최근 2013년 필리핀의 태풍 하이옌과 같은 태풍풍속 5등급(260km/h)을 넘어서는 슈퍼태풍의 발생 등 대규모 인명피해 및 재산피해를 유발하는 자연재해에 대한 사회적 관심이 집중되고 있다. 국내의 경우 강수량과 강우강도는 최근 10년 동안 약 20%가 증가되었으며, 2011년 7월 26일에서 28일 동안 서울시의 누적강수량은 595 mm로 평년 연강수량의 41%에 해당하는 집중호우가 발생하였다. 또한 2002년 태풍 루사, 2003년 태풍 매미, 2012년 태풍 볼라벤 등에 의해 최소 1조490억에서 최대 5조 1,479억원의 직접손실이 발생하여 국가적 재난의 규모가 점차 증가하고 있음을 직접적으로 시사하고 있다. 이처럼 최근 전 세계적인 기후변화로 인하여 호우에 의한 대규모 피해가 발생함에 따라 점차 다양해지고 대형화되는 풍수해에 의한 재난피해를 저감시키고 국가차원에서 풍수해에 의한 실질적 피해규모 산정을 통해 예방-대비-대응-복구로 구성되는 방재정책 수립의 중요성이 대두되고 있는 실정이다. 풍수해피해예측 관련 연구사례의 경우 미국은 연방위기관리청(FEMA, Federal Emergency Management Agency)에서 재난에 대한 보험요율 산정과 국가 재난정책 수립을 지원하는 시스템인 HAZUS-MH를 개발하여 중앙 및 각 주에서 활용 중에 있다. 또한, 네덜란드는 HIS-SSM(HIS: High-water Information System, SSM: Damage and Casualty Module)시스템을 개발하여 홍수로 인한 직접·간접의 손상과 손실에 대한 분석(Egorova et al., 2008)을 하고 있으며, 분석 결과를 국가 및 지역에 대한 재난의사결정을 위한 정보로 활용하고 있다(Bubeck, 2007; Egorova et al., 2008; Meyer & Messner,2005). 영국의 ESTDAM(Multi-Colored Manual)은 홍수위험연구센터(FHRC, Flood Hazard Research Centre)에 의해 개발된 시스템으로 각 피해목적물별 침수면적 및 침수심을 바탕으로 홍수 피해액을 산정하여 중앙정부에서 홍수피해평가에 활용하고 있다(Karamahmut, U., 2006). 양동민(2008) 등은 기상특보현황과 유량곡선 등 실시간자료 기반의 홍수범람피해예측을 통한 풍수해피해예측시스템의 프로토타입을 제시하였으며, 이창희(2015) 등은 HAZUS-MH 모형을 대상으로 한국형 재난손실 추정에 활용 가능한 피해목적물을 분석하였다. 현재 국내 방재정책 수립 시「자연재해대책법시행규칙」제7조에 근거하여 풍수해피해예측시스템을 구축 및 운영하도록 규정하였으며 이에 따라 다부처 공동 활용사업의 일환으로 풍수해피해예측시스템 개발사업이 시작되어 진행 중에 있다. 소방방재청(2007, 현 국민안전처)은 풍수해피해예측시스템 구축 방안 연구를 통해 풍수해피해예측 대상을 도출하고 국민생활기반 시설물 및 공공 시설물의 데이터베이스를 설계하였다. 또한 국민안전처(2015)는 자연재해통계방식 프레임워크 재구축을 위한 연구에서 국내외 재해정보 및 통계방식의 문제점을 분석하고 정보의 활용도 및 질적 수준을 검토·평가하여 자연재해정보의 활용도 향상을 위한 개선방향을 제시하였다. 하지만 자연재해 손실함수 및 피해규모 추정 기술 미비로 인하여 직·간접적인 피해규모 산정 및 예측기술의 개발이 어려우며 이를 지원하기 위한 시스템 개발 연구 또한 초기단계 수준이다. 또한 선진국에서는 간접피해까지 고려한 피해규모를 산정하여 예방·복구 및 재해 보험 등에 활용 하고있지만 국내의 경우 재해통계자료의 부족으로 피해통계구축대상이 주로 공공시설에 한정되어 있으며 국가가 관리하는 복구비 지원 항목만을 대상으로 피해규모를 산정하고 있는 실정이다. 이처럼 국내의 경우 방재정책수립을 위한 제도적 장치는 마련되었으나 새로운 통계프레임 구축에 대한 한계점을 내포하고 있다. 따라서, 실질적인 재난대응 단계별 의사결정지원에 활용이 가능한 풍수해 예측 및 피해액 산정 시스템이 필요한 실정이며 이에 본 연구에서는 국외 사례조사를 통하여 시사점을 도출하고 국내실정에 맞는 풍수해피해예측시스템의 개발전략을 수립하고자 한다.

본 연구는 국내 실정에 맞는 풍수해피해예측시스템 프레임워크를 제시하는데 그 목적이 있으며, 연구절차는 Fig. 1과 같다. 먼저 국외의 풍수해피해예측시스템을 대상으로 피해목적물 항목과 피해함수, 자산가치와 각 시스템의 분석항목, 분석조건, 분석방법 및 업데이트 방안에 대한 비교·분석을 수행하여 시사점을 도출하였다. 도출내용을 바탕으로 국내 풍수해피해예측시스템 개발을 위한 전략을 수립하고 향후 시스템 개발 후 활용방안을 제시하고자 한다.

풍수해피해예측시스템의 개발방향 및 시사점 도출을 위해 국외에서 개발된 관련 시스템을 조사하여 비교·분석하였다. 조사 대상 시스템은 6개국의 7개 모형으로 Laura Sterna(2012)의 홍수피해평가 모형을 이용한 불확실성 및 민감도 분석에 대한 연구를 참고하여 미국의 HAZUS-MH, 네덜란드의HIS-SSM, 영국의 ESTDAM, 체코의 Czech Methods, 독일의 FLEMOps(Flood Loss Estimation Model for the private sector)와 FLEMOcs(Flood Loss Estimation Model for the commercial sector), 벨기에의 Integrated Damage Evaluation의 풍수해피해예측 모형으로 선정하였다. 7개의 시스템 중 미국(HAZUS-MH), 영국(ESTDAM), 네덜란드(HIS-SSM)의 경우 풍수해 피해산정을 위한 시스템(GIS 등 소프트웨어)을 동시에 운영하고 있다. 각 나라의 시스템은 공통적으로 피해함수를 이용하여 피해액을 추정하였으며, 풍수해피해예측 시스템의 주요 특징을 Table 1과 같이 피해목적물 항목과 피해함수, 자산가치로 분류하여 분석하였다.

미국의 HAZUS-MH는 주거/비주거 건물, 인프라시설, 자동차, 농업, 대피소 수요 등의 피해목적물을 대상으로 한다. 피해함수의 경우 유속기반 건물 붕괴곡선과 FIA(신뢰-가중치함수)함수에 의해 개발된 침수심-피해 함수를 사용하며, 자산가치는 피트(ft)당 건물교체비용과 센서스블록 내의 건물바닥크기를 곱하여 추정하며 감가상각비용은 구조물 상태, 나이, 건물 비용 등을 고려한다. 네덜란드의 Standard Method는 피해목적물을 주거/비주거 건물, 가축, 인프라, 여가, 교통방해, 인명피해 등을 고려한다. 시나리오 기반의 빈도별 11개의 침수심-피해 함수를 사용하고 자산가치 산정에는 공식적인 통계 및 보험가액을 활용하며 주거 건물, 침수, 침수에 의한 유속, 태풍에 의한 파도 등을 고려한다. 영국의 Multi-Colored Manual은 직접유형과 간접유형, 유형손실과 무형손실로 구분하여 피해목적물을 보유하고 있으며 자산가치는 홍수 전후 피해항목의 가치차이에 의해 직접 피해 손상 규정, 복구비용 및 감가상각 등을 고려한다. 체코 Czech Methods는 국가-지역-지방 순으로 분석을 수행하며 피해목적물은 직접유형과 간접유형, 무형유형으로 구분하여 보유하고 있다. 5개 건축물유형에 대한 200개의 세부 피해목적물별 피해함수를 사용하며 자산가치는 건축비와 영향 받는 각층의 높이에 의해 산출되는 건축물의 가치를 고려한다. 독일 FLEMOps와 FLEMOcs는 피해목적물 항목에 따라 주거건물과 상업건물로 구분할 수 있으며, 경험적 기반의 피해함수를 사용한다. 자산가치 추정은 FLEMOps의 경우 중규모와 소규모로 구분하여 산정하며 FLEMOcs는 손실비율과 자산의 화폐가치를 곱하여 산정한다. 벨기에 Integrated Damage Evaluation Method는 주거 및 비주거 직접 유형 피해를 대상으로 하며 피해함수는 독일FLEMO의 피해함수를 사용한다. 자산가치는 토지대장을 통해 모든 사유 재산 및 물건의 가치에 관한 정보를 제공하지만, 일부 오래된 자료로 인해 제공되는 자료의 정확성은 상대적으로 낮은 편이다.

해외 풍수해피해예측시스템 현황을 분석한 결과 기술적 측면에서 피해함수나 피해목적물, 공간범위, DB 등에 한계가 나타났다. 네덜란드(Standard Method)의 경우 전문가 판단 및 과거 자료를 기반으로 하는 피해함수의 불확실성이 존재하며, 영국(Multi-Colored Manual)은 침수심-피해 데이터의 갱신주기가 자산가치의 변화주기를 따라가지 못하는 한계가 있다. 독일(FLEMOps)은 소규모 단위 수위가 높은 경우 건물의 손상을 정확히 추정하는데 어려움이 있으며 중규모 단위는 손실모형의 오류가 많아 다른 지역의 적용이 제한적인 것으로 분석되었다. 반면, 미국의 HAZUS-MH는 다른 시스템에 비해 다양한 피해목적물의 항목별 피해함수 및 직·간접 피해산정 방법론을 제시하며 1992년부터 현재에 이르기까지 오랜 개발기간을 거쳐 통계자료가 세부적·체계적으로 구축되어있다. 또한, 물리적/사회·경제적 피해규모와 피해액을 예측하여 예방 및 복구업무에 활용이 가능한 것으로 분석되었다.

풍수해피해예측시스템의 개발전략수립을 위해 소프트웨어로 개발된 미국의 HAZUS-MH와 네덜란드의 HIS-SSM, 영국의 ESTDAM을 대상으로 국내 피해예측시스템에 활용을 위한 적용성을 분석하였다. 앞 절에서 소개한 7개의 시스템 중 독일의 FLEMOps, FLEMOcs와 벨기에의 Integrated Damage Evaluation는 순수하게 각 나라의 경험을 토대로 개발된 시스템이며, Czech의 Czech Method는 별도의 소프트웨어 툴이 없어 기능 도출 선정에는 제외하였다. 각 시스템의 특징을 피해분석항목, 분석조건설정, 업데이트(유지관리)로 분류하여 분석을 수행하였다. 적용성 분석 결과는 Table 2와 같으며 미국, 네덜란드, 영국의 시스템 모두 직접·간접피해를 고려하여 피해규모와 피해액을 산정하고 네덜란드와 영국의 경우 각 나라의 여건에 맞추어 영업손실, 무형손실 등을 고려하고 있다. 피해분석을 위한 조건설정은 분석에 대한 세부항목 및 매개변수 설정이 3개 시스템 모두 유사하지만 미국의HAZUS-MH는 시나리오 설정이 가능하여 다양한 조건 설정이 가능하도록 되어있다. 이 밖의 HAZUS-MH는 CDMS(CDMS, Comprehensive Database Management System)를 이용하여 피해목적물 및 함수 자동 업데이트가 가능한 것으로 분석되었다.

현재 미국의 HAZUS-MH는 시나리오 기반의 피해예측을 대상으로 재난상황에 대해 대부분 예방업무에 지원을 하고 있다. 하지만 건축물 구조에 따른 피해목적물의 분류체계 차이 뿐만 아니라 강우패턴과 재난 유형, 피해 규모 등 재난발생 메커니즘의 차이로 인해 미국의 피해목적물과 피해함수를 국내에 그대로 적용하기에는 한계점이 있는 것으로 분석되었다. 또한 현재 국내에서 사용하고 있는 다차원법의 경우 일본의 피해율 자료를 기반으로 하여 일반자산 5종의 피해함수와 7종 사유시설 함수에 계수를 적용하여 총 12개 시설을 대상으로 직접 피해만 추정하고 있는 실정이다. 이처럼 일본시설물 및 피해특성에 기반한 피해함수를 사용하고 있어 실손 피해산정에 한계가 있으며 피해목적물의 데이터베이스 구축 또한 미흡한 상태이다. 따라서 집중호우로 인한 호우피해가 주를 이루는 국내 재난특성을 고려할 필요가 있으며 새주소관리시스템과 세움터(건축행정정보시스템)의 건물 구조별 전산화 데이터베이스를 활용한 피해목적물의 추가 구축이 필요하다고 판단된다.

해외사례분석을 통해 도출된 시스템의 개발방향을 정리해보면 국내 풍수해 재난 위기관리 표준매뉴얼 업무를 고려한 각 재난대응단계에 업무지원이 가능한 시스템 개발이 필요하다. 이를 위해서는 신속한 분석을 위한 단기간 예측을 통해 실시간으로 피해예측이 가능하도록 대응/대비차원에서의 업무지원과 건축대책, 방재시설 설치효과 등 다양한 조건을 바탕으로 예방차원에서의 업무지원 기능을 고려한 시스템 개발전략 수립이 필요하다. 또한, 재해연보 중심의 피해함수 추정에서 간접피해와 직접피해를 고려하기 위한 피해목적물 항목의 추가가 필요하고 빈도별 강우 시나리오 기반의 피해액 예측뿐만 아니라 실시간 관측자료를 활용하여 피해예상지역 분석이 가능한 풍수해피해예측시스템 개발전략 수립이 필요하다고 판단된다.

시나리오 피해예측에 사용되는 입력자료인 피해목적물은 Table 3과 같이 총 62개의 목록을 도출하였다. 피해목적물은일반자산과 공공자산으로 분류되며 일반자산의 경우 일반건물, 차량, 농작물/농경지, 인명손실로 구분하고 공공자산은 공공건물, 하천시설, 교통시설, 라이프라인으로 구성된다. 기본적인 분류체계는 HAZUS-MH의 피해목적물을 토대로 작성하였으며, 국내의 DB 제공관련 시스템, 재해연보, 소관부처별 관련 수립지침, 국가관리시설 등 다양한 자료를 분석하여 국내 실정에 맞는 항목을 도출하였다. 또한 직접피해 뿐만 아니라 간접피해까지 고려하기 위하여 간접피해대상을 일반자산과 공공자산에 분류하였다. 일반자산의 경우 건축행정시스템, 새주소관리시스템, 통계지리정보서비스, 인구주택총조사, 전국사업체조사, 도로명전자지도에서 제공 중인 자료를 비교하여 상대적으로 국내 실정을 잘 표현한 도로명전자지도 상의 건물용도를 기준으로 주거건물과 비주거건물로 분류하였다. 다음으로 HAZUS-MH의 분류체계를 토대로 국내에 해당하는 피해목적물을 분류하여 최종적으로 차량, 농작물/농경지, 인명손실, 간접피해대상을 분류하였다. 공공자산의 경우에도HAZUS-MH의 피해목적물을 기반으로 분류하였으며, 재해연보의 피해목적물을 조사하여 도로, 하천, 소하천, 수도, 항만, 어항, 학교, 철도, 수리, 사방, 군시설, 소규모, 기타의 13가지 세부항목으로 구분하였다. 이후 국민안전처, 교육부, 국토부, 농림수산부, 안행부, 산림청, 환경부, 문화재청 등 소관부처별관련 수립지침 내 피해목적물과 국가·지방관리시설의 복구비용 산정에 사용되는 국가관리시설을 조사하여 피해목적물을 보완 및 수정하였다. 또한 새주소 시스템 데이터베이스, 건축법 내 용도별 건축물 종류에 대한 국내 데이터베이스 현황을 파악하여 최종적으로 공공건물, 하천시설, 교통시설, 라이프라인, 간접피해대상으로 분류하였다.

시나리오 침수피해액 추정 방법에는 공통적으로 손실·손상함수를 적용한다. 손실·손상함수는 다양한 피해목적물(인벤토리)에 대한 물리적 손상률과 자산가치의 손실률을 고려한 직접/간접 피해액을 추정하는 방법이다. Table 3에서 도출된 인벤토리와 손실·손상함수를 활용한 실시간/시나리오 침수피해액 추정 절차는 Fig. 3과 같다. 빈도별 침수예상지도와 사용자설정, 과거재해 사상 적용, 건축대책 수정 등의 빈도 외 조건별 침수예상지도를 활용하여 침수예상지도의 침수심과 침수면적을 분석한다. 다음으로 피해목적물(인벤토리)에 손실·손상함수 적용을 위해 침수심에 따른 손상율과 손실율을 곱한 값에 재구입비 대비 감가된 가치의 비율을 의미하는 감가상각율을 고려한 피해목적물별 자산가치를 곱하여 피해목적물별 침수/유실피해액을 추정한다.

실시간 피해예측을 통한 실시간 침수예상지도 작성 흐름은 Fig. 4와 같으며 예측강우의 경우 기상청에서 12시간 단위로 제공하는 표준유역단위의 면적강우량을 활용한다. 예측강우가 업데이트되면 1시간, 3시간, 6시간 후 예측지도를 실시간으로 작성하고 침수예상지역의 침수심과 침수면적 정보를 제공한다. 이러한 실시간 위험지역 예측을 통해 지역별 침수예상지도를 확인하고 강우 시 피해가 우려되는 지역에 피해예측정보 알림서비스를 지원하여 재난대응체계의 대응업무에 효율적으로 기여할 수 있으며, 재난 발생 시 대응 기관에게 피해예상 지역에 긴급대피 업무를 지원하고 재난관련기관에게 침수예상지도 제공과 실시간 지역별 피해추정에 활용될 것으로 판단된다.

시나리오 기반의 피해예측을 통한 침수예상지도 작성 및 피해액 추정 흐름은 Fig. 5와 같으며 내수(5년, 10년, 30년), 외수(50년, 80년, 100년)를 고려한 빈도별 침수예상지도와 빈도외 건축구조 및 대책, 방재시설, 빈도별 사용자 강우조건 등 다양한 조건에 대한 침수예상지도를 작성한다. 작성된 침수예상지도에서 피해목적물에 대한 침수심과 침수면적을 분석하고 손실·손상함수를 적용하여 빈도별 피해예측과 빈도 외 조건별 침수피해액을 예측할 수 있다. 빈도별 피해예측은 목표빈도별 직접/간접 침수피해액을 추정하고 빈도외 조건별 피해예측은 강우조건별 직접/간접 침수피해액, 건축구조/대책을 고려한 침수피해액, 과거재해 사상 적용을 통한 침수피해액을 추정한다. 시나리오 기반의 피해예측을 통해 목표빈도를 고려한 예방정책과 복구계획 수립이 가능하고 저류지, 펌프장 등의 방재시설 설치의 타당성 검토 및 과거 대규모 피해사상 적용을 통한 기 피해지역·신규 피해지역에 대한 예방·복구계획수립에 활용할 수 있다.

국외 풍수해 피해예측 운영사례 분석을 통해 국내 풍수해피해예측시스템의 프레임워크를 구축하였으며 향후 시스템이 개발된다면 재난대응단계의 대응단계에서는 실시간 피해예측을 통해 재난 발생 시 긴급대피 지원 및 대피소의 규모 산정, 인력배치 등의 의사결정을 지원하고 실시간 풍수해 피해지역 및 피해액 예측에 따른 대응이 가능할 것이다. 또한, 시나리오 기반의 피해예측을 통해 대비단계에서 행정피해액 예측 등의 지원이 가능하고 예방단계에서는 침수취약지역 분석을 통해 방재관련 사업의 우선순위를 책정하고 풍수해 보험요율지도 작성 등에 활용이 가능할 것이다. 끝으로 복구단계에서는 풍수해 직·간접 피해를 고려한 총 피해액 예측을 통한복구사업계획 추진 및 사전 심의 등을 지원하고, 특별 재난지역 선포 시 사전 검토 등의 지원이 가능할 것으로 판단된다.