1. 서론
홍수는 인간사회에 가장 큰 피해를 발생시킬 수 있는 자연재해 중의 하나이며 홍수피해위험은 지구온난화 및 기후변화로 인해 날이 갈수록 증가하고 있고, 기후변화와 같은 기상학적 요인 이외에도 예측하기 힘든 국부적 홍수피해가 종종 발생하고 있는 실정이다. 특히 낙동강의 경우 하천정비사업으로 인해 하천의 둔치를 활용하여 다양한 친수시설이 조성되었으나, 여름철 집중강우 및 태풍으로 인해 이러한 하천 내 시설들의 크고 작은 피해가 발생하고 있는 실정이다(Ku et al.,2013).
현재까지의 홍수관리방안은 사전예방보다는 홍수가 발생하면 해당 피해규모를 기준으로 피해 우심지역이나 특별 재해지역을 지정하여 복구하는 형태가 대부분이다. 이러한 방법은 지역적 홍수피해 특성을 반영하지 못할 뿐 아니라 어느 지역이 상대적으로 홍수피해의 위험성이 높은 지역인지도 파악하기 어렵다(Park et al., 2005). 이러한 상황에서 재해 발생 후 사후피해복구로는 더 이상 대처할 수 없으며, 재해 발생 이전에 재해에 취약한 잠재위험지역을 색출하고, 이 곳에 자원과 예산을 집중하여 재해에 능동적으로 대처해 나가야 한다(Jang et al., 2009). 또한 현재까지의 최대 홍수량을 상회하는 호우 및 태풍이 지역적으로 빈번하게 발생함에 따라 하천의 구조적 대책과 지역홍수를 실시간으로 관리할 수 있는 방안이 필요하고 국지적 집중호우 발생시 하천 유역 전체에 대한종합적인 홍수관리방안이 필요하지만 낙동강과 같은 대규모하천은 다수의 지자체에서 관할하고 있어 지자체간 홍수관리를 위한 체계 및 시스템의 구축이 필요한 시점이다.
이러한 이유로 인해 하천의 수문학적 지형 최적화를 통한홍수위험요인의 감소는 하천관리방안의 중요한 요소가 되며 특히 과거 피해지점에 대한 관련인자들의 정량화 및 표준화를 통한 피해특성분석은 홍수위험관리방안 수립시 의사결정을 지원할 수 있는 기초자료를 제공할 수 있다. 따라서 홍수로부터 인명보호 및 피해감소를 위해 피해의 특성과 취약성을 평가하기 위한 기술 및 평가방법론의 개발은 필수적이며, 하천홍수의 위험도 및 취약성을 평가하기 위한 다양한 기법을 개발하고자 하는 연구가 진행되어 왔다.
홍수피해 위험도 산정 및 하천관리방안 수립을 위해 지수평가기법을 적용한 선행연구로는 Kim et al.(2011)이 제방붕괴원인 규명을 위해 위험인자를 제시하고자 하였고, Park et al.(2006)은 위험성, 노출성, 취약성의 세부 요소로 구성된 잠재위험도의 개념을 도입하고 설계빈도와의 연계성을 제시하였다. Ahn et al.(2009)은 제방고보다 높은 홍수위가 나타날때 월류(overtopping)로 인한 제방붕괴가 발생한다고 가정하고, 이에 대해 신뢰도 지수를 적용하여 제방파괴의 위험도를 계산하였다. Yoon(2007)은 도시하천의 복원과 관리를 위해 하천 평가항목을 3단계로 구성하여 AHP(Analytic Hierachy Process)를 이용하여 분석하고 평가를 실시하여 도시하천 평가기법의 적용성과 정보의 가치수준을 확인한 바 있다. 이들 연구는 각 서로 다른 성격을 가지는 특성인자들을 하나의 맥락으로 정량적으로 비교하고 위험인자 제시 및 위험도 부여를 위해 지수평가기법을 사용하였고 본 연구에서도 대상지역인 낙동강의 홍수피해지점 특성 규명을 위해 지수평가기법을 적용하였다.
한편 태풍 “산바”는 낙동강 하천정비사업(2009년~2011년)이 완료된 이후 본류하천을 따라 진행하여 피해를 발생시킨 유일한 태풍으로(MILT, 2013), 피해지점 특성분석 결과를 실제현장조사와 비교·검증할 수 있어 사전예방적 홍수관리방안 수립시 여타 태풍에 비해 그 활용가치가 높다. 태풍 “산바”의경우 피해의 양상이 기존의 전통적인 홍수피해유형인 제방월류 및 붕괴로 인한 제내지 피해와는 달리 하천절개(channel incision) 혹은 침식(erosion)으로 인한 포락의 양상을 나타내고 있으며, 이는 낙동강 하천정비사업의 주요내용인 수로준설, 제방축조로 인해 여유고 등의 통수능을 확보하여 월류로 인한 피해는 발생하지 않았으나 하천에 작용하는 외력과 구조적 저항력의 관계에서 피해가 발생하였다고 볼 수 있다. 이와 관련한 연구사례의 경우, Gilbert et al.(1880)은 일찍이 하천시스템의 에너지 형성에 기여하는 외적 인자를 규명하고자 하였고, Lane(1954)는 하천에 작용하는 외력과 저항력 간의 균형이 하천의 형성에 미치는 영향을 도식적으로 제시한 바 있다. 이 외에도 수문지형학적 변화 발생에 대한 한계점의 규명과 이에 대한 하천의 영향과의 비선형적 관계를 설명하기 위한 많은 연구가 수행되어져 왔다(Schumm, 1979, 2005; Phillips, 2006; Jain et al., 2012; Nupur et al., 2014; Barker et al., 2009; Knighton, 1999). 또한 Simon et al.,(2000)은 절개수로(incised channel)의 침식현상에 대한 외력인자로써 유량과 소류력을 제시하여 이들과 저항력의 관계를 설명하였고, Kale(2007)은 이를 과거의 실제 홍수사상에 대해 적용하여 대규모 홍수의 지형학적 효과를 규명한 바 있다.
본 연구에서는 상기 선행연구에서 적용되어온 지수평가기법에 하천시스템의 에너지 형성인자와 저항인자, 이들이 하천에 미치는 영향에 대해 태풍 “산바”로 인한 홍수피해 조사결과를 바탕으로 지수적으로 접근하고자 하였으며, 대상하천의 피해조사 결과를 바탕으로 피해지점과 관련한 인자들의 특성을 분석하고 이를 바탕으로 취약지점을 선정하여 국부적 상세피해원인 규명을 위한 전 단계로써의 지수평가기법의 활용성을 제시하고자 하였다. 마지막으로 향후 사전대응적 홍수관리대책 수립시 의사결정 지원을 위해 과거피해지점조사-수문모형구축-수리모형구축-특성분석-취약지점 선정으로 이어지는 연구흐름을 제안하여 시스템 구축의 필요성 및 기초자료를 제시하고자 하였다.
2. 대상지역
2.1 낙동강
본 연구의 대상하천인 낙동강(Fig. 1)은 한반도 동남부에 위치하며 북쪽으로는 한강유역, 서쪽으로는 금강 및 섬진강 유역과 접하고 동쪽으로는 태백산맥이 동해안 유역과 분수령을 형성하고 있는 우리나라 제2의 유역으로 유역면적은 남한면적의 25.9%인 23,384.21 km2, 유로연장은 510.36 km이다(MILT, 2009).
낙동강 유역의 일반적인 특성은 산지가 많고 하폭이 넓고 평탄하며, 유사로 인한 하상변동이 크다. 낙동강은 대부분의 하천과 다르게 북쪽에서 남쪽으로 흐르다 남강 합류점부터는 서쪽에서 동쪽으로 흐르는 독특한 특성을 지니고 있으며, 이러한 하천의 특성과 남북으로 오르내리는 장마전선의 특성이 결합할 경우 하류부가 홍수피해에 취약하게 된다. 또한 남강이 합류되는 남지부터는 하상경사가 매우 완만할 뿐만 아니라 낙동강의 유향에 반하여 대소지류들이 북향으로 유입되어 홍수소통에 근원적인 문제를 안고 있는 형상이다.
또한 낙동강 유역은 거의 매년 집중호우로 인한 홍수피해가 발생하고 있으며, 근본적으로는 치수적 측면에서 구조적인 문제점을 안고 있는 경우가 대부분이며 현재 홍수피해 이력이 없더라도 향후 집중호우 및 태풍 발생시 이로 인한 피해 가능성이 높은 지역이다(MILT, 2009).
2.2 태풍 “산바”
본 연구의 태풍 시나리오인 2012년 제 16호 태풍 “산바”는 2012년 9월 11일 00UTC에 필리핀 마닐라 북동쪽 해상에서 TD가 발달하여 발생한 태풍으로써, 2012년 9월 14일 06UTC에 중심기압 901 hPa, 중심부근 최대풍속 56 m/s의 태풍의 최성기를 기록하였다. 한반도에 영향을 미친 시기는 2012년 9월 16일 21UTC 서귀포 동쪽 약 130 km 부근 해상으로 진출하면서 중심기압 950 hPa, 중심부근 최대풍속 43 m/s로 약화되었으며, 17일 02UTC경 경상남도 남해군 상주면 부근 해안으로 상륙하여 경상남북도와 강원도 남부를 관통하여 지나고 17일 12UTC에는 속초 북동쪽 약 90 km 부근으로 진출하였다(National Typhoon Center, 2013). Fig. 2에 낙동강 유역을 관통한 태풍 산바의 이동경로를 나타내었다.
본 연구에서는 태풍 “산바”를 모의하기 위해 통합수문모형 구축시 유역내 강수량관측소(국토교통부 27개소, 기상청 21개소, 수자원공사 12개소)의 강우자료를 수집한 후 무강우 시간 6시간을 기준으로 하여 태풍으로 인한 강우사상을 분리하였다.
2.3 태풍 “산바” 피해현황 및 유형 조사
태풍 “산바” 피해구간 분석결과, 피해 유형은 크게 1) 저수부 유실, 2) 고수부지 침식 및 세굴, 3) 제방훼손 및 유실의 피해양상으로 구분할 수 있다. 낙동강 본류에 대해 조사된 피해지구는 총 21개 지구로 이 중 저수부 피해 18개지구, 제방피해 3개지구로 나타났으며 각 피해지구별 현황 및 피해사진을Table 1, Fig. 3에 각각 나타내었다.
Table 1
Damaged Areas and Types caused by Typhoon “SANBA” in Study Area
태풍 “산바”의 영향으로 낙동강에 발생한 홍수 피해의 주요양상은 크게 1)저수부 유실, 2)고수부지 침식 및 세굴, 3)제방훼손 및 유실, 4) 제방월류 및 구조물 노후화로 인한 파손으로 구분할 수 있다. 이에 따른 피해 현황은 고수부지에 설치한 데크하부의 세굴, 수로사면 유실, 사면 유실, 노후화로 인한 구조물 파손 등 다양하게 발생하였다. 가장 많은 피해가 발생한 저수부 유실 피해는 낙동강 대부분에 저수호안 미설치 및 낙동강 준설의 영향으로 인한 저수호안의 슬라이딩 및 자연적인 회복과정에서 발생한 것으로 조사되었고, 고수부지 침식피해는 하천정비사업에 따른 고수부지 교란으로 인해 하천시설물 파손 및 호안 포락에 의한 피해가 발생한 것으로 조사되었다. 한편 제방훼손 피해는 제방 단부 유실 혹은 고수호안 침식 및 법면 유실 등으로 피해가 조사되었다(MILT, 2013).
3. 연구방법
3.1 연구흐름
본 연구의 목적인 대하천의 태풍피해지점 특성분석 및 평가시스템 구축을 위해 다음과 같은 흐름으로 연구를 수행하였다. 먼저 대상하천에 발생한 홍수시나리오에 대해 수문모형, 수리모형을 구축하여 실제 과거 홍수시나리오에 대한 현상을 모의하고, 대상하천 현장조사를 통하여 피해지점의 현황을 조사하였다. 다음으로 피해지점의 수문·수리특성치를 산정하고 이를 바탕으로 피해지점의 인자별 특성을 파악하였다. 인자별 가중치 부여를 위해 쌍대비교법과 판단행렬을 이용하였고, 하천내 전 지점단면을 대상으로 하여 취약성 정도를 파악하였다. 상기 언급한 연구의 내용은 Fig. 4에 나타낸 바와 같다.
본 연구에서 적용한 대상하천인 낙동강과 같은 대하천의 경우 기존의 2D, 3D 전산모형을 이용한 분석시 상당한 구축시간 소요, 모형의 신뢰도 검증 등의 적용성 부분에서 어려움을 나타내고 있으며, 이에 비해 지수평가기법은 상대적으로 구축시간 소요에 효율적이고, 상이한 성격을 가지는 특성인자들을 하나의 맥락으로 정량적으로 비교할 수 있으며(Lee et al.,2009), 지구단위별 치수계획 수립, 치수사업 우선순위 결정 등의 하천관리 및 대응방안의 기초자료로서의 활용가능성이 높다(Park et al., 2010). 따라서 본 연구에서도 상기와 같은 목적으로 국부적 위험성 파악을 위한 모형화의 전단계로 지수평가기법을 이용하여 피해지점 특성을 분석하였다.
3.2 통합 수문수리모형구축
태풍 “산바”로 인한 홍수에 대한 현상모의를 위해 대상설정-강우관측소선정-태풍D/B구축-수문모형구축-수리모형구축으로 이어지는 통합 수문수리모형을 구축하였다. 태풍D/B는 국토부, 기상청, 수자원공사의 강우관측소별 기록자료를 이용하여 구축하였고, 통합 수리수문모형 구축시 사용한 매개변수는 하천기본계획상의 공식 인자들을 이용하였다. 수리모형의 매개변수는 기본계획 수립당시 낙동강의 계획홍수량에 근접하는 주요 홍수사상(2000~2006)을 대상으로 1차원 부정류 모형을 이용하여 매개변수를 추정한 바 있으며 본 연구에서도 하천기본계획에서 사용한 매개변수를 준용하였다. 모형의 결과로 추출한 수리특성치에 대해 표준화 기법을 이용하여 무차원화 하였으며, 태풍”산바”피해로 인한 조사결과를 이용하여 인자별 가중치를 산정하여 인자값에 적용하고 이를 바탕으로 피해지점에 대한 특성인자로 제시하고자 하였다.
3.3 피해지점 특성인자
피해조사결과 “산바”로 인한 피해지역 총 21개 지구내 위치한 지점에서 대부분의 피해가 저수부/호안피해를 차지하는 것으로 확인되었다(저수부/호안피해 18개 단위지구). 이중 특이점은 태풍”산바”로 인한 피해의 양상이 기존의 전통적인 홍수피해 유형인 제방월류 및 파괴로 인한 제내지 피해와는 달리 하천절개(channel incision) 혹은 침식(erosion)으로 인한 포락의 양상을 나타낸다는 점이다. 이는 낙동강 하천정비사업의 주요 내용인 수로준설, 제방축조로 인해 여유고 등의 통수능을 확보하여 월류로 인한 피해는 발생하지 않았으나 하천에 작용하는 외력과 구조적 저항력과의 관계에서 피해가 발생하였다. 따라서 태풍으로 인한 낙동강 피해의 수문지형학적 특성분석을 위해 다음과 같이 항목을 선정하였다.
Gilbert et al.,(1880)은 일찍이 하천시스템의 에너지 형성에 기여하는 외적 인자를 규명하고자 하였고, Lane(1954)은 하천에 작용하는 외력과 저항력 간의 균형이 하천의 형성에 미치는 영향을 도식적으로 제시한 바 있다. 이 외에도 수문지형학적 변화 발생에 대한 한계점의 규명과 이에 대한 하천의 영향과의 비선형적 관계를 설명하기 위한 많은 연구가 수행되어져 왔다(Schumm, 1979, 2005; Phillips, 2006; Jane et al., 2012; Nupur et al., 2014). Simon et al.,(2000)은 절개수로(incised channel)의 침식현상에 대한 외력인자로써 유량과 소류력을 제시하여 이들과 저항력의 관계를 설명하였고, Kale(2007)은 이를 과거의 실제 홍수사상에 대해 적용하여 대규모 홍수의 지형학적 효과를 규명한 바 있다.
하천시스템의 지형학적 인자와 관련하여 수로에서는 만곡도의 크기가 클수록 수충부에 작용하는 외력의 크기가 커지게 되며, 이로 인해 만곡부의 피해발생이 커지게 된다. 이러한 만곡부의 대표적인 피해발생으로는 만곡부 바깥쪽의 홍수위 상승, 제방 세굴과 수면교란영향으로 인한 피해, 수충과 유속감소로 인한 에너지 손실 등 하천공학적 측면에서 크게 세 가지 문제가 일어나며 이의 해결을 위해서는 만곡부의 수리학적 거동에 대한 많은 연구 및 하천관리가 이루어져야 한다(Woo, 2001).
Park(2011)은 하천의 구조물은 하도의 수리현상과 깊은 관계가 있으며, 특히 제방횡단구조물은 홍수시 제방의 취약점이 된다고 언급한 바 있다. 제방이 노후화될수록 제체의 안정성은 떨어지게 되며 제방에 접속된 하천의 구조물과 교량은 제방과의 접속력이 저하하게 되어 제방 및 수로에 직간접적으로 영향을 미치게 된다.
합류부에서는 지류의 홍수량과 유출되는 토사량이 본류로 유입하면서 본류에서는 흐름정체와 같은 흐름특성과 하천 형태 등이 변하게 된다. 이로 인해 합류부 상류에서는 수위상승이, 하류에서는 통수단면감소로 인한 유속의 증가가 발생하게 된다. Park(2011)은 이러한 흐름특성을 고려하기 위해 2차원수치해석 모형을 적용하여 본류와 지류의 흐름특성을 분석한바 있다.
따라서 본 연구에서는 상기 선행연구를 바탕으로 총 7개 항목을 선정하여 피해지점의 인자특성을 조사·분석하였으며, 각 카테고리별 특성인자의 구성은 Table 2에 나타낸 바와 같다. 또한 Table 2와 같이 선정한 항목의 평가척도 계량화를 위해본 연구에서는 Z-score기법을 이용하여 특성인자들을 무차원화하였다. Z-score법은 자료의 평균을 0, 표준편차를 1이 되도록 만드는 정규화기법이며 차원이 다른 항목간의 비교분석을 위해 가장 보편적으로 사용되는 표준화기법이다. 표준화기법을 통해 변환된 무차원양을 퍼센타일 분석을 통해 5등급으로 구분하였고, 특성인자의 상대적인 취약정도를 나타내고자 각 등급별로 1~5의 지수를 부여하였다.
3.4 특성인자간 가중치 구성
일반적으로 평가모형에 포함되는 가중치는 상대적인 값이며, 하나의 지표의 가중치는 그 지표의 중요도로 표현될 수 있다. 가중치 결정과 관련하여 수많은 포괄적 이해를 바탕으로 한 기법들이 연구되어 왔으며, 주로 주성분분석기법, 상관관계분석기법, 퍼지기법, 계층적 평가기법 등이 활발히 연구되고 적용되어 왔다. 하지만 현재까지 객관적인 가중치 결정방법은 아직 없는 상황이며(Scharlig, 1996), 재해위험도 평가를 위한 가중치 산정기법은 크게 전문가 의견을 통한 방법(expert-opinions-based method)과 과거 데이터 분석을 통한방법(historical-data-based method)로 구분할 수 있다(Zou, 2009). 전문가 의견에 의한 방법은 정량적으로 표현되지 않는 심리적이나 환경적 재해피해를 평가에 포함할 수 있는 장점이 있으나 인자별 설득력 있는 가중치 선정에 다소 어려움이 있으며, 인자 선정과정과 가중치 결정과정에 전문가들의 주관이 개입될 수 있다. 이에 반해 과거 데이터 분석을 통한 가중치 선정 및 위험도 평가방법은 데이터를 정량적으로 분석하여 전문가의 오판을 배제할 수 있는 장점이 있다. 또한 과거데이터를 이용하는 방법은 향후 이를 기준으로 한 방재기준설정 등의 장점이 있다(Jang, 2009). 본 연구에서도 태풍으로 인한 피해자료를 바탕으로 향후 홍수피해 대응 기준 마련 등에 활용하고자 과거데이터를 이용하여 가중치를 산정하였으며, 이를 위해 특성인자간 상대적 우선순위 부여를 위해 Saaty(1980)에 의해 개발된 쌍대비교(Pairwise method)와 판단행렬(Judgement Matrix)를 이용하였다. 쌍대비교와 판단행렬은 주로 항목간 상관성이 뚜렷하게 나타나지 않는 항목들에 대해 항목간의 우선순위를 부여함으로써 상대적 중요도를 평가하는 기법이다(Kim, 2013). 또한 이는 주관적인 주제 우선순위 판단 및 의사결정 지원 등에 널리 사용되고 있는 기법 중 하나이며(Gordon et al., 1985), 본 연구에서 적용한 쌍대비교기법, 판단행렬 구축 및 이를 이용한 가중치 결정에 관한 주요절차는 다음과 같다.
1) 평가항목 선정
판단행렬을 구축하기 위해 평가항목을 선정한 후 평가항목세트를 구성한다.
2) 판단행렬의 구성
복수의 평가항목간의 우선순위를 결정해야 하며, 이는 어떤 항목이 높은 가중치를 갖게 될지 판단하는 것이다. 비교의 형식은 쌍대비교법을 사용하게 되며, 이를 이용하여 항목들 사이의 우선순위 혹은 영향력의 정도를 도출한다. 쌍대비교법에 사용되는 상대적 중요도의 기준은 Table 3에 나타내었으며, 이를 바탕으로 다음의 판단행렬 U를 구성할 수 있다.
Table 3
Calibration of Judgement Matrix and the Meanings
3) 항목별 가중치 산정
가중치 결정은 판단행렬의 최대고유치(Maximum Eigenvalue) λmax를 구하고, 이는
를 이용하여 산정할 수 있다. 최대고유치 λmax에 해당하는 고유벡터(Eigenvector) A를 각 항목의 가중치 ω로 결정하며, 고유벡터 A의 구성요소는 각 해당 평가항목의 가중치로 정의할 수 있다.
4) 판단행렬 U의 일관성 검증
설정한 가중치간의 일관성을 검증하기 위해 판단행렬 U의 일관성을 검증하는 것은 필수적 절차이며, 검증을 위한 식은 다음과 같다.
여기서, CR=판단행렬의 무작위 일관성 비율, CI=판단행렬의 일관성 지표, RI= 판단행렬의 무작위 지표(항목 수에 따른 RI값은 Table 4에 수록).
Table 4
The value of RI index
| n | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| RI | 0.00 | 0.00 | 0.58 | 0.90 | 1.12 | 1.24 | 1.32 | 1.41 | 1.45 | 1.49 | 1.51 |
CR<0.10일 때, 판단행렬은 각 항목의 서수적 순위에 일관성을 가지는 결과로 판단하며, 이 때 각 항목은 신뢰할 수 있는 가중치를 가진다고 인정할 수 있다. 그렇지 않을 경우 행렬은 일관성비율을 만족할 때 까지 조정되어야 한다.
4. 적용 및 결과
4.1 홍수량 산정결과
본 연구에서 구축한 통합 수문수리모형을 바탕으로 태풍”산바”에 대해 주요지점별 홍수량을 산정하였으며, 이를 각 하천별 계획홍수량과 비교하여 그 결과를 다음 Table 5에 나타내었다. 태풍 “산바”로 인해 계획홍수량 대비 4.90%~81.73%의 홍수유출이 발생하였고, 특히 산바피해 집중구간으로 조사된 남강합류부~양산천합류부 구간은 76.87~81.73%의 홍수유출이 발생하였으며, 이는 낙동강 본류내 “산바” 피해지점의 위치분포와도 부합한 것으로 판단된다.
Table 5
Flow rates in Nakdong River caused from Typhoon “SANBA”
4.2 판단행렬 구축 및 가중치 설정
본 연구에서는 특성인자간 가중치 결정을 위해 관련 7개 항목에 대해 Table 7과 같이 중요도 점수를 부여하여 판단행렬을 구성하였다. 평가항목 중 홍수량, 소류력, 합류부 항목에 상대적으로 높은 중요도를 부여하였으며, 구축한 판단행렬의 최대 고유값 λmax는 7.2028, 일관성 비율 CR은 0.0256(신뢰기준 0.10)으로 평가항목간에 서수적으로 신뢰성을 확보하였다. 또한 Table 6으로부터 산정된 판단행렬의 고유벡터 및 각 특성인자간 가중치를 Table 7에 나타내었다.
Table 6
Judgement Matrix of Index layers
4.3 위험지점 선정결과
낙동강의 수문지형학적 홍수피해위험성을 평가하기 위하여 지수평가기법을 적용한 결과, 전체 평균 2.42(1.11~4.10)의 위험도 지수를 나타내었다. 결과에 대해 유사한 분포양상을 보이는 상·중·하류부로 분류할 수 있으며, 구간 경계는 각각 남강 합류점, 감천 합류점이 된다(Fig. 6). 또한 세부 평가항목에 대한 값은 Fig. 5에 나타낸 바와 같다.
세부항목별 평가결과, 안동댐하류~감천합류부까지의 상류구간이 소류력, 만곡도, 보와 같은 하천 구조물로 인해 위험도지수가 높은 것으로 평가되었으며 횡단면형상 또한 중·하류부에 비해 인공적 형태를 가지고 있는 것으로 평가되었지만, 태풍 “산바”로 인해 상류지역보다 중·하류부에 홍수량이 집중되어 전체 위험지수는 하류구간, 중류구간, 상류구간의 순으로 평가되었다.
금회 낙동강 평가대상 지점 893개 지점 중 위험도 평가지수가 높은 203개 지점을 선정하여 이를 실제 태풍피해발생지점과 비교하였으며(Fig. 7, Table 8), 실제 피해지점 총 64지점 중 위험지수가 높은 단면에서의 피해발생은 36개 지점으로 약 56.3%으로 산정되었다. 이 중 위험단면에서의 피해발생비, 즉 (피해지점수/위험단면수)는 0.177로 산정되었고, 위험단면으로 분류되지 않은 지점에서의 피해발생비, 즉 (피해지점수/비위험단면수)는 0.041으로 산정되었다. 다시 말하면 홍수피해지점에 대한 분석결과, 평가지수가 높은 위험단면에서의 실제 피해발생빈도는 특성인자의 지수가 낮은 지역에서의 피해발생빈도에 비해 약 4.3배를 상회하는 것으로 나타났으며, 위험단면 인접지점의 피해발생 여부까지 고려하면 지수평가모형의 신뢰도는 더 향상될 것으로 판단된다.
5. 결론
본 연구는 태풍 “산바”로 인한 피해지점에 대해 수문수리지형학적 요소의 특성분석을 통하여 태풍피해지점의 특성을 분석, 향후 국부적 위험도 파악을 위한 물리적 평가기법 적용시 유의한 범위를 설정하고, 하천정비사업을 완료한 현재 시점에서 태풍 및 집중호우 등으로 인한 홍수 발생시 사전예방을 위한 중점관리지역 선정 및 사후 유지관리의 방향을 결정할 수 있도록 기초자료를 제시하는데 있다. 이를 위해 본 연구에서는 대하천내 홍수피해 발생후 분석에 용이한 지수평가기법을 적용하여 다음과 같이 결론을 도출하였다.
1) 낙동강을 대상으로 통합 수문·수리모형을 구축하고, 이를 바탕으로 대상하천의 수문·수리학적 특성을 추출한 후 데이터베이스를 구축하였다.
2) 태풍 “산바”로 인해 발생한 피해현황을 조사·분석하여 이 중 저수부/호안 피해지역을 추출하였으며 피해와 관련하여 7개 특성인자를 선정, 피해지점을 분석하였다.
3) 항목간 차원이 상이한 평가항목의 지수화를 위해 Zscore를 이용한 표준화기법, Likert 5점 척도를 이용하여 무차원화 하였다. 또한 특성인자간 중요도에 따른 가중치 부여를 위해 쌍대비교법 및 판단행렬을 구축하여 서수적 우선순위를 고려하였다. 판단행렬의 최대고유값 및 고유벡터를 이용하여가중치를 설정하였으며, 일관성 비율 검증을 통해 가중치 설정에 대한 신뢰도를 검토하였다. 일관성비율(CR)은 0.0256으로 나타나 특성인자간 서수적 순위에 신뢰성을 확보한 것으로 나타났다.
4) 홍수량 산정결과, 태풍으로 인해 계획홍수량 대비 4.90%~81.73%의 홍수유출량이 발생하였고, 특히 피해구간으로 조사된 지역의 경우 계획홍수량 대비 75%이상 근접한 것으로 나타나 피해지역의 위치분포와 부합한 것으로 판단된다.
5) 낙동강 지수평가결과 전체 평균 2.42(1.11~4.10)의 위험도 지수를 나타내었으며, 세부항목별 분석결과 태풍 “산바”로 인해 상류지역보다 중·하류부에 홍수량이 집중되어 하류구간, 중류구간, 상류구간의 순으로 위험지수가 높은 것으로 평가되었다.
6) 본 연구에서는 지수평가기법을 바탕으로 위험도 지수가상대적으로 높은 지점단면을 추출하여 선정하였으며, 이 때 위험단면에서의 피해발생비는 0.177, 그 외 단면에서의 피해발생비는 0.041으로 위험단면에서의 피해발생빈도가 그 외 단면에 비해 약 4.3배를 상회하는 것으로 나타났다.
7) 연구결과 평가지수가 상대적으로 높거나 혹은 특정평가항목이 높은 하천구간에 대해서는 태풍, 호우 등의 강우발생시 상당한 주의가 필요할 것으로 판단되며, 또한 하천의 형태 및 수문·수리학적 특성파악을 통해 향후 홍수피해 방지대책수립 등의 의사결정시 합리성 및 질적 수준의 향상에 기여할 수 있을 것으로 판단된다.
본 연구에서는 수문-수리 연계모형에 가중치를 이용한 수문지형학적 특성을 반영하여 위험단면을 선정하고 실제 피해가 발생한 단면과 비교하여 위험단면에서 비위험단면 보다 피해발생확률이 약 4.3배 높이 나타남을 보였다. 피해단면 결정에 있어서 가중치는 가장 크게 기여하는 항목으로 홍수량, 소류력, 합류부 항목에 크게 부여되었는데, 이러한 항목은 수문지형학적 요소 뿐만 아니라 수리적 특성과도 밀접한 관계가 있다. 분석결과를 바탕으로 향후 국부적 위험성의 상세분석을 목적으로 물리적 평가기법 적용을 위한 유의한 범위를 설정할 수 있다고 판단되며, 특히 물리적 평가기법 적용시 합류점, 구조물 설치지점 등에 2차원 혹은 3차원 모형을 이용하면 결과의 정밀도를 향상시킬 수 있으리라 사료된다.
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