항공사진을 이용한 산지토사재해 영향인자 분석 - 강원도 평창군을 중심으로 - Analysis of Influence Factors of Forest Soil Sediment Disaster Using Aerial Photographs - Case Study of Pyeongchang-county in Gangwon-province -원문보기
The forest soil sediment disasters occurred in Jinbu-myeon Pyeongchang county were investigated characteristics by the aerial photograph analysis. After digitizing from aerial photographs, forest soil sediment disaster sites were classified into 695 collapsed sites, 305 flowed sites and 199 sediment...
The forest soil sediment disasters occurred in Jinbu-myeon Pyeongchang county were investigated characteristics by the aerial photograph analysis. After digitizing from aerial photographs, forest soil sediment disaster sites were classified into 695 collapsed sites, 305 flowed sites and 199 sediment sites. DEM (Digital Elevation Model) were generated from 1 : 5,000 digital topographic map. Factors of geography, hydrology, biology, and geology were analyzed using DEM, geologic map, and forest stand map with aerial photographs by GIS spatial analysis technique. The forest soil sediment disasters were mainly occurred from southeastern slope to southwestern slope. In collapsed sit es, the average slope degree is $28.9^{\circ}$, the average flow length is 163.5m, the average area of drainage basin is 897$m^2$. In case of flowed sites, the average slope degree, flow length, the area of drainage basin and confluence order is $27.0^{\circ}$, 175m, 2,500$m^2$ and 1, respectively. In sediment sites, the average slope, flow length, the area of drainage basin and confluence order is $12.5^{\circ}$, 2,50m, 25,000$m^2$ and 4, respectively. Also the forest soil sediment disasters were occurred most of collapsed sites in the afforest land after felling and igneous rocks composed of granite.
The forest soil sediment disasters occurred in Jinbu-myeon Pyeongchang county were investigated characteristics by the aerial photograph analysis. After digitizing from aerial photographs, forest soil sediment disaster sites were classified into 695 collapsed sites, 305 flowed sites and 199 sediment sites. DEM (Digital Elevation Model) were generated from 1 : 5,000 digital topographic map. Factors of geography, hydrology, biology, and geology were analyzed using DEM, geologic map, and forest stand map with aerial photographs by GIS spatial analysis technique. The forest soil sediment disasters were mainly occurred from southeastern slope to southwestern slope. In collapsed sit es, the average slope degree is $28.9^{\circ}$, the average flow length is 163.5m, the average area of drainage basin is 897$m^2$. In case of flowed sites, the average slope degree, flow length, the area of drainage basin and confluence order is $27.0^{\circ}$, 175m, 2,500$m^2$ and 1, respectively. In sediment sites, the average slope, flow length, the area of drainage basin and confluence order is $12.5^{\circ}$, 2,50m, 25,000$m^2$ and 4, respectively. Also the forest soil sediment disasters were occurred most of collapsed sites in the afforest land after felling and igneous rocks composed of granite.
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문제 정의
본 연구에서는 집중호우로 산지 토사 재해가 집중적으로 발생한 강원도 평창지역에 대해 2006년 8월에 촬영 한 항공사진과 GIS 공간분석을 이용하여 산지토사재해 피해상황과 인자별 특징 등에 대한 분석을 실시하였다.
가설 설정
반면 서로 다른 차 수의지류가 만나면 차수가 가장 큰 것으로 차수가 바뀌게 된다. 수문학적 관점에서 산사태가 일어나는 지점은 주로 지하수의 포화로 인해 터져 나오는 용출수가 원인이기 때문에 발생원의 합류 도를 0차로 가정하였다.
제안 방법
2006년 산지토사재해가 많이 발생한 지역 중 가장 많이 피해를 받은 강원도 평창군 진부면 일대를 대상으로 항공사진을 촬영하였으며 산지 토사 재해를 발생원, 유하지, 퇴적지의 각 구간으로 구분하여 Digitizing하였다. 이후 산지 토사 재해 Digitizing 자료와 수치지형도를 이용하여 GIS 공간분석기법으로 지형인자 및 수문인자, 임상, 지질 등의 특성을 분석하였다.
DEMe 지형분석을 위한 가장 기본적인 자료로 지형의 고도를 나타내는 자료이다. DEM을 제작하기 위하여 1 : 5,000 수 치지형도에서 등고선과 표고점을 추출하여 가장 일반적으로 사용하는 TIN(Triangulated Irregular Network) 보간법을 이용하여 5m DEM을 제작 하였다. 경사도(Slope degree)는 DEM에서 이웃 하는 픽셀을 피타고라스의 정리를 이용하여 산 출할 수 있으며 사면방위(Aspect)는 DEM에서의 고도 차이를 방위로 나타낸 방법이다(김계현, 2004).
수정하였다. 그 결과 임상을 벌채후 조림지와 소나무림, 낙엽 송림 그리고 혼효림지역 으로 구분하여 각 임상이 차지하고 있는 면적과 산지토사재해가 발생한 면적, 발생개소수, 발생면적비율을 분석하였으며 표 3과 같다.
발생구간별로 고도(Elevation), 경사도(Slope degree), 사면방위 (Aspect), 지면 거칠기 (Rugosity) 등의 지형인자와 집수길이 (Flow length), 집수면적 (Area of drainage basin), 합류도(Confluence order) 등의 수문학적 인자를 추출하였다. 그 외에도 산사태가 발생한 발생원에서 대해서 수치지질도와 수치임상도를 이용하여 지질분석 및 수종별 영향을 분석하였다.
산지토사재해의 원인과 특성을 분석하기 위해서 2006년 8월 2일 평창지역에 대해 카모프 헬기에 캐논 社의 DSLR급 5D 카메라를 탑재하여 약 1500m 고도로 칼라항공사진을 총 3, 612매를 촬영하였다(조남춘 등, 2006). 그 중 산지 토사 재해가 가장 집 중적으로 발생 했던 진부면 약 3, 000ha 에 대하여 정사보정 및 모자이크를 수행하였다. 정사보정이란 항공사진이 가지고 있는 촬영 당시의 기하학적 왜곡을 고려하여 모든 방향에 대해 연직 보정하는 방법으로 1 : 5,000에서 획득한 지상기준점과 DEM (Digital Elevation Model)을 사용하여 실시하였다.
산지토사재해가 발생한 면적은 벌채후 조림지, 소나무림, 낙엽송림, 혼효림 순으로 소나무림보다 벌채후 조림지가 약 2배 많이 발생하였다. 그러나 산지토사재해가 발생한 면적은 대상 임상이 차지하고 있는 면적 비율의 영향일 가능성이 있어 발생면적과 임상면적의 비율로부터 발생면적비율을 구하였다. 일반적으로 산지 토사 재해의 발생면적은 산지면적에 비해 매우 작기 때문에 각 임상별 전체면적을 100으로 하는 영'대신 1,000으로 하는 ''를 사용하여 나타내었다.
선별하여 산지토사재해 구간별 특성파악에 활용하였다. 발생구간별로 고도(Elevation), 경사도(Slope degree), 사면방위 (Aspect), 지면 거칠기 (Rugosity) 등의 지형인자와 집수길이 (Flow length), 집수면적 (Area of drainage basin), 합류도(Confluence order) 등의 수문학적 인자를 추출하였다. 그 외에도 산사태가 발생한 발생원에서 대해서 수치지질도와 수치임상도를 이용하여 지질분석 및 수종별 영향을 분석하였다.
각 구간별로 살펴보면 먼저 발생원은 산사태가 발생한 지점을 말한다. 발생원과 유 하지의 구분은 유하지 시작점에서 그 폭이 줄어들기 때문에 이를 이용하였고 유하지와 퇴적지의 경계는 등고선 간격이 급격하게 늘어나는 변곡점을 기준으로 구분하였다. 그림 2는 산지 토사 재해 전·후의 영상을 나타내었다.
4km로 약 3, 060ha이며 각 구간을 구분하여 Digitizing하였다. 산지토사재해 구간을 구분할 때 기분적으로 재해가 발생되기 전인 2005년 촬영된 항공사진과 수치지형도를 이용하여 재해가 발생한 뒤 촬영된 항공사진과의 차이를 이용한다. 각 구간별로 살펴보면 먼저 발생원은 산사태가 발생한 지점을 말한다.
산지토사재해와 관련 있는 다양한 환경입지 인자 중에서 GIS기법으로 추출할 수 있는 인자를 선별하여 산지토사재해 구간별 특성파악에 활용하였다. 발생구간별로 고도(Elevation), 경사도(Slope degree), 사면방위 (Aspect), 지면 거칠기 (Rugosity) 등의 지형인자와 집수길이 (Flow length), 집수면적 (Area of drainage basin), 합류도(Confluence order) 등의 수문학적 인자를 추출하였다.
이러한 구간별 특성을 분석하기 위하여 구간별로 분류하여 생성된 자료를 바탕으로 GIS 기법을 활용하여 지형인자인 고도, 경사도, 사면방위, 지면거칠기와 수문인자인 집수길, 유역면적, 합류도에 대하여 분석하였다.
구분하여 Digitizing하였다. 이후 산지 토사 재해 Digitizing 자료와 수치지형도를 이용하여 GIS 공간분석기법으로 지형인자 및 수문인자, 임상, 지질 등의 특성을 분석하였다.
임상에 따른 산지토사재해 발생특성을 알아보기 위해 진부면 일대에서 산지토사재해가 가장 많이 발생한 약 370ha 지역을 대상으로 산림청에서 제작된 수치임상도를 기본 자료로 하여 분석하였으며 수치임상도가 제작된 후 재해 및훼손, 개발 등으로 인해 임상이 변한 부분은 항공사진에서 육안판독을 실시하여 수정하였다. 그 결과 임상을 벌채후 조림지와 소나무림, 낙엽 송림 그리고 혼효림지역 으로 구분하여 각 임상이 차지하고 있는 면적과 산지토사재해가 발생한 면적, 발생개소수, 발생면적비율을 분석하였으며 표 3과 같다.
그림 3에서 처럼 지면거칠기는 특정 지점에서 이웃하는 지점과 고도차가 크면 클수록 이웃 하는 세 지점의 고도를 연결한 삼각망의 면적이 증가하게 되어 편평도가 감소하게 된다. 즉, 격 자자료인 DEM에서 표현하기 힘든 실제 지형의 연속성을 벡터자료인 TIN을 이용하여 두 자료의 면적의 비율을 구하였다Qenness, 2003; Weiss, 2001). 이 방법은 산사태 발생에서 지형의 수직 적 특성이 어떠한 영향을 주는지 알 수 있는 방 법이다.
항공사진을 이용한 산지토사재해 구역을 산사태와 토석류를 포함하여 분석하기 위해 각각 발생원(산사태 발생지), 유하지(산사태로 발생한 토석류가 유하하는 구간), 퇴적지(토석류가 퇴적하는 구간)의 3구간으로 구분하였다. 평창군 진부면 일대의 정사모자이크 영상은 약 9 X 3.4km로 약 3, 060ha이며 각 구간을 구분하여 Digitizing하였다. 산지토사재해 구간을 구분할 때 기분적으로 재해가 발생되기 전인 2005년 촬영된 항공사진과 수치지형도를 이용하여 재해가 발생한 뒤 촬영된 항공사진과의 차이를 이용한다.
있었다. 표 4는 지질종류에 따른 지질 면적과 발생면적, 발생개소수 및 발생면적비율을 분석해 보았다.
항공사진을 이용한 산지토사재해 구역을 산사태와 토석류를 포함하여 분석하기 위해 각각 발생원(산사태 발생지), 유하지(산사태로 발생한 토석류가 유하하는 구간), 퇴적지(토석류가 퇴적하는 구간)의 3구간으로 구분하였다. 평창군 진부면 일대의 정사모자이크 영상은 약 9 X 3.
대상 데이터
대부분의 피해 원인은 산지에서 내려온 토사가 하천이나 가옥, 농지에 유입되어 발생한 전형적인 산지토사재해이다. 산지토사재해의 원인과 특성을 분석하기 위해서 2006년 8월 2일 평창지역에 대해 카모프 헬기에 캐논 社의 DSLR급 5D 카메라를 탑재하여 약 1500m 고도로 칼라항공사진을 총 3, 612매를 촬영하였다(조남춘 등, 2006). 그 중 산지 토사 재해가 가장 집 중적으로 발생 했던 진부면 약 3, 000ha 에 대하여 정사보정 및 모자이크를 수행하였다.
임상과 같은 방식으로 산지토사재해 발생지역에 대한 지질특성을 분석하기 위해 한국지질자원연구원의 수치지 질도를 이용하여 분석하였다 진부면 일대의 약 2,400ha 지역을 대상으로 분석하였으며 지질은 주로 퇴적암류, 화성암류(화강암 등), 변성암류(편마암 등) 등으로 구성하고 있었다. 표 4는 지질종류에 따른 지질 면적과 발생면적, 발생개소수 및 발생면적비율을 분석해 보았다.
하지만 유수의 흐름이 직선이 될 수 없기 때문에 최단능선으로부터 각 지점까지 흐르는 하천의 길이를 나타내는 집수길이(Flow length)로 대신할 수 있다. 집수길이는 GIS의 수문분석방법을 활용하여 Sink와 Peak가 처리된 DEM과 유수의 흐름 방향인 사면방위를 토대로 산출하였으며(김경탁 등, 2004) 산지토사재해 구간별 추출자료와 중첩하여 각 지역의 집수길이에 대한 데이터를 획득하였다.
그림 1. 평창군 진부면 일대의 정사모자이크 영상.
성능/효과
대상지역에서 가장 많이 차지하고 있는 임상은 소나무림으로 전체의 면적의 약 60%이며 그다음으로 벌채후 조림지, 낙엽송림, 혼효림 순이었다. 산지토사재해가 발생한 면적은 벌채후 조림지, 소나무림, 낙엽송림, 혼효림 순으로 소나무림보다 벌채후 조림지가 약 2배 많이 발생하였다.
일반적으로 산지 토사 재해의 발생면적은 산지면적에 비해 매우 작기 때문에 각 임상별 전체면적을 100으로 하는 영'대신 1,000으로 하는 ''를 사용하여 나타내었다. 발생면적비율을 살펴보면 벌채 후 조림지 가 가장 높았고 낙엽송, 혼효림, 소나 무림 순으로 나타났다. 즉, 벌채후 조림지에서 산지 토사 재해가 가장 많이 발생한다는 것으로 벌채 후 조림지는 수종 개량이나 산불 등으로 나무를 베어내어 묘목을 식재한 곳으로 대부분 유령림이기 때문에 뿌리의 활착률이 나빠 산지 토사 재해가 많이 발생할 수밖에 없을 것이다.
분석대상이 되는 평창군 진부면 일대의 총 피해면적은 1,389,520m2로 발생원이 96,920m2유하 지가 576,867m2, 퇴적지가 715,7331구로 나타났다. 개소당 구간별 평균피해면적을 보면 퇴적지 (3,585.
산지토사재해 구간(발생원, 유하지, 퇴적지) 피해 상황을 파악하기 위해 발생원 695개소 유하지 305개^, 퇴적지 199개소를 추출하였으며 GIS 분석을 통해 면적 을 측정한 결과 발생원(96, 920m% 유하지(576, 867m% 퇴적지(715, 733n)로 갈수록 피해면적이 증가하는 것으로 나타나 피해가 확대되는 토석류의 특성을 잘 나타내었다. 또한 산지 토사 재해 구간별 영향인자들의 특성을 분석한 결과 주로 지형의 기복이 심한 남동사면에서 발생하여 남서방향으로 유하, 퇴적된다.
산지토사재해 구간별 집수길이는 분석결과 발생원에서는 약 163m, 유하지는 약 175m, 퇴적지에서는 약 250m로 나타났으며 집수면적은 발생원에서는 약 897m, 유하지는 약 2, 500m, 퇴적지에서는 약 25,000m로 나타났다. 집수 길이는 발생원에서 약 50m에서 가장 높은 빈도를 나타내었는데 대부분 발생원이 능선과 가깝게 위치하기 때문이다.
지질의 발생면적비율을 보면 퇴적암류에서 가장 높은 비율을 나타내고 있으며 화성암류, 변성암류 순으로 나타났지만 퇴적암 지역의 경우 지질면적이 작아 통계적 비교에 무리가 있다. 화강암으로 구성되어 있는 화성암류 지역이 가장 산지토사재해 발생위험이 높게 나타났다.
후속연구
앞에서 언급한 가정 하에서 합류도는 발생원에서는 0차, 유하지는 약 1차, 퇴적지에서는 약 4차로 나타났다. 본 결과를 토대로 산지 토사 재해 예방대책 수립에 기여할 수 있는 판단 기준이 될 것으로 사료된다.
신속 . 정확하게 재해관련 자료의 구축과 분석이 가능하여 재해발생시 전반적인 실태 파악에 충분히 활용 가능한 것으로 판단되며 향후 지역별 지형 및 수문, 임상, 지질이 반영된 산지 토사 재해 인자별 특성이 축적이 되면 산지 토사 재해를 예방하는데 큰 도움이 되리라 기대한다.
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