1. 서론

지구온난화에 따른 기후변화에 기인하는 홍수유출량이 증가하는 것과 같은 새로운 외력증가에 대응해야 하는 상황이 계속적으로 발생하고 있다. 또한, 사회경제의 변화 및 토지이용의 고도화 등에 의한 수해피해의 직접, 간접적 영향도 변화되어 왔다.

한편, 이러한 수해에 대하여 취약한 유역의 주민 생명과 재산을 지키기 위하여 치수시설의 정비와 유출수에 관한 정보 등의 전달 등 하천관리를 실시하고 있으며, 통신기술 등의 비약적 진보에 의해 크게 그 모습을 변화시켜 왔다.

또한 기후변화도 발생의 원인이 된다고 여겨지는 집중호우(게릴라 호우)의 발생빈도가 높아지고 있으며, 이 호우에 의한 희생자의 발생도 커다란 사회문제가 되고 있다. 여기서는 X밴드 MP레이더의 기술개발에 의한 집중호우 탐지기술의 개발상황을 예로 하천관리 방식에 대하여 소개한다.

2. 수해 형태의 변화

(1) 도시형 수해발생의 특색

도시수해의 특색은 도시화가 급속히 추진되어 우수가 저류 및 침수함으로써 유출을 완화시키는 토지가 감소한 것에 의해 유출형태의 변화에 기인하는 것이다. 도시화의 진행으로 우수의 유출 비율이 증대함과 동시에 단시간에 유출되기 때문에 하천 등 시설의 능력이 감당할 수 없는 상황이 된다.

유역의 급격한 도시화에 기인하는 도시형 수해에 대하여 종래의 치수시설 설비를 중심으로 한 대책에 한계가 있으므로 건설성(현 국토교통성)은 종합치수대책이라는 생각방식을 1977년 이후 치수행정에 도입하게 되었다. 종합치수대책은 치수대책을 종래의 하천을 대상으로 한 선(線)적인 것에서 유역을 대상으로 한 면(面)적인 치수대책으로 전환하는 대책이다. 그 내용은 ① 유역 내에 우수를 보유하고 조절시키기 위한 고안(조절지, 우수의 일시적 저류시설, 침투증가 등), ② 범람원을 관리하는 대책(토지이용계획, 개발규제, 침수성의 포장도로와 내수성 건축물의 장려, 수해 위험구역의 설정 등), ③ 재해시의 대응(홍수경보와 예측, 정보전달, 피난체제의 확립 등)을 종합적으로 수행함으로써 수해를 방지하고자 하는 것이었다.

(2) 도시형 수해의 피해면에서의 변화

도시화에 따른 유출형태가 변화함으로써 수해위험이 높아지는 한편 도시내의 토지이용과 지하실을 건설하는 등 사회정세의 변화도 수해에 의한 피해발생에 변화를 가져온다. 사회요인에서 본 도시형 수해의 특징으로서 전기, 가스, 수도, 교통, 통신, 지하공간 등 도시특유의 인프라가 피해를 받는 것을 들 수 있다. 이 때문에 도시형 수해에서는 종래는 볼 수 없었던 경제적 손실이 크게 된다. 지금까지 여러 가지 치수대책에 의한 침수면적은 감소하는 경향이나, 자산의 수해 위험구역으로의 집중화에 의한 피해액은 증가하는 경향이며, 침수면적당 피해액은 급증하고 있다.

(3) 지하공간의 침수와 언더패스에서의 피해

도시형 수해의 또 다른 특징은 토지이용의 고도화 등 도시환경의 변화에 따른 수해의 형태도 시대와 함께 변화해 온 것이다. 2000년부터 나타나게 된 도시형 수해는 도시부의 지하공간의 침수 피해가 있다. 또한, 도시지역의 새로운 형태의 수해피해로서 철도 건널목의 제거에 의해 건설된 철도 밑 도로인 언더패스에서의 통행 중의 차량 피해가 발생하고 있다.

3. 지구온난화에 의한 기후변화로 인한 수해 리스크 변화

기후변화에 따른 일본의 치수 안전도가 어떻게 변화하는가를 예상하는 것은 지구 전체의 전 지구모델에서 일본 주변의 예측결과를 산정함으로써 구할 수 있다. IPCC 제4차 평가보고서는 전 지구적 예측을 기본으로 하여 작성되기 때문에 일본의 영향을 상세히 파악하는 데는 다운스케일(Downscaling) 하는 등 일본 주변의 현상을 보다 상세히 표현할 수 있는 모델에 의한 검토가 필요하다.

사회제도심의회에서는 이러한 상황 속에서 계산기 능력과 기상현상의 해명상황 등에서 검토하는 데는 불확실성이 따르는 것이나, 현 시점에서 외력의 변화량 추정을 시도하고 있다. 이들 결과에서 100년 후의 강수량 변화를 예측하면 현재의 대략 1.1~1.3배, 최대 1.5배 정도로 예상하는 것이 타당하다. 또한, 이것은 현 단계의 예측에 기초한 숫자이며, 앞으로 예측 정밀도의 향상에 노력해 나갈 필요가 있다.

4. 호우의 증가와 특색

최근, 호우 발생의 빈도가 높아지고 있다. 특히 기상예보의 정밀도가 높아짐에 따라 종래 호우 중에서 가장 경계하고 있던 태풍에 의한 강우에 대해서는 예측 정밀도가 높아지고 있으나, 갑자기 발생하는 집중호우의 피해가 눈에 띈다.

기상청 보고에 따르면, 단시간 강우와 폭우의 발생회수는 최근 30년 정도 증가하는 경향에 있다고 지적되었으며, 1시간 강우량 50mm 이상의 단시간 강우의 발생회수는 최근 10년과 30년 전을 비교할 때 약 1.5배로 증가하였다. 동일하게 1시간 80mm 이상의 단시간 강우 발생회수는 최근 10년과 30년전을 비교하여 약 2배로 증가하였다.

이러한 상황을 토대로 하여 국토교통성 하천국에서는 호우대책으로서 여러 가지 검토해 왔으며, 초동체제의 신속화, 하천관리자의 대응력 향상, 지역방재력 유지 및 향상, 방재정보의 공유, 방재의식의 향상, 강우 및 하천수위의 감시 강화, 예측 고도화, 적절한 하천유지관리의 추진이라는 대안을 시작하고 있다.

5. X밴드 MP레이더에 의한 호우관측의 고도화

최근 자주 발생하여 심각한 피해를 가져오는 집주호우로 유역주민의 생명재산을 지키기 위해서는 집중호우가 어디에서 발생하는가 또는 발생을 빨리 파악해야 한다. 그러나, 집중호우는 문자 그대로 게릴라처럼 돌발적으로 발생, 성장하여 국소적으로 다량의 강우가 내리는 특징 때문에 발생을 예측하는 데는 예측기술과 계산기가 발달한 오늘날에도 대단히 어려운 과제이다. 이러한 호우의 특징 때문에 호우를 정확하고 조기에 파악하기 위해서는 현재 사용되고 있는 레이더보다도 높은 빈도로 갱신되어 고분해 능력을 가진 호우 감시체제가 필요하다.

(1) X밴드 MP 레이더

국토교통성에서는 1976년에 아카사카산에 C밴드 레이더 우량계를 설치한 이래 현재까지 26기의 레이더를 전국에 배치하고, 전국 1km 간격으로 실시간 우량데이터를 발표하고, 일반용 방재정보와 하천관리 등에 활용하고 있으나, 국토교통성 하천국에서는 호우의 감시강화를 위하여 칸토, 츄부, 긴키, 호쿠리쿠의 4개지역에 MP레이더를 정비하였다. 

X밴드대의 파장을 사용하여 종래 현(県)의 전파강도로부터 우량추정을 수행하는 것은 강우에 의한 전파강도가 현저히 감쇠(강우감쇠)하기 때문에 특히 호우 시에는 우량제도가 저하하는 결점이 있다. 그러나, MP레이더에서는 강우감쇠의 영향을 받기 어려워 위상정보를 이용하여 우량추정을 수행하고, 복수대의 레이더로 다른 방향에서 강우지역을 관측함으로써 강우감쇠의 영향을 극복하고 있다. 또한, 관측범위가 좁은 것에 대해서도 복수대의 MP레이더를 네트워크화함으로써 극복할 수 있다.

(2) 시험운용 개요

MP레이더는 도시화가 추진되고 하천 물의 급격한 증가가 일어나기 쉬워 대도시에서 홍수의 감시를 하기 위하여 2009년도에 간토, 츄부, 긴키,호쿠리쿠의 4개 지역에 총 11기를 배치하고, 2010년 7월부터 시설정비가 되어 시험운용을 시작하였다.

시험운용은 약 3년간을 예정하고 있으나, 그 기간 중에 실제 강우시의 강우해석을 수행하고 해석의 정밀도를 높여 나갈 예정이다. 또한, 호우 감시정보의 제공에 대해서도 국토교통성의 홈페이지에서 시험적으로 제공하고 있다. (http://www.river.go.jp/xbandradar/)

현재 제공하고 있는 화면은 관측 분해능력 250m mesh정도이고, 갱신빈도는 1분간으로 정보를 제공하는 형태로 시험운용하고 있다.           

(3) X밴드 MP 레이더의 시험관측 결과

현재 시험운용을 실시 중인 2010년 여름은 예년과 비교하여 혹서(猛暑)의 날이 오래 계속되어 각지에서 홍수가 발생하고 있으며, 이 시기의 관측기록도 다수 수집되고 있다. 운용 초년이며, 기계의 튜닝 및 해석수치를 조정하면서 관측하고 있어, 아직 이 새로운 MP레이더의 능력을 판정하는 단계는 아니지만, 이번 여름 각지에서 발생한 호우에 대해서는 관측결과가 수집되어 있다. 본 보고서에서는 이번 여름 큰 피해를 낸 기후현 가니시에서의 호우 관측결과를 소개하였다.

기후현 가니시에서는 7월15일에 저녁부터 호우가 발생하여 몇 개소의 우량 관측지점에서는 관측사상 최대의 강우를 관측하였다. 또한 가니천 등의 하천에서 급격한 호우와 유출수로 대단한 피해를 가져온 호우였다. 이 호우에 관해서 X밴드 MP레이더의 관측이 수행되고, 그 해석화면을 그림으로 나타내었다.

(그림) 2010년 7월 호우의 MP레이더 강우량도

6. X밴드, MP레이더에 의한 장래 호우대책의 존재방식

최근 자주 발생하여 심각한 피해를 가져온 호우는 돌발적으로 발생, 성장하여 국소적으로 다량의 강우를 가져오는 특징 때문에 언제 어디에서 발생하는가를 예측하는 것은 예측기술과 계산기가 발달한 오늘날에도 대단히 어려운 과제이다. 국토교통성 하천국에서는 호우를 가능한 한 빨리 탐지하여 그 정보를 신속하게 제공하기 위한 MP레이더를 정비하고 호우의 감시에 관해 현재 시험운용 중이며, 시간단축이 가능한 기술개발도 실시 중이다.

레이더의 호우 파악 기술뿐만 아니라 이 정보를 활용한 호우의 이동 예측, 침수 예측정보를 해석하고, 일반주민, 하천관리자 등의 방재관계자가 주의, 피난, 경계판단과 방수활동을 지원하는 정보를 제공하는 등 호우대책의 고도화를 앞으로 검토해 나갈 필요가 있다. 여기서는 앞으로의 고도화 방향성과 필요한 검토항목을 소개한다.

(1) MP레이더 활용에 의한 호우 이동예측

MP레이더에 의한 강우상황의 분석에 대해서는 종전의 레이더에 비교하면 대단히 해석 정밀도의 향상이 예상되나, 게릴라 호우의 실적을 보면, 급격히 호우가 내리기 시작하는 현상과 호우의 이동에 관한 예측도 요구되고 있다. MP레이더의 고분해능, 고빈도 갱신의 강우량 정보를 활용하여 호우의 이동예측을 수행하는 것이 장래적으로는 요구될 것이다.

호우 이동예측의 기본적인 방법은 기상청 등에서 수행하고 있는 강수 nowcast와 같이 운동학적 강우 예측방법이다. 운동학적 강우 예측방법에는 레이더로 관측된 강우지역을 바람정보를 이용하여 이류시켜 예측하는 방법과 강우지역의 이동이력을 이용하여 예측하는 방법 등이 있으나, 예측 초기치로서 상세한 MP레이더 우량정보를 이용하는 것으로 예측정보가 향상될 것으로 기대된다. 현재, MP레이더에 적합한 이동 예측방법을 검토하고, 5분간격의 갱신빈도로 1시간정도 앞까지 이동예측을 수행하는 것을 검토하고 있다.

(2) 호우에 의한 침수예측

호우의 발생상황 파악이 가능해도 지역주민에게는 충분한 정보라고는 할 수 없다. 호우에 의한 침수와 도로관수(冠水) 등의 정보가 되어 처음으로 유익한 것이 될 것이다. 이들 침수예측은 하천을 관리하는 국토교통성만이 아닌 중소하천과 하수도를 관리하는 지방자치체 등과 연대한 대응이 필요하다.

침수예측은 호우감시, 이동예측에서 얻은 우량정보를 이용하여 유출계산을 수행하고, 유역내의 하천 및 하수관로 내의 흐름을 해석하고, 하천에서의 범람, 맨홀에서 물이 넘치는 것 등의 외수(外水)와 내수범람의 예측계산을 수행하는 것이다. 침수 예측정보를 하천관리자와 자치단체 등의 방재기관에 제공하고, 초동체제의 신속화와 침수의 발생, 피해형태를 가능한 한 빠른 단계에서의 파악을 지원하는 것을 목표로 한다. 각 시설관리자에게 필요한 정보와 그 타이밍 등에 대하여 정보를 모아 그것에 대하여 어느 정도에서 대응이 가능한가 앞으로 검토하는 것으로 한다.