 위험성을 자연적 요인, 과거피해 요인, 사회적 요인으로 구분하였다.
- 홍수피해액은 재해연보에 기록된 과거 10년간 지역별 평균피해액자료를 산정하여 피해액 밀도로 환산하여 자료를 구축하였으며, 인구는 서울시 주민등록인구통계자료를 이용하여 인구를 수집 한 후 행정구역별 인구 밀도로 환산하여 자료를 구축하였다. 자산밀도는 표준공시지가 자료를 수집한 후 면적 평균하여 행정구역별 평균 표준공시지가 자료를 구축하여 자산밀도를 평가하는 자료로 활용하였으며, 사회간접시설은 홍수재해발생시 주로 피해를 입는 도로 및 철도에 대하여 평가하여, 행정구역별 도로 및 철도의 밀도를 계산하여 자료를 구축하였다. 외수방어능력은 행정구역별 인접하천의 개수율로 산정하였으며, 내수 방어능력은 행정구역별 배수관거의 총 체적에 행정구역면적을 나눈 행정구역별 배수관거의 용량으로 평가 자료를 구축하였다.
- 각 인자별 자료의 획득은 지역별 강우영향을 평가하기 위한 강우량 자료는 구청별 관측 자료를 이용하였으며, 홍수에 영향을 주는 호우주의보 발령 기준인 시간당 20mm 이상의 강우 발생 횟수를 기준으로 자료를 구축하였고, 유출량 증가를 야기시키는 불투수포장 비율은 서울 도시생태현황도(2005)에 수록된 서울지역 토지이용현황을 조사한 후 대상 소유역인 동별 불투수토포비율을 산정하였다. 저지대 지역은 서울시를 관류하는 하천인 한강의 홍수위를 기준으로 하여 한강의 계획홍수위(200년 빈도) 이하인 지역을 저지대로 분류하였으며, 침수면적은 침수피해주택관리 대장을 기반으로 작성된 서울시 침수흔적도(서울시, 2004)를 이용하여 침수지역의 면적을 해당지역의 침수면적비로 계산하여 자료를 구축하였다. 홍수피해액은 재해연보에 기록된 과거 10년간 지역별 평균피해액자료를 산정하여 피해액 밀도로 환산하여 자료를 구축하였으며, 인구는 서울시 주민등록인구통계자료를 이용하여 인구를 수집 한 후 행정구역별 인구 밀도로 환산하여 자료를 구축하였다.
- 홍수재해에 대한 지역안전도를 평가하기 위해서는 홍수피해에 영향을 미치는 요인들을 선정하고, 이들을 대표할 수 있는 인자를 도출하여야 한다. 지역안전도 평가를 위한 요인별 인자는 홍수피해 원인 조사 자료를 토대로 인자선정 원칙과 자료의 구득용이성을 검토하여, 선정하였다. 지점별 자료이거나 자료구득이 어려운 경우는 인자선정에서 제외하였으며, 다른 인자와의 관련성이 높은 인자들은 가장 대표적인 인자를 선정하였다.
- 지역안전도 평가의 요소별 평가는 인자별로 구축된 자료를 표준화한 후 홍수피해 요인별 (위험성, 저감성) 평가를 위하여 각 인자별로 산정된 가중치를 인자에 곱한 후 요소별로 합산하여 평가 점수를 산정하였다. 하지만 요소별로 구축된 자료들이 자료의 성격에 따라 구단위 또는 행정동 단위, 법정동 단위와 같이 공간적 범위가 상이하게 구축되어 이들에 대한 통일화 과정이 필요하다.
- 홍수 피해를 저감시키는 홍수 저감성은 구조물적 대책을 통한 홍수방어시설의 확대로 홍수피해위험을 저감할 수 있는 영향을 반영한 시설적 요인과 지역별 저감, 대비, 대응, 복구 대책 마련을 통해 홍수피해위험을 저감할 수 있는 영향을 반영한 행정적 요인으로 구분하였다. 각 요인을 대표할 수 있는 인자들을 각각 2, 3개씩 선정하였으며, 최종적으로 선정된 인자는 모두 12개이며, 표 1과 같다.
- 외수방어능력은 행정구역별 인접하천의 개수율로 산정하였으며, 내수 방어능력은 행정구역별 배수관거의 총 체적에 행정구역면적을 나눈 행정구역별 배수관거의 용량으로 평가 자료를 구축하였다. 홍수조절 용량은 빗물펌프장의 처리능력인 빗물펌프장의 혜택을 입는 몽리면적을 행정구역의 면적으로 나눈 행정구역별 몽리면적비를 산정하여 평가 자료를 구축하였고, 행정적 요인은 홍수 재해저감을 위한 비구조물적인 대책을 고려하는 요인으로 소방방재청에서 시행하는 재난피해저감능력 진단점수를 이용하였다.
- 저지대 지역은 서울시를 관류하는 하천인 한강의 홍수위를 기준으로 하여 한강의 계획홍수위(200년 빈도) 이하인 지역을 저지대로 분류하였으며, 침수면적은 침수피해주택관리 대장을 기반으로 작성된 서울시 침수흔적도(서울시, 2004)를 이용하여 침수지역의 면적을 해당지역의 침수면적비로 계산하여 자료를 구축하였다. 홍수피해액은 재해연보에 기록된 과거 10년간 지역별 평균피해액자료를 산정하여 피해액 밀도로 환산하여 자료를 구축하였으며, 인구는 서울시 주민등록인구통계자료를 이용하여 인구를 수집 한 후 행정구역별 인구 밀도로 환산하여 자료를 구축하였다. 자산밀도는 표준공시지가 자료를 수집한 후 면적 평균하여 행정구역별 평균 표준공시지가 자료를 구축하여 자산밀도를 평가하는 자료로 활용하였으며, 사회간접시설은 홍수재해발생시 주로 피해를 입는 도로 및 철도에 대하여 평가하여, 행정구역별 도로 및 철도의 밀도를 계산하여 자료를 구축하였다.
대상 데이터
- 그러나 본 연구에서는 안전도 평가 영향을 미칠 수 있는 요인을 크게 위험성과 저감성으로 나누고, 이들을 각각 계층적 구조를 통해 점수할당법의 단점을 보완하고, 작성자들이 손쉽게 균형 잡힌 가중치를 산정할 수 있도록 하였다. 가중치를 산정하기 위해 학계, 연구소, 기업체, 국가기관 종사자 50명을 대상으로 경력은 대부분 관련 직종 3년 이상의 경력자로서 하천 및 방재 분야, 도시계획, 기상, 댐 관리 등의 전문가에게 조사를 실시하였다. 조사대상자 50명 중에서 조사에 응답한 사람은 44명으로서 회수율은 88%였으며 평가인자별 가중치는 표 1과 같다.
- 각 요인을 대표할 수 있는 인자들을 각각 2, 3개씩 선정하였으며, 최종적으로 선정된 인자는 모두 12개이며, 표 1과 같다.
- 본 연구는 자연재해 중 홍수재해를 중심으로 도시지역의 지역적 특성이 반영된 지역안전도 평가모형의 개발을 목적으로 한다. 제안된 지역안전도 평가는 위험지역 및 취약지역을 파악하여 홍수재해에 대한 예방, 대비, 대응 등 중장기 홍수저감 대책의 수립시 투자 우선순위 결정에 이용될 수 있는 것이며, 지역안전도평가 모형의 적용성 검토를 위하여 본 연구에서는 대표적인 도시유역인 서울시를 대상으로 평가를 수행하였다.
- 가중치를 산정하기 위해 학계, 연구소, 기업체, 국가기관 종사자 50명을 대상으로 경력은 대부분 관련 직종 3년 이상의 경력자로서 하천 및 방재 분야, 도시계획, 기상, 댐 관리 등의 전문가에게 조사를 실시하였다. 조사대상자 50명 중에서 조사에 응답한 사람은 44명으로서 회수율은 88%였으며 평가인자별 가중치는 표 1과 같다. 전문가들은 홍수피해 안전도는 주로 강우량과 같은 자연적 요인과 시설적 요인과 저감능력점수 등에 높은 점수를 줌으로써, 정확한 홍수예경보와 구조적, 비구조적 대책 수립을 통해 안전도를 높일 수 있는 것으로 생각하고 있는 것으로 나타났다.
데이터처리
- 요인 검증을 위해 통계 분석 프로그램인 SPSS를 이용하여 요인분석을 수행하였다. 요인분석 방법으로 주성분 분석을 이용하였고, 요인 회전방법으로 직각 회전방식 중 베리멕스법(Varimax)을 이용하였다.
이론/모형
- 요인 검증을 위해 통계 분석 프로그램인 SPSS를 이용하여 요인분석을 수행하였다. 요인분석 방법으로 주성분 분석을 이용하였고, 요인 회전방법으로 직각 회전방식 중 베리멕스법(Varimax)을 이용하였다. 그 결과 표 3과 같이 세 요인에 대한 각 인자별 적재량을 추출하였고, 각 요인에 높게 적재된 변수들을 중심으로 요인의 명칭을 부여 할 수 있다.
성능/효과
- 으로 평가하며, 1에 가까울수록 상관이 강하다는 것을 의미한다. 변수들 간의 상관계수를 검토한 결과 선별 인자간의 상관관계는 낮게 나타나며, 각 인자간의 독립성이 보장됨을 확인할 수 있었다.
- 오차지수 산정결과 오차지수가 1에 가장 가까운 자연분류법(jenks최적화방법)으로 분류한 것이 가장 적합하다고 할 수 있다.
- 조사대상자 50명 중에서 조사에 응답한 사람은 44명으로서 회수율은 88%였으며 평가인자별 가중치는 표 1과 같다. 전문가들은 홍수피해 안전도는 주로 강우량과 같은 자연적 요인과 시설적 요인과 저감능력점수 등에 높은 점수를 줌으로써, 정확한 홍수예경보와 구조적, 비구조적 대책 수립을 통해 안전도를 높일 수 있는 것으로 생각하고 있는 것으로 나타났다.
후속연구
- 즉행정구역의 수가 증가될수록(동별 평가) 공간적 분포는 상세하게 나타나게 되고, 반면에 행정구역의 수가 적을수록(구별평가) 공간적 분포는 개략적으로 표현된다. 본 연구에서는 동단위로 시범 적용한 것으로써 치수방재사업을 수행 및 대책 마련을 위해서는 소단위구역별 관련 자료의 축적이 요구된다.
- 본 연구에서 개발한 모형은 홍수재해에 대한 위험성과 저감성을 고려하여 지역별 상대적인 안전도를 정성적으로 평가할 수 있는 모형으로 구 또는 시에서 지역방재계획 등의 수립 시 위험성과 저감성의 수준을 파악할 수 있으며 이들을 고려한 지역의 안전도 수준을 파악하는 기준이 될 것이다. 이를 토대로 홍수재해예방사업의 방향성 및 투자 우선순위 결정에 도움이 될 것으로 판단된다.
- 자료의 계량화를 통해 홍수피해에 대한 안전도를 지표화하여 각 지역별 상대적인 홍수 피해 안전도 정도를 손쉽게 파악할 필요가 있다. 또한, 임의지역의 홍수피해에 영향을 미치는 인자들을 선정하여도 인자마다 단위나 가중치가 다르기 때문에 단순히 합산하여 비교할 수 없다.
- 추후 다른 도시들에 대한 시범적용을 통하여 모형의 적용성을 높이고, 구체적인 방재시설설치 및 계획을 위해서는 통합 내 배수범람 모형과 같은 정량적인 분석 모형의 개발과 이를 통한 계획이 필요할 것이다.
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