1. 호우위험 매트릭스 - floodmodel/FRFS GitHub Wiki

호우위험 매트릭스(Heavy Rainfall Risk Matrix)

LENS 특징

LENS(Limited area ENsemble prediction System) : 국지앙상블시스템 또는 국지앙상블모델
기상청에서 한반도 위험기상 확률예측을 제공할 목적으로 2015년 10월부터 운영
수평해상도 2.2km, 연직 70층수에 72시간의 예측기간
- 초기 LENS : 수평해상도 3km, 2018년 11월부터 수평해상도 2.2km로 제공
LENS는 KMA Global Ensemble Prediction System를 기반으로 매 12시간마다 다가오는 72시간을 예측
- 생산주기 : 00UTC부터 12UTC 12시간 간격(일 2회)
- 예측시간 : 예측자료생성시간으로부터 +04h ~ +72h (총 68시간 예측)
한반도를 중심으로 1개의 모수(Control member)와 12개의 섭동멤버(Perturbation member)로 총 13개의 멤버로 구성
- FRFS에서는 발생확률의 계산을 위해 LENS 12개 섭동멤버를 이용
LENS는 강수, 강설, 돌풍(Wind gust) 등에 대한 확률값과 온도, 총 구름량, 강수, 풍속 등의 예측값을 제공

호우위험 매트릭스 읽기

X 축: Impact Levels (영향수준) - 지자체별로 결정
- Impact Level(Level1 ~ Level4)은 재난으로 인한 피해의 사회,경제적 영향 정도를 의미하며 각각의 수준은 Very Low, Low, Medium, High 이다.
Y 축: Probability (Likelihood : 발생 가능성) - LENS 자료 활용
위기경보단계(관심, 주의, 경계, 심각) 결정 방법(예)
- 발생 확률을 계산할 기상청 강우자료 멤버수 10개로 가정
- 지자체 A의 Level1 ~ Level4의 기준이 5mm, 39mm, 46mm, 70mm 일 경우
- LENS 자료에서의 지속시간 3hr에 대한 예측 결과가 6개는 5mm ~ 39mm 사이(Level1)로 예측, 4개는 70mm 이상(Level4)으로 예측 - 각각의 발생확율은 60%, 40%
- 위 호우위험 매트릭스의 Cell No.4(관심)와 No.15(경계)를 선택
- 따라서 이 사상에 대한 위기경보단계는 "경계" 단계로 결정됨

호우위험 영향수준 설정 절차

호우위험 매트릭스의 X축 : 지자체별 호우에 의한 피해 심각성 정도를 구분하는 기준 강우량(mm/3hr)인 영향수준(impact levels)의 설정 방법에 대한 가이드라인 - 향후 LINK 연결 예정
지자체별 호우위험 매트릭스의 영향수준 설정 절차는 아래와 같고 단계별 주요 내용을 정리한다.
지속시간의 설정
- 다음 근거로 지자체별 영향수준(impact levels) 결정에 사용될 강우 지속시간을 "3시간"으로 설정하였다.
  1. LENS자료의 특성분석에서 실측 강우량과의 상관성 분석에서 지속시간 3시간이 적절한 것으로 판단되었다.
  2. 강우 지속시간이 3시간 이상의 시간이 경과하면, 피해현상은 강우에 의한 영향 뿐만 아니라 지역을 통과하는 하천의 홍수량(또는 홍수위) 변화가 지배적인 영향 인자로 작용하는 것으로 판단하였다.
  3. 기상청에서 2018년부터 국지성 집중호우의 증가에 따라 호우특보의 발령기준을 6시간 동안 70mm(110mm)에서 "3시간"동안 60mm(90mm)로 변경된 사항 고려하였다.
    - 호우주의보 : 60mm/3hr 이상 예상되거나, 110mm/12hr 이상 예상될 때
    - 호우경보 : 90mm/3hr 이상 예상되거나, 180mm/12hr 이상 예상될 때
피해현상자료 수집
- 영향수준기준표(flood impact table)의 정의
  - 호우피해 정도에 따라 영향수준을 분류할 수 있도록 정성적인 flood impact table을 설정하여야 한다.
  - 영국의 FFC에서 사용하고 있는 flood impact table, 자연재난 표준행동 메뉴얼, 홍수 및 호우관련 국민행동요령, 수방 매뉴얼, 홍수대책 매뉴얼(홍수통제소) 등을 참고하여 영향수준기준표를 설정하였다.
- 지자체별 호우 피해사상에 대해 지속시간 3시간에 대한 강우량을 조사한다.
- 피해현상을 조사한다.
  - 지자체별 풍수해저감계획보고서, 침수흔적종합보고서, 재해대장(호우에 의한 피해만을 활용), 강우자료(WAMIS), 인터넷 및 지방 신문 등에서 피해 관련 기사 수집한다(2000년 ~ 2018년 기간 자료 활용).
  - 이들 자료로부터 피해일시, 피해현상, 홍수피해액, 지속시간별 강우량 등으로 구성된 지자체별 피해현상표를 작성한다.
  - Example : 피해현상표
피해현상기반 영향수준(impact levels)의 설정
- 조사된 피해현상표와 영향수준기준표(flood impact tables)를 매칭하여 각 사상별 영향수준을 설정한다.
- 이때 각 사상별 영향수준을 결정할 때 전문가의 판단이 포함될 수 있다.
- Level1에 해당하는 영향수준은 피해 정도가 미약하여 과거 자료로부터 사상별 Level1에 해당하는 자료를 찾기 어렵다. 따라서, Level2 ~ Level4에 해당하는 영향수준의 결정만을 진행한다.
확률강우량 수집 및 검토
- 피해현상기반 영향수준의 경우, 사용 가능한 자료가 부족하여 피해현상 정보를 구하기 어려운 지자체가 존재하거나(최근 수년간 호우피해를 입지 않은 지자체도 다수 있음), 영향수준별 결정된 값의 수준 간격이 극히 좁거나, 넓은 경우가 발생하는 등 기준 설정의 기본 자료로 사용함에 있어 내포된 문제점이 있다. 따라서 비록 피해 현상이 반영되지는 않지만, 지자체별 과거 강우(Hazard) 자료를 분석하여 결정되는 확률강우량 자료를 함께 사용하여 시스템에서 예보에 사용될 적절한 지자체별 영향수준(impact levels)을 설정할 필요가 있다.
- 우선 기 산정된 확률강우량 자료를 수집하여 지자체별 영향수준을 설정한다.
- 영향수준(Level2 ~ Level4)에 적합한 확률강우량의 빈도를 결정하기 위해 하천시설물의 설계 빈도를 활용한다.
  - Level2 는 하천관거 지선의 기준인 5년 빈도를 사용한다.
  - Level3 는 하수관거 간선의 기준인 10년 빈도를 사용한다.
  - Level4 는 소하천 기준인 30년빈도를 사용한다.
확률강우량을 이용한 영향수준(impact levels)의 설정
- 지자체별 확률강우량 자료를 이용하여 위에서 설정한 빈도별(5년, 10년, 30년) 지속시간 3시간의 확률강우량을 영향수준 초기값으로 설정한다.
확률강우량기반 영향수준의 적용비율 결정
- 일반적으로 사상별 피해현상자료를 이용하여 산정된 지속시간 3시간의 강우량과 확률강우량을 이용하여 산정된 지속시간 3시간의 강우량을 비교하면 확률강우량으로 산정된 값들이 큰 값을 갖는다.
- 위 단계에서 설정된 사상별 피해현상기반 영향수준과 확률강우량기반 영향수준을 비교 분석하여 적절한 확률강우량기반 영향수준의 적용비율을 결정한다.
- 피해현상기반 영향수준과 확률강우량을 이용해 설정된 영향수준과 비교 분석하면 확률강우량의 55.6%(ex: 낙동강권역)를 사용하는 것이 적절한 것으로 분석된다.
- 따라서 낙동강 권역에 포함된 지자체의 경우 확률강우량을 이용하여 설정된 영향수준 값의 55.6% 를 영향수준으로 설정한다.
- 한강권역(46.4%), 낙동강권역(55.6%), 금강권역(59,8%), 영산/섬진강권역(59.3%)
합성 영향수준의 설정
- 위에서 설정한 피해현상기반 영향수준과 확률강우량기반 영향수준을 결합하여 최종 지자체별 홍수위험 매트릭스에서 사용할 영향수준을 결정하여야 하며 그 절차와 방법은 다음과 같다.
1. 피해현상기반 영향수준의 Level4의 강우량을 기준으로 Level3와 Level2의 비율을 산정한다.
2. 확률강우량기반 영향수준의 Level4의 강우량을 기준으로 Level3와 Level2의 비율을 산정한다.
3. 위 각각의 Level별 비율 평균값을 산정한다.
지자체별 호우위험 매트릭스의 영향수준 결정
1. Level4 강우량 (mm) : 피해현상기반 영향수준의 Level4 강우량과 확률강우량기반 영향수준의 Level4 강우량의 평균값
2. Level3 강우량 (mm) : Level4 강우량 X Level3 의 비율 평균값
3. Level2 강우량 (mm) : Level4 강우량 X Level2 의 비율 평균값
4. Level1 강우량 (mm) : 전국을 동일하게 지속시간 3시간 기준으로 5mm 이상으로 설정
  - Level1에 해당하는 영향수준은 피해 정도가 미약하여 과거 자료로부터 사상별 Level1에 해당하는 자료를 찾기 어렵다. 따라서 관심을 갖고 재난에 대비할 최소한의 예측 강우량으로 지속시간 3시간 동안 5mm 이상으로 설정하였다.
검증, 세부 튜닝 및 업데이트
- 위에서 설정된 호우위험 매트릭스의 영향수준을 적용한 FRFS(Flood Risk Forcast System, 행정구역 홍수위험전망시스템)을 시범 운영하여 예측 정확도를 비교, 평가한다.
- 세부 튜닝
  - 도시지역의 경우 동일한 영향수준으로 설정되므로 이를 세분화하는 작업이 필요하다. (취약성평가를 이용)
  - 일부 지자체의 경우 방재능력(Capacity)이 증대되었으나, 피해현상자료가 부족하여 실제에 비해 과도하게 낮은 영향수준이 설정될 수 있다. 이들 지자체의 경우 주위 지자체의 영향수준 등을 참고하여 보완할 필요가 있다.
- 업데이트
  - 영향수준은 지자체의 방재능력(Capacity)의 개선으로 인해 같은 크기의 강우(hazard)에 의해 과거에는 피해가 발생하였으나, 최근에는 피해가 발생하지 않을 수 있다.
  - 지자체별 호우위험 매트릭스에서 사용되는 영향수준은 고정된 값이 아니라 변동될 수 있다.
  - 해당 지자체에 재난이 발생하면 이의 원인을 분석하여 영향수준의 주기적인 업데이트가 필요하다.