1. 서 론

국내지형의 특성상 도심지와 산지에 접한 도로는 국토개발에 따른 인공비탈면과 같은 급경사지가 다수 분포하고 있어 산사태 및 토석류를 동반한 산지재해의 위험성이 크다. 한편 국내의 도로시설은 2017년 기준으로 지난 30년간 전체 도로의 연장이 약 2배 증가하여 110,091 km이며 이 중 도로법상 고속국도가 4,717 km, 일반국도가 13,983 km로 약 17%이며 이 외 지방도, 특별･광역시도, 시군구도가 나머지 83%로 대부분을 차지하고 있다.

도로의 사용환경을 쾌적하고 안전하게 관리하기 위한 도로유지관리시스템은 현재 12종이 운영되고 있으며, 도로시설물관리시스템 분야에는 도로포장 관리시스템(PMS), 도로비탈면 관리시스템(CSMS), 도로교량 관리시스템(BMS), 도로터널 관리시스템(TiMS), 도로표지 관리센터(RSMC) 등이 포함되고, 도로업무관리시스템에는 도로관리통합 시스템(HMS), 교통량조사 시스템(TMS), 도로점용 시스템(ROAS), 도로제설 관리(RSMS), 도로보수현황 시스템(RMIS), 척척해결서비스(RPRS) 및 도로대장정보 시스템(KRRIS)이 구성되어 있다. 하지만 현재 국내 도로 유지관리 시스템은 주로 교통량이 많은 고속국도 및 일반국도를 대상으로 구축되어 관리되고 있는 실정이기 때문에 지방도를 포함한 그 외 대부분의 도로를 관리하기 위한 시스템의 구축현황은 미흡한 실정이다.

도로, 통행차량 및 도로주변 시설들에 피해를 야기하는 재난의 형태는 다양하지만 국내에서 발생하는 주요 재난의 형태는 낙석 및 산사태로 볼 수 있다. 하지만 낙석 및 산사태에 대한 분석은 정확도 향상에 관한 연구에 집중되어 도로를 대상으로 하는 위험성 또는 피해규모를 제시하는 데 한계가 있으며 지방자치단체에서 효과적으로 산사태 위험등급도 등의 위험정보를 활용하는데는 어려움이 있다(Park et al., 2008).

또한 기존에 제작된 재해지도는 위험도를 격자단위로 구분하여 분석 및 제시하고 있어 도로와 같은 선형 시설에 대한 위험도를 분석하거나 산악지형을 고려한 소규모 유역의 특성을 효과적으로 나타내지 못해 재해위험지도를 활용하기에 어려움이 있다. 따라서 국내 지방도를 대상으로 도로관리자가 도로의 취약부를 효과적으로 관리할 수 있도록 도로를 대상으로 하는재해위험지도의 제작이 필요하다.

본 연구에서는 호우에 의해 발생하는 산사태 및 토석류 위험지역을 토석류의 이동경로 및 피해예상 범위를 평가할 수 있는 정량평가방법을 고안하여 GIS 시스템 상에서 도로중심의 복합재난위험지도를 제작하였다. 복합재난에는 산사태와 토석류를 포함하였으며 산사태위험지도와 토석류위험지도를 기초자료로 활용하여 연구대상지역에서 선정된 지방도를 대상으로 5등급으로 구분된 도로재해위험등급을 평가하여 나타내었다.

2. 연구방법

2.1 연구 대상지역 선정

연구 대상지역은 산지와 접한 도로가 다수 존재하여 해빙기 및 여름철 재해발생이 잦고 도로의 선형이 비교적 복잡하지 않은 강원도의 지방도를 대상으로 하였다. 2017년 기준 전국 도로 현황을 Table 1에 나타내었다(Ministry of Land, Infrastructure and Transport, 2017). 지방도의 총 연장은 18,055 km로 전체 도로 중 약 78.6%로 가장 많은 비중을 차지하고 있으며 이 중 강원도의 지방도는 총 1,646 km로 전체 지방도의 9.1% 비중을 차지하고 있다. 특별자치시도 및 광역시도를 제외한 전국 지방도에 대한 현황을 Table 2에 나타내었다(Ministry of Land, Infrastructure and Transport, 2017).

도로의 유지관리는 포장, 구조물, 안전시설, 위험도로개선, 병목지점개선, 재해 및 응급복구, 접도지역관리, 자전거도로 및 기타 9개 항목에 대해 이루어지고 있으며, 재난과 관련된 재해 및 응급복구는 재해대비, 재해복구, 응급복구 및 도로손괴 원상복구 4가지 구분으로 구성된다. 지방도의 관리주체는 도지사(시구역:시장)로 지방비를 재원으로 건설 및 관리되고 있으며 일부 구간(국가지원지방도, 국도대체우회도로, 혼잡도로)의 경우 공사비에 대해 국고가 지원되어 건설되고 용지에 대해 지방비가 재원으로 활용된다.

강원도로관리사업소는 원주 본소 외 3개의 지소(강릉, 태백, 북부)가 운영중에 있으며 관리하고 있는 도로는 총 연장 2,108.8 km로 지방도 1,349.1 km(64%), 국가지원지방도 271 km(12.8%) 및 위임국도 448.7 km(23.2%)로 구성된다. 본 연구에서는 자료를 확보할 수 있는 강원도로관리사업소 강릉지소에서 담당하는 총 234.59 km의 지방도를 대상으로 연구를 수행하였으며 도로번호는 410, 415(1~5), 418(1,2), 446(1,2) 및 456번이다.

2.2 지방도의 구간분리 및 영향 소유역 정의

도로중심의 복합재해지도의 제작을 위해 먼저 도로의 표준구간을 구분할 필요가 있다. 지방도를 일정거리 등의 방법으로 구간을 구분하고 해당 구간에 대한 복합재해위험도를 평가하였다. 고속국도의 경우 매 200 m 마다 기점 표지판을 설치하여 관리중이나 지방도의 경우 고속국도와 같이 일정 간격을 기준으로 관리되지 않는다. 본 연구에서는 도로관리담당자 및 전문가집단을 대상으로 설문조사를 실시하여 50 m, 100 m, 200 m, 500 m의 거리구분 중 가장 많은 의견이 수렴된 200 m를 지방도 구간 표준간격으로 선정하고 연구대상 지방도에 대한 도로구간 분리작업을 GIS 기법을 통해 수행하였다.

지방도의 구간분리 작업 수행 중 시점, 종점, 교차, 지선 및 도로시설물(교량, 터널 등) 의 존재 여부에 따라 지방도의 선형개량 및 구간분리 작업 규칙이 필요하였으며 연구수행 중 ArcGIS Pro를 활용하여 수작업으로 도로를 분할하고 추후 유역 및 재해위험지도와의 매핑에 대비히여 분할된 도로에 ID를 부여하였다. Fig. 1의 붉은색 원 부분은 지방도 구간분리를 위한 전처리 작업 중 지방도 교차로 부분의 편집 전(a), 후(b) 결과를 나타내었으며, Fig. 2에는 100 m 단위로 구간분리된 지방도의 결과를 나타내었다.

Fig. 1.

Editing Segment of Intersection

Fig. 2.

Segmented Local road

지방도의 구간 분리 후 10 m x 10 m 격자의 Raster형태로 제작되어 배포되는 산사태위험지도(산림청, 2019)를 기준으로 재해위험을 평가하기 위해 PolyLine 형태의 도로를 Raster 형태로 변화하였으며 1:5,000 수치지형도를 이용한 소유역 생성자료를 활용하여 도로 구간별 대상 유역을 지정하였다. Fig. 3에 도로 구간별로 생성된 영향 소유역을 나타내었다. 지방도의 재해위험에 영향을 미치는 소유역은 지방도 상류 유역을 의미하며, 본 연구에서는 상류지역 소유역을 지정하기 위해 도로 Raster 격자자료에서 8-방향 흐름자료를 활용하였다.

Fig. 3.

Result of Road-based watershed

2.3 도로중심 복합재해지도 제작

본 연구에서는 도로에 영향을 미치는 복합재난 대상 재난을 산사태와 토석류로 정의하고 산사태위험지도와 토석류 위험지도를 기준으로 도로중심 복합재난 위험도를 도로 200 m 구간별로 구분하여 제작하였다. 산사태 위험지도는 5등급으로 구분되어 제작되었으며 1등급 매우위험에서부터 5등급 안정등급까지 나타내었다. 본 연구에서는 소유역별 산사태위험등급을 평가하기 위해 산사태위험지도의 1등급과 2등급을 ‘위험; class 1’, 3등급~5등급을 ‘안정; class 0’으로 재분류하여 각 소유역별 면적을 산정하였다.

도로중심의 산사태위험등급 계산은 면적비로 평가하였으며 소유역의 면적대비 ‘위험’면적을 Table 3에 나타낸 5단계 면적비 조건으로 구분하였다.

도로구간별 소유역에 대한 면적비를 기준으로 산사태위험지도를 재평가한 도로중심 산사태위험등급에 토석류위험지도를 가중인자로 반영하여 도로중심 복합재난 위험도를 평가하였다. 또한 도로구간에 하천이 횡단하거나 영향 소유역의 면적이 상대적으로 크거나 작은 경우 위험등급이 과소 또는 과대하게 평가되는 경향을 조정하기 위해 유역의 물골인 stream 길이를 반영하였다. 복합재난 위험도 평가시 조정 기준은 해당 도로구간의 영향소유역 내 토석류 위험지도 Red Zone이 포함되는 구간, 또한 유역의 stream 길이가 10,000~50,000 구간인 경우 1등급 상향하였다. Fig. 4(a)는 415번 지방도의 영향 소유역에 해당하는 산사태위험등급을 나타내었으며 Fig. 4(b)는 산사태 위험등급 1등급과 2등급 지역을 class 1으로 나타낸 재평가 후 재해위험지도이다.

Fig. 4.

Revaluation of Landslide Hazard (road number 415)

2.4 도로중심 복합재난 위험지도 현장검증

제작된 도로중심의 복합재난 위험지도의 검증을 위해 2020년 8월 태풍발생 직 후 사면붕괴, 토사유출 및 낙석 등이 발생한 구간에 대한 현장조사를 실시하여 정확도를 검증하였다. 총 17개소의 현장에 대한 현자조사 결과 14개소가 1등급(6개소)과 2등급(8개소)에 해당하여 82.4%의 정확도를 나타내었다. Fig. 5는 현장조사 결과에 대한 등급과 위치를 나타낸 것으로 붉은색 삼각형이 위험등급이 1등급과 2등급이며 노란색 삼각형이 안전등급을 나타낸다.

Fig. 5.

Result of survey site (After the typhoon in August 2020)

3. 연구 결과

본 연구에서 연구대상지역인 강원도지역의 강원도로관리사업소 강릉지소 담당 도로인 410번 415번(1~5), 418번(1~2), 446번(1~2) 및 456번 지방도의 총 연장 234.69 km, 총 구간 1,513개로 구분된 복합재난 위험도 평가결과 1등급(위험)에서부터 5등급(안전)까지 다음의 Table 4와 같이 나타났다. 각 지방도에서 가장 긴 410번 도로의 경우 안전등급인 5등급이 157개 구간으로 가장 많았으며 위험등급에 속하는 1등급과 2등급이 총 71개 구간(19.1%)으로 분류되었다. 위험등급 구간이 가장 많은 도로는 415-1번 지방도로 1등급과 2등급이 총 83개 구간 중 41개 구간 약 49.4%를 나타내어 상대적으로 위험한 도로로 평가되었다. 반면 415-3번 지방도의 경우 총 40개 구간 중 1개 구간(2.5%)이 위험등급인 2등급으로 분석되어 비교적 안전한 지방도로 평가되었다.

연구대상 지방도에서 1 등급은 총 190개 구간, 2등급은 총 170개 구간으로 위험등급인 1등급과 2등급은 총 360개 구간으로 23.8%를 나타내었으며, 3등급에서 5등급은 총 1,153개로 5등급이 505개 구간으로 가장 많았다. 연구대상 지방도 전체의 등급별 구간 수에 대한 그래프를 Fig. 6에 나타내었다.

Fig. 6.

Total number of Section for each Grade

도로중심의 지방도 복합재난 위험도 평가결과 5등급으로 구분된 지방도의 재해 위험지도를 아래 Fig. 7, Fig. 8, Fig. 9, Fig. 10, Fig. 11에 각 지방도(410~456)의 예시로 나타내었다. 1등급~5등급의 위험등급이 구간별 색깔별로 구분되어 나타나게 된다. 도로는 10 m x 10 m 격자로 표현되며 각 구간의 길이는 200 m가 표준이지만 200 m보다 짧은 구간이 다수 존재한다. 지방도의 총 연장이 234.69 km인 반면 200 m 간격으로 구간분리 된 구간수가 1,513개로 상이한 원인은 교차로, 200 m 미만의 지방도 구간 등 분리된 구간의 거리가 상이한 부분이 있기 때문이며, 지방도의 구간분리의 시점은 동쪽과 북쪽방향을 시점으로 200 m 간격으로 구분하였음을 확인할 수 있다.

Fig. 7.

Local road disaster risk map (road number 410)

Fig. 8.

Local road disaster risk map (road number 415-1)

Fig. 9.

Local road disaster risk map (road number 418-1)

Fig. 10.

Local road disaster risk map (road number 446-1)

Fig. 11.

Local road disaster risk map (road number 456)

4. 결 론

본 연구에서는 산사태위험지도와 토석류 위험지도를 활용하여 도로중심의 복합재난 위험도 지도를 제작하였다. 본 연구의 주요 결론은 다음과 같다.

(1)본 연구에서는 도로중심의 복합재난 위험도 평가를 위해 지방도를 일정한 거리로 구간을 분리하여 해당 구간에 영향을 미치는 상류부 소유역에서의 산사태 및 토석류의 위험도를 평가하였다. 도로의 구간을 분리하는 과정에서 시점 및 종점의 선정방법 및 지선의 결합 및 제거, 교차로 및 진출입로 등 도로구간을 분리하는 방법에 대한 표준화가 필요하며, 추후 타 지방도 등으로 확대적용이 되기 위해 도로의 구간을 분리작업의 자동화를 통한 효율화가 필요할 것이다.

(2)복합재난 위험도 평가 시 산사태위험지도의 1등급과 2등급이 포함된 면적비를 평가기준으로 하고, 소유역의 stream 거리 및 토석류 위험지도의 red zone의 유무를 가중인자로 하여 복합재난 위험성을 평가하였다. 다만 면적비의 등급구분 기준범위와 소유역의 stream 거리기준에 대해서는 다양한 대상지역에 대해 적용하고 검증하여야 적용의 타당성을 확보할 수 있을 것으로 판단된다.

(3)강원도지역의 지방도 410번 415번(1~5), 418번(1~2), 446번(1~2) 및 456번 총 연장 234.69 km, 총 구간 1,513개에 대한 복합재난 위험도 평가 결과 415-1번 지방도가 가장 위험한 도로로 평가되었으며, 410번 지방도가 가장 안전한 지방도로 평가되어 지방도별 전반적인 위험성을 판단할 수 있었으며, 2020년 8월 태풍 상륙 후 현장조사 결과를 바탕으로 평가등급의 유효성을 검증하였다. 검증결과 82.4%의 정확도를 확인할 수 있었다. 다만 해당 현장조사 지점이 지방도에서 일부 재난발생이 확인되는 지점에 대해 이루어진 점을 고려하여야 한다.

(4)지방도로 중심의 복합재난에 대한 위험성 평가결과를 10 m단위 격자로 구성된 도로재해위험지도로 제작하여 GIS 상에서 표현하였다. 1등급~5등급의 위험도 평가 결과가 도상에서 잘 표현되었으며, 도로관리 담당자의 관점에서 기존 격자단위 산사태위험지도와 비교하여 보다 활용성이 높을 것으로 사료된다.

지방도로의 복합재난을 고려하기 위해 추가적인 연구가 수행된다면 지방도의 경우 상류 산지로 부터의 재해영향과 더불어 인접한 하천 유수의 영향을 크게 받아 재해에 취약점이 발생하는 부분이 상당함을 고려할 때, 복합재해로서 수충부 및 하천범람 등을 포함 할 수 있는 도로재해 위험등급의 평가방법이 제시된다면 보다 활용도 높은 재해지도가 생산될 것으로 판단한다. 또한 최근 재난관리에 대한 접근방식은 재난 예방 및 대비에 초점을 두고 있으며, 재난의 피해를 줄이기 위해 레질리언스를 향상시키는데 중점을 두고 중요성이 부각되고 있음에도 자연재해와 관련된 레질리언스에 대한 단일정의는 명확하지 않은 실정이다(Kim and Jun, 2020). 따라서 도로재난에 대한 1차적인 재해위험성 평가 외 레질리언스를 고려한 2차 평가를 통한 위험등급 재조정에 대한 연구가 필요하다고 사료된다.