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J. Korean Soc. Hazard Mitig. > Volume 25(5); 2025 > Article
침수 시뮬레이션 결과를 활용한 하수처리시설의 홍수 취약성 평가 기법 개발

Abstract

Localized heavy rainfall due to climate change has led to the frequent inundation of sewage treatment facilities, consequently causing significant secondary impacts such as water pollution and industrial paralysis. To address this, this study quantitatively reflected the specific characteristics and importance of environmental facilities to develop a more practical flood vulnerability assessment method. The proposed flood vulnerability index consists of a Hazard Index and a Mitigation Index. The former quantifies the risk level based on 1D/2D coupled inundation simulation results, and considers the importance of facilities and the location of key equipment. The latter evaluates structural and non-structural response capabilities through a checklist. A pilot application to the Gwangju Sewage Treatment Plant confirmed that the developed method can derive a quantitative vulnerability score reflecting both physical inundation threats and the facility’s mitigation capacity. This assessment technique is expected to serve as a practical tool for quantitatively diagnosing facility-specific vulnerabilities, thereby supporting preemptive disaster prevention planning and investment prioritization for critical environmental infrastructure.

요지

최근 기후변화로 인한 국지성 집중호우가 빈번해지면서 하수처리시설의 침수 피해가 발생하고 있으며, 이는 수질오염, 산업 기반 마비 등 막대한 2차 피해로 이어지고 있다. 본 연구는 이러한 문제에 대응하여 환경 시설물의 개별 특성과 중요도를 정량적으로 반영함으로써, 더욱 객관적이고 실용적인 평가가 가능한 하수처리시설 홍수 취약성 평가 기법을 개발하는 것을 목표로 하였다. 홍수 취약성 지표는 위험성 지표와 저감성 지표로 구성하였다. 위험성 지표는 1차원/2차원 연계 침수 시뮬레이션 결과를 바탕으로 시설물의 중요도와 핵심 설비의 위치를 고려하여 위험 수준을 정량화하였다. 저감성 지표는 구조적, 비구조적 대응 능력을 점검 목록을 통해 평가하였다. 개발된 평가 기법을 광주하수처리장에 시범 적용한 결과, 물리적인 침수 위협과 시설의 방재 역량을 종합적으로 반영하여 정량적인 취약성 점수를 도출할 수 있음을 확인하였다. 본 연구에서 개발한 평가 체계는 핵심 기반 시설인 환경 시설물의 관리자가 시설의 고유한 취약성을 정량적으로 진단하고, 선제적인 재해 예방 대책 수립과 방재 투자 우선순위 결정을 지원하는 실용적인 도구로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

1. 서 론

1.1 연구 배경 및 필요성

기후변화의 영향으로 전 세계적으로 자연재해의 강도와 빈도가 증가하고 있으며(Tabari, 2020; IPCC, 2021), 특히 우리나라는 여름철에 집중되는 국지성 호우로 인해 매년 막대한 홍수 피해를 겪고 있다(Cha and Lee, 2016; Park and Min, 2017). 행정안전부 재해연보에 따르면 최근 10년간 발생한 자연재해 피해액 중 호우로 인한 피해가 절반 이상을 차지하는 등 홍수는 가장 심각한 사회적 위협 요인 중 하나이다(MOIS, 2023).
이러한 홍수 피해는 주거 및 농경지뿐만 아니라, 국가 핵심 기반시설인 환경기초시설에도 심각한 영향을 미친다. 하수처리장, 폐수처리장 등 환경기초시설이 침수될 경우, 시설 자체의 물리적 손실을 넘어 미처리된 오⋅폐수의 하천 유출로 인한 2차 수질오염, 연계된 산업단지의 가동 중단과 같은 막대한 사회⋅경제적 파급효과를 유발한다(Lee and Lee, 2018; Kim and Kang, 2021). 실제로 2017년 청주, 2011년 광주 등에서 발생한 하수처리장 침수 사례는 환경기초시설 피해가 환경 재난으로 확산될 수 있음을 보여주었다.
이처럼 환경기초시설의 안정적 운영은 국민의 안전과 건강, 그리고 지속가능한 산업 활동에 필수적이다. 따라서 사후 복구 중심의 재난관리 체계에서 벗어나, 잠재적 위험을 사전에 평가하고 선제적으로 대비하는 예방 중심의 패러다임 전환이 시급하다. 기존 홍수 취약성 평가는 주로 광역 단위를 대상으로 하거나 단일 기반시설의 물리적 특성에 초점을 맞춰, 환경기초시설 내 개별 공정의 중요도나 운영적 대응 능력 같은 복합적 요소를 반영하지 못하는 명확한 한계가 있다(Choi, 2019; Park and Lee, 2020).
따라서 본 연구에서는 실제적인 침수 위험과 시설의 방재 역량을 통합적으로 평가할 수 있는 환경기초시설의 홍수 취약성 평가 기법을 개발하고자 한다. 이는 침수 시뮬레이션 결과를 바탕으로 물리적 위험도를 정량화하고, 시설의 구조적⋅비구조적 대응 능력을 점검하여 보다 객관적이고 실효성 있는 취약성 정보를 제공하는 것을 목표로 한다. 이를 통해 한정된 방재 예산의 효율적 분배와 투자 우선순위 결정, 시설 맞춤형 비상대응계획 수립을 지원함으로써 환경기반시설의 체계적인 재해 대응 능력 강화를 위한 기반을 마련할 수 있을 것으로 기대된다.

1.2 연구 목적 및 범위

본 연구의 최종 목적은 침수 시뮬레이션 결과를 활용하여 환경기초시설의 홍수 취약성을 종합적이고 정량적으로 평가할 수 있는 평가 기법을 개발하는 것이다. 이를 달성하기 위한 세부 목표는 다음과 같다.
첫째, 기존 홍수 취약성 평가 연구의 한계를 분석하고, 환경기초시설의 특수성을 반영할 수 있는 평가 체계를 수립하였다.
둘째, 침수 시뮬레이션에 기반한 물리적 ‘위험성’과 시설의 대응 능력을 나타내는 ‘저감성’을 통합하여 평가할 수 있는 구체적인 평가지표를 개발하였다.
셋째, 개발된 평가 기법을 실제 하수처리장에 적용하여 실효성을 검증하고, 결과 해석을 통해 실무적 활용 방안을 제시하였다.
침수 시뮬레이션은 1D/2D 연계 해석이 가능한 모형을 활용하며, 평가에 필요한 자료는 현장조사와 현장조사에서 수집한 자료를 통해 구축하였다.

2. 이론적 배경 및 기존 연구 고찰

2.1 홍수 취약성 평가의 개념

홍수 취약성은 특정 시스템이나 지역이 홍수라는 외부 충격에 얼마나 민감하게 반응하며, 그 피해로부터 얼마나 회복하기 어려운지를 나타내는 내재적 특성을 의미한다(Adger, 2006; Balica et al., 2009; UNISDR, 2009). IPCC (2022)는 취약성을 기후변화의 노출도(Exposure), 민감도(Sensitivity), 그리고 적응능력(Adaptive Capacity)의 함수로 정의하였다.
여기서, 노출도는 특정 지역이나 시스템이 강수량 증가 등 기후변화의 영향에 직접적으로 노출되는 정도를 의미하고, 민감도는 기후 스트레스에 의해 시스템이 긍정적 또는 부정적으로 영향을 받는 정도를 나타내며, 적응능력은 기후변화의 잠재적 피해에 대응하고, 그 결과를 완화하며, 새로운 기회로 전환할 수 있는 시스템의 능력을 말한다.
이러한 개념에 기초하여, 취약성은 일반적으로 ‘노출’과 ‘민감도’가 높을수록, ‘적응능력’이 낮을수록 커지는 것으로 평가된다. 본 연구에서는 IPCC의 개념 체계를 환경기초시설에 맞게 재해석하여, 물리적 침수 위험을 나타내는 ‘위험성’와 피해를 줄일 수 있는 능력을 나타내는 ‘저감성’의 두 가지 핵심 요소로 평가 체계를 단순화하고 구체화하였다.

2.2 취약성 평가 관련 연구 동향

국내에서는 2000년대 이후 홍수 피해 저감을 위해 다양한 취약성 평가 연구가 수행되었다. 국토교통부는 홍수피해잠재능(Potential Flood Damage, PFD), 이상홍수취약성지수(Excess Flood Vulnerability Index, EFVI) 등을 개발하여 치수 사업의 투자 우선순위를 결정하는 데 활용하고자 하였다(MOCT, 2001; KICT, 2009). 행정안전부는 지역안전도 평가의 일환으로 홍수취약성지수 기반 평가 시스템을 구축하여 지자체 단위의 위험관리를 지원하였다(NEMA, 2012). 환경부 역시 기후변화 적응대책 수립을 위해 IPCC 평가 체계를 기반으로 전국 시군구 단위의 부문별(물관리, 재해 등) 취약성 지도를 작성한 바 있다(MOE, 2012).
이들 연구는 주로 광역적인 지역 단위를 대상으로 사회⋅경제적 통계자료와 물리적 지표(저지대 면적, 하천 개수율 등)를 대용변수(Proxy)로 활용하여 상대적인 취약성을 평가하는 방식을 취하고 있다. 이러한 방식은 국가 전체의 거시적인 취약성 경향을 파악하는 데는 유용하지만, 특정 시설물이 가진 고유의 구조적, 기능적 특성을 상세히 반영하기 어렵다는 한계가 있다. 예를 들어, 동일한 침수심이라도 하수처리장 내 변전실이 침수되는 경우와 관리동이 침수되는 경우의 피해 규모와 파급효과는 전혀 다르지만, 기존 평가 방식으로는 이러한 차이를 구분하기 어렵다.
국외에서는 FEMA (미국 연방재난관리청)의 Hazus-MH와 같은 모델을 통해 특정 재해 시나리오에 따른 물리적, 경제적 손실을 예측하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 또한, Chen et al. (2016) 등은 1D/2D 연계 해석 모델을 통해 도시의 이중배수체계(Dual-drainage system)를 정밀하게 모의하여 맨홀 월류에 따른 내수침수 현상을 분석하는 연구를 수행하였다. 이러한 연구들은 물리적 현상에 대한 정교한 시뮬레이션에 강점을 가지지만, 시설 운영자의 대응 능력이나 비상 계획과 같은 비구조적 대책의 효과를 평가에 통합하는 데는 여전히 한계를 보이고 있다.

2.3 기존 연구의 한계

기존 연구를 검토한 결과, 환경기초시설과 같은 특정 대상에 대한 홍수 취약성 평가에는 다음과 같은 한계점을 지닌다.
첫째, 평가의 공간 단위가 광역적이어서 개별 시설물의 고유한 위험 특성을 반영하지 못한다.
둘째, 평가 지표가 대부분 통계 기반의 대용변수로 구성되어, 실제 침수 현상에 따른 물리적 피해 정도를 직접적으로 평가하기 어렵다.
셋째, 방재 매뉴얼, 비상 훈련, 대응 조직 등 시설의 운영적 측면, 즉 비구조적 대응 능력이 평가에 충분히 고려되지 못한다.
이러한 한계를 극복하기 위해 본 연구는 다음과 같은 사항을 고려하였다.
첫째, 평가 대상을 ‘환경기초시설’로 특정하고, 시설 내 공정별, 건물별 특성을 고려하는 미시적 접근을 취한다.
둘째, 1D/2D 연계 침수 시뮬레이션을 통해 예측된 침수심, 유속 등 물리적 데이터를 평가에 직접적으로 활용하여 평가의 객관성과 정확성을 높였다.
셋째, 물리적 위험도(‘위험성 지표’)와 함께 시설의 구조적⋅비구조적 대응 능력(‘저감성 지표’)을 체계적인 점검리스트를 통해 평가하고, 이를 최종 취약성 지수에 통합함으로써 종합적인 평가를 수행하였다.
본 연구를 통해 기존의 거시적⋅통계적 평가 방식에서 벗어나, 개별 환경기초시설의 실질적인 방재 능력 진단과 맞춤형 개선 대책 수립에 직접적으로 활용될 수 있는 실용적인 평가 기법을 제시하고자 하며, 기존 연구와의 차별성은 Table 1과 같다.
Table 1
Comparison of Conventional Flood Vulnerability Assessments and the Method Proposed in This Study
Category Conventional Studies This Study Improvements and Differentiators
Assessment Unit Macro-scale
 ⋅Administrative districts (e.g., city, county)
Micro-scale
 ⋅Individual facilities (e.g., environmental infrastructure)
Shift from macro-scale assessment to micro-scale, precise diagnosis at the facility level
Hazard Analysis Proxy variables based on statistics (e.g., low-lying area, river improvement rate) Results from 1D/2D inundation simulation Objective, quantitative hazard assessment based on actual physical phenomena
Reflection of Facility Characteristics Individual characteristics (e.g., buildings, processes) not reflected Differentiated application of importance by facility/process and physical location of key equipment (underground/above ground) Realistic prediction of ripple effects of damage even under identical inundation conditions
Mitigation Capacity Assessment Non-structural measures not reflected or only qualitatively considered Quantification of structural and non-structural measures based on a checklist Enables systematic diagnosis of a facility’s comprehensive disaster prevention capabilities and identification of areas for improvement

3. 환경기초시설 홍수 취약성 평가 기법 개발

본 연구에서는 환경기초시설의 홍수 취약성을 종합적으로 평가하기 위한 평가지표를 개발하였다. 취약성 평가지표(Flood Vulnerability Capacity Index, FVCI)는 홍수에 대한 방재 역량을 고려한 취약성 지표로서, 물리적 침수 위험도를 나타내는 ‘위험성 지표(Flood Hazard Index, FHI)’와 시설의 방재 역량을 의미하는 ‘저감성 지표(Flood Mitigation Index, FMI)’의 조합으로 구성된다. 최종 취약성 점수는 두 지표에 각각의 가중치를 부여하여 산정하며, 점수가 높을수록 취약성이 높음을 의미한다.
(1)
FVCI=(FHI×0.7)+{(100FMI)×0.3}
여기서, 위험성 지표(FHI)는 재해 발생 시 직접적인 물리적 피해 규모를 결정하는 가장 지배적인 요인으로 판단하여 가중치 0.7을 부여하였으며, 저감성 지표(FMI)는 피해를 경감시키는 중요한 보조 요인으로 고려하여 0.3의 가중치를 적용하였다.

3.1 위험성 지표(FHI) 산정 방법

위험성 지표(FHI)는 환경기초시설이 홍수에 노출되었을 때 발생할 수 있는 잠재적 피해의 크기를 정량화한 값으로, 총 100점 만점으로 산정된다. 이는 단순히 침수 여부만을 판단하는 것을 넘어, 시설 내 공정의 중요도와 핵심 설비의 물리적 위치를 복합적으로 고려하여 위험 수준을 평가한다. 산정 절차는 다음 3단계로 구성된다.

3.1.1 (1단계) 시설 중요도에 따른 위험 등급 분류 및 배점

환경시설 내 다양한 건물과 시설들은 기능과 역할에 따라 중요도가 다르다. 침수 시 전체 시스템에 미치는 파급효과와 복구 비용 등을 고려하여, 시설물을 [고위험], [중위험], [저위험] 3등급으로 분류하고 기본 점수를 차등 배분한다.
  • - 고위험 시설(60점): 침수 시 처리장 전체 기능 마비를 유발하고 복구에 막대한 비용과 시간이 소요되는 시설

  • - 중위험 시설(30점): 핵심 처리 공정을 담당하는 시설로, 침수 시 처리 효율 저하를 유발하지만 기능 대체 또는 부분 운영이 가능한 시설

  • - 저위험 시설(10점): 처리 공정의 보조적 기능을 수행하거나 기능 정지 시 파급효과가 비교적 작은 시설

3.1.2 (2단계) 설비의 설치 위치에 따른 가중치 부여

동일한 시설이라도 핵심 설비(전기 제어반, 펌프 등)가 어디에 설치되었는지에 따라 실제 피해 가능성은 크게 달라진다. 따라서 각 시설별로 핵심 설비의 설치 위치(지하, 1층, 2층 이상)를 확인하고, 이에 따라 위험 가중치를 적용하여 1단계의 기본 점수를 보정한다.
  • - 지하 설치(가중치 1.0): 침수에 가장 취약하며 직접적인 피해 가능성이 매우 높음

  • - 1층 설치(가중치 0.5): 침수심에 따라 피해 가능성이 존재함

  • - 2층 이상 설치(가중치 0.0): 직접적인 침수 피해 가능성이 거의 없음

3.1.3 (3단계) 침수 시뮬레이션 결과 기반 침수 여부 판정

내⋅외수 연계 침수 해석 모델(Lee and Han, 2007)을 이용하여 대상 시설 유역의 침수 시뮬레이션을 수행한다. 시뮬레이션 결과로 도출된 시설별 최대 침수심을 기준으로 실제 침수 여부를 판정한다. 본 연구에서는 전기 설비 안전 기준(Yoon et al., 2016) 및 재해지도 작성기준 등 재난 실무에서 주요 피해 발생 기준으로 통용되는 유효 침수심(MOIS, 2017)을 고려하여, 시설 부지 기준 최대 침수심 30 cm 이상일 경우 해당 시설이 침수된 것으로 간주하였다.
최종 위험성 지표(FHI)는 3단계를 통해 ‘침수’로 판정된 시설들의 보정된 점수를 모두 고려하여 산출한다.

3.2 저감성 지표(FMI) 산정 방법

저감성 지표(FMI)는 홍수 발생 시 피해를 예방하고 대응하는 시설의 종합적인 방재 역량을 평가하는 지표로, 총 100점 만점으로 산정된다. 점수가 높을수록 저감 능력이 우수하며, 취약성이 낮아짐을 의미한다. FMI는 크게 ‘비구조적 대책’과 ‘구조적 대책’으로 구분하여 평가한다.
(2)
FMI=(비구조적 대책)+(구조적 대책)

3.2.1 비구조적 대책 평가

비구조적 대책은 시설물의 물리적 개선 없이 재난관리 역량을 강화하는 활동을 의미하며, 재난대응매뉴얼과 훈련 및 자원 관리로 나누어 구성하였다.
3.2.1.1 침수 대비/대응 매뉴얼(40점)
체계적인 비상대응의 근간이 되는 매뉴얼의 충실도를 평가한다. 환경기초시설별 작성된 매뉴얼을 분석하여 8개 항목을 도출하였고, 이들 항목의 포함 여부를 확인한다. 기본점수 40점에서 각 항목이 수립될 때마다 5점씩 낮아진다.
[침수 대비/대응 매뉴얼 구성 평가 8개 항목]
  • • 비상관리 조직체계 및 업무분장 작성

  • • 침수대비 직원별/반별 행동요령(조치계획, 대책 등) 작성

  • • 비상근무체계 수립

  • • 침수대비 시설별 점검방법(점검주기, 점검사항, 점검요령 등) 작성

  • • 침수대비 시설별 유지관리 방법 작성

  • • 침수 발생시 대피요령 및 대피지도 작성

  • • 침수대비 교육 및 훈련 대책 수립

  • • 내⋅외부 연락체계(비상연락망, 보고체계도 등) 구축

3.2.1.2 훈련 및 자원관리(40점)
매뉴얼의 실효성을 담보하기 위한 실행 역량을 평가하기 위함이며, 훈련 현황과 자원 관리로 구성된다.
• 훈련 현황(20점): 당해 연도 침수 대비 모의 훈련을 실시한 경우 20점, 침수 훈련은 아니지만 재난 훈련 실시(정전대비 훈련 등)한 경우 10점, 미실시 한 경우 0점을 부여한다.
• 자원 관리(20점): 자재, 장비 등 재난관리자원 현황 목록화 및 현행화(전년도 12월 31일 기준) 한 경우 20점, 목록화는 되어 있으나 현행화가 미흡할 경우 10점, 자원 관리가 이루어지지 않은 경우 0점을 부여한다.

3.2.2 구조적 대책 평가

구조적 대책은 침수 피해를 물리적으로 막거나 줄이기 위한 시설 및 설비의 확보 수준을 평가한다.
  • • 유수 차단시설 설치 여부(5점): 건물 주변 침투측구, 빗물받이 등 유수 차단시설의 설치 여부를 시설 중요도에 따라 평가한다.

  • • 저류 및 배수펌프시설 설치 여부(5점): 침수 저감을 위한 저류지(유수지)와 배수펌프시설의 설치 여부를 평가한다.

  • • 시설별 출입구 높이 30 cm 이상 확보 여부(5점): 시설별 침수방지를 위한 출입구 높이가 30 cm 이상 확보되지 않을 경우 5점을 부여한다. 단, 차수판 등 침수방지시설이 설치되어 있을 시 30 cm 이상 높이를 확보한 것으로 간주한다.

  • • 모니터링 설비 설치 여부(5점): 초기 대응에 중요한 침사지 등 주요 지점의 수위계 또는 CCTV 설치 여부를 평가한다.

이상의 평가 항목과 배점 기준은 현장조사와 전문가 의견수렴을 통해 환경기초시설의 특성을 최대한 반영하여 설정하였으며, 각 시설에서는 본 체크리스트를 통해 자체적인 방재 역량을 진단하고 보완점을 도출할 수 있다.

4. 평가 기법 적용 및 결과

개발된 환경기초시설 홍수 취약성 평가 기법의 실효성을 검증하기 위해, 과거 실제 침수 피해 이력이 있는 경기도 광주하수처리장을 대상 시설로 선정하여 평가를 수행하였다.

4.1 대상 시설 및 자료 구축

광주하수처리장은 경안천과 곤지암천의 합류부에 위치하여 지형적으로 외수 범람에 취약한 특성을 가지고 있으며, 2011년 7월 집중호우로 인해 처리장 대부분이 침수되는 큰 피해를 입었다.
  • - 시설물 현황 구축: 처리 공정도와 시설 배치도를 바탕으로 변전실, 침사지 및 유입펌프동, 1차/2차 침전지, 총인처리시설, 탈수기동, 관리동 등 12개 주요 시설을 평가 대상으로 식별하였다.

  • - 침수 시나리오: 2011년 침수를 유발했던 실제 강우 사상과 하천 수위 데이터를 기반으로 100년, 200년 빈도의 확률강우 시나리오를 구성하고, 제방 월류 및 파제 조건을 조합하여 침수 해석을 수행하였다.

  • - 저감 능력 자료: 현장조사와 현장조사에서 수집한 자료, 인터뷰 등을 통해 비상대응 매뉴얼, 구조적 저감시설(유수차단시설, 저류지 등) 보유 현황, 훈련 및 자원관리 실태 등을 파악하였다.

4.2 위험성 지표(FHI) 평가 결과

200년 빈도 강우 및 제방월류, 제방 파제 조건을 가정한 최악 시나리오에 대한 침수 시뮬레이션 결과를 바탕으로 위험성 지표를 산정하였다. Fig. 1은 침수 시뮬레이션 결과에 의한 침수심을 나타내며, 변전실을 포함한 많은 시설에서 침수가 발생하는 것으로 예측되었다.
Fig. 1
Simulated Flood Depth Map
kosham-2025-25-5-269-g001.jpg

4.2.1 1단계(위험 등급 분류)

침수 시 전체 시스템에 미치는 파급효과와 복구 비용 등을 고려하여, 시설물을 [고위험], [중위험], [저위험]으로 다음과 같이 분류하였다.
  • - 고위험 시설 : 변전실, 생물여과지

  • - 중위험 시설 : 침사지 및 유입펌프동, 1차침전지, 혐기조 및 무산소조, 2차침전지, 방류펌프장, 배양조

  • - 저위험 시설 : 관리동, 사무실 및 실험실, 탈수기동, 분뇨처리장

4.2.2 2단계(설비의 설치 위치 가중치 적용)

현장조사를 통해 시설별 핵심 설비(기계설비 등) 위치를 확인한 결과, 변전실, 침사지 등 대부분의 시설에서 핵심 설비가 1층에 위치하여 가중치 0.5가 적용되었고, 지하에 설비가 위치한 탈수기동 등은 가중치 1.0이 적용되었다.

4.2.3 3단계(침수 여부 판정 및 FHI 산정)

시뮬레이션 결과, 평가 대상 12개 시설 중 7개 시설에서 침수(침수심 > 30 cm)되는 것으로 판정되었고, ‘침수’된 시설들의 보정 점수를 모두 합산한 최종 위험성 지표(FHI)는 58.8점으로 산정되었다(Table 2).
Table 2
Assessment and Summation of the Flood Hazard Index (FHI)
Facility Name Risk Level Ratio Basement Ele. (m) Flood Depth (m) FHI
Substation High (60) (18) × 36.67 0.303 8.82
Biofiltration Basin High (60) (18) 36.423 0.607 17.65
Grit Chamber & Inlet Ramp Medium (30) (9) 36.387 0.643 8.82
Primary Settling Tank Medium (30) (9) × 38.258 0 0.00
Anaerobic & Anoxic Tank Medium (30) (9) × 38.313 0 0.00
Secondary Settling Tank Medium (30) (9) × 38.369 0 0.00
Effluent Pump Station Medium (30) (9) 36.534 0.496 8.82
Culture Tank Medium (30) (9) 36.621 0.409 8.82
Management Building Low (10) (3) 36.447 0.583 2.94
Office & Laboratory Low (10) (3) 56.776 0.267 0.00
Dehydrator Building Low (10) (3) 36.767 0.237 0.00
Night Soil Treatment Plant Low (10) (3) 36.576 0.429 2.94
Total (340) (100) 58.80

4.3 저감성 지표(FMI) 평가 결과

광주하수처리장의 현장조사 및 자료수집을 통해 저감성 지표(FMI)를 평가하였다.

4.3.1 비구조적 대책

4.3.1.1 침수 대비/대응 매뉴얼
총 8개의 항목 중 침수 대비 점검주기, 점검사항, 점검요령과 같은 ‘시설별 점검방법’과 “침수대비 시설별 유지관리 방법” 등 2개 항목이 구체적으로 명시되지 않아 침수 대비/대응 매뉴얼 점수는 30점(= 40점 - 5 × 2)으로 평가되었다.
4.3.1.2 훈련 및 자원관리
정전 대비 훈련은 실시하고 있으나 침수 대비 훈련 실적은 없어 10점을 부여하였고, 자원관리와 관련해서는 양수기 등 주요 장비에 대해서 자체 보유 현황 및 긴급 지원요청 사업소에 대해 현행화가 이루어지지 않아 10점을 부여하여 총 20점으로 평가되었다.

4.3.2 구조적 대책

4.3.2.1 유수 차단시설
2011년 침수 이후 제방 보강 및 홍수방어벽이 설치되어 5점으로 평가하였다.
4.3.2.2 저류 및 배수시설
인근 배수펌프장이 운영되고 있어 저류 및 배수시설 점수는 5점으로 평가되었다.
4.3.2.3 시설별 출입구 높이 30 cm 이상 확보 여부
12개 시설 중 2곳의 출입구가 30 cm 미만으로 4점(= 5점 × (10 ÷ 12))으로 평가되었다.
4.3.2.4 모니터링 설비
주요지점별 CCTV가 설치되어 있으며, 하수처리장으로의 수위계 및 유량계가 설치되어 있어 5점으로 평가되었다.

4.4 최종 홍수 취약성 평가 결과

산정된 위험도 지표(FHI)와 저감성 지표(FMI)를 Eq. (1)에 대입하여 광주하수처리장의 최종 홍수취약성 점수(FVCI)를 산출하였다.
(3)
FVCI=(58.8×0.7)+{(10069.0)×0.3)=50.46
최종 취약성 점수는 50.46점으로, 중간 수준의 취약성을 보이는 것으로 평가되었다. 이는 200년 빈도의 극한 강우 시 월류 및 제방이 파제될 경우, 변전실을 포함한 대부분의 시설이 침수될 높은 물리적 ‘위험도’(FHI: 48.3점)을 내포하고 있음을 의미한다. 동시에 2011년 침수 이후 제방 보강 등 일부 구조적 대책이 마련되었으나, 매뉴얼의 구체성 부족 및 종합 훈련 미비 등 ‘저감성’(FMI: 69점) 측면에서 여전히 개선의 여지가 많다는 것을 시사한다. 이 결과는 향후 광주하수처리장의 방재 계획 수립 시, 매뉴얼 현행화, 핵심 시설 주변의 추가적인 방호벽 설치, 종합적인 비상 대응 훈련 강화 등의 구체적인 개선 방향을 설정하는 데 중요한 근거 자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

5. 결 론

5.1 연구 요약

본 연구는 기후변화로 인해 증가하는 홍수 위험에 대응하여, 국가 핵심 기반시설인 환경기초시설의 취약성을 보다 정량적 분석에 기반한 구체적인 평가 기법을 개발하고 그 적용성을 검증하였다.
기존의 광역적, 통계적 평가 방법의 한계를 극복하기 위해, 본 연구에서는 1D/2D 연계 침수 시뮬레이션 결과를 직접 활용하여 물리적 침수 위험도를 산정하는 ‘위험성 지표(FHI)’와, 시설의 구조적⋅비구조적 방재 역량을 진단하는 ‘저감성 지표(FMI)’를 결합한 ‘환경기초시설 홍수취약성 점검지표(FVCI)’를 개발하였다. 위험도 지표는 시설의 중요도와 핵심 설비의 위치 등 내부 특성을 반영하여 피해의 파급효과를 고려하였고, 저감성 지표는 체계적인 점검리스트를 통해 구체적인 개선점을 도출할 수 있도록 설계되었다.
개발된 평가 기법을 과거 침수 피해 이력이 있는 광주하수처리장에 적용한 결과, 200년 빈도의 월류 및 제방 파제 시나리오에서 54.81점이라는 정량적인 취약성 점수를 도출하였다. 이는 높은 물리적 위험도와 보통 수준의 저감 능력을 종합적으로 반영한 결과로, 향후 방재 투자 우선순위 결정과 맞춤형 저감 대책(예: 매뉴얼 구체화, 핵심 설비 방호 강화) 수립에 실질적인 근거를 제공할 수 있음을 보여주었다.
본 연구의 가장 큰 의의는 거시적 평가에서 벗어나 개별 ‘시설물’ 단위의 종합적인 취약성 평가 방법론적 프레임워크를 제시했다는 점에 있다. 특히, 수치 모델링에 기반한 물리적 위험도(‘위험성 지표’)와 시설의 구조적⋅비구조적 대응 역량(‘저감성 지표’)이라는 정성적 요소를 정량적 지표로 통합함으로써, 과학적 근거에 기반한 재난관리 도구를 마련하였다. 본 연구에서 제안한 평가 기법은 개별 환경기초시설 관리자가 시설의 방재 취약점을 객관적으로 진단하고, 한정된 예산 안에서 방재 투자 우선순위를 결정하며, 맞춤형 비상대응계획을 수립하는 데 근거 자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

5.2 한계 및 향후 연구 과제

본 연구는 다음과 같은 한계점을 가지며, 이를 보완하기 위한 후속 연구가 필요하다.
첫째, 평가 결과가 침수 시뮬레이션의 정확도에 크게 의존한다. 따라서 향후 다양한 수문 시나리오와 정밀한 지형자료를 활용하여 시뮬레이션의 신뢰도를 지속적으로 제고할 필요가 있다.
둘째, 본 연구에서는 하수처리장을 대상으로 평가 기법을 개발하고 적용하였으나, 처리공법, 폐수처리장 등 다른 유형의 환경기초시설은 공정의 특성과 위험 요소가 다를 수 있다. 따라서 시설 유형별 특성을 반영하여 평가지표를 세분화하고 고도화하는 연구가 요구된다.
셋째, 지표 산정에 사용된 가중치와 배점은 현장조사 인터뷰와 전문가 의견수렴을 바탕으로 하였으나, 보다 객관적인 기준을 마련하기 위해 AHP (Analytic Hierarchy Process) 분석 등 통계적 기법을 적용하여 가중치를 검증하고 최적화하는 과정이 필요하다.
향후 이러한 점들을 보완하고 더 많은 적용 사례를 축적함으로써, 본 연구에서 개발된 평가 기법이 환경기초시설의 홍수 대응 능력을 실질적으로 강화하는 데 더욱 효과적으로 기여할 수 있을 것으로 기대한다.

감사의 글

This work was supported by Korea Environment Industry & Technology Institute (KEITI) through Environmental R&D Project on the Disaster Prevention of Environmental Facilities Program (or Project), funded by Korea Ministry of Environment (MOE) (2019002850006).

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