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문제 정의
- 이러한 경우, 해당 유역 및 토석 특성을 고려하여 토석류의 퇴적지점을 결정할 수도 있다. 이 연구는 현장관측자료에 근거 해서 우리나라 토석류의 순효율을 분석하는 것이다. 한편, 지금까지 확보된 현장관측자료 수가 한정되어 있기 때문에, 추가적으로 이 연구에서는 가용한 토석류 퇴적지점 추정기법을 적용하여 확보된 자료의 적용성을 평가한다.
- 토석류 방재 기술 개발 및 적용에 있어서 필수자료인 우리나라 토석류의 이동거리 특성을 분석하였다. 이 연구에서는 토석류의 정지조건이 마찰에 의한 에너지손실과만 관련 있다고 가정하여 이용이 쉽고 발생지점과 퇴적지점의 좌표만 있다면 적용이 가능한 Sled 모형을 사용하였다.
가설 설정
- Sled 모형은 Heim(1932)가 제안했으며, 이 모형은 토석류가 유동하는 동안 발생하는 모든 에너지 손실은 마찰에 의해서만 발생한다고 가정한다. 그러나 토석류가 흐르는 동안 발생하는 마찰의 성질은 분명하게 나타내기 어려움으로, 일부 연구자들은 이런 흐름을 겉보기 마찰각으로 표현하고자 하는 시도를 하였다.
제안 방법
- 2002~2010년에 조사된 180개의 강원지역 토석류 현장자료와 2011년에 조사한 58개의 현장자료를 분석하여 한국 토석류의 이동거리 예측을 위해 필요한 순효율의 대푯값을 제시하였다. 국내 토석류의 순효율은 대부분 2와 6사이의 범위에 포함되며, 대표값은 4.
- 모형을 적용하면 각 지역별 토석류의 발생지점과 퇴적지점의 좌표를 통해 순효율(net efficiency), 즉, 토석류의 수평이동거리(L)에 대한 토석류 시작점과 퇴적 정의 표고차(H) 비를 산정할 수 있다. 그리고 각 지역의 순효율을 취합하여 국내 토석류의 이동거리를 대표할 수 있는 순효율의 값을 산정하고 국외 토석류의 순효율과 비교하여 국내 토석류의 특성을 제시한다.
- 하지만 2011년에는 중부지역뿐만 아니라 남부지역에서도 집중적인 강우가 발생하여 사면 붕괴와 토석류로 인한 인명피해가 발생했다. 따라서 토석류 발생 지역에 대한 현장조사가 전국적으로 실시했다. 토석류 발생 유역의 현장조사는 2009~2011년 토석류가 주로 발생한 강원 180개 유역, 서울 24개 유역 등의 중부지방 229개 유역을 중심으로 실시했으며, 2011년에는 충남, 전북 등 남부 지역 9개 유역을 추가적으로 현장조사를 실시했다.
- 따라서, 이 연구에서는 항공사진 분석과 DEM(digital elevation model)만을 이용하여 퇴적지점을 추정할 수 있는 Ikeya(1976, 1981)가 제안한 조건, 즉 경사가 10° 이하이면서 θu/θd의 비가 4이상이거나, 수로의 폭이 5배 증가하는 경우를 퇴적조건으로 적용하기로 한다.
- 이 연구에서는 토석류가 다수 발생한 평창, 인제 등 632개 유역에서 대해서 Arc Map을 적용하여 토석류 순효율을 산정함으로써 항공사진 분석기법의 적용성을 분석하였다. 순효율 산정을 위해 먼저 2006년 12월에 촬영한 항공사진을 통해 같은 해에 7월에 발생한 토석류의 흔적으로 각 유역의 토석류 발생지점을 결정했다. 일정 시간이 지난 후 촬영되었다 하더라도 항공사진으로부터 토석류의 발생지점을 확인하는 것은 어렵지 않다.
- 따라서, 이 연구에서는 항공사진 분석과 DEM(digital elevation model)만을 이용하여 퇴적지점을 추정할 수 있는 Ikeya(1976, 1981)가 제안한 조건, 즉 경사가 10° 이하이면서 θu/θd의 비가 4이상이거나, 수로의 폭이 5배 증가하는 경우를 퇴적조건으로 적용하기로 한다. 이 기법을 이용하여 퇴적지점을 추정함으로써, 토석류 순효율을 분석하며 그 결과를 현장관측자료에 근거한 분석자료와 비교 분석하여 토석류 퇴적지점 추정기법의 적용성을 분석한다. 한편, 사방댐과 같은 인위적 장애물의 영향을 받을 가능성이 있는 토석류의 토적자료는 고려하지 않기로 한다.
- 이 연구에서는 2002년부터 2010년까지 국내에서 발생한 토석류의 현장조사 자료 그리고 2011년에 취득한 현장자료에 대해서 Sled 모형을 적용하여 우리나라 토석류의 이동거리 특성을 분석한다. 모형을 적용하면 각 지역별 토석류의 발생지점과 퇴적지점의 좌표를 통해 순효율(net efficiency), 즉, 토석류의 수평이동거리(L)에 대한 토석류 시작점과 퇴적 정의 표고차(H) 비를 산정할 수 있다.
- Arc Map을 이용하여 항공사진에서 선택한 점에 대하여 3차원 좌표를 확보할 수 있다. 이 연구에서는 토석류가 다수 발생한 평창, 인제 등 632개 유역에서 대해서 Arc Map을 적용하여 토석류 순효율을 산정함으로써 항공사진 분석기법의 적용성을 분석하였다. 순효율 산정을 위해 먼저 2006년 12월에 촬영한 항공사진을 통해 같은 해에 7월에 발생한 토석류의 흔적으로 각 유역의 토석류 발생지점을 결정했다.
- 이 연구에서는 퇴적지점의 결정을 위해 2.2절에서 언급한 Ikeya(1976, 1981)가 제시한 퇴적조건, 즉 경사가 10o 이하이면서 θu/θd의 비가 4이상이거나 수로의 폭이 5배 증가하는 경우를 퇴적조건으로 적용했다.
대상 데이터
- 더욱이 토석류 발생 후, 조사가 이루어지지 않은 상태에서 현장이 복구되어 퇴적지점의 좌표를 얻는 것이 쉽지 않다. 따라서 수집된 자료 가운데 신뢰할 수 있고, Sled 모형에 적용할 수 있는 데이터만을 사용했다. 이 연구에서 사용된 국내 토석류 자료의 수를 정리하면 표 1과 같다.
- 이 연구에서는 이탈리아에서 20여년간 관측된 127개 토석류 관측자료(Marchi & D'agostino, 2004)와 국내에서 관측된 자료와 비교분석을 실시하였다.
- 이 연구에서는 이탈리아에서 20여년간 관측된 127개 토석류 관측자료(Marchi & D'agostino, 2004)와 국내에서 관측된 자료와 비교분석을 실시하였다. 이들 자료는 이탈리아 북서부 산악지역에 위치한 Dolometies 지역에서 관측된 것으로서 이 지역의 중앙부와 남쪽부분은 퇴적암과 화산암 분포가 특징이다. 이 지역의 중심부에는 변성암의 노출부가 널리 분포해 있다.
- 따라서 토석류 발생 지역에 대한 현장조사가 전국적으로 실시했다. 토석류 발생 유역의 현장조사는 2009~2011년 토석류가 주로 발생한 강원 180개 유역, 서울 24개 유역 등의 중부지방 229개 유역을 중심으로 실시했으며, 2011년에는 충남, 전북 등 남부 지역 9개 유역을 추가적으로 현장조사를 실시했다. 그리고 현장조사 결과를 바탕으로 Sled 모형을 적용했다.
이론/모형
- 토석류 발생 유역의 현장조사는 2009~2011년 토석류가 주로 발생한 강원 180개 유역, 서울 24개 유역 등의 중부지방 229개 유역을 중심으로 실시했으며, 2011년에는 충남, 전북 등 남부 지역 9개 유역을 추가적으로 현장조사를 실시했다. 그리고 현장조사 결과를 바탕으로 Sled 모형을 적용했다.
- 토석류 방재 기술 개발 및 적용에 있어서 필수자료인 우리나라 토석류의 이동거리 특성을 분석하였다. 이 연구에서는 토석류의 정지조건이 마찰에 의한 에너지손실과만 관련 있다고 가정하여 이용이 쉽고 발생지점과 퇴적지점의 좌표만 있다면 적용이 가능한 Sled 모형을 사용하였다. 이 연구를 통해서 도출한 결과를 정리하면 다음과 같다.
- 토석류의 이동거리 예측을 위해 Sled 모형을 적용하여 주요 지역의 순효율의 분포를 산정하였다. 이때 순효율의 분포는 각 지역별로 차이를 보인다.
성능/효과
- 가용한 토석류 퇴적조건 적용과 항공사진 분석을 통해 산정한 순효율은 우리나라 토석류의 이동거리를 과대 산정하는 것으로 나타났다. 따라서 항공사진을 분석하는 방법은 한국실정에 맞는 퇴적조건을 도출하는 추가적인 연구가 필요하다고 판단된다.
- 강원지역을 강릉, 인제 그리고 평창지역으로 나누어 분석한 결과 평창과 강릉일대에서 발생한 토석류의 이동거리 특성은 유사하지만 인제지역의 토석류는 상대적으로 표고차에 비해 이동거리가 큰 것, 즉 순효율값이 큰 것으로 나타났다. 현장자료를 중부지역과 남부지역으로 나눠 분석한 결과 두 지역 모두 토석류의 순효율 분포는 유사한 것으로 나타났다.
- 그러나 항공사진 분석에 근거한 순효율의 분포는 5~10사이에 집중적으로 분포해 있으며, 10이상의 값도 상당히 많다는 것을 확인할 수 있다. 결과적으로 Ikeya(1976, 1981)가 제시한 방법을 이용하여 추정한 토석류의 이동거리는 과대산정되는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 Ikeya(1976, 1981)가 분석에 사용한 자료의 토석류 유동 특성 및 유역의 지형학적 특성이 우리나라의 것과 다르기 때문으로 판단된다.
- Iverson(1997)의 연구결과에 의하면 미국 캘리포이나 일대와 뉴질랜드에서 발생한 용량이 약 103~105 m3이고 이동거리가 약 200~3,500 m 그리고 발생지점과 퇴적지점의 표고차가 약 100~700 m 범위의 사면붕괴 유발 토석류의 순효율 값이 약 2~6범위에 있다. 결과적으로 그림 8과 9에서 보인 바와 같이, 국내 토석류의 순효율은 이와 같이 일부 외국지역에서 발생한 유사한 소규모의 산사태 유발 토석류의 순효율과 큰 차이가 없는 것으로 나타났다.
- 이 2개 지역이 특별한 좁은 범위에 집중된 것과 달리 인제의 순효율 분포는 4~9사이에 넓게 분포된 형태를 볼 수 있다. 그러나 분산분석을 실시한 결과 유의수준 5% 하에서 유의확률이 0~0.02로서 3개 지역의 순효율 분포가 유사함을 확인할 수 있다. 여기에서 유의해야 할 것은 3개 지역의 자료수의 차이가 크다는 것이다.
- 춘천에서 발생한 토석류에 대해 산정한 순효율의 분포는 1~4사이의 상대적으로 작은 값에 분포하는 것을 볼 수 있다. 그러나 중부지역의 지역별 분산분석을 수행한 결과 영동지역의 순효율 분포와 우면산의 순효율 분포가 유의확률 5%에 대해 서로 유사하고 춘천은 다른 2개 지역의 분포와 다르다는 것을 확인할 수 있다. 중부지역의 분포 비교에서도 영동지역의 분포 비교와 같이 현장자료의 수량에서 크게 차이가 있다.
- 현장조사자료에 근거한 순효율의 분포는 2~6사이에 집중적으로 분포하며 10보다 큰 순효율 값은 무시해도 좋을 정도로 적다. 그러나 항공사진 분석에 근거한 순효율의 분포는 5~10사이에 집중적으로 분포해 있으며, 10이상의 값도 상당히 많다는 것을 확인할 수 있다. 결과적으로 Ikeya(1976, 1981)가 제시한 방법을 이용하여 추정한 토석류의 이동거리는 과대산정되는 것으로 나타났다.
- 사용한 토석류 자료수의 유용성을 판단하기 위해서 남부지역의 현장자료를 포함한 국내 현장자료 총 236개 표본에 대한 순효율의 누적평균 변화를 도시하면 그림 4와 같으며, 그 결과를 보면 현장자료가 계속 추가됨에 따라 특정 값에 가까워지는 것을 볼 수 있다.
- 토석류가 빈번히 발생하는 이탈리아의 127개 자료에 근거한 토석류 순효율과 비교해 보면, 한국 토석류의 순효율은 대부분 2~6사이에 상대적으로 다소 넓게 분포하는 반면에, 이탈리아의 순효율은 2~4사이에 집중적으로 분포하는 것으로 나타났다. 이것은 한국 토석류가 이탈리아 토석류에 비해서 다양한 지형 및 토석 재질 특성에 영향을 받고 있음을 의미한다고 볼 수 있다.
- 강원지역을 강릉, 인제 그리고 평창지역으로 나누어 분석한 결과 평창과 강릉일대에서 발생한 토석류의 이동거리 특성은 유사하지만 인제지역의 토석류는 상대적으로 표고차에 비해 이동거리가 큰 것, 즉 순효율값이 큰 것으로 나타났다. 현장자료를 중부지역과 남부지역으로 나눠 분석한 결과 두 지역 모두 토석류의 순효율 분포는 유사한 것으로 나타났다.
후속연구
- 2절에서 언급한 것과 같이 토석류 발생 후 상당한 시간이 흐른 뒤에 조사되어 정확한 퇴적지점의 좌표를 결정하는 것이 쉽지 않다. 따라서 이 연구에서는 퇴적지점이 확실한 자료만을 이용하였기 때문에 자료수에 어느 정도 한계가 있다. 현장조사 이외에 손쉽게 토석류 시작 지점 및 퇴적지점을 확보할 수 있는 방법으로는 항공사진을 분석하는 것이 있다.
- 가용한 토석류 퇴적조건 적용과 항공사진 분석을 통해 산정한 순효율은 우리나라 토석류의 이동거리를 과대 산정하는 것으로 나타났다. 따라서 항공사진을 분석하는 방법은 한국실정에 맞는 퇴적조건을 도출하는 추가적인 연구가 필요하다고 판단된다.
- 이 연구는 현장관측자료에 근거 해서 우리나라 토석류의 순효율을 분석하는 것이다. 한편, 지금까지 확보된 현장관측자료 수가 한정되어 있기 때문에, 추가적으로 이 연구에서는 가용한 토석류 퇴적지점 추정기법을 적용하여 확보된 자료의 적용성을 평가한다.
- 이러한 결과는 Ikeya(1976, 1981)가 분석에 사용한 자료의 토석류 유동 특성 및 유역의 지형학적 특성이 우리나라의 것과 다르기 때문으로 판단된다. 항공사진 분석기법을 이용하기 위해서는 Ikeya가 제시한 퇴적조건을 우리나라 상황에 맞게 조절하거나 추가적인 퇴적조건을 제시하는 연구가 선행되어야 할 것으로 판단된다.
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