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하루 최대 강수량은 근미래에 8.5%, 먼 미래에는 36.1% 증가할 전망이다.
원래 한국에도 여름마다 집중호우가 내리기는 했으나, 동남아시아에서나 보던 '스콜성 호우' 등 순식간에 비가 퍼붓는 현상이 나타나기 시작한 것은 기후위기 영향이 크다. 이런 현상은 예측하기 힘들기 때문에 대비가 어렵고 피해도 클 수밖에 없다.
차트
한국뿐 아니라 전 세계가 몸살을 앓고 있다. 최근 미국 국토 전역에 극한 호우가 내렸고, 텍사스주를 덮친 홍수로 130명 이상이 숨졌다. 시카고에서도 1000년에 한 번 내릴 정도의 비가 쏟아져 심각한 홍수 피해가 발생했다. 모두 전례를 찾아보기 힘든 사건으로, 데이터에 기반한 기후 예측과 대응책이 무의미하다는 걸 보여준다.
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은 과학자가 이 같은 자연재해를 극복하기 위해 연구에 매진하고 있다. 특히 최근에는 인공지능(AI)을 재해 연구에 적극 접목하는 추세다. 기후는 분석해야 할 변수가 매우 많아서 연산에 오랜 시간이 걸리는데, AI와 최근 발전한 컴퓨터 인프라스트럭처를 사용해 복잡한 연산을 빠르게 하는 방법들이 나오고 있다.
국내에서 폭우 피해, 즉 침수와 2억투자
도시 홍수를 방지하는 연구개발(R&D)을 가장 활발히 하는 곳은 한국건설기술연구원이다. 구혁채 과학기술정보통신부 제1차관은 폭우 피해가 발생한 직후인 지난 21일 건설연을 방문해 홍수 대응을 위한 R&D 현황을 살펴보기도 했다.
황석환 건설연 연구위원은 최근 AI를 이용해 도시 홍수를 예측하는 기술을 개발했다. 호우 예보를 갖고 도시의 어신규릴게임
느 지역이 침수 위험이 높은지를 예측하고 경고하는 기술이다. 연구진은 수백~수천 가지의 강우 시나리오와 그에 따른 도시 침수 시나리오를 미리 만들어 AI 모델에 학습시켰다. 황 연구위원은 "지역마다 하천의 모양과 상하수도 배치가 다르기 때문에 일관된 모형으로는 침수 위험을 자세하게 예측할 수 없다"고 했다.
연구진은 있을 법한 강우 시나리오를 만들었고, 홍수 시뮬레이션 모델을 이용해 각 경우에 어느 지역이 침수되는지를 파악했다. 이를 학습한 AI 모델은 시나리오에 없는 상황을 맞아도 추론을 통해 높은 정확도로 침수 위험 지역을 예측할 수 있다. 황 연구위원은 "기후 예측은 변수가 많아 실시간으로 학습하고 예측하는 건 불가능하다"며 "이번 AI 모델은 미리 데이터를 학습시켰기 때문에 비가 오고 나서 1~2분 내로 침수 위험 지역을 파악할 수 있다"고 했다.
황 연구위원이 주목하는 건 '체감할 수 있는 AI'다. 그는 "요즘도 매일 재난 알림 문자를 받지만 사람들은 별로 주목하지 않는다. 체감되지 않는 정보기 때문"이라고 했다. 체감할 수 있는 정보가 되려면 훨씬 구체적이어야 한다. 황 연구위원은 "단순히 어느 구가 침수 위험이 높다는 식이 아니라 어느 동네의 어느 놀이터가 침수 위험이 크다는 식으로 구체적인 알림이 떠야 사람들이 체감하고 대피 계획을 세울 것"이라고 했다.
또 다른 쟁점은 '설명 가능한 AI'다. 특정 지역의 홍수 위험이 크다면 이유가 무엇인지를 함께 알려줘야 사람들이 납득하고 능동적으로 판단해 대피 시간이나 방법을 결정할 수 있기 때문이다. 홍수 예측을 넘어서 피해를 줄이기 위한 연구도 진행되고 있다. 이동섭 건설연 연구위원은 디지털로 홍수를 제어하는 기술을 개발하고 있다. 도시 홍수를 예측하고, 실시간으로 침수 정도를 모니터링하고, 물받이판 같은 인프라를 어떻게 설치할지를 분석하는 종합 플랫폼을 만드는 작업이다.
연구에 참여하고 있는 김형준 연구위원은 "홍수 연구가 어려운 건 데이터 확보가 쉽지 않기 때문"이라고 말했다. 도시 홍수는 한번 나면 피해가 크지만, 자주 발생하지는 않기 때문에 몇십 년의 자료를 모아도 충분하지 않다. 피해가 어느 정도인지 분석하는 것도 어렵다. 사람들이 방문하고 조사하는 건 홍수가 끝난 다음이기 때문에 정확히 얼마나 침수됐는지에 대한 기록을 찾기가 어렵다. 김 연구위원은 "현장에 남아 있는 먼지 자국 등 가능한 모든 방법을 통해 자료를 모으고 있다"고 했다.



다른 대학들도 홍수 피해를 예측하고 대비할 수 있는 기술을 연구하고 있다. 감종훈 포스텍 환경공학부 교수는 최근 AI로 지역별 홍수 위험도를 예측한 '전국 홍수 위험 지도'를 만들었다. 전국을 시군구별로 분석한 이 지도에 따르면 인구밀도가 높고 도시화가 많이 진행된 지역일수록 홍수 피해가 심한 것으로 나타났다.
홍수 위험이 높은 지역은 공통된 특징을 보였는데 주변 하천이 범람의 위험이 있고, 도시화가 많이 진행돼 콘크리트 포장 면적이 넓다. 콘크리트는 흙에 비해 물을 흡수하지 못하기 때문에 흡수되지 못한 빗물이 넘친다고 연구팀은 설명했다. 이 연구를 발전시키면 지방자치단체별로 대응책을 마련하는 데 도움이 될 것으로 기대된다.
해외에서는 홍수를 막기 위해 더 창의적이고 적극적인 아이디어가 제안됐고, 그중 일부는 이미 실현되기도 했다. 대표적인 게 중국의 '스펀지 도시'다. 스펀지 도시는 생태 복원을 우선시해서 홍수를 완화하고 도시의 회복력을 강화하는 개념이다. 인공적인 인프라를 늘리기보다 자연을 최대한 이용해 홍수에 대비한다. 중국 정부는 2013년 스펀지 도시 프로그램을 공식 채택해 일부 도시에 도입했다. 하얼빈에 있는 췬리 우수공원은 원래 홍수 발생 위험이 높은 지역이었지만, 스펀지 도시 프로젝트 이후 빗물을 흡수할 수 있는 생태공원으로 변했다.
이처럼 스펀지 도시는 습지나 제방을 활용해 물의 흐름을 늦추고, 물을 최대한 많이 흡수할 수 있는 공간을 조성하는 게 핵심이다. 빗물을 흡수하지 못하는 콘크리트 포장 면적을 줄이고, 자연이 머금을 수 있는 용량을 최대한 활용한다. 로스앤젤레스(LA), 오클랜드 등 여러 도시가 스펀지 도시 개념을 도입하고 있다. 김형수 인하대 사회인프라공학과 교수는 지난해 과학기술단체총연합회 포럼에서 "기후위기로 인해 홍수 같은 수재해 피해가 증가하고 있는데, 이를 최소화하기 위해 자연 기반 해법인 습지 같은 그린 인프라 적용이 필요하다"고 했다. 김 교수의 연구에 따르면 인공 습지를 조성하면 홍수 범람 면적이 약 6% 줄어드는 효과가 있다.
인공 설비를 늘리는 경우도 있다. 저지대 국가인 네덜란드는 국토의 60%가 해수면보다 낮아 침수 피해가 잦다. 1953년에는 1836명이 목숨을 잃고 7만명의 대규모 이재민이 발생하는 대홍수 사건도 있었다. 네덜란드는 이를 계기로 대규모 홍수 대응 정책인 '델타플랜'을 시작했다. 당시 네덜란드 정부는 6개의 댐과 5개의 해일방벽을 지어 홍수에 대비했다. 지금도 네덜란드 정부는 1300㎞에 달하는 제방과 500여 개의 수문, 펌프 시스템 등을 매년 개선하고 있다.
네덜란드는 2007년부터 10년간 '강에 여유 주기(Room for the River)' 사업을 실시했다. 강바닥을 파고 강폭을 넓히는 등 말 그대로 강이 범람하지 않도록 여유 공간을 두는 사업이다. 이에 더해 수위를 자동으로 조절하는 기술을 도입해 홍수 위험을 크게 낮췄다. 유량이 많아질 때 물의 일부를 바깥으로 빼내 수압을 낮추는 것이다. 이러면 강둑이 무너질 우려가 줄어든다.
물의 흐름을 실시간으로 모니터링해서 홍수를 예측하는 기술도 새롭게 변하고 있다. 현재 홍수를 실시간으로 모니터링하려면 강가나 도로에 있는 센서를 사용해야 하는데, 이 같은 센서들은 유지·관리가 어렵다.
이에 일부 연구자들은 우주에서 지구를 관측하는 방법을 시도한다. 미국 항공우주국(NASA)은 지표수 및 해양 지형(SWOT) 위성을 통해 물의 흐름을 관측하는데, 이 데이터를 홍수 예측에 사용할 수 있다. SWOT 위성은 100ｍ보다 넓은 강을 관측할 수 있으며, 경우에 따라서는 더 작은 강까지도 볼 수 있다. 강의 어느 유역이 경사져 있는지, 어디가 유속이 빠른지를 알 수 있다면 어느 부근에서 범람하고 어디가 홍수 위험이 큰지도 미리 알 수 있다.
[최원석 기자]