기상 데이터와 수치 모델을 활용한 도심 침수 및 가뭄 등 수재해 대응 기술 개발과 기상 정보의 활용성 고도화 doc_id PCY_201908010325134581_6

건축물 주변이 침수되어 지하공간으로 침수가 확산될 위험성이 있는 경우, 유입구로부터 침수를 차단하는 것이 가장 바람직한 침수대응 방법이다. 본 연구단에서는 침수방지시설을 설치하고 도심지역 침수상황이 해제되는 시간까지 침수를 지속적으로 방지할 수 있는 침수방지시설을 개발하고 있다. 도심지역의 우수처리시설의 설계빈도는 10∼30년이므로 이를 상회하는 설계빈도에 대응할 수 있으며, 하천의 침수로 인하여 제내지가 침수되는 경우 수위가 저감되어 위험성이 감소하기까지의 시간을 목표로 최대 18시간 동안 침수방지성능이 구현될 수 있는 시설을 개발하고 있다. 국내의 기존의 침수방지시설은 외수범람에 의한 도심지역 홍수범람구역의 확장을 제어하고 홍수류를 전환하여 홍수피해를 경감시키는 것을 주목적으로 하고 있다. 건축물 내부로 유입되어 지하공간에서 발생하는 홍수피해 경감을 위한 침수방지시설과 관련된 정량적인 연구사례는 부족하며, 기존에 설치되어 있는 침수방지시설에 대한 성능검증 또한 미흡한 상황이다. 이에 본 연구단에서는 차별화된 침수방지벽을 설계하고 성능검증을 위한 수리실험을 병행하며 기술을 개발하고 있다. 도심지에 내린 강우는 중력에 의해 저지대로 이동하며, 노면을 따라 유하하는 우수는 다양한 경로를 통해 지하로 침투한다. 출입계단을 통해 다량의 빗물이 복합시설로 유입되어 침수 피해가 발생하는 경우 아래층으로 향하는 물이 급류를 형성하여 낮은 수심에서도 매우 빠른 유속이 발생하고, 이에 따라 수압과 운동량이 증가하여 인명피해나 재산손실을 발생시킬 수 있다. 기존의 침수 예측 기술은 하천의 수위상승에 의하여 제방내의 농경지 및 인구밀집지역에 발생하는 범람홍수를 예측하는 기술을 중심으로 개발되었다. 도심지의 경우 과도한 강우량이 우수 관거를 통하여 배제되지 못하여 노면잔류유량에 의한 침수를 예측하는 기술 위주 개발되었다. 이에 본 연구단에서는 건축물 지하공간에서 발생하는 침수현상을 모의할 수 있는 수치모형을 개발하고 테스트베드에 적용하여 침수진행 예측과 정량적 피해 지수의 산정을 수행하고 있다. 다층으로 구성된 지하복합시설에 대하여 3차원 모형을 적용하는 경우 많은 계산자원이 필요하므로, 2차원 해석 기술을 기반으로 다층의 공간에 대한 침수해석을 수행할 수 있는 준 3차원 침수해석모형을 적용하였다. 적용된 모형의 정량적 정확성 검증을 위하여 수리모형실험을 같이 수행하고 있으며, 계산효율 향상을 위한 병렬처리기법의 도입도 모색하고 있다. 이를 위해 기상청으로부터 자동기상관측장비(Automatic Weather System; AWS)의 1분 단위 강우관측자료, 국지예보모델(UM LDAPS) 강우예측자료, 관악산 레이더 원시자료(UF)를 실시간으로 수집하는 체계를 구축하였다. AWS 1분 강우자료로부터 10분 단위 강우분포장과 1시간 단위 자치구별 면적평균 강우량 자료를 생산하였다. 10분 단위 강우분포장은 서울을 포함한 수도권 지역에서 현재 집중호우가 발생하는 지역이 어디인지를 신속하게 파악 할 수 있으며, 1시간 단위 자치구별 면적평균 강우량은 자치구별로 각각 관할 지역 내 발생한 강우량을 정량적으로 파악할 수 있는 정보가 된다. 추가적으로 민간기업인 SK Planet에서 서울시 영역 내에 250개의 우량계를 운영하고 있으며, 본 사업에서는 기상청 강우자료와 결합하여 강우정보를 생산할 수 있도록 개발하였다. 강우예측정보와 관련해서는 국지예보모델의 격자형태 예측자료로부터 자치구 단위 면적평균 강우량을 산정하여 미래 3시간 동안의 예측정보를 제공할 수 있도록 개발하였다. 가뭄은 점진적이고 광범위하게 발생하여 가뭄피해시점과 피해규모를 예상하기가 어렵다. 따라서 기상재해 중에서도 예측에 대한 불확실성이 상대적으로 크고 그 피해규모도 큰 특징을 가지고 있다. 2016년 국토교통부와 K-water에서 발간한 「2015년 가뭄기록조사보고서」에 따르면, 우리나라는 2000∼2015년 동안 전국 또는 지역적으로 10년('00∼'02, '06∼'09, '12∼'15년) 동안 가뭄피해가 발생할 정도로 가뭄이 빈번하게 발생하였다. 2000년에는 전남지역에 평년 강우량의 16∼43%의 강수가 내려 184,411명이 제한급수 대상이 되었으며 연속해서 2001년에는 서울, 경기, 충청, 경북지역에 가뭄피해가 극심하여 86개 시·군, 93,615세대, 304,815명이 제한급수 대상이 되었다. 특히, 2015년에는 2014년부터 가뭄이 지속되어 2015년 11월 1일 기준 평년 대비 전국 평균 강수량이 62%, 중부지방은 45∼54% 수준에 그쳐 전국적으로 가뭄이 극심하게 발생하였다. 시스템에서는 미래에 대한 극한 가뭄상태를 전망하기 위해 현재일 기준 미래 90일의 무강수 조건에서 저수지와 하천의 물수지와 가뭄위험등급을 실시간으로 추정한다. 가뭄은 통상 기상학적, 농업적, 수문학적 가뭄으로 구분을 하고 다양한 가뭄지수(표준강수지수, 표준유량지수, 표준토양수분지수, 파머지수 등)로 표현이 된다. 다만, 현업에서 가뭄에 효율적·실질적으로 대응하기 위해서는 용수수요량에 대한 정량적인 물공급 가능량, 용수 부족량 정보가 필수적이라 할 수 있다. 이러한 가뭄정보를 생산하기 위해 본 시스템에서는 현재일 기준으로 과거 400일에 대해 기상청 AWS와 ASOS 일 단위 관측자료를 이용하여 소유역별 일 단위 면적평균 강수량과 잠재증발산량을 산정하고 미래 90일에 대해서는 무강수 조건과 일별 평균 잠재증발산량을 산정하여 적용하였다. 시계열 기상정보와 TANK 모델을 이용하여 각 소유역과 저수지에 대한 일 유량을 산정한다. 이수계통도 조사를 통해 각 소유역과 저수지에 대한 수요량을 파악하고 물수지 분석을 통해 미래 90일 내 수요량에 대한 공급가능량과 부족량을 산정하도록 시스템을 개발하였다. 기상청에서 제공하는 정보가 수재해 분야에서 어떻게 활용이 가능하며 그 정확도와 활용도가 어느 정도인지를 파악하는 것은 공급자 측면에서 매우 중요하다. 기상청에서도 자체적으로 이에 대한 노력을 하고 있으나 수재해 분야 전반에 대해서 지속적으로 그 활용성을 파악하는 것은 한계가 있을 것이다. 따라서 기상청은 기상정보를 활용하여 실시간으로 수재해 정보를 생산하는 수요기관(정부부처, 학계, 민간기업 등)의 커뮤니티를 활성화하여 지속적으로 수요자의 니즈를 파악하고 기상정보를 고도화하는 선순환 생태계를 조성함으로써 기상정보의 활용성과 가치가 높아지기를 기대한다. 마지막으로 수재해 분야에서 필요한 강한 호우에 대한 정량적인 강우예측정보의 정확도 개선이 지속적으로 이루어지기를 바란다. 기상청은 국민에게 ‘일기예보’로 대표되는 날씨 정보를 제공하는 전문 국가 기관이다. 우리가 일상생활에서 경험하는 날씨의 중요성이 커질수록 ‘일기예보 정확도 향상’은 기상청의 막중한 과제가 되었다. 슈퍼컴퓨터를 도입하고 자체 기상위성을 발사하며, 한국형 수치예보모델을 개발하는 등 일련의 노력들은 모두 ‘예보정확도 향상’ 목표로 귀결된다. 그 결과 현재 기상청의 초단기예보 정확도는 90%를 상회하고 있으며, 우리나라의 기상기술력은 세계 6위로 평가되는 등 기상청은 꾸준히 발전하고 있다. 하지만 기상정보를 활용하는 국민은 시시각각 변화하는 날씨정보를 보다 쉽고 빠르게 그리고 정확하게 제공받길 원하고 있다. 이에 기상청에서는 예보정보와 함께 날씨에 따른 지역별 재해 가능성과 위험도 등을 함께 제공하는 ‘영향예보’를 6월 1일부터 서비스하고 있다. 또한, 미래 사회에 대비하기 위해 4차 산업혁명 시대의 주요 화두인 빅데이터와 인공지능을 활용한 예보정확도 개선에 매진하고 있다.