1. 서  론

최근 우리나라는 이상기후 및 온난화 현상 등으로 인해 국지성 집중호우의 빈도가 잦아지고 있다(IPCC, 2007). 특히 주거인구가 많은 도심지역의 경우 도시화로 인한 불투수 면적의 증가, 우수처리를 위한 하수도 시설의 통수능 부족 등의 이유로 일반 농경지 및 나지에 비해 그 피해량은 기하급수적으로 증가하며 도심지역 내 집중호우로 인한 유출이 하수관거로 처리되지 못해 발생하는 내수침수 역시 피해 사례가 증가하는 추세이다. 도시화 된 유역은 불투수면적의 증가와 지표면의 저류지 감소로 인해 지표면을 흐르는 유출량이 커지게 되고, 배수관망을 통한 인위적인 배수로 인해 도달시간이 일반유역에 비해 짧다. 따라서 도심지역의 방재 능력을 개선시키기 위한 다양한 피해대책 방안을 강구해야 한다.

본 연구에서는 도심지역이며 내수침수의 위험도가 높은 지형특성을 가진 지역을 시범지역으로 설정하고, 대표적인 내수범람 해석모형인 XP-SWMM 모형을 이용한 침수해석을 실시하였다. 또한 해당지역에 알맞은 홍수방어 대책 수립을 위해 다기준의사결정기법(Multi-Criteria Decision Making)을 이용하여 다양한 홍수방어 대안을 비교 및 평가하였으며 최적의 홍수대안을 설정할 수 있는 기준을 마련하였다. 치수목적의 다기준 의사결정기법의 기반을 마련하여 수재해가 발생할 확률이 높은 지역 또는 상습적으로 침수경험이 있는 지역 등 홍수 위험성이 높은 지역의 방재성능을 확보하여 수재해 대책 예산의 효율적인 활용이 가능하도록 지원하여 사회․경제적 손실을 완화하는데 기여할 수 있을 것이다.

최근 도심지역 내의 국지성 집중호우로 인해 발생하는 내수침수가 빈번하게 발생하면서 국내에서도 몇몇의 연구가 진행된 바 있다. Yun et al. (2013)은 도시유출모형인 SWMM을 이용하여 전라북도 도심지역에 위치한 지방하천 전주천 유역에 대하여 침수모의를 실시하였다. Park et al. (2011)은 침수에 영향을 미치는 5가지 평가기준을 선정하여 다기준의사결정기법 중 하나인 PROMETHEE 기법을 사용하여 소유역 별 상대적 침수위험도를 평가하였다. Kim (2012)은 광주광역시 내 소류지 5개를 선택하여 다기준의사결정기법 중 하나인 Compromise Programming 기법을 통해 친수공간 복원대상의 우선순위를 결정하였다. 국외의 경우 Drobne (2009)는 GIS와 MCDM을 사용하여 주거지역으로서 적합한 지역을 가시적인 지도형태로 도출하는 연구를 진행하였으며, Tkach (1997)은 Compromise Programming 기법을 공간적인 해석을 통해 캐나다의 Red River Valley 지역을 격자형태로 각각 침수재해 정도를 분석 후 기존의 비공간적 결과와 비교하였다. 상기 서술한 기존 연구들은 침수해석 모형을 이용해 홍수분석을 실시했거나, 다기준의사결정기법을 이용하여 최적의 결과를 도출하였다. 본 연구에서는 이러한 이론적 배경을 기반으로 시범지역을 3개의 소유역으로 나누고 GIS 분석을 실시하였다. 또한 XP-SWMM을 이용한 내수침수 결과를 통해 소유역별 홍수대안간의 평가기준을 정립 및 평가하고 Compromise Programming 기법을 이용하여 소유역 별 홍수방어 최적대안 우선순위를 선정하였다.

2. 이론적 배경

2.1 홍수유출모형의 선정

도시홍수문제는 재산피해, 인명피해 등 다양한 문제를 야기하며, 유역 내 자료 및 매개변수를 통한 정밀한 내수침수 유출모의 및 대안 마련을 위한 연구가 필요하다. 도시유역의 홍수유출 모의에 적합한 모형으로는 ILLUDAS (Illinois Urban Drainage Area Simulator), RRL (Road Research Laboratory Method), XP-SWMM, STORM 등 다양한 모델이 존재한다. 여기서 RRL과 ILLUDAS 모형의 경우 설계자의 판단에 따라 유출량 계산에 큰 차이를 보이며 도심지역 특성상 유역 내 각종 수리구조물들이 포함되어 있지만, 이를 포함한 정확한 수리계산을 할 수 없다는 단점을 가지고 있다. 따라서 본 연구에서는 도심지의 수리․수문 특성을 잘 반영할 수 있고, 국내․외에서 빈번하게 사용되며 도심지역 유출해석, 관망해석 및 홍수유출 모의가 가능한 XP-SWMM 모형을 이용하였다.

XP-SWMM은 도시유역 내 강우로 인한 유출량을 산정하는 대표적 모형 중 하나이며, 미국 EPA의 지원으로 개발된 SWMM 모형의 발전된 모형이다. XP-SWMM 모형의 기본적 특징은 다음과 같다. 단일 및 연속강우를 계산할 수 있으며 시간 간격은 강우사상 별로 임의적 조정이 가능한 특징을 가지고 있다. 또한 도시유역, 농촌유역 관계 없이 해석을 실시할 수 있으며, 인위적 배수계통을 가지는 소유역을 적용 대상유역으로 한다. 배수유역 별 합성 및 분리해석이 가능한 특징을 가지고 있고, 배수유역의 규모와 관계없이 적용할 수 있다.

2.2 Compromise Programming

Zeleny (1973)가 개발한 Compromise Programming 기법은 MCDM 기법 중 가장 기본적이고 널리 사용되는 의사결정 기법이다. 연속적인 값을 가지는 두 개 이상의 객체로 이루어진 환경에서, 이상해(Ideal Solution)에 가장 근접한 해(Compromise Solution)를 찾아가는 과정을 의미한다. 연속형 또는 이산형 모두에 대하여 수행할 수 있는 기법이며, 본 연구의 경우 이산형 CP 기법을 적용하였다.

어느 문제의 이상적인 해가 라 할 때 모든 평가기준에 대해 이상적인 해를 만족하는 가능해가 존재한다면, 이 해가 최적해이지만 일반적인 경우, 이상해(Ideal Solution)는 가능해(Feasible Solution)가 될 수 없다. 하지만 이상해를 다른 해를 평가하는 기준으로 사용할 수 있으며, 이상해에 가장 근접한 해를 찾는 것이 가장 합리적인 해답일 것이다. 대안들의 집합을 평가하는 방법으로 이상해에 얼마나 근접한가를 측정하며, 개의 평가기준 및 개의 대안으로 구성된 문제에서 이상해와의 거리()를 구하기 위한 기법이다. 그 식은 다음과 같다.

  (1)

는 번째 대안과 이상해의 지점과의 거리를 말하며, 는 번째 평가기준의 가중치 계산 시 고려하는 인자이다. 는 평가기준, 는 대안을 나타내며, 는 번째 대안의 표준화된 번째 평가기준치를 나타낸다. 는 평가기준 에 대한 이상적 최대치이며, 는 평가기준 에 대한 이상적 최소치를 말한다. 는 지수함수로 1에서 무한대까지 주어지며, 일반적으로 값은 1, 2, 가 많이 사용된다. 가 증가할수록 이상치로부터의 편차를 감소시키려하는 경향을 가지므로, 여러 목적함수에 대한 의사결정자의 선호도에 따라 적절한 값을 사용할 수 있다.

3. 대상지구 선정 및 기본자료 구축

3.1 시범지역 선정

본 연구에서는 충청남도 서천군 장항읍 일원에 위치한 지역을 시범지역으로 선정하였으며, 전체 배수구역은 129.85 ha 면적을 가지고 있고, 해당 유역을 장항 1지구, 2지구, 3지구로 구분하여 분석을 실시하였다. 본 유역은 조수간만이 큰 서해와 맞닿아 있으며 밀물 때와 호우가 겹치는 시기에는 유역 출구의 배수위 상승으로 인한 내수침수 피해발생위험이 매우 높은 지역이다. 지형고도는 해당유역 절반 이상이 EL. 3.5~ 4.5 m 수준으로 매우 낮으며, 5° 미만의 낮은 경사를 가지기 때문에 유역 표면을 흐르는 유속도 느려 침수피해가 가중되고 있는 실정이다. 장항지구의 모습은 Fig. 1과 같다.

3.2 강우 분석

본 연구 대상지역의 침수분석을 위한 강우 자료를 구축하였으며, 먼저 강우 분석을 위해 대상지구 주변에 분포한 우량관측소를 선정하였다. 본 연구에서는 자료의 신뢰도가 높은 기상청 관할 관측소 중, 서천군 인근에 위치하고 있고 장기간 관측자료를 보유하고 있는 부여, 보령, 군산 관측소를 선정하였다. 티센망(Thiessen)을 대상 지역 기준으로 그려보았을 때, 가장 많은 영향을 끼치는 강우 데이터를 보유한 관측소는 군산관측소로 조사되었으며, 해당 관측소의 시우량 강우자료를 기반으로 연 최대강우량 및 확률강우량을 산정하였다. 매개변수 추정방법으로는 일반적으로 수리․수문학적으로 널리 사용되는 확률가중모멘트법을 적용하였으며, 확률분포형의 경우 매개변수 적합도 검정결과가 가장 우수하고 강우특성을 일관되게 반영하는 Gumbel 분포형을 채택하였다. 산정한 확률강우량을 Huff 방법을 통해 분포하였다. ｢설계홍수량 산정요령(2012, 국토해양부)｣에서는 강우분석과 홍수량 산정 결과를 살펴보았을 시 3분위를 실무적으로 사용하기에 알맞다고 판단하였으며, 본 연구에서도 Huff 3분위를 사용하여 설계강우량을 사용하여 설계강우량을 분포시켰다. 산정한 지속기간별 확률강우량은 다음 Table 1과 같다.

Table 1. Probability rainfalls by duration

3.3 XP-SWMM 모형 구축

3.3.1 유역면적(ha), 표고 및 경사도

｢서천군 하수도정비 기본계획(변경)(2003, 서천군)｣ 및 ｢서천군 하수관거정비 임대형 민자사업 실시설계(2008, 서천군)｣ 에서의 우수관망자료를 기반으로 유역경계를 정의한 후 소유역 현황을 설계하였다. 또한 소유역의 평균경사는 유역 상류부의 끝에서 하류 유출부의 끝부분의 평균 경사를 의미하며, 각 소유역별 평균경사를 계산하여 입력 자료에 사용하였다. 산정한 표고 및 경사분석도는 다음 Table 2와 같다.

Table 2. Elevation and slope of target area

3.3.2 Node 및 Link 입력자료 구성

내수침수 모델링에서 가장 주요한 요소인 배수관망 입력자료를 위한 Node와 Link 구성 단계로 본 연구에서는 ｢서천군 하수도정비 기본계획(변경)(2003, 서천군)｣ 및 ｢서천군 하수관거정비 임대형 민자사업 실시설계(2008, 서천군)｣ 에서의 우수관망자료를 기반으로 구성하였다.

3.3.3 불투수율(%)

불투수율은 다양한 기관에서 제공하는 토지이용현황 및 항공사진을 이용해 산정할 수 있으며, 서천군 통계자료를 기반으로 보았을 때, 서천군 전체의 시가화 및 나지지역의 면적은 28.48 km²로 전체 유역면적 대비 8% 수준으로 낮은 편이나, 시범지역의 대부분 지역은 시가화 지역임을 감안하여야 한다. 금번 연구에서는 Horton 식에 의한 손실 방정식을 적용하여 불투수지역과 투수지역의 해석을 실시하였다. Horton 식은 적은 매개 변수로도 높은 정확도의 결과를 얻을 수 있어 가장 많이 사용되고 있는 침투량 산정식이다. 본 연구 대상지역의 경우 도시화 지역의 비율이 높아 침투율이 낮고 유출률이 높은 Type C로 검토되었다. 적용한 초기침투능과 종기침투능은 다음 Table 3과 같다.

Table 3. Infiltration capacity according to SCS soil type

4. 홍수저감 대안 수립 다기준 의사결정기법 적용

본 절에서는 2012년 실제 홍수를 일으킨 기왕의 호우사상을 분석하였다. 기왕 홍수사상으로 인해 발생한 침수구역을 조사하여 그에 대한 침수원인을 분석하고 이에 적합한 최적 침수대책 후보의 선정을 진행하였다. 2012년 8월 충청남도 서천군 장항읍 지역에 내린 집중호우로 인해 침수가 발생하였으며, 침수피해 발생 당시 24시간 최대강우량은 270 mm, 최대 강우강도는 64.4 mm/hr로 나타났다. 주요 침수지역으로는 장항1지구의 충남조선공고 인근 도로, 장항2지구와 3지구의 장항로 일대, 장항3지구의 장항 농협중앙회 인근으로 대부분 평탄한 저지대 지역에서 발생한 것을 알 수 있다. 침수원인 검토를 위한 분석 흐름도는 다음 Fig. 2와 같다.

4.1 침수방지대책 수립

장항지구는 소유역의 방류구마다 해수의 유입방지를 위해 역류방지용수문(Flap Gate)이 설치되어 있다. 역류방지용수문의 경우 해수면의 수위가 유역 내 수위보다 낮을 때에는 원활한 배수가 가능하나, 조수간만의 차로 인해 유역 내 수위보다 해수면의 수위가 높아졌을 시 수문이 폐쇄돼 배수가 원만하게 이루어지지 않는다. 또한 장항지구에 설치되어 있는 관로는 약 10년 빈도로 계획되어 있어 관로통수능 능력부족으로 인해 침수발생량이 가중되는 등 현재 발생하는 이상기후에 대응하기 어려운 실정이다. 따라서 본 연구에서는 장항지구의 지역적 특성을 고려하여 구조적 대안을 선정하고, 홍수저감대안 시설물의 개별적인 특성을 고려하여 침수방지대책의 우선순위를 검토하였다.

앞서 기술하였듯이, 장항지구는 유역 내 면적의 절반 이상이 표고 EL. 3.5~4.5 m의 저지대이면서 경사도가 5° 미만인 지역이 80% 이상을 차지하는 완경사 지역이며, 방재성능이 타 지역에 비해 부족하다. 서천군 지역에서 가장 가까운 기상청관할 군산관측소의 강우자료를 수집하여 강우양상 변화를 검토하였을 때, 연간 총 강우량은 매년 10 mm 증가추세를 보이고 있었으며, 집중호우의 발생횟수도 과거보다 증가하는 경향을 보였다. 이를 방지하기 위한 시설 추가를 검토해야 된다고 판단되며 사업시행가능범위 내에서 우수배제시설능력을 극대화 할 수 있는 시설을 우선적으로 선정하였다. 본 연구에서는 상습침수지역의 침수 해소를 위해 관경확대를 통한 관로개량을 첫 번째 침수방지대책으로 선정하였으며 우수저감시설 신설 역시 침수 해소를 위한 주요 대책이기 때문에 우수저류지 설치를 두 번째 침수방지대책으로 선정하였다. 마지막으로, 해수면 상승으로 인한 방류부의 우수역류를 막고 관로 침수를 해소할 수 있는 방류부별 우수펌프장 신설을 세 번째 침수방지 대책으로 선정하였다.

4.2 평가기준의 수립 및 가중치 설정

장항지구에 대하여 관로 개량, 우수저류지, 우수펌프장 설치의 3가지 홍수저감대책을 적용한 XP-SWMM 모의를 진행하였다. 내수침수의 결과로 산정할 수 있는 수문학적 인자는 가장 기본적인 침수심, 유출량을 비롯해 침수시간, 유하속도, 오염도 등 매우 다양하며, 해당 모형 모의의 목적에 따라 서로 다른 성격의 결과를 산출할 수 있다. 본 연구에서는 각 대안별 내수침수의 정도를 결정하는 인자로 관거 통수능을 초과하여 유출되는 유량, 유출되는 유량과 DTM 자료를 기반으로 격자별 유역 경사를 이용해 산정한 침수면적, 마지막으로 해당 침수방지 대책 설계 시 나타나는 유역 내 최대 침수심, 이러한 기본적인 3가지 평가기준을 홍수대안의 평가기준으로 수립하였다. 침수대안을 적용하지 않은 현재 상태에서의 모의 결과와 침수대안을 적용한 모의 결과의 장항1지구, 장항2지구, 장항3지구 종합적인 결과는 Table 4와 Fig. 3과 같다.

Table 4. Result of inundation simulation

그러나 상기 기술한 평가기준은 유역 내 지역적 고려를 전혀 반영하지 못하는 단점을 가지고 있다. 도심지역의 내수침수 특성상 유출량의 지역적 고려는 해당 유역 안전도를 고려하는데 있어 주요한 요소 중 하나이다. 예를 들어, 노드로부터 유출되는 유량이 농지 및 농로지역 관로의 통수능 부족으로 인해 농경지에 홍수가 집중적으로 발생하는데 비해 상대적으로 주거지 및 사회기반시설에 피해가 적다면 극심한 호우사상이라 규정할 수 없을 것이다. 이와 같이 도심지역을 내포하는 내수침수 해석을 위해서는 지역적 인자를 고려하는 것이 필수적이라 할 수 있다. 또한 기 산정한 홍수피해 평가기준은 유출량과, 침수면적, 최대침수심, 모두 데이터 값이 작을수록 그 대안의 효과가 극대화 되는 긍정적 방향을 가진 기준만 존재한다는 문제점을 가지고 있다. 이는 대안간의 홍수방어 능력 평가 시 구조물 설치로 인해 사회적․경제적․환경적 영향으로 발생하는 부정적인 영향을 고려하지 않고, 우수저감 효과만을 반영하는 것으로, 정확한 의사결정 과정이라고 볼 수 없다. 따라서 XP-SWMM을 통해 구한 수문학적 평가기준 외에 지역적 편차를 고려할 수 있는 평가기준과 장항지구 내 대안 설치시 소요되는 비용을 고려하는 평가기준을 추가적으로 고려하였다.

4.2.1 주거지 피해면적 산정

대상지구의 도심지 및 인구가 밀집되어 있는 시설의 영향을 고려한 평가기준을 선정하기 위해 장항지구의 건축물 인자를 산출하였다. 또한 건축물 중 침수 발생 시 큰 피해를 입게 되는 인구 밀집지역을 고려하기 위해, 건축물 인자 테이블 내 건축물 목적 정보를 사용하여 주거지 지역을 제외한 기타 건물 정보는 소거하였다. 주거지 속성의 건축물과 XP-SWMM 모의를 통해 도출된 유출지역 자료를 GIS Tool을 이용하여 주거지지역 피해면적을 산정하였다.

4.2.2 경제적 비용 산정

관로 개량, 우수저류지, 우수펌프장 등 우수저감 구조물 설치 시 소요되는 경제적 비용을 산정하여 이를 평가기준에 반영하였다. 정확한 소요사업비 산정은 그 분야별 소요공사비의 규모와 품셈에 의해 산정하지만, 비용 산출 시 토목, 건축, 기계, 전기, 조경 등 다양한 분야별 정보와 설계비 및 토지보상비 등의 항목으로 구분되어 정확한 사업비를 산정하기는 어려운 실정이다. 본 연구에서는 일반적인 우수저감시설 설치사업 실시설계 보고서의 소요사업비 기준을 토대로 우수저감대안 별 경제적 비용을 산정하였으며, 지역별로 기타비용(설계비, 감리비, 토지매입비용 등)의 차이가 존재하므로 해당 대안의 공사비용만을 고려하였다.

(1) 관로 개량

장항지구 우수관로는 설계빈도 10년으로 설치되어 있으며, 설계강우인 30년 빈도 강우를 배수하기 위한 대규모 관로 정비가 필요하다. 따라서 장항지구 내수침수 모의시 관로 통수능의 부족이 발생한 관로를 대상으로 관거 확장을 고려하였으며, 현재 장항지구 내 설치되어 있는 관의 종류를 따르되 관거를 확장하여 통수능을 확보하였다.

(2) 우수저류지

우수저류지의 경우 저류지의 설치위치 시공방법, 저류용량 정도에 따라 매우 다양한 종류와 형태를 가지게 되며, 본 연구에서는 ｢우수유출저감시설의 종류․구조․설치 및 유지관리기준(2010, 소방방재청)｣에서 제시하고 있는 우수저류시설 고려사항 및 공사비를 기준으로 예상공사비를 결정하였다. 저류지 설치 위치에 따라 저류지의 홍수방어 능력은 상이해지며 본 연구의 경우 해당 소유역 내 표고가 가장 낮은 지역 인근을 저류시설 설치위치로 선정하였다. 다만 저류지 설치시 고려해야 하는 공사 시 교통상황 및 부지 매입, 설치 지점 하부의 지하도 시설 등과 같은 부차적 영향의 경우 본 연구에서는 고려하지 않았다.

(3) 우수펌프장

장항지구는 유출부의 해수면의 조위효과로 인해 배수가 원활하지 않는 특징을 가지고 있기 때문에 장항1지구~장항3지구의 방류부에 배수 펌프를 설치하는 방식을 고려하였다. 배수펌프는 유수지로 유입된 우수를 배출계획에 따라 하류부로 배출하게 되며, 장항지구의 소유역별로 유출량에 알맞은 수량을 결정하여 펌프 용량 및 용량에 따른 설비 개수를 결정하였다.

각 대안별 장항1지구, 장항2지구, 장항3지구의 주거지 피해면적과 예상 소요금액은 Table 5 및 Fig. 4와 같다.

Table 5. Result of damaged residential area and construction expenses

4.2.3 가중치 설정

가중치 반영은 각 평가기준 간의 중요도가 상이하다는 점에서 착안하여 기준간의 비교 및 평가 시 결과에 가중치를 곱하는 과정으로, 평가기준의 중요도 인식에 따라 그 값을 결정한다. 해당 지역 및 분야의 주민과 전문가가 어떠한 부분에 비중을 두어야 할지 결정하는 과정으로, 정책개발 및 평가 시 매우 중요한 과정이다. 그러나 정량적으로 검토할 수 있는 문제가 아닌 정성적 평가기준을 고려할 시 과학으로 산정할 수 있는 가중치 결정기법은 없으며, 주로 전문가의 선호도 또는 지표간의 중요도를 기반으로 가중치를 결정하는 것이 일반적이다. 또한 부적절한 가중치의 적용은 평가에 오류를 불러일으키며, 이로 인해 잘못된 연구결과로 초래될 수 있으므로 신중한 결정이 필요하다. 본 연구에서는 침수심과 침수면적 그리고 소요공사비에 대하여 동일한 가중치를 부여하되, 지역적 위험도를 고려한 주거지 피해면적의 경우 상대적으로 타 평가기준에 비해 주요 요소로 판단하여, 침수심 및 침수면적, 소요공사비 대비 1.5배의 가중치를 설정하였다.

5. 다기준 의사결정 기법의 적용

일반적으로 도심지역의 내수침수는 하천의 범람으로 인해 발생되는 외수침수에 비해 발생의 원인이 복합적이며, 이에 따라 해당지역의 치수대책을 결정하는 것 또한 고려할 사항이 많으며, 치수대책 선정 시 도심지역의 특성으로 인한 좁은 유역면적과 10년 또는 20년 빈도 이하의 낮은 우수 관로 계획빈도로 인한 잦은 침수발생 등 침수방지를 위해 고려해야 할 인자들이 외수침수 해석에 비해 상대적으로 많은 실정이다. 또한 대상유역에 적합한 침수대책 선정을 위해서, 유역의 토지이용 현황에 따라 지역적으로 평가되어야 하는 기준의 종류는 수문학적 인자 외에도 다양한 특성을 고려하여야 한다. 따라서 서로 다른 복수의 기준이 존재하는 상황 하에서 최적 대안들의 명확한 평가를 할 수 있는 다기준 의사결정기법(Multi- Criteria Decision Making)을 사용하여 연구 대상지역인 장항지구의 침수대책 선정을 위한 대안 간의 우선순위를 결정하였다. 본 연구에서는 기반 자료가 충분하고 평가 대안들의 정보가 비교적 명확할 때 국내 다기준 의사결정기법 사용시 일반적으로 많이 사용되는 Compromise Programming 기법을 선정하여 연구를 진행하였다.

5.1 Compromise Programming 결과 및 분석

본 연구 대상지역인 장항지구의 XP-SWMM을 이용한 내수침수 해석 결과를 기반으로 MCDM 기법 중 하나인 Compromise Programming 분석을 실시하였다. 이상치와의 거리() 계산 시 사용하는 인자 는 1, 2, 10, 값을 사용하여 각각의 최적대안을 산정하였다. 그 결과는 다음 Table 6과 같다.

Table 6. Result of compromise programming

각 Compromise Programming 적용 결과를 고려한 최적대안 선정 이유는 다음과 같다. 장항1지구의 경우 의 값에 관계없이 우수펌프장 설치가 해당 지역 내 최적의 홍수저감대안으로 선정되었다. 장항1지구의 경우 타 지구에 비해 소유역의 면적이 가장 넓은 곳으로 우수펌프장을 설치하였을 때 전체 평가기준인 침수면적, 최대침수심, 주거지 피해면적, 공사소요비 4개의 값이 모두 타 대안에 비해 우수한 결과를 나타냈기 때문이다. 이는 해당지역의 침수현상이 하류부 해수면 조위차로 인한 배수위의 영향이 크게 발생되는 것을 의미한다. 장항2지구 경우 의 값에 따라 최적대안이 다양하게 도출되었다. 인 경우 우수저류지가 해당 지역에 적합한 대안으로 선정되었고, 인 경우 관로 개량이, 인 경우 우수펌프장이, 의 경우 관로 개량이 선정되었다. 엄밀히 말하면 의 값에 따른 4가지 조건을 고려하였을 때 관로 개량 대안이 최적 대안으로 채택되어 장항2지구의 우수저감대책은 관로 개량으로 선정하였지만, 현재 설정한 평가기준간의 비교로는 대안 간의 효율 차이가 크지 않을 것으로 예상된다. 따라서 장항2지구의 지형 조건 및 사회적 조건을 고려하여 사업당사자 및 공학자의 판단이 필요할 것으로 판단된다. 장항3지구의 경우 의 값에 관계없이 관로 개량 사업이 해당 지역 내 최적의 홍수저감대안으로 선정되었다. 관로 개량시 침수면적과 침수발생량, 그리고 주거지 피해면적의 경우 우수저류지 설치 시의 평가기준 값에 비해 더 작은 효과를 나타나는 결과를 보였지만, 상대적으로 관로 개량시 공사소요비의 큰 효율성으로 인해 관로 개량이 최종 대안으로 선정되었다. 만약 공사소요비의 제약이 크지 않고, 침수면적과 주거지 및 사회기반시설의 피해를 감소시키고자 한다면 타 대안에 비해 낮은 경제성으로 인해 채택되지 않았던 우수저류지를 선정하는 것이 도움이 될 것이라고 판단된다. 최종적으로 대상유역 내 적용한 홍수방어대안과 그 적용 수치 및 결과 값을 정리한 표는 다음 Table 7과 같다.

Table 7. Result of Compromise Programming

6. 결  론

본 연구에서는 2차원 도시유출모형인 XP-SWMM 모형을 이용하여 침수해석을 실시하였으며, 해당지역에 적합한 홍수방어대안 수립을 위해 다기준 의사결정기법을 이용하여 다양한 홍수방어 대안을 상호 비교하고, 대상 지구에 대한 최적 홍수저감대안을 설정하였다. 본 연구를 통해 얻은 결론은 다음과 같다.

본 연구에서는 MCDM 기법인 Compromise Programming을 사용하여 각 대안별 평가기준 적용을 통해 장항1지구부터 3지구까지의 소유역 별 최적 대안 우선순위를 정립하였다. 장항1지구의 경우 우수펌프장 설치 대안이 이상해에 가장 가까운 대안으로 선정되었으며, 장항2지구의 경우 관로 개량 설치 대안을 최적 대안으로 선정하였다. 하지만 Compromise Programming 인자 의 값에 따라 최적 대안이 서로 다르게 도출되는 결과가 나타났다. 이는 대안 간의 효율차이가 크지 않은 것으로써 추가적인 평가기준을 고려하여 재해석을 실시하거나, 공학자의 판단이 필요할 것으로 예상된다. 3지구의 경우 관로 개량 설치가 가장 적절한 침수대안으로 도출되었다. 우수저류지 설치의 경우 관로 개량보다 나은 우수저감 효과를 보였으나, 상대적으로 낮은 경제성으로 인해 채택되지 않은 결과를 나타냈다.

본 연구에서 수행한 다기준 의사결정기법 기반 도심지역  내수침수 해소를 위한 지역별 우수저감 최적대안 결정은 수재해가 발생할 확률이 높은 유역의 치수계획 수립 시 의사결정에 도움을 줄 수 있을 것으로 예상되며, 방재대책 제안 시 근거로 활용할 수 있다. 본 연구를 확장하여 평가기준에 주거지 지역의 공시지가 반영 및 침수심 별 피해액 또는 대안 별 경제적 타당성검토, 기타 정성적 영향 등 을 고려한다면 본 연구에서 사용한 논리를 기반으로 치수계획 결정 시 더욱 합리적인 침수방지 대책 우선순위를 채택 가능할 것으로 판단된다.