북한의 대규모 자연재난은 홍수와 태풍 그리고 집중호우로 인한 수해피해가 대부분이며 이러한 피해는 1990년대 중반부터 해마다 북한의 경제난을 악화시키고 있다. 북한 당국도 수해피해의 심각성을 인식하여, 1990년대 말부터 하천정리, 농경지 복구, 토지정리사업, 조림사업 등을 실시하였으나, 계속되는 수해피해를 막지 못하고 있다. 본 연구는 상습적으로 발생하는 북한의 홍수피해에 대한 위험도를 산정하기 위해 일반적인 위험도 평가과정은 동일하게 유지하되 대외적으로 수문자료 취득이 힘들고 지형자료가 공개되지 않은 미계측지역이라는 유역특성을 반영하여 강우-유출에 대한 모의를 추가적으로 실시하였다. 또한, 위험도 평가는 국제기구(IPCC)의 기준에 따라 홍수에 대한 위험성과 노출성, 취약성 인자들을 선정하여 홍수 위험도를 판단하였다.
북한의 대규모 자연재난은 홍수와 태풍 그리고 집중호우로 인한 수해피해가 대부분이며 이러한 피해는 1990년대 중반부터 해마다 북한의 경제난을 악화시키고 있다. 북한 당국도 수해피해의 심각성을 인식하여, 1990년대 말부터 하천정리, 농경지 복구, 토지정리사업, 조림사업 등을 실시하였으나, 계속되는 수해피해를 막지 못하고 있다. 본 연구는 상습적으로 발생하는 북한의 홍수피해에 대한 위험도를 산정하기 위해 일반적인 위험도 평가과정은 동일하게 유지하되 대외적으로 수문자료 취득이 힘들고 지형자료가 공개되지 않은 미계측지역이라는 유역특성을 반영하여 강우-유출에 대한 모의를 추가적으로 실시하였다. 또한, 위험도 평가는 국제기구(IPCC)의 기준에 따라 홍수에 대한 위험성과 노출성, 취약성 인자들을 선정하여 홍수 위험도를 판단하였다.
The most of natural disasters that occur in North Korea are flood, typhoon and damage from heavy rain. The damage caused by those disasters since the mid-1990s is aggravating North Korea's economic difficulties every year. By recognizing the seriousness of the damages from the floods, the North Kore...
The most of natural disasters that occur in North Korea are flood, typhoon and damage from heavy rain. The damage caused by those disasters since the mid-1990s is aggravating North Korea's economic difficulties every year. By recognizing the seriousness of the damages from the floods, the North Korean government has carried out the river maintenance, farmland restoration, land readjustment and afforestation projects since the last-1990s, but it has failed preventing the damages. In order to estimate the degree of flood risk regarding damage from chronic floods that occur inveterately in North Korea, this research conducted an additional simulation for rainfall-runoff analysis to reflect the characteristics of the ungauged area that make foreign countries hard to obtain the hydrological data and do not open the topographical data to public. In addition, this research estimates the degree of flood risk by selecting the factors of the hazard, exposure and vulnerability by following the standards of the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC).
The most of natural disasters that occur in North Korea are flood, typhoon and damage from heavy rain. The damage caused by those disasters since the mid-1990s is aggravating North Korea's economic difficulties every year. By recognizing the seriousness of the damages from the floods, the North Korean government has carried out the river maintenance, farmland restoration, land readjustment and afforestation projects since the last-1990s, but it has failed preventing the damages. In order to estimate the degree of flood risk regarding damage from chronic floods that occur inveterately in North Korea, this research conducted an additional simulation for rainfall-runoff analysis to reflect the characteristics of the ungauged area that make foreign countries hard to obtain the hydrological data and do not open the topographical data to public. In addition, this research estimates the degree of flood risk by selecting the factors of the hazard, exposure and vulnerability by following the standards of the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC).
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문제 정의
본 연구는 남북한 공유하천으로 유역의 상당부분이 미계측지역인 임진강의 홍수 위험에 대한 평가를 실시하고자 국제기준에 제시하는 위험도를 평가 방법에 따라 홍수에 대한 위험성, 노출성, 취약성 지표를 추출한 것이다. 각 지표의 선정 및 추출 방법은 해당 유역의 기상학적 요소와 인문·사회학적 요소의 통계자료를 사용하였으며 가용자료의 변동성과 유역의 여건에 따라 적합한 자료를 중심으로 활용하였다.
본 연구는 유역의 63% 가량이 북한지역으로 구성되어 있고 수문자료의 취득이 힘들고 지형공간에 대해 완전 공개되지 않은 미계측지역인 임진강 유역에 대해 홍수 위험도를 검토한 것이다. 홍수 위험도의 산정은 국제기준 방식을 이용하였고 미계측지역의 특성을 반영하기 위해 홍수 위험성은 유역에서 발생할 수 있는 돌발홍수에 대한 지수를 산정하고, 노출성과 취약성은 인문·사회학적 통계자료로 활용하였다.
북한 전체에 대한 홍수 위험도를 산정하기에 앞서 모니터링 우선순위에서 시범지역으로 선정한 임진강 유역에 대한 홍수 위험도를 산정해 보았다. 홍수 위험도는 표준화된 홍수 위험성, 노출성, 취약성 지표를 바탕으로 엔트로피 가중치가 부여된 값에 산술평균을 취하여 산정하였으며, 확률강우량의 빈도와 지속기간별로 Fig.
홍수 노출성과 취약성 지표는 Table 3과 같이 수집된 인문·사회학적 통계자료의 활용가능성을 평가해 보았다.
가설 설정
(2006)도 2년 빈도의 유량을 강턱유량으로 제시한 바 있다. 따라서, 임진강 유역과 같은 미계측지역에서 한계유량에 해당하는 강턱유량은2년 빈도 홍수유량으로 가정할 수 있을 것이다.
제안 방법
1) 임진강 유역을 대상으로 홍수에 대한 위험성, 노출성, 취약성 인자들의 특성을 각각 파악하고, 표준화된 지표를 이용하여 홍수 위험도를 평가하였다.
가시적인 결과에서는 특별한 경향이나 특징이 나타나지 않으므로 정량적인 분석을 추가적으로 수행해 보았다. 홍수 위험도의 범위는 37.
각 지표의 선정 및 추출 방법은 해당 유역의 기상학적 요소와 인문·사회학적 요소의 통계자료를 사용하였으며 가용자료의 변동성과 유역의 여건에 따라 적합한 자료를 중심으로 활용하였다.
홍수피해의 경우 돌발홍수에 대한 인명피해가 다른 홍수 유형보다 높게 나타나므로 북한의 홍수모니터링을 위해서는 돌발홍수에 대한 검토가 우선 시행되어야 할 필요가 있다. 따라서, 홍수 위험도의 위험성 지표로 강우량 자체를 지표로 설정하기 보다는 강우량에 대한 강우-유출 모의 결과인 돌발홍수지수로 산정하여 위험성 지표로 선정하였다.
2 %에 불과하여 취약성 지표로 선정하기는 어려웠다. 따라서, 홍수 취약성 지표는 인구센서스 조사의 통계자료를 토대로 임진강 유역의 여성인구 중 노약자인 재해취약자로 선정하여 적용하였다.Fig.
엔트로피 가중치 추정방법은 대안과 속성을 많이 포함하는 현실적인 다기준 의사결정 문제에 대해 의사결정권자가 비교적 이해하기 쉬운 정보이론 방법을 적용하는 것으로, 사용자 주관이 배제되고, 이용된 지표의 속성 정보만을 이용하여 가중치를 산정하는 방법이다. 북한 홍수 위험도의 각 지표에 대해 평가자의 주관적 개입으로 인한 항목 간 평가의 왜곡을 방지하기 위하여 엔트로피 이론을 이용한 가중치를 부여하였다.
Table 1은 북한의 홍수 위험도 평가를 위해 국제기관 및 국내 정부기관을 통해 수집한 기상학적인 요소와 인문·사회학적인 요소의 통계자료이다. 북한지역의 국제적인 상황과 폐쇄적인 국가정책으로 인해 관련된 통계자료가 많지 않으며, 신뢰성도 떨어지므로 시간의 변화에 대한 변동성이 작은 노출성과 취약성 지표의 경우는 통계자료를 그대로 사용하였지만 시간에 따른 변동성이 큰 위험성 지표인 강우량의 경우 강우량을 토대로 유역별 강우유출을 모의하는 방식을 채택하였다.
임진강 유역의 확률강우량의 빈도와 지속기간에 대한 강우-유출 모의를 위해 유역의 지형학적 특성과 강우량의 파악이 선행되어야 할 것이다. 임진강 유역의 지형학적 특성치는 ArcGIS의 ArcHydro Tool을 이용하여 고도의 분석과 하천의 생성 및 소유역의 구성, 소유역의 특성치를 파악하였으며, 임진강 유역의 강우량 자료의 경우 1일 강우량의 시간간격은 전일 21시부터 당일 21시까지의 값이므로 정시 시간간격과는 다소 차이를 보일 수 있는 점을 감안하고 북한 지점의 강우관측소 자료를 이용하였으며, 임진강 유역에 영향을 미치는 강우관측소 8개 지점의 자료를 이용하여 지점우량을 확정하고, 빈도와 지속기간별 확률강우량에 대한 유역의 전반적인 강우의 분포를 파악하기 위해 Spline 기법을 적용하여 빈도와 지속기간에 대한 유역 평균강우량을 산정하였다.
북한 전체에 대한 홍수 위험도를 산정하기에 앞서 모니터링 우선순위에서 시범지역으로 선정한 임진강 유역에 대한 홍수 위험도를 산정해 보았다. 홍수 위험도는 표준화된 홍수 위험성, 노출성, 취약성 지표를 바탕으로 엔트로피 가중치가 부여된 값에 산술평균을 취하여 산정하였으며, 확률강우량의 빈도와 지속기간별로 Fig. 5와 같이 도시하였다.
홍수 위험도의 산정은 국제기준 방식을 이용하였고 미계측지역의 특성을 반영하기 위해 홍수 위험성은 유역에서 발생할 수 있는 돌발홍수에 대한 지수를 산정하고, 노출성과 취약성은 인문·사회학적 통계자료로 활용하였다.
데이터처리
홍수에 대한 각 지표별 평가결과는 정성·정량적인 관점에서 상대적인 정도와 수치로 비교하였으며, 마지막으로 홍수 위험도를 각 지표의 결과를 토대로 평가하였다.
성능/효과
Eq. (9)는 한계유량 이상의 홍수발생 시작시간 Ts로부터 종료시간 Te까지 시간으로써 산정된 초과홍수지속시간 심도계수 D가 길어지면 제내지의 침수를 유발할 수 있는 한계유량을 초과하는 홍수가 오랜 시간 지속됨을 의미하여 홍수피해가 증가될 가능성이 커지게 되는 것이다.
2) 홍수 위험성 지표의 대표적인 형태인 강우량을 통해 산정한 돌발홍수지수를 홍수 위험성 지표로 본다면 임진강 유역에서는 10년 빈도 이상에서 돌발홍수로 인한 피해가 높다고 판단할 수 있다.
3) 임진강 유역 중 인구수가 밀집되어 있는 문산천 유역과 임진강 하류부 유역에서 비교적 높은 수치를 기록하였고, 북한지역에서는 임진강의 최상류부와 고미탄천 유역, 평안천 유역, 남한지역에서는 사미천 유역과 한탄강 상류유역, 포천천, 수입천 유역에서 타 유역보다 상대적으로 높은 노출성과 취약성 지표가 도출되었다.
4) 홍수 위험도는 빈도와 지속기간에 직접적인 연관성이 높은 돌발홍수지수 즉 홍수 위험성 지표 보다 상대적으로 파주, 양주, 포천, 동두천과 같이 인구가 타 소유역에 비해 높은 밀도를 보이는 노출성과 취약성 지표에 영향이 크다고 볼 수 있을 것이다.
Fig. 5의 결과와 같이 소유역별 홍수 위험도는 빈도가 증가할수록 위험도는 증가하는 일정한 경향을 보였지만, 지속기간에 대해서는 큰 차이가 나타나지 않았고 파주와 양주, 포천, 동두천시가 위치하는 40, 44, 45번 소유역에서 타 소유역에 비해 큰 홍수 위험도를 보이는 특징이 나타났다. 또한 접경지대에 해당하는 28, 31 소유역을 기준으로 동·서방향이 비교적 낮은 것을 알 수 있다.
남북한의 홍수유형을 불특정홍수(특별히 구분 짓지 않는 홍수), 돌발홍수(단시간의 폭우로 인해 내륙에 물이 급격히 차오르는 홍수), 일반홍수(강우로 인해 하천에 범람한 물이 내륙으로 서서히 차오르는 홍수)로 분류하여 비교해 보면 남한은 3가지 유형의 홍수가 유사한 빈도로 발생된 반면, 북한의 경우는 일반홍수의 빈도가 다른 유형의 홍수발생 빈도에 비해 높았다. 유형별 인명피해에서는 남한은 전체 유형에서 돌발홍수가 52%로 가장 많은 부분을 차지하였고, 북한의 경우 일반홍수가 42%로 가장 많은 비중을 차지하였다(Park et al.
동일지속기간에 빈도가 다른 경우는 특별한 특징이 나타나지 않고 빈도가 증가할수록 홍수 위험성 지표에 해당하는 돌발홍수지수가 높게 나타났다. 전반적인 빈도와 지속기간에 대해 평안천 유역과 한탄강과 임진강이 합류하는 지점, 남북한의 경계에 해당하는 임진강 본류 지점, 임진강 최하류부 유역에서 대체적으로 높은 수치에 해당하는 색상을 보였다.
인구센서스 조사의 경우 북한의 시군구 행정구역 단위로 성별, 나이별로 조사된 통계자료로 구성되어 있어 노출성 지표로 활용가능하다. 마지막으로 도시화율은 시군 단위로 통계자료가 구성되어 있으나 자료의 신뢰도가 떨어지는 이유로 인공위성을 활용한 토지이용상태의 밴드를 추출하여 시가화 지역으로 표시된 지역을 홍수 취약성 지표로 활용하고자 하였으나, Fig. 3과 같이 임진강유역은 군사분계선과 산악지역으로 구성되어 있는 지역적 특성상 시가화 지역이 전체유역의 0.2 %에 불과하여 취약성 지표로 선정하기는 어려웠다. 따라서, 홍수 취약성 지표는 인구센서스 조사의 통계자료를 토대로 임진강 유역의 여성인구 중 노약자인 재해취약자로 선정하여 적용하였다.
35로 평균을 기준으로 우측(높은 수치)로 왜곡되는 형태를 나타내었다. 부분적으로 보면 가시적인 결과에서 높은 홍수 위험도를 보인 40, 44, 45번 소유역에서 홍수 위험도의 평균이 각각 61.6, 78.7, 66.6 포인트로 높은 경향이 나타남을 확인하였고, 해당 소유역에 대한 변동성(Coefficient of Variability)은 6.1, 4.6, 5.8%로 전체유역의 변동성의 평균치인 7.3 % 보다 낮게 나타났다. 평균과 변동성의 분석결과와 같이 소유역 40, 44, 45번은 빈도와 지속기간에 큰 종속성 없는 것으로 보아 위험성 지표 즉, 빈도와 지속기간에 직접적인 연관성이 높은 돌발홍수지수 즉 홍수 위험성 지표 보다 상대적으로 파주, 양주, 포천, 동두천과 같이 인구가 타 소유역에 비해 높은 밀도를 보이는 노출성과 취약성 지표에 영향이 크다고 볼 수 있을 것이다.
임진강 유역 중 인구수가 밀집되어 있는 문산천 유역과 임진강 하류부 유역에서 비교적 높은 수치를 기록하였고, 북한지역에서는 임진강의 최상류부와 고미탄천 유역, 평안천 유역, 남한지역에서는 사미천 유역과 한탄강 상류유역, 포천천, 수입천 유역에서 타 유역보다 상대적으로 높은 노출성과 취약성 지표가 도출되었다.
동일지속기간에 빈도가 다른 경우는 특별한 특징이 나타나지 않고 빈도가 증가할수록 홍수 위험성 지표에 해당하는 돌발홍수지수가 높게 나타났다. 전반적인 빈도와 지속기간에 대해 평안천 유역과 한탄강과 임진강이 합류하는 지점, 남북한의 경계에 해당하는 임진강 본류 지점, 임진강 최하류부 유역에서 대체적으로 높은 수치에 해당하는 색상을 보였다.
정성·정량적인 결과를 종합해보면 임진강 유역의 위험성 지표에 해당하는 돌발홍수지수는 최소 26.1～최대 97.4 포인트 범위로 나타났고, 동일한 빈도에서 지속기간이 길수록 홍수의 위험성이 높아지며, 전반적으로 임진강 최하류부인 남서쪽의 홍수위험성 높고, 대체적으로 10년 빈도 이상에서는 50 포인트 이상의 돌발홍수지수를 보이는 특징이 나타났다.
정성적인 분석에서 특징적인 결과를 보인 3, 6, 8, 12, 14, 28, 35, 38번 소유역을 중심으로 정량적으로 분석해 보면 동일빈도에 지속기간이 다른 경우 38번 소유역을 제외하고 10년 빈도 이상에서는 지속기간이 작은 720분의 돌발홍수지수가 0.1～6.8 포인트 높게 나타났고, 10년 미만의 저빈도에서는 720분 돌발홍수지수가 1,440분 지속기간의 수치보다 1.1～4.5 포인트 낮은 결과를 보였다. 38번 소유역의 경우 빈도에 관계없이 720분 지속기간의 돌발홍수지수가 1,440분 지속기간의 돌발홍수지수 보다 1.
특정하게 100년 빈도 지속기간 24시간을 대푯값으로 두고 정량적인 평가를 해보면 전체유역 평균 돌발홍수지수 63.2 포인트에 비해 13, 38, 31, 43, 45 소유역은 각각 67.1, 70.5, 72.4, 73.2, 72.3 포인트로 평균 돌발홍수지수 대비 편차가 3.9, 7.4, 9.3, 10.1, 9.1 포인트 높았고, 평균을 기준으로 6.2, 11.7, 14.7, 16.0, 14.5 % 포인트 높은 결과이다.
3 % 보다 낮게 나타났다. 평균과 변동성의 분석결과와 같이 소유역 40, 44, 45번은 빈도와 지속기간에 큰 종속성 없는 것으로 보아 위험성 지표 즉, 빈도와 지속기간에 직접적인 연관성이 높은 돌발홍수지수 즉 홍수 위험성 지표 보다 상대적으로 파주, 양주, 포천, 동두천과 같이 인구가 타 소유역에 비해 높은 밀도를 보이는 노출성과 취약성 지표에 영향이 크다고 볼 수 있을 것이다.
가시적인 결과에서는 특별한 경향이나 특징이 나타나지 않으므로 정량적인 분석을 추가적으로 수행해 보았다. 홍수 위험도의 범위는 37.6～84.4 포인트이었고, 홍수 위험도의 분포에서는 첨예도가 5.14로 높게 나타났고, 평균이 50인 T-Score의 특성으로 볼 때 왜곡도(Skewness)가 2.35로 평균을 기준으로 우측(높은 수치)로 왜곡되는 형태를 나타내었다. 부분적으로 보면 가시적인 결과에서 높은 홍수 위험도를 보인 40, 44, 45번 소유역에서 홍수 위험도의 평균이 각각 61.
후속연구
임진강 유역의 확률강우량의 빈도와 지속기간에 대한 강우-유출 모의를 위해 유역의 지형학적 특성과 강우량의 파악이 선행되어야 할 것이다. 임진강 유역의 지형학적 특성치는 ArcGIS의 ArcHydro Tool을 이용하여 고도의 분석과 하천의 생성 및 소유역의 구성, 소유역의 특성치를 파악하였으며, 임진강 유역의 강우량 자료의 경우 1일 강우량의 시간간격은 전일 21시부터 당일 21시까지의 값이므로 정시 시간간격과는 다소 차이를 보일 수 있는 점을 감안하고 북한 지점의 강우관측소 자료를 이용하였으며, 임진강 유역에 영향을 미치는 강우관측소 8개 지점의 자료를 이용하여 지점우량을 확정하고, 빈도와 지속기간별 확률강우량에 대한 유역의 전반적인 강우의 분포를 파악하기 위해 Spline 기법을 적용하여 빈도와 지속기간에 대한 유역 평균강우량을 산정하였다.
향후, 추가적으로 하천과 댐 등 수리학적 구조물과 특성인자를 반영하여 정밀한 수리수문학적 해석을 통해 집중호우 피해를 홍수추적 방식으로 산정한다면 유역에서 발생하는 침수상황까지 파악 가능할 것이라 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
돌발홍수란?
돌발홍수는 짧은 시간동안에 많은 강우가 집중될 때 주로 경사가 급한 계곡에서 많이 발생하며 강우가 계곡의 하천으로 모여 수위가 급상승하게 되면 흐름의 앞부분에 큰 파가 형성되어 계곡을 따라 하류로 순식간에 흘러가는 것과 같은 것이라고 할 수 있다. 이때 수중에 흙이나 자갈, 바위가 포함된 토석류를 형성하여 피해를 가중시킬 수 있다.
돌발홍수가 발생하는 원인은?
이때 수중에 흙이나 자갈, 바위가 포함된 토석류를 형성하여 피해를 가중시킬 수 있다. 돌발홍수가 발생하는 원인은 여러 가지가 있을 수 있으나 대개는 제한된 지역에 집중된 호우로 발생하거나, 비구름이 정체되거나 그 부근에서만 움직이는 게릴라성 호우나 태풍 등에 의한 높은 강도의 호우 때문에 발생하며 댐 파괴나 제방붕괴 등의 최악의 홍수피해를 발생시키기도 한다(Jung, 2000).
지표의 표준화 방법에는 어떤 것들이 있나?
(2005)은 지표의 표준화 방법들을 분류하여 각 표준화 방법에 대한 비교를 통해 특징을 설명하였다. 가장 대표적으로 사용되는 표준화 방법에는 Z-Score 방법과 Rescaling 방법이 있다. Z-Score 방법은 원점수의 상대적 위치를 알려주는 표준점수의 일종으로 원점수의 평균은 0, 표준편차는 1이 되도록 만드는 방법으로서 통계학적으로 표준정규분포의 의미를 가지는 Z 값은 정규분포의 평균 μ와 임의의 값 x사이의 실제 차이를 표준편차 σ의 배수로 표현한 상대적인 가치 척도이며 Eq.
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