홍수를 유발하는 극한호우를 정확하게 사전에 탐지·예측하는 기술과 함께 고성능 센서 정보를 바탕으로 실제 홍수 발생 전까지 전주기에 걸쳐 상황 탐지와 실시간 침수경로·침수영역을 분석하는 기술이 개발되고 있어 눈길을 끈다.
시공간적 제약 없이 정확한 도시침수 감시 모니터링 기술 필요성
유속-수위 센서 등 홍수위험 핫스팟 · 배수시설 감시 기술개발 박차
최근 짧은 시간에 많은 비를 유발하는 국지성 호우와 선상형 강수대와 같은 위험 기상을 조기에 구별하고, 발생 가능성과 강도 예측은 도시홍수 및 침수 피해 대응에 매우 효과적이다.
선상형 강수대는 폭이 매우 좁고 수평 방향으로 이동하면서 특정 지역에 집중적인 호우를 유발하는 특성이 있고, 공간적으로도 국지성이 강해 기존의 수치예보모델이나 종관관측자료만으로는 정확한 예측이 어려운 것으로 알려져 있다.
또한, 기존의 배수체계로는 이 같은 극한강우로 인한 유출량의 신속한 처리도 어려워 도시 내 저지대와 좁은 골목길에서 침수 피해가 발생할 가능성이 높으며, 기존 주요 도로 기반의 침수해석만으로는 효과적으로 대응이 어렵다는 한계가 있다.
특히, 돌발적이고 국지적인 호우는 현재 기상예보 정보의 공간 해상도 한계와 함께 관측시점과 예측시점 사이에 충분한 대응 시간을 확보하기 어려운 실정이다.
따라서 기후변화에 따른 복잡한 도심지에서의 돌발성 홍수재해를 관측, 예측하는 기존 기술 보완을 위해서는 시공간적 제약 없이 연속적이고, 즉각적이고, 정확한 도시침수 감시 모니터링 기술이 필요하다.
이에 이 연구에서는 ‘골목 단위 극한 강우 사전·실시간 침수예측 기술 개발’을 목표로 ‘도시홍수 유발 극한강우 탐지 및 홍수위험 골목 단위 예측 기술’과 함께 ‘도심형 융복합 유속-수위 계측 센서 연계 홍수위험 핫스팟 구축 기술’, ‘AI 기반 도로 배수시설 상태 자동 감시 기술’들을 개발하고 있다.
연구 내용
이 연구에서는 도시홍수 유발 위험 기상인 돌발 호우와 선상형 강수대 등을 탐지하고, 사전에 예측할 수 있는 기술 개발과 함께 위험 기상 발생 시점에서 선행 예측 30분과 임계성공지수 80% 이상의 정확도를 확보할 수 있는 기술 개발 연구가 중점적으로 진행되고 있다.
특히, 1초당 98% 이상의 강우강도 판별, 1초 단위의 침수 계측정확도, 세계 최고 수준의 cm급 도심형 초소형 강우 및 침수감시 단말장치 개발 연구도 집중적으로 이뤄지고 있다. 연구진은 개발된 장치를 실제 테스트베드에 적용, 고해상도의 침수심, 유속 정보 확보에 나설 예정이다.
또한, 도로배수시설 이상 상태에 대한 90% 이상의 계측 정확도 확보를 위한 도로 인프라 도시홍수 피해 저감을 위한 AI 기반 도로 배수 감시 기술 개발도 추진하고 있다.
세부적으로 살펴보면, 2-1세세부 과제에서는 극한 강우를 유발하는 대표적인 위험 기상 현상인 선상형 강수대를 대상으로, 형태학적 특징을 활용한 레이더 영상 기반의 분리 알고리즘을 개발하고 있다.
2-2세세부 과제에서는 복잡한 도심 환경에 손쉽게 적용할 수 있는 접촉 및 비접촉식 센서들을 융합한 실시간 도시 침수 감시단말 기술 개발 연구를 수행하고 있다. 현재 실험실 수준에서 검증을 완료한 상태로, 현장 실증을 통해 알고리즘 고도화와 신뢰성을 향상시켜 보급화 수준의 시제품을 완성할 계획이다.
2-3세세부에서는 공공 CCTV 영상을 활용, AI 기술로 도로배수시설의 입구 막힘, 침수 여부를 자동 검지하고, 도로 보수원 차량 등에 장착 가능한 이동식 비접촉 센서로 하부 이상 상태까지 세부 검지할 수 있는 기술을 개발하고 있다.
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모니터링부터 위험 예측 대응까지 가능
도시침수 전주기 정보제공 기술로 완성
한국건설기술연구원 윤성심 수석연구원은 “이 연구는 실시간으로 극한 호우 발생부터 도시 침수에 이르기까지 전주기에 걸친 상황을 분석해 이를 기반으로 도시홍수 제어 및 골목단위의 홍수 핫스팟 정보화를 구현하기 위한 연구”라고 소개했다.
이어 “이를 위해 홍수를 유발하는 위험성이 높은 돌발 호우와 선형강수대를 사전에 탐지·추적·예측하고, 일반 시민들이 위험 기상 발생 규모와 시기, 침수 피해 영역과 정도를 미리 파악할 수 있도록 홍수위험 핫스팟 정보 제공 기술들을 개발하고 있다”고 밝혔다.
이 연구에는 위험 기상과 센서 정보 등을 통한 침수 피해 지역을 미리 예상해 도로 배수시설의 막힘을 미연에 방지하기 위한 기술 개발도 포함된다.
이 기술들은 구조적인 도시 제어 기술이 반영되기 어려운 복잡한 생활 인프라 시설이 누적된 구도심 내 상습 침수 피해 지역에 실질적인 대안으로 활용될 것으로 예상된다.
집중호우 시 인명피해 최소화 기술적 해법 찾아갈 터
윤 박사는 “향후 2세부과제에서 생산되는 위험 기상 예측 정보 및 침수 모의 정보, 침수 센서로 계측된 침수심, 유속 정보, 도로 배수구 모니터링 정보를 연계해 강우 발생 단계에서부터 침수 진행 단계별로 모니터링부터 위험 예측과 대응이 가능하도록 도시 침수 전주기 정보를 제공하는 기술로 완성시킬 예정”이라고 밝혔다.
이어 “특히, 홍수 예측 및 대응에 활용하기 위해 SDD 기반의 디지털 도시홍수 제어를 위한 플랫폼에서 표출, 전달될 수 있도록 연구를 추진할 예정”이라고 말했다.
끝으로 윤 박사는 “긴급대피와 인명피해 대응 관점에서 위험 강우와 초소형 융복합 센서, CCTV 배수 감시로 도출되는 위험지역 예측 정보 등을 1세부에서 개발 중인 디지털 플랫폼에 연계 반영할 경우 구도심 내에서 홍수경고 정보에 대한 공백 지역에 거주하는 취약계층을 대상으로 홍수 위험 정보를 제공하는 체계 구축에 기여할 수 있을 것”이라고 전망했다.
이어 “이번 연구를 통해 집중호우 시 인명피해를 최소화할 수 있는 기술적 해법을 마련해 나갈 계획”이라고 덧붙였다.
