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최종연구보고서 RS 및 GIS 를기반으로한안성천지역의 홍수재해평가및예측시스템개발 Development of Flood Disaster Evaluation and Prediction System for Anseong-cheon using Geographic Information System and Remote Sensing Techniques 연구기관 건국대학교 농림부

제출문 농림부장관귀하 본보고서를 RS 및 GIS 를기반으로한안성천지역의홍수재해평가및예측시스 템개발 과제의최종보고서로제출합니다. 2007 년 5 월일 주관연구기관명 : 건국대학교총괄연구책임자 : 김성준세부연구책임자 : 김선주연구보조원 : 박근애이미선김상호이용준박종윤 박민지신형진강수만조윤환안소라 하림지용근 이주용 이상윤 강승묵협동연구기관명 : 인하대학교협동연구책임자 : 김계현세부연구책임자 : 김의찬연구보조원 : 이철용 박은지

요약문 Ⅰ. 제목 RS 및 GIS 를기반으로한안성천지역의홍수재해평가및예측 시스템 개발 Ⅱ. 연구개발의목적및필요성 RS, GIS 를기반으로한안성천지역의홍수재해평가및예측시스템개발연구의목적은 크게기술적측면, 경제 산업적측면, 사회 문화적측면의 3 가지로나눌수있다. 각연구개 발의목적은다음과같다. 1. 기술적측면 우리나라는자연적인지형조건및토지개발에따른인위적인요인에의하여해마다필연적인크고작은홍수피해를입고있다. 1917년이후홍수로인한년도별피해규모를보면 2002년 ( 재산피해 7.2조, 농경지피해액 : 4,400억 ), 1999년 ( 재산피해 1.2조, 농경지피해액 230억 ), 1998년 ( 재산피해 4,603억, 농경지피해액 : 1,100억 ), 1995년, 1996년, 1990년, 1991년순으로나타나, 우리나라최악의물난리 10건중에서 7건이최근 15년동안에발생하였다. 홍수로인한산사태와하천범람에의한제내지의농경지및농촌마을의침수피해는그피해의범위가넓고하천유로변경에의하여복구가불가능한지역그리고복구를하더라도그기간이오래걸리기때문에, 산림과농경지의피해면적분포와관련정보를수집하여관리및분석하므로서차기홍수에효과적으로대처할필요가있다. 과학기술의발달과함께홍수재해관리에도많은발전이있어왔다. 특히인공위성을이용한기상관측과통신기술을기반으로하여이루어지는호우예보는빠른속도의기술적발달을보이고있다. 또한홍수전후의자원탐사위성영상을이용하여산사태발생지역과농경지 - 2 -

피해지역을파악할수있게되었다. 이와더불어홍수가발생한지역적특성과관련된지형, 식생, 토양등에관한폭넓은수치자료를활용하면재해지역의원인분석도가능할것으로판단된다. 이와같이위성영상을이용하여공간적인피해지역을파악하고다양한종류의공간정보를입력자료로하는 GIS기반의수문모형을이용하여홍수전후의유출변화를분석하면, 산사태복구우선지역결정, 유로변경에의한농경지피해복구불가능지역결정, 상습침수지역의등급결정등향후홍수에대비할수있는다양한정보를제공할수있을것으로판단된다. 2. 경제 산업적측면 산업화, 개발에따른농촌경제활동과농업활동은그동안토지와물의이용이라는측면에중점을두고이루어져왔다고말할수있다. 그러나이와관련된농촌지역의산지개간, 하천주변의농경지확장, Levee 효과에의한농촌마을의조성등은홍수에는취약한상태로변화시키게되었다. 특히최근들어서는과거와는달리여름철의강우량이증가하고있고, 강우일수는감소하나시간당 100 mm 이상의강우강도를가지는국지성호우와태풍에의한전국적인집중호우로인하여, 농업시설물의붕괴, 농경지침수지역의확대, 농촌마을의상습적인침수등농업경제의기반을흔들고있다. 또한농촌지역은도시와는달리, 농촌마을의산재적분포, 하천변을따라넓게위치해있는농경지등의특성으로인하여, 도시의홍수피해복구능력과는비교가안될정도로많은복구시간과노력이요구된다. 이러한관점에서농촌지역도과거의홍수에대응하는체제와는달리홍수에대비하는체계적인일련의정보수집, 관리, 분석체계를갖출필요가있다고판단된다. 기존의방법으로광범위한홍수피해지역의관련자료들을수집하는데에는대개현지조사와도면을이용한개략적인파악이고작이다. 이는자료의수집과관리측면에서투입된시간과노동력에비하여향후정보로서의활용가치가거의없다고해도과언이아니다. 따라서원격탐사기술은넓은지역을대상으로비교적최신의자료를반복적으로제공받을수있으므로, 보다적은비용과인력을투입하여홍수재해와관련된제반자료의효율적인수집및제작이가능하고, GIS기술과수문모형을이용하면공간자료의가공및분석기능으로요구되는다양한정보를얻을수있으므로경제적인효과가충분히있다고판단된다. 3. 사회 문화적측면 - 3 -

지난수십년동안농촌유역에서는벌채, 개간등의산림개발그리고농촌마을조성, 농경지확대등의토지이용변화와관련된꾸준한인간활동과더불어자연발생적인토양침식에의한퇴적물들이하천과저수지로이동 퇴적된결과현재치수에많은문제를가지고있는것이사실이다. 또한 1960년대이후농촌지역은식량증산정책의일환으로하천주변의농경지가확대되면서하폭의축소가발생하였으며, 하천의수자원을개발하기위하여보를설치하거나, 하천주변의공간을홍수로부터안전하게이용하기위하여제방을쌓는등인간에의한하천의간섭행위가하천의자기조절기능을저하시켰다고할수있다. 이와더불어하천의상류지역에서발생한산사태와산지하천구역의측방침식에따른과도한토사유출이하상을상승시키면서홍수시제방월류와제방붕괴등에의하여농경지침수및하천유로의변경을발생시키고있다. 특히장기간의저수지퇴사는저수용량에심각한영향을미치게되는데, 전국적으로산재해있는수많은농업용저수지는당초저수용량대비현재저수용량의감소로인해홍수방어능력이얼마나떨어졌는지그누구도정확하게말할수없는실정이다. 홍수가한번지나가면그피해에대한통계는단순히 Text 정도의정보로남아있게되고, 시간이흐르면기억속에서잊어버리는악순환을거듭하고있다. 따라서, 정보화의힘을빌어농촌지역의산림, 저수지, 하천, 농경지를하나의유기적인조직체계로관리하므로서, 홍수에안전하게대응할수있는체제의정비가요구된다. 이를위해서는 RS, GIS기반의수문모형을이용하여홍수시산림의저류효과, 저수지의저수용량에따른홍수방어능력, 하천의홍수배제능력, 농경지의저류능력을공간적으로파악하므로서최적의유역관리및농지규모관리가필요하다고판단된다. Ⅲ. 연구개발내용및범위 본연구는 RS, GIS 기술을이용하여홍수재해전후에안성천지역의농촌수자원평가및예측기법을개발하고하천수질을평가하였다. 나아가홍수재해평가및예측을위한사용자편의시스템을개발하여홍수재해에따른피해를최소화하는것으로연구의세부내용은다음과같다. - 4 -

1. RS, GIS 를이용한안성천지역의홍수재해전후농촌수자원평가및예측기법개발 연구대상지역에대한원격탐사자료 (Landsat, RADARSAT, KOMPSAT 등 ) 와 GIS 자료 (DEM, 하천망, 토양도, 행정경계등 ) 를획득하고인공위성영상과 GIS 기법을이용하여산사태위험지도작성및홍수범람피해지역을분석하였다. 또한 RS, GIS기반의수문, 수리모형인 HEC-HMS 유역유출모형과 FLUMEN 홍수범람모형을이용하여홍수전후의수문변화를분석하고홍수피해를최소화할수있는방안을연구하였다. 2. 홍수재해전후의하천수질평가기법개발 경기도안성시고삼저수지상류의소유역을대상으로강우가집중되는 3~5월, 7~9월에홍수재해전후의유출량과오염농도를실측하여분석하였으며, 강우형태에따른오염물질의배출특성을알아보기위해유역관리모형인 BASINS/WinHSPF 모형을적용하였다. 적용된모형에대상지구의강우량, 강우강도, 강우지속시간등의확률강우를산정하여강우에따른홍수재해전후의오염물질배출특성을파악하고이에따른오염물질저감방안에대해연구하였다. 3. 홍수재해평가및예측을위한사용자편의시스템개발 GIS와 RS기반의홍수피해관련해외유사시스템구축사례를분석하고, 시스템의사용자요구분석을하였다. 요구사항분석을통하여시스템설계및데이터베이스를설계하고구축하였다. 또한, 홍수재해평가를위한데이터베이스검색과사용자편의를위한인터페이스를구현하여사용이용이하도록개발하였다. 이외에도다양한주제도및홍수관련정보를검색할수있도록하였으며, 모형과연결을통하여수문변화분석도가능하도록하였다. Ⅳ. 연구개발결과및활용에대한건의 1. RS, GIS 를이용한안성천지역의홍수재해전후농촌수자원평가및예측기법개발 - 5 -

고해상도영상을이용한침수피해분석을위해 RADARSAT-1 영상을선정하여홍수재해에대한집중분석을실시하였다. Logistic회귀분석과 AHP기법의산사태위험지도작성기법을복합한 New-Grade 산사태위험지도를작성하여산사태의분류정확도를높일수있었다. 농경지홍수범람모의를위하여 HEC-HMS와 FLUMEN 모형의적용성을검토하였으며, 제방보축과천변저류지에의한침수저감효과를모의하였다. RS/GIS기법을이용하여정량적인홍수피해자료를구축함으로서농림부, 농업기반공사의정책적인의사결정의기초자료로서활용이가능할것으로판단된다. 또한중앙정부, 지자체및관련연구기관과연계하여농촌지역에대한홍수피해산정과나아가보상액산정등을위한기반데이터, 시스템통합 (SI) 및토목엔지니어링업체와연계하여농촌지역의다양한지형유형에따른홍수위험도산정기능을모듈화하여전국농촌지역에대한홍수피해예측시스템구축시본연구의결과를활용할수있을것으로판단된다. 2. 홍수재해전후의하천수질평가기법개발 강우시토지이용별오염물질의배출농도를시간단위로파악함으로써홍수재해전후의오염물질배출특성에대해분석하였으며, 유역관리모델을이용하여대상지구에적용하였다. 이를통하여시나리오별강우에따른오염물질배출특성에대해판단할수있으며, 결과의분석을통하여대상지구특성에맞는오염물질저감방안을수립할수있을것으로판단된다. 또한, 임야, 경작지, 초지의면적이 80% 이상인대상지구의특성을고려했을때, 추후지속적인연구와측정이계속된다면자연계오염부하량측정에있어면적대비원단위로사용될수있을것으로판단된다. 3. 홍수재해평가및예측을위한사용자편의시스템개발 본시스템은연구대상지역인안성천유역과관련된다양한홍수데이터를데이터베이스의형태로구축하였으며, 다양한조회기능과검색기능을갖추었다. 따라서본시스템을이용하여다양한홍수관련분석이가능할것으로사료된다. 추후지속적인연구개발이진행되어홍수재해예측관련의사결정지원부분이구축된다면기본데이터를바탕으로여러가지다양하고향상된홍수재해예측및효율적대처, 피해삭감등이가능하리라판단되다. - 6 -

SUMMARY 1. Development of Assessing and Predicting Process Before and After Flood Disaster of Anseong-cheon using Geographic Information System and Remote Sensing Techniques RADARSAT image was adopted and suggested to trace the flood inundation area around rural small stream because it has the ability of acquiring data during storm period irrespective of rain and cloud. For the storm August 9, 1998 in the Anseong-cheon watershed, three RADARSAT images before, just after and after the storm were used. After ortho-rectification using 5 m DEM, two methods of RGB composition and ratio were tried and found the inundated area in the tributary stream, the Seonghwan-cheon and the Hakjeong-cheon. The inundated area had occurred at the joint area of two streams, thus the floodwater overflowed bounding discharge capacity of the stream. The progression of damage areas were stopped by the local road and farm road along the paddy. The result can be used to acquire the flood inundation data scattered as a small scale in rural area. This study suggested a combination method in mapping landslide hazard by giving equal weight for the result of LRA and AHP. The LRA (Logistic Regression Analysis) conducts a quantitative analysis by collecting a lot of samples and the AHP (Analytic Hierarchy Program) makes use of expert decision influenced by subjective judgment to a certain degree. Topographic factors (slope, aspect, elevation), soil drain, soil depth and land use were adopted to classify landslide hazard areas. The three methods (LRA, AHP, the combined approach) was applied to a 520 km2 region located in the middle of South Korea which have occurred 39 landslides during 1999 and 2003. The suggested method showed 58.9 % matching rate for the real landslide sites comparing with the classified areas of high-risk landslide while LRA and AHP showed 46.1 % and 48.7 % matching rates respectively. Further studies are recommended to find the optimal combining weight of LRA and AHP with more landslide data. - 7 -

For Jinwie watershed (737.7 km 2 ), HEC-HMS was calibrated using 6 storm events for preparing input data for FIA (Flood Inundation Analysis) and FDA (Flood Damage Assessment). Geospatial data processors, HEC-GeoHMS is used for HEC-HMS input data. The parameters of rainfall loss rate and unit hydrograph are optimized from the observed data. The results will be used for river routing and inundation propagation analysis for various flood scenarios. Non-structural counterplan using flood inundation simulation model such as FLUMEN can play a certain role for the mitigation of flood damage by suggesting some scenarios and actions for flood. This study tested the applicability of flood inundation simulation model, FLUMEN for flood mitigation. The model that solves the shallow-water equations with a finite volume method in case of flood propagation from stream to surface was constructed and applied to the part of Jinwicheon reach (4.9 km). The model was tested for the spatial record of past flood inundation occurred on 7 to 9 August of 1998. The computed inundation extend agreed well with the observed one. As a model application, two mitigation method of elevating levee of the stream reach and constructing riverside storage area in upstream area was tested and suggested by identifying the decrease of flood inundation extend for 200 years frequency rainfall. 2. Investigation of sediment/pollutant before and after floods and development of analysis method It is important to understand the characteristics of discharged pollutants affected by major factors, such as frequency, intensity, duration of rainfalls. Furthermore, to manage the water quality effectively in the drainage area, it is required to conduct a quantitative analysis of pollutant load and develop an effective technology and policy for reducing pollutant load. This study intended to analyze sediments and nutrients before and after flood. The upstream catchment of Gosam reservoir was surveyed and analyzed for the flow - 8 -

discharge and pollutant concentration. BASINS/WinHSPF model, a basin management model, was employed to understand the characteristics of pollutants according to rainfall frequencies. Probabilistic rainfall of precipitation, intensity, and duration for the study catchment was applied in order to understand the characteristics of discharged pollutants before and after flood and to find the solution for reducing the pollutant loads. The land use of subject area is composed of forest and upland crops. In case of upland area, high concentration of nutrient in the beginning of rainfall was caused by the influence of fertilization. Among the pollutants (TN, TP, TSS and BOD), BOD was the most sensitive in the discharged concentration during the initial period of rainfall. 3. Development of user interface system for flood disaster evaluation and prediction The user interface system for flood disaster evaluation has been developed. It was developed using VB.Net and ArcObject, with DB linked to Access DB. In the case of mdb file, it can be easily used to access by any system. The base display of the system is divided with three parts - menu and tool bar, layer screen, and map screen. It was simplified to easily manage the system especially for the beginners. In the case of tool bar, it has functions to handle the map easily. For example, functions includes pan, zoom-in, zoom-out, full-extent and so on. Databases comprise with graphic and attribute database. These are used to search information and maps. A menu composition is classified with base information, flood analysis and simulation information, landslide information, and flood evaluation information. A menu of base information is mainly inquired of thematic maps. A menu of flood results information has the function that can provide the amount of flood damage of Anseong-cheon and Jinwi-cheon. A menu of flood simulated information can be confirmed to flood information classified by frequent and simulated model through HEC application. Menus of landslide information can affiliate three techniques of - 9 -

landslide analysis. Finally, a menu of flood valuation information shows mitigation scenarios of flood damage. - 10 -

CONTENTS Chapter 1 Introduction Section 1 Backgrounds Section 2 Objectives and scopes Section 3 Implementation strategies Section 4 Participated researchers Chapter 2 Development of Assessing and Predicting Process Before and After Flood Disaster of Anseong-cheon using Geographic Information System and Remote Sensing Techniques Section 1 Introduction Section 2 An intensive analysis about land use change before and after flood disaster using satellite images Section 3 An intensive analysis about flood disaster area using GIS techniques Section 4 A study on the minimization of flood disaster damages, and an analysis about hydrological change using RS and GIS-based hydraulic and hydrologic models Section 5 Summary and conclusions Chapter 3 Investigation of sediment/pollutant before and after floods and development of analysis method Section 1 Introduction Section 2 Sampling and analysis of pollutants before and after floods Section 3 Application of basin management model Section 4 Reduction method of pollutants Section 5 Summary and conclusions - 11 -

Chapter 4 Development of user convenience system for a flood disaster valuation and prediction System Section 1 Research backgrounds and objectives Section 2 Analysis of oversea GIS system Section 3 System and database design Section 4 System and database development Section 5 User interface Section 6 Summary and conclusions Chapter 5 Conclusions References Color plates - 12 -

목 차 요약문 2 목차 13 제 1 장서론 15 제 1 절연구배경 15 제 2 절연구개발목표및내용 19 제 3 절추진전략체계 25 제 4 절연구원편성표 26 제 2 장 RS, GIS를이용한안성천지역의홍수재해전후농촌수자원평가및예측기법개발 27 제 1 절연구배경및목적 27 제 2 절인공위성영상을이용한홍수전 / 중 / 후의토지이용변화에대한집중분석 29 제 3 절 GIS기법을이용한홍수재해지역집중분석 60 제 4 절 RS, GIS기반의수문, 수리모형을이용한홍수전후의수문변화분석및피해최소화방안연구 83 제 5 절요약및결론 119 제 3 장홍수재해전후의토사 / 영양물질조사및분석기법개발 121 제 1 절연구배경및목적 121 제 2 절홍수재해전후의오염물질샘플링및분석 123 제 3 절유역관리모형의적용 130 제 4 절오염물질저감방안 143 제 5 절요약및고찰 147 제 4 장홍수재해평가및예측을위한사용자편의시스템개발 149-13 -

제 1 절연구배경및목적 149 제 2 절해외 GIS 시스템구축사례분석 151 제 3 절시스템및 DB 설계 155 제 4 절시스템및 DB 구축 166 제 5 절사용자인터페이스및기능 178 제 6 절요약및결론 198 제 5 장종합결론 200 참고문헌 202 부록가. 시스템메인코드 207 부록나. 홍수실적정보조회코드 231 부록다. 시수위, 시우량조회코드 234-14 -

제 1 장 서 론

제 1 장서론 제 1 절연구배경 1. 연구개발의필요성 가. 기술적측면 우리나라는자연적인지형조건및토지개발에따른인위적인요인에의하여해마다필연적인크고작은홍수피해를입고있다. 1917년이후홍수로인한년도별피해규모를보면 2002년 ( 재산피해 7.2조, 농경지피해액 : 4,400억 ), 1999년 ( 재산피해 1.2조, 농경지피해액 230억 ), 1998년 ( 재산피해 4,603억, 농경지피해액 : 1,100억 ), 1995년, 1996년, 1990년, 1991년순으로나타나, 우리나라최악의물난리 10건중에서 7건이최근 15년동안에발생하였다. 홍수로인한산사태와하천범람에의한제내지의농경지및농촌마을의침수피해는그피해의범위가넓고하천유로변경에의하여복구가불가능한지역그리고복구를하더라도그기간이오래걸리기때문에, 산림과농경지의피해면적분포와관련정보를수집하여관리및분석함으로서차기홍수에효과적으로대처할필요가있다. 과학기술의발달과함께홍수재해관리에도많은발전이있어왔다. 특히인공위성을이용한기상관측과통신기술을기반으로하여이루어지는호우예보는빠른속도의기술적발달을보이고있다. 또한홍수전후의자원탐사위성영상을이용하여산사태발생지역과농경지피해지역을파악할수있게되었다. 이와더불어홍수가발생한지역적특성과관련된지형, 식생, 토양등에관한폭넓은수치자료를활용하면재해지역의원인분석도가능할것으로판단된다. 이와같이위성영상을이용하여공간적인피해지역을파악하고다양한종류의공간정보를입력자료로하는 GIS기반의수문모형을이용하여홍수전후의유출변화를분석하면, 산사태복구우선지역결정, 유로변경에의한농경지피해복구불가능지역결정, 상습침수지역의등급결정등향후홍수에대비할수있는다양한정보를제공할수있을것으로판단된다. 나. 경제 산업적측면 - 15 -

산업화, 개발에따른농촌경제활동과농업활동은그동안토지와물의이용이라는측면에중점을두고이루어져왔다고말할수있다. 그러나이와관련된농촌지역의산지개간, 하천주변의농경지확장, Levee 효과에의한농촌마을의조성등은홍수에는취약한상태로변화시키게되었다. 특히최근들어서는과거와는달리여름철의강우량이증가하고있고, 강우일수는감소하나시간당 100 mm 이상의강우강도를가지는국지성호우와태풍에의한전국적인집중호우로인하여, 농업시설물의붕괴, 농경지침수지역의확대, 농촌마을의상습적인침수등농업경제의기반을흔들고있다. 또한농촌지역은도시와는달리, 농촌마을의산재적분포, 하천변을따라넓게위치해있는농경지등의특성으로인하여, 도시의홍수피해복구능력과는비교가안될정도로많은복구시간과노력이요구된다. 이러한관점에서농촌지역도과거의홍수에대응하는체제와는달리홍수에대비하는체계적인일련의정보수집, 관리, 분석체계를갖출필요가있다고판단된다. 기존의방법으로광범위한홍수피해지역의관련자료들을수집하는데에는대개현지조사와도면을이용한개략적인파악이고작이다. 이는자료의수집과관리측면에서투입된시간과노동력에비하여향후정보로서의활용가치가거의없다고해도과언이아니다. 따라서원격탐사기술은넓은지역을대상으로비교적최신의자료를반복적으로제공받을수있으므로, 보다적은비용과인력을투입하여홍수재해와관련된제반자료의효율적인수집및제작이가능하고, GIS기술과수문모형을이용하면공간자료의가공및분석기능으로요구되는다양한정보를얻을수있으므로경제적인효과가충분히있다고판단된다. 다. 사회 문화적측면 지난수십년동안농촌유역에서는벌채, 개간등의산림개발그리고농촌마을조성, 농경지확대등의토지이용변화와관련된꾸준한인간활동과더불어자연발생적인토양침식에의한퇴적물들이하천과저수지로이동 퇴적된결과현재치수에많은문제를가지고있는것이사실이다. 또한 1960년대이후농촌지역은식량증산정책의일환으로하천주변의농경지가확대되면서하폭의축소가발생하였으며, 하천의수자원을개발하기위하여보를설치하거나, 하천주변의공간을홍수로부터안전하게이용하기위하여제방을쌓는등인간에의한하천의간섭행위가하천의자기조절기능을저하시켰다고할수있다. 이와더불어하천의상류지역에서발생한산사태와산지하천구역의측방침식에따른과도한토사유출이하상을상승시키면서홍 - 16 -

수시제방월류와제방붕괴등에의하여농경지침수및하천유로의변경을발생시키고있다. 특히장기간의저수지퇴사는저수용량에심각한영향을미치게되는데, 전국적으로산재해있는수많은농업용저수지는당초저수용량대비현재저수용량의감소로인해홍수방어능력이얼마나떨어졌는지그누구도정확하게말할수없는실정이다. 홍수가한번지나가면그피해에대한통계는단순히 Text 정도의정보로남아있게되고, 시간이흐르면기억속에서잊어버리는악순환을거듭하고있다. 따라서, 정보화의힘을빌어농촌지역의산림, 저수지, 하천, 농경지를하나의유기적인조직체계로관리함으로서, 홍수에안전하게대응할수있는체제의정비가요구된다. 이를위해서는 RS, GIS기반의수문모형을이용하여홍수시산림의저류효과, 저수지의저수용량에따른홍수방어능력, 하천의홍수배제능력, 농경지의저류능력을공간적으로파악하므로서최적의유역관리및농지규모관리가필요하다고판단된다. 2. 국내 외관련기술의현황과문제점 지난 1960년대부터발사되기시작한각종기상위성은홍수재해를야기할수있는집중적인호우를미리찾아내고그진행과정을추적하는데매우효과적으로사용되어왔다. 이와더불어지난 1972년발사된미국의 Landsat 위성으로부터시작하여프랑스의 SPOT, 인도의 IRS, 우리나라의 KOMPSAT 등현재세계각국의지구관측위성영상은일정한주기를가지고동일지역을반복하여촬영할수있기때문에, 홍수재해관리에있어활용잠재력을가지고있다. 영상자료에의한연구로는침수이전과이후의영상을같이처리함으로써, 홍수로인하여발생한토양의침식이나퇴적으로인한지형적변화특성을밝히거나또는홍수로인한농지의손실과토지이용의변화등을분석하는경우가대부분이다. 한편전세계적으로원격탐사기법을이용하여토지이용의변화가유역의수자원에미치는영향을분석하는연구는아직도초기단계에머물러있다. 과거로부터지금까지의꾸준한토지개발은강우에의한침투, 증발산, 토양침식에영향을미치기때문에수문모형을이용하여하천으로유입되는홍수유출량이이전보다얼마만큼증가되는지를추정하여하천정비사업시기초자료로제공하는수준으로시작되고있다. 이를위한수문모형의중요한입력자료로서여러시기의인공위성영상을분석하여토지이용의공간적인형태변화자료를활용하게된다. 그러나원격탐사기술과더불어 GIS기반의수문모형으로홍수에의한토지이용의변화를집중적으로분석하고, 더나아가산사태복구우선지역, 농경지피해복구가능및불가능지 - 17 -

역, 상습침수지역의등급결정등과같은다양한정보를제공하는심층연구는없는실정이다. 이와같은연구의결과는그동안의홍수피해에대한자료기록및관리체계를한차원높이는계기가될것이며, 호우시산사태우려지역, 홍수시산림의저류효과, 하천의홍수배제능력, 농경지의저류능력을공간적으로파악하므로서최적의유역관리및농지규모관리가가능할것으로판단된다. 3. 앞으로전망 21세기우주개발시대를맞이하여이제는우리나라도 KOMPSAT-1, KOMPSAT-2 인공위성등우리나라의국토환경에맞게시 공간적으로운영될수있기때문에, 이영상자료를이용한연구의활용기반이확보되었으므로, 이에상응하는농업관련원격탐사응용기술개발이적기를맞을것으로판단된다. 원격탐사기술은매우상상을초월할정도로발전하고있다. 농업, 기상, 수자원, 환경, 해양등과같은여러응용분야에서는이러한기술들을적극수용하여적용하고자노력할것이며, 그이유는 21세기는이러한기술들을사회적인기반으로하는정보화시대가될것이고이분야의산업수요또한증가할것이기때문이다. 따라서농업분야는이기술들을응용하는주요분야이기도하며, 이분야에대한과감한연구투자가이루어진다면선진농업을위한정보화로진일보하는계기가될것이다. 특히, 홍수와가뭄같은광범위한지역에걸쳐발생되는재해를감시하고, 이의피해를최소화하기위한효과적인방법중의하나로서, 원격탐사와 GIS기술그리고이들을기반으로하는수자원, 환경관련연구가증가할것으로판단된다. 일예로, 농업기반공사는농업가뭄과관련하여앞으로 2011년까지 NOAA 기상위성영상을이용한광역적가뭄예보시스템의개발에박차를가하고있다. 4. 기술도입의타당성 인공위성영상의분석기술은우리나라의실정에맞게정착되어있다고볼수있으며, 홍수 에의한피해상황은우리나라의농촌환경, 농업구조를잘아는우리가우리실정에맞게개발 하는것이타당하다고판단된다. - 18 -

제 2 절연구개발목표및내용 농촌지역의홍수피해정보화, 예방및방어능력제고를위한다양한정보제공을목적으로다음과같이 3개의분야즉, 1 RS, GIS를이용한안성천지역의홍수재해전후농촌수자원평가및예측기법개발 ( 주관연구기관 : 건국대 ), 2 홍수재해전후의토사 / 영양물질조사및분석기법개발 ( 주관연구기관 : 건국대 ), 3 홍수재해평가및예측을위한사용자편의시스템개발 ( 협동연구기관 : 인하대 ) 로정리될수있으며, 자세한연구내용은다음과같다. - 19 -

1. RS, GIS 를이용한안성천지역의홍수재해전후농촌수자원평가및예측 기법개발 ( 주관 : 건국대 ) 구분연구개발목표연구개발내용및범위 - 농촌지역을중심으로한홍수피해기록조사및분석 - 집중호우및태풍에의한안성천유역의홍수피해지역선정 - 현장답사를통한홍수피해상황및원인분석 - 홍수피해를분석하기위한최적위성영상선정및구입 ( 고해상도및저해상도영상 ) 대상지역에대한원격 - 영상전처리 ( 현장GPS측량, GCP 설정 ) 탐사자료의획득및 - 홍수피해지역의파악을위한영상의잡음제거및 1 차년도 ( 2004 ) 분석필터링 인공위성영상을이용 - 토지이용분류를위한세부항목결정및제시한홍수전후의토지 - 고해상도및저해상도영상을이용한홍수전과후 이용변화 개발 분석기법 의토지이용변화분석 - 행정구역내의토지이용지적통계자료를이용한토지이용분류결과의정확도검증 ( 행정구역도작성및지적통계자료수집 ) - 고해상도영상을이용한산사태발생지역, 농경지훼손지역, 마을침수지역등을집중분석 - 현장조사및 GPS 측량에의한추출정확도검증 - 현장조사및 GPS 측량에의한피해미복구지역도작성 - 20 -

구 분 연구개발목표 연구개발내용및범위 - 홍수재해관련수치자료 (NGIS 등고및하천도, 정 밀토양도등 ) 의수집및구입 - 1:5,000 NGIS 등고수치지도를이용한 DEM (2.5m 해상도 ) 작성 - DEM의해상도별 (15m, 30m, 50m, 100m, 200m 등 ) 지형특성 ( 표고, 경사, 방향등 ) 분석 - 작성된 DEM과 NGIS 하천도를이용한 DEM기반 의하천 ( 선 ) 및홍수흐름경로도작성기법개발 - 1:25,000 정밀토양도를이용한토양특성도 ( 토양종 2 차년도 ( 2005 ) GIS기법을이용한홍수피해지역분석기법 류, 토양배수, 유효깊이, 공극률, 포장용수량, 저류능등 ) 작성 개발 - DEM, 토양도, 저해상도및고해상도토지이용도를 이용한산사태발생지역원인분석기법개발 - DEM, 하천도, 제방정보를고려한침수지역및제방붕괴지점원인분석기법개발 - 홍수당시의대상지역강우분포도작성 ( 주변기상관측소자료이용 ) - GIS의 Overlay기법을이용한산사태우려지역및침수우려지역분포도작성 - 분석된산사태및침수우려지역의토양조사및하천관련정보수집및분석 - 21 -

구 분 연구개발목표 연구개발내용및범위 - 분석대상유역 ( 피해지역을고려한소유역분할 ) 선정및유역경계도작성 - RS, GIS기반의강우유출및홍수추적모형조사 - 분석대상유역및하천구간의기상, 수문, 수리자 료수집및분석 - 홍수분석을위하여 RS, GIS정보를최대한활용할 수있는 GIS기반의강우유출모형구축 - 기존수문자료를이용한강우유출모형의적용성 검토 - 홍수전후의토지이용변화에따른하천유출량의변 RS, GIS 기반의수문, 화분석 3 차년도 ( 2006 ) 수리모형을 이용한 - 기상변화에따른강우유출모형의유출량변화분석 홍수전후의 수문변 - 기상변화에따른평가인자의정량화방안제시 화분석및피해최 - GIS기반의홍수하도추적모형구축 소화방안연구 - 제방월류, 제방붕괴에의한침수지역모의를위한 하천 ( 면 ) DEM 작성기법개발 - 기존수리자료를이용한하도추적모형의적용성검토 - 제방월류및기존의제방붕괴지점을이용한침수지역의시간적변화도작성 - 하천구간내의토지이용점유지적도작성 ( 하천유로변경및하폭확대에의한피해보상액산정자료 ) - 침수피해의최소화를위한하천유로의변경, 하천폭의확대, 제방보강구간등의제시 - 22 -

2. 홍수재해전후의토사 / 영양물질조사및분석기법개발 ( 주관 : 건국대 ) 구분연구개발목표연구개발내용및범위 - 유역내의각관할기관즉, 건교부, 기상청등의 기상관측소자료의수집 1 차년도 ( 2004 ) - 시군별, 읍면별통계연보의확보 홍수재해전후의토사 - 수질측정지점선정을위하여유역내토지피복상 / 영양물질샘플링및태, 유역특성조사분석 - 유역내주요모니터링지점선정 - 강우개시후토사및영양물질조사 - 현장조사를통한밭재배작물및시비량조사 2 차년도 지속적인토사 / 영양 - 1 차년도에이어서지속적인토사및영양물질샘 플링및분석 ( 2005 ) 물질샘플링및분석 - 1차년도에이어서지속적인관련문헌조사및현 장조사 - 유역의오염부하량증가에대한원인분석 - 강우량, 강우강도, 강우지속시간에따른토사및 3 차년도 ( 2006 ) 영양물질의변화분석 유역의오염원인분 - 유역의토지이용형태에따른토사및영양물질의석및저감방안제시변화분석 - 토사및영양물질조사및분석을통한최적의유 역오염저감방안제시 - 23 -

3. 홍수재해평가및예측을위한사용자편의시스템개발 ( 협동 : 인하대 ) 구분연구개발목표연구개발내용및범위 - 해외유사 GIS 시스템구축사례분석 1 차년도 ( 2004 ) - 시스템의사용자요구사항분석 RS, GIS 기반의홍수 - 홍수피해평가를위한 GIS 주제도의정의및분석피해평가를위한시방법론제시스템설계및지형 - 시스템설계및데이터베이스설계데이터구축 - 데이터구축및시스템개발상의표준화방안제 시 2 차년도 ( 2005 ) - 데이터베이스의검색과분석을위한기능개발 RS, GIS 기반의홍수 - 제방월류, 제방붕괴에의한침수지역모의를위한피해평가시스템개 DEM 작성기법개발발 - 지형도및토지이용현황도작성 3 차년도 ( 2006 ) RS, GIS 기반의홍수 - 사용자편의를위한 GUI 개발피해예측시스템개 - 침수피해우려도작성기능개발발 - 하천침수위험도작성 - 24 -

제 3 절추진전략체계 RS 및 GIS 를기반으로한안성천지역의홍수재해평가및예측시스템개발 1차년도 (2001) RS, GIS 를이용한안성천지역의홍수재해전후농촌수자원평가및예측기법개발 홍수재해전후의토사 / 영양물질조사및분석기법개발 홍수재해평가및예측을위한사용자편의시스템개발 2차년도 (2002) 원격탐사자료의획득및분석 - RADARSAT, IKONOS, KOMPSAT, SPOT, Landsat 원격탐사자료를이용한홍수전후의토지이용변화분석 - 산사태, 침수, 토사퇴적, 등의홍수재해에대한집중분석 GIS 기본주제도구축 - 1:5,000 이상 DEM, 하천도, 1:25,000 이상정밀토양도 홍수재해평가 - 홍수재해원인분석 - 홍수재해우려지역분포도작성 샘플링지점선정및관련조사 - 산지및밭지역으로선정 토사 / 영양물질조사및분석 - 강우개시후적절한간격으로조사및분석 관련문헌조사및현장조사 - 유역의토지이용현황파악 - 수치지도를이용한유역경계생성및밭경계추출 - 샘플링지점에대한좌표획득및 GIS 자료구축 시스템및 DB 설계 - 유사시스템사례분석 - 사용자요구조사분석 - 표준분석방법론제시 시스템및 DB 구축표준화방안제시 - 농업분야의홍수재해분석에사용가능한시스템및 DB 구축시표준화제시 홍수재해평가시스템개발 - 검색및분석기능설계 - 제방월류, 제방붕괴에의한침수지역모의를위한 DEM 작성기법개발 - 지형도, 토지이용현황도작성 3차년도 (2003) GIS 기반의수문, 수리모형을이용한수문변화분석 - 강우 - 유출모형및하도추적모형 - 하천유출변화분석 기상변화에따른평가인자의정량화 홍수재해대책및최소화방안제시 - 침수지역의시간적변화작성 - 피해최소화방안제시 유역의오염원인및저감방안제시 - 오염부하량증가의원인분석 - 토지이용형태및강우형태에따른유역의오염부하분석 - 이상의분석결과를이용한유역의오염저감방안제시 홍수재해예측시스템개발 - 사용자편의를위한 GUI 개발 - 침수우려지역도작성기능개발 - 하천침수위험도작성 연구결과의종합정리및농촌지역홍수재해시스템의실용화방안연구 - 25 -

제 4 절연구원편성표 직급별참여연구원 책임급 3 명 선임급 명 원 급 4 명 기 타 10 명 계 17 명 총괄연구책임자김성준 소속기관참여연구원 출연 ( 연 ) 명 국 공 ( 연 ) 명 대 학 17 명 산업계 명 기 타 명 계 17 명 세부과제명세부과제명협동과제명 RS, GIS를이용한안성천지역의홍수재해전후의농촌수자원평가및예측기법개발 홍수재해전후의토사 / 영양물질조사및분석기법개발 홍수재해평가및예측을위한사용자편의시스템개발 연구책임자연구책임자연구책임자 소속건국대소속건국대소속인하대 성명김성준성명김선주성명김계현 직급별참여연구원직급별참여연구원직급별참여연구원 책임급 1 명선임급명원급 2 명기타 5 명계 8 명 책임급 1 명선임급명원급 1 명기타 3 명계 5 명 책임급 1 명선임급명원급 1 명기타 2 명계 4 명 - 26 -

제 2 장 RS, GIS 를이용한안성천지역의 홍수재해전후농촌수자원평가및 예측기법 개발

제 2 장 RS, GIS 를이용한안성천지역의홍수재해 전후농촌수자원평가및예측기법개발 제 1 절연구배경및목적 지난 1960년대부터발사되기시작한각종기상위성은홍수재해를야기할수있는집중적인호우를미리찾아내고그진행과정을추적하는데매우효과적으로사용되어왔다. 이와더불어 1972년발사된미국의 Landsat 위성으로부터시작하여프랑스의 SPOT, 인도의 IRS, 우리나라의 KOMPSAT 등현재세계각국의지구관측위성영상은일정한주기를가지고동일지역을반복하여촬영할수있기때문에, 홍수재해관리에있어활용잠재력을가지고있다. 영상자료에의한연구로는침수이전과이후의영상을같이처리함으로써, 홍수로인하여발생한토양의침식이나퇴적으로인한지형적변화특성을밝히거나또는홍수로인한농지의손실과토지이용의변화등을분석하는경우가대부분이다. 한편전세계적으로원격탐사기법을이용하여토지이용의변화가유역의수자원에미치는영향을분석하는연구는아직도초기단계에머물러있다. 과거로부터지금까지의꾸준한토지개발은강우에의한침투, 증발산, 토양침식에영향을미치기때문에수문모형을이용하여하천으로유입되는홍수유출량이이전보다얼마만큼증가되는지를추정하여하천정비사업시기초자료로제공하는수준으로시작되고있다. 이를위한수문모형의중요한입력자료로서여러시기의인공위성영상을분석하여토지이용의공간적인형태변화자료를활용하게된다. 그러나원격탐사기술과더불어 GIS기반의수문모형으로홍수에의한토지이용의변화를집중적으로분석하고, 더나아가산사태복구우선지역, 농경지피해복구가능및불가능지역, 상습침수지역의등급결정등과같은다양한정보를제공하는심층연구는없는실정이다. 이와같은연구의결과는그동안의홍수피해에대한자료기록및관리체계를한차원높이는계기가될것이며, 호우시산사태우려지역, 홍수시산림의저류효과, 하천의홍수배제능력, 농경지의저류능력을공간적으로파악하므로서최적의유역관리및농지규모관리가가능할것으로판단된다. 따라서본연구에서는위성영상을이용한홍수전 / 중 / 후의토지이용변화에따른수문변 - 27 -

화분석및모형에입력자료로서활용하여홍수에따른피해를산정하는한편, 복구방안을 제시함으로서영상의활용성및홍수재해에대한피해를최소화하는방안을제시하고자 한다. - 28 -

제 2 절인공위성영상을이용한홍수전 / 중 / 후의토지이용변화에 대한집중분석 1. 대상지역의홍수피해상황및현장조사 가. 대상지역의홍수피해상황 본연구에서는서울 경기도를포함한중부지역을중심으로최근년도에발생한집중호우로피해를입은지역들중에서농경지와하천의붕괴로피해를입은안성천유역을대상유역으로선정하였다. 안성천유역은동북쪽으로는한강유역, 남동쪽으로는금강유역, 남서쪽으로는삽교천유역과접하고있으며경기도안성을중심으로평택, 충청남도천안에걸쳐있다. 유역면적은 924.3km 2 이며, 유로연장은 71.73km이다. 안성천유역은 1974년아산방조제준공과더불어대단위농경지가조성되었으며, 전체적인유역경사는완만한편이고, 하천경사도상류부일부를제외하고는상당히완만한지역이다. 또한산업화로산림지역이나농경지의상당부분이택지로전환되는등토지이용의변화가현저한지역이다. 본연구의대상유역인안성천유역이속해있는안성시의홍수피해상황을최근 1998년부터 2006년까지의기상청에서자료를수집하여 < 표 2-1> 에수록하였다. 조사결과 2000 년및 2006년에태풍과집중호우로인해안성시의침수피해가가장큰것으로나타났다. - 29 -

< 표 2-1> 안성시의호우, 태풍에의한홍수해피해내용 년도피해일원인피해내용 1998 1999 2000 2000 2001 2002 2004 2005 2006 07/31~ 08/18 07/23~ 08/04 07/22~ 07/24 08/23~ 09/01 07/21~ 07/24 08/04~ 08/11 08/30~ 09/01 06/19~ 06/21 07/02~ 07/17 08/17~ 08/19 09/17~ 09/18 07/14~ 07/20 07/25~ 07/29 호우 호우, 태풍 호우 호우, 태풍 호우 호우 태풍 호우 호우, 태풍 태풍 태풍 태풍 호우 총이재민 : 2세대 /7명인명 : 사망 1명, 계 1명침수 : 농경지 202.8ha, 계 202.8ha 농경지 : 답 6.8ha, 계 6.8ha, 피해액 75,557천원농작물 : 기타 23.9ha, 계 23.9ha 공공시설 : 교량 2개소 /61m, 하천 14개소 /3,056m 총피해액 : 2,104,283천원총이재민 : 7세대 /28명인명 : 부상 1명, 계 1명침수 : 농경지 1,444.8ha, 계 1,444.8ha 농경지 : 답 0.5ha, 계 0.5ha, 피해액 1,638천원농작물 : 전작 0.3ha, 기타 22.5ha, 계 22.8ha 공공시설 : 하천 5개소 /357m, 소하천 3개소 /175m, 수리시설 2개소사유시설 : 비닐하우스 - 시설 11.6ha 총피해액 : 1,304,200천원총이재민 : 36세대 /107명인명 : 사망 3명, 부상 1명, 계 4명침수 : 농경지 1,796ha, 계 1,796ha 농경지 : 답 291ha, 계 291ha, 피해액 983,000천원농작물 : 전작 32ha, 답작 1,732ha, 계 1,764ha 공공시설 : 교량 1개소 /184m, 하천 23,849m, 소하천 40개소 /21,913m 사유시설 : 비닐하우스총피해액 : 15,827,811천원총이재민 : 1세대 /3명침수 : 도시 989ha, 계 989ha 농경지 : 답 1ha, 계 1ha, 피해액 6,280천원농작물 : 전작 1ha, 계 1ha 공공시설 : 하천 10개소 /2,094m, 소하천 13개소 /3,629m 사유시설 : 비닐하우스 - 피해액 17,183천원총피해액 : 1,566,966천원농경지 : 답 5ha, 계 5ha, 피해액 14,633천원공공시설 : 하천 4개소 /1,220m, 소하천 9개소 /5,060m, 수리시설 2개소총피해액 : 1,336,405천원총이재민 : 199세대 /560명침수 : 농경지 1,000.7ha, 계 1,000.7ha 농경지 : 전 6.7ha, 답 64.9ha, 계 71.6ha, 피해액 255,665천원농작물 : 전작 2.5ha, 답작 785.7ha, 계 788.2ha 공공시설 : 교량 1개소 /20m, 하천 34개소 /18,008m 총피해액 : 9,287,164천원건물 : 계 14동, 피해액 189,000천원농작물 : 전작 3.2ha, 기타 1,249.3ha, 계 1,252.5ha 사유시설 : 비닐하우스 - 시설 1.1ha 총피해액 : 1,309,301천원침수 : 농경지 5.3ha, 계 5.3ha 농작물 : 답작 5.3ha, 계 5.3ha 총피해액 : 15,000천원침수 : 농경지 21.7ha, 계 21.7ha 건물 : 계 3동농경지 : 전 0.7ha, 답 3.5ha, 계 4.3ha, 피해액 15,239천원농작물 : 전작 11.3ha, 답작 9.6ha, 계 20.9ha 공공시설 : 하천 6개소 /860m, 소하천 16개소 /3,231m 총피해액 : 3,027,789천원침수 : 농경지 0.6ha, 계 0.6ha 농작물 : 전작 0.6ha, 계 0.6ha 총피해액 : 100,866천원농경지 : 전 0.0ha, 답 0.1ha, 계 0.2ha, 피해액 824천원공공시설 : 하천 5개소 /629m, 소하천 2개소 /650m 총피해액 : 696,703천원농경지 : 답 0.0ha, 계 0.0ha, 피해액 29천원농작물 : 기타 0.3ha, 계 0.3ha 공공시설 : 하천 3개소 /120m, 소하천 2개소 /65m 총피해액 : 344,164천원총이재민 : 15세대 /35명침수 : 농경지 900ha, 계 900ha 농경지 : 전 11.1ha, 답 45.1ha, 계 56.3ha, 피해액 202,074천원농작물 : 전작 7.1ha, 답작 28.1ha, 기타 150.3ha, 계 185.6ha 공공시설 : 교량 1개소 /49m, 하천 - 33개소 /20,617m 총피해액 : 17,312,302천원 - 30 -

나. 침수실적현황 국가수자원관리종합정보시스템 (WAMIS) 에서제공하는 1995, 1997, 1998, 2000 년침수실적도를검 토한결과하천주변에집중되어있는농경지와유역남단에피해가가장많이발생한것으로나타 났다 < 그림 2-1>. < 그림 2-1> 상습침수지역도 다. 안성천지역홍수피해현장조사 < 그림 2-2> 은 2005년과 3월 19일, 2005년 6월 24일안성천유역내의현장 GCP 조사 ( 약 21개지점 ) 와과거침수피해를입은지역을방문 (5개지점 ) 하여과거침수시상황을현지주민들과의인터뷰를통하여침수시기의상황을알아볼수있었다. 또한 2006년 7월 29 일태풍개미에의해안성천유역이침수되었던다음날가장피해가심했던 3개의지점을방문하여범람상황을현장조사를통하여실시하였다. - 31 -

< 그림 2-2> 현장조사지점 1) 2005 년 GCP 현장조사 2005 년과 3 월 19 일, 2005 년 6 월 24 일 2 차례현장을방문하여 RADARSAT 영상보정에 사용할현장 GCP 21 개지점에대하여하천을따라측량하였다 < 그림 2-3>. - 32 -

고삼저수지 백운교 금광저수지 동양촌저수지 안성천합류점 진사보 진사보수위계측기 복모교 군문교 ( 평택 T/M 수위우량관측소 ) 평택 T/M 수위우량관측소 - 33 -

홍경교 대홍저수지 안궁교 노성교 둔포교 주천교 < 그림 2-3> 현장 GCP 지점 2) 2005 년홍수피해현장조사 과거발생한홍수피해상황을파악하고자안성천유역내홍수피해를입은지역을직접 방문하여주민들과의인터뷰를실시하였다. 인터뷰내용을정리하면다음과같다. - 34 -

< 그림 2-4> 명단교 명단교지점은고삼저수지하류부에농경지가위치하고있으며, 2000 년 7 월 22 일부터 이틀간의집중호우로인하여하천수위가급격하게상승하면서주변농경지가침수되었다 < 그림 2-4>. < 그림 2-5> 금광저수지금광면한운리중턱 < 그림 2-5> 과같이안성시금광면한운리중턱지점은집중호우로인하여저수위가상 승하면서흙담을넘어농경지로침투, 농경지가일시적으로배수되지못하고포화상태로 인하여농경지및인삼재배지의피해가가중되었다. - 35 -

< 그림 2-6> 신기리구수천 안성시서운면신기리구수천유역은상습적으로침수되는유역으로서, < 그림 2-6> 과같이피해를줄이기위하여 2003년제방건설을착공하였으나, 그이듬해인 2004년집중호우로인하여유속을견디지못해제방이유실되고, 수충부의치수처리가미비하여주변농경지가침수되었다. < 그림 2-7> 상록동 < 그림 2-7> 은안성시금광면상록동으로보는바와같이농경지가하천의주변에위치하고있으며, 대체적으로낮은지대에있어집중호우로인한유속을견디지못하고, 하천제방이붕괴되면서주변농경지침수되었다. 약 1,000 ha 침수되었으며, 2002년의집중호우피해로인하여제방공사착공되었으나, 그이듬해의집중호우로인하여일부제방이다시붕괴되면서주변농경지가다시금침수되었다. - 36 -

< 그림 2-8> 진촌리진촌교안성시진촌리진촌교는 2000년 7월 22 ~ 7월 24일이틀간의집중호우 ( 폭우 ) 로인하여주변농경지가침수되었다 < 그림 2-8>. 하천의단면폭이좁고, 상류유역에서신릉천이청룡천과합류하면서하천의수위가급격하게상승하면서주변농경지가침수되었다. 그후도로의확장과포장공사가시행 (2003년 12월 9일 ~ 2005년 4월 23일 ) 되어향후홍수피해가줄어들었다고한다. < 그림 2-9> 신안교 - 37 -

신안교지점은 2004 년도에제방공사 ( 다리확장공사, 돌망태건축 ) 가완료되었다 < 그림 2-9>. 제방공사가완공되기전농경지의고도가낮아하천범람시주변농경지상습침수 되었으나제방공사후침수피해없다고한다. 3) 2006년홍수피해현장조사 2006년은장기간전국에걸쳐여러번의집중호우가발생하였으며그에따라지역별로많은인명및재산피해가발생하였다. 특히 2006년 7월의홍수피해는그동안겪어왔던집중호우와는달리에위니아 (EWINIAR), 빌리스 (BILIS), 개미 (KAEMI) 등의태풍이한정된시기에겹치면서피해가가중되었다. 그중본연구지역인안성천유역은태풍개미및집중호우에의한피해가가장심했다. 따라서본연구에서는 2006년 7월 28~29일안성천유역의피해및원인을조사하였다. < 표 2-2>, < 표 2-3> 은 7월 27일과 29일사이에서지속시간별최대누가우량과지속시간별빈도를나타내었다. < 표 2-2> 안성천유역의지속시간별최대누가우량 지점 지속시간별최대누가우량 (mm) 1시간 2시간 3시간 6시간 12시간 24시간 서운 ( 건교부 ) 59.0 84.0 103.0 146.0 261.0 329.0 안성 ( 건교부 ) 37.0 56.0 82.0 420.0 206.0 280.0 양성 ( 건교부 ) 29.0 41.0 55.0 92.0 156.0 239.0 고삼 (AWS) 33.5 59.0 71.5 100.0 173.5 280.5 보개 (AWS) 36.5 64.0 91.0 129.0 210.0 298.0 서운 (AWS) 63.5 86.5 109.0 150.5 253.0 304.0 안성 (AWS) 31.5 58.0 82.5 125.5 190.5 271.0 양성 (AWS) 35.0 55.0 67.0 100.5 171.5 252.0 일죽 (AWS) 45.5 54.5 81.0 113.5 186.5 226.5 하개정 (AWS) 28.0 53.0 79.0 124.5 223.0 283.5-38 -

< 표 2-3> 안성천유역의지속시간별빈도 지속시간별빈도 ( 년 ) 지점 1시간 2시간 3시간 6시간 12시간 24시간서운 ( 건교부 ) < 10 < 20 < 20 < 20 < 100 < 100 안성 ( 건교부 ) < 2 < 10 < 10 < 10 < 20 < 50 양성 ( 건교부 ) < 2 < 2 < 2 < 5 < 5 < 10 고삼 (AWS) < 2 < 10 < 5 < 5 < 10 < 50 보개 (AWS) < 2 < 10 < 10 < 10 < 20 < 50 서운 (AWS) < 20 < 20 < 50 < 20 < 100 < 100 안성 (AWS) < 2 < 10 < 10 < 10 < 20 < 50 양성 (AWS) < 2 < 10 < 5 < 5 < 10 < 20 일죽 (AWS) < 2 < 10 < 10 < 5 < 20 < 10 하개정 (AWS) < 2 < 10 < 5 < 10 < 50 < 50 < 2 : 2 년빈도이하 2006 년태풍과집중호우로안성천유역내의범람상황을현장조사를통하여실시하였다. 다음은피해지역을조사한사항을중심으로한현장사진과설명자료이다. 가 ) 조령천일대피해조사 2006년 7월 28일낮 12시집중호우로인하여경기도안성시가현동안성천상류지천인조령천의보에서갑자기유량이늘어남에따라유속의증대로부실한제방과만곡영향으로수위가상승하여하천옆의제방취약부분 (103m) 이파해되었으며, 둑이유실되면서강물이넘쳐인근저지대가현동수용촌, 동신리동문마을주민 500여명이대피하였다 < 그림 2-10>. - 39 -

조령천의제방 (1) 조령천의제방 (2) 조령천의제방 (3) 조령천의제방 (4) < 그림 2-10> 조령천일대침수피해지역 나 ) 성환천일대피해조사평택에서는성환천과동북천제방에설치된배수구가집중호우로인한수압을이기지못하고터지면서강물이넘쳐인근의통복지하차도가침수되었으며또한수위상승으로인하여제방 ( 좌안 ) 이유실및붕괴되었다. 제방의유실로우안측의농경지는침수되었고비닐하우스와저지대주택 30여채와상가가침수되었다 < 그림 2-11>. - 40 -

문제가되었던배수구 침수되었던지하도 침수되었던비닐하우스 (1) 침수되었던비닐하우스 (2) 미피해방제 피해방제 < 그림 2-11> 성환천일대침수피해지역 다 ) 월동천일대피해조사조령천과월동천합류부상류 (170m) 일대에서는집중호우로인하여계획홍수위를초과함에따라유속이빨라지면서상류부분의교량을통과하고급축소구간에서외력이상승하여제방 ( 우안 ) 이붕괴되었다. 또한하류부분에보와만곡부분이위치하여월류가발생하여제방 ( 우안 ) 이침식되었다 < 그림 2-12>. - 41 -

상류 ( 피해지역 ) 상류 ( 피해지역복구 ) 중간의보하류 ( 피해지역복구 ) 하류 ( 피해지역복구 ) 하류 ( 피해지역복구 ) < 그림 2-12> 월동천일대침수피해지역 - 42 -

2. 인공위성영상을이용한홍수전 후의토지이용변화에따른집중분석 가. 원격탐사자료의획득 안성천유역의농촌지역을중심으로과거 10여년간의홍수피해기록을조사한결과 < 표 2-4> 과같다. 이기간을대상으로다양한원격탐사자료 (Landsat, SPOT, RADARSAT 등 ) 들을검토한결과, Landsat, SPOT 등광학위성은홍수전 중 후에촬영된영상이없었으며, 캐나다의 RADARSAT영상은구름및강우시에도지표면촬영이가능한능력을가지고있어이영상을대상으로선정을시도하였다. < 표 2-4> 안성천유역의연도별홍수피해지역 번호기간홍수피해지역 1 1995 년 8. 19 ~ 8. 21 평택, 성환 2 1998 년 7. 31 ~ 8. 18 발안, 오산, 숙성, 서정, 언증, 평택, 성환, 속리 3 2000 년 7. 22 ~ 7. 24 남양, 발안, 오산, 조암, 숙성, 서정, 동항, 안성성환, 죽산, 생극, 단월, 좌항, 가남이천, 능서 4 2002 년 8. 4 ~ 8. 11 서울, 인천, 안양, 부천, 광명, 고양, 파주, 안성, 여주, 이천, 평택, 양평 우리나라의경우하절기에짧은기간동안집중적으로강우가내리기때문에그만큼영상을선택할수있는폭이한정되어있다. 침수피해분석을위해 Landsat 영상은 2002년 8 월 4일~11일을중심으로선정하였으며, RADARSAT 영상은 1998년 8월 2일부터 8월 18 일까지 649 mm 강우에의하여하천붕괴와농경지침수등으로침수피해를겪은시기의영상을선정하였다. Landsat 영상은구름과연모등날씨의영향을받기때문에영상선정시홍수를중심으로침수전의영상은침수후의영상과계절이같고연도의차가되도록적은자료중에서구름상태가양호한것으로선정하였다 < 표 2-5>. - 43 -

< 표 2-5> 홍수피해전후의 Landsat 영상자료선정 홍수피해년도구분날짜센서 Path/Row 구름량 2002년 8. 4~8. 11 침수전 2001 년 9 월 23 일 ETM + 116/34 1 % 침수후 2002 년 9 월 10 일 ETM + 116/34 0 % RADARSAT 영상은기상의영향을받지않으며밤에도영상을촬영할수있다는장점을가지고있어재해에활용도가높아지고있다. 연구에사용된 RADARSAT 영상으로는침수직후영상인 8월 12일영상을최종선정하였으며, 침수분석을위하여 2개의영상을추가적으로선정하여총 3개의영상을침수분석에사용하였다. 1998년 7월 9일영상은침수전의피복상태를확인하기위하여선정하였고, 1999년 7월 25일영상은침수후의침수된지역에대한안정상태를살펴보고자선정하였다. < 그림 2-13> 은홍수기간중의평택수위관측소에서의하천수위를나타낸것이다. < 그림 2-13> 연구대상지역의강우량과수위량의변화 < 표 2-6> 은사용된 RADARSAT 영상의자료와각영상에대한특징을정리한것이다. 영상의특징을살펴보면 C밴드 ( 파장 : 5.6 cm) 에서촬영되었으며, 7개의 Beam 모드중에서 Standard 모드에서 12.5 m 화소 (pixel) 이며서울을포함수도권일부지역까지포함하고있다. 그중안성천유역을추출하여사용하였다. - 44 -

< 표 2-6> 홍수피해전중후의 RADARSAT 영상자료선정 구 분 날짜 1998년 7월 5일 1998년 8월 12일 1999년 7월 25일 Part 침수전 침수직후 침수후 Product Type Path Image(SGF) Path Image(SGF) Map Image(SSG) Beam Mode Standard 3 Standard 6 Standard 6 Orbit ASCENDING ASCENDING DESCENDING Pixel spacing 12.5m 피해년도 1998년 7월 31일 ~ 1998년 8월 18일 나. Landsat 위성영상을이용한홍수전 후의토지이용변화에대한집중분석 1) 위성영상의전처리 영상의전처리는 Landsat ETM + 은영상의기하학적인왜곡을보정하기위하여 ERDAS Imagine 8.5 를사용하였으며, Spheroid Bessel, Datum Tokyo (Korea), Projection TM (Transverse Mercator) 으로투영하기위해 1991 년 5 월 31 일 Landsat ETM + 영상을 기준으로 Image to Image 방법을이용하여기하보정을실시하였다. 재배열 (resampling) 방 법으로는최근린내삽법을이용하여 30m 의동일한해상도를갖도록재배열을실시하였다. 기하보정결과, RMSE (Root Mean Square Error) 는 Landsat ETM + 2001 년 9 월 23 일영상 자료는 0.32, 2002 년 9 월 10 일자료는 0.43 으로분석되었으며, 기하보정된영상은 < 그림 2-14> 와같다. < 그림 2-14> 기하보정결과 - 45 -

2) 밴드선정토지피복분류를위한최적의밴드구성을위해대상지역인안성천유역에대하여조사한결과, 산림, 논, 밭의비율이높은지역임을알수있었다. 연구대상지역이식생에대한비율이크기때문에식생에대한정보를잘반영하는 Tasseled Cap 변환계수를이용한지수밴드와이와조합하여 DN 분포도가높은분광밴드를선정하여사용하였다. Tasseled Cap 변환은식생에대한정확한정보를얻기위하여 Kauth와 Thomas(1976) 가 Landsat Multi-Spectral Sensor에서수집된자료를대상으로 Gram-Schmidt의연속직교기법 (Sequential Orthogonalization Technique) 을이용하여개발한것을 Crist와 Cicone(1984) 이 TM에적용한것으로밴드 6을제외한 6개의밴드를사용하여새로운축을가지는 3개의밴드를생성하게된다. 생성된첫번째밴드는 Brightness 밴드로토양반사에대한주변화를나타내는방향으로정의되며, 두번째밴드는 Greenness 밴드로 Brightness 밴드에직교하며녹색식물의양과강한상관관계를가진다. 세번째, Moisture 밴드는피복및토양함수량과상관관계가있다. Tasseled Cap과분광밴드간의상관성을알아보기위하여 scatter diagram을작성하였으며, 그결과 Brightness와 Greenness 두밴드의화소값이골고루분포되어있음을확인할수있었다 < 그림 2-15>. 피복분류항목별 DN 분포도를작성한결과 Tasseled cap과분광밴드를조합하여사용하는것이더욱 DN 값이골고루분포되어있음을확인할수있었고, 따라서밴드 3, 4, 5를조합하여사용하였다. - 46 -

band 1 and 4 band 2 and 4 band 2 and 5 band 3 and 4 band 3 and 5 band 4 and 5 < 그림 2-15> 각밴드간 scatter diagram 3) 훈련지역선정영상의전처리과정을거친후기하보정이된밴드들을조합하여훈련지역을획득하였다. 훈련지역 (Training site) 이란감독분류에사용할통계값을추출하기위해서선택한토지피복특성을대표하는영역을말한다. 이단계는대표적인샘플지역을모든대상물체들의분광속성을작성하기위하여수행되며, 영상에존재하는모든픽셀들은훈련지역의각항목과수치적으로비교되고, 분광특성이가장유사하게보이는항목들의명칭에따라구분된다. 모든물체는고유한분광반사특성과복사정도에따라고유의 DN을지니고있는데모든픽셀의내부에존재하는분광패턴은분류과정의수치적인근거로사용된다. 토지피복분류시분류항목의결정은분류결과의사용목적과분류하고자하는영상의공간해상도와같은요인에따라결정되는데, 우리나라의경우는좁은지역내에상당히다양한토지피복 ( 이용 ) 형태들이모여있어등급 III과같은세부적인분류는쉽지않다고판단되며, Landsat TM 자료의해상도 (30m) 의한계가있기때문에한국수자원공사 (2000) 가제시한기준 ( 등급 I) 을적용하였다. 안성천유역의분류항목선정시 1:25,000 지형도와환경부의토지피복분류도, 그리고현장답사및분광복사계 (Spectroradiometer) 의분광반사도를측정, 분석한자료를바탕으 - 47 -

로하여작성하였고, 분류항목을 8~10 개정도로선정하여세분류하였으나산림, 주거지, 수역, 초지, 나지, 논, 밭등 7 개항목으로동일하게재분류하였다 < 표 2-7>. < 표 2-7> 안성천유역교사자료의분류항목 분류번호 2001년 9월 23일 2002년 9월 10일항목재분류항목재분류 1 수역 산림 수역 산림 2 주거지 주거지 산림1 주거지 3 도로 수역 산림2 수역 4 산림1 초지 도심지 초지 5 산림2 나지 도로 나지 6 초지 논 초지 논 7 나지 밭 나지 밭 8 논1 논1 논 ( 침수지 ) 9 논2 논2 10 밭 밭 4) 감독분류에의한토지피복분류침수피해를분석하기위하여, 영상을구성하는각각의화소들중비슷한분광특성을갖는것들을집단화시켜주는방법에서토지피복분류방법을사용하였다. 토지피복분류방법으로는감독분류 (Supervised Classification) 와무감독분류 (Unsupervised Classification) 로구분할수있으며, 본과업에서는감독분류법을이용하였다. 감독분류법은평행육면체분류기법 (Parallelepiped Classification: PLC), 최소거리분류기법 (Minimum Distance to Means Classification: MDC), 최대우도분류기법 (Maximum Likelihood Classification: MLC) 과같이대표적으로 3가지의방법이있다. 그중본과업에서는최대우도분류기법을사용하였으며이방법은통계적인방법을통하여화소가각군집에속할확률을구하고확률이가장큰군집에속하는것으로판단하는방법으로그정확도와활용도가높은기법으로평가되어, 현재가장널리쓰이고있다. 2002년 8월안성천유역의침수피해는게릴라성폭우로인해배수가일시적으로이루어지지않아발생된것으로, 홍수후약 2~3일이지나면배수가원활하게되어물이빠져나가침수로인한피해지역을추출한다는것에어려움이있었다. 사용된태풍후영상은홍수가있던시기보다 1달정도의시간이흐른뒤이기때문에홍수피해흔적을찾을수없었으므로분광복사계 (Spectroradiometer) 를이용하여안성지역의벼를대상으로분광반사도 - 48 -

를측정한결과를이용하여반사율을구하여피해지역을추출에사용하였다 < 그림 2-16>. 정상생육한벼와홍수로인해침수피해를입은벼의분광반사도를측정한결과, 두종류의벼사이의반사도가확연히차이가나타남을볼수있었고, 이를바탕으로피복분류시농경지피해지역을추출하였다. 60.00 50.00 반사율 (%) 40.00 30.00 20.00 정상벼 침수된벼 10.00 0.00 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 파장 (nm) < 그림 2-16> 벼반사율 홍수전 후의토지피복분류결과를유역경계별로나타낸결과 < 그림 2-17> 와같다. 홍수전피복분류 홍수후피복분류 < 그림 2-17> Landsat 위성영상을이용한홍수전후피복분류결과 Landsat 위성영상을이용한피복분류후분류항목에대한면적을산출하였다 < 표 2-8>. 분광반사도에의한농경지침수면적을산출한결과약 9.8km 2, 전체면적의약 1.1% 가침 수된것으로분석되었다. - 49 -

< 표 2-8> 분류항목별면적및비율 분류항목 2001년 9월 23일 2002년 9월 10일분류항목면적 (km 2 ) 백분율 (%) 면적 (km 2 ) 백분율 (%) 산림 274.36 29.68 산림 272.9 29.5 주거지 104.84 10.26 주거지 104.9 11.3 수역 23.38 2.53 수역 35.9 3.9 초지 27.02 2.92 초지 38.2 4.1 나지 7.99 0.86 나지 18.8 2.0 논 238.00 26.83 논 224.3 24.3 밭 248.79 26.91 밭 219.6 23.8 논 ( 침수지 ) 9.8 1.1 합계 924.38 100(%) 합계 924.4 100(%) 5) 분류정확도검증위성영상데이터의분류결과를객관적이고정확하게평가하고자가장일반적인방법중의하나인오차행렬 (error matrix) 을이용하여 Kappa 계수및 Overall Accuracy를산정하였다. 오차행렬이란알고있는실제지표자료와피복분류된결과물사이의일치성을비교한것으로개별항목들의정확도는각항목에서정확하게분류된픽셀들의수를, 행과열, 둘중하나에있는전체픽셀의개수로나누어계산한다. 분석결과, 2001년과 2002년피복분류의 Kappa 계수는각각 0.96, 0.98로나타났으며, Overall Accuracy는 97.68%, 99.27% 로계산되었다. 분류정확도의 2차평가로서안성시행정구역내의지적통계자료와의비교를실시하였다 < 표 2-9>. - 50 -

< 표 2-9> 행정구역내의지적통계자료와의비교를통한분류정확도 산림논밭주거지합계 항 목 면적 ( km2 ) 면적비 (%) 2001 2002 2001 2002 지적통계 294.0 294.0 53.1 53.1 분류결과 262.5 261.6 47.4 47.3 절대오차 31.5 32.4 5.7 5.8 지적통계 123.0 123.0 22.2 22.2 분류결과 117.2 113.4 21.2 20.5 절대오차 5.8 9.6 1.0 1.7 지적통계 58.4 58.4 10.5 10.5 분류결과 92.8 95.1 16.6 17.2 절대오차 34.4 36.7 6.1 6.7 지적통계 34.0 34.0 6.1 6.1 분류결과 36.2 38.0 6.5 6.9 절대오차 2.2 4.0 0.4 0.8 지적통계 554.2 554.2 100.0 100.0 분류결과 553.4 553.4 100.0 100.0 모의침수지역과실제침수지역을비교분석하기위해 행정자치부중앙재해대책본부, 2002, 재해연보 를조사한결과, 2002년 8월 4일~11일동안의집중호우로인해침수된농경지가 28.42km2이발생한것으로나타났다. 피복분류결과보다 18.62km2이큰값으로써사용한영상은홍수발생후약 1달후의영상이므로침수지역이기존의토지피복형태로어느정도회복되었기때문으로판단된다. 6) 홍수재해에대한집중분석홍수재해에대해면 / 동행정구역단위로집중분석하기위해토지피복분류도를행정구역별분류항목에대한면적을산정하였다 < 표 2-10>. 그결과보개면 (0.8km2), 금광면 (0.4km2), 공도면 (0.4km2), 대덕면 (0.4km2), 미양면 (0.4km2), 서운면 (0.2km2) 등이농경지침수피해를많이입은것으로분석되었다. < 그림 2-2> 의실제현장조사및자료조사에서보개면, 금광면, 대덕면, 서운면이농경지등의침수를입은것으로조사되었다. 금광면과서운면은폭우로인하여하천의제방이무너지면서주변농경지가침수가된것으로조사되었으며보개면의경우주위가산림으로둘러싸인유역으로산림에서흡수되지못한유출수와함께쓸려내려온토사등으로인하여피해를입은것으로판단된다. 또한대덕면은고삼저수지의하류에위치하고있으며, 집중호우시유속이빨라져명단교지점의만곡부에서제방이붕괴되어만곡부의안쪽에위치하고있는농경지가침수되어피해를입은것으로판단된다. - 51 -

< 표 2-10> 안성천유역행정구역별피복분류결과 (2002 년 9 월 10 일 ) ( 단위 : km2 ) 면 / 동 산림 주거지 수역 초지 나지 논 밭 논 ( 피해지역 ) 가재 0.5 0.5 0.0 0.3 0.1 1.1 0.4 0.0 고덕면 0.1 0.4 0.2 0.3 0.0 2.3 0.3 0.0 고삼면 12.8 0.8 2.1 1.9 0.3 4.8 4.6 0.2 공도면 1.5 4.1 0.5 3.8 0.6 17.9 3.7 0.4 관인면 1.3 0.2 0.0 0.2 0.1 1.1 0.9 0.1 군문 1.3 0.7 0.1 0.5 0.2 2.3 1.3 0.1 금광면 50.6 1.7 1.9 2.7 0.3 8.0 9.0 0.4 남사면 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 대덕면 8.0 3.5 0.1 2.1 0.9 10.9 6.9 0.4 도일 2.7 0.4 0.0 0.4 0.1 1.5 1.5 0.0 동삭 0.2 0.4 0.0 0.2 0.0 0.8 0.3 0.0 두정동 0.0 0.0 0.0 0.0 0.1 0.0 0.0 0.0 둔포면 4.7 5.2 0.4 3.2 0.7 23.1 3.2 0.3 마양면 0.9 0.2 0.0 0.4 0.0 1.1 1.2 0.0 만승면 0.1 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 모곡 0.0 1.2 0.0 0.1 0.2 0.8 0.0 0.0 목천면 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 미양면 4.1 3.2 0.1 2.4 0.7 13.2 5.8 0.4 백곡면 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 보개면 24.7 2.4 0.2 2.7 0.5 11.9 11.6 0.8 부대동 1.2 1.0 0.0 0.4 0.3 1.1 0.7 0.0 북면 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 비전 0.1 1.0 0.0 0.1 0.1 0.7 0.1 0.0 삼죽면 12.9 0.9 0.0 0.8 0.3 1.6 3.6 0.1 서운면 17.0 1.4 0.2 2.2 0.4 5.5 9.6 0.2 성거읍 10.7 4.4 0.2 2.8 0.9 4.4 7.8 0.0 성성동 0.4 0.5 0.1 0.3 0.1 0.6 0.2 0.0 성환읍 7.1 7.7 0.3 6.3 1.6 23.8 9.3 0.3 소사 0.1 0.2 0.0 0.0 0.0 2.0 0.1 0.0 신당동 0.6 0.5 0.0 0.2 0.0 0.4 0.4 0.0 신대 0.0 0.3 0.1 0.1 0.0 1.9 0.0 0.0 신장1 0.2 1.9 0.0 0.4 0.3 1.5 0.2 0.0 쌍용1동 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 안서동 0.1 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 안성읍 3.1 3.1 0.1 0.9 0.5 4.0 2.5 0.2 안중면 2.7 3.1 0.0 0.8 0.3 12.8 0.5 0.1 양성면 13.6 1.7 0.2 1.8 0.4 9.2 5.4 0.3 업성동 0.3 1.4 0.2 0.4 0.3 1.2 0.3 0.0-52 -

다. RADARSAT SAR 영상을이용한홍수전 후의토지이용변화에대한집중분석 1) 위성영상의전처리 RADARSAT SAR센서는한쪽방향만을관측하기때문에지표면경사에따라생기는기하학적왜곡을보정하기위하여수치지도로부터구축한 5m DEM을이용하여정사보정을실시하였다 < 그림 2-18>. 정사보정은 ERDAS IMAGINE 8.6을사용하였으며, DEM을이용한정사영상제작법인원영상에있는 DN값을 DEM의영상좌표로이동시키는과정에서외부표정요소, 내부표정요소, 초점거리, 공선조건을고려하여수정하는방법으로하였다 < 그림 2-19>. < 그림 2-18> DEM 생성과정 < 그림 2-19> 정사보정과정 1999년 7월 25일영상은수치지도를이용한 image to map 방법으로보정을하였고, 이영상을이용하여 image to image 방법으로 1998년 7월 5일영상과 1998년 8월 12일영상을보정, 약 9~10개의지상기준점 (Ground Control Points) 을선정하여 Spheroid Bessel, Datum Tokyo(Korea), Projection TM(Transverse Mercator) 으로투영하였고, Bilinear 내삽법에의해정사보정을실시하여결과는 RMSE (Root Mean Square Error) 가해상도 12.5m에대해 0.25~0.62 pixel로분석되었고, < 그림 2-20> 과같이수치지도와중첩하여그정확도를확인하였다. - 53 -

< 그림 2-20> 정사보정결과 ((a) 하천부분 (b) 저수지부분 ) 2) 홍수재해에대한집중분석 가 ) 토지피복분류 - 무감독분류방법 RADARSAT 영상으로부터침수지역을추출하기위하여토지피복분류중무감독분류를사용하였다. 무감독분류 (Unsupervised Classification) 는군집화 (Clustering) 라고도불리며, 분류항목에대한사용자의사전설정없이단지입력영상의통계적특징에만의존하여영상을몇가지의피복군으로분류한다. PG-STEAMER는 Sequential, K-Means, ISODATA의무감독분류기법을제공하며각알고리즘에따라각기다른종류의변수입력이요구된다. 그중침수지역추출을위해 ISODATA(Iterative Self Organizing Data Analysis Technique) clustering 방법을이용하였다. ISODATA clustering 방법은반복 계산시각군집의새로운평균이계산되며군집정리시군집의표준편차값을분석하여편차값이너무큰경우두개의군집으로분리할수있으며, 이러한군집분리기능을가짐으로써읽어들인모든화소는분광거리가가장가까운군집으로할당하게된다. class 분류개수는 12개로하였으며, 그중하천주변을중심으로무감독분류를실시하였다. < 그림 2-21> 는침수직후와후로, 직후의영상은무감독분류를실시한결과이며그중수역으로분류된부분만을보여주고있다. 육안으로판독한결과하천의굴곡부분과하천주변에위치한농경지등은침수로인하여물과비슷한반사값을지니고있어침수된것으로판단 - 54 -

된다. 홍수중 RADARSAT 영상의무감독분류 홍수후 RADARSAT 영상 < 그림 2-21> RADARSAT 위성영상을이용한홍수중후피복분류결과 3 0 Water Level (m) 2 1 0-1 Rainfall Water Level 100 200 300 400 Rainfall (mm -2 500-3 07-25 07-29 08-02 08-06 08-10 08-14 08-18 Data 600 < 그림 2-22> 평택관측소의강우, 수위량 RADARSAT 영상분석에있어평택강우관측소와수위관측소로부터일강우량과일수위량을그래프로나타냈다 < 그림 2-22>. 사용된영상은 8월 12일영상으로집중호우 ( 경기도 8/7-8/8일 ) 가지나간후의영상으로폭우로인한일시적배수불량으로침수의피해를입은것이므로침수로인한침수지역을추출시어려움이따른다. 나 ) 영상의 RGB 합성 침수피해지역에대한범위를추정하기위하여, 세시기의영상을칼라합성하고레이더의 - 55 -

반사값을이용하여나타나는색의변화를살펴보고침수여부를판단하였다. 동일한좌표체계로보정한세시기의영상을중첩하여칼라합성하는경우각시기의상대적화소값의차이에따라독특한색을띠게된다 ( 이규성등, 2000). 세시기의영상을합성하기위하여 ERDAS IMAGINE 8.6에서제공하는 Layer Stack 모듈을이용해 < 그림 2-23> 과같이 1998년 7월 9일영상은적색, 1998년 8월 12일영상은녹색, 1999년 7월 25일영상은청색으로칼라합성하였다. RGB로칼라합성한후, 이규성등 (2000) 이분석한연구를토대로합성영상의여러지표물의반사특성을고려한결과, 주로하천주변의농경지부분에서영상시기별레이더반사신호의차이로인한색변화가나타나는것을확인할수있었다 < 그림 2-12>. < 그림 2-23> RGB 합성과정 RGB 칼라합성시영상간의변화가나타나지않는지역에대해서는검은색, 회색, 흰색으로나타나게된다. 즉영상에서물과같이습기가많은곳은반사도가낮은값을가지고있기때문에검게보이며, 도심지의경우건물의측면과입사되는레이더파의기하학적관계로인해서반사값이매우높아가장밝게나타나게된다. 농경지나산림은식물이 1 cm이상되는경우잎과가지에레이더파가접촉하게되어반사값이증가한다. 따라서홍수로인해토지피복의변화가발생되면그반사값또한변화가되어합성시홍수피해지역은색변화가발생하게된다. - 56 -

< 그림 2-24> 와같이 RGB 방법으로영상을합성결과, 일반적으로강이나저수지등은거의낮은값을가지기때문에검게나타나며, 도로나도심지의경우는밝게나타나는것으로합성전영상과같은색상을나타내었다. 하지만, 침수된것으로추측되는지역의경우하천본류의주변과농경지일대를중심으로짙은계통의보라색이나타나고있다. 보라계열은토지피복에변화가있는지역은침수전의적색과후의청색이합성되어보라계열의색이나타나는것으로판단된다. < 그림 2-24> RGB 합성영상과침수의심지역 다 ) 영상간의 Ratio 연산영상간의 RGB 칼라합성으로침수의심지역은추출할수있었으나정확한침수지역의경계를파악하는것은불가능하였다. 이를위해본연구에서는 2개의영상을대상으로서로나누는 Ratio 연산방법을이용하여보다정확한침수피해지역의경계를추출하고자하였다. Layout 모듈을이용하여침수직후의영상을침수전의영상으로나누는 Ratio 연산을실시하였고그결과 ratio 값이 0.07~19.54로분포하였다. 홍수로침수가발생한지역은낮은반사값을가지므로, 침수직후의영상을침수전의영상으로나눈 Ratio 값은 1보다작은값으로산정되었다. 또한 1보다작게산정된지역의 Ratio 값들을몇개의구간으로구분하여표현한결과, RGB 방법보다는훨씬뚜렷한침수지역의경계를파악할수있었다 < 그림 2-25>. - 57 -

< 그림 2-25> Ratio 연산결과 < 그림 2-25> 의침수지역경계를스크린디지타이징하여벡터경계를생성하였으며, 그결과를 NGIS(National Geographic Information) 1:5,000 수치지도와중첩하여나타낸결과는 < 그림 2-26> 와같다. 그림을살펴보면, 학정천과성환천의합류지점을중심으로주위의농경지가침수된것을확인할수있었다. 침수지역의 (a) 부분은집중호우로농경지주변의소하천수위가급상승하면서하천의합류지점에서제방을월류하여표고가낮은하천주변의농경지가침수된것으로판단된다. 침수지역의 (b) 부분은학정천하폭 ( 평균 38m) 이성환천의하폭 ( 평균 86m) 보다약 2~3배정도작기때문에폭우로인하여일시적으로하천의통수능력을상실하여범람한것으로판단되어진다. 범람한하천수는표고가낮은지역을대상으로범람된용량만큼낮은지역을침수시키면서진행되다가표고가높은도로, 논둑을만나면서더이상침수범위가확대되지않고침수위를상승시킨것으로추정된다. 현장조사결과, 침수경계의도로와논둑의표고가높은것을확인하였다. 분석결과에대한검증을거쳐야하나, 1998년성환천유역의침수피해조사결과가있지않아현장조사와주민들의면담조사를통하여당시성환천과학정천주변의농경지및주거지가침수되었음을확인할수있었다. < 그림 2-26> 의결과에의한피해면적을토지이용항목별로추출한결과, 총침수피해면적은 1.27 km 2 가침수되었으며, 그중에서 1.13 km 2 로논의피해가가장심하였고, 주거지와나지는 0.08 km 2, 수역은 0.05 km 2, 밭은 0.01 km 2 가침수된것으로분석되었다. - 58 -

< 그림 2-26> 수치지도와침수지역의중첩 - 59 -

제 3 절 GIS 기법을이용한홍수재해지역집중분석 1. GIS 기법을이용한침수위험지역분석 가. 침수위험지역분석을위한입력자료구축 1) 침수위험지역분석을위한 DEM 구축및최적해상도결정대상유역인안성천유역에대한침수위험지역추출을위해국립지리원에서 1994년부터수행한수치지도구축사업에 1:5,000 축척의수치지형도를사용하여 DEM을구축하였다. DEM 제작에는 1:5,000 수치지도 191장과 1:25,000 수치지도 7장의 DXF(Drawing exchange Format) 파일을이용하였으며, 지형관련레이어인 7111( 주곡선 ), 7114( 계곡선 ), 7217( 표고점 ), 7311( 삼각점 ) 을 ARC/INFO의스크립트언어인 AML (ARC/INFO Macro Language) 을적용하여라인및포인트커버리지로변환하였으며 ( 정인균등, 2003), 추출한커버리지의도형자료및 dxf-elevation 필드에저장된고도값을이용하여 TIN(Triangulated Irregular Network) 커버리지생성, Lattice 변환과정을거쳐추출한후격자간격 5m의 DEM을생성하였다. DEM 작성시지형관련레이어중에서등고선과표고점레이어를 GIS 프로그램인 Arc/Info를이용해추출한후추출된지형레이어를전처리하여오류를수정하였다 < 그림 2-27>. < 그림 2-27> 안성천유역 DEM( 해상도 5m) - 60 -

DEM은침수피해분석에있어서중요한자료로서결과에영향을끼칠것이라고판단되어, 적절한 DEM의해상도를찾기위해해상도별지형특성인자를비교해보았다. DEM은 5m, 15m, 30m, 50m, 100m, 200m의해상도로작성하였다. 이중 5m, 50m, 200m 해상도의 DEM은 < 그림 2-28> 와같다. 5m DEM 50m DEM 200m DEM < 그림 2-28> 해상도별 DEM 위에해상도별 DEM을이용하여 Arc/View 프로그램으로경사도, 경사향도를구축 < 그림 2-29> 하였고, DEM 해상도에따라비교지형특성인자들 ( 유역면적, 최저표고, 최고표고, 평균표고, 평균경사 ) 의값을추출하여그결과를정리하였다. 그후 DEM 해상도에따른인자들의변화형태를좀더체계적으로살펴보고자상관관계식과결정계수를추출하였다 < 표 2-12 ~ 표 2-13>, < 그림 2-30>. - 61 -

경사도 경사향도 < 그림 2-29> 안성천유역의경사도와경사향도 < 표 2-12> 지형특성인자들의값 DEM 해상도 유역면적 ( m2 ) 최저표고 (m) 최고표고 (m) 평균표고 (m) 평균경사 ( ) 5m 924375360.00 0.00 575.00 68.58 7.62 15m 924368384.00 0.00 575.00 68.61 7.22 30m 924401728.00 0.00 575.00 68.70 6.54 50m 924430016.00 0.00 575.00 68.73 5.81 100m 924249984.00 0.00 564.81 68.71 4.68 200m 924080000.00 0.00 557.91 69.27 3.53 < 표 2-13> 지형특성인자들과 DEM의선형회귀식 지형특성인자 DEM 상관관계식 R 2 면적 y = -1670.58 x + 924428950.79 0.87 최고표고 y = 0.0033x + 68.549 0.93 평균표고 y = 0.0033x + 68.549 0.90 평균경사 y = -0.0205x + 7.2678 0.92-62 -

< 그림 2-30> DEM 해상도에따른인자들의상관관계 DEM 해상도에따른인자들상관회귀분석을실시한결과, 최저표고를제외한유역면적, 최고표고, 평균경사, 평균표고와의상관성이매우높은것으로분석되었다. 해상도가낮아질수록유역면적, 최고표고와평균경사값이작아지는데, 이는고해상도에서저해상도가될때부여되는셀값이가장많은수의셀의값을반영하기때문으로판단된다. 유역평균표고는해상도가낮아질수록그값이커지는것으로나타났는데, 이는고해상도에서보다저해상도에서의표고값분포가편중되지않고고르기때문에평균표고산술평균시값이높게추출되는것으로판단된다. 해상도별분석결과 100m이상의해상도는지형특성을반영하지못하였으며, 5m와 30m 의해상도별차이는면적이 26,368m2, 평균표고가 0.12m, 경사가 1.08 로미미하여 30m DEM을이용한분석을실시하였다. 해상도별 DEM 분석에는안성천본류만고려하였으나침수위험지역분석에는안성천유역전체에대한추출을위해진위천과오산천, 황구지천을포함한 DEM을사용하였다. - 63 -

2) 홍수흐름경로도작성위와같이생성된 DEM을이용하여물이지표면을따라흐를때흐름방향을주변의 8 방향으로나타낼수있는데 8개의값을가지는새로운형태의자료로흐름방향도를작성한후, 임의의지점으로흐르게되는모든격자수를누적하는누적흐름도를사용하여하천망 도를추출한다. 이때 NGIS 하천도로 Agree burning 기법을사용하여대상유역의홍수 흐름경로도를작성하였다 < 그림 2-31>. < 그림 2-31> 완성된하천도 Agree burning 은하천망벡터파일을그리드자료로변화한후, 하천망에 DEM 의고도 를주고 Buffer 시킨후 Buffer 된셀간의거리와인접 Buffer 셀간의고도를저장하여하천 망도를작성하는방법으로하천망생성과정은 < 그림 2-32> 와같다. step 1. 하천망벡터파일을그리드자료로변환 step 2. Buffer 실행 - 64 -

step 3. Buffer 의셀간의거리와고도를계산 step 4. 하천망작성 < 그림 2-32> Agree burning 은하천망생성과정 3) 대상지역에대한강우분포도작성홍수시에강우특성을파악하고자홍수당시에강우분포도를작성하였다. 안성천유역의강우관측소 14곳 ( 성거, 서운, 성환, 용인, 삼죽, 양감, 원삼, 수원, 이동, 양성, 기흥, 평택, 회화, 안성 ) 을선정, Idrisi 소프트웨어를사용하여내삽하였다. 2000년 7월 22일~24일의시강우분포도를작성하여강우특성을가시화하였다 < 그림 2-33>. < 그림 2-33> 2000 년홍수시강우분포도 - 65 -

나. GIS 기법을이용한침수피해지역분석결과 침수구역이란 홍수로인해제내지의토지, 건물및그내용물, 공공시설물, 농작물등모든종류의재산이피해를입을수있을만큼의일정시간동안물에잠겨있는구역 으로정의할수있으며, 예측을위해서는침수심, 침수면적, 침수시간의산정의필요성이요구된다. GIS를이용한침수지의예측을위해서가장우선시되는것이표고에대한정보라할수있으며, 표고가홍수위보다낮을경우월류나제방붕괴에의한침수가발생하므로 DEM 과홍수위를제내지로연장하여분석을통해침수구역을설정하였다. 침수심및침수면적추출을위한흐름도는다음 < 그림 2-34> 와같다. < 그림 2-34> 침수심및침수면적추출을위한흐름도 홍수위의분포를나타내기위해서 1994년안성천치수대책조사하천정비기본계획 ( 보완 ) 보고서를참조하여안성천전체유역에대한 50년, 80년, 100년, 150년빈도의홍수위를측점별로입력하였다. 이때홍수위는각측점별로차이가나타냈으며, 50년과 150년을비교하였을때 0.00m에서 0.87m까지의차이를나타냈다. 빈도별홍수위의제내지연장시에는 DEM과흐름방향도를고려하였다 < 그림 2-35>. - 66 -

하천의측점홍수위분포도 DEM 분포도 < 그림 2-35> 침수지분석을위한 GIS 자료구축 빈도별홍수위를 GRID화하여 DEM보다큰지역을추출하여그지역의차로서침수심이계산되며, 침수지역을가시화된다. ArcView상에통계자료를이용하여침수심분포를확인한결과 50년빈도의홍수위에대한침수심분포는 0.00m에서 8.86m이며, 평균 1.20m, 80년빈도일때의범위는 0.00~ 9.07m 평균 1.33m, 100년빈도는 0.00~9.25m, 평균 1.41m, 150년빈도의범위는 0.00~ 9.51m 평균은 1.54m로나타났으며, 대부분하천주변에표고가낮은곳들의침수가확인되었으며, 빈도가증가할수록침수면적의증가를확인할수있었다 < 그림 2-36>. - 67 -

< 그림 2-36> 빈도별침수심 국가수자원관리종합정보에서제공하는 *.shp 형식의자료를안성천중심으로취득한과거실제피해가있었던침수지와표고와홍수위를이용한침수지산정결과의비교를실시하였다. 2000년과 1995년에홍수위가산정되어있지않은지류를중심으로한침수지에측선을설정하여홍수위를입력하였다. 임의의홍수위입력을위해표고가비슷한본류와비교와측점별증가량을고려하였다. 1995년에홍수위는 16.60m~25.00m, 2000년에는 24.16m~ 29.72m 입력하였다. 실제침수지와비교하였을때다른조건을고려하지않은상태에서침수지에대한정보를표현하였으며월류지점에대한유추가가능함을확인할수있다 < 그림 2-37>. - 68 -

1995 년침수지 2000 년침수지 < 그림 2-37> 기왕침수자료와비교 2. RS/GIS 기법을이용한산사태위험지역분석 우리나라는매년여름철의집중호우로인해산사태가 7-8월에집중적으로발생한다. 또한, 최근에이르러무분별한개발로인해토양의구조가파괴되어그피해가급증하고있다. 산사태로인하여발생하는인적, 물적피해를줄이기위해서는산사태에관한예측모델이필요하다. 산사태예측모델을통해서위험지역을미리예측하고적절한방안을마련한다면산사태로인한피해를줄일수있을것이다. 산사태예측모델은많은현장자료를가지고과학적인방법으로분석할수있어야하며산사태의특성상광범위한지역을분석하기위해서많은시간과비용등이소비된다. 하지만 GIS와 RS을이용하여산사태예측모델을적용하면이러한문제들을쉽게해결할수있다. RS는실세계현상을위성영상이나항공사진등을이용하여실측하기어려운곳까지포함하여매우광범위하게분석을할수있으며, GIS는방대한양의자료분석을한번에할수있기때문에효율성도높일수있다. - 69 -

가. 연구대상지역의개요 < 그림 2-38> 연구대상지역 산사태분석대상지역은경기도안성시로서면적은 520 km2이며, 동경 127 06, 북위 36 54 에위치하고있다. 서쪽으로는평택, 북동쪽으로는이천시, 남쪽으로는천안, 북쪽으로는 용인이자리잡고있다. 전체적으로는동북이높고서남의경사가완만하여크고낮은산 들이동북쪽을중심으로에워싸고있다 < 그림 2-38>. 나. 산사태위험지역분석을위한입력자료구축 수치고도모델 (DEM) 은침수분석에서구축된 30m의 DEM을사용하여경사도, 경사향, 고도자료를구축하였으며, 토양도는농촌진흥청토양물리과에서제작된정밀토양도 (1:25,000), 개략토양도 (1:50,000, 1:250,000) 가있는데, 이들자료는모두토양부호를기본속성으로되어있다. 벡터커버리지형태의 1:50,000 개략토양도를이용하여토양종류도를작성하였으며, 또한토양의물리적인매개변수인토양배수와토심자료를구축하였다. 또한 Landsat TM 영상을사용하여 2000년토지이용도를 7개의항목 ( 수역, 시가지, 나지, 초지, 산림, 논, 밭 ) 으로감독분류하여생성하였다 < 그림 2-39 ~ 그림 2-44>. - 70 -

< 그림 2-39> 경사도 < 그림 2-40> 경사향도 < 그림 2-41> 고도 < 그림 2-42> 토지이용 < 그림 2-43> 토양배수 < 그림 2-44> 토심 다. 분석기법 1) 로지스틱회귀분석 한개의종속변수와여러개의독립변수간의상호관련성에대해분석하려할때가장 - 71 -

널리사용되는분석방법이회귀분석이다. 일반적인회귀분석법은독립변수들에의해서종속변수의변화가직선적으로변한다고가정하기때문에산사태와같은종속변수가산사태의발생유무로표시되는이항적인사건을다루는데에는적합하지않다. 이에반하여종속변수와독립변수와의관계를비선형이라가정하여로지스틱회귀계수를추정하는로지스틱회귀분석은두개의값만가지는종속변수와독립변수들의관련성을분석할수있다 < 그림 2-45>. 따라서본연구에서는안성시의산사태분석을위해첫번째방법으로로지스틱회귀분석을실시하였으며, 이를위해종속변수로서는 산사태의발생유무 를, 독립변수로는 산사태발생영향인자 (6개인자 : 경사, 경사향, 고도, 토양배수, 토심, 토지이용 ) 로적용하여종속변수와독립변수간의관계를추정하였다. < 그림 2-45> Logistic 회귀분석모식도 일반적으로회귀분석에서의모형은주어진독립변수 ( x 1, x 2,, x k ) 하에서 종속변수의평균이독립변수에대한선형식으로아래의 < 식 2-1> 과같이표현된다. E ( y x ) = B 0 + B 1 x 1 + + B k x k < 식 2-1> 그러나, 산사태와같은이분형종속변수인경우에 E ( y x) 는독립변수가 x 로주어진경우에는산사태가일어나게되는확률을의미하게된다. 여기서 x의범위가 - ထ에서 +ထ의값을가지면 P x 값은확률이므로 0에서 1의값만을가질수있으며, P x 는 S자형에가까운곡선의모형을가지게되며이러한특성은산사태의발생유무를확률로변환시킬수있는장점을가진다. 따라서아래와같이로지스틱함수로나타낼수있다. - 72 -

E ( y x ) = exp ( B 0 + B 1 x ) 1 + exp ( B 0 + B 1 x ) < 식 2-2> 위의로지스틱함수는 B 0 와 B 1 x 에대하여비선형이지만 E ( y x ) = P 로 가정하면선형으로 < 식 2-3> 으로변화시킬수있다. P ' = ln ( p 1- p ) = ln ( E ( y x ) 1- E ( y x ) ) < 식 2-3> 위의식에 < 식 2-2> 을대입하여아래와같은식으로선형화시킬수있다. P ' = B 0 + B 1 x < 식 2-4> 이와같은변환을로지스틱변환 (Logistic transformation) 이라하고 P' 을로짓 (Logit) 이라부른다. 선형회귀분석에서의최소자승법 (LSM: Least-Squares Method) 은잔차의제곱함을최소화하여회귀계수를추정하지만, 로지스틱회귀분석에서는우도 (Likelihood) 즉, 사건의발생가능성을크게하는최대우도추정법 (MLE: Maximum-Likelihood Method) 을이용하여계수를추정한다. 2) AHP기법산사태분석두번째방법인 AHP기법은전문가들의집단의사결정을체계화할수있는방법이며의사결정의대상들에대한상대적중요도를결정하는데유용한방법으로서구조화된설문을통하여전문가들의의견을수집분석하여전문가들의의견을종합한가중치를산정할수있다는점에서산사태위험인자채택에적합한방법론으로판단된다. 본연구에서는산사태를예측하는데있어서인자 ( 경사, 경사향, 고도, 토양배수, 토심, 토지이용 ) 간의가중치를결정하기위하여설문에의해인자들의중요도를서로상대적으로비교판단하였다. 설문은산사태분야의전문가와산사태에관심이있는사람을대상으로실시하였다. 이원비교행렬의 n 개의원소들을둘씩비교할때, 요소들을 A 1, A 2,, A n 이라하고그들의중요도를 W i 로나타낸다. n 개의원소의이원비교논리는아래의 - 73 -

Matrix A = ( A ij ) 와같이수행된다. A 1 A 2 A n A 1 W 1 / W 1 W 1 / W 2 W 1 / W n A = A 2 W 2 / W 1 W 2 / W 2 W 2 / W n A n W n / W 1 W n / W 2 W n / W n < 식 2-5> 여기서 A 는중요도평가매트릭스이며, W n / W n 는평가기준상호간의상대적 중요도값이다. 위의행렬에서가중치벡터 W 를곱하면 A 의고유치를구하는식은아 래와같다. A W = λ W < 식 2-6> 여기서, W 는각평가기준의가중치벡터이며 λ 는 A 의고유치이다. 여기서최대 고유치를 λ max 라고하고, λ max 에대한고유벡터의각인자의합이 1 이되도록표 준화하면가중치가된다. 보통평가행렬 A 를완전한정합성을가지고작성된경우에 는 λ max 는 n 과같으며일반적으로완벽한정합성을이루기어려우므로 λ max 는 n 보다크다. 이에대하여 Saaty(1990) 는정합성을평가하기위한정합도지수 (consistency index, CI) 를다음과같이정리할수있다. C. I = ( λ max - n )/( n - 1 ) < 식 2-7> 이값을일반적으로하기위해무작위정합지수 (random consistency index, RI) 를아래 와같이제시하였다 < 표 2-14>. 이때 RI 에대한 CI 비를 CR 로정의하고, 이 CR 이 0.1 이하 이면좋은정합성 (good consistency) 을가진다. - 74 -

< 표 2-14> 무작위정합지수 ( random consistency index, RI ) n 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 RI 0.00 0.00 0.58 0.90 1.12 1.24 1.32 1.41 1.45 1.49 라. 산사태분석결과 1) 로지스틱회귀분석안성시에서산사태가일어났을당시의재해복구자료 ( 임업연구원 ) 를바탕으로산사태발생지역 39개소와산사태미발생지역 30개소를선정한후, 로지스틱회귀분석실시하여가장최적의회귀모형을추정한후 < 표 2-15>, 로지스틱회귀모형을적용하기위해서는설정한예측회귀모형이얼마나잘분류했는지결과에대한정확성을검증하여야한다. 이를설명해주는적합도통계량 (Goodness of Fit Statistic) 에서 P-value값인유의수준은 0.003으로어느정도통계적인의미가있다고분석되었다. 즉, 고도, 경사도, 경사향, 토양배수, 토심, 토지이용와의관계를로지스틱회귀모형으로분석할때적합하다고할수있다. 추정된회귀모형이얼마나적합한가를평가하는또다른방법중하나는실측및관측치의분류결과를비교하는것이다. < 표 2-16> 은전체통계처리자료중산사태가일어나지않은지역 30개소와실제산사태가일어난지역 39개소를회귀모형에서얼마나옳게예측했는가를나타내며, 표의역대각원소의합은잘못분석된지역을나타낸다. 이모형에서는 16개소가잘못예측되었다. 따라서전체적으로위모형을이용한다면약 77% 의예측률을가짐을알수있다. < 그림 2-46> 은결과로나온로지스틱회귀분석결과를선형회귀식으로대상지역에적용한결과이다. < 표 2-15> 분류정확도 실측 분류 예측값산사태미발생산사태발생 분류정확 (%) 산사태미발생 19 11 63.3 산사태발생 5 34 87.2 전체 76.8-75 -

< 표 2-16> 단계적변수법을이용한로지스틱회귀분석의결과 B S.E Wald 자유도 유의확률 Exp(B) 고도 0.003 0.005 0.374 1 0.541 1.003 경사도 0.077 0.044 3.034 1 0.082 1.080 경사향 0.001 0.001 0.023 1 0.879 1.001 토심 0.201 0.201 0.562 1 0.453 1.223 토양배수 -0.204-0.204 0.528 1 0.467 0.815 토지이용 -0.058-0.058 0.051 1 0.822 0.944 상수 -1.849 2.281 0.658 1 0.417 0.157 B : 회귀식의계수 S.E : 표준오차 Wald : ( 회귀식의기울기 / 표준오차 ) 2 유의성검증을위한통계량 Logit= 0.077x 경사도 - 0.001x 경사향 + 0.003x 고도 + 0.201x 토심 - 0.204x 토양배수 - 0.058x 토지이용 - 1.849 < 식 2-8> 산사태발생확률 = EXP (Logit) 1 + ( EXP (Logit) ) < 식 2-9> < 그림 2-46> Logistic 회귀분석을적용한등급별산사태 위험도 - 76 -

2) AHP기법상호관련성을가진원소들로이루어진복잡한시스템에서발생하는모호함을계층구조를통해해결하고자 AHP이론을적용하였다. AHP이론을적용하기위해이천용등 (2002), 이명진등 (2004) 을통하여산사태위험인자중경사도, 경사향도, 고도, 토양의배수, 토심, 토지이용의 6개변수를산사태위험인자로정하여분석하였다. 또한전문가들의의견을듣기위한설문지에사용된이원비교척도의범위는 9점척도를사용하였다. 이러한설문지를토대로산사태발생원인의가중치를분석한후적절히설정하였는지검증하여야한다 < 표 2-17 ~ 표 2-18>. 검증방법으로는 Saaty(1990) 이제안한이론을바탕으로중요도의일관성검증을하기위해고유치를구하여일관성비율 (consistency ratio, C.R) 이유의수준인 0.1이하값인 0.026469로일관성이있다고판단한후, 산사태위험지도를작성하기위해가중치를적용하여합산하였다 < 그림 2-47>. < 표 2-17> 인자별이원비교행렬 경사도 경사향도 고도 토양의배수 토심 토지이용 경사도 1 6 7 2 3 4 경사향도 1/6 1 1 1/6 1/2 1/3 고도 1/7 1 1 1/5 1/2 1/3 토양의배수 1/2 6 5 1 5 4 토심 1/3 2 2 1/4 1 1 토지이용 1/4 3 3 1/4 1 1 합계 2.392 19 19 3.816 11 10.666-77 -

< 표 2-18> 인자별중요도 경사도 경사향도 고도 토양의중요도토심토지이용기하평균배수 ( 가중치 ) 경사도 1 6 7 2 3 4 0.3709 0.3823 경사향도 0.1667 1 1 0.1667 0.5 0.3333 0.0478 0.0493 고도 0.1429 1 1 0.2 0.5 0.3333 0.0480 0.0495 토양의배수 0.5 6 5 1 5 4 0.3031 0.3124 토심 0.3333 2 2 0.25 1 1 0.0939 0.0969 토지이용 0.25 3 3 0.25 1 1 0.1064 0.1097 합계 0.9703 1 < 그림 2-47> AHP 기법을적용한산사태위험지도 3) New-Grade기법로지스틱회귀분석과 AHP이론을이용한산사태위험지도를비교하기위하여그림 11 과같이등급별면적을표시하고그래프로작성하였다. 1-2등급의면적을서로비교해보면 Logistic 회귀분석은전체면적의 22.35% 를차지하고 AHP이론을적용한산사태위험도분석에서는전체면적의 23.87% 로 Logistic 회귀분석결과보다많은면적으로나타났다. 이와는반대로산사태위험등급이낮은 4-7등급에서는 Logistic 회귀분석이보다높은면적 - 78 -

을차지하였다. 두기법은동일한인자를가지고같은지역에적용하였지만분석기법의 처리과정이다르기때문에분류하는데있어차이가발생하였다. 이는로지스틱회귀분석 은표본의자료즉, 산사태피해복구자료를바탕으로표본을작성하였기때문에 많은 수의표본들의정확한확보가전제를이루어야하며, APH기법은기준들의중요도를서로상대적으로비교하여결정하지만전문가의판단을자료로사용하기때문에주관적인판단이어느정도영향을끼친다고할수있다. 따라서 Logistic 회귀분석과 AHP이론을적용한방법은서로분석과정의차이를가지고있기때문에두기법을상호보완하기위해 < 그림 2-48> 과같은방법으로가중치를부여한후재분류하여 New-Grade 산사태위험지도 < 그림 2-49> 를작성하였다. 250 Logistic 회귀분석 AHP 분석 200 면적 (km 2 ) 150 100 50 0 1 2 3 4 5 6 7 산사태위험등급 < 그림 2-48> 산사태위험지등급별면적비교 < 그림 2-49> New-Grade 기법 - 79 -

< 그림 2-50> New-Grade 기법을적용한산사태위험지도 New-Grade 기법으로작성된산사태위험지도 < 그림 2-50> 와 Logistic회귀분석, AHP기법의산사태위험지도를등급별면적으로 < 그림 2-51> 와같이나타낸결과, New-Grade 기법에서 1-2등급까지의면적은 24.89% 를차지하여다른기법보다산사태위험가능성이높은지역을보다많이분석하였다. New-Grade 기법의검정을위해서산사태표본산사태발생지역 39개소와산사태미발생지점 30개소를 < 그림 2-52> 과같이등급별빈도수로나타낸후, 산사태위험지도를표본자료와비교한결과산사태가발생한표본에서산사태위험성이높은 (1-2등급) 지역이 Logistic 회귀분석에서는 46.1% AHP 기법은 48.7% 로분류되어 AHP 기법이분류도가높다고분석되었다. 그러나 New-Grade 산사태위험지도에서는산사태가발생한표본에서 1-2등급지역이 58.9% 로분류되어분류정확도를높일수있었으며, New-Grade 기법이두가지기법의오차율을낮춘것으로분석되었다. - 80 -

250 Logistic 회귀분석 AHP 분석 New grade 200 면적 (km 2 ) 150 100 50 0 1 2 3 4 5 6 7 산사태위험등급 < 그림 2-51> 산사태위험지등급별면적비교 20 18 16 Logistic 회귀분석 AHP 기법 New grade 10 9 8 Logistic 회귀분석 AHP 기법 New grade 14 7 12 6 10 5 8 4 6 3 4 2 2 1 0 1 등급 2 등급 3 등급 4 등급 5 등급 6 등급 7 등급 0 1 등급 2 등급 3 등급 4 등급 5 등급 6 등급 7 등급 (a) 등급별산사태발생지역분포 (b) 등급별산사태미발생지역분포 < 그림 2-52> New-Grade 검정 고삼면의일부지역 (A, B) 을중심으로로지스틱회귀분석법, AHP 기법과 New-Grade 법 에의해작성된산사태위험지도를비교해보았다 < 그림 2-53>. - 81 -

< 그림 2-53> 산사태위험지도비교 - 82 -

제 4 절 RS, GIS 기반의수문, 수리모형을이용한홍수전후의수 문변화분석및피해최소화방안연구 1. GIS 기반의수문, 수리모형을이용한수문변화분석및검토 가. GIS 기반인수리, 수문모형조사및선정 수리, 수문모형을이용한수문변화분석을위해과거개발사용되고있는여러수리, 수 문모형을조사, 비교하여모형을선정하고자하였다. 조사한수리, 수문모형을 < 표 2-19 ~ 표 2-20> 에정리하였다. 모형명개요개발자 DAMBK(Dam Break Flood Forecasting Model Ver. 6.20, 4/88) DAMP(Drainage Analysis Nodeling Program Ver. 1.1) DR3M(Distributed Routing Rainfall-Runoff Model Ver. 5.0) FESWMS-2DH(Finite Element Surface Modeling System Ver. 11/93) HEC-1(Flood Hydrograph Package) HEC-HMS(Hydrologic Modeling System) HEC-2(Water Surface Profiles) HEC-5Q(Simufation of Flood Control and Conservation Systems) HEC-6(Scour and Deposition in Rivers and Reservoirs) HEC-FDA Package(Flood Damage Analysis) < 표 2-19> 수리, 수문모형의종류 (1) 여수로나댐붕괴단면을통과하는홍수파를비정상 1 차원 Saint-Venant 방정식에의하여하도추적함으로써하류지점에서의유량수문곡선을계산해내는프로그램 포장된지역의배수 (drainage) 문제를분석하는프로그램 강우에따른수계내관망이나자연하도를통한우수의유출을모의하기위한프로그램 하도의협착부나교량, 홍수터등복잡한수리현상이발생하는지점에대하여정상또는비정상류상태의흐름을수심방향적분된 2 차원동수역학모형에의하여모의하는프로그램 단일기록강우나가상의강우에대하여강우 - 유출계산, 하도추적에의하여홍수수문곡선을계산하는프로그램 기본적인구조는 HEC-1과비슷, 수문요소는나무구조네트워크에의해배열되고, 상류에서하류로연속적으로계산하도단면에서정상상태 1차원점변류 (gradually varied flow) 에대한수면곡선을계산하는프로그램으로서교량, 암거, 보와같은수공구조물이수면곡선에미치는영향을모의가능 일정기간에걸친홍수조절과수질보전을위한저수지운영상황을모의할수있으며, 최대 20개의저수지에대해서시, 일, 또는월별단위로모의가능 하상의소류사와수중의부유사의상호작용을고려하여하도단면에서의하도퇴적 / 침식형상과수면곡선의형상을계산하는 1 차원유사이송모형 홍수피해분석을위한프로그램으로이를위한일련의수문분석도수행함 D.L. Freak, NWS Hydrologic Research Laboratory Federal Highway Administration U. S. Geological Survey(USGS) USGS U. S. Army Corps of Engineers, Hydrologic Engineering Center(HEC) U. S. Army Corps of Engineers, HEC U. S. Army Corps of Engineers, HEC U. S. Army Corps of Engineers, HEC U. S. Army Corps of Engineers, HEC U. S. Army Corps of Engineers, HEC - 83 -

모형명개요개발자 HEC-FFA(Flood Frequency Analysis) HEC-IFH(Interior Flood Hydrology Package) HEC-PAS(Preliminary Analysis System for Water Surface Profile Computation) HEC-UNET(One-Dimensi onal Unsteady Flow through a Full Network of Open Channels) HECWQRRS(Water Quality for River-Reservoir Systems Ver. Jan. 1999) HSPF(Hydrologic Simulation Program-FORTRAN Ver. 10.10) HYDRAIN(Integrated Drainage Design Computer System Ver. 5.0) HYDRO-HL HYDRO-HY NETWORK(Enhanced Dynamic Wave Model, DWOPER Ver. 7/18/84) PRMS(Precipitation-Runoff Modeling System Ver. 1.00) SWMM(Storm Water Management Model Ver. 4.30) THYSYS(Texas Hydraulic System Ver. 2.4.3) XSPRO(A Channel Cross-Section Analyzer Ver. 1.00) FLUMEN(FLUvial Modelling ENgine Ver. 1.3 for Linux) < 표 2-20> 수리, 수문모형의종류 (2) 연최고홍수량계열에대하여빈도해석을수행하는프로그램내수침수에의한홍수위험도의평가와홍수피해저감대책의효과를평가할수있는프로그램 하도의기하학적형상과 Manning 조도계수의신뢰도로부터수면곡선계산의정확도를예측하기위한프로그램 하도네트웍을통한 1 차원비정상류의흐름을모의하기위한프로그램 하천과호소의생태계순환을포함한수질을평가하기위한프로그램 유역재에위치한투수성및불투수성지표면이나하천, 저류지에대한수문및수질을모의할수있는프로그램 홍수나배수문제와관련된수리 - 수문분석과설계를수행하는프로그램으로서도로의계획이나단지개발시에적용가능 하도나암거의분석및설계프로그램 유출계산과유수지설계를위한프로그램 수지상하도에대한비정상 1 차원홍수추적모형 강우, 기후, 토지이용이하천유출량과토사유출, 기타유역의수문현상에미치는영향을평가하기위한프로그램 주로도시유역에대하여수질과수문현상을모의할수있는프로그램으로서단일호우사상은물론연속적인모의도가능함 도로와관련된수공구조물을설계 / 분석하는프로그램 하도의형상과이에따른수리학적관계를분석하기위한프로그램으로특히경사가급한 ( >0.01) 하천을위하여개발됨. 수위-유량관계곡선산정이나하도단면변화등을평가할수있는기능들이있음 FLUMEN 은홍수범람해석모형으로서 Depth-averaged shallow water equation 을불규칙한격자구조에서해석이가능, 다양한지형바닥에서의 wet and dry domains, 상류및사류조건의적용이가능. 이프로그램은하천의합류점이나만곡부부분과같이수리학적으로복잡한해석에적합한상용모형 U. S. Army Corps of Engineers, HEC U. S. Army Corps of Engineers, HEC U. S. Army Corps of Engineers, HEC U. S. Army Corps of Engineers, HEC U. S. Army Corps of Engineers, HEC U. S. EPA GKY and Associates, Inc. Dodson &Associates, Inc. Dodson &Associates, Inc. D. L. Fread, NWS Hydrologic Research Laboratory USGS U. S. EPA Texas Department of Transportation U.S.D.A. Forest Service, U.S.D.A. Bureau of Land Management Cornel Beffa (1994) 본연구에서는 HEC-1 을대신할차세대소트프웨어로서다양한매개변수에대한최적 - 84 -

화기능이포함되어있으며, 그래픽사용자환경과통합된수문해석, 데이터저장과관리, 도표와보고서등으로구성되어있는 HEC-HMS를강우-유출해석에의한홍수량추정을위한수문모형으로선정하였다. 한편, 홍수범람상황을파악하기위해우리나라홍수지도제작에많이이용되는홍수범람분석모형인 FLUMEN (FLUvial Modelling ENgine) 을선정하여홍수에따른수문변화와홍수흐름을모의하였다. 나. 강우유출모형 HEC-HMS 를이용한홍수전후의토지이용변화에따른하천유출량의 변화분석 1) HEC-HMS의개요강우-유출해석에의한하천유출량추정을위한수문모형으로 HEC-HMS (Hydrologic Modeling System) 를선정하였다. HEC-HMS를이용하여유출량을추정하는과정은먼저 GIS 표준소프트웨어를이용하여 NGIS, RGIS로부터 DEM, 토지이용도, 토양도를구축한후, 이를 HEC-GeoHMS에입력하여지형처리, 유역수문처리, 수문변수를추정하고 HEC-HMS의 GIS 입력자료를생성하며, HEC-HMS는 HEC-GeoHMS가생성한입력자료를이용하여강우에의한유역의유출량을계산한다. 가 ) 유출량 (Runoff Volume) 유출량은총강우량에서지하침투, 식생에의한차단및증발산, 지표저류등의강우손실량을차감함으로써계산된다. HEC-HMS에서지원하는손실량산정모형으로는 Initial and Constant-Rate, SCS Curve Number (CN), Green and Ampt, Deficit and Constant-Rate, SMA 등이있다. 본연구에서침투는 SCS Curve Number 방법을이용하여유출량을산정하였다. 나 ) 직접유출량 (Direct Runoff) HEC-HMS가지원하는초과우량에대한직접유출모의모형으로는크게경험적모형 (Empirical Model) 과개념적모형 (Conceptual Model) 으로구분할수있다. 경험적모형으로는 Clark, ModClark, Snyder, SCS, User-Specified 등단위도법에의한모형이있고, 개념적모형으로는 Kinematic Wave 방법에의한모형이있다. 본연구에서는 SCS 단위도법을적용하여직접유출량을산정하였다. - 85 -

다 ) 기저유량 (Base Flow) HEC-HMS에서지원되는기저유량모의모형으로는월별일정기저유량모형, 지수감수모형, 토양수분량계산모형과연계하여사용되는선형저수량계산모형등 3가지모형이있다. 본연구에서는지수감수모형을적용하여기저유출량을산정하였다. 라 ) 하도추적 (Routing) HEC-HMS 는 Lag, Muskingum, Modified Puls, Kinematic Wave, Muskingum Cunge 와같은하도추적모형을지원하고있으나, 그적용이제한적이다. 2) GIS 기반의입력자료의구축 가 ) 연구지역의개요본연구에서는충남아산시안성천의하류지점인아산만방조제를유역출구로하는진위천유역을제외한안성천을대상으로분석하였다 < 그림 2-54>. 안성천은황구지천과오산천이합류되는진위천과본류인안성천이합류되어서해로유입되는하천이며, 유역면적은총 1654.7km2이고유로연장은 70km이다. 안성천유역은건설교통부에서설치한 14개의우량관측소와 9개의자기수위관측소가설치되어있으나, 본연구에서는시수위자료와시우량자료의습득이용이한수문자료를입력자료로구축하였으며, 3개의소유역별유역특성을 < 표 2-21> 와같이정리하였다. - 86 -

< 그림 2-54> 대상유역및관측소현황 < 표 2-21> 소유역별유역특성 지형인자 R190W120 R430W460 R600W490 면적 ( km2 ) 367.88 218.84 330.92 유역경사 (m/m) 20.97 6.66 7.55 유로연장 ( km ) 37.90 25.90 40.16 나 ) 수치표고모형 (Digital Elevation Model, DEM) 수문모형인 HEC-HMS 지형입력자료구축의기반이되는 DEM자료를 1:5,000의수치지도로부터 DEM을제작하였으며, HEC-GeoHMS 모듈에서제공하는 Fill Sink 보간방법을이용하여 DEM의함몰부를보간하였다 < 그림 2-55>. - 87 -

< 그림 2-55> DEM (Digital Elevation Model) DEM 은 HEC-GeoHMS 모듈의입력자료로서 HEC-HMS 의지형입력자료를산출하는 기본자료가되기때문에정확한 DEM 의제작기법이필요하다. 한편구축한 DEM 의해상 도는 30m 이고, 대상유역의고도는 0 575m 의분포를나타내고있다. 다 ) 토지이용도안성천유역의토지이용자료는제2절에서구축한 2001년 9월 23일, 2002년 9월 10일 Landsat 위성영상을이용하여영상의보정후재분류작업을실시한홍수전 후의토지이용도를사용하였다 < 그림 2-56 ~ 그림 2-57>. < 그림 2-56> 홍수전토지이용도 (2001) < 그림 2-57> 홍수후토지이용도 (2002) - 88 -

라 ) 토양도토양의성질에따라침투능이상이하기때문에한유역의토양특성은강우로인한유출과정에직접적인영향을미친다. 이런토양의성질을표현하기위하여미국토양보존국 (Soil Conservation Service, SCS) 은토양의침투능을기준으로 Type A, B, C, D 4개의토양군으로분류하고있다. 각토양군의토양침투능의크기는 A, B, C, D 순이고유출률은이의역순이다. 안성천유역의토양특성에따른토양군으로분류하기위하여농촌진흥청에서제작한개략토양도 (S=1:50,000) 로부터토양도의배수정도속성을사용하여 SCS 수문학적토양군 A, B, C, D로재분류하였다 < 그림 2-58>. < 그림 2-58> 수문학적토양그룹 토양형별분포분석결과배수상태가양호한수문학적토양군 A, B 는산간지역에, 배수 상태가불량한토양군 C, D 는해안가에주로분포함을알수있다. 마 ) CN 분포도수문모형에서유출량산정시중요한매개변수가되는유역의홍수도달시간및유출능력을표현하는 CN값을산정하기위해토지이용도 Grid 자료와수문학적토양군 Grid 자료를이용하여 ArcGIS의 Raster Calculator로 Overlay하여선행함수조건 (AMC) Ⅱ에서의토지이용항목별 CN값 < 표 2-22> 과유역의홍수전 후의 CN분포도 < 그림 2-59 ~ 그림 2-60> 를작성하였다. - 89 -

< 표 2-22> 토지이용항목에따른 CN 값 (AMC-Ⅱ) 분류항목 수문학적토양군에따른 CN A B C D Forest 30 55 70 77 Urban 77 85 90 92 Water 100 100 100 100 Grass 30 58 71 78 Bare 68 79 86 84 Paddy 78 78 78 78 Upland 51 67 76 80 Damaged area 98 98 98 98 < 그림 2-59> CN Value ( 홍수전, 2001) < 그림 2-60> CN Value ( 홍수후, 2002) 또한소유역에대한선행함수조건 (AMC) 을 Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ 로달리하여홍수전과후의 CN 분포도를작성하여소유역별 CN 값을산정하였다 < 표 2-23>. Watershed 홍수전 (2001 년 ) < 표 2-23> 선행함수조건에따른소유역별 CN 값 CN Value AMC-Ⅰ AMC-Ⅱ AMC-Ⅲ 홍수후 (2002 년 ) 홍수전 (2001 년 ) 홍수후 (2002 년 ) 홍수전 (2001 년 ) 홍수후 (2002 년 ) R190W120 35.2 37.6 51.5 51.7 68.4 68.5 R430W460 47.4 49.0 64.1 65.6 78.4 79.5 R600W490 55.8 57.2 71.7 72.8 84.0 84.7 평 균 46.1 47.9 62.4 63.4 76.9 77.6-90 -

홍수전 후의토지이용변화에따른 CN 값의변화는 AMC-Ⅱ 조건하에서평균 1.0 정도 의증가를보였다. 따라서소유역별평균 CN 값은홍수전 후의유출량변화분석에중요 한인자로서 HEC-HMS 모형구동시유출량변화에크게작용함을알수있다. 3) 수문모형의적용 가 ) 유역입력자료 HEC-HMS 의실행에필요한유역과관련된지형입력자료는 ArcView GIS 의확장모듈 로써 2000 년미육군공병단 (US Army Corps of Engineers) 과환경시스템연구소 (Environmental Systems Research Institute, Inc., ESRI) 가공동으로개발한 HEC-GeoHMS 를사용하였다. GIS 자료는 ARC Grid 형식을지원하는표준 GIS 소프트웨어패키지를사용하여자료를 조합한후, HEC-GeoHMS 를이용하여여러가지수문입력자료생성을위한지형공간자료 를처리하고, 하천과유역의특성, 강우자료, 유량자료를이용하여수문변수를추정한다. 여 기에서만들어진수문입력자료는 HEC-HMS 모형의초기입력자료로이용된다. GIS 는방 대한자료의포맷지정및처리, 좌표변환을위해서사용되며, DEM, 토양유형, 토지이용정 보, 강우량등과같은공간수문데이터베이스를생성한다. HEC-GeoHMS 를이용하여자 료의수집및조합, 지형전처리, 유역과하천특성을처리하는수문처리, 수문변수추정과 정을거쳐 HEC-HMS 입력자료를생성하게된다 < 그림 2-61>. 자료처리 (Data Processing) 자료수집 (Data Collection) 자로조합 (Data Assembly) 지형전처리과정 (Terrain Processing) 수문처리과정 (Hydrologic Processing) 유역처리 (Basin Processing) 하천및유역특성추출 (Basin Characteristics) HMS 유역입력파일구성 수문변수추정 (Hydrologic Parameters & HMS) < 그림 2-61> HEC-GeoHMS 모형의절차 - 91 -

먼저, 대상유역의 DEM 자료를기초로흐름방향, 흐름합산, 하천정의, 유역구분, 유역경 계추출, 하천구간처리등의지형전처리작업을수행하여대상유역을소유역으로구분하였 고하천도를생성하였다 < 그림 2-62>. a. 흐름방향 b. 흐름합산 c. 유역구분 d. 유역경계 e. 하천추출 < 그림 2-62> 지형전처리과정 수문처리에서는지형전처리에서추출된소유역을분할, 합병등유역처리과정과하천길이, 하천상하류의고도및경사와같은하천특성인자와최장흐름경로, 중심흐름경로등의유역특성인자를추출하는과정을시행하였고마지막으로 HMS 유역입력파일을작성하였다 < 그림 2-63>. - 92 -

a. 유역중심 b. 최장흐름경로 c. 중심흐름경로 d. 하천경사 e. HMS 유역입력자료 < 그림 2-63> 수문처리 (Hydrologic Processing) & HMS 유역입력자료 한편, 구축된지형자료는 HEC-HMS의유출량산정에있어지표, 중간, 기저유출로분리하여각각의유출량을산정하기위한매개변수값의입력이필요하다. 유출량산정에필요한각인자들의매개변수값은 HEC-HMS의최적화기법을사용하여평가하게되는데, 적절한초기값입력을위해 HEC-GeoHMS에서는지형자료를통한매개변수추정기능을제공하고있다. 나 ) 기상입력자료 HEC-HMS 의기상입력자료로는강우량과증발산량이있는데강우량은대상지역에 설치된우량계의강우량데이터를사용하면더정확한모형의결과를산정할수있다. 기상입력자료를처리하는모듈인 Meteorologic Model 은 Basin Model 과 연결되어사 용되는과거또는가상의강우를정의하는데필요한정보를다룬다. 기상입력자료로는 강우자료와증발산자료등을포함하고있으며강우자료는대상유역에설치된우량계의강 우량자료를입력하는방법과빈도해석에의한확률강우량자료를입력하는방법들을제 - 93 -

공하고있다. 본연구에서는증발산량자료는제외하였으며, 대상유역내강우관측소에서관측된 2002년의 7, 8, 9월의강우량자료를바탕으로 < 표 2-24> 과같이모형의보정과검증을위한강우사상 3개를수집하였으며, 구축된강우자료는소유역별로관리되고 HEC-DSS(Data Storage System) 를통하여저장된다. 강우사상평균강우량 (mm) 지속시간 (hr) 14 July 02 / 07:00 16 July 02 / 12:00 06 Aug. 02 / 05:00 09 Aug. 02 / 12:00 31 Aug. 02 / 04:00 02 Sept. 02 / 20:00 < 표 2-24> 모형의보정과검증을위하여수집한강우사상 최대강우강도 (mm/hr) 비고 81.7 54 43.0 보정 294.7 91 60.0 보정 51.3 65 7.0 보정 다 ) 시간설정자료구축된각유역별및각강우사상 (Event) 별로모형을실행하여유출량을산정하기위해서는실행하고자할자료의시간을설정할필요가있다. 시간설정자료를처리하는모듈인 Control Specifications에서는이러한시간과관련된자료의입 출력과자료분석의시간간격, 강우유출의시작시간과종료시간을제어할수있다. 이렇게구축된 3개의요소를시뮬레이션함으로서최종결과값을산정해낸다. 라 ) HEC-HMS 모형의보정및유역평균매개변수추정본연구에서는모형의보정을위하여평택과공도수위및유량관측소지점을대상으로 HEC-HMS에서제공하는최적화기법을이용하였다. HEC-HMS는실측수위자료가주어진다면앞서수문자료구축에서와같이수위-유량관계곡선식에의해구축된유량자료를바탕으로소유역및하도추적에관련된매개변수의최적값을계산할수있다. 본연구에서는 HEC-HMS에내장된최적화방법을이용하여목적함수의변화에따른매개변수의변동특성및시뮬레이션된유출량의적정성을평가하였다. - 94 -

HEC-HMS의최적화모듈에서목적함수는총 5가지가제공되는데, 이중에서 1998년에미군공병단 (USACE) 에서제시한가중-첨두 RMSE (Root Mean Square Error) 방법을이용하였다. 한편, HEC-HMS에서는목적함수를최소화하고최적의매개변수값을찾아내기위한방법으로단일변량구배방법과 Nelder & Mead 방법이제공되는데, 본연구에서는단일변량구배방법을적용하였다. 이방법은여러매개변수가있을때, 하나의매개변수만조정하고, 나머지매개변수들은고정시켜놓고계산한다. < 표 2-25> 강우사상에대한매개변수보정결과 Event 14 July 2002 07 Aug. 2002 31 Aug. 2002 R190 R430 R190 R430 R190 R43 Watershd W120 W460 W120 W460 W120 0W460 Recession Constant 0.20 0.60 0.20 1.00 0.50 0.60 Baseflow Initial Flowrate 0.0001 90 0.02 105 0.01 85 매개변수 Initial Abstraction 40 43 48 100 0.00 0.00 Curve Number 51.50 64.10 51.50 64.10 51.50 64.10 Baseflow Threshold Ratio 0.40 1.00 0.40 0.1 0.01 0.01 SCS Lag 200 420 235 300 320 509.56 첨두유량 (m 3 /s) Obs. 36.0 256.0 725.0 2549.0 56.0 264.0 Sim. 35.2 259.6 816.3 1,150.1 56.4 247.8 총유출량 (mm) Obs. 4.51 115.35 117.83 909.51 13.19 164.98 Sim. 4.72 112.58 106.36 364.19 10.70 147.24 첨두시간 Obs. Sim. 14 July 2002 12:00 14 July 2002 13:00 14 July 2002 14:00 14 July 2002 15:00 07 Aug. 2002 11:00 07 Aug. 2002 14:00 07 Aug. 2002 15:00 07 Aug. 2002 15:00 01 Sept. 2002 05:00 01 Sept. 2002 07:00 01 Sept. 2002 07:00 01 Sept. 2002 06:00 < 표 2-25> 는 HEC-HMS 모형의유출량과첨두시간을보정하여모의한결과와실측치 - 95 -

를비교한결과이고 < 그림 2-64> 은보정후의수문곡선을보여주고있다. 또한유역유출에 대표적으로영향을미치는 CN 과초기차단량 (Intial Abstract) 매개변수의값도추정하였 다. Precip (mm) Flow (cms) 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 250 200 150 100 12:00 00:00 12:00 00:00 12:00 14Jul2002 15Jul2002 16Jul2002 PYEONGTAEK PRECIP-INC YANGSEONG PRECIP-INC R430W460 OPT:0714 FLOW-OBSERVED SEOUN PRECIP-INC R430W460 OPT:0714 FLOW Precip (mm) Flow (cms) 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 40 30 20 10 0 12:00 18:00 00:00 06:00 12:00 18:00 00:00 06:00 12:00 14Jul2002 15Jul2002 16Jul2002 PYEONGTAEK PRECIP-INC YANGSEONG PRECIP-INC R190W120 OPT:0714_K FLOW SEOUN PRECIP-INC R190W120 OPT:0714_K FLOW-OBSERVED a. 07 July 2002 평택 b. 07 July 2002 공도 Flow (cms) Precip (mm) 0 10 20 30 40 50 60 70 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 12:00 00:00 12:00 00:00 12:00 00:00 12:00 06Aug2002 07Aug2002 08Aug2002 09Aug2002 PYEONGTAEK PRECIP-INC SEOUN PRECIP-INC YANGSEONG PRECIP-INC R430W460 OPT:0807 FLOW-OBSERVED R430W460 OPT:0807 FLOW Flow (cms) Precip (mm) 0 10 20 30 40 50 60 70 800 600 400 200 0 12:00 00:00 12:00 00:00 12:00 00:00 12:00 06Aug2002 07Aug2002 08Aug2002 09Aug2002 PYEONGTAEK PRECIP-INC SEOUN PRECIP-INC YANGSEONG PRECIP-INC R190W120 OPT:0807_K FLOW R190W120 OPT:0807_K FLOW-OBSERVED c. 07 Aug. 2002 평택 d. 07 Aug. 2002 공도 - 96 -

Precip (mm) Flow (cms) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 280 240 200 160 120 80 12:00 00:00 12:00 00:00 12:00 31Aug2002 01Sep2002 02Sep2002 PYEONGTAEK PRECIP-INC YANGSEONG PRECIP-INC R430W460 OPT:0831 FLOW-OBSERVED SEOUN PRECIP-INC R430W460 OPT:0831 FLOW Precip (mm) Flow (cms) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 60 50 40 30 20 10 12:00 00:00 12:00 00:00 12:00 31Aug2002 01Sep2002 02Sep2002 PYEONGTAEK PRECIP-INC YANGSEONG PRECIP-INC R190W120 OPT:0831_K FLOW-OBSERVED SEOUN PRECIP-INC R190W120 OPT:0831_K FLOW e. 31 Aug. 2002 평택 f. 31 Aug. 2002 공도 < 그림 2-64> 실측수문곡선과모의수문곡선의비교 4) 홍수전 후의하천유출량변화분석본연구에서는홍수전 후의토지이용에따른유출량변화를분석하기위해서총 6개의매개변수중유역의유출량을산정하는중요한매개변수인 CN값은고정시켜놓고나머지매개변수들을조정하여계산하였다. 먼저선행함수조건 (AMC-Ⅱ) 에의한홍수전인 2001 년소유역별 CN값을고정시키고다른매개변수들을조정하여계산하고, 이후보정된유출량에홍수후인 2002년의 CN값을적용하여토지이용변화에따른유출량의변화를비교분석하였다 < 표 2-26>. < 표 2-26> 홍수전 후의유출비교 Event 강우량 (mm) AMC 첨두유량 (m 3 /s) 총유출량 (mm) 전후차이전후차이 Ⅰ 507.0 533.7 26.7 28.24 29.32 1.08 14 July 2002 81.7 07 Aug. 2002 294.7 31 Aug. 2002 51.3 Ⅱ 779.7 826.7 47 38.74 43.31 2.57 Ⅲ 1199.7 1222.1 22.4 55.97 56.89 0.92 Ⅰ 2,947.8 3,044.0 96.2 182.44 188.93 6.49 Ⅱ 3,753.3 3,754.3 1 238.52 240.10 1.58 Ⅲ 4,270.2 4,284.9 14.7 283.61 285.26 1.65 Ⅰ 196.2 205.5 9.3 18.77 19.28 0.51 Ⅱ 294.0 310.4 16.4 24.02 25.22 1.2 Ⅲ 451.6 460.4 8.8 33.27 33.80 0.53-97 -

그결과, 상대적으로비가가장많이왔던 2002년 8월 7일의강우사상에서홍수전후첨두유량및총유출량의차이가크며, 선행함수조건 AMC-II, AMC-III보다 AMC-I에서홍수후첨두유량및총유출량의차이가크게증가하는것으로나타났다. 전체적인변화를살펴보면, AMC-I에서 AMC-III로갈수록유출량은증가하였으며, 총유출량에서의변화는크지않으나, 첨두유량에서차이를보임에따라, 홍수전 후의토지피복변화에따른수문변화는첨두유량에더민감한것으로나타났다. < 그림 2-65> ~ < 그림 2-67> 은홍수전 후의수문곡선을비교한것으로, 수문곡선의패턴은일치하나, 홍수후의첨두유량이증가하는것으로분석되었다. Precip (mm) 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 800 600 Flow (cms) 400 200 0 12:00 18:00 00:00 06:00 14Jul2002 15Jul2002 PYEONGTAEK PRECIP-INC SEOUN PRECIP-INC YANGSEONG PRECIP-INC OUTLET RUN:0714_2001 FLOW OUTLET RUN:0714_2002 FLOW < 그림 2-65> 홍수전 후의수문곡선비교 (14 July 2002) - 98 -

0 10 Precip (mm) 20 30 40 50 Flow (cms) 60 70 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 12:00 00:00 12:00 00:00 12:00 06Aug2002 07Aug2002 08Aug2002 PYEONGTAEK PRECIP-INC SEOUN PRECIP-INC YANGSEONG PRECIP-INC OUTLET RUN:0807_2001 FLOW OUTLET RUN:0807_2002 FLOW < 그림 2-66> 홍수전 후의수문곡선비교 (07 Aug. 2002) Precip (mm) Flow (cms) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 350 300 250 200 150 100 50 0 06:00 12:00 18:00 00:00 06:00 12:00 18:00 00:00 31Aug2002 01Sep2002 PYEONGTAEK PRECIP-INC SEOUN PRECIP-INC YANGSEONG PRECIP-INC OUTLET RUN:0831_2001 FLOW OUTLET RUN:0831_2002 FLOW < 그림 2-67> 홍수전 후의수문곡선비교 (31 Aug. 2002) - 99 -

다. 홍수범람모형 FLUMEN 의기상, 수문, 수리자료구축및적용성검토 1) 연구지역의개요본연구의안성천유역내에서적용구간은황구지천과진위천구간의합류점으로부터동연교수위관측지점까지의하천구간으로유역면적은 12.11 km2, 하천연장은 4.85 km이다. 본범람해석을실시하는구간은대상유역면적의약 62% 가농경지지역으로좌 우안이대부분농경지이며, 제내지의일부구간이농가및소규모주거지역으로조성되어있다 < 그림 2-68>. < 그림 2-69> 와 < 그림 2-70> 은연구대상지역의제1지류인천천이합류되는지점과하류경계지점인동연교수위관측소이다. < 그림 2-68> 연구지역 - 100 -

< 그림 2-69> 지류 ( 천천 ) 와합류점 < 그림 2-70> 동연교수위관측소 2) 수문자료의구축 FLUMEN 모형은유입량경계조건은반드시기지의유량으로지정되어야한다. 경계조건으로상류경계조건으로유량자료와하류경계조건의수위자료를필요로한다. 유입부의유량자료를등류유입량으로가정하여계산영역경계에분배한다. 만약 FLUMEN에서유입량경계조건이수위나수심으로정의될경우, 수렴되지않는잘못된계산시스템을야기한다. 하류유출량경계조건은에너지경사 (slope of energy head) 나수위 (waterlevel) 로정의되어야한다. 따라서강우-유출해석에의한유입부의홍수량추정을위한수문모형으로는 HEC-HMS (Hydrologic Modeling System) 를선정하였다. HEC-HMS를이용하여홍수량을추정하기위해먼저 GIS 표준소프트웨어를이용하여 NGIS, RIMGIS로부터 DEM을생성하고토지이용도, 토양도를구축한후, 이를 HEC-GeoHMS에입력하여지형처리, 유역수문처리, 수문변수를추정하고강우에의한유역의홍수량을계산한다. 모형의적용성검토를위한 1998년에관측된집중강우의 8월 7일부터 8월 9일까지상류부경계조건자료는실제강우량을적용 HEC-HMS로대상유역의유입부유량자료를구축하였으며, 수위자료는같은기간에대하여하류경계지점의동연교수위관측소자료를사용하였다. 범람모의를위한빈도별홍수량의구축하기위한강우자료는건설교통부가관리하는 3 개강우관측소 ( 수원, 기흥, 송산 ) 의자료를사용하였으며, HEC-HMS에적용하여대상유역의유입부홍수량을구축하였다. 대상유역의하류경계조건인수위자료는건설교통부관할의동연교수위관측소의수위-유량관계곡선을이용하여수위자료를구축하였다. - 101 -

3) 지형자료의구축 FLUMEN 모형에서사용되는수치해석 mesh는불규칙삼각망 (TIN : Triangular Irregulated Network) 형태이다. Mesh 작성을위해서 1:5,000의수치지도를기본으로이용하였으며, 하천구간은 RIMGIS와 안성천수계하천정비기본계획, 2002.12, 건교부 의지형평면도및종 횡단측량자료를이용하였다 < 그림 2-71>. < 그림 2-71> 지형자료의구축 - 102 -

지형자료를가지고 2차원수리분석을위한불규칙삼각망을구성하는방법에는 3가지가있다. 첫번째방법은 Triangle 모형을이용하는것이다. Triangle은 mesh의밀도조절이쉽고삼각형의각도조절도가능하여편리하지만, 구성된 mesh를그래픽으로쉽게확인할수없는단점을가지고있다. 두번째방법은 SMS(Surface Modeling System) 모형을이용하여삼각망을만드는것인데, 삼각망을손쉽게수정할수있는쉬운장점이있으나정해진 node에의해삼각망이만들어지기때문에전체적인수정을해야하는단점을가진다. 세번째방법은스위스의 Beffa에의해개발된 Fluviz를이용하는것이다. Fluviz는표고자료가구축되어있을시에쉽게 poly 파일을작성하여 mesh를만들수있으나, 수정이어려운단점을가진다. 본연구에서는 Triangle 모형의각기다른격자의밀도를쉽게조절할수있다는장점과불규칙삼각망구성후삼각망의확인및수정이쉽지않은 Triangle의단점을 SMS를사용하여해결하였으며그과정은 < 그림 2-72> 와같다. < 그림 2-72> Flow chart of TIN - 103 -

가 ) Breakline의작성 Breakline은구성된격자상에서 mesh 기울기값이정의되지않은불연속적인선을표현하는것으로 Breakline을따라격자점이놓여진다. 주로제방, 하도, 도로의격자밀도를조정하여 mesh를작성하기위해서이를표시하게된다. 홍수범람모의 TIN 구축시 Breakline의처리가중요한이유는제방의파제또는외수의범람에의해제내지가침수되는경우에물의흐름에가장큰영향을미치는지형지물이기때문이다. 따라서제내지의 Breakline을가능한한실제지형과가깝게표현해야정확한홍수범람모의가가능하며, 연구대상지역의 Breakline을적용시와미적용시의차이점을 < 그림 2-73> 에나타내비교해보았다. < 그림 2-73> 의 (a) 는 Breakline을처리한것으로 Breakline을중심으로 TIN이형성됨을알수있다. 그러나 (b) 는 Breakline을미처리한경우로서표고점들위주로 TIN이생성된것을알수있다. 즉 Breakline을처리한경우도로의외곽선이실제지형과같이외곽선이표현되어있으나, 설정하지않은경우에는성토제선과관계없이 TIN이생성되므로실제지형과같은외곽선이표현되지못하고완만한지형으로표현되었다. 따라서홍수범람모의용 TIN에서는 Breakline을설정하여실제지형과같은자료구축이필수적이라할수있다. (a) Breakline (b) Non Breakline < 그림 2-73> Breakline 의적용 나 ) Triangle & SMS 모형을이용한삼각망작성 FLUMEN 모형의기본입력자료인모든포인트의좌표속성을담고있는 node 파일과 - 104 -

삼각망의속성을담고있는 ele 파일을만들기위한과정은다음과같다. 1 대상지역의외곽경계를이루고있는 polyline의 node 좌표를추출한다. 2 외곽경계및 Breakline을구성하는제방과하도구간내의 polyline의 node 좌표와번호에대한정보를포함한 poly 파일을작성한다. 3 poly 파일을입력자료로하여 Triangle 모형을실행시키면 2차원 TIN을생성하게되며 node파일과 ele 파일이생성된다. 4 NGIS 1:5,000 수치지도의등고선및표고점과관련된레이어인 7111( 주곡선 ), 7114( 계곡선 ), 7217( 표고점 ), 7311( 삼각점 ) 레이어를 RIMGIS자료, 하천정비계획의종 횡단측량자료를이용하여 FLUMEN을구동하는대상유역에맞게해상도 10m의수치고도모델 (DEM) 을작성한다. 수치고도모델의격자의좌표와표고값을 IDRISI를이용하여추출한다 < 그림 2-74>. < 그림 2-74> FLUMEN 에적용될 DEM 5 SMS 상에서 Triangle 에서얻어진 mesh 를먼저불러들인후, DEM 에서추출된격자 list - 105 -

를 Scatter로불러들여 Interpolation을이용하여 mesh에표고값을대입시킨다. 6 구성된 mesh를 SMS상에서 3차원으로도시하여실제지형과비교하는검증작업을수행한다 < 그림 2-75>. 7 최종적으로얻어진 mesh의구성정보를담은 SMS의 geo 파일을사용하여 FLUMEN의입력자료인 node 파일과 ele 파일을만든다. < 그림 2-75> 대상유역의 3 차원표현 다 ) 삼각망작성결과대상지역에작성된삼각망의결과는 < 표 2-27> 와같다. FLUMEN 모형의제한 node수 46,000개중에서 10,646개로구성되어있으며, 삼각망의개수는 21,119개이며, 최대삼각망의크기는약 9,960 m2이다. < 표 2-27> 대상유역의 mesh 작성결과 하천범람해석면적 ( km2 ) Point Triangles 최대요소면적 ( m2 ) 진위천 12.11 10,646 21,119 9,959.95-106 -

4) 모형의적용성검토 FLUMEN 모형을이용한실제지형에서의홍수범람모의를하는데있어본모형이적합한모형인가를확인하기위해본연구에서는실제적으로가장큰피해를입은강우기간에대하여모형을모의하여침수실적도와비교함으로써그적용성을검토하였다. 과거 1995년이후안성천수계에서막대한피해를발생시킨주요홍수중그피해액이가장큰 1998년에대하여 FLUMEN 모형을이용하여범람해석을실시하고, 1998년의침수실적도와비교 분석하였다. 안성천유역에서 1998년에관측된집중강우는 8월 7일부터 8월 9일까지 3일간발생하였다. 1998년호우기간최대시우량은수원관측소 70 mm, 기흥관측소 98 mm, 평택관측소 95 mm로관측되었다. 1998년호우기간에관측된시우량을재현기간으로평가하면수원지방에내린최대시우량 70 mm는약 30년빈도확률강우량에해당되지만, 기흥이나평택은수원지방을기준으로할때 300년빈도이상의확률강우량이됨을알수있다. 1998년도의 WAMIS에있는침수흔적도와 FLUMEN 모형의범람모의의결과는 < 그림 2-76> 과 < 표 2-28> 에나타내었다. 침수흔적도의범람면적은 5.27 km2이며, FLUMEN 모형의범람면적은 5.09 km2으로 0.16 km2의면적차이를나타냈다. < 그림 2-76> 1998 년의침수실적도와 FLUMEN 모의결과비교 - 107 -

< 표 2-28> 침수실적도와 FLUMEN의결과비교 모의년도 1998년 구분 침수흔적도 FLUMEN 모형 침수면적 5.27 km2 5.09 km2 실제 1998 년도의침수흔적도와모형을이용한모의결과가미미한차이를나타내므로, 본연구에서적용한 FLUMEN 모형은홍수범람모의에적합한모형으로판단된다. 2. 기상변화에따른평가인자의정량화방안제시 가. 모형을이용한기상변화에따른수문변화분석및검토 1) 강우자료구축및분석 HEC-HMS 수문모형을이용한기상변화에따른수문변화분석을위하여먼저진위천유역내양감, 회화강우관측소의 1975 2006년까지의 30개년일단위강우자료를구축하고강우량의변화패턴분석하였다. - 108 -

< 그림 2-77> 강우, 수위관측소현황 < 그림 2-77> 과같이안성천유역의강우, 수위관측소 30년간의강우데이터를바탕으로시기적으로비가가장많이내리는우리나라 7 9월사이의강우데이터를중심으로평균적인강우패턴에비해비가가장많이왔던 1990, 2000, 2002, 2006년에대하여최대강우량을보인 4개의강우이벤트를선정하였으며 < 표 2-29>, 강우그래프를작성하여 < 그림 2-78> 에나타내었다. < 표 2-29> 강우사상 강우사상 강우량 (mm) 지속시간 (day) 1990년 9월 9일 469.0 11 2000년 7월 9일 446.0 22 2002년 8월 2일 396.5 18 2006년 7월 25일 577.0 9-109 -

450 300 350 400 250 300 350 250 300 200 Precip (mm) 250 200 Precip (mm) 150 Precip (mm) 200 150 150 100 100 100 50 50 50 0 11 25 9 23 6 20 Jun2000 Jul2000 Aug2000 0 9 23 7 21 4 18 Jun2002 Jul2002 Aug2002 0 11 25 9 23 6 20 Jun2006 Jul2006 Aug2006 HOEHWA PRECIP-INC HOEHWA PRECIP-INC HOEHWA PRECIP-INC b. 회화 (2000) c. 회화 (2002) a. 회화 (2006) 350 300 350 300 250 300 250 250 200 200 200 Precip (mm) 150 Precip (mm) 150 Precip (mm) 150 100 100 100 50 50 50 0 8 22 5 19 2 16 30 Jul1990 Aug1990 Sep1990 0 9 23 7 21 4 18 Jun2002 Jul2002 Aug2002 0 11 25 9 23 6 20 Jun2006 Jul2006 Aug2006 YANGGAM PRECIP-INC YANGGAM PRECIP-INC YANGGAM PRECIP-INC d. 양감 (1990) f. 양감 (2002) e. 양감 (2006) < 그림 2-78> 관측소별강우그래프 < 표 2-30> 관측소별일최대강우량과순위 관측소순위 1 2 3 관측소순위 1 2 3 연도 1990 2006 2002 연도 2000 2006 2002 일최대강우량 (mm) 326 314 260 일최대강우량 (mm) 431 302 251 양감 총강우량 (mm) 469 564 408 회화 총강우량 (mm) 446 590 385 시작일 9.9 7.25 8.3 시작일 7.18 7.25 8.3 종료일 9.14 7.29 8.12 종료일 7.22 7.29 8.12 강우이벤트일최대강우량을각관측소빈도별확률강우량과비교한결과, 양감관측소에 - 110 -

서 326mm 가관측되어약 80 년빈도의확률강우량으로평가되며, 회화관측소에서 431mm 가관측되어약 90 년빈도의확률강우량으로평가된다 < 표 2-30>. 2) 강우-유출모형을이용한유출량변화분석 HEC-HMS 강우-유출모형을이용하여기상변화에따른유출변화를모의하기위하여, 최적화방법을통해유역평균매개변수를추정하고모형의보정을통한유역입력자료 (Basin Model) 를구축하였다. 기상입력자료 (Meteorologic Model) 는증발산량자료를제외한강우량데이터로구축하였다. 앞에서구축한강우사상을시간설정자료 (Time Specification Model) 로입력하여유역유출구에대한유출량변화를모의한결과는 < 그림 2-79>, < 표 2-31> 과같다. Precip (mm) 0 50 100 150 200 250 300 350 400 Precip (mm) 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 1600 1200 1600 1200 Flow (cms) 800 400 Flow (cms) 800 400 0 9 10 11 12 13 14 15 YANGGAM PRECIP-INC OUTLET RUN:900911 FLOW Sep1990 0 20 21 22 23 24 25 26 27 Jul2000 HOEHWA PRECIP-INC OUTLET RUN:000722 FLOW a. 1990 년 9 월 9 일 b. 2000 년 7 월 9 일 0 0 Precip (mm) 50 100 150 200 250 Precip (mm) 50 100 150 200 250 300 350 Flow (cms) 300 1600 1200 800 400 Flow (cms) 400 2000 1600 1200 800 400 0 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Aug2002 HOEHWA PRECIP-INC YANGGAM PRECIP-INC OUTLET RUN:020807 FLOW 0 25 26 27 28 29 30 31 1 2 Jul2006 Aug2006 HOEHWA PRECIP-INC YANGGAM PRECIP-INC OUTLET RUN:060728 FLOW c. 2002 년 8 월 2 일 d. 2006 년 7 월 25 일 < 그림 2-79> 유출량모의에따른수문곡선변화 - 111 -

< 표 2-31> 유출량모의결과 강우사상 첨두유출량 (m 3 /s) 첨두시간 유출량 (mm) 유역면적 (km 2 ) 1990 년 9 월 9 일 1,671.1 12 Sept. 1990 379.57 2000 년 7 월 9 일 1,582.4 23 July 2000 594.88 2002 년 8 월 2 일 1,504.7 08 Aug. 2002 313.81 734.55 2006 년 7 월 25 일 1,888.6 29 July 2006 484.02 3. 홍수범람모형 FLUMEN 을이용한홍수재해대책및최소화방안제시 FLUMEN 모형을이용하여빈도별범람모의를실시해본결과, 200년빈도이상의결과에서범람면적이매우크게증가하였는데, 이는진위천유역이 100년빈도홍수에대해설계되었기때문이라고판단된다. 본연구에서는서론에서언급한바와같이, 단순한빈도별범람모의뿐만아니라, 200년빈도홍수량에대하여침수면적을줄일수있는방안을제시하여보았다. 첫번째방법은제방의표고값을올려수로단면적을증가시키는방법이다. 제방을 25 cm ~ 100 cm까지 25 cm씩증축하여 4가지조건으로 200년빈도홍수량의침수면적과비교하였다. 두번째방법은유입되기전상류의천변저류지를만들어유량을흘려보내는방법이다. 천변저류지의생성을가정하여, 홍수시수문곡선최대유량의일정량을천변저류지로흘려보내어범람에영향을끼치는유량을감소시켜홍수피해를저감하는방법이다. 이와같은 Peak flow의감소를 100 CMS ~ 250 CMS 까지 50 CMS씩증가시켜 4가지조건으로설정하고 FLUMEN 모형을이용하여범람분석하였다. 가. 제방고의증축에의한수로단면적의증가방안 빈도별시나리오에서범람모의했던 200년빈도의모의결과를가지고유입되는홍수량을고정해두고, 제방의전체적인표고점을올려제방을보축한것처럼가정하여범람분석을실시하였다. 200년빈도홍수량을대상으로하여제방고를 25 cm ~ 100 cm까지변화시켜, 범람면적의변화양상을분석하였다. 그결과는 < 그림 2-80> 과같으며, 최대침수심 - 112 -

과침수면적에대한결과는 < 표 2-32> 에정리하였다. (a) 제방보축 (+25 cm ) (b) 제방보축 (+50 cm ) (c) 제방보축 (+75 cm ) (d) 제방보축 (+100 cm ) < 그림 2-80> 제방보축후범람모의결과 (25 cm ~ 100 cm) - 113 -

< 표 2-32> 제방보축후범람모의결과 (25 cm to 100 cm) 시나리오 침수면적 ( km2 ) 최대침수심 (m) 200년빈도 4.30 4.27 제방 25 cm보축 1.80 3.77 제방 50 cm보축 1.16 3.62 제방 75 cm보축 0.69 2.64 제방 100 cm보축 0.32 2.19 보축전의침수면적은약 4.30 km2였으며, 제방 25 cm보축결과침수면적은 1.803 km2으로크게감소하였으며, 제방 100 cm보축결과침수면적은약 0.321 km2로침수가거의발생하지않았다. 제방의보축높이와침수면적과의상관관계를선형회귀식을이용하여살펴보면결정계수가 0.98로써밀접한관계를가지는것으로분석되었다 < 그림 2-81>. 침수면적 (km 2 ) 2 1.5 제방의보축 y = -0.0197x + 2.2232 R 2 = 0.9843 1 0.5 0 10 30 50 70 90 110 보축높이 (cm) < 그림 2-81> 침수면적과보축높이와의상관관계 나. 천변저류지에의한홍수량감소방안 홍수기의천변저류지란하천변의홍수터로써홍수조절을주목적으로하고, 일정한수표 - 114 -

면을유지하거나토양이항상또는일정기간동안포화되는저류지를말한다. 비홍수기의천변저류지는저류지내물의순환관계를유지시켜주고, 수량및수질조절기능을수행하며, 생태계의다양성을위해서식처를제공하여주는하천변홍수터습지의기능을한다. 비홍수기시의천변저류지는습지외에도다양하게활용할수있다. 천변저류지를상류에설치하는것으로가정하고이때의수문곡선의 Peak flow의 100 CMS ~ 250 CMS 까지의 4가지조건으로설정하고모형을이용하여범람분석을실시하였다. < 그림 2-82> 는상류천변저류지설치에의한유입량의 Peak flow가감소될때의수문곡선의변화를나타내며, FLUMEN 범람모의결과는 < 그림 2-83> 에도시하였다. 최대침수심과침수면적의결과는 < 표 2-33> 에정리하였다. CMS 3000 천변저류지의유입량감소 200 년빈도홍수량 Peak flow - 100 CMS Peak flow - 150 CMS Peak flow - 200 CMS Peak flow - 250 CMS 2500 2000 16 19 22 25 시간 < 그림 2-82> 천변저류지에의한수문곡선의변화 - 115 -

(a) Peak flow -100 CMS (b) Peak flow -150 CMS (c) Peak flow -200 CMS (d) Peak flow -250 CMS < 그림 2-83> 천변저류지에의한범람모의결과 - 116 -

< 표 2-33> 천변저류지에의한범람모의결과 시나리오 침수면적 ( km2 ) 최대침수심 (m) Peak flow -100 CMS 3.79 3.20 Peak flow -150 CMS 2.11 2.88 Peak flow -200 CMS 1.63 2.72 Peak flow -250 CMS 0.97 2.32 200년빈도의홍수량이발생하였을때침수면적은약 4.30 km2였으며, Peak flow -100 CMS 감소결과침수면적은 2.11 km2으로감소하였으며, Peak flow -200 CMS를감소시켰을경우에는, 침수면적 1.63 km2, 최대침수심은 2.72 m 까지감소하였다. 천변저류지에의한상류유입부유량감소량과침수면적과의상관관계를선형회귀식을이용하여살펴보면 < 그림 2-84>, 결정계수가 0.92로써제방의보축보다는조금낮지만침수면적과천변저류지에의한 Peak flow 감소는침수면적과밀접한관계를가지는것으로분석되었다. 침수면적 (km 2 ) 5 4 천변저류지에의한유입부유량감소 y = -0.0179x + 5.254 R 2 = 0.9183 3 2 1 0 80 130 180 230 Peak flow 감소량 (CMS) < 그림 2-84> 천변저류지에의한감소홍수량과침수면적의상관관계 다. FLUMEN 에의해모의된침수면적빈도별피해액산정 하천의범람으로인한예상피해액을산정하기위해 10 년 (1989~1998) 간의 재해연보 - 117 -

및 건설교통통계연보 상의자료들을이용하여침수면적을변수로한침수면적-피해액관계식을도출하였다 ( 수자원설계실무, 2007). 연구지역인진위천유역은군급도시중인구밀도 500명 / km2이상, 임야면적 70% 미만인농촌지역으로그에해당하는회귀상수를다음식에대입하여산정된도시유형별피해자산별보정계수에피해자산별기준피해액과홍수빈도율을곱하여자산별피해액을산정하였다 < 표 2-34>. D = a+b s n D : 도시유형별피해자산별보정계수 a, b, n : 침수면적-피해액관계식매개변수 s : 실제침수면적 (ha) 을도시유형별평균침수면적 (ha) < 표 2-34> 도시유형별침수면적 - 피해액관계식매개변수및기준피해액 평균침수면적기준피해액 a b n (ha) ( 백만원 ) 건축물 0.01164 0.286 2 206.7 농경지 0.11744 0.226 2 933.0 761.2 공공시설 0.38670 0.157 2 5,370.3 기타 0.49185 0.130 2 325.1 주기 1.3 FLUMEN 을구동하여모의된토지이용별침수면적을매개변수로하여 < 표 2-35> 와같 이빈도별피해액을예측하였다. 초지와산림은기타, 시가지는건축물, 논과밭은농경지 로적용하여피해액을산정하였다. < 표 2-35> 빈도별피해액 100년빈도 200년빈도 500년빈도 분류 면적 (ha) 피해액 ( 백만원 ) 면적 (ha) 피해액 ( 백만원 ) 면적 (ha) 피해액 ( 백만원 ) 시가지 10.44 1.86 23.94 1.90 70.11 2.24 초지 9.99 123.01 6.93 123.00 16.56 123.02 산림 5.94 123.00 1.08 123.00 8.37 123.00 논 0.54 84.29 394.02 127.75 888.21 305.13 밭 166.68 92.06 11.43 84.32 33.48 84.60 합계 187.83 424.22 437.4 459.97 1,016.73 637.98-118 -

제 5 절요약및결론 본연구는안성천지역내의태풍혹은집중호우로인한홍수피해지역으로선정하고고해상도영상을이용한침수피해분석을위해 1998년 7월 31~8월 18일에집중호우로인하여홍수피해가발생한 1998월 8월 12일, 침수후 1999년 7월 25일 RADARSAT-1 영상을선정하여기하보정및밴드선정여러가지처리를거쳐 Landsat 위성영상과비교하여홍수재해에대한집중분석을실시하였다. 성환천유역의 GIS자료인토지이용도와중첩하여피해면적을추출한결과 1.27 km2가침수된것으로분석되었으며그중에서 1.13 km2로논의피해가가장심하였고, 주거지와나지는 0.08 km2, 수역은 0.05 km2, 밭은 0.01 km2가침수된것으로분석되었다. 또한, 침수및산사태위험지역분석및수문학적예측을위한입력자료구축의일환으로해상도별 DEM을이용하여하천망, 유역경계를생성하였으며침수시강우분포도를작성하였다. 위의 GIS 자료를입력하여산사태분석을실시하였고, 이에 Logistic회귀분석방법과 AHP기법을적용하였다. Logistic회귀분석방법과 AHP기법의산사태위험지도를이용하여 New-Grade 산사태위험지도를작성하였다. New-Grade 산사태위험지도를사용함으로서 Logistic회귀분석방법과 AHP기법의장점을부각시키고상호문제를검토보완하였다. New-Grade 기법의검정을위해서산사태표본산사태발생지역 39개소와산사태미발생지점 30개소를등급별빈도수로나타낸결과산사태가발생한표본에서산사태위험성이 높은 (1-2 등급 ) 지역이 Logistic 회귀분석에서는 46.1% AHP 기법은 48.7% 로 New-Grade 산 사태위험지도 58.9% 로분석되어분류정확도를높일수있었다. 범람모의를위한빈도별홍수량의구축하기위한강우자료는건설교통부가관리하는 3 개강우관측소 ( 수원, 기흥, 송산 ) 의자료를사용하였으며, HEC-HMS에적용하여대상유역의유입부홍수량을구축하였다. 대상유역의하류경계조건인수위자료는건설교통부관할의동연교수위관측소의수위-유량관계곡선을이용하여수위자료를구축하였다. 그후과거실제강우량, 유출자료와검보정을실시하여구축된경계자료를 FLUMEN 모형에입력하여침수지역모의를실시한결과 1998년도의 WAMIS에있는침수흔적도와 FLUMEN 모형의범람모의의결과침수흔적도의범람면적은 5.27 km2이며, FLUMEN 모형의범람면적은 5.09 km2으로 0.16 km2의면적차이를나타냈다. 침수저감효과를모의하기위해제방을보축하거나천변저류지의만들어 FLUMEN 모형을구동하여적정한제방고 - 119 -

및천변저류지의용량을결정하였다. 본연구의결과를기초로하여홍수와같이광범위한지역에걸쳐발생되는재해를감시하고, 이의피해를최소화하기위한효과적인방법중의하나로서, 원격탐사와 GIS기술그리고이들을기반으로하는수자원, 환경관련연구및개발에크게기여할수있을것으로판단된다. - 120 -

제 3 장 홍수재해전후의토사 / 영양물질조사 및분석기법개발

제 3 장홍수재해전후의토사 / 영양물질조사및분석 기법 개발 제 1 절연구배경및목적 수질오염에의한국내의연구는 1980년대에들어와서본격적으로시작되었으나, 아직도수환경에대한종합적이고체계적인오염실태및조사자료의축적이되어있지못한실정이다. 오염원에대한농도규제방식에서탈피하여 90년대말부터도입된오염총량관리제는수계전체에환경용량을감안한목표수질을설정하고허용가능한오염총량을해당배수구역에할당하는등수계전체를대상으로보다근원적이고광범위한수질관리정책으로평가되고있으나, 개별배수구역에서배출되는오염부하량을정확히산정하여목표수질을설정해야함에도불구하고수계오염원에대한체계적인조사자료의축적이미흡한상태이며, 지형및강우특성에따른오염물질배출형태에대한이해가부족한실정이다. 오염물질의배출은오염원의형태뿐만아니라개별오염원의발생형태에따라수역으로유입되는물질량이달라지며, 강우의영향에의한시기별배출량의변화가크다. 따라서정확한오염물질배출량을산정하기위해서는오염원마다발생형태를구분하고오염물질이수역으로유입되는동안의제거및변화량등을면밀하게고려해야한다. 특히오염물질에가장큰영향을미치는강우에대해빈도, 강도, 지속시간등강우형태에따른오염물질배출특성등을종합적으로고려해야유역으로배출되는오염물질량을정확히산정할수있다. 또한, 유역의효율적인수질관리를위해서는유역내에서발생하는토양유실및오염물질잠재지역의위치규명, 그리고오염부하의정량적인분석등합리적인조사와오염부하절감을위한효율적인기술및정책의개발이필요하다. 본연구에서는홍수재해전후의토사와영양물질을조사하고분석하였다. 경기도안성시고삼저수지상류의소유역을대상으로홍수재해전후의토지이용별유출량과오염농도를실측하여분석하였으며, 강우형태에따른오염물질의배출특성을알아보기위해유역관리모형인 BASINS/WinHSPF 모형을적용하였다. 이렇게적용된모형에대상지구의강우량, 강우강도, 강우지속시간등의확률강우를적용하여강우에따른홍수재해전후의오 - 121 -

염물질배출특성을파악하고이에따른오염물질저감방안에대해연구하였다. - 122 -

제 2 절홍수재해전후의오염물질샘플링및분석 1. 연구대상지역의선정 가. 관련자료분석 연구를위한대상지역을선정하기위해경기도안성천상류유역에대한기초자료를수집, 분석하였다. < 표 3-1> 은대상지역의선정을위한관련자료수집경로와속성을나타낸것이다. < 표 3-1> 자료수집경로및속성 자료항목 자료추출및획득 활용가능한속성 비고 G I S 자료 1. 수치지형도 2. 토양도 3. 토지이용현황도 국립지리원에서발간하는 NGIS 수치지형도취득 농촌진흥청토양물리과에서제작한정밀토양도취득 국립지리원에서발간하는토지이용현황도취득 지점선정및유역경계획득 지점토성분석 지점토지이용현황분석 4. 기상통계연보 기상청에서발간하는기상통계연보취득 지점강우특성분석 1998 년 ~2004 년자료 5. 시군별통계연보 안성시에서발간하는통계연보취득 지점특성분석 1998 년 ~2002 년자료 6. 시비량 현지주민설문을통해취득 강우시기에따른수질변화요인 국립지리원의 1:25,000 토지이용현황도를구입하여대상지역에해당하는 377141, 377134, 377143, 367012 도엽을이용하여토지이용현황도를작성하였다. 토지이용현황도의토지이용분류체계는대분류 (4), 중분류 (14), 세분류 (37) 중세분류속성을이용하여 8개의토지이용항목 ( 산림, 초지, 방목장, 하천 하수, 논, 거주지, 과수원및기타, 보통및특수작물 ) 으로 - 123 -

재분류하였다. 농촌진흥청의 1;50,000 개략토양도로부터토양종류별특성을추출하였고, 1:50,000 개략토양도는모두 Arc/Info 벡터커버리지로구축되어있으며, 토양부호 를기본속성으로하고있어해당분야에서활용하기위해토양총설의내용을이용, 토양종류, 배수정도, 유효토심, 유기물함량등의속성을수자원 수질분야에맞게속성을재분류하였다. 나. 연구대상지역 홍수전후의오염물질배출특성을연구하기위해경기도안성시고삼저수지상류유역에토지이용이단순하고유량및수질조사가용이한소유역을연구대상지로선정하였다 < 그림 3-1>. 고삼저수지는인근농업지구의주수원공이며, 낚시터로유명하였으나근 5년간지속적인수질악화로유역관리가시급한것으로평가되고있다. 대상지역은경기도안성시고삼면쌍지리에위치한 EL. 326m의경수산에서발원하여고삼저수지로유입되는지류를포함한유역으로동경 127 06, 북위 36 54 에위치하고있다. 유역의대부분이임야와논, 나지로이루어져있으며, 주거지및축사등의인위적인토지이용현황상태가적어자연계오염부하량측정을위한적지조건을갖추었다. 소유역의면적은 591.8ha, 하천길이 3.41km, 유역경사 0.591m/m, 하천경사는 0.042m/m로조사되었다 < 표 3-2>. < 그림 3-1> 연구대상지역 - 124 -

< 표 3-2> 연구대상지역의토지이용면적 기타 토지이용 논 밭 나지 임야 초지 물 ( 도로, 건물 ) 총계 면적 (ha) 63.8 27.4 94.5 368.9 19.2 8.2 9.9 591.9 2. 토지이용별오염물질배출특성 토지이용별오염물질배출특성을조사하기위해대상전체연구대상지역내임야와밭 으로만이루어진지역을선정하여수질모니터링을실시하였다. 가. 수질모니터링지점및기간 < 그림 3-2> 는토지이용에따른오염물질배출특성을파악하기위한선정지구의수질모니터링지점을나타낸것이며, < 표 3-3> 는각토지이용별특성을나타낸것이다. 전체연구지역중임야와밭으로만이루어진 3번소유역을대상으로홍수재해전후의토지이용별오염물질배출특성을분석하였다. 3번소유역중작은유역의두곳의샘플링한영양물질을통해고삼저수지일대유역의분석이가능한가알아보기위해오염물질배출에대한분석에는고삼저수지상류유입부 ( 최종유출수수질측점 ) 에서샘플링하여배출의특성을분석하였다. < 그림 3-2> 수질모니터링지점 - 125 -

< 표 3-3> 토지이용별특성 분류 면적 ( km2 ) 하천길이 (km) 유역경사 (m/m) 하천경사 (m/m) 임야 0.26 0.23 0.4245 0.017 밭 0.04 0.03 0.0312 0.022 유역 0.71 0.64 0.2475 0.010 수질모니터링기간은 2005 년의선정된 3~5 월및 7~9 월의기간동안집중모니터링 실시하였다 < 표 3-4>. 5 회강우사상에토지이용별실측수질농도를분석하였다. < 표 3-4> 조사기간및강우특성 (2005년) 조사기간 총강우량 (mm) 평균강우량 (mm/hr) 지속시간 (hr) 4월 9일~10일 182 9.01 22 5월 17일~18일 119 9.94 12 7월 27일 124 11.3 11 8월 24일~25일 241 12.8 19 9월 30일~10월 1일 93 2.84 33 나. 수질조사및분석결과 < 표 3-5 ~ 표 3-6> 은각강우이벤트에따른토지이용별수질농도를실측한것이다. 연구대상지역의토지이용은임야와밭이주를이루는지역으로밭의경우시비에의한영향이많으므로강우초기에영양물질농도가높아지는것으로분석되었다. BOD의경우유출량에따라변화폭이크게나타났는데, 이는임야인관계로강우강도에민감하게반응한것으로판단되며, TN과 TP는 BOD에비해초기강우강도에따라많은양을배출하였다. 강우사상에따른특성으로총강우량이 100mm 내외로비슷한강우량을기록한 < 표 3-7 ~ 3-9> 의평균오염농도를비교하였을때강우강도가클수록 TN, TP, TSS는높은값을보이는뚜렷한경향을보였으나, BOD는특이한경향이나타나지않는것으로분석되었다. 연구기간중단일최고시강우량을기록한표 2-7의 TSS는다른강우사상에비해높은값을보였으나다른영양물질농도항목에서는큰차이를보이지않았다. - 126 -

시기적으로장마기간이였음을고려하였을때, 선행강우의유무에따라 TSS 를제외한 다른항목의물질농도에는영향을미치는것으로판단되며 TSS 의경우는강우강도에의해 그농도가크게영향을받는것으로판단된다. < 표 3-5> 토지이용별실측수질농도 (4 월 9 일 ~10 일 ) 시간 23:00-24:00 24:00-02:00 02:00-04:00 04:00-05:00 05:00-07:00 07:00-08:00 강우량 (mm) BOD(mg/l) TN(mg/l) TP(mg/l) TSS(mg/l) 임야밭출구임야밭출구임야밭출구임야밭출구 16.6 2.95 1.53 3.79 0.72 1.88 2.02 0.53 0.30 0.55 210 43 324 21.2 2.45 1.73 3.12 0.61 1.43 2.00 0.32 0.25 0.29 232 50 331 31.1 3.40 1.77 4.21 0.84 1.86 2.03 0.68 0.34 0.52 335 93 321 25.6 4.41 2.29 4.43 0.92 2.73 2.95 0.80 0.40 0.71 295 70 389 39.0 5.52 2.87 4.41 1.40 2.90 3.32 0.71 0.56 0.64 584 199 407 16.6 2.96 1.54 3.08 0.73 1.89 2.42 0.54 0.30 0.60 191 43 351 < 표 3-6> 토지이용별실측수질농도 (5 월 17 일 ~18 일 ) 시간 20:00-21:00 21:00-22:00 22:00-23:00 23:00-01:00 01:00-03:00 03:00-05:00 05:00-06:00 강우량 (mm) BOD(mg/l) TN(mg/l) TP(mg/l) TSS(mg/l) 임야밭출구임야밭출구임야밭출구임야밭출구 24.2 4.19 1.00 5.21 2.24 2.60 3.95 0.50 0.31 0.75 479 199 643 29.9 5.10 1.16 6.73 2.55 3.13 4.45 0.61 0.36 0.82 592 250 698 16.0 3.60 1.36 5.12 2.24 1.96 4.09 0.30 0.29 0.63 616 311 587 12.4 1.11 0.32 2.77 0.53 0.74 2.23 0.09 0.08 0.26 116 60 256 16.1 1.46 0.47 3.25 0.82 0.92 2.42 0.12 0.11 0.28 187 7 276 6.2 0.72 0.16 2.53 0.33 0.56 1.92 0.05 0.05 0.12 39 15 222 3.5 0.39 0.03 2.51 0.41 0.50 1.97 0.02 0.02 0.10 27 17 178-127 -

< 표 3-7> 토지이용별실측수질농도 (7 월 27 일 ) 시간 06:00-07:00 07:00-08:00 08:00-09:00 09:00-10:00 10:00-11:00 11:00-12:00 강우량 (mm) BOD(mg/l) TN(mg/l) TP(mg/l) TSS(mg/l) 임야밭출구임야밭출구임야밭출구임야밭출구 12.0 1.36 1.61 2.45 1.01 1.30 3.58 0.27 0.21 0.27 109 56 87 33.0 2.48 1.86 5.17 2.37 2.27 3.52 0.67 0.40 0.71 304 178 441 32.0 5.58 3.21 5.16 2.52 3.76 4.99 0.60 0.60 0.94 608 528 745 7.8 1.26 1.00 2.17 0.76 0.89 2.44 0.15 0.15 0.36 122 130 197 8.0 1.14 0.74 2.09 0.75 1.12 2.32 0.19 0.17 0.28 72 32 87 4.3 0.62 0.53 2.12 0.51 0.47 2.71 0.11 0.10 0.21 51 41 84 < 표 3-8> 토지이용별실측수질농도 (8 월 24 일 ~25 일 ) 시간 19:00-20:00 20:00-21:00 21:00-23:00 23:00-01:00 01:00-03:00 03:00-05:00 05:00-07:00 07:00-08:00 강우량 (mm) BOD(mg/l) TN(mg/l) TP(mg/l) TSS(mg/l) 임야밭출구임야밭출구임야밭출구임야밭출구 6.7 1.36 0.53 2.39 0.47 0.42 0.51 0.24 0.26 0.24 151 39 148 10.0 1.89 0.62 2.45 0.63 0.48 0.67 0.28 0.28 0.35 228 69 231 23.9 4.12 0.99 4.79 0.99 0.74 0.87 0.46 0.41 0.56 350 195 454 32.5 6.20 1.62 6.33 1.38 1.17 1.54 0.77 0.61 0.93 895 408 1034 6.7 2.80 0.38 3.27 0.40 0.22 0.61 0.14 0.19 0.52 354 141 326 8.7 2.52 0.47 2.92 0.36 0.38 0.47 0.20 0.23 0.22 194 46 162 25.0 6.01 1.72 5.74 1.19 0.93 1.05 0.54 0.46 0.77 617 438 875 2.0 1.73 0.45 2.19 0.44 0.51 0.52 0.18 0.15 0.20 86 121 276-128 -

< 표 3-9> 토지이용별실측수질농도 (9 월 30 일 ~10 월 1 일 ) 시간 14:00-15:00 15:00-17:00 17:00-19:00 19:00-21:00 21:00-23:00 23:00-01:00 01:00-05:00 05:00-08:00 08:00-09:00 강우량 (mm) BOD(mg/l) TN(mg/l) TP(mg/l) TSS(mg/l) 임야밭출구임야밭출구임야밭출구임야밭출구 2.3 0.65 0.28 2.37 0.97 0.83 1.21 0.29 0.24 0.23 29 21 37 5.3 1.13 0.55 2.45 1.08 1.10 1.33 0.32 0.34 0.25 119 72 75 2.0 0.59 0.31 2.40 0.95 0.99 1.28 0.28 0.24 0.27 114 39 71 9.8 1.86 0.67 3.25 1.22 1.48 2.06 0.36 0.38 0.52 142 86 194 6.0 1.25 0.57 3.00 1.10 1.16 1.56 0.32 0.35 0.47 135 75 151 3.3 0.87 0.37 2.58 0.61 0.93 1.71 0.30 0.26 0.40 79 31 134 3.5 0.84 0.50 2.47 1.02 0.95 1.68 0.32 0.33 0.40 77 67 133 5.8 1.21 0.56 2.70 1.09 1.25 2.22 0.35 0.35 0.54 130 74 183 2.3 0.65 0.47 2.34 0.98 1.09 1.32 0.29 0.32 0.37 49 63 97-129 -

제 3 절유역관리모형의적용 홍수재해전후의오염물질배출특성을파악하기위하여유역관리모형인 WinHSPF를대상지구에적용하였다. 2004~2006년의 3년동안대상유역출구점의유량과수질을측정하여모형을검보정하였으며, 모형에각시나리오별강우이벤트를적용하여강우에따른홍수재해전후의오염물질배출특성을분석하였다. 1. HSPF 구축및검보정 HSPF 모형의적용을위해서는토지이용도, 하천도, 수치지도등유역의지형자료와강 우, 풍속, 일사, 기온, 전운량, 이슬점온도등의수문학적자료가필요하다. 가. 자료구성 지형자료는 GIS와의연계를통해 WinHSPF 입력자료의전처리가가능한 BASINS를이용하여구축하였다. DEM은유역조사의일환으로남한전체의수치지도로부터구축한 30m 간격의 DEM을가공하여 6m 간격의 DEM을사용하였고, 하천도는동일한 DEM에서추출하였다. 토지이용도는 2004년 1:25,000 도를이용하였다. 수문자료는모형적용을위해서기상자료를 WDMUtil을통해입력하였다. 강우자료를포함한기온및풍속등의기상자료를시간별로입력하였다. 시자료및기상관측이누락된항목에대해서는일평균및월평균을적용하였다. 오염농도에큰영향을미치는강수자료는고삼저수지인근에있는원삼강우관측소자료를이용하였으며, 풍속, 일사, 기온, 전운량, 이슬점온도는관할관측소인수원기상관측소의자료를이용하였다. < 그림 3-3 ~ 그림 3-4> 는 BASINS에서지형자료를이용하여토지이용분류와유역분할의작업과정이며, < 그림 3-5> 는 WDMUtil 화면이며, < 표 3-10> 는 WDM화일에적용되는기상데이터들을나타낸것이다. - 130 -

< 그림 3-3> 토지이용분류 < 그림 3-4> BASINS 에의한유역분할 - 131 -

< 그림 3-5> WDMUtil 에의한기상자료입력 < 표 3-10> 입력기상데이터 입력변수 입력변수정의 단위 방법 PREC precipitation : hourly in/hr observed EVAP evaporation : daily in observed TMAX air temperature : daily maximum deg.f observed TMIN air temperature : daily minimum deg.f observed ATEM air temperature : hourly deg.f disaggregated daily to hourly DPTP air temperature : daily deg.f observed DEWP air temperature : hourly deg.f disaggregated daily to hourly DCLO cloud cover : daily tenth observed CLOU cloud cover : hourly tenth disaggregated daily to hourly WIND wind speed : hourly mph disaggregated daily to hourly SORL solar radiation : hourly ly/hr disaggregated daily to hourly DEVT PEVT potential evaportranspiration : daily potential evaportranspiration : hourly in in/hr computed disaggregated daily to hourly - 132 -

나. HSPF 의적용 BASINS 와 WDMUtil 을이용하여 HSPF 를세팅하였다 < 그림 3-4>. 대상지구를 4 개의 소유역으로분할하여각각의유출량과수질을모의하였으며, 모형의검보정은최종유출 지점을대상으로실시하였다. < 그림 3-4> HSPF 초기화면 다. 매개변수보정및검정 매개변수는시강우량에의해모의한값과다수의실측자료와비교하여시행착오방법을통해단기유출을중점으로보정하였으며, 모형의검증은 RMSE(Root Mean Square Error) 와 RE(Relative Error) 를사용하였다. 모형의적용성을알아보기위한결정계수 (R2) 는 0.0~1.0 범위의값을가지며, 1.0에가까울수록모의치가실측치의경향을잘반영한다. 그러나결정계수는단지무작위오차만을평가하는것으로서오차의정도를나타내지는못한다. 따라서오차의정도를나타내기위해 RMSE, RE를사용하였다. - 133 -

RMSE = n i =1 (q sim i n -q obs i ) 2 RE= 1 n n i =1 abs(q sim i -q obs i ) q obs i 홍수전후의오염물질농도를분석하는것이목적으로, 2004년부터 2006년까지실측된평수와홍수자료를이용하였으며, 모형의보정은유출량, TN, TP, BOD 순서로진행하였다. 모의한유출량의보정은첨두유량과지체시간에대하여민감한변수부터수정하였다. 수리수문에관련한 20여개의매개변수중 LZSN, INFILT, AGWRC, UZSN DEEPFR, LZFTP, INTFW, IRC 등이단기유출에대한민감도가높은것으로분석되었다 < 표 3-11>. 수질에대해서는투수지형에서의일반적인수질항목들을모의하는 PQUAL 모듈과수체내에서의 BOD, 영양염류등의항목들을모의하는 OXRX, SEDMNT, NUTRX 모듈내의주요매개변수들을통해모형을보정하였다 < 표 3-12>. - 134 -

매개변수내용초기치보정타연구자보정비교결과 Kim(2003) Im(2003) LZSN Lower zone nominal storage (in) 4~6.5 4.0 4.0 4.3~5.8 INFILT Soil infiltration capacity index 0.08 0.047~ 0.16 0.08 (inhr) ~0.1 0.075 AGWRC Groundwater recession 0.88~ 0.98 0.98 0.98 coefficient (day -1 ) 0.91 UZSN Upper zone nominal storage (in) 1.128 1.1 0.15 0.35~ 1.0 DEEPER Fraction of groundwater inflow 0.05~ 0.1 0.2 0 to deep recharge 0.45 LZETP Lower zone ET parameter (none) 0.1 0.2 0.2-0.4 0.2~0.7 INTFW Interflow inflow parameter 0.1~ 0.75 (none) 0.4 1.28 1.0~1.7 IRC Interflow recession parameter 0.3~ 0.5 (day -1 ) 0.5 0.5 0.3~0.5 < 표 3-11> 유출량매개변수보정 - 135 -

매개변수 개요 초기타연구자보정비교보정결과치 Kim(2003) Im(2003) KBOD20 Unit BOD decay rate at 20 (1/hr) 0.004 0.0035 0.0036 0.0004 KODSET BOD setting rate (ft/hr) 0.027 0.07 0.055 0.09 The maximum allowable SUPSAT dissolved supersaturation oxygen 1.15 1.32 1.38 1.16 (none) CVBO Conversion from milligrams biomass to milligrams 1.85~ 1.63 1.7 oxygen 1.92 (mg/mg) 1.8 CVBPC Conversion from biomass 90~ expressed as phosphorus to 106 carbon (moles/mol) 120 102 93~128 Conversion from biomass CVBPN expressed as phosphorus to nitrogen (moles/mol) 16 16 15 16.2 KTAM20 Nitrification rate of ammonia at 20 (1/hr) 0.015 0.02 0.01 0.028 KNO220 Nitrification rate of nitrate 0.002~ 0.01~ 0.02~ at 0.002 20 (1/hr) 0.004 0.031 0.004 KNO320 Denitrification rates at 20 0.002~ 0.001~ 0.002 0.002 (1/hr) 0.003 0.003 Temperature correction TCDEN coefficient for nitrification 1.04 1.04 1.07 1.02 (none) < 표 3-12> 수질매개변수보정 라. 유출 WinHSPF 모형의유출량에대한보정은총유출량과첨두유량에대하여변위가큰변수부터시행착오법을이용하여수정하였다. 2004~2005년자료에대하여모형을보정하였으며, 수치의초기값과연속성을고려하여 2006년을검정기간으로하였다. < 그림 3-5> 는모형의검보정기간에대한유출량비교그래프를나타낸것이며, 유출량에대한보정결과 RMSE(Root Mean Square Error) 는 0.89 CMS, RE(Relative Error) 는 0.25로나타났으며, 검정결과 RMSE는 1.34 CMS, RE는 0.28로분석되었다. - 136 -

강우량 (mm) 유출량 (CMS) 250 200 150 100 50 0 40 30 20 10 모의관측 0 2004-01 2004-07 2005-01 2005-07 2006-01 2006-07 날짜 < 그림 3-5> 모형의검보정기간에대한유출량비교 마. 오염물질농도 영양물질에대한모형의보정과검정은총질소와총인, BOD에대하여유출과동일한자료기간에대해실시하였다. < 그림 3-6> 은 BOD와 TN, TP에대한검보정결과를나타낸것이다. 수질보정에사용된매개변수중 KBOD20과 KODSET이 BOD에중요한변수로작용하였으며, TN과 TP는 CVBPC, CVBPN, KTAM20, KNO220, KNO320이중요한매개변수로작용하였다. < 표 3-13> 은오염물질농도에대한실측과모의치를비교한통계학적결과이다. 결과를살펴보면특정항목은관측치와모의치가유사한경향을보이는것도있었으나상이한경우가많이나타났다. 따라서보다정밀한검증이필요할것으로나타났다. - 137 -

10 BOD(mg/L) 8 6 4 2 TN(mg/L) 0 10 8 6 4 2 0 0.8 TP(mg/L) 0.6 0.4 0.2 0.0 2004-1-1 2004-7-1 2005-1-1 2005-7-1 2006-1-1 2006-7-1 날짜 < 그림 3-6> 모형의검보정기간에대한오염물질농도비교 < 표 3-13> 모형의검보정결과 구분 보정 (2004~2005) 검정 (2006) RE RMSE(CMS) RE RMSE(CMS) BOD 0.30 0.70 0.32 0.72 TN 0.28 0.78 0.31 0.78 TP 0.27 0.09 0.29 0.09 2. 빈도별강우분포 대상지구에적용된 WinHSPF 에여러가지강우형태를적용하기위하여빈도별강우분 포를산정하였다. 빈도별강우는 10 년, 20 년빈도의강우를산정하였으며, 강우분포는 Huff 분포를이용하였다. 대상지구의적정확률분포형인 Gumbel 법을사용하였으며, 각분 - 138 -

위별초과확률 50% 에해당하는누가강우량을산정하였다 ( 건설교통부, 2000). 자료의결측 치는관할관측소인수원관측소의자료를사용하였으며, < 표 3-14> 는최근 3 년간강우를 분석한각분위별발생빈도비율을나타낸것이다. < 표 3-14> 각분위별발생빈도 (2004~2006년, 원삼 ) 분류 1분위 2분위 3분위 4분위 0~6시간 24 % 34 % 30 % 12 % 6~12시간 15 % 44 % 22 % 19 % 12~24시간 22 % 28 % 28 % 22 % 대상지구의지속시간별확률강우의결과는 < 표 3-15> 와같으며, Huff 분포에따른지 속시간별누가호우비율은그림 5와같다. 대상지구의최근 3년간 (2004~2006년) 강우패턴 분석결과, 강우지속시간 6, 12, 24시간모두 2분위에서발생빈도가가장높은것으로나타 나 Huff 2분위를채택하여모형에적용하였다 < 그림 3-7>. < 표 3-15> 대상지구의확률강우량 ( 단위 : mm) 재현기간 ( 년 ) 6시간 12시간 24시간 10 156.5 205.9 277.4 20 183.0 235.7 318.6 400 강우량 (mm) 350 300 250 200 150 10 년- 6 시간 10 년- 12 시간 10 년- 24 시간 20 년- 6 시간 20 년- 12 시간 20 년- 24 시간 100 50 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 누적곡선의시간분포 (%) < 그림 3-7> Huff 분포에따른지속시간별누가호우비율 (2 분위, 발생확률 50%) - 139 -

3. 강우형태에따른홍수재해전후의오염물질배출특성 그림 3-6, 3-7은산정된빈도및지속시간별확률강우를 WinHSPF에적용한결과이다. 분포조건은선행강우가있은 15일후이며, 시기는봄이끝나가는 5월로하였다. TN과 TP, BOD의농도변화는강우강도변화와비슷한경향으로나타났다. 전체적으로 BOD의경우강우변화에가장민감한변화를보였는데, 이는대상지구의 60% 이상이임야인관계로강우강도에민감하게반응한것으로판단된다. TN과 TP는 BOD에비해강우와유출변화에민감하지않았으나, 초기강우강도에따라높은오염물질농도를나타내었다. TN과 TP의경우지속시간이짧고강우강도가클수록초기에높은값을나타냈다. 지속시간별평균오염물질농도를살펴보면, 지속시간이짧을수록모두높게나타났으며, 강우강도가클수록높게나타났다 < 그림 3-8 ~ 그림 3-9>. 이는지속시간이길수록확률강우량이높아총유출량이높아지기때문으로판단된다. Rainfall(mm) 0 20 40 60 80 100 8 Rainfall(mm) 0 20 40 60 80 100 8 BOD(mg/L) 6 4 2 BOD(mg/L) 6 4 2 0 8 0 8 TN(mg/L) 6 4 2 TN(mg/L) 6 4 2 0 0.8 0 0.8 TP(mg/L) 0.6 0.4 0.2 TP(mg/L) 0.6 0.4 0.2 0.0 0 2 4 6 8 10 0.0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 TIME TIME (a) 지속시간 6 시간 (b) 지속시간 12 시간 - 140 -

Rainfall(mm) 0 20 40 60 80 100 8 BOD(mg/L) 6 4 2 0 8 TN(mg/L) 6 4 2 0 0.8 TP(mg/L) 0.6 0.4 0.2 0.0 0 5 10 15 20 25 TIME (c) 지속시간 24 시간 < 그림 3-8> 10 년빈도강우에대한오염물질농도 Rainfall(mm) 0 20 40 60 80 100 8 Rainfall(mm) 0 20 40 60 80 100 8 BOD(mg/L) 6 4 2 BOD(mg/L) 6 4 2 0 8 0 8 TN(mg/L) 6 4 2 TN(mg/L) 6 4 2 0 0.8 0 0.8 TP(mg/L) 0.6 0.4 0.2 TP(mg/L) 0.6 0.4 0.2 0.0 0 2 4 6 8 10 0.0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 TIME TIME (a) 지속시간 6 시간 (b) 지속시간 12 시간 - 141 -

Rainfall(mm) 0 20 40 60 80 100 8 BOD(mg/L) 6 4 2 0 8 TN(mg/L) 6 4 2 0 0.8 TP(mg/L) 0.6 0.4 0.2 0.0 0 5 10 15 20 25 TIME (c) 지속시간 24 시간 < 그림 3-9> 20 년빈도강우에대한오염물질농도 전체적으로 BOD는 0.15~5.2mg/L, TN은 0.5~5.7mg/L, TP는 0.11~0.48mg/L을나타냈으며, 지속기간별강우발생시간동안의평균오염물질농도는 < 표 3-16> 과같다. 전체면적의 62% 를차지하는임야의영향이가장크나강우시논과밭의시비에의해높게올라가는경향을보였다. 이는추후지속적인연구를통하여유역면적대비원단위로활용될수있을것으로판단된다. < 표 3-16> 지속기간별강우발생시간동안평균오염물질농도 ( 단위 :mg/l) 구분 6시간 12시간 24시간 BOD TN TP BOD TN TP BOD TN TP 10년빈도 3.50 3.26 0.28 2.69 2.77 0.24 2.38 2.57 0.25 20년빈도 3.35 4.42 0.31 3.14 3.05 0.26 2.36 2.94 0.27-142 -

제 4 절오염물질저감방안 본연구의대상지구는 < 표 3-2> 와같이임야와초지, 경작지가전체면적의 80% 이상인전형적인농촌지역이다. 또한거주인구가적어점오염원보다는비점오염원에의한오염물질발생이대부분이다. 임야를포함하는농촌지역의지표면은대체로투수성으로이루어져서토양이쉽게유실될수있다. 현재비점오염원을가장효율적으로감소시키는방안으로최적관리기법 (BMP : Best Management Practices) 이많이제안되고있다. 최적관리기법은비점오염원중에서가장비중을크게차지하는농업을중점적으로다루고있으며, 이러한최적관리기법은경제적, 기술적측면의타당성도고려해야만실행성여부를높일수있다. 본절에서는대상지구의특성에맞는최적관리기법을포함한여러가지오염물질저감방안들에대하여연구하였다. 1. 작물영양관리 작물영양관리는작물에필요한영양분을알맞은양과시비형식, 시기에맞춰살포하여최적수확량을확보하고, 수질을보호하는방안이다. 이를위해 2년에서 4년마다토양시험을실시하고, 현실적인수확량목표를설정해야한다. 이방안은영양분을적절히조절하여비료의사용량을줄일수있고, 비료비나인력비를줄이고, 수질을보호한다. 또한, 정확한분뇨와생채고형을적용은토양경운성과유기물질의함량을개선한다. < 표 3-17> 은대상지구내에있는거봉밭의시비량을현지주민설문에의해정리한것이다. 특별한시비관리보다는주민들의판단에의한시기와양을정하고있는실정으로작물영양관리를통한비점오염원관리가필요하다고판단된다. 또한화학비료및농약의과다사용억제를위한주민홍보도필요하다. - 143 -

< 표 3-17> 거봉밭의시비시기와시비량 종류 시비시기 시비량 퇴비 11월하순~땅이얼기전 그루당두삽 밑거름 땅이얼기전~땅이녹은직후 15(kg/10a) 이내 덧거름 5월상 중순 7~10(kg/10a) 이내 가을거름 수확직후 (9월중순 ) 10(kg/10a) 이내 농약, 살충제 3월중순, 5월중순~10월초순 월 1회살포 시비비율 (%) 질소 인산 칼륨 - - - 60 100 50 20-50 20 - - - - - 2. 침전지및습지조성 연구대상지구의임야는경사가급한산지가대부분이다. 강우시저수지로의유출이급격하게일어나는지역이다. 급격한유출로인하여오염물질이충분히여과되지못하고저수지로유입되고있다. 저수지유입부에침전지, 습지등을설치하여비점오염원을제거해야할필요성이있다. 침전지로써휴경논을농업비점오염물질저감시설로적극활용할수있을것이라판단된다. 농업수리시스템과유휴농지를이용한수질관리기술개발 (2006, 한국농촌공사 ) 에서연구한휴경논의수질정화효과를살펴보면, BOD의경우약 20%, TN, TP의경우 60% 이상의저감효과를보이는것으로나타났다. 이처럼휴경지를침전지로써활용한다면비점오염물질의저감효과를가져올것으로판단된다. 또한습지의조성을들수있다. < 그림 3-10> 은충청남도당진의습지조성지역의예로, 최근활발히연구되어지고있는습지의오염물질저감은상당한효과를거둘것으로판단된다. 습지는토양이수분으로포화된상태로수생식물이자라는늪지대이다. 습지는야생동물의서식처를제공하고, 농경지유출수를자연적으로여과한다. 자연습지는여러곳에생성되어있으며그크기, 모양, 형태는서로다르다. 습지관리는자연상태로놔두는것이가장효과적이나, 상대적으로건조한습지에는풀을심어주거나물을추가해줘야한다. 이방안은임야가대부분인대상지역에서자연적인오염조절기능을제공한다. 비료와농약, 세균들을제거하는등효율적이며저렴한하수처리장과가축분뇨처리장역할을한다. 그리고유출수로부터토사를여과하고, 지표수의월류를느리게하여유출수의저류시간을증가시켜토양침식을줄이고, 하류의홍수침수를감소시킨다. 또한저류수를지면아래로침투시켜지하수를충전하고, 생태적종을다양화하고, 경관을개선하여친환경적공간을제공한다. - 144 -

< 그림 3-10> 습지 ( 충청남도당진 ) 3. 유수토사조절지 유수토사저절지는테라스설치가어려운곳에배수로를가로질러설치하여작은흙댐을형성하는것이다. 물이집중적으로유출하는요지를가로질러흙댐을설치하여테라스와같은작용을하도록한다. 이를위해초생피복을유지하고, 큰폭우직후에는조절지를검사하여필요한보수를한다. 이방안은상류지역에서토사를포착하여수질을개선하고, 구조물로배수를조절함으로서걸리침식을줄여준다. 4. 배수로및하천관리 대상유역의유출수는쌍지천을통해고삼저수지로유입된다. 그러므로쌍지천의관리를통해비점오염원을저감하여야한다. 또한쌍지천으로연결되는경작지의배수로도충분한관리가이루어져야한다. < 그림 3-11> 와같이최근수질정화체를배수로에설치하여오염물질을저감시키는연구가활발히진행되고있다. 또한배수로사면을환경친화적인재료로시공하는것도생각할수있다. 환경친화적인재료의사용은내부공극을인위적으로크게높여줌으로써접촉표면적을높여미생물이안정하게서식할수있는공간을확보하여배수로의자정능력을극대화할수있다. - 145 -

(a) 반구형 (b) 정육각형 < 그림 3-11> 수질정화체 하천의직접적인보호도비점오염원관리의방법이라할수있다. 가축으로부터하천을보호하고, 초생완충대를유지하여지표유출수를여과하고비료분이나화학물질을흡수하는방안이다. 하천의가장자리를따라초본이나사석, 소단등을설치하여폭우로부터제방을보호하고침식을감소시킨다. - 146 -

제 5 절요약및결론 본연구에서는경기도안성시고삼저수지상류의소유역을대상으로강우가집중되는 3~5월, 7~9월에홍수재해전후의유출량과오염농도를실측하여분석하였으며, 강우형태에따른오염물질의배출특성을알아보기위해유역관리모형인 BASINS/WinHSPF 모형을적용하였다. 적용된모형에대상지구의강우량, 강우강도, 강우지속시간등의확률강우를산정하여강우에따른홍수재해전후의오염물질배출특성을파악하고이에따른오염물질저감방안에대해연구하였다. 연구의주요결과는다음과같이요약할수있다. 1. 연구대상지역의토지이용은임야와밭이주를이루는지역으로밭의경우시비에의한영향이많으므로강우초기에영양물질농도가높아지는것으로분석되었다. BOD의경우유출량에따라변화폭이크게나타났는데, 이는임야인관계로강우강도에민감하게반응한것으로판단되며, TN과 TP는 BOD에비해초기강우강도에따라많은양을배출하였다. 시기적으로장마기간이였음을고려하였을때, 선행강우의유무에따라 TSS를제외한다른항목의물질농도에는영향을미치는것으로판단되며 TSS의경우는강우강도에의해그농도가크게영향을받는것으로판단된다. 2. 홍수재해전후의오염물질배출특성을파악하기위하여유역관리모형인 WinHSPF 를대상지구에적용하였다. 2004~2006년의 3년동안대상유역출구점의유량과수질을측정하여모형을검보정하였으며, 유량에대한보정결과, RMSE는 0.89 CMS, RE는 0.25로분석되었으며, 검정결과는 RMSE는 1.34, RE는 0.28로나타났다. 수질에대한보정결과, BOD, TN, TP의 RE는각각 0.30, 0.28, 0.27이며, RMSE는각각 0.70, 0.78, 0.09로나타났다. 검정결과는 RE가 0.32, 0.31, 0.29, RMSE가 0.72, 0.78, 0.09로각각분석되었다. 3. 대상지구에적용된 WinHSPF 에여러가지강우형태를적용하기위하여빈도별강우 분포를산정하였다. 빈도별강우는 10 년, 20 년빈도의강우를산정하였으며, 강우분 포는 Huff 분포를이용하였다. 대상지구의적정확률분포형인 Gumbel 법을사용하였 - 147 -

으며, 각분위별초과확률 50% 에해당하는누가강우량을산정하였다. 지속시간을 6, 12, 24시간으로적용한결과, 전체적으로 BOD는 0.15~5.2mg/L, TN은 0.5~5.7mg/L, TP는 0.11~0.48mg/L을나타냈다. 전체면적의 62% 를차지하는임야의영향이가장크나강우시논과밭의시비에의해높게올라가는경향을보였으며, 이는추후지속적인연구를통하여유역면적대비원단위로활용될수있을것으로판단된다. 4. 본연구의대상지구는임야와초지, 경작지가전체면적의 80% 이상인전형적인농촌지역이며, 거주인구가적어점오염원보다는비점오염원에의한오염물질발생이대부분이다. 대상지구의특성에맞는오염물질저감방안으로는첫째, 작물영양관리를통한비점오염원관리가필요하다고판단되며, 화학비료및농약의과다사용억제를위한주민홍보도필요하다. 또한연구대상지구의임야는경사가급한산지가대부분으로강우시저수지로의유출이급격하게일어나는지역이다. 급격한유출로인하여오염물질이충분히여과되지못하고저수지로유입되고있어저수지유입부에침전지, 습지등을설치하여비점오염원을제거해야할필요성이있다고판단된다. 그외로유수토사조절지의설치와수질정화체를이용한배수로관리및쌍지천의직접적인관리가필요하다고판단된다. - 148 -

제 4 장 홍수재해평가및예측을위한 사용자편의시스템개발

제 4 장홍수재해평가및예측을위한사용자편의 시스템 개발 제 1 절연구배경및목표 1. 연구배경 지난수십년동안농촌유역에서는벌채, 개간등의산림개발그리고농촌마을조성, 농경지확대등의토지이용변화와관련된꾸준한인간활동과더불어자연발생적인토양침식에의한퇴적물들이하천과저수지로이동 퇴적된결과현재치수에많은문제점을가지고있는실정이다. 또한 1960년대이후농촌지역은식량증산정책의일환으로하천주변의농경지가확대되면서하폭의축소가발생하였으며, 하천의수자원을개발하기위하여보를설치하거나, 하천주변의공간을홍수로부터안전하게이용하기위하여제방을쌓는등인간에의한하천의간섭행위가하천의자기조절기능을저하시켜왔다. 이와더불어하천의상류지역에서발생한산사태와산지하천구역의측방침식에따른과도한토사유출이하상을상승시키면서홍수시제방월류와제방붕괴등에의하여농경지침수및하천유로의변경을발생시키고있다. 특히장기간의저수지퇴사는저수용량에심각한영향을미치게되는데, 전국적으로산재해있는수많은농업용저수지는당초저수용량대비현재저수용량의감소로인해홍수방어능력이얼마나저하되었는지아무도정확하게말할수없는실정이다. 홍수가한번지나가면그피해에대한통계는단순히텍스트정도의정보로남고, 시간이흐르면기억속에서잊어버리는악순환을거듭하고있다. 따라서정보화의힘을빌려농촌지역의산림, 저수지, 하천, 농경지를하나의유기적인조직체계로관리함으로써, 홍수에안전하게대응할수있는체제의정비가요구되고있다. 이를위해서는 RS, GIS기반의수문모형을이용하여홍수시산림의저류효과, 저수지의저수용량에따른홍수방어능력, 하천의홍수배제능력, 농경지의저류능력, 홍수피해액산정등을공간적으로파악하여최적의유역관리및농지규모관리가필수적이다. 본연구에서는안성천지역을선정하여과거홍수정보를확인하고, 홍수모의정보및홍수피해액 - 149 -

의예상을파악할수있는홍수재해평가시스템을구축하였다. 2. 연구목표와내용 홍수재해평가시스템은안성천지역의홍수피해정보화마련과예방및방어능력제고를 위한다양한정보제공을목적으로다음과같은연구목표와내용을연차적으로수행하였 다. 1) 1차년도 o GIS와 RS기반의홍수피해평가를위한시스템설계및지형데이터구축 - 해외유사시스템구축사례분석 - 시스템의사용자요구사항분석 - 홍수피해평가를위한 GIS 주제도의정의및분석방법론제시 - 시스템설계및데이터베이스설계 - 데이터구축및시스템개발상의표준화방안제시 2) 2차년도 o GIS와 RS 기반의홍수피해평가시스템개발 - 데이터베이스의검색과분석기능개발 - 제방월류, 제방붕괴에의한침수지역모의를위한 DEM 작성기법개발 - 지형도및토지이용현황도작성 3) 3 차년도 o GIS 와 RS 기반의홍수피해예측시스템개발 - 사용자편의를위한 GUI 개발 - 침수우려지역도작성기능개발 - 하천침수위험도작성 - 150 -

제 2 절해외 GIS 시스템구축사례분석 1. 미국 미국의관련 GIS 시스템으로는 NWSRFS(National Weather Service River Forecast System), FEMA & ESRI US Flood Hazard Areas, SanGIS 등이있다. 각 GIS 시스템의 특성들을살펴보면다음과같다. 미국의 NWSRFS(National Weather Service River Forecast System) : NWSRFS는매우합리적인구조의시스템이다. 다양한유출계산프로그램을선택적으로이용이가능하도록구축되었다. 또한, 새롭게개발된모형의적응이용이하고, 홍수예보기능및 ESP(Extended Streamflow Prediction) 라는예보정보의확률분석기능이있어서장기적인유출예보의확률적분석이가능하다. 아울러자체적으로모형변수에대한검증과정으로전체자료를이용한모형변수의조정이가능하다. NWSRFS는수문순환과정을물리적으로표현하는여러가지성분모형으로구성되어있으며, Mainframe과소형컴퓨터모두수행이가능한시스템이다. FEMA & ESRI US Flood Hazard Areas : FEMA & ESRI US Flood Hazard Areas는미국의 FEMA와 ESRI가공동으로구축한시스템이다. 종이지도형태의 FIRM(Flood Insurance Rate Map) 을스캐닝하여제작된 Digital Q3 Flood Data를기반으로작성되었다. 이시스템은관련된주제레이어를함께제공하며, Web 기반으로홍수정보서비스를제공한다. 현재미국전역에서 1,2000개카운티에대한홍수정보를제공하고있다. < 그림 4-1> 은 US Flood Hazard Areas의지도서비스화면이다. - 151 -

< 그림 4-1> US Flood Hazard Areas 미국샌디에이고 (SanGIS) : 샌디에이고시는부서별로구축되는데이터의통합과공유를통한비용감소를목적으로 200여개주제도데이터를구축하여제작된주제도데이터를인터넷을통해시민들에게제공하고있다. 또한, 200여개주제도의검색과사용자가등급을나누어주제도를제작할수있도록인터렉티브맵 (interactive map) 을제공하여효율성을높였다. 이외에도자연재해정보및선거결과, 필지, 범죄, 경제개발, 산업, 인구관련등다양한정보를함께제공하고있다. < 그림 4-2> 는홍수범람지역지도서비스의화면이다. < 그림 4-2> SanGIS - Flood Zone - 152 -

2. 호주 국가적인홍수경보를관리하고있는호주의기상국 (Bureau of Meteorology) 의특성을 살펴보면다음과같다. 호주의기상국 (Bureau of Meteorology) : Bureau of Meteorology는지역사무소의홍수경보센터 (Flood Warming Center) 를통해업무를수행하고있다. 하천의유량예측 ( 호주서부와북부일부지역은주내의 Water Agency에서수행하며, 나머지다른주는기상국에서수행하고있음 ) 및손실모형 (API-Initial Loss, IL-continuing Loss, Proportional Loss) 을적용한단위유량도모형으로수문학적홍수추적 (Muskingum 형 태 ) 과지류유입해석, 강우 - 유출해석 ( 비선형네트워크모형 (RORB, RAFTS, URBS) 을 이용 ) 및하도추적단위유량도와네트워크모형, 수문학적홍수추적기법등이프로그램화되어다양한정보를표현한다. 입력자료는실시간으로자료수집프로그램에서직접제공되며상황에따라수동입력도가능하다. 최근에는실시간자료수집시스템이개발되어효율성을높였다. < 그림 4-3> 은 Bureau of Meteorology를나타낸화면이다. < 그림 4-3> Bureau of Meteorology - 153 -

3. 그외나라들 그외에영국과캐나다사례를찾아볼수있는데영국의경우국립하천관리청 (National Rivers Authority) 가있고, 캐나다의경우다섯개의지역하천예보센터가있다. 각각의특 성을살펴보면다음과같다. 영국 - 국립하천관리청 (National Rivers Authority) : 국립하천관리청은잉글랜드와웨일즈지방에대한홍수위험경보를제공한다. 위험지역에거주하고있는주민들에게사전에위험을통보하기위해경찰과지방자치비상재해대책기구 (emergency services) 등이연계하여활용하고있고, 홍수예경보활동은 10개로나누어진각지구별로운영되고있다. 캐나다 - 다섯개의지역하천예보센터 : 캐나다는캐나다전역에걸쳐있는다섯개의 지역하천예보센터에서예경보를실시하고있다. 홍수의형태와지방의필요성에따라 서로다른특성을보여준다. - 154 -

제 3 절시스템및 DB 설계 1. 사용자요구분석 시스템설계에있어서먼저사용자요구분석은필수적이다. 사용자요구분석을 2 가지 측면으로나누어각각을세부적으로분석하면다음과같다. 가. 관리자측면 1 유관기관이나부서간의용이한데이터의호환이나시스템의손쉬운사용및경계성이요구됨 2 실제현장을방문하여조사를실시한결과현업종사자의컴퓨터에관한인지도및사용경험이필요함 3 관련유관기관이나부서간의용이한데이터의호환을고려한시스템의구축이요구되었으며, 가능한범용의 S/W와표준화된데이터베이스설계를기반으로데이터베이스가구축되어야한다고판단됨 4 전문지식이없는사용자들도시스템의용이한유지보수와함께데이터베이스의주기적갱신이용이하도록사용이간편한시스템의구축이필요하다고사료됨 5 시각적으로이해가용이한그래픽을기반으로하는시스템의구축과사용자의연계강조한시스템설계가요망됨 나. 기술적측면 1 종합적인홍수재해평가및예측시스템개발제공하여야함 2 개발후에는유관기관및부서간의업무지원이가능하여야하며, 광범위한데이터의통합을위한확장성을요구됨 3 많은데이터의활용역시많은기관을전제로하는만큼광범위한데이터의공유를위한시스템의호환성이요구됨 4 시스템의전반적인순환이원활히이루어져야되며, 안정성높은시스템이요구됨 - 155 -

2. 시스템개발환경분석 본시스템을구현할때사용한언어는 VB.Net을사용하였으며, 도형정보를다룰수있는라이브러리로 ArcObject를사용하였다. 데이터베이스는 MDB를이용하여검색할수있도록하였다. VB.Net과 ArcObject를사용하게된것은다음과같은특징들을가지고있기때문이다. VB.Net의주요특징은다음과같다. 1 Windows 환경에서수행되는모든종류의프로그램이개발할수있도록지원 2 Visual 방식의폼, 컨트롤, 컴포넌트와시각적인설계에의해작성된각요소들에직접코드를부여할수있는기능을가짐 3 빠르고효율적이며, 일반적인 Windows의인터페이스를갖는 Application을손쉽게작성할수있음 4 다른프로그래밍도구와함께개발이용이함 5 Application을개발, 배치하는것을단순화, 현대화시킨새로운플랫폼인.Net 프레임워크를가짐 6 풍부한클래스라이브러리를제공 7 독립적인관리환경인 Common Language Runtime을통해코드실행을지원 도형정보를다룰수있는 ArcObject의특징은다음과같다. 1 Windows 응용프로그램에동적인매핑기능이나 GIS 기능구현을지원 2 사용자요구에맞는매핑기능과 GIS 제품을구현할수있음 3 기존응용프로그램에맵컴포넌트추가가능 4 Menu Tool bar와 Map Control간의손쉬운연결가능 5 특정한작업과요구사항을만족시킬수있는사용자정의매핑가능 본시스템의개발환경을정리하면 < 표 4-1> 과같다. - 156 -

< 표 4-1> 개발환경 개발도구요소 Programming Language Library DBMS Data Type 개발환경 Microsoft Visual Studio VB.Net ArcObject Access DB(mdb) shp, tif, mdb, etc. 3. 시스템설계 가. 시스템내용 본시스템은다음과같은내용으로설계하였다. 1 사용자요구분석의요건을충족시킬수있는하드웨어나소프트웨어의전체적구조, 구성요소, 모듈, 인터페이스등을규정하여설계 2 시스템의각구성요소들간의연관관계를구체적으로도식하여시스템의전체적인구조를쉽게파악할수있도록설계 3 홍수피해관련도형및속성자료의제공을주안점으로사용이편리한 GUI 구조로설계 4 도형자료제공을위한 ArcObject와도형데이터베이스와속성자료구축을위한 MDB 속성데이터베이스서버로설계 5 도형및속성정보조회를위한도형검색시스템과속성검색시스템은도형및속성자료를화면에도식하고다양한형식으로출력이이루어지도록설계 6 수치지형도는각기관에서기구축된자료를최대한활용하여연구대상지역에즉시활용하기위하여가공하여시스템에반영할수있도록설계 - 157 -

나. 시스템구성 시스템의기본자료흐름도는 < 그림 4-4> 와같다. 도형자료와속성자료를조회할때각각의데이터베이스즉, 도형데이터베이스와속성데이터베이스로부터자료를전달받게된다. 홍수재해평가시스템에서도형자료조회기능을이용하게되면도형자료는홍수재해평가시스템으로전달되어화면에보여주게되고, 시스템상에서여러지도 ( 레이어 ) 들중선택해서볼수있게된다. 또한, 확대나축소, 이동등의조작을통해도형자료를조회할수있다. 속성자료조회기능도마찬가지로홍수재해평가시스템에서속성정보를조회하게되면검색된속성자료들의결과를화면을통해서보여주게된다. - 158 -

< 그림 4-4> 기본자료흐름도 시스템의구성도는 < 그림 4-5> 와같다. < 그림 4-4> 의기본자료흐름도에서살펴본바 와같이도형데이터베이스와속성데이터베이스가있고가운데홍수재해평가예측시스템이 있다. - 159 -

< 그림 4-5> 시스템구성 - 160 -

4. DB 설계 DB 설계는도형데이터베이스설계와속성데이터베이스설계로나누어볼수있다. 본시스템에서는정확한정보의전달및향후관리를위하여 Access DB 를이용하였다. 가. 도형데이터베이스설계 연구대상지역의도형자료를수치지도및이미지의형태로보완하여구축하였다. 이미지나그리드형태의도형자료의경우시스템상에서쉽게불러올수있도록 Layer를생성하여사용되도록하였다. 도형데이터베이스의내용은건국대산학협력단에서제공한데이터를기초로하고있다. < 표 4-2> 는안성천과관련된도형데이터베이스내역이다. < 표 4-2> DB 설계내역 테이블명 주요내용 레이어형태 우량측정망 지역명 점 수위측정망 지역명및교량명 점 수질관측망 지역명, 주소, 용수등 점 하천망도 길이 선 티센망도 티센망도 그리드 CN분포도 CN분포 그리드 등우선도 우량분포표시 선, 면 강우분포도 강우분포표시 그리드 하천시설물도 하천시설물이름, 위치 점 유역도 이름, 길이등 면 토양도 30m 토양도 그리드 식생도 식물군락표시 선, 면 - 161 -

< 표 4-2> DB 설계내역 ( 계속 ) 테이블명 주요내용 레이어형태 토지피복도 토지피복 그리드 표고분포도 DEM 그리드 침수실적도 연도 면 행정구역도 행정구역도도, 시 군, 동이름 면 나. 속성데이터베이스설계 속성데이터베이스는홍수와관련된테이블로서안성천지역과진위천지역의홍수피 해액을검색할수있는테이블과침수실적관련테이블, 시수위, 시우량테이블이있다. 시 수위와시우량테이블은각각 1998년도와 2000년도 2가지로나누어저장되었다. 각각의 1998년도와 2000년도의필드명은동일하며, 각테이블설계내용은다음과같다.< 표 4-3 ~ 표 4-7> < 표 4-3> 안성천홍수피해액테이블 No. 필드명 데이터유형 설명 1 년도 문자 피해년도 2 총액 정수 피해총액 3 이재민 _ 세대 정수 이재민세대수 4 이재민 _ 인 정수 이재민수 5 인명 정수 인명피해 6 침수면적 실수 침수면적 7 건물 정수 건물피해액 8 선박 정수 선박피해액 9 농경지 정수 농경지피해액 10 농작물 정수 농작물피해액 11 공공시설 정수 공공시설피해액 12 기타액 정수 기타피해액 - 162 -

< 표 4-4> 진위천홍수피해액테이블 No. 필드명 데이터유형 설명 1 년도 문자 피해년도 2 총액 정수 피해총액 3 이재민 _ 세대 정수 이재민세대수 4 이재민 _ 인 정수 이재민수 5 인명 정수 인명피해 6 침수면적 실수 침수면적 7 건물 정수 건물피해액 8 선박 정수 선박피해액 9 농경지 정수 농경지피해액 10 농작물 정수 농작물피해액 11 공공시설 정수 공공시설피해액 12 기타액 정수 기타피해액 < 표 4-5> 침수실적내용테이블 No. 필드명 데이터유형 설명 1 도 문자 도이름 2 시군 문자 시군이름 3 읍면동 문자 읍면동이름 4 리 문자 리이름 5 관련하천 문자 하천이름 6 호우종류 문자 호우이름 ( 집중호우 ) 7 토지이용 문자 농경지또는주택지 8 침수면적 실수 침수면적 9 침수형태 문자 침수형태및유형 10 침수원인 문자 침수원인설명 - 163 -

< 표 4-6> 시수위테이블 (1998년, 2000년 ) No. 필드명 데이터유형 설명 1 관측소명 문자 관측소이름 2 년월일 날짜 / 시간 행정구역코드 3 1시 실수 1시경시수위량 4 2시 실수 2시경시수위량 5 3시 실수 3시경시수위량 6 4시 실수 4시경시수위량 7 5시 실수 5시경시수위량 8 6시 실수 6시경시수위량 9 7시 실수 7시경시수위량 10 8시 실수 8시경시수위량 11 9시 실수 9시경시수위량 12 10시 실수 10시경시수위량 13 11시 실수 11시경시수위량 14 12시 실수 12시경시수위량 15 13시 실수 13시경시수위량 16 14시 실수 14시경시수위량 17 15시 실수 15시경시수위량 18 16시 실수 16시경시수위량 19 17시 실수 17시경시수위량 20 18시 실수 18시경시수위량 21 19시 실수 19시경시수위량 22 20시 실수 20시경시수위량 23 21시 실수 21시경시수위량 24 22시 실수 22시경시수위량 25 23시 실수 23시경시수위량 26 0시 실수 0시경시수위량 - 164 -

< 표 4-7> 시우량테이블 (1998년, 2000년 ) No. 필드명 데이터유형 설명 1 관측소명 문자 관측소이름 2 년월일 날짜 / 시간 행정구역코드 3 0시 실수 0시경시우량 4 1시 실수 1시경시우량 5 2시 실수 2시경시우량 6 3시 실수 3시경시우량 7 4시 실수 4시경시우량 8 5시 실수 5시경시우량 9 6시 실수 6시경시우량 10 7시 실수 7시경시우량 11 8시 실수 8시경시우량 12 9시 실수 9시경시우량 13 10시 실수 10시경시우량 14 11시 실수 11시경시우량 15 12시 실수 12시경시우량 16 13시 실수 13시경시우량 17 14시 실수 14시경시우량 18 15시 실수 15시경시우량 19 16시 실수 16시경시우량 20 17시 실수 17시경시우량 21 18시 실수 18시경시우량 22 19시 실수 19시경시우량 23 20시 실수 20시경시우량 24 21시 실수 21시경시우량 25 22시 실수 22시경시우량 26 23시 실수 23시경시우량 27 계 실수 해당일의총시우량합계 - 165 -

제 4 절시스템및 DB 구축 1. DB 구축 도형데이터베이스의경우일부는좀더세분화하여구축되었다. 세분화된도형은강우 분포도, 등우선도, 표고분포도, 행정구역도가있다. 가. 강우분포도 강우분포도는 1998 년과 2000 년까지의자료를모아구축하였다. 그리드데이터로가지고 있으며다른맵과중첩할수있도록하였다. < 그림 4-6> 은강우분포도중에서 2000 년자 료중하나의모습이다. < 그림 4-6> 강우분포도 - 166 -

나. 등우선도 등우선도도강우분포도와마찬가지로 1998 년자료와 2000 년자료를구축하였다. 등우선 도는우량의분포를표시하는것으로안성천유역의우량분포를확인할수있다. < 그림 4-7> 은 2000 년자료중하나를보여주는그림이다. < 그림 4-7> 등우선도 - 167 -

다. 표고분포도 표고분포도는 3m, 5m, 10m, 20m, 30m 로나누어구축하였으며타레이어와중첩이가 능하도록하였다. < 그림 4-8> 은표고분포도중 3m 표고분포도의모습이다. < 그림 4-8> 표고분포도 (3m) - 168 -

라. 행정구역도 행정구역도는도, 시 군, 동으로나누어구축하였다. 다른레이어들과중첩하여위치 등정보를확인할수있도록하였다. < 그림 4-9> 는행정구역도중시 군에해당하는그 림이다. < 그림 4-9> 행정구역도 ( 시 군 ) - 169 -

2. 시스템구축 가. 화면구성 본시스템의화면구조는 < 그림 4-10> 과같다. 메뉴와툴바 ( 도구모음 ) 는상단에위치시켰다. 대부분의윈도우폼의메뉴가그러하듯일반적인위치에배치하여쉽게접근할수있도록하였다. 맵을열었을때나타나는모습은화면우측에배치하였고전체윈도우의대부분을차지하도록하였다. 좌측에맵레이어및맵정보의경우맵프레임에나타나는레이어에는어떤것들이있는지확인가능하도록하였으며, 탭형태로만들어메뉴상의정보가많은경우리스트로정보들을확인할수있도록하였다. 메뉴및툴바 ( 도구모음 ) 맵레이어및맵정보 맵프레임 < 그림 4-10> 화면구조 나. 메뉴구성 본시스템의메뉴구성은 < 그림 4-11> 과같다. 기본정보에는수자원주제도와유역주제도가들어가있으며각각의메뉴에해당하는맵형태의확인이가능하다. 홍수실적정보에는홍수에관한내용이포함되었으며연도별로피해액등의검색이가능하다. 홍수모의정보에는빈도별홍수정보내용과 HEC 모의모형에서사용되는데이터를만들수있도록구성되었다. 산사태정보에는 3가지기법에대한내용을담고있으며홍수평가정보에서는홍수피해액산정방법과저감방안에대한정보를볼수있다. - 170 -

< 그림 4-11> 메뉴구성도 다. 시스템디렉토리구축환경 본홍수재해평가및예측시스템은홍수재해정보및평가에있어서체계적이고효율적인지원을위한시스템으로 VB.Net, ArcObject, Access DB를이용하여 Windows 2000 server 기반에서개발되었다. 각사용이미지및 DB 데이터는몇개의디렉토리로나누어저장하여사용하였다. < 표 4-8> 은시스템에서사용되는데이터들의디렉토리구축환경을나타낸것이다. - 171 -

< 표 4-8> 디렉토리구축환경 경로작업디렉토리비고 ASRData/ 기본정보홍수실적정보홍수모의정보산사태정보홍수평가정보 수자원주제도, 유역주제도자료저장홍수재해정보관련자료저장빈도별홍수정보자료저장산사태관련정보자료저장저감방안에관련된자료저장 각데이터들은메뉴별구성과비슷하게만들어개발할때와개발후수정및시스템을 개선할때에도쉽게자료를찾아볼수있다. - 172 -

3. 시스템세부자료흐름도 가. 주제도조회 수자원주제도, 유역주제도를조회하여화면에출력한다.< 그림 4-12> < 그림 4-12> 주제도조회 - 173 -

나. 침수실적조회 침수실적위치검색을통해침수실적도를출력한다.< 그림 4-13> < 그림 4-13> 침수실적조회 - 174 -

다. 홍수피해액조회 홍수피해액은피해하천을선택하고피해연도를선택하면해당하는년도의피해액이 조회되어출력된다.< 그림 4-14> < 그림 4-14> 홍수피해액조회 - 175 -

라. 홍수기시우량, 시수위조회 홍수기시우량, 시수위는연도와관측소별로검색이가능하다.< 그림 4-15> < 그림 4-15> 시수위, 시우량조회 - 176 -

마. DEM 조회 DEM( 표고분포자료 ) 은 m 값에따라서 5 개의자료로나누어져있으며선택한 m 값에따 른 DEM 자료를조회해볼수있다.< 그림 4-16> < 그림 4-16> DEM 조회 - 177 -

제 5 절사용자인터페이스및기능 1. 메인화면 본시스템의메인화면은 < 그림 4-17> 과같다. 앞서언급하였듯이상단에 (1 번 ) 메뉴와툴바 ( 도구모음 ) 을확인할수있다. 또한, 우측 (2 번 ) 에여러개의레이어를트리형태로확인할수있는화면이있으며레이어와목록이라는탭으로나누어져있다. 3 번은맵이나타나는부분이다. 1 2 3 < 그림 4-17> 홍수재해평가및예측시스템메인화면 - 178 -

2. 메뉴와툴바 ( 도구모음 ) 본시스템의메뉴는 < 그림 4-18> 에나타나있는구성과같이만들어져있다. < 그림 4-19> 는본시스템의구현된메뉴목록이다. < 그림 4-18> 메뉴내용 < 그림 4-18> 의각메뉴를클릭하게되면해당되는서브메뉴목록이나오게된다. < 그 림 4-19> 는기본정보의서브메뉴중유역주제도를선택하고유역주제도의서브메뉴중 행정구역도를선택한화면이다. < 그림 4-19> 서브메뉴선택화면 다음으로 < 그림 4-20> 은툴바로서맵을손쉽게다룰수있는기능을가지고있는도구 모음이다. 각기능들에대한내용은다음과같다. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 < 그림 4-20> 툴바모습 - 179 -

1 확대 : 맵에서임의의부분을확대할때사용 2 축소 : 맵에서임의의부분을확대할때사용 3 고정확대 : 맵전체를확대할때사용 4 고정축소 : 맵전체를축소할때사용 5 이동 : 화면을이동시킬때사용 6 전체화면 : 확대나축소이후에전체화면을볼때사용 7 이전작업 : 확대나축소이후에다시이전작업화면으로되돌아갈때사용 8 이후작업 : 이전화면으로되돌아간후다시이후작업을재수행할때사용 9 엘리먼트선택 : 엘리먼트선택시사용 10 도형선택 : 도형선택시사용 11 선택취소 : 도형선택을취소할때사용 12 속성 : 속성정보확인시사용 3. 레이어화면 < 그림 4-21> 은시스템화면구성에서좌측화면으로각레이어의목록이나타나는부 분이다. < 그림 4-21> 레이어모습 < 그림 4-21> 에서보는바와같이체크박스를가지고있어서해당레이어의체크를풀어 주면맵에서체크가 off 된레이어는나타나지않는다. 또한, 각레이어의도형이선인지면 - 180 -

인지를보여준다. 레이어를보여주는화면하단에두개의탭이있다. 하나는레이어이고다른하나는목록이다. 레이어는 < 그림 4-21> 과같이각레이어를보여주고목록은서브메뉴중많은목록을가지고있는등우선도나강우분포도를따로관리하기위해만들었다. 그외기본적인정보나설명이있는부분을처리하기위하여목록탭을만들어사용하였다. 4. 맵화면 맵화면은맵을열었을때해당맵이나타나는부분으로 4.2 절에서나온툴바를이용하 여맵을사용할수있다. < 그림 4-22> 은맵을열어서부분확대를한화면이다. < 그림 4-22> 맵사용모습 - 181 -

5. 메뉴별내용 가. 기본정보 기본정보메뉴는크게수자원주제도와유역주제도로나누어진다. 각주제도를조회할수있도록되어있다. 수자원주제도의경우수문관측위치도 ( 우량, 수위, 수질 ), 티센망도, CN분포도, 등우선도, 하천망도, 강우분포도, 하천시설물도, 하천단면도를조회할수있고, 유역주제도의경우유역도, 토양도, 식생도, 토지피복도, 표고분포도, 행정구역도를조회할수있다. < 그림 4-23> 부터 < 그림 4-32> 까지는수자원주제도와유역주제도의각주제도조회결과화면모습이다. < 그림 4-23> 수문관측위치도조회화면 - 182 -

< 그림 4-24> 티센망도조회화면 < 그림 4-25> CN 분포도조회화면 - 183 -

< 그림 4-26> 하천망도조회화면 < 그림 4-27> 하천시설물도조회화면 - 184 -

< 그림 4-28> 토양도조회화면 < 그림 4-29> 식생도조회화면 - 185 -

< 그림 4-30> 토지피복도 (2000 년 ) 조회화면 < 그림 4-31> 표고분포도 (5m) 조회화면 - 186 -

< 그림 4-32> 행정구역도 ( 동 ) 조회화면 나. 홍수실적정보 홍수실적정보에는침수실적도, 홍수피해액, 홍수기시우량, 홍수기시수위, 위성영상을조회할수있다. 침수실적도의경우 < 그림 4-33> 와같이화면조회가가능하며, 홍수피해액은안성천과진위천, 두지역으로나누어정보를검색할수있다. 특히홍수피해액은연도별로조회가가능하며총피해액도조회할수있다. < 그림 4-34> 은진위천과안성천중안성천의피해액을조회해볼수있는화면모습이다. 화면에서년도선택이라고되어있는부분을클릭하여해당년도나합계를선택을하게되면해당년도의피해액을볼수있다. < 그림 4-35> 은 2001년을선택했을때나타나는모습이다. < 그림 4-36> 는 1971년부터 2001년까지의총피해액을검색한결과이다. 진위천도안성천과같이년도별로검색할수있으며총피해액도검색가능하다. - 187 -

< 그림 4-33> 침수실적도조회화면 < 그림 4-34> 안성천피해액조회화면 - 188 -

< 그림 4-35> 2001 년안성천피해현황조회한화면 < 그림 4-36> 안성천유역의홍수피해액합계를조회한화면 - 189 -

시수위나시우량의경우는각시간별로어떻게되는지관측소별로조회가가능하다. 먼저 1998년과 2000년중하나를선택한다음관측소별로검색해볼수있다. 또는모든관측소를검색해서살펴볼수있다. < 그림 4-37> 은홍수기시우량에서 2000년을선택했을때나타나는화면이며 < 그림 4-38> 는관측소중하나를선택하였을때의결과화면모습이다. 홍수기시수위또한 < 그림 4-37> 과 < 그림 4-38> 와같은화면을가지고있으며관측소별로검색이가능하다. < 그림 4-37> 홍수기시우량 (2000 년 ) 화면 < 그림 4-38> 홍수기시우량 (2000 년 ) 관측소조회화면 - 190 -

위성영상은 LANDSAT 위성영상을보여준다. < 그림 4-39> 와같이안성천지역의위성 영상모습을볼수있다. < 그림 4-39> 안성천유역의위성영상조회화면 다. 홍수모의정보 홍수모의정보는빈도별홍수정보와모의모형이있다. 빈도별홍수정보의경우 100 년, 200 년, 500 년으로조회할수있다. 빈도별홍수정보모습은 < 그림 4-40> 부터 < 그림 4-42> 와같다. 각각 100 년, 200 년, 500 년모습을조회한화면이다. - 191 -

< 그림 4-40> 빈도별홍수정보조회화면 (100 년 ) < 그림 4-41> 빈도별홍수정보조회화면 (200 년 ) - 192 -

< 그림 4-42> 빈도별홍수정보조회화면 (500 년 ) 모의모형은 HEC-HMS 와 HEC-RAS 가있다. 모의모형의경우 HEC application 을이용 할수있도록하였다. 실행된모습이 < 그림 4-43> 에나타나있다. < 그림 4-43> 모의모형중 HEC-HMS 실행모습 - 193 -

라. 산사태정보 산사태정보는 Logistic 회귀분석, AHP 기법, New-Grade 기법이있다. 각등급별산사 태위험도를나타내는화면을 < 그림 4-44> ~ < 그림 4-46> 에보여주고있다. < 그림 4-44> Logistic 회귀분석화면 - 194 -