강설 빈도를 이용한 지역별 제설제 적정 보유량 산정기법 개발

Estimation of Adequate Holdings of Regional De-icing Materials Based on Frequency of Snowfall

Article information

J. Korean Soc. Hazard Mitig. 2016;16(4):37-42
Publication date (electronic) : 2016 August 30
doi : https://doi.org/10.9798/KOSHAM.2016.16.4.37
양동민*, 김근영, 장권희***, 박종렬****
* Member. Manager, President, NOAA SNC Co., Ltd
*** Manager, Strategy Office, NOAA SNC Co., Ltd
**** Manager, Strategy Office, NOAA SNC Co., Ltd
**Corresponding Author. Member. Professor, Urban Engineering, Kangnam University (Tel: +82-31-280-3765, Fax: +82-31-280-3937, E-mail: gykimusc@empal.com)
Received 2016 July 15; Revised 2016 July 15; Accepted 2016 July 28.

Abstract

대설재난은 최근 전 세계적으로 기후변화가 야기한 중요한 재난위험이다. 국내에서도 중요 재난으로 지난 30년 이상 꾸준히 피해를 유발하고 있다. 이에 따라 본 연구에서는 지역별 특성을 고려한 맞춤형 제설대응체계 구축을 목적으로 제설작업에 중요한 도구인 제설제의 지역별 소요량을 추정을 위하여 강설 빈도를 활용하여 분석해보았다. 우선 강설 빈도 조사 및 분석을 위하여 기상청 산하 기상관측소의 36년 간 강설통계자료집에서 조사된 적설자료를 분석하였다. 전국 229개 지자체별 강설 빈도에 따른 제설제 소요량은 분석된 강설 빈도를 활용하여 제설이 먼저 필요한 도로면적 기준으로 추정하였다. 따라서 시군구 제설제 소요량(ton)은 시군구 도로면적(m2), 강설 빈도(1~5 cm, 5~10 cm, 10 cm 이상), 표준 도시 단위면적당 제설제 사용량(kg/m2)을 고려하여 추정하였으며, 그 결과 전국 229개 대상 매년 총 보유량은 약 9만톤인 것으로 나타났다. 가장 많은 제설제가 있어야 하는 지자체는 도시지역으로 나타났으며, 일부 해안가 도시는 연간 소요량이 적게 나타났다. 본 연구결과는 강설 빈도에 따른 소요량으로 실제 적설량과 도로의 상황, 기온 등에 따라 그 사용량이 다르게 나타날 수 있으나 36년간의 강설 빈도를 통한 전국단위의 제설제 소요량을 추정해 본 것으로 향후 제설제 확보를 위한 기준을 마련하는 기초자료로 활용될 것으로 기대된다.

Trans Abstract

Heavy snowfall has big disaster risk that is caused by climate change globally. Also domestically, heavy snowfall has considered as a risky disaster as it caused damage over past 30 years. Hence, in this study, snowfall frequency analysis is made to estimate requirements of de-icing material by region for the construction of customized snowfall disaster system considering the characteristic of the region. First, snowfall data for past 36 years from Snowfall Statistic Kit of Weather Observation Center which is Weather Station-affiliated is investigated and analyzed. Using the snowfall frequency, de-icing material requirements were estimated with the required amount basis by road area for 229 local governments. Therefore, city and county of Snow removal requirements (ton) was estimated by considering the road area (m2), snowfall scenario frequency (1~5 cm, 5~10 cm, at least 10 cm), snow removal amount per unit area standard urban units (kg/m2), as a result, total of 229 annual national target was found to be about 9 million tons. The municipality which requires the most De-icing Materials is urban area but some of the costal urban area tend to have less requirement. The results of this study is to estimate the standard requirements of De-icing Materials for the future.

1. 서론

1.1 연구의 배경 및 목적

대설재난은 최근 전 세계적으로 기후변화가 야기한 중요한 재난위험이다. 재해연보(MPSS, 2014)에 의하면 대설은 지난 10년(2005~2014년) 동안 12.6%의 피해(연평균 8.8백억원)를 발생시켜 자연재난 중 풍수해(태풍·호우)에 이어 두 번째로 위험한 재난이며, 그 피해액은 지난 30년(1985~2014년) 동안 지속해서 증가하는 경향을 보이며 지난 30년 이상 꾸준히 피해를 유발하고 있다. 대설재난은 연도별 지역적 편차가 크다. 지난 2003~2012년 동안 자연재난 피해의 12.0%를 점유했던 대설은 2004년 충청 대설로 충청남·북도가 전국의 44.2%를, 전라남·북도가 36.7%를 각각 점유했으나 2005년 호남 대설로 인해 지난 2005~2014년 동안 충청남·북도가 9.0%로 감소하고, 전라남·북도가 69.2%로 증가하였다(MPSS, 2014). 기후변화에 따른 대설 취약성 분석결과에 따르면 대설에 대한 기후 노출은 현재 강원권이 가장 취약한 것으로 나타나지만 앞으로는 강원권·충청권·호남권을 연결하는 축으로 취약지역이 확대될 것으로 전망되었다(Han, 2014). 따라서 각각의 지역별 강설 및 기후 특성과 지형특성 및 지역 내 주요시설 밀집도 등을 고려된 “지역별 제설제 확보 기준”의 수립 필요하다. 본 연구에서는 지역별 특성을 고려하여 맞춤형 제설제 확보기준 수립을 목적으로 지역별 강설 빈도에 따른 제설제의 지역별 적정 확보량 추정하고자 하였다.

1.2 연구의 범위 및 방법

본 연구는 강설 빈도와 도로면적에 따른 지역별 제설제의 확보 적정량을 산정하는 것이 목적이다. 강설 빈도를 이용한 지역별 제설제 적정 보유량 산정 기법을 개발하기 위하여 국내외 제설제 확보량과 확보기준 현황을 조사하였다. 또한, 강설 빈도 분석을 위하여 기상청 산하 기상관측소의 36년간 강설통계자료집에서 조사된 적설자료를 조사·분석하였다. 전국 229개 지자체별 강설 빈도에 따른 제설제 소요량은 분석된 강설 빈도를 활용하여 제설이 먼저 필요한 도로면적 기준으로 추정하였다. 본 연구의 절차는 Fig. 1과 같다.

Fig. 1

Study Process

2. 국내·외 제설제 소요량 판단 및 확보기준 현황

2.1 국내 제설제 소요량 판단 및 확보기준 현황

우리나라는 매년 겨울철 도로 제설용 염화칼슘, 소금을 조달청에서 단계계약 체결하여 공급했으나 ‘저탄소 녹색 성장 기본법’에 따라 2013년부터 환경표지 인증제품 외에는 조달구매 품목에서 제외되어 염화칼슘, 소금의 경우 기관별로 자체 구하고 있는 실정이다(Seoul City Safety Authority, 2013).

제설제 확보계획은 연 강설량, 강설횟수에 따른 연도별 제설제의 사용량 추이에 따라 제설제 구매량을 선정하고 있으며 제설제의 성능, 환경에 미치는 영향, 수급 방식, 가격에 따라 제설제를 선정한다.

제설제 구매량은 기후변화 및 살포장비 확대로 인해 사용량이 크게 늘었으며 이에 따라 서울시(2010년 기준)는 지난 5년 평균 제설제 사용량의 1.5배 비축을 원칙으로 하였고, 최근에는 5년 평균 사용량의 1.8배를 최소 확보 목표량으로 산정하고 있다. 제설제 확보 계획은 통계적으로 12~1월 사이 강설이 집중되어 제설제 사용량도 많으므로 예산확보 및 자재 보관장소를 고려하여 월별 확보기준을 수립되야 하며 제설제 구매방법은 계약법 제 26조에 따라 시군구에 겨울철 제설에 공통적으로 필요한 제설제(염화칼슘, 소금)를 단가로 계약하며 이 경우 제설 해당 연도 예산으로 확보 가능한 수량을 대상으로 계약 수량 소진 이후에는 기관별로 별도로 구매해야 한다(Seoul City Safety Authority, 2013).

현재 국내 제설제 납품업체는 규모가 작은 업체로 구성되어 있다. 구매에 필요한 물량은 단일업체에서 공급이 어려우므로 공동계약 및 희망수량 입찰제 방식으로 계약을 시행하고 있다. 환경표지 인증제품의 경우 기관별 자체 조달구매를 시행하고 있다(Seoul City Safety Authority, 2013).

우리나라는 지형적 여건 및 이상기후 등으로 폭설이 자주 발생하고 있으므로 국토교통부는 2015년 11월 15일부터 2016년 3월 15일까지 4개월간을 ‘제설 대책기간’으로 정해 도로이용자의 안전사고 예방을 위한 대책을 마련하였다(Molit, 2015). 이러한 사전 준비 및 대책의 일환으로 제설자재 및 장비를 미리 확보해 더욱 신속한 제설이 가능하도록 하였다.

국토교통부는 확보한 제설제는 383,000톤으로 전년 사용량대비 130%로 폭설 및 잦은 강설로 지자체 등에서 제설자재가 부족할 경우에는 전국 5개 권역 18개 중앙비축창고에서 비축된 제설제(36,000톤)를 긴급 지원하도록 하였다. 특히 제설제로 인한 환경오염의 우려가 커짐에 따라 2014년 겨울에는 환경인증 제설제 사용 비율을 2013년 겨울 5%에서 10%로 늘리고, 2015년부터는 15%로 확대하였다.

2.2 국외 제설제 소요량 판단 및 확보기준 현황

제설제 비축량에 대한 외국 사례를 살펴보면 영국의 경우 평균 연간 제설제 사용량만큼 또는 그것의 1.5배 정도를 한해분으로 비축한다(Sin et al., 2010). 미국의 경우 최소 동절기 평균 필요량의 100%를 정확히 채워서 비축할 것을 권고하고 있다(Sin et al., 2010). Table 2는 영국과 미국의 제설제 확보 기준이다. 맞춤형 도로 제설방법 및 장비 선진화 방안의 내용을 확인해보면 미국의 경우 연간 사용량은 약 1,000~1,200만 톤, 일본의 경우 연간 사용량은 약 10~15만 톤, 캐나다의 경우 연간 사용량은 약 500만 톤이다. Table 3은 미국, 일본, 캐나다의 연간 사용량이다.

Seoul used the environmentally friendly snow expansion plans

Secure standard

Major national annual consumption

미국의 미네소타 교통국 매뉴얼에 따르면 주요 취약지점에 설치된 노면 온도 센서나 적외선 방식의 노면 온도 측정장치를 통해 실제 노면 온도에 따라 제설작업을 결정하고 있다(Yang et al., 2012). 버지니아 주의 제설방법을 살펴보면, 버지니아교통국(VDOT)이 Arlington, Fairfax, Prince William and Loudoun 지역 24,370 km(15,146mile, 차로 연장)의 주고속도로(State Highway) 제설업무를 관장하고, 시가지도로는 관할 시와 타운(Cities and towns)에서 제설업무 담당하고 있다(MOCT, 2002). 제설대상 도로는 주고속도로 및 Arlington이 2,031mile, Fairfax이 7,883mile, Loudoun이 2,467mile, Prince William이 2,765mile로 총 15,146mile이다. 2,400명 이상의 버지니아 교통국 직원 및 임시직원이 제설기간에 제설, 장비준비, 상황안내를 위해 동원이 가능하고, 1,200종 이상의 기계(plow, 트랙터, snow blowers, 그레이더, 로더, 픽업트럭)가 제설을 위해 준비되어 있다(MOCT, 2002). 제설작업을 위한 소모품은 북부 버지니아의 20곳의 주요지점에 창고를 설치하여 보관하며, 40,000톤의 모래와 53,000톤의 소금, 121,000갤런의 액화 염화칼슘을 사용할 수 있고 상황종료 후 필요한 만큼 보충한다(MOCT, 2002).

3. 우리나라 지역별 강설 빈도에 따른 제설제 확보기준(안)

3.1 우리나라 지역별 강설 빈도 분석

전국 229개 지자체의 적설 자료 구축은 기상청 자료(과거 36년 평균)를 활용하였다. 전국 적설 최댓값, 연평균, 월평균 자료는 90개 기상관측소 강설통계자료집에서 구축하였으며 연평균과 월평균은 5 cm 미만, 5 cm 이상으로 나누어 빈도수를 산정하였다.

전국 229개 지자체의 강설 자료는 구축된 90개 기상관측소 자료를 이용하여 구축하였다. 각 기상관측소가 관측하는 영향범위 내의 지자체에 같은 값을 부여하여 각 지자체의 적설 최댓값, 연평균, 월평균 값을 산정하였다. 적설 최댓값은 과거 35년의 전국평균 27.2 cm이며, 대전지역과 강원도지역이 40 cm이상으로 가장 높았다. 또한, 제주지역과 대구지역, 경남지역이 20 cm 미만의 값을 나타내며, 상대적으로 적게 나타나는 것을 알 수 있다.

3.2 지역별 강설 빈도에 따른 제설제 확보량 산정(안)

지자체별 제설제 확보 기준(안)을 만들기 위하여 제설작업이 가장 잘 이루어지고 있는 서울시를 표준 도시로 선정하였다. 최근 6년 간 연 총강설량과 제설제(염화칼슘 및 소금) 사용량과의 관계식을 도시 중심부와 변두리부로 나누어 구한다음, 이를 광역지자체 및 중소 지자체에 적용하였다. 인구 50만명 정도인 도시로서 전주시를 표준 도시로 선정하여 최근 5년 간 총 강설량과 제설제 사용량(염화칼슘 및 소금)과의 관계식을 도시 중심부와 변두리부로 나누어 구한 다음 이를 중소 지자체에 적용하는 방안을 제시하였다.

지역별 강설 빈도에 따른 확보량은 앞에서 제시한 90개 기상관측소, 전국 229개 지자체의 강설 빈도 분석결과를 바탕으로 도로 면적을 적용하여 산정하였다. 본 연구에서 산정한 도로 면적은 고속국도와 일반국도의 면적의 합이다. 강설 빈도는 3.1절에서 분석한 결과로 지자체별 84개의 강설 발생 상황을 단계별(없음, 1 cm 미만, 1~5 cm, 5~10 cm, 10~20 cm, 20 cm 이상) 빈도를 산정하였고, 이를 소요량 산정에 이용하였다. 또한, 7대 광역시에 대해서는 Table 5와 같이 서울시 도로 단위면적당 제설제 사용량의 평균인 0.219 kg/m2를 적용하였다. 광역시를 제외한 시군에 대해서는 전주시 도로 단위면적당 제설제 사용량의 평균인 0.103 kg/m2를 적용하였다. 중심부 도로와 변두리 도로의 단위면적당 제설제 사용량은 구청 제설구간과 사업소 제설구간을 구분하여 산정하였다.

Jeonju yearly total precipitation road snow the amount per unit area

지역별 강설 빈도에 따른 제설제 확보량은 식 (1)을 적용하여 산정하였다. 제설제 확보량 산정식에 이용된 변수는 확보량과 상관성이 있는 인자를 반영하였다. 대체적으로 도로면적, 강설빈도는 제설제 확보량과 상관성이 크기 때문에 제설제 확보량 산정에 반영하였고, 표준 도시의 단위면적당 제설제 사용량도 제설제 확보량 산정에 반영하였다. 또한, 산정된 확보량은 여유확보량(180%)을 반영하여 산정하였다.

(1)Vvol=Aroad×Ffreq×Uunit

Vvol: 시군구 제설제 확보량(ton)

Aroad: 시군구 도로면적(m2)

Ffreq: 강설 빈도(1~5 cm, 5~10 cm, 10 cm 이상)

Uunit: 표준 도시 단위면적당 제설제 사용량(kg/m2)

식 (1)에 의하여 서울시의 경우 단위면적당 제설제 사용량은 Table 5에서 제시한 평균 사용량과 Table 4의 강설 빈도에 따른 확보량 추정치를 고려하여 산정한 것으로 최종 약 19,301톤으로 산정되었으며, 여유확보량 180%를 적용하여 총 약 34,742톤을 도출하였다. 전주시도 서울시와 같이 식 (1)에 의하여 각각 단위면적당 제설제 사용량과 도로면적, 강설빈도를 고려하여 확보량 추정하였으며 그 결과 614톤으로 산정되었고, 여유확보량을 적용한 결과 1,105톤으로 산정되었다. 각각의 결과는 다음의 Table 78에 정리하여 제시하였다.

Seoul yearly total precipitation road snow the amount per unit area

Secured amount calculated in accordance with snowfall scenario (plan)

Seoul secured amount calculated in accordance with snowfall scenario (plan)

Jeonju secured amount calculated in accordance with snowfall scenario (plan)

The 2014 Seoul Snow usage (Unit: ton)

2014년 서울시 제설제 확보량은 70,922톤이며, 이월량은 46,146톤으로 실제 사용량은 24,776톤이다. 따라서 여유확보량(180%) 34,742톤은 실제 사용량 24,776톤과 비교하였을 때, 적절하게 산정되었다고 판단할 수 있다.

2014년 서울시 제설제 사용량은 24,776톤으로 강설 빈도에 따른 확보량 추정치 범위인 19,301톤~34,742톤 내에 있으므로, 확보량이 적절히 추정되었다고 판단된다.

4. 결론

본 연구는 그간 제설제의 비계획적인 확보 기준을 보완하기 위해 지역의 강설 특성을 고려하여 효율적인 제설제 확보 기준을 제시하고자 하였다. 이를 위해 지자체별 36년 강설 통계를 활용하여 적설량별 강설 빈도를 분석하였고 단위 면적당 제설제 사용량과 도로 면적과의 관계 분석을 통해 확보량 산정식을 도출하였다. 본 연구에서는 대도시로 서울시, 중소도시로 전주시를 대상으로 하였으며 제설제 확보량 산정식에 의해 확보량을 산정하였다. 2014년 서울시 제설제 사용량은 24,776톤이며 산정식에 의한 확보량은 34,742톤으로 사용량의 140% 정도이다. 이는 2014년 사용량과 비교하였을 때 적정한 확보량이 도출되었다. 다만 지자체별 사용량에 대한 데이터 확보가 어려워 다년간의 사용량과의 비교가 어려웠으며 향후 보완 및 검증이 필요할 것으로 판단된다. 또한 강설 빈도 및 도로의 상황, 기온 등에 따라 그 사용량이 다르게 나타날 수 있으나 36년간의 강설 빈도를 통한 전국단위의 제설제 소요량을 추정해 본 것으로 향후 제설제 확보를 위한 기준을 마련하는 기초자료로 활용될 것으로 기대된다.

감사의 글

본 연구는 정부(국민안전처)의 재원으로 재난안전기술개발사업단[MPSS-자연-2014-72]의 지원을 받아 수행된 연구입니다.

References

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Fig. 1

Study Process

Table 1

Seoul used the environmentally friendly snow expansion plans

Division 2013 2014 2015~
Consumption At least 5% of the total amount At least 10% of the total amount At least 15% of the total amount
Use Area Protection area of source water Hangang riverside road, Bridge, Pedestrian overpass, River, Around green land Bridge, River, Around green land

Table 2

Secure standard

Country Secure standard
 England   The average usage of 150% 
USA The average usage of 100%

Table 3

Major national annual consumption

 Country  Annual consumption
USA  About 1000-1200 million tons 
Japan About 10-15 million tons
Canada About 500 million tons

Table 4

Secured amount calculated in accordance with snowfall scenario (plan)

Regional Frequency
 0 cm  Less than 1 cm  1~ 5 cm  5~ 10 cm  10~ 20 cm  More than 20 cm
Seoul 30 4 24 17 7 2
Busan 72 5 4 2 0 1
Daegu 47 7 19 8 3 0
Incheon 36 3 25 12 7 1
Gwangju 31 5 17 20 5 6
Daejeon 25 10 22 18 7 2
Ulsan 57 7 13 3 3 1
:
Jeju 54 12 17 2 0 0

Table 5

Seoul yearly total precipitation road snow the amount per unit area

Year Annual Snowfall (cm) Deicing Chemicals (kg) City Whole Road Per Unit Area Deicing Chemicals (kg/m2) Central Road Per Unit Area Deicing Chemicals (kg/m2) Outskirts road Per Unit Area Deicing Chemicals (kg/m2)
Gu Office Assignment Area Road Offices Assignment Area Gu Office Assignment Area Road Offices Assignment Area
2008Season 18.1 14,929,000 0.100 0.094 0.092 0.080 0.092
2009Season 67.3 44,091,000 0.297 0.268 0.395 0.029 0.389
2010Season 38.2 31,439,000 0.212 0.162 0.508 0.050 0.411
2011Season 13.2 20,5363,000 0.138 0.119 0.361 0.019 0.238
2012Season 53.7 58,464,000 0.394 0.281 0.988 0.113 0.798
2013Season 29.6 25,794,000 0.174 0.141 0.381 0.033 0.278
Average 63,346,667 0.219 0.177 0.454 0.054 0.367

Table 6

Jeonju yearly total precipitation road snow the amount per unit area

Year Annual Snowfall (cm) City Whole Road Central Road Outskirts road
Deicing Chemicals (CaCl+NaCl) (kg) Per Unit Area Deicing Chemicals (kg/m2) Deicing Chemicals (kg) Per Unit Area Deicing Chemicals (kg/m2) Deicing Chemicals (kg) Per Unit Area Deicing Chemicals (kg/m2)
2008Season 24.3 - - - - - -
2009Season 45.2 - - - - - -
2010Season 51.6 1,093,000 0.100 765,100 0.134 327,900 0.063
2011Season 26.4 871,000 0.080 609,700 0.107 261,300 0.050
2012Season 44.5 1,348,000 0.123 943,600 0.165 404,400 0.077
2013Season 26.5 939,000 0.086 657,300 0.115 281,700 0.054
2014Season 38.1 1,403,000 0.128 982,100 0.172 420,900 0.080
Average 1,130,800 0.1034 791,560 0.1386 339,240 0.0648

Table 7

Seoul secured amount calculated in accordance with snowfall scenario (plan)

Road Area (m) Frequency Resource Reserve (ton) Resource Reserve (180%) (ton)
0 cm Less than 1 cm 1~5 cm 5~10 cm 10~20 cm More than 20 cm
148,063,037 30 4 24 17 7 2 19,301 34,742

Table 8

Jeonju secured amount calculated in accordance with snowfall scenario (plan)

Road Area (m) Frequency Resource Reserve (ton) Resource Reserve (180%) (ton)
0 cm Less than 1 cm 1~5 cm 5~10 cm 10~20 cm More than 20 cm
10,887,110 35 3 26 9 11 0 614 1,105

Table 9

The 2014 Seoul Snow usage (Unit: ton)

Division Total
’14 secured amount(A) 70,922
’14 carry amount(B) 46,146
’14 amount(A-B) 24,776