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문제 정의
- 본 연구는 행정구역상 대구광역시와 경상북도 경산시, 영천시, 고령군 등에 위치하면서 낙동강 유역의 중류에 해당하는 금호강 유역을 대상으로 하였으며(그림 1), 산사태에 영향을 미치는 인자를 설정하기 위하여 관련된 선행연구와 문헌들을 조사·분석하였다.
- 이에 본 연구는 금호강 유역을 대상으로 산사태 발생에 영향을 미치는 환경인자들을 추출하고, GIS와 원격탐사 기법을 활용하여 각 인자에 대한 공간정보를 구축한 후, 이를 토대로 산사태 취약성의 정량적 예측모델을 개발하고자 한다. 아울러, 산사태 취약성 지도화를 통해 광범위한 지역의 자연재해 예측 및 관리시스템의 개발과 효율적인 국토자원관리를 위한 친환경적인 개발계획 수립에 있어 유용한 기초자료를 제공하고자 한다.
- 본 연구는 금호강 유역을 대상으로 산사태 발생에 영향을 미치는 환경요인들을 추출하였으며, GIS와 원격탐사 기법을 활용하여 산사태 발생인자들에 대한 공간정보를 구축하였다. 이를 토대로 중첩분석 및 합산평가 매트릭스분석 기법을 이용한 산사태 취약성 평가 및 산사태 취약성 지도의 제작을 통해 향후 산사태재해 방재를 위한 기초자료를 제시하고자 하였다.
- 이에 본 연구는 금호강 유역을 대상으로 산사태 발생에 영향을 미치는 환경인자들을 추출하고, GIS와 원격탐사 기법을 활용하여 각 인자에 대한 공간정보를 구축한 후, 이를 토대로 산사태 취약성의 정량적 예측모델을 개발하고자 한다. 아울러, 산사태 취약성 지도화를 통해 광범위한 지역의 자연재해 예측 및 관리시스템의 개발과 효율적인 국토자원관리를 위한 친환경적인 개발계획 수립에 있어 유용한 기초자료를 제공하고자 한다.
제안 방법
- 본 연구는 금호강 유역을 대상으로 산사태 발생에 영향을 미치는 환경요인들을 추출하였으며, GIS와 원격탐사 기법을 활용하여 산사태 발생인자들에 대한 공간정보를 구축하였다. 이를 토대로 중첩분석 및 합산평가 매트릭스분석 기법을 이용한 산사태 취약성 평가 및 산사태 취약성 지도의 제작을 통해 향후 산사태재해 방재를 위한 기초자료를 제시하고자 하였다.
- 본 연구에서는 사면경사도, 사면방향, 지질, NDVI, 토지이용의 인자별 주제도를 토대로 중첩 및 합산평가 매트릭스 분석기법을 적용하여 산사태 취약성을 평가한 후, 최종적으로 전체 대상지를 6개 범주로 구분한 산사태 취약성 지도를 제작하였다.
- 생성된 인자는 ArcGIS 8.3을 이용하여 30m셀의 래스터(raster) 자료로 구축하였으며, 최종적으로 GRID 모듈의 중첩기능과 조합기능을 이용하여 산사태 취약성 지도를 작성하였다(그림 2).
- 국내의 산사면에서 발생하는 산사태는 오랫동안 풍화작용을 받은 흙과 암석편이 흘러내리는 토석류(debris flow)가 90% 이상을 차지한다(한국자원연구소, 2000). 토석류와 같은 산사태에 가장 큰 영향을 미치는 사면경사는 농업진흥청에서 발행된 정밀토양도의 경사도 구분을 참고하여 6개 등급으로 나누었으며, 경사도가 증가할수록 높은 점수를 부여하였다.
- 산사태 발생가능성은 산림지역에서 가장 높게 나타나고, 초지, 농업지역의 경우 침식의 가능성은 높지만 산사태 발생가능성은 비교적 낮다고 할 수 있다(이진덕, 2002). 토지이용패턴은 수치토지이용도를 이용하여 도시지역, 농업지역, 산림지역, 초지, 나지, 수역의 6가지 항목으로 설정하였으며, 표 6과 같이 3등급으로 재분류하였다.
대상 데이터
- 산사태 평가인자의 생성은 한국지질자원연구원에서 제작한 지질도(1:50,000)와 국토지리정보원에서 발행한 토지이용도(1:25,000)를 활용하였으며, 경사도와 경사방향 분포도는 수치지형도(1:25,000)에서 10m 간격의 등고선 레이어를 추출하여 생성된 30m 해상도의 DEM 자료를 활용하였다. 식생활력도 평가를 위한 정규식생지수(NDVI: normalized difference vegetation index)는 2002년 4월 5일에 촬영된 Landsat7 ETM+(114/35) 영상자료의 band 3, 4를 이용하여 산출하였다.
데이터처리
- 본 연구에서는 산사태 취약성 지역의 추출을 위해 중첩분석 및 합산평가 매트릭스분석 기법을 적용하였으며, 분석 기법의 분류등급별 결과 값은 표 9와 같다.
이론/모형
- 따라서 본 연구에서는 산사태에 관련된 선행연구(최경, 2001; 이진덕 등, 2002; 이천용 등, 2002; Dai와 Lee, 2002; Perotto-Baldiviezo 등, 2004)를 바탕으로 물리적 요인과 인간활동 요인에 관한 5개 인자를 선정하였으며, 평가인자별 범위 및 등급설정은 표 1과 같다.
- 산사태 평가인자의 생성은 한국지질자원연구원에서 제작한 지질도(1:50,000)와 국토지리정보원에서 발행한 토지이용도(1:25,000)를 활용하였으며, 경사도와 경사방향 분포도는 수치지형도(1:25,000)에서 10m 간격의 등고선 레이어를 추출하여 생성된 30m 해상도의 DEM 자료를 활용하였다. 식생활력도 평가를 위한 정규식생지수(NDVI: normalized difference vegetation index)는 2002년 4월 5일에 촬영된 Landsat7 ETM+(114/35) 영상자료의 band 3, 4를 이용하여 산출하였다.
성능/효과
- NDVI에 의한 식생의 활력도 분석결과, 식생지수가 0.1이하인 지역은 전체면적의 약 10%에 해당하는 246.4㎢이며, 공간적으로 비산림지역에 인접한 저지대에 분포하는 것으로 파악되었다. 식생활력도가 0.
- Ⅴ, Ⅵ등급 지역의 경우 중첩분석 결과 Ⅴ등급이었던 지역의 124.26km²(24.2%)가 Ⅳ등급으로 하락하는 등 일부 면적이 감소하였으나, 중첩분석이나 매트릭스분석의 결과값은 크게 차이나지 않는 것으로 나타났다.
- 3%를 차지하는 것으로 나타났다. 공간적 위치는 행정구역 상 대구광역시 동구 공산동, 북구 무태동, 달성군 유가면 및 논공읍 그리고 대구광역시 외곽에 위치한 칠곡군 동명면, 지천면, 경산시 하양읍, 영천시 고경면 등으로 사면경사가 높은 산림지역에 위치하나 식생활력도가 비교적 낮은 지역에 집중적으로 분포하는 것으로 분석되었다.
- 12㎢)로서 일부 수역을 제외한 대부분의 도시지역이 여기에 해당되며, 그림 3(e)에서 보는 바와 같이 대구광역시 중심부를 비롯한 경산시와 영천시 동(洞)지역에 집중적으로 위치하고 있다. 금호강본류를 중심으로 남북방향으로 폭넓게 분포하고 있는 산림지역은 전체면적의 약 62%(1,610.49㎢)를 차지하고 있는 것으로 나타났다.
- 96km²)로서 대구광역시와 경산시, 영천시 등의 하천을 따라 분포하는 도시지역으로나타났으나, 매트릭스분석에서는 이들 도시지역과 그에 인접한 농경지와 산림지역까지 일부 포함하는 것으로 분석되었다. 면적비를 비교해 보았을 때도 전체면적의 약 60%(1,557.92km²)로서 중첩분석에 비해 3배가량 넓은 면적비를 차지하는 것으로 나타났다.
- 중첩 분석은 인자별 등급에 해당하는 점수를 그대로 반영하여 간단한 계산에 의해 결과를 도출할 수 있으므로 기법적용이 편리하고 계산과정 및 입력, 결과 값을 쉽게 이해할 수 있어 산사태 발생인자의 중요성을 쉽게 파악할 수 있다는 장점이 있었다. 반면 합산평가 매트릭스분석 기법은 인자별 자료층을 결합하여 새로운 자료층을 생성하여야 하며, 그 결과값을 속성자료에 다시 입력해 주어야 한다는 단점이 있었으나, 각 인자들 상호간의 관계성을 쉽게 파악할 수 있다는 장점이 있었다. 그러나 향후 산사태 발생위험의 정확한 예측을 위해서는 현장조사를 통한 검증이 필요할 것으로 판단된다.
- 분석 기법간의 변화 양상을 살펴보면, 중첩분석에서 Ⅰ, Ⅱ등급으로 평가된 지역은 전체면적의 약 21%(549.96km²)로서 대구광역시와 경산시, 영천시 등의 하천을 따라 분포하는 도시지역으로나타났으나, 매트릭스분석에서는 이들 도시지역과 그에 인접한 농경지와 산림지역까지 일부 포함하는 것으로 분석되었다. 면적비를 비교해 보았을 때도 전체면적의 약 60%(1,557.
- 분석결과를 등급별로 살펴보면, 산사태 발생에 있어 매우 안정적인 Ⅰ, Ⅱ등급은 전체면적의 약 21%에 해당하는 549.96㎢로 금호강 중·하류에 분포하는 대구광역시 북구, 남구와 이에 인접한 경산시, 영천시 등의 동(洞)지역으로 나타났다. 이는 하천을 따라 분포하는 범람원 또는 충적토 지역으로서 토지이용패턴의 대부분이 15°이하의 낮은 사면경사를 가진 농경지와 도시 지역에 해당되어 산사태 취약성이 낮게 나타난 것으로 판단된다.
- 분석결과에 따르면, 전체면적의 약 27%(700.51㎢)가 7% 이하의 낮은 사면경사로 나타났는데(표 2), 이는 그림 3(a)에서와 같이 금호강 중·하류에 분포하는 대구광역시와 이에 인접한 경산시, 영천시 등의 도시 및 농업지역이 대부분을 차지했다. 한편, 60% 이상의 경사는 전체면적의 약 14%(374.
- 사면방향의 분석결과, 평탄지는 대구광역시 북구, 달서구 및 달성군 다사면, 영천시 금호읍 등으로 주로 낙동강 본류 및 금호강에 인접하여 분포하는 것으로 분석되었으며, 가장 많은 면적 비를 차지하는 항목은 북동향과 남서향, 서향으로 전체면적의 약 32%(843.59㎢)로 나타났다. 산사태 취약성이 가장 높은 남향 사면은 대구광역시 동구 공산동 및 달성군 유가면, 가창면 등에 분포하며 전체면적의 약 11%(278.
- 산사태 발생 가능성이 높은 Ⅴ, Ⅵ등급은 530.88㎢로서 전체면적의 약 21%를 차지하며, 대구광역시 외곽의 팔공산, 앞산을 비롯하여 달성군의 비슬산, 와룡산 및 영천댐 상류지역에 집중적으로 분포하고 있는 것으로 나타났다. 이들 지역은 사면경사가 높은 산림지역에 위치하며, 토지이용패턴이 초지로서 식생활력도가 비교적 낮은 것으로 분석되었다(그림 4).
- 산사태 발생 잠재력이 가장 높은 Ⅵ등급지는 행정구역 상 대구광역시 동구 공산동, 북구 무태동, 달성군 유가면과 논공읍 그리고 대구광역시 외곽에 위치한 칠곡군 동명면, 지천면, 경산시 하양읍, 영천시 고경면에 위치하는 것으로 분석되었다. 이들 지역은 사면경사가 높은 산림지역에 위치하나 식생활력도가 비교적 낮은 지역으로서, 지난 2003년 태풍 ‘매미’로 인해 산사태 피해를 입은 지역과도 일치하는 경향을 보였다.
- 26㎢)로 가장 많은 면적을 차지하고 있는 것으로 나타났다. 산사태 취약성이 높은 변성암 및 안산암질 화성암은 그림 3(c)에서와 같이 대구광역시 동구에 위치한 팔공산 일대 및 달성군 성산면, 유가면, 남산면을 비롯한 포항시 북구 죽장면 등의 산지에 분포하고 있는 것으로 분석되었다. 한편, 이들 지역은 사면경사 분석에서 높은 인자 등급을 받은 지역과도 대부분 일치하는 곳으로서 집중강우시 산사태를 유발할 수 있는 잠재적인자를 가지고 있는 것으로 판단된다.
- 이들 지역은 지난 2003년 태풍 ‘매미’로 인해 산사태 피해를 입은 대구광역시 동구 공산동 일대를 비롯한 달성군 유가면 초곡리, 논공읍 본리 등의 지역과도 일치하는 경향을 보였다. 특히, 논공읍 본리는 인간활동이 활발한 논공단지와 인접한 지역으로서, 대규모 산사태 발생 시 재산 및 인명피해까지 유발할 가능성이 높다.
- 한편, 매트릭스분석 기법과 중첩분석 기법간의 평가인자별 가중치와 분석기준에 따라 그 예측결과가 변화하는 양상을 볼 수 있었다. 중첩 분석은 인자별 등급에 해당하는 점수를 그대로 반영하여 간단한 계산에 의해 결과를 도출할 수 있으므로 기법적용이 편리하고 계산과정 및 입력, 결과 값을 쉽게 이해할 수 있어 산사태 발생인자의 중요성을 쉽게 파악할 수 있다는 장점이 있었다. 반면 합산평가 매트릭스분석 기법은 인자별 자료층을 결합하여 새로운 자료층을 생성하여야 하며, 그 결과값을 속성자료에 다시 입력해 주어야 한다는 단점이 있었으나, 각 인자들 상호간의 관계성을 쉽게 파악할 수 있다는 장점이 있었다.
- 중첩분석 및 합산평가 매트릭스분석 결과에 따르면, 금호강 중·하류에 분포하는 대구광역시 북구, 남구와 이에 인접한 경산시, 영천시 등의 동(洞)지역이 15% 이하의 낮은 사면경사를 가진 농경지와 도시지역으로서 산사태 발생위험이 상대적으로 낮은 것으로 분석되었다. 반면, 대구광역시 동구 공산동을 비롯한 달성군 가창면 등에 분포하는 산림지역 및 농경지는 산사태 취약성 등급이 중간인 지역(Ⅲ, Ⅳ)으로서 집중 강우 시 산사태를 유발할 수 있는 잠재적 인자를 가지고 있어, 향후 이들 지역의 도시계획수립 시 산사태 위험에 대한 영향도 고려되어져야 할 것으로 생각된다.
- 중첩분석결과 전체면적의 약 58%(1,495.56km²)를 차지하던 Ⅲ, Ⅳ등급지는 매트릭스 분석에서 전체면적의 약 22%(542.36km²)로 나타나 중첩분석 결과에 비해 Ⅲ, Ⅳ등급지의 면적이 큰 폭으로 감소하는 것으로 나타났다. 이와 같이 중첩분석 결과에 비해 매트릭스분석에서 안정적인 지역이 증가하고 중간지역이 감소하는 경향을 나타낸 것은 표 10에서 보는 바와 같이 중첩분석에서 Ⅲ등급으로 평가된 지역의 416.
- 중첩분석과 합산평가 매트릭스에서 산출된 결과값의 공간적 분포패턴을 분석하기 위해 등급별 레이어를 중첩한 결과(그림 6), 두 분석방법 모두에서 산사태 발생 가능성이 가장 높은 Ⅵ등급지는 8.67km²로서 전체면적의 0.3%를 차지하는 것으로 나타났다. 공간적 위치는 행정구역 상 대구광역시 동구 공산동, 북구 무태동, 달성군 유가면 및 논공읍 그리고 대구광역시 외곽에 위치한 칠곡군 동명면, 지천면, 경산시 하양읍, 영천시 고경면 등으로 사면경사가 높은 산림지역에 위치하나 식생활력도가 비교적 낮은 지역에 집중적으로 분포하는 것으로 분석되었다.
- 지질은 표 4와 같이 4등급의 암질로 분류하였으며, 퇴적암층이 전체면적의 약 54%(1,410.26㎢)로 가장 많은 면적을 차지하고 있는 것으로 나타났다. 산사태 취약성이 높은 변성암 및 안산암질 화성암은 그림 3(c)에서와 같이 대구광역시 동구에 위치한 팔공산 일대 및 달성군 성산면, 유가면, 남산면을 비롯한 포항시 북구 죽장면 등의 산지에 분포하고 있는 것으로 분석되었다.
- 토지이용 및 NDVI에 의한 식생의 활력도 분석결과, 대구광역시 동구 공산동, 칠곡군 동명면, 영천시 자양면, 화북면, 달성군 가창면 등의 지역에 분포하는 산림지역이 식생활력도가 0.4이상인 것으로 분석되었으며, 도심지내에 분포하는 공원녹지도 식생활력도가 비교적 높은 것으로 나타났다.
- 평가인자별 추출 결과를 요약하면, 낙동강 본류 및 금호강 중·하류에 인접한 대구광역시 북구, 달서구 다사면, 영천시 금호읍 등에 분포하는 도시 및 농업지역은 평탄지 혹은 7% 이하의 낮은 사면경사 지역으로 나타났다. 반면, 대구광역시 동구 공산동, 달성군 가창면, 유가면 등의 지역은 변성암 및 안산암질 화성암이 분포하고 사면경사 60% 이상의 지형적 특성을 나타내 산사태 발생위험이 상대적으로 높게 분석되었다.
- 포항시 죽장면, 대구광역시 동구 공산동 및 달성군 가창면에 위치하고 있는 Ⅲ, Ⅳ등급 지역은 542.36㎢로서 전체면적의 약 22%를 차지하며, 도시외곽에 위치한 산림지역에 분포하는 것으로 나타났다. 특히 Ⅲ등급 지역은 경사진 지역에 위치한 농경지로 박경훈(2003)의 연구에서도 언급했듯이 경사도 26.
- 한편 중첩분석결과에 비해 매트릭스분석에서 안정적인 지역이 증가하고 중간지역이 감소하는 경향을 보였는데, 이는 중첩분석의 경우, 경사도가 매우 낮고 평탄한 지역이라 할지라도 지질과 식생활력도, 토지이용에서 높은 평가등급을 받으면 산사태 취약성 등급도 높게 나타난 반면, 합산평가 매트릭스분석의 경우에는 경사도가 매우 낮거나 평탄한 지역은 지질의 종류나 식생활력도, 토지이용에 관계없이 산사태 발생에 있어 매우 안정적인 지역으로 판단하여 가장 낮은 등급인 Ⅰ등급을 유지하도록 평가하였기 때문이다.
- 한편, 매트릭스분석 기법과 중첩분석 기법간의 평가인자별 가중치와 분석기준에 따라 그 예측결과가 변화하는 양상을 볼 수 있었다. 중첩 분석은 인자별 등급에 해당하는 점수를 그대로 반영하여 간단한 계산에 의해 결과를 도출할 수 있으므로 기법적용이 편리하고 계산과정 및 입력, 결과 값을 쉽게 이해할 수 있어 산사태 발생인자의 중요성을 쉽게 파악할 수 있다는 장점이 있었다.
- 합산평가 매트릭스분석 결과 산사태 발생에 있어 매우 안정적인 Ⅰ, Ⅱ등급이 전체면적의 약 60%(1,557.92㎢)로 나타났다. 이들 지역은 가장 많은 면적비를 점하고 있으며, 대구광역시를 비롯한 경산시, 영천시 및 달성군의 동(洞)지역과 이에 인접한 산림지역 및 농경지에 폭 넓게 분포하고 있는 것으로 분석되었다.
후속연구
- 최근 개발가용지의 부족과 도시로의 인구집중 등으로 인하여 대도시에 인접한 산림지역에서의 개발 압력이 높아지고 있다. 그러나 이와 같은 지역은 집중강우시 산사태를 유발할 수 있는 잠재적 인자를 가지고 있는 지역으로서, 향후 이들 지역의 도시계획수립시 산사태 위험에 대한 영향도 고려되어야 할 것으로 사료된다.
- 반면 합산평가 매트릭스분석 기법은 인자별 자료층을 결합하여 새로운 자료층을 생성하여야 하며, 그 결과값을 속성자료에 다시 입력해 주어야 한다는 단점이 있었으나, 각 인자들 상호간의 관계성을 쉽게 파악할 수 있다는 장점이 있었다. 그러나 향후 산사태 발생위험의 정확한 예측을 위해서는 현장조사를 통한 검증이 필요할 것으로 판단된다.
- 특히, 논공읍 본리는 인간활동이 활발한 논공단지와 인접한 지역으로서, 대규모 산사태 발생 시 재산 및 인명피해까지 유발할 가능성이 높다. 따라서, 향후 자연친화적 산지개발을 위한 각종 개발사업의 수행에 앞서 실시되는 사전환경성 검토에 있어서 지형, 지질, 식생 등을 고려한 산사태 발생위험이 평가항목으로 추가될 필요성이 있을 것으로 판단된다.
- 중첩분석 및 합산평가 매트릭스분석 결과에 따르면, 금호강 중·하류에 분포하는 대구광역시 북구, 남구와 이에 인접한 경산시, 영천시 등의 동(洞)지역이 15% 이하의 낮은 사면경사를 가진 농경지와 도시지역으로서 산사태 발생위험이 상대적으로 낮은 것으로 분석되었다. 반면, 대구광역시 동구 공산동을 비롯한 달성군 가창면 등에 분포하는 산림지역 및 농경지는 산사태 취약성 등급이 중간인 지역(Ⅲ, Ⅳ)으로서 집중 강우 시 산사태를 유발할 수 있는 잠재적 인자를 가지고 있어, 향후 이들 지역의 도시계획수립 시 산사태 위험에 대한 영향도 고려되어져야 할 것으로 생각된다.
- 연구를 수행하면서 도출된 문제점과 향후 과제로서, 합산평가 매트릭스분석의 경우 결과 도출에 있어 정량적 평가 기법을 활용하였으나, 산사태 평가인자 및 등급설정에 있어서는 전문가 설문조사 등을 통한 객관화된 검증작업과 산사태 발생 현장의 조사 및 국내에서의 실험치를 통한 적절한 보정이 필요할 것으로 생각된다. 아울러 산사태 발생에 결정적인 영향을 주는 강우강도 측정자료의 도입과 함께 향후 산사태에 의한 피해를 최소화하기 위한 위험지역의 예측 및 실시간 모니터링을 통한 지속적인 관리시스템의 개발이 필요하리라 판단된다.
- 연구를 수행하면서 도출된 문제점과 향후 과제로서, 합산평가 매트릭스분석의 경우 결과 도출에 있어 정량적 평가 기법을 활용하였으나, 산사태 평가인자 및 등급설정에 있어서는 전문가 설문조사 등을 통한 객관화된 검증작업과 산사태 발생 현장의 조사 및 국내에서의 실험치를 통한 적절한 보정이 필요할 것으로 생각된다. 아울러 산사태 발생에 결정적인 영향을 주는 강우강도 측정자료의 도입과 함께 향후 산사태에 의한 피해를 최소화하기 위한 위험지역의 예측 및 실시간 모니터링을 통한 지속적인 관리시스템의 개발이 필요하리라 판단된다.
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