수위나 강우량의 관측이 어려운 도심이나 작은 하천에서도 도시화 정도, 경사, 물 빠짐 능력 등을 고려하여 침수 및 홍수로 인한 위험 정도를 실시간으로 예측할 수 있는 기술이 개발됐다.

한국건설기술연구원(원장 김병석)은 최근 문제가 되는 도시침수 및 중소규모 하천의 홍수에 대응하기 위해 도시의 침수와 중소하천의 홍수 위험을 지하철역 간의 거리 정도로 상세히 분석할 수 있는 방법을 개발했다고 밝혔다.

현재, 폭우로 인한 피해에 대응하기 위해 정부에서는 호우특보와 홍수특보를 국민들에게 제공하고 있지만, 폭우로 인한 잠김(침수)이나 넘침(홍수) 피해는 지형의 높낮이나 모양 등에 따라 크게 달라지기 때문에 예보를 위해서는 보다 정밀한 관측이 필요하다.

한강과 같이 큰 하천에서 제공하고 있는 홍수예보 방식은 하천의 수위를 실시간으로 정밀하게 관측하여 수위가 위험 기준을 넘어설 것으로 예상되는 시점에 홍수예보를 발령한다. 이때의 위험 기준이란 하천 물이 넘치는 것을 막을 수 있는 제방 높이를 기준으로 설정한다. 그러나 이러한 방식은 하천 수위를 예측하기 위해 수위 관측소와 강수량 관측소를 설치해야 한다. 또한, 홍수시 하천에 흐르는 물의 양을 관측하는 것은 사람이 직접 수행해야 한다는 위험이 있다. 따라서 하천이 아닌 도시 지역이나 수천 개 이상의 중소규모 지방하천에 이러한 방법을 적용하기는 어려운 실정이다. 이러한 이유로 아직까지 도시나 중소하천에서 홍수 예보를 시행하지 못하고 있다. 

이러한 한계를 극복하기 위해 건설연 수자원하천연구본부 연구팀은(팀장 황석환 박사) 환경부 한강홍수통제소의 의뢰를 받아 경제적이면서도 정확도 높은 침수와 홍수 위험을 예측할 수 있는 새로운 기술을 개발했다고 밝혔다. 

홍수 및 침수(위험도) 지수 산정 개념도

개발된 기술은 관측 수심이나 수위가 아닌 이미 발생한 홍수 피해 데이터를 기반으로 도시의 침수 위험(이하 침수 위험도 지수)과 지방하천의 홍수 위험(이하 홍수 위험도 지수)을 예측하는 방법이다. 침수 및 홍수 위험도 지수를 산정하기 위해 환경부 홍수통제소가 관리하는 강우레이더의 강우량과 1km 단위로 구축한 셀(cell) 기반의 홍수 예측 모형을 활용한다.

이 기술을 이용하면 수위나 강우량의 관측이 어려운 도심이나 작은 하천에서도 도시화 정도, 경사, 물 빠짐 능력 등을 고려하여 침수 및 홍수로 인한 위험 정도를 실시간으로 예측할 수 있다. 과거 피해 사례와 해당 지역의 물 빠짐 특성을 고려하여 얼마큼의 비가 왔을 때 위험한 상황이 발생하는지를 빠르고 직관적으로 전달할 수 있다는 것이 큰 장점이다.  

구체적으로 과거에 해당 지역에서 수해를 유발한 강우량 정보를 셀 단위의 홍수 예측 모형에 입력하여 홍수량을 산정하고 이를 침수나 홍수로 인한 잠김 깊이(도시의 경우 침수심, 하천의 경우 홍수위로 표현) 에 해당하는 값으로 변환한다. 여기서, 잠김 깊이에 해당하는 값은 실시간으로 침수심이나 홍수위를 직접 관측하여 결정된 값은 아니기 때문에 침수 및 홍수 위험도 ‘지수’로 표현하는 것이다. 

그림은 침수위험도 지수 산정 결과. 침수위험도란 폭우가 왔을 때 1km 격자 크기로 전국 지역에 대해 침수 위험이 있는지 산출한 것을 말한다. 그림은 예시로 한강유역에 대한 침수위험도 지수를 나타낸다. 하얀색은 위험이 없음을 나타내며, 파란색에서 빨간색으로 갈수록 위험도가 높음을 의미한다.

그림은 홍수위험도 지수 산정 결과, 홍수위험도는 폭우가 왔을 때 1km 격자 크기로 전국의 중소하천(지방하천)에 대해 하천의 넘침(홍수) 위험이 있는지 산출한다. 그림은 예시로 홍수위험도 지수를 나타낸다. 빨간색으로 갈수록 위험도가 높음을 의미한다.

이 방법은 과거의 홍수 피해 사례를 분석하여, 수해가 발생한 시점의 홍수 위험 수준(잠김 깊이에 해당하는 값이나 지수)을 홍수 예보를 위한 위험 기준으로 설정한다. 그 다음 이 연구에서 개발된 모형을 이용하여 전국을 1km 격자 단위로 구분하고, 실시간으로 홍수로 인한 위험 수준(지수)을 산정한다. 폭우 시 모형을 통해 실시간으로 산정된 위험도를 이미 설정된 위험 값과 비교하여 기준치를 넘는 경우 위험 예보를 시행할 수 있다. 

개발된 기술의 가장 큰 장점은 여러 지역에서 수심이나 수위 관측을 위한 관측소 설치 없이, 피해가 발생하는 시점과 위험 정도를 상세히 예측할 수 있다는 것이다. 더불어 상시적인 수위 관측이 반드시 필요한 것은 아니기 때문에 최소 수년 이상이 소요되는 수위 관측소 설치 방식에 비해 단시간에 도시와 지방하천의 상세한 홍수 예보를 시행할 수 있다는 것도 매우 중요한 이점이다.

병석 원장은 “개발된 예측기법이 현장에 적용될 경우 홍수정보 제공 범위를 중소하천 유역 및 도시 지역까지 확대할 수 있어 홍수로 인한 피해 예방 및 국민의 안전 확보에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대된다.”고 밝혔다.