1. 서 론

통상적으로 사용되는 위험이란 단어는 많은 정의로 인해 혼란을 야기하며, 방재 분야에서는 개념에 따라 Hazard와 Risk로 나누어 사용되고 있으나 그 구분이 명확하지 않고 혼용되어 사용되고 있어 그에 대한 정확한 정의가 필요하다. Hazard라 함은 어떤 물체나 상황 등이 자체로 가지고 있는 유해성, 즉 해로운 특성을 의미하는 것으로 생명, 건강, 재산 또는 환경에 대한 위협수준을 나타내며 잠재적인 요소를 포함한다. Risk는 Hazard와 같이 유해성이 있는 물질에 의해 실제로 피해를 입을 확률이나 입은 정도를 의미하는 것으로 보통 유해성과 함께 노출성 또는 가능성을 포함하는 개념이다. 따라서 본 연구에서는 Hazard의 개념을 재해로 인한 직접적인 피해, 즉 발생가능한 침수피해인 침수해석 결과를 나타내는 표현으로 사용하고자 하며, 이를 “위험도”로 정의하고자 한다. 또한 Risk의 경우 재해에 대한 취약도(Vulnerability)와 위험도(Hazard)를 모두 포함하는 개념으로 “리스크”로 정의하고자 한다.

현재 작성되고 있는 홍수위험지도나 댐 비상대처계획도의 경우 대외비로 일반 시민들에게 공개가 되지 않고 관리기관에서도 활용대책에 대한 구체적인 방안을 모색하고 있는 상황이다. 각 지자체에서 작성해야할 재해정보지도는 지자체별 작성기법이나 형태가 다르며, 재해발생시 활용할 공무원이나 일반 시민들에게는 작성된 재해지도의 정보를 실제 상황에 적용하기에는 활용성이 많이 부족한 현실이다. 또한 대부분의 재해지도가 침수심과 침수범위 등의 수리해석 결과만을 제시하고 있어 재해발생시 다양한 요소에 대한 정보 부족으로 인해 재해대처계획 수립에 있어 어려움이 있다. 하지만 발생 가능한 재해에 따라 다양한 정보들을 필요로 하며, 인구밀도, 자산, 취약인구 등의 인문·사회적 요소들도 함께 고려된 리스크 지도가 작성된다면 활용성이 높아지고 그를 바탕으로 주민대처계획 등의 방재대책 수립에도 도움이 될 것이다.

재해지도 작성은 재해로 인한 피해를 최소화하기 위해 이미 많은 국가에서 연구 및 활용되어 왔다. 미국에서는 미국재난관리청(FEMA)의 주도하에 홍수보험요율지도(Flood Insurance Rate Map, FIRM)를 작성하여 이용하고 있다. 홍수지도는 개략적인 분석에 의해 특별한 위험을 갖는 홍수지역의 경계를 정의하는 홍수위험경계지도(Flood Hazard Boundary Map, FHBM)와 특별홍수위험지역과 지역공동체의 보험을 적용할 위험지구를 표시한 홍수보험요율지도로 나누어진다. 일본은 홍수로 인한 범람의 피해를 줄이기 위해 사전에 지역주민에게 관련정보를 제공한다는 취지로 국토교통성에서 1993~1994년에 홍수범람구역도를 작성하였으며, 2001년부터는 침수상정구역도를 작성하고 있다. 침수상정구역도는 하천 관리자로부터 제공된 침수상정구역 및 상정되는 수심을 표시한 도면에 홍수예보 등의 전달방법, 피난장소, 그 외 홍수시 원활하고 신속한 피난의 확보를 꾀하기 위해 필요한 사항 등을 기재한 홍수위험지도이다.

프랑스는 자연재해정보 및 자연재해 방지를 위해 과거 최대홍수발생범위와 홍수발생 빈도에 따른 ‘예외적인(exceptional)’, ‘빈번한(frequent)’, ‘매우 빈번한(very frequent)’빈도의 홍수지역을 나타내는 지도를 제작하여 자료의 공동활용을 목적으로 인터넷을 통해 재해지도를 제공하고 있다. 해당 지역에 대한 상세 건물 및 자료는 관련 기관과 보험회사 자체적으로 목적에 맞게 개발하여 구축하고 있다. 오스트리아에서는 2002년 폭우와 홍수에 의한 심각한 피해 발생 후, 보험업계와 오스트리아 농업부 산하 공공기관들, 오스트리아 보험협회가 홍수위험지역을 나타내는 GIS 기반의 HORA (Hochwasser Risikozonierung Austria)를 개발하여 인터넷을 통해 제공하고 있다. 홍수지역은 홍수의 재현기간에 따라 Zone 1(30년빈도), Zone 2(100년빈도), Zone 3(200년빈도)으로 구분된다.

영국은 지방자치단체연계부(Department for Communities and Local Government)에서 주관하여 국가개발정책의 기술 매뉴얼(Technical Guidance to the National Planning Policy Framework)을 2014년 3월에 영국 전역에 대하여 공고하였다. 영국의 개발행위 제한방식으로 홍수 위험도에 따른 풍수해 구역을 Zone 1, 2, 3a, 3b로 구분하였고, 필수 사회기반시설, 수자원연계개발지역, 고취약, 중취약, 저취약 등 홍수 취약성에 따른 풍수해 구역을 설정하였다. 홍수위 위험도와 취약성을 고려하여 도시개발 및 구조물 설치시 토지이용에 따른 제한 및 규제를 실시하고 있다. 또한, 내수재해 위험지구, 하천재해 위험지구, 저수지재해 위험지구 등을 인터넷을 통해 자료를 상세하게 제공하고 있다(Lim et al., 2015).

우리나라는 1995년 이후 매년 수해흔적조사를 수행하면서 침수흔적도를 작성하였고, 재해지도 작성 기준 등에 관한 지침을 제정·고시하여 지자체가 침수흔적도를 비롯하여 침수예상도와 재해정보지도 등을 작성하도록 의무화하고 있다. 하지만 ｢재해지도 작성 기준 등에 관한 지침｣에 따라 재해지도를 작성하도록 하고 있지만 지자체에서 관리 및 작성에 대한 방안이 마련되어 있지 않아 실제로 작성 실적이 저조하고 활용이 어려운 실정이다. 따라서 재해지도에 대한 표준모델 개발과 함께 활용성을 높일 수 있는 관리체계의 확립이 필요하다.

지금까지는 재해지도 작성시 침수심과 침수범위 등을 산정하기 위한 홍수위험지도 작성에 관한 연구와 홍수재해에 노출되어 있는 정도와 홍수에 대한 저항능력을 판단하는 개념인 홍수취약도에 관한 연구로 나누어 진행되어 왔다. Priest et al. (2007)은 홍수심과 홍수유속을 이용하여 계산된 위험도를 바탕으로 홍수위험지도를 작성하였고, Pappenberger et al. (2006)은 2차원 침수해석 모형을 이용하여 잠재적인 홍수범람 범위를 산정하고 모형에 대한 신뢰성 분석을 실시하였다. Cho et al. (2010)은 홍수위험 수준을 저위험영역, 중간영역, 고위험영역으로 구분하여 유속과 수심을 통해 홍수위험지도를 작성하였으며, Lee et al. (2016b)은 Pressure-State-Response 분류체계에 기초하여 12개의 대표적 홍수위험도 평가항목들을 선별하고, 지표평균법 및 PROMETHEE 기법을 활용하여 종합적인 홍수위험도를 분석하였다.

또한 홍수피해발생에 대한 가능성 및 홍수피해에 대응할 수 있는 능력 등을 지표화하고, 구축된 홍수지표들을 이용하여 여러 분석기법에 의해 홍수취약도를 산정하는 연구도 이루어지고 있다(Kim, 2013). Lee et al. (2016a)은 도시와 거주민의 특성을 반영할 수 있는 평가인자를 구성하고 가중치를 산정하여 TOPSIS 기법을 활용하여 도시홍수에 대한 사회적 취약성을 평가하였으며, Park et al. (2016)은 서울시의 도시특성을 고려하여 3개의 세부지표와 17개의 대리변수를 기반으로 사회경제적 재해 취약성 평가를 실시하였다.

이와 같이 다양한 방법으로 홍수위험도와 홍수취약도의 각각에 대한 연구는 많이 진행되어 왔고, 이를 동시에 고려한 연구는 Kim (2013)이 Fuzzy MCDM 기법을 이용하여 통합 Flood Hazard Map을 작성하고, 인구 자산 등의 사회 ‧ 경제적 지표를 활용하여 홍수취약도를 동시에 고려한 통합홍수위험지도 작성 방법에 대해 제안하였다. 하지만 아직 위험도와 취약도를 동시에 고려한 연구는 미흡한 상태이며 재해지도 작성 및 대피계획 수립에 활용된 사례도 많지 않다.

따라서 본 연구에서는 기존의 재해지도에서 반영하지 못한 취약도를 재해에 대한 위험성, 노출성, 취약성, 대응성, 복구성 등에 관한 재해취약지수로 산정하여 침수예상도와 함께 재해지도 작성에 활용하고자 하였다. 위험도(침수예상도)와 취약도(재해취약지수)를 동시에 고려한 통합 리스크 지도를 작성하여 대피경로 및 대피우선순위, 대피장소 선정 등의 정보를 제공함으로써 대피계획 수립시나 GIS를 활용하여 웹을 통한 정보제공으로 누구나 쉽게 알아보고 접근할 수 있는 활용성 높은 새로운 형태의 재해지도를 제시하고자 하였다.

2. 통합 리스크 분석을 위한 재해취약지수 선정

지금까지의 재해지도는 침수범위와 침수심을 중심으로 작성되었으며, 대상유역의 인문·사회·경제적인 요소를 고려하지 못하였다. 그로인해 재해지도 작성과 관련된 연구는 정확한 침수해석 결과를 도출하기 위한 위험도에 관한 연구와 인문·사회학적인 요소와 재해와의 관련성을 고려한 취약성 연구로 나뉘어서 진행되어 왔다. 하지만 재해는 다양한 원인에 의해 발생하고, 피해의 정도와 복구 및 대책 등도 복합적인 요소에 영향을 받는다. 따라서 본 연구에서는 침수해석 결과를 바탕으로 산정된 위험도와 함께 인문·사회학적 요소들을 재해취약지수로 선정하여 분석하고 이를 다양한 재해상황에 적용하여 새로운 재해지도를 작성하고자 하였다.

2.1 대상유역 및 침수구역 Zoning 기법의 선정

본 연구의 대상유역은 선행 연구에서 태풍 루사 사상을 검증한 감천 유역의 신음동을 대상유역으로 선정하였다. 이는 극한 상황(태풍 루사)을 3 m 해상도의 지형자료 DEM에 2×2의 Sub-Grid를 적용(Case 1-1)하여 도출된 침수해석 결과를 위험도(Hazard)로 활용하고자 하며, 작성된 침수예상도와 함께 다양한 사회 ‧ 인문학적 요소를 고려하여 재해취약지수(Vulnerability)를 산정하고 이를 동시에 고려한 통합 리스크(Risk) 분석을 통해 재해지도를 작성하고자 한다.

우선 재해취약지수를 선정하여 분석하기 위해서는 분석단위를 결정해야 한다. 지금까지의 연구에서는 주로 행정경계 단위나 유역의 단위로 분석지역을 구분하여 세부 평가 지표값들을 부여하였으나 이럴 경우 실제 홍수발생지역에 대한 세밀한 분석에 어려움이 있다. 따라서 본 연구에서는 침수구역을 구분하는 Zoning 기법에 대해 정의하여 이를 통합 리스크 분석 및 재해지도 작성에 활용하였다.

침수구역 Zoning 기법은 광역(Macro), 지구(Meso), 개별(Micro) 기법으로 구분되는데(Fig. 1), 광역(Macro) 기법은 대상유역 전체를 하나의 홍수위험지역으로 Zoning하는 기법으로 지금까지 연구에서 주로 활용된 기법이나 본 연구에서는 구체적인 대피계획 수립 등을 위해 적합하지 않다고 판단하였다. 지구(Meso) 기법은 행정구역과 도로경계를 기반으로 지적편집도의 대표지번(Representative lot number)(Fig. 1(b). Blue circle)을 중심으로 구분하는 것으로 행정구역상의 대표지번을 기준으로 구분하여 같은 지번내의 가구들을 Grouping하여 대피계획을 수립하게 되면 관리자 및 주민들이 이해하기 쉬워 효율적일 것이다. 개별(Micro) 기법은 침수구역내 가구 각각을 구분하는 것으로 지적편집도 상에서는 지번(Lot number) (Fig. 1(b). Red circle)으로 구분하는 것이 되겠다. 이는 LiDAR 등의 정밀한 지형자료가 활용 가능하고 침수심, 유속 등의 정교한 수리해석 결과와 함께 고려할 수 있다. 또한 도시지역 및 인구 밀집지역에서는 주민들에게 매우 구체적인 정보제공이 매우 중요한 사항이며, 특히 노약자, 장애인 등의 재난취약계층도 고려할 수 있어 피해경감에 기여할 수 있다. 이렇게 정의한 지구(Meso) 기법과 개별(Micro) 기법을 활용하여 분석함으로써 재해지도 작성시 구체적인 대피계획 수립이 가능하고 활용도 또한 높을 것으로 판단된다.

Fig. 1.

Flood zoning method

2.2 재해취약지수 선정

재해에 대한 위험도를 분석함에 있어 다양하고 복합적인 요소에 대해 고려를 하게 된다. 기존 연구에서는 홍수발생 강도에 대한 물리적 요소와 홍수에 영향을 받는 인구와 자산 등의 사회, 경제적 요소, 그리고 홍수재해를 저감시킬 수 있는 능력 등의 요소 등을 연구자별로 인자로 구분하여 분석을 실시하였다. 본 연구에서도 재해에 영향을 주는 인자들에 대해 재해취약지수로 정의하여 분석하고자 한다. 본 연구에서는 노출성, 취약성, 대응성, 복구성 인자로 구분하여 각각의 인자들에 대한 재해취약지수 등급을 산정하였다. 노출성은 대상유역에 거주하고 있는 인구가 얼마나 재해에 노출되어 있는가를 나타내기 위해 인구밀도를 고려하였다. 또한 건물 밀집도는 재해에 노출된 인간의 주거공간을 나타내는 지표로 침수구역을 Zoning 하는 기준에 따라 직접적으로 침수피해가 발생할 경우 인구 및 건물이 밀집된 Zone일수록 재해에 노출된 정도는 클 것이다. 인구밀도에 대한 노출성 지표는 지구(Meso) 기법과 개별(Micro) 기법을 모두 적용하였으며, 건물 밀집도는 지구(Meso) 기법을 적용하여 각 Zone별 노출성을 분석하였다.

사회적 취약층 또는 재해에 취약한 인구는 재해 발생시 일반 주민들에 비해 대피나 극복에 어려움을 갖고 있다. 따라서 이러한 인구들에 대한 개별적인 대피계획 및 관리가 필요하다. 취약성은 재해에 취약한 인구에 해당하는 노령(65세 이상) 인구밀도와 아동(15세 미만) 인구밀도를 고려하였다. 이 두 지표에 대해서도 지구(Meso) 기법과 개별(Micro) 기법을 모두 적용해 보았다.

추가로 건물용도별로 취약성을 고려해보았다. 건물의 용도에 따라 5등급으로 구분하였는데 5등급은 노인정, 유치원(어린이집 포함), 초등학교, 병원 등으로 취약인구가 밀집된 건물로써 재해에 가장 취약하며, 4등급은 단독주택으로 침수심에 따라 직접적인 침수피해를 받을 수 있다. 3등급은 아파트로 많은 인구가 밀집되어 있어 재해가 발생시 집중된 인구로 인해 혼잡이 발생할 수 있으나 높은 건물로 인해 침수에 대해 안전하기도 하다. 2등급은 상가 및 일반건물로 상주인구가 비교적 적고 재해 발생시 개별적인 대피가 가능하다. 1등급은 학교 및 공공기관으로 가장 먼저 재해상황을 전달받을 수 있으며, 많은 인원을 수용할 수 있어 가장 안전하다고 판단하였다. 이렇게 구분한 건물용도별 취약성은 개별(Micro) 기법을 적용하였다.

재해발생시 대피로를 따라 지정된 대피장소로 얼마나 빠른 시간에 안전하게 도착하느냐를 대응성 인자로 고려하였다. 국민안전처(現 행정안전부)에서는 “자연재난대비 30분 대피계획”을 수립하고 적용하고 있는데 재난 위험 발생시 30분 이내로 안전한 대피장소로 대피를 하는 개념이다. 하지만 이는 대피속도와 대피장소까지의 거리와도 관련이 있어 본 연구에서는 대피속도를 통해 대피장소까지의 도달시간으로 대응성 인자를 나타내었다. 대피속도는 선행연구에서 제시한 ‘자연재해 피난시 보행속도’로 성인의 경우 1 m/s, 취약인구의 경우 0.5 m/s로 적용하였다(Kwon et al., 2015). 각 인구별 대피속도를 바탕으로 지정된 대피장소에서부터 접근 가능한 거리를 5, 10, 15, 20, 30분으로 나누어 침수지역에서 어떤 대피장소로 대피할지를 결정하는데 활용할 수 있을 것으로 판단된다. 대응성은 지구(Meso) 기법을 적용하였다.

마지막으로 복구성은 재해발생 후 얼마나 빠른 시간에 회복이 가능하냐를 판단하기 위해 추정소득분위를 고려하였다. 소득이 높은 인구일수록 재해에 대해 대응 및 복구를 함에 있어 유리하다고 판단하여 추정소득분위를 고려하였으며, 각 가구 또는 건물별 정보를 구축하기에는 어려움이 있어 지구(Meso) 기법을 적용하여 산정하였다. 재해취약지수로 정의된 노출성, 취약성, 대응성, 복구성 4가지 인자에 대한 총 7가지 지표를 인자별 분석자료와 GIS 도구를 이용하여 추출하였다.

2.3 취약도 분석을 위한 재해취약지수 지표 추출

각 인자별 지표를 분석하기 위해서 사용된 자료들은 대부분 행정구역상 동단위로 조사된 통계청의 자료가 사용되었다. 따라서 본 연구에서 제안한 침수구역 Zoning 기법에 맞게 자료를 추출할 필요가 있다. 지표별로 지구(Meso) 기법과 개별(Micro) 기법을 적용하기로 하였으며, 지구(Meso) 기법의 경우 대표지번으로 구분하게 되면 대상유역인 신음동 하나에도 많은 Zone으로 구분되어 개별(Micro) 기법으로 구분하는 것과 큰 차이가 없을 것으로 판단되었다. 지구(Meso) 기법의 적용을 위해서 수치지도의 레이어 정보를 이용하여 행정구역 및 도로경계를 기반으로 도심지역에서 1 ha 미만의 면적을 가지도록 세밀하게 구분을 하였다. 수치지도의 도로와 행정경계에 대한 폴리선 데이터를 GIS 도구와 레이어 정보를 이용하여 추출하였으며, 가공을 거친 후 폴리곤 형태로 변환하여 최종 분석단위를 생성하였다. 이러한 과정을 통해 신음동에 83개의 Zone으로 구분하여 지구(Meso) 기법을 적용하였다.

인구정보를 추출하기 위해 동단위로 조사된 통계청(Statistics Korea, 1996) 정보와 수치지도 상에 포함된 건물레이어를 이용하였다. 수치지도상의 건물레이어 중 주택, 연립주택, 아파트로 구분하고, 층수 및 면적 정보를 이용하여 동에 대한 인구 비율을 산정하였다. 산정된 비율을 이용하여 인구밀도, 65세 이상 인구밀도, 15세 미만 인구밀도를 곱하여 각 건물레이어에 대한 인구수를 산정하였다. 개별(Micro) 기법의 경우 각 건물레이어에 산정된 인구수를 적용하였으며, 지구(Meso) 기법의 적용을 위해 폴리곤 형태로 변환된 83개의 Zone에 면적으로 나누어 면적에 대한 인구밀도로서 인구에 대한 세부지표를 산정하였다.

건물과 관련된 지표인 건물 밀집도와 건물용도별 지표는 각각 지구(Meso) 기법과 개별(Micro) 기법을 적용하였다. 건물 밀집도 지표는 각 Zone에 위치한 건물의 면적에 대한 비로 추출하였으며, 건물용도별 지표는 대상유역내 존재하는 건물레이어를 위성지도를 활용하여 각 용도별로 구분하여 추출하였다. 추정소득분위 지표는 ㈜ BIZ-GIS (Biz-Gis, 2006)에서 제공하는 추정소득분위 데이터를 이용하여 산정하였다. 데이터는 100 m 단위의 격자중심점으로 제공되었는데 지구(Meso) 기법을 적용하기 위해 구분한 Zone의 단위가 100 m 단위보다 더 작은 지역이 대부분이고 비구조적 단위를 가지는 데이터이므로, 격자 단위의 추정소득분위 자료를 선형분포시켜 각 Zone에 중첩시키는 방법으로 데이터를 산정하였다.

대응성 인자를 추출하기 위해 2003년 김천시에서 작성한 ‘2002 수해백서(태풍 루사, 매미)’를 참고하여, 보고서에서 제시한 대피장소 대신동사무소(대신동 주민센터로 명칭 변경 및 장소 이동), 신음동교회(김천시민교회로 명칭 변경), 김천시보건서, 김천시청, 명성교회를 활용하였다. 본 연구에서는 추가로 많은 인원이 수용가능한 김천신일초등학교를 추가하여 적용하였다. 총 6개의 대피장소에 대해 대응성 인자를 추출하기 위하여 성인 인구와 취약인구의 대피속도에 대피가능시간인 5, 10, 15, 20, 30분을 곱하여 각각의 대피가능 Zone을 원으로 나타내었다. 침수구역내의 건물레이어가 원 안에 존재할 경우 해당 대피장소로 대피가능시간 안에 도달할 수 있다고 판단하였다. 이렇게 추출된 대응성 인자는 대피계획 수립시 대피장소 및 대피우선순위 선정에 기여할 수 있을 것으로 판단된다.

Fig. 2에 추출된 각 지표를 나타내었다. 각 지표별로 추출된 자료를 1~5등급으로 등급화 하였으며, 각 등급화된 자료를 통합 리스크 분석 및 재해지도 작성에 활용하였다.

Fig. 2.

Disaster vulnerability index

3. 재해취약지수를 고려한 리스크 지도 작성

침수해석의 결과인 최대홍수심과 최대유속을 이용해 산정된 위험도 지수와 각 재해취약지수 인자를 고려하여 인자별 리스크 지도를 작성하였다. 지구(Meso) 기법으로 산정된 재해취약지수 인자들은 하나의 재해취약지수 등급으로 나타내어 위험도 지수와 통합 리스크 분석도 실시하였다.

3.1 위험도 인자를 고려한 침수예상도 작성

침수예상도란 과거의 태풍, 호우, 해일 등에 의한 침수 피해 흔적과 지진해일, 극한강우, 댐·저수지·제방의 붕괴 및 월류, 계획 홍수위 등 수문학적 인자를 고려하여 장래 침수예상지역 및 침수심 등을 예측하여 작성한 지도이다(MOIS, 2020). 이 지도는 방재대책 수립 및 재해정보지도 작성을 위한 기본 자료로 활용되는데, 대피경로 설정 등의 구체적인 계획을 수립시에는 침수범위와 침수심만의 제한된 정보로는 한계가 있다. 따라서 본 연구에서는 최대침수심과 최대유속을 함께 고려한 위험도 인자를 산정하여 침수예상도를 작성하고자 한다.

OFEE et al. (1977)은 최대침수심과 최대유속의 곱으로 높음, 중간, 낮음의 3단계로 구분하여 위험도 산정기준을 제시하였다. 본 연구에서는 이를 더 세분화하여 0~5등급으로 단계를 구분하고자 한다. Table 1은 위험도 인자 산정기준을 나타낸다. 산정된 위험도 인자는 복합 리스크 분석시 기초자료로 활용된다. 선행연구에서 검증한 태풍 루사 사상에 대한 최대침수심과 최대유속, 그리고 이를 함께 고려한 침수예상도를 Fig. 3에 나타내었다.

3.2 재해취약지수 인자별 리스크 지도 작성

재해 발생시 피해를 최소화하며 주민들이 안전하게 지정된 대피장소로 이동하기 위해서는 구체적인 재해지도와 함께 대피훈련 등의 교육이 중요하다. 또한 지역별 인구, 자산, 건물 등의 상황에 따라 대피계획도 차이가 날 것이다. 따라서 본 연구에서는 대피계획 수립시나 대피훈련 등에 도움이 되는 재해취약지수 인자별 리스크 지도를 작성하였다. 이는 재해취약지수 인자별 지표를 침수구역 Zoning에 따라 추출하였기 때문에 각 인자별 특성이 반영된 리스크 지도 작성도 의미가 있다고 판단하였다.

노출성 인자인 Fig. 2(a)의 인구밀도 지표와 Fig. 3(c)에서 작성된 위험도 인자를 나타내는 침수예상도를 중첩하여 위험도-노출성(인구밀도) 리스크 지도를 작성하였다. 인구밀도 지표를 잘 표현하기 위해 위험도 등급과 같은 색의 외곽선으로 표시하였으며, 대피장소는 대응성 인자에서 지정한 6개의 대피장소인 ① 대신동 주민센터, ② 김천시민교회, ③ 김천시보건소, ④ 김천시청, ⑤ 명성교회, ⑥ 김천신일초등학교를 나타내었다. Fig. 4(a)를 살펴보면 빨간색 외곽선과 주황색 외곽선이 인구밀도가 높은 등급인 5등급과 4등급을 나타내고 있으며, 이 Zone의 경우 위험도 인자는 1등급을 나타내고 있다. 위험도 인자에 비해 인구밀도 인자가 높은 등급을 나타내고 거주 인구가 많은 Zone이므로 대피계획 수립시 대피우선순위 선정 및 수용가능인원이 많은 대피장소(④ 김천시청, ⑥ 김천신일초등학교)로 대피를 유도해야 할 것이다. 반대로 위험도 등급은 높으나 인구밀도 인자가 낮은 녹색 외곽선 Zone의 경우 위험도가 높아 대피에 어려움이 있으므로 대피장소 선정시 가까운 곳(① 대신동 주민센터)으로 유도해야 할 것이다.

건물용도별 지표는 인구밀도나 취약인구밀도처럼 거주인구가 아닌 건물의 용도에 따라 취약성을 구분하여 다른 개념으로 활용이 가능하다. 모든 주민이 가정에 머무를 때에 재해가 발생을 하는 것이 아니므로, 병원, 노인정, 유치원(어린이집 포함), 초등학교 등 거동이 불편하거나 재해에 취약한 주민들이 상주할 수 있는 건물들을 따로 구분하여 관리함으로써 재해상황별 대피계획 수립시 유용하게 활용될 수 있을 것이다. 건물용도별 취약성 지표를 재해취약지수 선정시 설명한대로 각 건물들의 용도별로 5등급으로 구분하여 Fig. 4(b)에 위험도-취약성(건물용도별) 리스크 지도로 나타내었다. 아동 인구밀도 지표에서는 동신초등학교가 낮은 등급을 나타냈으나 건물용도별 지표에서는 재해에 가장 취약한 5등급으로 구분되어 높은 등급을 나타냄을 확인할 수 있다.

위험도-복구성 리스크 지도(Fig. 4(c))는 재해발생 후 대상유역의 구호물자 보급계획이나 복구계획 수립시 우선순위를 선정할 때 활용가능하다. 복구성 인자를 추정소득분위 지표로 고려하였기 때문에 복구성 등급이 낮을수록 지원 및 복구에 도움이 많이 필요하므로 낮은 등급을 우선으로 지원 및 복구하는 계획을 수립해야 할 것이다. 또한 위험도-복구성 리스크 지도는 건물용도별 지표와 함께 고려될 수도 있을 것이다. 건물용도에 따라 관공서 등 주민활동에 필요한 시설들을 우선적으로 복구하도록 계획을 세워야하며, 취약인구는 거주 및 복구에 일반 주민들보다 어려움이 있으므로 취약인구가 거주하거나 이용하는 시설들을 우선적으로 복구하는 계획을 세우는데 도움이 될 것으로 판단된다.

대응성 인자와 위험도 인자를 고려한 위험도-대응성 리스크 지도를 Fig. 5에 나타내었다. 성인의 대피속도로 이동할 경우 20분 내에 침수범위내에 있는 주민들이 6개의 대피장소로 이동이 가능한 것으로 나타났다. 5분내에는 성인의 경우에도 ①번 대피장소인 대신동 주민센터로만 대피가 가능한 것을 확인 할 수 있었으며, ⑥번 대피장소인 김천신일초등학교의 경우 20분 이상 소요되는 것으로 나타났다. 따라서 성인의 도보를 통한 대피계획을 수립시 시간에 따라 도달가능한 대파장소로의 대피를 유도해야 할 것이다.

재해취약지수 인자별 리스크 지도는 지금까지의 재해지도에서 고려하지 못한 인문·사회·경제적 요소들을 고려함으로써 대피계획이나 복구계획 수립에 있어 지역별 인구 및 자산 등의 특성에 맞춰 효율적이고 피해를 최소화 하는데 도움이 될 것이다. 또한 작성된 리스크 지도를 대피훈련 등을 교육하는데 활용하여 각 주민별 구체적인 대피로 및 대피장소로의 유도가 가능하여 재해지도의 활용성을 높일 수 있을 것으로 판단된다. 기존의 재해지도에서 고려한 침수심이나 침수범위도 함께 고려하였으므로 정확한 침수해석 결과를 바탕으로 작성되어 신뢰성도 높다고 판단된다. 구체적인 계획을 수립할 수 있는 다양한 정보를 제공함으로써 관리자나 대피주체인 주민들의 활용성도 높일 수 있으며, GIS 도구를 활용하여 작성함으로써 향후 웹이나 휴대전화 등을 통해 실시간으로 정보를 제공하여 방재대책 수립에도 기여할 수 있을 것으로 판단된다.

Fig. 3.

Result by typhoon rusa

Fig. 4.

Exposure, vulnerability and recoverability risk map with hazard index

Fig. 5.

Responsiveness risk map (Evacuation-Hazard-Adult)

3.3 위험도 인자와 재해취약지수를 고려한 통합 리스크 분석

재해취약지수 인자별 리스크 지도는 활용목적에 따라 다양하게 활용이 가능하나 실제상황에서는 간단하면서 명확한 정보를 전달할 수 있는 지도의 형태를 필요로 한다. 따라서 실제로 활용가능한 재해지도 작성을 위해 각각의 재해취약지수 인자들과 위험도 인자를 하나의 결과로 제시하고자 통합 리스크 분석을 실시하였다. 우선 재해취약지수 인자들은 서로 다른 단위와 성질을 가진 다양한 자료를 이용하여 산정된 지표로써 각 개별지표를 표준화하는 과정이 필요하다. Eq. (1)의 Re-scaling 방법을 이용하여 전체자료를 0과 1사이 범위내로 표준화하였다(Nardo et al., 2005).

4개의 재해취약지수 인자들을 7개의 지표로 나타내었는데, 지표별로 지구(Meso) 기법과 개별(Micro) 기법을 적용하였다. 위험도 인자와 통합 리스크 분석을 하기 위해서는 Raster 형태의 자료 형태로 변환하여 적용하여야 하므로, 지구(Meso) 기법으로 분석한 노출성(인구밀도, 건물밀집도), 취약성(노령 인구밀도, 아동 인구밀도), 복구성(추정소득분위)을 표준화하여 추출하였다. 대응성 인자는 등급화를 할 수 있는 수학적 지표가 아니라 제외하였으며, 재해지도 작성시 대피계획 수립에 적용하여 모든 재해취약지수를 고려하였다.

표준화된 각 인자들을 하나의 재해취약지수로 추출하고, Z-점수법에 의해 5개의 등급으로 구분하였다. 하나의 재해취약지수로 추출하기 위해 각 인자들을 동일한 가중치를 적용하였으며, 복구성의 경우 추정소득분위를 고려함으로써 등급이 높은 Zone이 복구성이 낮은 것을 의미하므로 노출성, 취약성과 반대로 고려하였다. 각 인자들의 가중치는 인자별 특성을 고려하여 적용하여야 하나 본 연구에서는 선행연구에서 적절한 가중치의 적용은 평가결과의 왜곡을 초래할 수 있다고 제시하여 각 인자들의 가중치를 동일하게 적용하였다(Lim et al., 2010). 향후 연구에서 계층분석기법이나 델파이기법 등으로 전문가들의 설문조사를 통해 가중치를 산정하여 고려하도록 하겠다. Fig. 6은 표준화와 등급화된 재해취약지수를 나타낸다. 각 인자들의 등급이 높은 Zone에서 높은 등급을 확인할 수 있으며, 대상유역인 신음동이 인구와 건물이 밀집된 지역으로 전체적으로 높은 등급을 나타내었다.

하나의 인자로 추출된 재해취약지수(Fig. 6(b))와 Fig. 3(c)에서 산정한 위험도 인자를 동시에 고려한 통합 리스크 분석을 실시하였다. 등급화된 위험도와 재해취약지수를 동일한 가중치로 곱하여 통합 리스크 등급으로 나타내었다. 이는 앞서 산정한 하나의 재해취약지수와 동일하게 선행연구 결과를 바탕으로 적용한 것이다. 통합 리스크 분석은 재해지도 작성에 있어 하나의 지도에 위험도와 사회·인문·경제학적 요소를 동시에 고려하여 나타낼 수 있는 것에 의미가 있다.

Fig. 7(c)에 통합 리스크 지도를 작성하였다. 대부분의 Zone에서 3등급을 나타내었으며, 신음동 중심에 위치한 시청로를 중심으로 좌우측 편이 높은 등급을 나타내었다. 또한 저지대에서 위험도가 높은 등급을 나타내었으며, 위험도 인자의 낮은 등급을 나타내던 Zone들이 재해취약지수에 영향을 받아 등급이 상향되었음을 확인할 수 있다. 이렇게 작성된 통합 리스크 지도를 위험도와 사회·인문·경제적인 요소를 동시에 고려한 재해지도의 기초자료로 활용하였다.

Fig. 6.

Disaster vulnerability index map

Fig. 7.

Integrated risk map

4. 리스크 지도를 활용한 재해지도 작성

재해지도는 침수흔적도, 침수예상도, 재해정보지도를 통칭하며, 재해정보지도라 함은 침수흔적도와 침수예상도를 기반으로 재해발생시 대피요령, 대피장소, 대피경로 등의 정보를 도면에 표시한 지도를 말한다. 재해정보지도는 활용목적에 따라 피난활용형, 방재정보형, 방재교육형으로 세분하는데 피난활용형은 대피계획을 도면에 표시하여 재해발생시 지역주민이 직접 활용하는 지도이며, 방재정보형은 주로 행정적으로 활용하기 위한 지도로서 지역주민의 대피유도 및 방재활동에 활용하기 위해 작성하는 지도이다. 방재교육형은 피난활용형을 기반으로 지역주민의 재해에 대한 의식제고 및 학습을 목적으로 작성한 지도를 말한다(MOIS, 2020).

이렇듯 실제 재해발생시 활용이 되는 재해정보지도는 침수예상도의 정확한 침수정보를 바탕으로 대피계획을 수립하여 지도상에 대피대상구역, 대피장소, 대피경로 등을 표시한 지도이다. Fig. 8에 활용목적별 재해정보지도 예시를 나타내었는데, 기존의 재해정보지도는 침수범위와 침수심 등의 제한된 정보를 제공하고 있으며 그 정보를 통해 대피계획을 수립함으로써 실제 상황에 적합한 대피계획을 수립하는데 어려움이 있다. 따라서 본 연구에서는 3절에서 작성한 리스크 지도 및 통합 리스크 지도를 바탕으로 새로운 재해지도를 작성하였다.

Fig. 8.

Example of disaster information map

4.1 리스크 지도 기반의 재해지도 작성

재해정보지도가 활용 목적에 따라 구분을 하였듯이 본 연구에서는 정확한 침수해석 결과를 바탕으로 작성된 침수예상도를 기반으로 각 인자별 리스크 지도를 고려하여 재해지도를 작성하였다. 이는 대피주체가 되는 주민별 대피계획 수립 및 교육에 활용이 가능하며, 대피경로와 대피장소, 대피우선순위 선정에도 기여할 수 있을 것으로 판단된다.

노출성 인자를 고려한 위험도-노출성(인구밀도) 리스크 지도를 바탕으로 작성한 노출성 재해지도를 Fig. 9(a)에 나타내었다. 노출성 인자를 잘 표시하기 위해 위험도 등급과 같은 색 외곽선으로 나타내었으며, 각 등급별 대피경로를 같은 색의 화살표로 나타내어 구분하였다. 6개의 대피장소(파란색 건물로 표시)에 대해 지도 하단에 사진을 함께 첨부하여 재해가 발생한 급박한 상황에서 대피장소를 쉽게 확인할 수 있도록 편의성도 제공하였다. 노출성 등급이 5등급을 나타내는 빨간색 외곽선 Zone은 거주 인구가 가장 많아 혼잡을 방지하기 위해 이동이 용이한 시청로를 따라 ⑥ 김천신일초등학교로 대피를 유도하고, 4등급을 나타내는 주황색 외곽선 Zone은 높은 인구밀도와 대피장소까지의 거리를 고려하여 ② 김천시민교회와 ④ 김천시청으로 분산하여 대피를 유도하였다. 위험도 등급이 높은 건물들은 파랑색 원으로 표시하여 깊은 침수심과 빠른 유속으로 대피에 어려움이 있으니 추가적인 지원을 계획하도록 나타내었다. 또한 위험도 인자가 신음그린빌 북쪽 저지대와 속구미길에서 높은 등급을 나타내고 있어 대피로 설정시 우회하도록 나타내었다. 대피우선순위를 나타내기 위해 높은 등급의 화살표를 주요 대피로에 표시하였으며, 노출성 등급이 낮은 Zone들은 주요대피로까지의 화살표로 표시하여 구분하였다.

취약성 인자를 고려한 위험도-취약성(노령 인구밀도) 리스크 지도를 바탕으로 작성한 취약성 재해지도를 Fig. 9(b)에 나타내었다. 취약성 재해지도 역시 노출성 재해지도와 같은 형식으로 작성하였으며, 취약성 인자인 노령 인구에 대한 대피장소 및 대피로를 선정하였다. 취약성 등급이 5등급을 나타내는 빨간색 외곽선 Zone은 노령 거주 인구가 많은 Zone으로 재해에 대한 대응과 대피에 취약한 곳이다. 따라서 접근이 쉽고 대피가 용이한 큰 도로를 따라 대피하도록 유도하였으며, 높은 인구밀도를 고려해 ④ 김천시청과 ⑥ 김천신일초등학교로 분산하여 대피하도록 하였다. 4등급을 나타내는 주황색 외곽선 Zone은 대피장소들과의 거리가 비교적 멀어 가장 가까운 대피장소인 ① 대신동 주민센터로 대피를 유도하였다. 취약인구의 경우 대피속도가 일반주민들에 비해 느리고 대피수단에도 영향을 받으므로 위험도가 낮고 이동이 용이한 도로로 대피를 유도하였다.

노출성과 취약성 인자는 대응성 인자와 밀접한 관련이 있다. 본 연구에서 선정한 대응성 인자는 대피속도를 통해 대피장소까지의 도달시간으로 고려하였으며, 성인과 취약인구의 보행속도를 적용하였다. 따라서 노출성과 취약성 지표별로 시간에 따라 도달할 수 있는 대피장소가 달라지게 된다. 각각의 지표별로 위험도 인자와 리스크 지도를 작성했을 때와는 다르게 대응성이 함께 고려될 경우 대피계획 수립시에도 대피우선순위와 대피장소 선정 등에 영향을 미치게 된다. 따라서 Figs. 9(a) and 9(b)에서 작성한 재해지도에 대응성 인자를 고려하여 대응성 재해지도를 Figs. 9(c) and 9(d)에 나타내었다. 성인의 대피속도를 고려한 Fig. 9(c)에서는 대응성 인자가 고려되면서 5등급 대피장소인 ⑥ 김천신일초등학교로의 대피가능 인구가 줄어들어 4등급 대피장소로 변경을 하였으며, 취약인구의 대피속도를 고려한 Fig. 9(d)에서는 침수범위 내에 ⑥ 김천신일초등학교로 이동가능한 인구가 없어 대피장소에서 제외되었으며, ⑤ 명성교회로 이동계획을 수립한 1등급 Zone 인구들이 이동가능한 ③ 김천시보건소로 대피장소를 변경하였다. 그리고 지도 우측의 2등급 Zone의 인구들도 대피가 가능한 ① 대신동 주민센터로 대피를 유도하였다.

정확한 침수해석 결과를 바탕으로 작성된 침수예상도와 재해취약지수 인자들을 고려하여 작성한 재해취약지수 인자별 리스크 지도를 통해 새로운 재해지도를 작성해 보았다. 이렇게 작성된 재해취약지수 인자별 재해지도는 기존의 재해정보지도처럼 활용목적에 맞춰 대피계획을 수립하고 주민들에게 교육용으로 활용하는데 도움이 될 것으로 판단된다.

Fig. 9.

Disaster map with hazard index

4.2 통합 리스크 지도 기반의 재해지도 작성

위험도 인자와 재해취약지수를 동시에 고려하여 작성한 통합 리스크 지도를 활용하여 재해지도를 작성하였다(Fig. 10). 재해취약지수는 신음동 전체를 대상으로 분석하여 통합 리스크 분석 결과가 침수예상도를 통해 산정한 침수범위에 비해 넓은 범위를 나타내었다. 따라서 분석범위 내에 있는 ① 대신동 주민센터는 대피장소에서 제외되었으며, 나머지 5개의 대피장소로 대피를 유도하였다.

우선 통합 리스크 등급이 높은 건물들을 파란색 원을 통해 표시하여 대피우선순위 결정시 최우선적으로 대피를 유도할 수 있도록 나타내었다. 통합 리스크 분석함에 있어 재해취약지수의 노출성과 취약성이 고려되었으므로 높은 등급을 나타내는 Zone은 거주 인구와 취약 인구가 밀집되어 있다는 것을 내포하고 있다. 따라서 높은 등급을 나타내는 Zone을 최단거리로 이동이 용이한 도로를 따라 대피할 수 있도록 대피로 및 대피장소를 결정하였으며, 대응성 인자를 고려할 경우 ⑥ 김천신일초등학교로의 대피는 분석지역 북쪽의 낮은 등급 Zone의 인구들을 유도함으로써 다른 대피장소로의 혼잡을 방지할 수 있다. 그리고 신음동 중심의 시청로를 기준으로 대피장소가 ④ 김천시청 주변으로 위치해 있어 대피계획 수립시 대피우선순위 및 각 Zone별 대피경로 선정을 최적의 안으로 하여 피해를 최소화 할 수 있도록 해야겠다. 본 연구에서 제안한 통합 리스크 지도는 분석 대상지역 전체에 발생할 수 있는 재해에 대해 위험도와 다양한 재해취약지수를 동시에 고려하여 나타냄으로써 대상지역 전체의 대피계획 수립시에 기초자료로 활용 가능할 것이다.

Fig. 10.

Integrated risk disaster map

5. 결 론

본 연구에서는 활용성이 높고 접근성이 용이한 재해지도 작성 방법에 대해 제안하고자 하였다. 기존의 유역단위로 작성되던 재해지도를 침수가 발생가능한 지구(Meso) 단위를 대상으로 재해지도를 작성하였다. 이는 세밀한 분석을 가능하게 하여 정확하고 다양한 요소들을 고려한 재해지도 작성과 대피계획 수립에 기여하여 활용성이 높을 것으로 판단된다. 또한 GIS를 활용하여 작성되어 기존의 재해지도들보다 관리 및 보관에 있어 유용할 것이며, 관리자와 주민들의 접근성도 높아질 것이다. 본 연구를 통해 얻은 주요 결과는 다음과 같다.

1) 다양한 사회 ‧ 인문학적 요소를 고려하여 재해취약지수를 산정하기 위해 침수구역을 구분하는 Zoning 기법을 정의하여 활용하였다. 침수구역 Zoning 기법은 광역(Macro), 지구(Meso), 개별(Micro) 기법으로 구분되는데 본 연구에서는 재해지도 작성시 구체적인 대피 계획 수립이 가능하고 활용도가 높은 지구(Meso) 기법과 개별(Micro) 기법을 활용하였다.

2) 재해에 영향을 주는 인자들을 노출성, 취약성, 대응성, 복구성 인자로 구분하여 각각의 인자들에 대한 재해취약지수 등급을 산정하였다. 재해취약지수로 정의된 4가지 인자에 대한 각 인자별 총 7가지 지표를 인자별 분석자료와 GIS 도구를 이용하여 추출하였으며, 각 지표별로 추출된 자료를 1~5등급으로 등급화하여 각 등급화된 자료를 통합 리스크 분석 및 재해지도 작성에 활용하였다.

3) 선행연구에서 검증한 태풍 루사 사상의 최대침수심과 최대유속을 함께 고려하여 산정한 침수예상도를 위험도(Hazard) 인자로 활용하였다. 이를 각 재해취약지수 인자별 지표와 중첩하여 재해취약지수 인자별 리스크 지도를 작성하였다. 이는 각 인자별 특성이 반영된 지도로써 대피나 복구계획 수립에 있어 도움이 될 것으로 판단된다. 또한 재해취약지수 인자들을 표준화하여 하나의 재해취약지수로 추출하고, 이를 Z-점수법에 의해 5개 등급으로 구분하였다. 하나의 인자로 추출된 재해취약지수(Vulnerability)와 위험도(Hazard) 인자를 동시에 고려하기 위해 동일한 가중치로 곱하여 통합 리스크(Risk) 분석을 실시하였다. 이렇게 작성된 통합 리스크 지도를 재해지도의 기초자료로 활용하였다.

4) 리스크 지도 기반의 재해지도와 통합 리스크 지도 기반의 재해지도를 통해 새로운 재해지도 작성 기법에 대해 제안하였으며, 이는 다양한 요소를 고려한 재해지도로써 활용도가 높을 것으로 판단된다.

본 연구에서는 기존의 재해지도에서 반영하지 못한 재해취약지수를 반영하여 재해취약지수 인자별 리스크 지도 및 통합 리스크 지도를 제안함으로써 재해발생시 고려해야할 위험도와 취약성을 동시에 반영한 재해지도 작성이 가능할 것으로 판단된다. 새로운 재해지도는 보다 정교한 분석을 통한 정확한 침수해석 결과와 재해취약지수를 통한 구체적이고 다양한 정보를 제공할 수 있어 재해에 대한 대비·대응·복구 계획 수립에 기여할 수 있을 것이다.