1. 서 론
국토의 63%가 산지로 구성된 대한민국의 지형적 특성상 지역개발로 인한 급경사지는 꾸준히 증가하는 상황이다(Suk et al., 2019). 결국 인위적 개발로 생성된 도로 옆 비탈면, 급경사 등은 산사태의 위험 지역이 증가함을 시사한다. 산림청 보고서(KFS, 2022)에 따르면 최근 10년간 총 2,603 ha의 비탈면 붕괴가 발생하였다. 2020년 7월 28일부터 8월 11일까지 발생한 호우로 인한 산사태는 총 2,274개소, 총 면적 1,134 km로 집계되었다. 이때 산사태 발생지역이 전부 인위적 개발지는 아니지만 인위적 개발지도 다수 포함되어 있다. 이와 같은 산지 재해는 피해는 발생 후 다시 복구하기 위해 천문학적인 비용이 수반될 뿐만아니라 인명 손실도 함께 발생할 수 있다(Kim et al., 2013). 따라서 급경사지 재해 저감을 위한 노력이 필요하다.
우선, 급경사지 재해저감을 위한 관련 법령을 살펴보았다. 첫번째 급경사지 재해예방에 관한 법률(Prevention Of Steep Slope Disasters Act, 2021)을 통해 급경사지와 붕괴위험 지구를 선정하고 지정 고시된다. 이후 고시된 지역은 정비계획의 수립이 필요하다. 정비계획 지역은 자연재해위험개선지구에 포함되어 자연재해대책법(Countermeasures Against Natural Disasters Act, 2020)에 정비 우선순위 여부를 결정한다. 이때 법령만을 기준으로 정비 순위를 결정할 수 있으나 이는 지역사회의 요구 수준과 부합되지 않을 수 있다. 예를 들어 당해연도에 산사태가 발생한 지역의 경우 차년도에 지방정부와 시민들의 정비사업을 더욱 강력히 요구할 수 있다. 자연재해대책법은 피해 이력, 재해위험도, 주민불편도 등의 항목과 비용-편익분석(Cost-Benefit Analysis, B/C) 지수를 산정하여 종합적인 점수를 계산하여 우선순위를 선정할 수 있도록 개정되어 있다. 하지만 법령에서 이를 정량적 판단하여 결정하기 쉽지 않은 실정이다.
급경사지와 붕괴위험지구 정비사업과 관련된 연구는 매우 제한적으로 진행되었다. Ryu and Han (2016)은 도심지 사면의 위험도 평가에 의한 투자 우선순위를 결정을 위해 Fuzzy 추론에 의한 전문가시스템을 개발하여 제안하였다. Kim et al. (2013)은 도로 인접 혹은 인근 비탈면을 기준으로 결정론적 투자 우선순위 평가기법을 제안하였다. Heo and Choi (2012)는 11개 붕괴위험지구를 대상으로 급경사지 범위 기준과 수치 모의에 의한 범위 기준을 비교⋅분석하여 급경사지 범위 기준을 활용방안의 제안하였다. 하지만, 조사된 연구들이 급경사지를 대상으로 적용과 검증에 대한 문제를 내포하고 있다. 추가로 해당 기법의 적용은 관리 주체나 환경적인 여건의 검토가 선행되어야 하겠다.
투자 우선순위의 연구의 경우 급경사지 연구가 미비하여 풍수해 관련 사례를 벤치마킹 할 수 있다. Roh (2016)는 풍수해 예방사업 투자 우선순위 개선 방안 제시를 위해 미국 연방 재난관리청의 기준을 검토하였다. 이를 기반으로 국내에 적용하여 비용편익분석의 배점을 상향 조정할 필요성과 홍보 효과의 중요성을 제기하였다. 대부분 정비사업이 하천 및 내수재해 우선으로 치우치는 문제점을 도출하고 사면 및 토사 재해에 대한 부가적인 평가항목을 도입하여 정비사업 우선순위를 높이는 방안을 제안하였다.
국내 다기준의사결정 기법을 적용한 연구는 다목적댐 사업, 이수⋅치수 사업의 우선순위 결정 등 다양한 분야에서 활발하게 활용되고 있다. 특히, Lee and Chung (2007)은 치수, 이수, 수질 관리 측면에서 지속 가능한 유역통합관리 계획 수립을 위한 우선순위 결정 절차와 방법을 다기준 의사결정 기법을 적용하여 제안하였다. Kim et al. (2012)는 AHP (Analytic Hierarchy Process) 기법으로 평가 기준별 가중치를 선정하고 다기준 의사결정 기법 PROMETHEE (Preference Ranking Organization Method for Enrichment Evaluation)을 적용하여 댐 직하류 하천 정비사업 투자 우선순위 기법을 제안하였다.
아쉽게도 급경사지 붕괴위험지구 정비사업 우선순위에 대한 구체적인 방안이 미흡한 실정이기에 다른 분야에서 사용된 기법을 기반으로 기준을 정립할 필요가 있다. 따라서, 이 연구는 자연재해종합계획의 평가항목과 재해위험도 평가표 평가항목을 기반으로 다기준 의사결정 기법인 TOPSIS (Technique for Order of Preference by Similarity to Ideal Solution)을 적용하여 정비사업 우선순위선정 방안을 제안하였다. 그리고 제안된 방법은 자연재해대책법을 비교하고자 한다.
2. 연구방법
2.1 연구 수행 절차
이 연구에서는 D지역에서 수행된 자연재해 저감종합계획서의 사면 재해 위험지구 18개 지구를 선정하고 해당 위험지구의 보고서의 평가항목과 급경사지 재해위험도 평가표 항목을 기반으로 TOPSIS 기법을 적용하였다.
절차는 급경사지 재해위험도 평가 결과 수집, 자연재해 저감계획 보고서 수집, 기존 자연재해위험지구 우선순위선정 기법 적용 결과 도출, 평가항목 선정 및 그룹화, 요소별 가중치 결정, TOPSIS 기법 적용, 우선순위 도출, 결과분석 및 문제점 도출로 수행하였다. Fig. 1은 수행된 절차의 모식도를 도시하였다.
2.2 대상지역 및 데이터 획득
이 연구는 B지역의 자연재해 저감계획 보고서에 수록된 인공 비탈면 18개 붕괴위험지구를 대상으로 선정하여 수행하였으며, D군청에서 직접 보고서와 급경사지 재해위험도 평가 결과를 수집하였다. 해당 붕괴위험지구의 위치는 Fig. 2에 도시하였다.
3. 우선순위 선정 기법
3.1 자연재해위험지구 우선순위 선정기법
자연재해대책법에서 제시되고 자연재해위험지구 우선순위 평가항목은 기본적 평가항목, 부가적 평가항목으로 구분한다. 기본적 평가항목은 효율성, 형평성, 긴급성으로 분류하고, 부가적 평가항목은 지속성, 정책성, 계획성으로 나눈다. 우선순위 평가항목과 배점은 Table 1에 정리하였다.
Table 1
Decision Method for Investment Priority of Natural Disaster Risk Zone
| Evaluation factor | Point | |
|---|---|---|
| Efficiency | B/C | 15 |
| Equity | Past damage history | 25 |
| Urgency | Disaster Risk | 20 |
| 10 | ||
| Resident discomfort | 20 | |
| Elapsed years since designation as risk zone | 10 | |
| Total | 100 |
효율성(efficiency)은 자연재해저감종합계획 보고서에 제시된 저감 대책공법의 예상 사업비(cost)와 예상 피해액(benefit)을 채택하였다. 형평성(equity)은 피해이력지수로 최근 5년 동안의 사유재난 피해에 대하여 피해유형이나 항목에 따른 가중치와 수량을 통하여 산정할 수 있다. 긴급성(urgency)은 재해위험도 항목으로 해당 위험지구의 자연재해에 대한 위험등급과 인명피해 이력으로부터 산정된다.
피해이력(past damage history)은 평가점수산정 3등급으로 분류된다. A등급은 인명피해, B등급은 건축물 피해, C등급은 기반시설 및 농경지피해의 발생 이력이 있거나 발생우려이다. 재해위험도(disaster risk)는 위험등급과 자연재난 인명피해(사망 10점, 부상 5점)으로부터 산출된다.
주민불편도(resident discomfort) 항목은 해당 위험지구내에 거주하는 주민 수를 위험지구의 면적으로 나누어 산정된 인구밀도로부터 평가점수를 산정한다. 인구밀도 산정은 자연재해저감 종합계획 수립 시 지정된 자연재해위험지구의 지도자료와 통계지리정보서비스(SGIS)에서 제공하는 해당 행정구역의 인구통계 집계구 경계 지도자료를 활용한다. 지정년수(elapsed years since designation as risk zone)는 행당 위험지구가 위험지구로 지정된 이후 경과된 년수로부터 평가점수를 산정된다.
3.2 기존 선정 기법의 결과 도출 및 문제점
자연재해위험지구 우선순위 선정기법의 한계점에 대해 Lee et al. (2019)는 하천재해위험지구에 대해 다음과 같은 결과를 도출했다. 첫번째, ‘비용편익비’ 산정시 편익 산정을 위한 세가지 방법론 중 현행 기준에서는 개선법을 채택하는 것을 원칙으로 하고 있으나, 개선법은 침수면적에 따른 피해액만을 고려하기 때문에 실제 홍수피해액에 영향을 미치는 침수심과 침수기간에 대해 고려하지 못한다. 두번째, 긴급성 항목 중 ‘재해위험도’ 평가항목의 인명피해 항목은 피해이력지수 항목에서도 고려되고 있으므로 중복 우려가 있다. 세 번째, ‘주민불편도’ 평가항목 산정시 단순 집계구 경계 자료 활용으로 실제 거주지역역을 반영하지 못할 우려가 있다. 네 번째, ‘지구선정 경과년수’ 평가항목의 경우 해당지구가 위험지구로 지정된 기간이 오래될수록 평가점수가 높아지게 되며 이것은 매년 진행되는 정비사업 차원에서 많은 시간이 경과된 것은 오히려 긴급성이 낮기 때문에 후순위로 미루어 졌다고 볼 수 있다. 결과적으로 위험지구별 타당성 평가의 변별력이 많이 하락되는 결과를 초래한다고 결과를 도출한 바 있다.
이 연구에서 D지역을 대상으로 수행된 우선순위 선정기법의 도출 결과는 Table 2에 정리하였다. 이 결과에서도 비슷한 문제점을 도출하였다. 자연재해저감종합계획 보고서내의 각 평가항목과 산정법을 적용하여 각 평가항목 배점과 결과를 분석한 결과 각 평가항목의 동일 점수가 대다수 존재하였다. BJ2와 DJ3는 예상피해액(benefit)이 비슷한 수준임에도 불구하고 개략공사비(cost)에 큰 차이를 보여 비용편익비에 차이를 보였다. 개략공사비의 산정기준은 선정되는 보강공법에 의존하기에 현 상태 예상피해면적을 반영하지 못한다. 이는 Lee et al. (2019)의 첫 번째 문제점과 유사하다.
Table 2
Result of Investment Priority of Natural Disaster Risk Zone
Leet et al. (2019)의 나머지 문제점 역시 현행평가 기준에도 반영되어 있다. 단, Table 2에서는 직접적인 연관성을 찾기 어렵다. 이때, ‘주민불편도’ 평가항목과 ‘지구선정 경과년수’는 모두 동일한 점수로 선정되어 평가에 변별력을 오히려 방해하는 요소가 된 것으로 판단된다. 변별력을 기대하였던 경제성분석 항목인 비용편익 평가항목에서도 비용편익 산정 후 등급에 따른 배점으로 인하여 차이를 보였던 점수가 오히려 동일한 배점으로 치환되는 경우가 다수 존재하였다.
우선순위 도출 결과를 살펴보아도 BJ2 지구가 단독 1위로 선정되었으나 2위로 선정된 지구가 6개, 8위로 선정된 지구가 2개, 10위로 선정된 지구가 1개, 12위로 선정된 지구가 3개, 나머지는 18위로 선정되었다.
3.3 TOPSIS 기법을 적용한 우선순위 선정기법
대표적인 다기준 의사결정기법인 TOPSIS 기법은 대안과 이상해, 부이상해간의 거리를 계산하여 순위를 도출하는 합리적인 접근법으로 최근 다양한 다기준 의사결정 문제에 적용되고 있다(Hwang and Yoon, 1981; Shiha et al., 2007). TOPSIS는 각 요소간의 상대적 근접거리를 통해 이상해를 도출하는데 다양한 의사결정문제에 활용되는 것으로 활용되고 있다(Lee et al., 2013). 이 방법은 우선순위선정과 관련된 연구가 풍부한 만큼, 이론의 우수성 및 적용의 안정성에 신뢰성을 가지고 있다.
TOPSIS 방법을 적용하기 위해서는 단위와 크기가 다른 각 자료를 표준화하는데 값이 작을수록 선호되는 평가인자와 값이 클수록 선호되는 평가인자를 다르게 계산한다(Song et al., 2019).
그 후에는 표준화된 자료에 평가인자에 대한 가중치를 곱한다. 계산된 각 자료를 평가 인자별로 각각 가장 좋은 값과 가장 나쁜 값을 구성하는 식은 Eqs. (1), (2)와 같다.
여기서, A+는 PIS (positive ideal solution)이고, A-는 NIS (negative ideal solution)을 뜻하며 각 대안의 ν+,ν-는 가중화된 표준화 값이며, 이상적인 해의 거리를 S+, 음의 거리를 S-라하며 각각 Eqs. (3), (4)와 같이 계산된다. 여기서 max νij는 벡터의 최대값을 뜻하고, min νij는 벡터의 최소값을 뜻한다.
각 대안별 PIS와 NIS의 거리를 통해 상대적 근접도 계수 Ci+를 Eq. (5)를 이용하여 계산한다. 이를 토대로 대안별 순위를 산정한다.
Fig. 3은 TOPSIS 기법의 순서도를 도시하였다. 앞서 설명된 방법 기반으로 총 6가지 절차에 따라 평가 점수와 우선순위를 선정할 수 있다.
4. TOPSIS 우선순위 선정기법 적용 및 결과
이 연구에서는 재해위험도 평가표 평가항목과 자연재해저감종합계획서의 평가항목을 결합하여 총 3개의 그룹으로 모델을 설정하였다. 설정된 그룹은 Table 3에 정리하였다.
Table 3
Evaluation Factor and Grouping
우선 보고서 내의 평가항목에 해당하는 피해이력, 재해위험도, 주민불편도, 위험도지수를 1그룹으로 설정하고, 재해위험도 평가표 항목인 경사, 높이, 종단형상, 횡단형상, 절리방향, 지하수상태, 배수시설, 시공상태, 붕괴유실이력 등을 2 그룹으로 설정하였다. 마지막 3그룹은 재해위험도 평가표 항목 중 사회적영향에 해당하는 교통량, 시설물과의 거리와 보고서의 사업비, 피해면적, 피해액을 3 그룹으로 분류하였다. 이때, 재해위험도평가표 항목인 지반변형/균열은 동일한 결과로 변별력이 없는 지표로 확인되어 제외하였다.
이때, 평가지표의 가중치 추정은 여러 가지 산정방법이 있으나, 적절하지 못한 가중치 산정은 선정된 평가지표의 값을 왜곡하고 분석결과에 영향을 주어 부적절한 결과가 유발될 수 있다. 또한 기존의 선행연구에 의하면, 가중치 적용 유무에 따른 결과의 차이가 크지 않거나, 종합지수 산정 결과값이 다소 다르지만 같은 위험도 등급 내에서 순위변화만 일부 있는 것으로 알려졌다(Chae and Oh, 2003; Baeck et al., 2011). 따라서 이 연구에서는 동일가중치를 부여하여 분석을 수행하였다.
4.1 TOPSIS 기법 적용
TOPSIS 기법을 적용하여 도출된 결과는 Table 4와 같다. 기존 자연재해위험지구 투자우선순위 선정 방법 적용 시 각 지표 값은 변별력이 미비한 수준이었으나 TOPSIS 적용 후 각 Group별 평가지표가 변별력을 가지고 있음을 확인 할 수 있다.
Table 4
Result of TOPSIS Method
TOPSIS 기법을 적용한 결과 YP10지구가 정비사업 우선순위에서 1순위로 선정되었으며 이 결과는 사업비, 피해액, 피해면적 등의 적절한 반영과 재해위험도 평가의 결과도 합리적인 방안으로 적용되었다고 판단된다. 또한, 기존의 자연재해저감종합계획의 우선순위 선정결과와는 다르게 붕괴위험지구의 중복된 순위가 없는 것으로 확인된다.
4.2 분석결과
TOPSIS 기법을 적용한 결과와 기존의 자연재해저감종합계획에서 제시한 우선순위 결정기법을 결과를 비교하였다. TOPSIS 기법을 적용한 결과는 객관적인 가중치 선정과 함께 TOPSIS 기법을 통해 주관적인 판단이 매우 적게 개입하여 수집된 데이터에서 대한 답을 찾는 방향을 보여주었다.
기존의 자연재해저감종합계획의 투자우선순위 선정기법은 동일한 지역의 경우 주민불편도, 지구선정 경과년수, 재해위험도 지수 등이 평가항목에서 변별력이 없어 동일한 결과값이 도출됨 확인 할 수 있었다. 또한, B/C 분석으로 변별력을 가질 수 있었으나 등급 기준으로 나뉘어 비슷한 점수로 재배분 하는 과정에서 변별력이 다시 사라지는 결과를 확인 할 수 있다.
Fig. 4는 TOPSIS 기법과 자연재해저감종합계획의 우선순위 선정 기법으로 도출한 결과를 도시한 것이다. 두 결과를 비교하면 TOPSIS 기법을 적용한 결과는 1순위부터 18순위까지 고르게 분포된 것을 확인 할 수 있으며, 기존 자연재해저감종합계획의 투자우선순위 기법은 동일 순위가 다수 존재하는 것을 확인 할 수 있다. 이것은 위에서 언급한 바와 같이 동일한 결과값이 반영되는 자연재해저감종합계획 투자 우선순위 선정기법의 2차 평가항목인 부가평가가 반영되지 못한 요소가 작용된 것으로 사료된다.
5. 결 론
이 연구는 기존의 자연재해저감종합계획의 붕괴위험지구를 대상으로 정비사업 우선순위 선정기법을 제안하고 하였다. 이 연구를 통해 기존 정비사업 투자순위 선정기법은 동일한 배점과 등급으로 상대적 우선순위 선정의 어려움을 파악하였다. 즉 기존 방법은 상대적 변별력을 확보하기 어려운 것으로 나타났다.
이 연구에서는 다기준의사결정 기법을 통한 급경사지의 자연재해대비를 위한 보강 우선순위 선정방안을 제안하였다. 수집된 데이터의 객관적인 판단으로 기준으로 기존의 방법의 변별력 문제를 어느정도 해소할 수 있는 것으로 확인되었다. 이는평가항목 선정의 차이와 가중치 선정시 적절한 가중치 분배에서 나온 결과라고 판단된다.
하지만 이 연구의 한계점은 1) 가중치 산정시 신뢰성을 높이기 위해 전문가 설문에 대한 신뢰성 확보; 2) 재해위험도 평가표 기반으로 평가항목이 모든 경우(예:자연 비탈면, 인공 비탈면, 옹벽 및 축대)에 동일하게 적용하기 어려움; 이다.
추가로 다기준 의사결정 기법은 TOPSIS 외에 다양한 기법(예: PROMETHEE, ELECTRE, Fuzzy TOPSIS, VIKOR 등)이 존재하므로 기법 비교를 통한 최적의 방안 도출 연구도 필요하다.
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