[논문]부산 영도 해안의 해수면 상승에 따른 침수대책 연구

홍성기; 강영훈; 이한석

doi:10.5394/kinpr.2013.37.4.409

부산 영도 해안의 해수면 상승에 따른 침수대책 연구
A Study on Flooding Prevention Scheme due to Sea Level Rise at Young-do Coast in Busan 원문보기

한국항해항만학회지 = Journal of navigation and port research, v.37 no.4, 2013년, pp.409 - 418

홍성기 (한국해양대학교 해양건축공학과) , 강영훈 (한국해양대학교 해양과학기술연구소) , 이한석 (한국해양대학교 해양공간건축학과)

초록
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기후변화로 인한 해수면 상승이 우리나라 연안에 장기적으로 큰 영향을 줄 것으로 예측되어 다양한 방법을 사용하여 연안에 대한 해수면 상승의 취약성 평가가 이루어지고 있다. 본 연구에서는 사면이 바다와 접해 해수에 의한 침수가 빈번하여 향후 해수면 상승에 의한 피해가 클 것으로 예상되는 부산의 영도 해안을 대상으로 해수면 상승이 해안에 미치는 영향을 알아보고 그 대책을 마련하였다. 먼저 잠재적 해수면 상승률을 바탕으로 CAD를 이용한 해수면 상승 시뮬레이션을 실시하였으며 다음으로 시뮬레이션결과를 바탕으로 침수범위와 재해위험 지역을 종합적으로 고려하여 피해 예상지역을 추출하였고 최종적으로 침수특성에 따라 지구별로 세분하여 해당 지구에 적합한 대응전략을 수립하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

On the assumption of the rise of sea level, the inundation vulnerabilities on coastal areas of Korea are evaluated in different ways. The propose of this study is to find out the influences of sea level rise caused by global warming at Young-do coastal area, and to suggest the prevention schemes against the flooding damage caused by the sea level rise. The potential rates of sea level rise are assumed and with these rates the inundation vulnerabilities are simulated using CAD program. With the virtual maps, as the results of the previous CAD simulation, this study attempts to suggest the flood prevention schemes for each sector of damage-expected coastal area.

주제어

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문제 정의

하지만 미래 발생할 해수면 상승량을 정확하게 예측하기 어렵고 또한 해수면 상승과 태풍해일 등의 복합적 요인에 의한 침수취약성 및 그 대책이 명확하게 마련되어 있지 않다. 따라서 본 연구는 부산 영도 해안을 대상으로 단계별 해수면 상승에 따른 지역별 침수취약성을 예측하고 지역 특성에 따른 건축 및 도시계획적 측면의 대책을 제안하는 것을 연구의 목표한 한다.
본 연구는 부산 영도 해안을 대상으로 해수면 상승에 의해 발생 가능한 침수취약지역을 조사하고 그 대책을 제시하였다. 영도 해수면 상승을 시나리오에 따라 시뮬레이션하고 지역별 토지이용 현황 및 지형적 특성 등을 고려하여 침수취약지역을 4개 SECTOR로 구분하였다.
한편 기존 선행연구에서는 GIS 프로그램을 이용한 지형 데이터를 통해 다양한 연구를 하였으나 본 연구에서는 지형을 실제로 모델링하여 정량적 해수면 상승 시 침수되는 면적과 범위를 알고자 하는데 목적을 두었다. 앞서 언급한 대부분 연구에서 LiDAR과 GIS 프로그램을 활용하였으며 해수면 상승 이외의 다양한 요소를 적용하여 정량적인 침수규모만을 예측하기에는 어려움이 있다.

가설 설정

해수면 상승의 경우 IPCC에서 내놓은 2100년까지 0.59m ~ 1m 상승기준을 반영하여 최소 0.6m 상승한다는 가정 하에 우리나라가 속한 북서태평양 해역의 해수면상승률이 연간 5mm 안팎인 것을 고려하여 Oh et al(2011)에서 적용한 단계별 해수면상승 시나리오를 참조하여 단계별 0.2m, 0.4m, 0.6m로 정하였다.

제안 방법

(2008)는 GIS기법을 이용하여 충남지역 서해안에 대해서 침식취약지도를 작성하였다. 0.5m, 1m, 3m, 5m 해수면 상승 시나리오를 적용한 만조 시 예상수위를 통해 토지이용별 침수취약지를 분석하였고 그에 대한 영향으로 침식 및 침수 위험도를 분석하였다.
SECTOR-1 침수대책은 Fig.6과 같이 A, B, C, D 구역으로 나누어 각각 특성을 고려하여 적합한 대책을 제시하고자 한다.
구체적인 연구방법으로는 영도의 해수면 상승에 따른 침수취약성 평가를 위해 표고 및 수심 자료와 1:5000 수치지도의 등고선 및 등심선을 토대로 영도의 지형모델을 CAD로 작성하고 고해상도 이미지를 적용하여 해수면 상승에 대한 시뮬레이션을 실시한다. 시뮬레이션에서는 먼저 해수면을 평행단면으로 하여 정상적 해수면 상승과 더불어 조석 및 태풍 해일에 의한 영향을 고려한 해수면 상승 변화시나리오를 설정한다.
3과 같이 네 개 SECTOR로 세분하였다. 그리고 각 SECTOR별로 2차원 지형지도와 침수면적분포도를 작성하여 침수위치와 범위를 정확하게 파악하고 이에 따른 침수대책을 마련하였다.
다음으로 조석의 경우 국립해양조사원에서 해안침수예상도 제작에서 대상지역별 고극조위, 저극조위, 연평균해수면 변화를 국립해양 조사원의 최고조위 및 평균 해수면 성과표를 바탕으로 분석하여 적용한다.
연구내용으로는 먼저 영도에서 해수면 상승 시나리오를 정하고 이를 바탕으로 해안지역 침수취약성을 분석하여 잠재적 위험지역을 파악한다. 다음으로 침수특성 및 지역 특성에 따라 침수취약지역을 세부구역으로 나누고 각 세부구역별로 건축 및 도시계획측면에서 침수대책을 제안한다.
또한 해일고의 경우 태풍의 이동경로, 이동속도, 내습각도, 중심기압 등 여러 매개변수가 복합적으로 작용하여 지역별로 불확실하게 변화하므로 충분하지 못한 과거 태풍정보로부터 정확한 해일고를 산정하는 것은 매우 어려운 실정이다. 따라서 본 연구에서는 Busan(2012)에서 적용한 영도지역 태풍 사라 해일고 측정치 1.26m와 미래 예상되는 슈퍼태풍 해일고 추정치 4.51m를 시나리오에 적용하였다.¹⁾ 한편 조석의 경우에는 국립해양조사원의 2012년 조석표에서 제시한 부산 영도지역 만조 시 수위 1.
그리고 시나리오별로 해수면 상승 시뮬레이션을 실시하여 해수면 아래에 잠기는 지역을 침수취약지역으로 정한다. 마지막으로 침수취약성과 토지이용현황 및 지형적 특성을 고려하여 침수취약지역을 침수구역으로 세분하고 침수구역별로 침수대책을 마련한다.
이상에서 결정한 요인별 시나리오를 바탕으로 침수취약성 분석을 위한 3차원 CAD시뮬레이션을 실시한다. 본 연구에서는 영도 해안의 지형을 반영하여 침수취약성을 분석하기 위해 Table 4와 같이 축척 1:5000 수치지형도 및 LiDAR 관측 자료와 Auto CAD 및 Sketch up 프로그램을 이용하여 지형을 모델링 한 후 CAD Map 3D 프로그램을 활용하여 지형을 분석하고 데이터를 구축하였다.
구체적인 연구방법으로는 영도의 해수면 상승에 따른 침수취약성 평가를 위해 표고 및 수심 자료와 1:5000 수치지도의 등고선 및 등심선을 토대로 영도의 지형모델을 CAD로 작성하고 고해상도 이미지를 적용하여 해수면 상승에 대한 시뮬레이션을 실시한다. 시뮬레이션에서는 먼저 해수면을 평행단면으로 하여 정상적 해수면 상승과 더불어 조석 및 태풍 해일에 의한 영향을 고려한 해수면 상승 변화시나리오를 설정한다. 그리고 시나리오별로 해수면 상승 시뮬레이션을 실시하여 해수면 아래에 잠기는 지역을 침수취약지역으로 정한다.
연구내용으로는 먼저 영도에서 해수면 상승 시나리오를 정하고 이를 바탕으로 해안지역 침수취약성을 분석하여 잠재적 위험지역을 파악한다. 다음으로 침수특성 및 지역 특성에 따라 침수취약지역을 세부구역으로 나누고 각 세부구역별로 건축 및 도시계획측면에서 침수대책을 제안한다.
본 연구는 부산 영도 해안을 대상으로 해수면 상승에 의해 발생 가능한 침수취약지역을 조사하고 그 대책을 제시하였다. 영도 해수면 상승을 시나리오에 따라 시뮬레이션하고 지역별 토지이용 현황 및 지형적 특성 등을 고려하여 침수취약지역을 4개 SECTOR로 구분하였다. 그 결과 SECTOR-1(남항동, 영선동 일대 및 봉래동 일부)과 SECTOR-3(동삼 3동 매립지 일대)가 다른 지역에 비해 침수에 대해 취약한 것으로 나타났다.
이상에서 결정한 요인별 시나리오를 바탕으로 침수취약성 분석을 위한 3차원 CAD시뮬레이션을 실시한다. 본 연구에서는 영도 해안의 지형을 반영하여 침수취약성을 분석하기 위해 Table 4와 같이 축척 1:5000 수치지형도 및 LiDAR 관측 자료와 Auto CAD 및 Sketch up 프로그램을 이용하여 지형을 모델링 한 후 CAD Map 3D 프로그램을 활용하여 지형을 분석하고 데이터를 구축하였다.
한편 해수면 상승에 따른 침수취약지역에 대한 도시계획 및 건축적 측면에서 실효성 있는 대책 마련을 위해 침수범위가 크게 나타나는 지역을 대상으로 토지이용현황(상업지역, 공업지역, 녹지지역, 일반주거지역 등) 및 그동안 침수피해이력 등을 토대로 Fig. 3과 같이 네 개 SECTOR로 세분하였다.
해수면 상승에 따른 침수취약성분석을 위해서는 해수면 상승과 더불어 조석, 해일고 등 세 가지 요인을 고려하여 분석한다. 이들 요인을 고려하여 미래 해수면 변화 시나리오를 먼저 정해야 하는데 이 경우 시나리오 선정 방법으로는 지구 평균치를 이용하는 방법, 지구평균치를 지역적인 기후자료를 이용하여 보정(downscaling)하는 방법, GCM(General Circulation Model:일반 해류 대순환 모델) 예측치(지역기후 모델 포함)를 이용하는 방법이 있다.

대상 데이터

51m를 시나리오에 적용하였다.¹⁾ 한편 조석의 경우에는 국립해양조사원의 2012년 조석표에서 제시한 부산 영도지역 만조 시 수위 1.37m를 적용하였다. 그 외 강수 및 하천 유출수 등 해수면 상승에 영향을 미치는 여러 간접 요인들이 있으나 본 연구에서는 이를 제외 하였다.

성능/효과

영도 해수면 상승을 시나리오에 따라 시뮬레이션하고 지역별 토지이용 현황 및 지형적 특성 등을 고려하여 침수취약지역을 4개 SECTOR로 구분하였다. 그 결과 SECTOR-1(남항동, 영선동 일대 및 봉래동 일부)과 SECTOR-3(동삼 3동 매립지 일대)가 다른 지역에 비해 침수에 대해 취약한 것으로 나타났다. 또한 SECTOR-2와 SECTOR-4의 경우 지형적 특성보다는 도시기반시설인 도로 구조적 결함, 배수로 용량 부족 등에 의해 침수가 발생하고 있으며 향후 해수면상승에 의해 더 많은 침수피해가 발생할 것으로 나타났다.
한편 연안에는 침수를 대비하여 다양한 방어벽(방파제 등)이 있어 이들에 의해 범람이 일어나지 않을 수도 있으며 태풍해일의 효과는 태풍의 비교적 짧은 경과 시간과 관련하여 연안의 좁은 지역에 한정하여 범람을 유발할 수도 있다. 따라서 본 연구에서 산출된 시뮬레이션 결과는 범람의 최대 가능 면적을 나타내며 이는 연안의 잠재적 위험을 나타낸다. 즉 본 연구 결과는 제한적인 측면이 존재하지만 향후 해수면 상승, 조석 및 태풍해일고에 대한 잠재적인 영향, 침수 및 범람가능 면적을 가늠하는 기준을 제공한다.
앞서 언급한 대부분 연구에서 LiDAR과 GIS 프로그램을 활용하였으며 해수면 상승 이외의 다양한 요소를 적용하여 정량적인 침수규모만을 예측하기에는 어려움이 있다. 따라서 본 연구에서는 CAD를 활용하여 해수면상승에 따른 침수취약지역 추출에 필요한 공통적인 요소만을 적용함으로서 보다 쉽고 정확하게 침수취약지역 및 침수규모를 예측할 수 있다.
또한 Busan(2012)에 따르면 1990년대 이전보다 이후 기간에 부산지역에 영향을 준 태풍의 수가 많으며 평균적으로 태풍의 강도 및 해일고가 증가하고 있다. 따라서 전 지구적 해수면 상승과 부산지역 태풍해일고 증가에 따른 복합적인 해수면 상승으로 인한 해안지역 침수피해가 증가할 것으로 예상되며 특히 미래 발생 가능한 슈퍼태풍에 의한 급격한 해일고의 상승은 해안지역 침수피해를 더욱 가중 시킬 것이라 예상된다.
1에서 정한 해수면 상승 시나리오를 적용하여 시뮬레이션 한 결과 Fig 2와 같은 결과가 도출되었다. 시나리오-1(전체 2.83m 상승) 경우 침수 면적은 약 3.37㎢이며, 시나리오-2(전체 6.28m 상승) 경우 시나리오-1에서 보다 약 0.87㎢가 증가하고, 시나리오-3(전체 6.48m 상승) 경우 시나리오-2에서 보다 약 0.21㎢가 증가하여 영도 전체 면적 14.13㎢ 중 31.49%인 약 4.45㎢가 침수하는 것으로 나타났다.
4와 같이 시나리오 1을 적용하였을 때 침수 예상 지역의 대부분이 침수되는 취약성을 보이고 있다. 특히 다른 SECTOR에 비해 면적은 작으나 시나리오1~3에 따른 영도 전체 침수면적의 39%를 차지할 만큼 규모면에서 가장 광범위한 침수예측이 나타났다. 또한 중소조선기자재업체와 소규모 상점이 집중되어 근무 종사자가 11,055명으로 영도 전체인구 14만 8431명의 7.
특히 시뮬레이션 결과 침수가 심각한 지역으로 대평동, 대교동, 남항동, 영선동 1가, 영선동 2가, 봉래1동, 봉래 4동, 청학 1동, 청학 2동, 동삼1동 매립지로 나타났다. 해수면에서 평지경사각도에 따라 오차가 있으나 시나리오-3과 같이 기후변화로 인해 태풍이 내습하는 규모와 빈도가 증가하고 집중호우가 발생하며 해수면 상승이 지속되어 복합적으로 작용하게 된다면 이 지역의 침수취약성은 더욱 커지게 되고 결국 매우 심각한 결과를 초래할 수 있다.

후속연구

그 결과 SECTOR-1(남항동, 영선동 일대 및 봉래동 일부)과 SECTOR-3(동삼 3동 매립지 일대)가 다른 지역에 비해 침수에 대해 취약한 것으로 나타났다. 또한 SECTOR-2와 SECTOR-4의 경우 지형적 특성보다는 도시기반시설인 도로 구조적 결함, 배수로 용량 부족 등에 의해 침수가 발생하고 있으며 향후 해수면상승에 의해 더 많은 침수피해가 발생할 것으로 나타났다. 우리나라의 연안개발은 해수면상승 관점에서 보면 매립 등 침수취약성이 매우 높은 방식으로 진행되어 왔다.
본 연구에서 영도 해수면 상승의 시나리오를 작성함에 있어 지금까지 제시된 미래 해수면 상승에 대한 예측자료들이 서로 다르고 불확실하여 정확한 해수면상승 시나리오 작성에 한계가 있었다.
특히 영도는 우리나라 평균치보다 높은 해수면상승률을 나타내고 있으며 침수에 취약한 지형적․도시적 구조를 안고 있으므로 해수면상승에 대한 지속적인 모니터링이 필요하고 해수면상승을 고려한 토지이용, 공간이용, 도시계획, 도시기반시설 조성 등이 이루어져야 한다. 이를 위해 먼저 국가적 차원에서 장기적인 해수면 상승의 정확한 과학적 예측자료를 생성하고 이를 근거로 침수취약지역을 정하여 침수대책을 마련해야 할 것이다.
이상과 같은 시설 위주의 대비책 뿐 아니라 정책적 방안으로서 SECTOR-1을 ‘침수위험지구’로 지정하여 국가로부터 재해관련 예산을 확보하고 지역 침수재해보험을 만들어 가입을 유도하며 침수피해에 따른 보상제도를 마련하고 침수흔적도 및 침수예상도를 작성하여 주민에게 알리는 대책도 필요하다.
이상의 침수대책이 침수된 지역을 포기하는 소극적 대응방식이라면 지역에 따라서는 부유식(floating type) 건축물을 설치하여 평시에는 지면에 붙어있지만 침수 때에는 물 위에 떠서 피해를 입지 않도록 함으로서 침수지역을 지속적으로 활용할 수 있는 적극적인 대책도 필요하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	IPCC 4차 평가 보고서에 따르면 해수면 상승 현황은 어떠한가?	IPCC(Intergovernmental Panel on Climate Change, 기후변화 정부간 패널) 4차 평가보고서에 따르면 지구 차원에서 지난 100년 동안 해수면은 약 1.7m 상승했으며 해수면 상승률은 연간 12∼22㎜로서 특히 1961∼2003년 사이에는 상승활동이 가속화 되어 연평균 3.1㎜(2.4㎜∼3.8㎜)에 이르고 있다. 그러나 해수면 상승률은 지역별로 많은 차이를 보이고 있으며 기후, 자연환경 등의 환경적 변화에 따라 해수면 상승률이 달라지므로 향후 해수면 상승률을 정확히 예측하거나 그에 따른 대책을 마련하는데 어려움이 있다.
	연안의 특징은 무엇인가?	연안은 해수면 상승의 영향과 이용 및 개발에 의한 영향을 동시에 받는데 연안저지대, 항만구역, 연안매립지, 인구밀집지역, 대형 삼각주 등이 침수에 취약한 공간이다. 해수면 상승과 관련한 시설측면의 대응방안으로는 Table.
	저지대 해안지역이 빈번하게 침수피해를 당하고 있는 영도의 지형적 특성은 무엇인가?	부산 앞바다에 있는 섬 영도는 면적 14.13㎢, 해안선길이 30.8194㎞, 14만 8431명의 주민이 거주하고 있다. (Busan, 2011) 섬의 모양은 북서에서 남동으로 길게 뻗어 있으며 섬 가운데에 봉래산(395m)이 솟아있고 완만하게 비탈진 동북해안은 주거지역이고 서남해안은 급하게 비탈진 지역으로 암석지대이다. 영도의 표고는 Table 6과 같이 해안에 위치한 남항동, 대평동, 대교동, 봉래1동 등은 1.5m~12m로 형성되어 있고 신선동, 봉래동, 영선동 주거지역 표고는 9m~120m내 형성되어 있으며 동쪽 청학동과 동삼동 주거지역은 2m~200m에 입지해 있다. 이와 같이 지형적으로 영도는 해안지대가 좁고 경사가 가파른 지형이 많아 도시공간이 부족하므로 해안에는 바다를 매립하여 조성한 주거공간 및 도시공간이 광범위하게 분포되어 있다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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