미국은 1960년에서 2016년까지 도시 지역의 홍수로 인해 재산 피해, 사업 중단 및 인명 피해 등을 비롯하여 1천60억 달러 이상의 피해를 입었다. 끊임없이 변동되는 토지 사용과 변화하는 강우량 및 기후 패턴 속에서 홍수 발생 고위험 지역을 결정하는 것은 고비용이고 복잡하며 홍수 지도(flood maps)를 그리는 과거 방법은 홍수 예측에 내재된 불확실성을 포함하지 못하고 있다.

조지아 대학(University of Georgia, UGA)의 새로운 연구는 홍수 예측의 불확실성을 반영한 홍수 지도를 개발하기 위해 단순화되고 비용 효율적인 방법을 설명한다. 학술지인 『물(Water)』에 게재된 이 연구는 UGA의 복원 인프라 시스템 연구소(Institute for Resilient Infrastructure Systems, IRIS)의 소장이자 공학대학 교수인 브라이언 블레드소(Brian Bledsoe)와 UGA 및 IRIS 졸업생이며, 현재 수자원 전문 엔지니어링, 계획 및 연구 기업인 다이나믹 솔루션(Dynamic Solutions LLC)의 팀 스티븐스(Tim Stephens)가 주도했다.

이 연구는 애틀랜타의 프록터 크릭(Proctor Creek)과 애리조나 주(州) 투손(Tucson)의 브롱크스 워시(Bronx Wash)라는 두 개 도시의 유역에서 홍수를 모델링함으로써 연구자들이 "홍수 위험 추정치의 불확실성을 수량화하기 위한 실용적이고 단순화된 접근 방식"을 설명한다.

블레드소 교수는 "기존의 홍수 위험 지도는 홍수 지역을 나타내는 지도에 단일 선을 그리는 경향이 있는데, 이는 종종 대중과 정치인에게  '선 밖에 있으면 침수되지 않을 것이다'로 해석되곤 한다"라며, "실제로 그 선은 매우 불확실하고 불분명할 수 있으며, 많은 경우 그 선 밖에서 홍수 피해가 발생한다"고 말했다.

이 연구팀이 도입한 새로운 접근법은 특정 예측 주위의 편차 표준을 보여주는 신뢰 구간의 개념을 사용하여 특정 장소에서 주택 소유자가 직면한 홍수 위험을 명확히 하는 데 도움이 된다. 이 접근법은 지도 내의 특정 지점에 대한 잠재적인 홍수 시나리오의 변화를 포착하기 때문에 기존 홍수 지도와 차이점이 있다.

블레드소 교수는 “우리는 첨단 도구를 사용하여 홍수 라인 주변의 불확실성을 수량화하고 홍수가 발생할 가능성이 있는 모든 범위의 위치를 설명한다. 이는 통계의 표준 편차를 기반으로 하는 신뢰 구간과 같다. 홍수 구역에는 주변에 신뢰 구간이 있으며 우리는 사람과 재산을 보호하기 위한 계획 및 의사 결정에 도움이 되도록 그 변동성을 보여준다. 이 불확실성은 범람원을 따라 어떤 곳에서는 폭이 100피트, 다른 곳에서는 1천 피트 이상일 수 있다”라고 말했다.

과거에는 대부분의 지방 자치 단체, 특히 자원이 부족한 지역사회에서 이러한 종류의 상세한 분석을 할 수 없었다.

블레드소 교수는 “과거에 이러한 유형의 분석이 수행된 방식은 시간 매우 많이 걸리며 홍수 위험의 전체 범위를 이해하기 위해 복잡한 수리학적 모델을 수천 번 실행해야 했다. 이 연구는 매우 유사하고 수용 가능한 결과를 생성하지만 훨씬 덜 시간 집약적이고 수행하기 쉽고 비용이 적게 드는 단순화된 방법을 보여준다”라고 설명했다.

이 연구팀은 그들의 접근 방식이 이전 방법에 비해 적은 노력과 비용으로 홍수 지역을 보다 사실적으로 묘사하는 지도를 제작하기를 희망하며, 더 자주 업데이트되어 개선된 지도를 만들어야 한다고 했다.

스티븐스는 "우리의 단순화된 접근 방식은 제한된 시간, 예산 또는 기술 자원을 가진 사용자 등 더 많은 사용자가 더 쉽게 접근할 수 있다"면서 "전통적인 규제 홍수 위험 연구에 대한 노력 수준을 약간만 높이면 구현될 수 있으므로, 불확실성을 훨씬 더 접근하기 쉽고 실행 가능하며 비용 효율적으로 통합할 수 있다"고 전했다.

이 방법을 실무자들에게 제공하기 위해 연구원들은 미 육군 공병단(U.S. Army Corps of Engineers), 연방 비상 관리국(Federal Emergency Management Agency), 조지아 비상 관리국(Georgia Emergency Management Agency), 범람원 관리 협회(floodplain management associations) 및 다양한 지방 자치 단체의 파트너와 협력하기 시작했다.

가능한 가장 명확하고 정확한 홍수 지도를 만들겠다는 비전을 더욱 발전시키기 위해, 블레드소 교수와 스트븐스는 사회 과학자들과 협력하여 위험에 대한 완전한 홍수 지도를 대중에게 전달할 수 있는 최선의 방법을 결정해왔다.

끝으로 블레드소 교수는 "예를 들어, 우리는 100년 홍수나 연간 1%의 초과 확률에 대한 추상적인 진술보다 "앞으로 20년 안에 당신의 집이 침수되지 않을 것이라고 어느 정도 확신할 수 있다"와 같은 말을 하는 것이 훨씬 더 쉽게 이해할 수 있다는 것을 발견했다"라고 설명했다.

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New flood maps clarify the risk homeowners face

Maps more realistically depict flood zones with less effort, lower costs

Flooding in urban areas cost Americans more than $106 billion between 1960 and 2016, damaging property, disrupting businesses and claiming lives in the process. Determining which areas are most likely to flood amid ever-changing land use and shifting rainfall and climate patterns can be expensive and complicated – and past methods of drawing flood maps fail to capture the inherent uncertainty in flood predictions.

Now, new research from the University of Georgia outlines a simplified, cost-effective method for developing flood maps that reflects the uncertainty in flood predictions. Published in the journal Water, the study was led by engineering professor Brian Bledsoe, director of UGA’s Institute for Resilient Infrastructure Systems (IRIS), and Tim Stephens, a UGA and IRIS alumnus now with Dynamic Solutions LLC, an engineering, planning and research firm that specializes in water resources.

The study offers what the researchers describe as “a practical, simplified approach for quantifying uncertainty in flood hazard estimates” by modeling flooding in two urban watersheds: Proctor Creek in Atlanta and Bronx Wash in Tucson, Arizona.

“Conventional flood hazard mapping tends to draw a single line on a map showing the flood zone, which is often interpreted by the public and politicians as, ‘You’re not going to get flooded if you’re outside the line,’” said Bledsoe. “In reality, that line can be very uncertain and fuzzy, and a large proportion of flood damages occur outside of it.”

The new approach introduced by Bledsoe and Stephens uses the concept of confidence intervals, which show the standard of deviation around a specific prediction, to help clarify the flooding risk homeowners face in any given place. This approach differs from traditional flood maps because it captures the variation in potential flooding scenarios for any given spot within the map.

“We use advanced tools to quantify the uncertainty around flood lines and describe the full range of locations where flooding is likely to occur. It’s like confidence intervals based on a standard deviation in statistics – the flood zone has confidence intervals around it and we reveal that variability to help with planning and decision-making to protect people and property. The uncertainty may be 100 feet wide in some places or more than 1,000 feet wide in other places along the floodplain,” said Bledsoe.

In the past, this kind of detailed analysis wasn’t accessible to most municipalities, especially in communities lacking resources.

“The way this type of analysis has been done in the past is very time intensive and involves running complex hydraulic models thousands of times to understand the full extent of the flood hazards. This research demonstrates a simplified method that produces very similar and acceptable results but is much less time intensive and is easier and less costly to perform,” Bledsoe explained.

Stephens and Bledsoe hope their approach will produce maps that more realistically depict flood zones with less effort and lower costs compared to previous methods. They believe their method should result in improved maps that are more frequently updated.

“Our simplified approach is more accessible to a broader audience, such as those with limited time, budget or technical resources,” said Stephens. “It can be implemented with a small increase in the level of effort for traditional regulatory flood hazard studies, making the incorporation of uncertainty much more approachable, viable and cost effective.”

To get this method into the hands of practitioners, the researchers have begun coordinating with their partners at the U.S. Army Corps of Engineers, the Federal Emergency Management Agency, the Georgia Emergency Management Agency, floodplain management associations and various municipalities.

To further advance their vision of creating the clearest, most accurate flood maps possible, Bledsoe and Stephens have been working with social scientists to determine the best ways to communicate a complete picture of the risks to the public.

“For example, we’ve found that saying things like, “You can be a certain percentage confident that your home will not be flooded in the next 20 years” is much easier to grasp than abstract statements about the 100-year flood or 1% annual exceedance probability,” Bledsoe explained.

The full study is available here.

[출처 = UGA(https://news.uga.edu/new-flood-maps-clarify-the-risk-homeowners-face/) / 2022년 6월 30일]