본 연구에서는 2차원 범람해석을 통해 도출된 침수해석정보에 현실적인 위험도를 고려한 산정식을 적용하여 홍수위험도를 평가하였고, 이를 표준화된 정보체계로 제공하는 방안을 제시하였다. 일반적으로 침수심과 침수구역을 기반으로 하는 현재의 홍수위험도 평가방법은 홍수발생시 사람에게 미치는 실질적인 위험도를 충분히 반영하지 못 할 것으로 판단되어 침수심, 유속, Debris Factor와 Flood Hazard Rating 관계식을 이용하여 외수범람이 사람에게 미치는 홍수위험도를 평가하고 4개로 등급화하였다. 이를 위해 2차원 외수범람해석 모형인 Flumen을 이용하여 대구의 금호강유역 대하여 500년 빈도 홍수로 인한 월류와 200년 빈도 홍수로 인한 파제 시나리오에 따라 외수범람을 모의하였다. 이러한 연구결과를 통해 외수범람시 침수가 예상되는 지역에 위치한 사람들에게 더 현실적인 위험도정보를 제공하고, 표준화된 정보체계 기반에서 위험도정보 제공이 가능해짐으로써 재해관련분야의 정보분석, 평가, 계획수립 등 다양한 분야에서 활용성을 증대시킬 수 있을 것으로 판단된다.
본 연구에서는 2차원 범람해석을 통해 도출된 침수해석정보에 현실적인 위험도를 고려한 산정식을 적용하여 홍수위험도를 평가하였고, 이를 표준화된 정보체계로 제공하는 방안을 제시하였다. 일반적으로 침수심과 침수구역을 기반으로 하는 현재의 홍수위험도 평가방법은 홍수발생시 사람에게 미치는 실질적인 위험도를 충분히 반영하지 못 할 것으로 판단되어 침수심, 유속, Debris Factor와 Flood Hazard Rating 관계식을 이용하여 외수범람이 사람에게 미치는 홍수위험도를 평가하고 4개로 등급화하였다. 이를 위해 2차원 외수범람해석 모형인 Flumen을 이용하여 대구의 금호강유역 대하여 500년 빈도 홍수로 인한 월류와 200년 빈도 홍수로 인한 파제 시나리오에 따라 외수범람을 모의하였다. 이러한 연구결과를 통해 외수범람시 침수가 예상되는 지역에 위치한 사람들에게 더 현실적인 위험도정보를 제공하고, 표준화된 정보체계 기반에서 위험도정보 제공이 가능해짐으로써 재해관련분야의 정보분석, 평가, 계획수립 등 다양한 분야에서 활용성을 증대시킬 수 있을 것으로 판단된다.
In this study, we evaluated flood risk by applying calculation fomula considering practical risk calculated by inundation analysis information through 2D inundation analysis, suggested a plan that provides a standardized information system. Generally, we evaluated flood risk to people and classified...
In this study, we evaluated flood risk by applying calculation fomula considering practical risk calculated by inundation analysis information through 2D inundation analysis, suggested a plan that provides a standardized information system. Generally, we evaluated flood risk to people and classified four degrees by using inundation depth, velocity, Debris Factor and Flood Hazard Rating relationship because current flood risk assessment method based inundation depth and area was considered to not fully reflect the actual risk to people on flood. We simulated overflow and levee break scenarios according to 500 year and 200 year floods, respectively, by using Flumen which is a 2D flood inundation model for Geumho river basin in Daegu. The result of this study could contribute to inform practical risk information to people in expected flood area. This study can be useful for the fields of disaster estimatingsuch as information analysis, evaluation, planning by offering Risk information based on standardized information system.
In this study, we evaluated flood risk by applying calculation fomula considering practical risk calculated by inundation analysis information through 2D inundation analysis, suggested a plan that provides a standardized information system. Generally, we evaluated flood risk to people and classified four degrees by using inundation depth, velocity, Debris Factor and Flood Hazard Rating relationship because current flood risk assessment method based inundation depth and area was considered to not fully reflect the actual risk to people on flood. We simulated overflow and levee break scenarios according to 500 year and 200 year floods, respectively, by using Flumen which is a 2D flood inundation model for Geumho river basin in Daegu. The result of this study could contribute to inform practical risk information to people in expected flood area. This study can be useful for the fields of disaster estimatingsuch as information analysis, evaluation, planning by offering Risk information based on standardized information system.
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문제 정의
하지만 이는 단순히 침수심만을 위험도를 평가하는 수단으로 사용하여 사용자들에게 실질적인 위험도를 표현하는 데 한계가 있었다. 따라서 본 연구에서는 이러한 한계를 극복하고, 홍수위험지도의 활용성을 증대시키기 위한 목적으로 기존 방법과 새로운 방법을 통해 홍수위험지도를 작성하고, 이를 비교하였으며 국내실정에 맞는 공간정보체계 구축방안을 제시하였다. 먼저 2차원 홍수범람해석 모형인 Flumen의 분석 결과를 바탕으로 침수심만을 고려한 홍수위험도를 산정하는 기존에 이용되는 방법을 통해 지도를 작성하 였다.
기존 우리나라 에서 통용되는 홍수위험도 평가방법은 침수심만을 사용하고 있다. 본 연구에서는 여기에 산정된 최대 유속과 DF값을 추가적으로 고려하여 외수범람이 제내지에 위치한 사람들에게 미치는 위험도인 HR을 산정하였다. 최대 침수심과 최대 유속 결과는 Flumen 결과를 사용하였고, DF값은 대구지구의 토지이용현황이 대부분 시가지인 것을 고려하여 침수심별로 0~0.
가설 설정
대구지구의 월류 및 제방의 파제로 인한 두 가지 범람시나리오로 가정하여 2차원 범람해석모형인 Flumen 을 이용하여 침수면적을 산정하였다. 여기서 월류 시나리오는 제방이 파괴되지 않은 상태에서 홍수위가 제방높이보다 높을 때 발생되는 침수이며, 파제 시나 리오는 홍수위가 제방높이보다 높지 않은 상태에서 제방이 파괴되었을 때를 말한다.
여기서 월류 시나리오는 제방이 파괴되지 않은 상태에서 홍수위가 제방높이보다 높을 때 발생되는 침수이며, 파제 시나 리오는 홍수위가 제방높이보다 높지 않은 상태에서 제방이 파괴되었을 때를 말한다. 월류 시나리오는 500년 빈도, 파제 시나리오는 200년 빈도의 시나리오로 각각 가정하였다. 월류 시나리오만 금호강의 계획빈 도인 200년 빈도에 비해 높은 빈도로 설정한 이유는 현재 금호강은 양안 전체구간에 걸쳐 200년 빈도에 대비하여 제방이 갖춰져 있는 실정이기 때문이다.
제안 방법
2차원 모형인 Flumen 모의 통해 각 시나리오별로 최대 침수심, 최대 유속을 산정하였다. 기존 우리나라 에서 통용되는 홍수위험도 평가방법은 침수심만을 사용하고 있다.
우리나라에서 주로 산정되는 홍수위험도는 범람구역과 최대 침수심으로 표현된다. 각 시나리오별로 산정된 최대 침수심, 결과를 Flumen 내의 기능을 이용하여 10m 크기의 격자자료로 내보내고, 이를 GIS 툴로 불러들여 침수심 0m 등 불필요한 부분을 제거하는 보정과정을 거쳐 0.5m 간격으로 침수심을 표시하는 홍수위험지도를 작성하였으며, 그 결과는 Table 3과 Figure 5와 같다.
셋째, 분석된 위험도 정보가 저장되는 테이블 셋은 도곽연결코드, X, Y 위치코드, 위험도 값으로 구분하여 구성하였다. 넷째, 향후 타 재해정보, 예를 들면 설해, 풍해 등의 정량화된 위험도의 값을 반영할 경우 기존 위험도정보의 변경없이 추가적으로 사용할 있는 구조로 설계하였다. 즉 재해정보의 생성시점 및 재해종류 등이 상이할 경우에도 기존정보의 변경이 필요 없도록 설계하였다(Figure 8).
첫째, 분석된 위험도 정보는 별도의 메타정보를 정의 하여 구성하였다. 둘째, 도곽인덱스 번호는 100m 격자 간격까지 정의하여 구성하였다. 셋째, 분석된 위험도 정보가 저장되는 테이블 셋은 도곽연결코드, X, Y 위치코드, 위험도 값으로 구분하여 구성하였다.
월류 시나리오만 금호강의 계획빈 도인 200년 빈도에 비해 높은 빈도로 설정한 이유는 현재 금호강은 양안 전체구간에 걸쳐 200년 빈도에 대비하여 제방이 갖춰져 있는 실정이기 때문이다. 따라서 제방 월류시에 침수양상을 검토하고, 이를 파제시 침수양상과 비교할 목적으로 침수시키기 위하여 500년 빈도로 설정하였다.
먼저 2차원 홍수범람해석 모형인 Flumen의 분석 결과를 바탕으로 침수심만을 고려한 홍수위험도를 산정하는 기존에 이용되는 방법을 통해 지도를 작성하 였다. 또한, 홍수피해에 영향을 미치는 인자인 침수심, 유속 및 Debris Factor와 Flood Hazard Rating 관계식을 이용한 방법을 통해 지도를 작성하였고, 이를 기존 방법과 비교하였다. 분석된 홍수위험도 정보는 시각 적인 활용뿐만 아니라 타 정보체계와의 효과적으로 연계되어야 한다.
따라서 본 연구에서는 이러한 한계를 극복하고, 홍수위험지도의 활용성을 증대시키기 위한 목적으로 기존 방법과 새로운 방법을 통해 홍수위험지도를 작성하고, 이를 비교하였으며 국내실정에 맞는 공간정보체계 구축방안을 제시하였다. 먼저 2차원 홍수범람해석 모형인 Flumen의 분석 결과를 바탕으로 침수심만을 고려한 홍수위험도를 산정하는 기존에 이용되는 방법을 통해 지도를 작성하 였다. 또한, 홍수피해에 영향을 미치는 인자인 침수심, 유속 및 Debris Factor와 Flood Hazard Rating 관계식을 이용한 방법을 통해 지도를 작성하였고, 이를 기존 방법과 비교하였다.
본 연구에서 Flumen을 이용하여 대구지역을 대상으로 수행한 홍수범람 모의는 크게 지형자료구축, 범람해석, 범람해석 결과의 절차로 수행하였고, 이를 통해 최대침수심 및 최대유속 결과를 도출하였다. 이 과정과 결과를 그림으로 나타내면 아래 Figure 4와 같다.
본 연구에서는 모든 재해 위험도의 공간크기를 10m 격자 간격으로 분석을 하였으며 이를 위한 공간정보 체계를 다음과 같은 사항을 고려하여 모델링하였다. 첫째, 분석된 위험도 정보는 별도의 메타정보를 정의 하여 구성하였다.
본 연구에서는 외수범람이 사람에게 미치는 위험도를 분석하기 위해 2차원 범람해석모형인 Flumen을 이용하여 대구광역시 내 금호강 일부구간에 대하여 외수범람모의를 수행하고 GIS툴을 활용하여 Flood Hazard Rating 관계식에 따라 위험도를 산정하고 구간 별로 도식화 하였다. 산정된 결과는 4단계의 등급으로 구분하여 홍수위험도를 평가하였다.
본 연구에서는 외수범람이 사람에게 미치는 위험도를 분석하기 위해 2차원 범람해석모형인 Flumen을 이용하여 대구광역시 내 금호강 일부구간에 대하여 외수범람모의를 수행하고 GIS툴을 활용하여 Flood Hazard Rating 관계식에 따라 위험도를 산정하고 구간 별로 도식화 하였다. 산정된 결과는 4단계의 등급으로 구분하여 홍수위험도를 평가하였다. 이러한 공간정보는 단일원점 그리드 번호체계를 기반으로 디지털화된 정보체계로 관리됨으로써 각 도곽별로 공간정보의 왜곡 없이 손쉽게 해당위치의 격자별 홍수위험정보를 얻을 수 있다.
둘째, 도곽인덱스 번호는 100m 격자 간격까지 정의하여 구성하였다. 셋째, 분석된 위험도 정보가 저장되는 테이블 셋은 도곽연결코드, X, Y 위치코드, 위험도 값으로 구분하여 구성하였다. 넷째, 향후 타 재해정보, 예를 들면 설해, 풍해 등의 정량화된 위험도의 값을 반영할 경우 기존 위험도정보의 변경없이 추가적으로 사용할 있는 구조로 설계하였다.
또한, 공간정보의 표준프레임워크 선정에 있어서는 기존의 수치지형도의 도곽인덱스체계를 사용하지 않고, 최근 연구되고 있는 단일원점체계의 그리드좌표계를 선정 하였다. 이러한 도곽체계를 기반으로 재해메타정보를 연계하여 공간정보 모델링을 수행하였다.
분석된 홍수위험도 정보는 시각 적인 활용뿐만 아니라 타 정보체계와의 효과적으로 연계되어야 한다. 이를 위해 국내 실정에 맞는 공간정보체계구축 세부 모델링 방안을 제시하였다. 또한, 공간정보의 표준프레임워크 선정에 있어서는 기존의 수치지형도의 도곽인덱스체계를 사용하지 않고, 최근 연구되고 있는 단일원점체계의 그리드좌표계를 선정 하였다.
넷째, 향후 타 재해정보, 예를 들면 설해, 풍해 등의 정량화된 위험도의 값을 반영할 경우 기존 위험도정보의 변경없이 추가적으로 사용할 있는 구조로 설계하였다. 즉 재해정보의 생성시점 및 재해종류 등이 상이할 경우에도 기존정보의 변경이 필요 없도록 설계하였다(Figure 8).
본 연구에서는 모든 재해 위험도의 공간크기를 10m 격자 간격으로 분석을 하였으며 이를 위한 공간정보 체계를 다음과 같은 사항을 고려하여 모델링하였다. 첫째, 분석된 위험도 정보는 별도의 메타정보를 정의 하여 구성하였다. 둘째, 도곽인덱스 번호는 100m 격자 간격까지 정의하여 구성하였다.
본 연구에서는 여기에 산정된 최대 유속과 DF값을 추가적으로 고려하여 외수범람이 제내지에 위치한 사람들에게 미치는 위험도인 HR을 산정하였다. 최대 침수심과 최대 유속 결과는 Flumen 결과를 사용하였고, DF값은 대구지구의 토지이용현황이 대부분 시가지인 것을 고려하여 침수심별로 0~0.25 m 구간은 0, 0.25~0.75m과 0.75m 이상이거나 유속이 2.0m/s 이상인 구간은 1을 적용하였다. 월류 및 파제 시나리오별로 최대 침수심, 최대 유속, DF값을 Flood Hazard Rating 관계식에 대입하여 HR을 산정한 결과와 이를 Table 2에 의해 사람에게 영향을 미치는 정도를 고려하여 등급화한 결과는 아래 Table 4, Figure 6과 같다.
홍수위험도의 공간정보는 기존의 한반도 수치지형 도의 도곽체계에 준하여 구축하지 않고, 2011년 공간 정보표준화 연구(국토지리정보원, 2011)에서 제안된 단일원점 그리드 번호체계 기반으로 본 연구의 특성에 부합하는 공간정보체계를 구성하였다. 단일원점 그리드 좌표계는 격자를 일정한 간격의 거리단위로 구성한 것으로 기존의 도곽체계의 문제점인 중앙자오선에서 이격될수록 형상이 변하는 문제를 극복한 도곽체계이다.
대상 데이터
이를 위해 국내 실정에 맞는 공간정보체계구축 세부 모델링 방안을 제시하였다. 또한, 공간정보의 표준프레임워크 선정에 있어서는 기존의 수치지형도의 도곽인덱스체계를 사용하지 않고, 최근 연구되고 있는 단일원점체계의 그리드좌표계를 선정 하였다. 이러한 도곽체계를 기반으로 재해메타정보를 연계하여 공간정보 모델링을 수행하였다.
본 연구에서 월류 및 파제 시나리오에 대한 외수범람 모의를 실시하기 위해 선정한 대상지역은 금호강이 관통하는 대구광역시로 선정하였다. 대구광역시는 한반도 동남부 영남내륙 중심에 입지하여 북쪽에는 팔공산, 남쪽에 대덕산과 비슬산, 동서로는 완만한 구릉지에 시가지가 형성된 분지형 도시이다.
각측점에 대한 홍수위를 산정하기 위해 홍수위에 영향을 주는 상류 및 하류에 대한 유량, 그리고 대상구간 내에서 유입되는 다른 하천에 대한 유량을 고려해야 한다. 본 연구에서는 상ㆍ하류단 경계는 각각 금호강 본류 No. 50, No. 23 지점이고, 팔거천 No. 55 지점과 신천 No. 46지점에 지류유입경계를 설정하였다. 상· 하류 경계조건을 Figure 3과 같이 적용하였다.
성능/효과
92km2의 침수면적 차이를 보였다. 또한, 200년 빈도 파제 시나리오에 비해 500년 빈도 월류 시나리오의 결과의 낮은 침수심과 등급의 면적은 감소하고, 높은 침수심과 등급의 면적 비율이 증가하는 것을 확인할 수 있었다.
좌측그림은 특정한 등급으로 구분되지 않아 복잡하게 보이지만 우측그림은 4개로 등급화하여 누구든 쉽게 이해할 수 있을 것으로 판단된다. 또한, 같은 시나리오에서 침수심을 이용하여 등급화 된 그림과 HR을 기준으로 위험도를 이용하여 등급화한 그림이 일부지역을 제외하고 전체적으로 비슷한 양상을 보이는 것을 확인할 수 있다. 이러한 이유는 인명피해를 고려한 Flood Hazard Rating 관계식이 침수심에 유속을 고려하기 위한 유속항, 홍수 류에 포함된 각종 잔해의 영향성을 고려하기 위한 DF 항 등을 포함하고 있는데 그 중 침수심이 HR에 가장 큰 영향을 미치기 때문이라고 판단된다.
Flood Hazard Rating은 침수지역의 지역적 취약성, 인명 취약성을 고려하여 홍수로 인한 피해에 직접적으로 노출된 사람들이 위험에 노출될 확률과 홍수에 효율적으로 대응할 수 있는 능력에 영향을 미치는 요소들을 근거로 한 다기준평가방법이다. 이 방법은 2005년 영국의 칼리슬 홍수를 포함한 7개의 사례연구를 이용하여 검증하였으며, 이 사례들을 이용하여 타하천에 홍수 발생시 사망자수와 부상자 수를 합리적으로 추정할 수 있는 자료를 제공하여 활용할 수 있는 방법이라는 것을 보여주고 있다. 홍수로 인한 피해는 유속과 침수심으로 인한 영향이 크며, 사람의 안전성에 영향을 미치는 다른 물리적 요소 중에는 수온이라던가 또는 맨홀 뚜껑, 잔해로 인한 충격 등을 들 수가 있다.
후속연구
이러한 공간정보는 단일원점 그리드 번호체계를 기반으로 디지털화된 정보체계로 관리됨으로써 각 도곽별로 공간정보의 왜곡 없이 손쉽게 해당위치의 격자별 홍수위험정보를 얻을 수 있다. 이를 통해 향후 재해저감 분야의 다양한 활용성이 기대된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
Flumen이란 무엇인가?
Flumen (FLUvial Modeling ENgine)은 FLUVIAL.CH에서 개발된 수심적분한 천수방정식을 불규칙한 격자 구조에서 해석하여 하천의 합류지점이나 만곡부분과 같이 수리학적으로 복잡한 해석에 적합한 모형이다. 특히, 다양한 지형에서의 wet/dry 해석이 가능하고, 상류 및 사류의 해석이 가능하며 도수에 대해 수치적으로 안정하다.
저지대에 거주 및 위치하고 있는 사람들에게 홍수로 인한 위험을 인지시키기 위한 사회적인 시스템의 도입이 필요한 이유는 무엇인가?
이미 도시화된 지역에서는 홍수에 대한 사회적 인식과 합의가 도출되기 전에는 기존 사회기반시설 및 사유자산에 대한 변경이 쉽지가 않다. 그러나 홍수로 인한 위험은 사라질 수 없기 때문에 하천인근 또는 하천의 홍수위 보다 낮은 저지대에 거주 및 위치하고 있는 사람들에게 홍수로 인한 위험도를 인지시키고 피해를 예방할 수 있는 사회적인 시스템의 도입이 필요할 것이다.
월류 시나리오를 500년 빈도로 설정한 이유는 무엇인가?
월류 시나리오는 500년 빈도, 파제 시나리오는 200년 빈도의 시나리오로 각각 가정하였다. 월류 시나리오만 금호강의 계획빈 도인 200년 빈도에 비해 높은 빈도로 설정한 이유는 현재 금호강은 양안 전체구간에 걸쳐 200년 빈도에 대비하여 제방이 갖춰져 있는 실정이기 때문이다. 따라서 제방 월류시에 침수양상을 검토하고, 이를 파제시 침수양상과 비교할 목적으로 침수시키기 위하여 500년 빈도로 설정하였다.
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