반건조 지역 지하수 취약성 평가: GIS‑기반 DRASTIC‑LU와 퍼지 AHP 통합 모델

초록

본 연구는 알제리 남부 초트 호드나 지역에 DRASTIC 모델에 토지 이용(LU) 레이어를 추가하고, AHP와 퍼지 AHP를 이용해 가중치를 최적화한 하이브리드 취약성 지도를 개발하였다. 70개 시료 우물의 질산염 농도로 검증한 결과, 퍼지 AHP‑DRASTIC‑LU 모델이 AUC 0.951로 가장 높은 예측력을 보였다.

상세 분석

이 논문은 전통적인 DRASTIC 지표가 고정된 가중치와 인간 활동을 반영하지 못한다는 한계를 지적하고, 이를 보완하기 위해 두 단계의 혁신을 제시한다. 첫째, 토지 이용(LU) 데이터를 별도 레이어로 삽입해 DRASTIC_LU 모델을 구축함으로써 농업, 도시, 폐수 등 인위적 오염원과 지하수 취약성 간의 연관성을 공간적으로 반영한다. 둘째, 전문가 판단에 기반한 가중치 할당 과정을 AHP와 퍼지 AHP로 체계화한다. AHP는 쌍대 비교 행렬을 통해 일관성 비율(CR)을 검증하고, 퍼지 AHP는 판단의 모호성을 삼각 퍼지 수로 표현해 불확실성을 감소시킨다. GIS 환경에서 9개의 주제 레이어(D, R, A, S, T, I, C, LU)를 1‑5의 가중치와 1‑10의 등급으로 정규화하고, 가중합을 통해 취약성 지수를 산출한다. 모델 검증은 70개 시료 우물의 질산염 농도(WHO 기준 50 mg/L)와 ROC 곡선 분석을 이용했으며, DRASTIC(0.812), DRASTIC_LU(0.864), AHP‑DRASTIC_LU(0.875), 퍼지 AHP‑DRASTIC_LU(0.951) 순으로 성능이 향상됨을 보여준다. 특히 퍼지 AHP‑DRASTIC_LU는 높은 AUC와 민감도·특이도 균형을 통해 토지 이용 변화와 수문학적 특성이 복합적으로 작용하는 반건조 지역에서 신뢰할 수 있는 위험 지도 제작이 가능함을 입증한다. 또한, 토양·지층의 이질성, 급격한 강우·홍수 이벤트, 관개 반환 흐름 등 지역 특성을 고려한 가중치 재조정이 모델의 지역 적합성을 크게 높였다.