[논문]토석류 발생 지형과 유발 강우 특성 분석

김경석

doi:10.12652/ksce.2008.28.5c.263

토석류 발생 지형과 유발 강우 특성 분석
Characteristics of Basin Topography and Rainfall Triggering Debris Flow 원문보기

大韓土木學會論文集, Journal of the Korean Society of Civil Engineers, C. 지반공학, 터널공학, v.28 no.5C, 2008년, pp.263 - 271

초록
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토석류 위험에 체계적으로 대응하기 위해서는 토석류가 발생하는 위치의 지형 및 지질 그리고 유발요인 같은 토석류 특징에 대한 조사와 분석이 필요하다. 이 논문에서는 최근 5년간 고속도로에 피해를 유발시킨 48개소의 토석류에 대하여 유역의 지형 및 토석류 유발 강우자료를 조사, 분석하였다. 토석류는 $0.01{\sim}0.65km^2$의 크기를 갖는 규모의 유역에서 발생하였고 집중강우 시 약 $29{\sim}55^{\circ}$ 지형경사를 갖는 자연사면의 표면 파괴에 의해 주로 시작하는 것으로 나타났다. 토석류 유발강우의 경우 재현빈도 2년에서 5년의 강우에도 토석류가 발생할 수 있으며 토석류의 규모는 동일한 유역이라도 강우강도 및 누적강우특성에 따라 달라질 수 있음을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Investigation and analysis of the debris flow characteristics such as basin topography, geologic conditions of initiation location and triggering rainfall are required to systematically mitigate debris flow hazard. In this paper, 48 debris flows which had caused some damages to the highway in the past 5 years are investigated and their characteristics of basic topography and triggering rainfall are analyzed. Debris flows are found to occur in small basins having the area of $0.01{\sim}0.65km^2$ range and mostly initiated by the surficial failure of natural slope having the inclination of 29~55 degree during the intense rainfall. As for the triggering rainfall, rainfall of 2 to 5 year recurrence frequency are found to be able to trigger the debris flow and magnitude of debris flow in a basin could depend on the rainfall intensity and cumulative amount.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 국내에서 발생하는 토석류 특징과 유발지형과 강우특성을 알아보기 위해 고속도로에 피해를 유발한 48개소의 토석류에 대한 조사와 분석을 실시하였다. 이로부터 확인할 수 있는 결론은 다음과 같다.
토석류로 인한 재해규모 예측과 소요되는 대책구조물을 설계하기 위해서는 토석류 규모를 산정하는 것이 필요하지만 아직까지 토석류 규모의 산정은 지역적인 발생사례에 근거한 경험적 방법에 의존하고 있다. 여기에서는 조사된 자료를 이용하여 유출된 토석량과 유역의 지형변수 사이의 관계를 확인해보고자 하였다. 퇴적 토석량은 토석류 발생 당시 토로에 쌓인 토석량을 기준으로 하였으며 사진자료와 피해당시 복구대장을 토대로 추정한 값으로서 정확한 측정을 통하여 산출한 값이 아니므로 어느 정도 오차를 포함한다.
이 연구에서는 자연산지에서 파괴된 쇄설물이 계곡을 따라 흐르는 토석류를 유발하는 강우특성에 대해서 분석하였다. 강우자료는 토석류 발생지점에서 가까운 기상관측소 중 최대시간강우강도를 나타내는 관측소의 자료를 이용하였으며 24시간 누적강우와 지속시간별 최대강우강도를 구하여 표 3에 나타내었다.
하지만 지진이나 홍수와 같은 대부분의 자연재해가 그러하듯 규모-재현빈도의 관계는 역사적인 기록 자료나 과거문헌에 의존하는 경우가 많은데 불행히도 토석류의 규모-재현빈도 관계분석에 사용할 수 있는 국내 자료는 찾기가 쉽지않다. 이 연구에서는 토석류 발생이 강우특성에 의존한다는 점을 감안하여 강우재현빈도와 토석류 발생 및 규모의 관계를 확인함으로서 토석류 규모별 재현빈도를 간접적으로 추정해보고자 하였다.
국내에서 발생하는 토석류 재해에 효과적으로 대처하기 위해서는 국내 지형, 지질 및 기후상황에서 발생하는 토석류 사례에 대한 조사와 분석을 통한 자료와 경험이 축적되어야 할 것으로 보인다. 이러한 배경에서 이 논문에서는 최근 5년간 고속도로에 피해를 유발한 48개소의 토석류를 대상으로 토석류가 발생하는 지형 및 유발강우에 대한 조사를 수행하고 그 특징을 분석하였다.

가설 설정

* 사면파괴는 자연사면파괴에 기인한 토석류, 계곡침식은 계곡바닥과 측벽침식에 기인한 토석류임.

제안 방법

48개 구간 중 비교적 최근에 발생하여 파괴흔적이 뚜렷이 남아 있는 영동고속도로 6개구간에 대하여 실제 현장조사를 실시하여 시작원인과 시작지점의 특성을 조사하였다. 토석류의 시작은 유역 내 계곡 상류의 경사가 급한 자연사면 파괴에 기인한 경우가 대부분인 것으로 나타났으며, 파괴지점의 지형경사는 29°~55° 범위이고 지형적으로는 표면수가 모이는 오목한 구간에서 발생하고 있다.
계곡형토석류가 발생한 46개 구간에 대하여 도로를 유출지점으로 간주하고 유역 면적을 구하였다. 그림 2에 나타냈듯이 토석류가 발생한 유역크기는 0.
토석류 조사는 1:5,000축적의 수치지형도를 이용하여 유역면적, 계곡길이, 지형특성을 파악하고 이를 토대로 현장 조사를 실시하였다. 현장조사는 토석류가 이동하는 경로를 따라 토석류가 시작된 위치까지 조사하였으며 이동경로는 GPS를 이용하여 확인하였고, 각 계곡 위치별로 줄자, 각도계, 클리노미터, 표척을 이용하여 계곡의 경사와 폭을 측정하고 계곡바닥, 주변의 지반상태를 확인하였다.
토석류가 흘러내린 계곡을 따라 남아있는 흔적으로부터 토석류의 이동특징을 조사하였다. 초기 시작지점은 파괴면에 기반암이 노출되어 있고 파괴지점 하부에 파괴쇄설물의 흔적이 거의 남아있지 않은 경우가 많았는데 파괴된 토괴는 표면수와 함께 대부분 하부로 이동하는 것으로 추정된다.
현장조사는 토석류가 이동하는 경로를 따라 토석류가 시작된 위치까지 조사하였으며 이동경로는 GPS를 이용하여 확인하였고, 각 계곡 위치별로 줄자, 각도계, 클리노미터, 표척을 이용하여 계곡의 경사와 폭을 측정하고 계곡바닥, 주변의 지반상태를 확인하였다. 파괴가 발생한 위치에 대해서는 지형형상, 지형경사 및 파괴규모를 측정하였다.
토석류 조사는 1:5,000축적의 수치지형도를 이용하여 유역면적, 계곡길이, 지형특성을 파악하고 이를 토대로 현장 조사를 실시하였다. 현장조사는 토석류가 이동하는 경로를 따라 토석류가 시작된 위치까지 조사하였으며 이동경로는 GPS를 이용하여 확인하였고, 각 계곡 위치별로 줄자, 각도계, 클리노미터, 표척을 이용하여 계곡의 경사와 폭을 측정하고 계곡바닥, 주변의 지반상태를 확인하였다. 파괴가 발생한 위치에 대해서는 지형형상, 지형경사 및 파괴규모를 측정하였다.

대상 데이터

이 연구에서는 자연산지에서 파괴된 쇄설물이 계곡을 따라 흐르는 토석류를 유발하는 강우특성에 대해서 분석하였다. 강우자료는 토석류 발생지점에서 가까운 기상관측소 중 최대시간강우강도를 나타내는 관측소의 자료를 이용하였으며 24시간 누적강우와 지속시간별 최대강우강도를 구하여 표 3에 나타내었다.
조사는 2002년부터 2006년까지 5년간 고속도로에 피해를 유발한 토석류를 대상으로 하였으며 표 1에 발생현황을 요약하였다. 토석류는 주로 7월에서 9월의 여름철 장마, 태풍 또는 집중강우에 의해 매년 1회 이상 발생하는 것으로 나타난다.

이론/모형

그림 10에는 토석류 유발강우에 대하여 강우강도-지속시간 곡선과 IDF곡선을 중첩하여 나타내었다. IDF곡선은 건설교통부 공식(건설교통부, 2000)에서 선형화기법을 이용한 식 (1)을 이용하였다.

성능/효과

0.1km2 이하 크기에서 발생한 27개의 토석류에 대한 유역크기 분포를 보면 최소유역크기는 0.01km2 이상(100×100m 이상)의 유역크기를 가진 구간에서 발생하는 것으로 나타난다.
1. 국내 토석류는 7월에서 9월사이의 장마, 태풍, 집중호우에 의해 주로 발생한다.
2. 토석류의 주요형태는 자연사면의 파괴로 인한 쇄설물이 계곡으로 집중되어 물과 함께 흐르는 계곡형토석류이며 강우특성에 따라 여러 개소의 계곡부에서 동시 다발적으로 발생하기도 한다.
3. 토석류가 발생한 유역크기는 0.01~0.65km² 범위로 나타나며 대부분의 토석류는 0.35km² 미만의 유역크기에서 발생하고 있다.
4. 토석류 시작은 29~55° 범위의 지형경사를 갖는 자연사면의 파괴에 기인하며 파괴형태는 얕은 표층과 기반암 사이에서 무한사면형태로 나타난다.
6.유출된 토석규모는 약 100~5,000m³ 범위로 나타나며 유역의 크기 또는 토석류의 이동 거리에 따라 증가하는 추세를 나타낸다.
7. 토석류는 24시간 누적강우 약 100mm 이상, 최대시간강우 강도가 약 30mm/h 이상일 때 시작될 가능성이 있으며 강우강도와 누적강우가 증가할수록 토석류의 발생횟수와 최대유출토석량도 비례하여 증가하는 것으로 나타난다.
유역에서 유출되어 도로 또는 배수구조물 입구에 퇴적된 토석량은 약 100~5,000m³의 범위로 조사되었는데 유역 크기, 계곡 경사, 기존에 계곡 바닥에 퇴적되어 있던 흙의 양과 상태, 강우에 의한 계곡 유량 등 유역내의 많은 변수와 발생 당시의 환경에 따라 달라지는 것으로 간주된다. 그림 7은 각각 유역면적과 토석류이동거리에 따른 토석량을 log-log관계로 나타낸 것이다.
그림 8에는 기존 연구에서 제시된 국내 산사태 유발 강우 기준들과 토석류를 유발한 강우를 나타내었는데, 홍원표 등(1990)이 제시한 기준 중 대규모 산사태를 유발하는 강우기준과 산림청의 산사태 경보 기준에 해당하는 강우기준이 토석류를 유발시킨 강우와 유사하게 나타나는 것을 알 수 있다. 이 그림에서는 최대 퇴적토석량 또는 발생횟수로 정의되는 토석류 규모가 강우특성에 따라 달라지는 것도 확인할 수 있는데, 토석류를 유발시키는 최소강우(누적강우 100mm, 최대시간강우 30mm/h)에서는 약 1,500m³정도의 상대적으로 작은 토석류 규모가 발생하지만 24시간 누적강우량이 240mm 이상이고 최대시간강우강도가 약 50mm/h를 초과하면 토석류는 최대 5,000m³의 규모로 십 수 개소에서 동시에 발생할 수 있는 것으로 나타난다.
총 48개의 조사구간 중 46개 구간의 토석류는 유역 내 지형경사가 급한 구간에서 발생한 사면파괴 쇄설물이 계곡수와 합쳐지면서 계곡을 따라 흐르다 도로에 퇴적 또는 횡단배수구조물을 차단시키는 수로형토석류(channelized debris flow) 형태로 나타났고, 나머지 2개소는 계곡이 아닌 오목한 자연산지에서 발생한 파괴 토괴가 곧바로 도로로 흘러내리는 사면형토석류(open slope debris flow)형태로 발생하였다.

후속연구

8. 토석류는 2년에서 5년의 재현주기를 갖는 작은 강우에 의해서도 발생할 수 있으며 배수시설설계에 사용되는 강우의 재현빈도가 25년임을 감안할 때 향후 토석류 발생가능 구간에서는 최소한의 보호시설을 갖출 필요성이 있다.
분산정도가 심하지만 유역면적과 토석류 이동거리에 따라 퇴적되는 토석량이 증가하는 추세가 있음을 알 수 있다. 보다 정확한 관계도출을 위해서는 단순히 유역면적이나 이동거리뿐만 초기 파괴량, 계곡의 경사에 따른 침식과 퇴적량, 각 위치별 발생당시의 강우특성 차이 등을 고려한 분석이 필요할 것으로 보인다.
수년 경과된 위치에서는 식생상황 변화로 인하여 토석류 발생흔적이 거의 사라져 토석류가 흐른 경로와 초기발생지점을 뚜렷이 구분하기가 어려웠고, 계곡바닥과 측면의 상황도 발생당시와 차이가 있어 계곡폭, 계곡 경사, 침식된 심도를 확인하는데 있어 불가피하게 주관적인 판단에 의존하는 문제가 있었다. 앞으로 토석류 조사는 발생흔적이 뚜렷이 남아있는 발생 직후에 수행하여 이러한 문제점을 최소화하고 조사자별 자료의 일관성 유지를 위해 조사방법을 명확하게 제시할 필요가 있을 것으로 보인다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	토석류는 어떤 현상인가?	토석류는 흙과 물이 섞여 이동하는 현상으로서 이동경로와 퇴적지점에 있는 시설물, 가옥 및 인명에 매우 큰 피해를 야기하는 자연재로 알려져 있다. 토석류는 다양한 지역적 특성과 유발요인에 기인하여 발생하는데 체계적인 토석류 대응을 위해서는 토석류가 발생하는 위치의 지형, 지질 및 유발요인에 대한 조사와 분석을 필요로 한다.
	토석류가 발생하는 유역 크기는 어떻게 되는가?	토석류가 발생하는 유역 크기는 지역적인 지형, 지질 조건과 강우특성에 따라 달라지며 국내지형과 강우특성에서 토석류가 발생하는 유역크기에 대한 자료는 향후 토석류 발생 가능한 지역인지를 대략적으로 가늠하는데 매우 유용하다.
	고속도로에 피해를 유발한 48개소의 토석류에 대한 조사와 분석을 실시한 결과는?	1. 국내 토석류는 7월에서 9월사이의 장마, 태풍, 집중호우에 의해 주로 발생한다. 2. 토석류의 주요형태는 자연사면의 파괴로 인한 쇄설물이 계곡으로 집중되어 물과 함께 흐르는 계곡형토석류이며 강우특성에 따라 여러 개소의 계곡부에서 동시 다발적으로 발생하기도 한다. 3. 토석류가 발생한 유역크기는 0.01~0.65km2 범위로 나타나며 대부분의 토석류는 0.35km2 미만의 유역크기에서 발생하고 있다. 4. 토석류 시작은 29~55o 범위의 지형경사를 갖는 자연사면의 파괴에 기인하며 파괴형태는 얕은 표층과 기반암 사이에서 무한사면형태로 나타난다. 계곡을 이동하는 토석류는 계곡경사와 계곡형태에 따라 침식과 퇴적의 양상이 달라지는데 약 15o 이상의 계곡계사에서는 침식이 우세하고 약 10o 미만의 계곡경사에서는 퇴적이 우세해지는 것으로 관찰된다. 5. 토석류를 구성하는 재료는 큰암석, 암편, 자갈, 모래 및 세립분과 유목을 포함하기도 하는데 유역내의 지질, 계곡 상태, 식생상태에 따라 발생위치별로 차이를 나타낸다. 6.유출된 토석규모는 약 100~5,000m3 범위로 나타나며 유역의 크기 또는 토석류의 이동 거리에 따라 증가하는 추세를 나타낸다. 7. 토석류는 24시간 누적강우 약 100mm 이상, 최대시간강우 강도가 약 30mm/h 이상일 때 시작될 가능성이 있으며 강우강도와 누적강우가 증가할수록 토석류의 발생횟수와 최대유출토석량도 비례하여 증가하는 것으로 나타난다. 8. 토석류는 2년에서 5년의 재현주기를 갖는 작은 강우에 의해서도 발생할 수 있으며 배수시설설계에 사용되는 강우의 재현빈도가 25년임을 감안할 때 향후 토석류 발생가능 구간에서는 최소한의 보호시설을 갖출 필요성이 있다.

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상세보기
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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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