등고선지도를 이용한 수로 및 산사태 위험 분석 -천안의 성거산을 중심으로- A risk analysis of water courses and landslide using contour maps -Focusing on Mt. Seonggo in Cheonan City-원문보기
우리나라는 지형적, 기후적 특성으로 인해 매년 여름 산사태의 가능성이 크며, 최근 난개발로 인해 이의 발생과 피해가 더욱 커지고 있다. 천안지역은 상대적으로 안전한 지역으로 인식되어 왔으나 산사태의 위험요인이 증가하고 있어 체계적 분석이 필요하다. 본 논문에서는 천안 성거산 주변을 중심으로 등고선 지도를 이용하여 지형의 특징을 추출하고, 이를 이용하여 호우 시 수로와 유역의 면적을 계산하였다. 분석결과 성거산 주변 지역은 수로의 길이와 호우 유입량 관점에서 산사태에 비교적 안정적인 것으로 분석되었으나 일부 국소지역은 계속적 관찰이 필요하다. 한편 등고선 지도는 다른 수치지도 보다 비용 면에서 경제적이므로 1차적 산사태 위험도 분석에 적합하다.
우리나라는 지형적, 기후적 특성으로 인해 매년 여름 산사태의 가능성이 크며, 최근 난개발로 인해 이의 발생과 피해가 더욱 커지고 있다. 천안지역은 상대적으로 안전한 지역으로 인식되어 왔으나 산사태의 위험요인이 증가하고 있어 체계적 분석이 필요하다. 본 논문에서는 천안 성거산 주변을 중심으로 등고선 지도를 이용하여 지형의 특징을 추출하고, 이를 이용하여 호우 시 수로와 유역의 면적을 계산하였다. 분석결과 성거산 주변 지역은 수로의 길이와 호우 유입량 관점에서 산사태에 비교적 안정적인 것으로 분석되었으나 일부 국소지역은 계속적 관찰이 필요하다. 한편 등고선 지도는 다른 수치지도 보다 비용 면에서 경제적이므로 1차적 산사태 위험도 분석에 적합하다.
Due to the topographical and climatic features of Korea, there is a strong possibility of a landslide. Recently, many landslides, caused by the improper land development, frequently occured at the mountain area every summer. Cheonan has been recognized to be relatively safe against landslide, but wi...
Due to the topographical and climatic features of Korea, there is a strong possibility of a landslide. Recently, many landslides, caused by the improper land development, frequently occured at the mountain area every summer. Cheonan has been recognized to be relatively safe against landslide, but with the increased risk factors, systematic analysis of the landslide is required. In this paper, the topographical features of Mt. Seonggo in Cheonan City were extracted using contour maps, and water courses and basin areas in heavy rain were computed using the results. Conclusively, Mt. Seonggo areas were relatively safe in the view points of the length of water courses and rain-inflow, but in case of some narrow areas, sustainedly observation was required. Meanwhile, a contour map is proper to analyze the risk of landslide in the 1'st level in that it is more cost effective than other types of digital map.
Due to the topographical and climatic features of Korea, there is a strong possibility of a landslide. Recently, many landslides, caused by the improper land development, frequently occured at the mountain area every summer. Cheonan has been recognized to be relatively safe against landslide, but with the increased risk factors, systematic analysis of the landslide is required. In this paper, the topographical features of Mt. Seonggo in Cheonan City were extracted using contour maps, and water courses and basin areas in heavy rain were computed using the results. Conclusively, Mt. Seonggo areas were relatively safe in the view points of the length of water courses and rain-inflow, but in case of some narrow areas, sustainedly observation was required. Meanwhile, a contour map is proper to analyze the risk of landslide in the 1'st level in that it is more cost effective than other types of digital map.
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문제 정의
그러나 동쪽의 산악지역에 개발이 이루어지면서 자연지형이 인위적으로 변형됨으로서 산사태의 위험이 증가하고 있으나 지금까지 이에 대한 조사나 과학적 분석이 부족한 편이다. 본 논문은 사례연구로서 천안 성거산 지역에 대해 수리적 방법으로 산사태 가능성을 분석했다는 점에서 의미를 찾을 수 있다.
제안 방법
등고선 지도를 DEM자료로 변환하는 과정은 수리 지형분석의 첫 번째 단계이다. ArcMap의 입력 형식을 등고선 지도로, 변환 형식을 DEM으로 설정하여 실행한다. 이 때, ArcMap의 DEM 생성 시 격자간격 옵션은 등고선지도의 간격에 맞게 5m 간격으로 설정하였다.
DEM(digital elevation model)자료는 지형분석의 기본 자료로, 수평 지표면에 대해 일정한 격자간격에 고도값을 저장하는 자료구조이며, 고도값은 지표면의 점 데이터나 등고선 데이터 또는 측량 데이터로부터 계산할 수 있다. 대부분의 GIS 소프트웨어는 수치지도로부터 DEM을 생성하는 공간분석 함수를 제공하기 때문에 실제에서는 입력되는 수치지도 형식에 맞는 공간분석 함수를 이용하여 DEM을 제작하였다.
본 논문에서는 천안지역의 성거산과 태조산을 중심으로 집중호우 방생시 위험지역을 등고선지도를 이용하여 분석하였다. 천안지역은 태조산과 성거산을 중심으로 동고서저의 지형을 가지고 있어 산사태에 대해서는 비교적 안전하다고 인식되어 왔다.
본 연구에서는 천안 성거산 일대를 포함하는 국토지리정보원의 1/5,000 등고선 지도를 사용한다. 1/5,000 축척의 등고선 지도는 5m간격으로 동일 고도를 선분으로 연결하여 지형의 고저를 나타낸 지도이다.
ArcMap의 ArcHydro Tools를 이용하면 물의 흐름과 산의 경사도, 지역별 강우의 누적량 등을 계산할 수 있고, 이를 적용하면하천유역을 분석할 수 있다. 본 연구에서도 ArcMap의 ArcHydro Tools를 강우의 흐름과 산의 경사도, 지역별 빗물의 누적량 등을 산출하는데 사용하였다.
산악지역의 하천유역을 5m 해상도를 가진 수치표고자료(DEM)로 변환하고, 집중호우 시 하천의 흐름 방향을 예측하고, 각 지역의 면적과 호우 유입량 범람 한계를 계산하였다. 천안시 성거산 주변의 산들은 위험도를 측정했을 때 하천유역의 길이나, 경사도, 저수용량과 직관적으로 관련이 있는 면적 등을 비교했을 때, 경사길이는 모두 50m 이하로 측정되어 안정적으로 나왔으며, 경사도는 일부 지역에서만 25도 이상으로 높게 계산되었다.
성거산 주변의 산지 하천을 추출하여 분석한 후에와 같이 산지 하천이 분포된 지역의 경사도를 산출하였다.
ArcMap의 입력 형식을 등고선 지도로, 변환 형식을 DEM으로 설정하여 실행한다. 이 때, ArcMap의 DEM 생성 시 격자간격 옵션은 등고선지도의 간격에 맞게 5m 간격으로 설정하였다. <그림 7> 은 입력 자료인 성거산 지역의 등고선 지도이며, <그림 8>은 변환된 DEM 데이터의 지도이다.
흐름방향 계산 단계에서는 DEM 데이터를 이용하여 경사면을 계산하고 이를 기반으로 물의흐름 방향을 분석한다. 마지막으로 유량 계산은 유역의 넓이와 물의 양을 계산하여 범람 가능성을 판단한다.
이론/모형
마지막으로 유량 계산은 유역의 넓이와 물의 양을 계산하여 범람 가능성을 판단한다. 유역의 넓이와 유량을 계산은 등고선 지도를 변형하여 만드는 삼각 그물망 구조인 TIN((Triangulated Irregular Networks) 자료구조를 이용한다.
홍수를 예측하거나 공사장의 토사유출량을 구할 때, GIS의 전문툴인 ArcMap[11]을 이용하여 분석을 실시한다. ArcMap은 벡터자료, 래스터자료 등을 이용하여 중첩 분석, 인접분석, 지표분석 및 데이터 처리와 변환 등 다양한 분석을 지원하는 지도제작 도구이다.
성능/효과
산악지역의 하천유역을 5m 해상도를 가진 수치표고자료(DEM)로 변환하고, 집중호우 시 하천의 흐름 방향을 예측하고, 각 지역의 면적과 호우 유입량 범람 한계를 계산하였다. 천안시 성거산 주변의 산들은 위험도를 측정했을 때 하천유역의 길이나, 경사도, 저수용량과 직관적으로 관련이 있는 면적 등을 비교했을 때, 경사길이는 모두 50m 이하로 측정되어 안정적으로 나왔으며, 경사도는 일부 지역에서만 25도 이상으로 높게 계산되었다. 그러나 산지의 하천은 산지에 분포된 식생으로 유속이 크게 감소하여 통수능이 저하되기 때문에 집중호우가 발생하지 않는 한 산사태 등의 위험은 적다.
후속연구
그러나 본 연구는 단순 수치 표고모형만을 이용하여 산지의 하천이 발생될 가능성이 높은 부분의 경사도와 하천의 길이, 유역에 유입되는 물의 양만을 통해 예측한 결과로서, 토지의 형질이나, 비의 양을 고려하지 않아 정확한 분석을 위한 추후 연구가 필요하다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
DEM 자료의 단점은?
지형자료가 DEM으로 변환된 후 강우 흐름방향 (flow direction) 계산과 같은 후속 작업은 이를 기반으로 이루어진다. 그런데 DEM 자료에는 자연적 또는 인위적인 함몰 부위가 나타날 수 있다. 자연적 함몰은 내륙에 있는 호수를 나타내고 인위적 함몰은 데이터 변환과정에서 발생한 오류이다.
물은 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐르고 가장 경사가 큰 방향으로 흐른다는 자연원리를 DEM에 적용하면 어떻게 되는가?
물은 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐르고 가장 경사가 큰 방향으로 흐른다는 자연원리를 DEM에 적용하면 물이 흐르는 유역방향을 계산할 수 있다. 8방향 유출모형 (8-direction pour point model)은 유역설계에서 보편적으로 사용되는 방법으로, <그림 3>와 같이 DEM의 표고 격자의 개개 셀에 대해 인접한 8개의 셀(cell)이 존재하고 중심 셀의 물은 8개의 방향 중 한 방향으로만 이동한다.
강우 흐름 방향을 계산하기에 앞서 함몰부는 보정되어야 한다고 본 이유는?
자연적 함몰은 내륙에 있는 호수를 나타내고 인위적 함몰은 데이터 변환과정에서 발생한 오류이다. 함몰 부위가 존재하면 강우의 흐름이 어떤 특정지역에서 멈추고 더 이상 하류로 이동하지 않는다. 특히 인위적 함몰부의 경우 강우 흐름방향 계산 결과에 오류가 발생하게 된다. 따라서 강우 흐름 방향을 계산하기에 앞서 이러한 함몰부는 보정되어야 한다.
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