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연구보고서

보고서명

도시침수방지법 제정에 따른 도시침수예경보 체계 구축 방안

보고서명(영문)

Establishment of Urban Inundation Forecasting/Warning System Following the Enactment of the Urban Inundation Prevention Act

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  • Ⅰ. 연구의 필요성 및 목적
    1. 연구 배경
    ❏ 「도시침수방지법」 제정에 따라 도시침수예보의 시행이 필요하나 예보 시행을 위한 방안 부재
    ㅇ 도시침수예보를 위한 기준, 시공간적 범위, 절차 및 체계 마련 필요

    2. 연구의 목적 및 범위
    ❏ 도시침수로 인한 인적·물적 피해 예방을 목적으로 도시침수예보 방안 마련을 연구의 목적으로 하고 연구의 범위는 다음과 같음
    ㅇ 도시침수예보의 시공간적 범위(안) 제시
    ㅇ 도시침수예보를 위한 정량적 기준(안) 제시
    ㅇ 도시침수예보체계 및 절차(안) 제시

    Ⅱ. 국내외 도시침수예경보 사례조사 및 요구사항 도출
    1. 해외사례
    ❏ 미국의 국가 단위 홍수 예경보는 국립기상청이 담당하며, 하천예보센터와 기상예보실이 각각 하천홍수와 돌발홍수를 나누어 관할
    ㅇ 예경보는 홍수의 발생확률, 심각성, 임박성에 따라 Watch, Advisory, Warning으로 구분
    ㅇ 현재 상황과 전망, 공간적·시간적 정보와 함께 홍수로 인한 영향(impact)과 행동 요령(instructions)을 제공

    ❏ 일본의 홍수예보는 강우 예측자료를 이용해 표면우량지수를 기반으로 행정구역 단위의 침수위험 정보 제공
    ㅇ 도시지역의 복잡한 수리수문학적 현상 표현에는 제한이 있으나 침수 발생 유무를 빠르게 제공할 수 있는 장점
    ㅇ 또한 지하공간의 대피를 목적으로 공공하수도의 특별경계수위를 정하고 수위가 이에 도달했을 때 수방관리자 및 일반 시민들에게 정보 전파

    ❏ 스코틀랜드는 비상대응기관을 대상으로 사전 준비 및 의사결정을 지원하기 위한 홍수예보와 일반 대중을 포함하여 정보를 제공하는 홍수경보를 함께 운영
    ㅇ 홍수예보는 홍수의 영향(impact)과 발생가능성(likelihood)에 기반하여 위험도를 평가하고, 향후 5일간의 홍수위험 정보를 담은 Flood Guidance Statement를 비상대응기관을 대상으로 매일 발행
    ㅇ 홍수경보는 Alert와 Warning으로 구분되며, 공간적으로는 행정구역 단위로, 시간적으로는 홍수 영향이 예상되는 기간으로 제시
    ㅇ 또한 홍수로 인해 발생할 수 있는 영향을 고지함으로써 대응 행동을 유도하고 홍수 발생의 불확실성을 명시하여 주의를 환기

    2. 국내사례
    ❏ 산불예보, 하천홍수예보, 기상예보 등 타 분야의 예경보 체계를 검토하였음
    ㅇ 산림청은 지형, 임상, 기상 자료를 이용해 산불위험등급을 4단계로 산정해 예보하며, 산불감시, 산불 발생 시 대응, 진화에 중점을 두어 운영
    ㅇ 홍수통제소는 홍수로 인명과 재산에 대한 피해가 예상될 때 홍수예보를 실시하며, 인명과 재산에 대한 중대한 피해가 예상될 때에는 홍수특보를 발령. 홍수특보는 홍수특보지점의 기준수위를 기준으로 홍수주의보와 홍수경보로 구분
    ㅇ 기상청은 기상현상에 대한 일상적인 예보와 중대한 재해가 발생할 것이 예상될 때 경고의 목적으로 발령하는 특보를 발령

    ❏ 국내 도시침수예경보시스템 현황에 대하여 문헌조사, 면접조사 등을 통해 조사함
    ㅇ 국내 다수의 지자체에서 도시침수예경보시스템 또는 통합정보시스템을 구축·운영 중임
    ㅇ 현행 도시침수예경보시스템을 구축·운영 중인 지자체 담당자 대상 예경보시스템 운영·관리 현황, 실효성, 기대효과, 구축·운영 과정에서의 한계점 등에 대해 조사함
    - 도시침수예경보시스템 목적은 예측이 가능한 침수 정보를 사전에 파악하여 피해를 예방하고 대비하고자 함으로, 예측 정보는 정확성과 신속성이 중요함
    - 지역별 여건과 상황은 다르지만, 예측 정보 생성을 위한 장비 구축, 데이터 활용성을 위한 분석 방법 개발·발전, 분석 프로그램의 정교성 확보, 시스템 구축을 위한 법·제도적 근거 마련 등이 필요함
    ㅇ 지자체 담당자들의 실무적인 측면에서 단시간 내 급격하게 피해가 확산되는 도시침수 특성과 지역 특성을 고려한 예측 정보제공이 중요함
    - 정보의 활용성과 실효성을 고려하여 도시침수예경보를 위한 시공간적 범위 기준 설정이 필요함

    Ⅲ. 도시침수예경보 기준 및 절차 검토
    1. 도시침수예경보 기준 검토
    ❏ 국내 도시침수예경보 기준 검토
    ㅇ 서울시 침수예경보제, 도림천 홍수경보 기준과 KISTI, 행정안전부, 재난안전연구원의 침수판단 기준 및 침수예보 기준을 검토한 결과, 목적에 따른 기준이 상이하고 명확한 근거가 부재하여 전국단위 예경보 기준으로의 사용은 한계가 있는 것으로 판단
    ❏ 국내 도시침수예경보 기준 검토
    ㅇ 도시침수예보의 목적을 ‘침수발생에 따른 인적·물적 피해 최소화’로 상정하고 침수 발생시 위험지역에서의 회피(피난)가 가장 곤란한 아동과 자동차 피해 단계를 기준으로 정량적 기준 검토

    2. 도시침수예경보의 시·공간적 범위 기준 검토
    ❏ 도시침수예보의 목적에 부합하기 위해서는 도시침수가 예상되는 경우 현장 대응에 활용될 수 있어야 함
    ㅇ 이를 위해 담당 공무원 면담을 통해 요구사항을 조사한 후 지자체 재난대응 체계를 파악하고 ‘위기관리 매뉴얼’과 재난관리 체계 및 ‘재난 대비 30분 대피시스템’을 검토함

    3. 도시침수예경보 체계 및 절차 검토
    ❏ 하천홍수예보 체계 및 절차를 검토해 도시침수예보에 필요한 기초적인 사항을 검토한 후 도시침수의 특성이 반영된 추가 요소를 검토함
    ㅇ 내수배제 불량에 의한 침수 및 도시하천 범람에 의한 침수 현상을 관측하고 예측자료로 활용하기 위한 요소를 도출

    Ⅳ. 도시침수예보를 위한 시공간적 예보범위 검토
    1. 관측자료 기반 시공간적 예보범위 검토
    ❏ 맨홀 및 하천수위 관측자료를 이용한 시공간적 범위 검토
    ㅇ 2022.8.8~9. 사이 침수피해가 발생한 도림천 유역에서 관측된 맨홀 및 하천수위 자료를 이용해 도시침수예보에 활용 가능 여부를 파악하고자 관측자료 기반의 선행시간 확보 수준을 검토하였음

    2. 예측 강수량 기반 선행시간 확보 수준 검토
    ❏ 레이더 예측강수 자료의 예측성 검토
    ㅇ 도시침수예보를 위한 예측자료의 선행시간 확보와 정확도에 가장 큰 영향을 미치는 초단기강우예측자료(MAPLE)의 10분 단위 예측자료를 이용해 상관성 계수를 산출한 후 예측성을 검토하였음

    Ⅴ. 결과 및 시사점
    1. 해외사례 결과 및 시사점
    ❏ 해외 국가에서는 도시침수예보를 위한 공간적 범위는 행정구역, 시간적 범위는 수분에서 2일까지로 다양
    ㅇ 이는 도시침수 예측자료의 정확도를 고려해 도시침수예보의 목적에 부합하는 정보를 제공하는 것을 시사
    ㅇ 도시침수예보를 위한 기준 역시 예보자료의 활용 대상과 목적에 따라 구분하고 있다는 점은 우리나라 도시침수예보 제도의 목적성과 활용성의 명확화가 필요함을 시사

    2. 국내사례 결과 및 시사점
    ❏ 타 예경보 시스템은 예보하고자 하는 현상의 발생 원인과 그 기작에 따라 활용 목적성이 달라지며, 예경보를 위한 정량적 기준을 가지고 있음
    ㅇ 이는 해외 사례 결과와 동일하게 도시침수예보의 목적에 부합하는, 시공간적 범위, 정량적 기준, 예보절차 마련의 필요성을 시사함

    ❏ 국내 도시침수예경보시스템 사례조사 결과 관측자료를 이용한 실시간 위험정도에 대한 정보제공(nowcasting)과 침수 발생 위험성에 대한 정보(forecasting) 제공으로 구분 가능
    ㅇ 그러나 현재 국내 도시침수예경보시스템은 도시침수예경보의 목적, 시공간적 범위, 예측기법, 예경보 기준 등이 혼재되어 있으므로 예경보 체계의 구조화 방안 마련이 필요함을 시사함

    ❏ 도시침수 예측시스템을 운영하고 있는 담당자 면담조사 결과 대량의 관측정보가 축적되고 있으나 이를 분석·활용할 수 있는 체계가 미비
    ㅇ 대량으로 축적된 관측자료의 분석·활용 체계를 마련함과 동시에 다양하게 관측되고 있는 정보를 실제 상황 발생시 활용할 수 있는 AI 시스템이 필요함을 시사함

    3. 도시침수예경보 기준 및 시공간적 범위 검토 결과 및 시사점
    ❏ 도시침수예보의 목적을 ‘도시침수로 인한 인적·물적 피해 최소화’로 상정하고 도시침수예경보의 기준을 검토
    ㅇ 아동이 공포심을 느낌과 동시에 자력으로 피난에 어려움이 생기는 침수심이 0.3m, 자동차로 빗물이 유입되는 최소 침수심은 0.1m, 자동차의 엔진에 빗물이 유입되어 운행에 차질이 생기는 침수심은 0.5m로 도출

    ❏ 현장 대응을 위한 매뉴얼 검토 결과 재난관리 단계에서 상황관리 단계로 넘어가는 단계에서 도시침수예보의 정보가 필요함
    ㅇ 상황관리를 위한 선행시간 확보가 필요함과 동시에 행정 체계 단위의 공간적 범위에 기반한 예보 필요성을 시사함

    4. 관측수위 기반 시공간적 예보범위 검토 결과 및 시사점
    ❏ 5개의 맨홀에 대해 수위 상승 검토 결과 큰 편차가 나타났으나 매우 빠른 수위 상승 속도 확인
    ㅇ 1m 상승에 최대 62분, 최소 10분 가량 소요되는 것으로 분석되었으나 검토 대상인 5개 지점 중 19-0001 지점을 제외한 나머지 4개 지점의 1m 상승 평균 소요 시간은 약 18분으로 나타남
    ㅇ 이는 맨홀 관측수위를 이용해 예보자료로 활용하기에는 충분한 선행시간 확보가 곤란함을 시사함

    ❏ 하천수위 변화는 맨홀 수위 대비 상대적으로 긴 선행시간 확보 가능
    ㅇ 양산교는 16분, 도림교는 36분 후부터 수위가 상승하였으며, 강우 발생 이후 최고 수위 도달까지 case 1에서 양산교는 1시간 6분, 도림교는 1시간 46분이 소요되었으며, case 2에서는 양산교가 3시간 7분, 도림교는 1시간 17분 case 2에서 도림교에서의 최고 수위 도달이 양산교보다 빠른 이유는 당시 도림교의 관측 최고 수위에 도달해 실제 피크치보다 빠르게 최고 수위에 도달한 것이 원인으로 판단된다.
    소요
    ㅇ 하천수위 예측을 위한 계산의 신속성이 확보된다면 지점 단위 수준의 예경보가 가능함을 시사함

    Ⅵ. 정책제언
    1. 도시침수예보를 위한 시공간적 범위
    ❏ 지자체의 도시침수 대응 절차 및 효율성 확보를 위해 선행 1시간이 확보된 행정동 단위의 도시침수예보자료 생산 필요
    ㅇ 도시침수예보의 목적 달성을 위해 예보(forecasting)와 실시간 현황 정보 공유(nowcasting)를 병행하는 방안 제안

    2. 도시침수예보를 위한 정량적 기준
    ❏ 도시침수로 인한 인적·물적 피해 최소화를 위해 정량적 도시침수예보 기준을 다음과 같이 제안함


    단계
    기준
    비고
    주의보
    주의
    0.1m 초과 예상
    자동차 최저지상고
    경계
    0.3m 초과 예상
    어린이 피난 가능 범위
    경보
    심각
    0.5m 초과 예상
    자동차 엔진 정지
    자료: 저자 작성.
    <표 > 도시침수예보를 위한 정량적 기준(안)


    3. 도시침수예보 체계 및 절차(안)
    ❏ 하천홍수예보 체계를 기본으로 도시침수 특성이 반영된 ‘도시침수예보 체계(안)’을 다음과 같이 제시
    ㅇ 선행시간 확보가 어려운 도시침수 특성을 고려해 실시간 현황자료를 공유하는 nowcasting과 선행시간이 확보된 예보(forecasting)을 병행
    ㅇ 관측자료는 내수침수와 하천범람을 모두 고려할 수 있도록 설정


    자료: 저자 작성.
    <그림 > 도시침수예보 체계(안)

    4. 도시침수예보(특보) 발령문(안) 및 시행령 개정안 제시
    ❏ 도시침수예보시 예측자료의 불확실성을 고려해 예측지점과 시간을 특정하기보다는 침수 발생 범위와 시기에 대한 정보를 제공함과 동시에 침수 발생으로 인한 영향 범위에 대한 정보를 제공하는 발령문(안) 제시


    자료: 저자 작성.
    <그림 > 도시침수 특보(주의보)(안)

    자료: 저자 작성.
    <그림 > 도시침수 특보(경보)(안)


    5. 시행령 개정(안)
    ❏ 하천과 하수도 수위 자료의 변화 속도를 검토해 본 결과 하수도 수위의 변화속도가 매우 빠름에 따라 예측자료의 생산뿐만 아니라 정보의 활용성이 매우 낮을 것으로 판단됨에 따라 다음과 같이 시행령 개정(안) 제시


    개정 전
    제11조(도시침수예보의실시 등) ① 환경부장관은 법 제15조제1항에 따른 도시침수예보(이하 “도시침수예보”라 한다)를 실시하려는 경우에는 사전에 도시침수예보를 위한 측정지점 및 기준수위 등을 고시해야 한다. 고시한 사항을 변경하는 경우에도 또한 같다.
    ② 도시침수예보를 통해 제공하는 정보는 다음 각 호와 같다.
    1. 하천ㆍ하수도의 실측 및 예측수위에 관한 정보
    2. 하천ㆍ하수도의범람 등으로 인한 침수위험 및 침수범위에 관한 정보

    개정 후
    제11조(도시침수예보의실시 등) ① 환경부장관은 법 제15조제1항에 따른 도시침수예보(이하 “도시침수예보”라 한다)를 실시하려는 경우에는 사전에 도시침수예보를 위한 측정지점 및 기준수위 등을 고시해야 한다. 고시한 사항을 변경하는 경우에도 또한 같다.
    ② 도시침수예보를 통해 제공하는 정보는 다음 각 호와 같다.
    1. 하수의 실측수위에 관한 정보
    2. 하천의 실측 및 예측수위에 관한 정보
    3. 하천ㆍ하수도의 범람 등으로 인한 침수위험 및 침수범위에 관한 정보
    자료: 국가법령정보센터, “도시침수방지법 시행령”을 기반으로 저자 작성.
    <표 > 「도시침수방지법 시행령」 개정(안)


    6. 향후 연구과제 제안
    ❏ 본 연구를 통해 조사·검토된 사항을 바탕으로 실효성 있는 도시침수예보 제도의 정착을 위해 다음과 같은 4개의 향후 연구과제를 제안함
    ㅇ 도시침수를 사전에 효과적으로 모니터링하고 이를 예측에 활용할 수 있는 ‘도시침수 대표지점 선정 기법 개발’을 위한 연구
    ㅇ 충분한 선행시간 확보를 위해 Tank model과 같이 비교적 간단한 기법을 적용한 ‘한국형 도시침수 예측모델 개발’을 위한 연구
    ㅇ 실시간으로 수집되는 관측자료 중 침수 피해 저감을 위해 활용 가능한 데이터를 선별해 정제된 정보를 제공해 줄 수 있는 ‘AI 기반 도시침수 대응·관리 시스템 개발’을 위한 연구
    ㅇ 도시침수예보의 정확도와 선행시간 확보에 가장 큰 영향을 미치는 고정확도의 예측강우 자료 생산을 위해 ‘초단기 레이더 강우예측정보의 예측성능 향상을 위한 연구’