홍수위험지도를 활용한 치수단위구역 기반의 치수안전도 평가 방법 개선 및 적용 = Improvement and Application of a Flood Safety Evaluation Method based on Flood Management Unit Zone and Risk Map

국문 초록 (Abstract)

최근 기후변화로 재해의 양상이 다양화 및 대형화되고 있으며, 이로 인해 자 연재난 발생이 급격하게 증가하고 있다. 한국의 경우 2020년, 기상관측 이래 최 장기간 장마로 호우 피해가 한해 전체 자연재난 피해의 약 83%를 차지하였으며, 최근 감소 추세였던 인명피해 증가와 재산피해도 급격하게 커지고 있다. 이에 정 부에서는 수자원장기종합계획을 수립하여 홍수피해에 대응하고자 하였다. 특히, 위험성과 잠재성 인자에 의한 홍수피해잠재능(Potential Flood Damage, PFD) 평가를 통해 위험지역을 분석하고, 이에 따른 안전한 대책을 수립하도록 하고 있다. 하지만, 하천 중심의 1차원적(선형)인 PFD의 문제점이 제기되면서 다양한 연구들이 진행되어 왔는데 대부분 PFD 인자를 수정·보완하거나 추가하는 형태 로 수행되어 왔다. 따라서 본 연구에서는 선형적인 치수안전도 평가 방식에서 벗어나, 유역 중심의 2차원(면적)적 평가를 위해 홍수위험지도를 활용하였다. 즉, 환경부의 홍수위험지도를 활용한 위험성 평가와 인구, 자산, 도시화율, 사회 기반시설 등의 인자를 활용한 잠재성 평가를 수행하였다. 특히, 기존의 텍스트 기반 데이터와 달리 최근 GIS 기반 데이터를 적용함으로써 분석의 효율성을 향 상시켰다. 또한, 기존의 광역 공간단위(대권역, 중권역, 소권역)평가에서 최소단 위인 치수단위구역을 설정하여 PFD 지수가 높은 구역을 우선 관리하는 선택적 홍수관리 개념을 도입하고자 하였으며 이를 개선법으로 명명하였다. 이후, 개선 법을 보완하기 위하여 환경부, 행안부, 특정하천기본계획 등의 홍수위험지도를 활용하여 위험지역에 대해 보다 정밀하게 평가할 수 있도록 하였다. 또한 배수 위 구간을 고려하여 치수단위구역의 중복 평가 방지와 하천의 중요도를 반영함 으로써 실제 위험구역을 정확하게 판별할 수 있도록 하였다. 국가와 지방하천의 PFD와 빈도에 따른 위험등급을 구분하기 위해 개선법에서 사용한 Box plot 방 법과 사회적 인명피해 허용범위 기준을 동시에 적용하여 보다 합리적인 결과를 도출하였으며, 본 연구의 방법을 단위구역법으로 명명하였다. 본 연구에서 제안한 개선법과 단위구역법 그리고 기존 수자원장기종합계획에 서 산정된 PFD의 결과를 비교·분석하고, 어떤 평가 방법이 한국의 상황을 더 잘 반영하는지를 검토하기 위해 피해액 조사를 바탕으로 적정성 분석을 수행하 였으며, 정량적으로 제시하기 위해서 Spearman 순위상관계수를 산정하였다. Spearman 순위상관계수를 분석한 결과, 실제 피해액이 컸던 지역일수록 단위구역 법으로 평가한 위험도도 높게 나타났다는 것을 알 수 있었다. 또한 피해액과 기 존 연구의 Spearman 지수는 0.315, 개선법은 0.300, 단위구역법은 0.844로 분석되 었다. 추가적으로 결정계수(R²)를 산정한 결과, 피해액과 기존 연구는 0.098, 피 해액과 개선법은 0.0981로 매우 낮은 계수값을 보였다. 그러나 피해액과 단위구 역법의 결정계수는 0.7115로 상대적으로 매우 높게 나왔다. 따라서 기존 연구와 개선법 보다는 단위구역법이 치수안전도 평가를 위해 보다 더 적절한 방법인 것 임을 알 수 있었다. 본 연구에서 제시한 단위구역법에 의한 치수안전도 평가는 수자원장기종합계 획 등 기존 정책과의 연계성을 유지하면서도, 선택적 홍수관리 및 공간단위 세 분화 등으로 실무적 적용성을 고려하였다. 그러므로 향후 국가 및 지방자치단체 의 물관리 정책 및 계획, 예산 배분 등 다양한 정책 분야에서 활용도가 높을 것 으로 기대된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Recently, disaster patterns have become more diverse and larger in scale due to climate change, leading to a rapid increase in natural disasters. In 2020, the rainy season was the longest on record since meteorological observations began, and heavy rain damage accounted for approximately 83% of all natural disaster losses that year. Although human casualties had been decreasing in recent years, both the number of casualties and property damage have been rapidly increasing. In response, the government established the National Comprehensive Long-Term Water Resources Plan to address flood damage. In particular, the evaluation of Potential Flood Damage (PFD) based on hazard and vulnerability factors is used to analyze high-risk areas and to develop corresponding safety measures. However, the concerns have been raised about the river-centered nature of PFD which is the one-dimensional or linear concept. Therefore, various studies have been carried out, most of which involve modifying, supplementing, or adding PFD factors. This study moved away from the linear flood safety evaluation method and we utilized a flood risk map for the assessment of two-dimensional or areal concept which is a watershed-centered. Specifically, we performed hazard evaluation using flood risk map by the Ministry of Environment and vulnerability evaluation using factors such as population, assets, urbanization rate, and critical infrastructure. In particular, we enhanced analytical efficiency by applying GIS-based data instead of traditional text-based data. We also went beyond broad spatial units such as large, medium, and small regions by defining the smallest flood management unit zone. This enables selective flood management that prioritizes areas with high PFD indices and is called the Improved Method(IM). To further enhance the improved method, we employed flood risk maps from the Ministry of Environment, the Ministry of the Interior and Safety, and Specific River Master Plans, enabling more precise evaluation of hazard areas. We also incorporated drainage level zones to prevent overlapping assessments of flood management unit zones and to reflect the relative importance of rivers, thereby ensuring accurate identification of actual high-risk areas. To categorize the PFD of national and local rivers and assign risk levels according to frequency, we applied both the box plot method used in the IM and the social acceptable range for human casualties simultaneously to derive more rational results. We named this approach the Unit-Zone Method(UZM). In this study, we compared and analyzed the results of the IM, the UZM proposed here, and the PFD calculated in the existing National Comprehensive Long-Term Water Resources Plan. To assess which evaluation approach better reflects Korea’s conditions, we carried out a suitability analysis based on damage data from Statistical Year Book for Natural Disasters(SYND) and calculated the Spearman rank correlation coefficient for quantitative presentation of the findings. The analysis of the Spearman rank correlation coefficient showed that areas with larger actual damage amounts also exhibited higher risk levels when evaluated using the UZM. Furthermore, the Spearman coefficients between damage and the existing study, the UZM, and the IM were 0.315, 0.300, and 0.844 respectively. Also, when calculating the coefficient of determination (), the values for damage versus the existing study and versus the IM were very low at 0.098 and 0.0981 respectively. In contrast, the coefficient of determination for damage versus the UZM was relatively high at 0.7115. Therefore, it can be concluded that the UZM is more appropriate for flood safety evaluation than both the existing study and the IM. The flood safety assessment using the UZM proposed in this study maintains continuity with existing policies such as the National Comprehensive Long-Term Water Resources Plan, while enhancing practical applicability through selective flood management and finer spatial unit segmentation. Therefore, it is expected to be highly useful in various policy areas in the future, including national and local governments’ water management policies, planning, and budget allocation.

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장 서론 1
• 1.1 연구 배경 및 목적 1
• 1.2 연구 동향 5
• 1.2.1 치수안전도 및 홍수피해잠재능(PFD) 관한 연구 5
• 1.2.2 홍수위험지도에 관한 연구 6
• 1.2.3 홍수 피해액 산정에 관한 연구 7
• 1.2.4 기타 유사한 위험도 평가 관련 연구 8
• 1.2.5 기존 연구의 한계점 9
• 1.3 연구 내용 및 범위 9
• 제 2 장 치수안전도 산정 방법 및 개선 13
• 2.1 기존 치수안전도 산정 방법 13
• 2.1.1 수자원장기종합계획(01년) 치수안전도 산정 방법 13
• 2.1.2 수자원장기종합계획(11년) 치수안전도 산정 방법 18
• 2.1.3 기타 유사한 치수안전도 산정 방법 22
• 2.1.4 기존 치수안전도 산정 방법 비교·분석 24
• 2.2 개선된 치수안전도 산정 방법 29
• 2.2.1 개선된 치수안전도의 개념 및 평가 절차 29
• 2.2.2 위험성 요소 및 잠재성 요소 분석 30
• 2.2.3 PFD 지수 분석 및 홍수관리수준 설정 33
• 2.2.4 치수안전도 산정 방법 36
• 제 3 장 개선된 치수안전도 산정 및 평가 39
• 3.1 대상 유역 현황 39
• 3.2 개선법 치수안전도 산정 56
• 3.2.1 위험성 요소 및 잠재성 요소 분석 56
• 3.2.2 PFD 산정 및 홍수관리수준 분석 61
• 3.2.3 치수안전도 평가 결과 64
• 3.3 단위구역법 치수안전도 산정 70
• 3.3.1 위험성 요소 및 잠재성 요소 분석 70
• 3.3.2 PFD 산정 및 홍수관리수준 분석 76
• 3.3.3 치수안전도 평가 결과 86
• 3.4 치수안전도 산정 결과 비교·분석 94
• 3.4.1 치수안전도 산정 방법론 비교 94
• 3.4.2 개선법 및 단위구역법 치수안전도 산정 결과 비교·분석 102
• 제 4 장 치수안전도 산정 방법 적정성 분석 107
• 4.1 대상 유역 하천범람 피해 조사·분석 107
• 4.1.1 하천범람 피해 조사 107
• 4.1.2 하천범람 피해 분석 110
• 4.2 치수안전도 평가 적정성 검토 113
• 4.2.1 적정성 평가를 위한 시군구별 취약비율 산정 114
• 4.2.2 기존 연구, 개선법, 단위구역법 치수안전도 적정성 평가 124
• 제 5 장 고찰 및 결론 137
• 5.1 고찰 137
• 5.2 결론 140
• 참고 문헌 149
• 부록.1 단위구역법 PFD 지수 산정 결과 162
• 부록.2 단위구역법 홍수관리수준 평가 및 취약지구 선정 결과 184