[논문]GIS를 이용한 토석류 위험성 평가에 관한 연구 (소규모 개발지역 중심으로)

장인수; 박은영; 박기범; 김성원

doi:10.5322/jesi.2013.22.2.225

[국내논문] GIS를 이용한 토석류 위험성 평가에 관한 연구 (소규모 개발지역 중심으로)
Study on Risk Assesment of Debris Flow using GIS 원문보기

Journal of environmental science international = 한국환경과학회지, v.22 no.2, 2013년, pp.225 - 234

장인수 (한국교통대학교 환경공학과) , 박은영 (실용수자원연구소) , 박기범 (실용수자원연구소) , 김성원 (동양대학교 철도토목학과)

Abstract ▼ AI-Helper

The relationship between debris flow and topographical factors is essential for the reliable estimation of soil loss. The objective of this paper is to estimate stability index and soil loss for assessing landsliding risk caused by debris flow. SIMAP and RUSLE are used to estimate stability index and soil loss, respectively. The landsliding risk area estimated by using SIMAP is found to be different from the large land area estimated by RUSLE. It is found that the spatial distribution of soil cover significantly influences landsliding risk area. Results also indicate that stability index and soil loss, estimated by soil cover factor, improve the assessment of landsliding risk.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

그러나 토석류의 발생에 있어 지형인자의 상관관계와 강우의 영향이 크다는 것은 앞선 연구에서도 나타나 있지만 토사유출에 어떠한 영향을 미치고 토사유출량에 어떠한 영향을 주는지에 대한 연구는 미흡한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 무한사면안정 모델을 이용한 토석류 발생의 위험성을 해석하고 RUSLE 방법에 의한 토사유출량을 산정하여 지형특성에 따른 토석류 발생에 대한 위험지수의 산정과 토사유출량에 대한 결과를 비교하여 토석류발생 위험성에 대한 평가를 검토하고자 한다.

가설 설정

SINMAP에서는 식 (5)와 같이 이들 3개의 매개변수들이 각각 상한계와 하한계 범위를 가지며, 이범위 내에서 발생확률이 균일한 확률분포(Uniform probability distribution)를 갖는 것으로 가정한다.
그리고 상대 습윤도(relative wetness)를 사면의 배수특성과 연관시켜서 w=Ra/TsinΘ 로 가정하였다.
SINMAP의 이론적 결합은 수리적 모델을 무한사면안정모델과 접합시킨 것으로서 Grid 기반의 DEM을 사용하며, 토양과 식물뿌리의 점착력을 고려하여 해석한다. 또한 SINMAP에 사용되는 변수들은 범위로 입력이 되며, 상한값과 하한값 내에서 균등한 확률을 가지고 임의적으로 분포되는 것으로 가정한다 (Jang, 2009).

제안 방법

SINMAP(Stability Index Mapping)은 사면의 안정성을 분석하는 프로그램으로서 사면의 안정성을 사면의 안정지수(SI:Stability Index)로 등급화하여 나타낸다. SINMAP의 이론적 결합은 수리적 모델을 무한사면안정모델과 접합시킨 것으로서 Grid 기반의 DEM을 사용하며, 토양과 식물뿌리의 점착력을 고려하여 해석한다. 또한 SINMAP에 사용되는 변수들은 범위로 입력이 되며, 상한값과 하한값 내에서 균등한 확률을 가지고 임의적으로 분포되는 것으로 가정한다 (Jang, 2009).
본 연구에서는 무한안정사면 모델인 SINMAP에 의한 지형특성인자를 이용하여 토석류 발생의 위험분석을 통해 SI(Stability index)를 분석하고 RUSLE 모형을 통해 토양침식량을 계산하고 유달율에 의한 하류의 토사유출량을 산정하였다.
연구대상유역의 수치지도를 ArcView를 이용하여 표고를 “DEM Grid”화하여 SINMAP분석에 사용할 DEM을 생성하고, 이 자료를 이용하여 SINMAP분석을 실시하였다.
24㎢)이다. 연구지역에서 일어난 토석류 발생에 대한 정확한 데이터가 없으므로 연구지역을 구성하고 있는 토양구성비와 토양도 및 피복인자 등 토석류 발생에 기여하는 인자에 대한 자료를 조사 수집하였다.

대상 데이터

대상유역은 Fig. 2와 같이 경상북도 울진군 원남면 신흥리 지역을 선정하였고 면적은 약 123.84 ㏊(1.24㎢)이다. 연구지역에서 일어난 토석류 발생에 대한 정확한 데이터가 없으므로 연구지역을 구성하고 있는 토양구성비와 토양도 및 피복인자 등 토석류 발생에 기여하는 인자에 대한 자료를 조사 수집하였다.

데이터처리

11∼Fig. 12에 나타낸 바와 같이 SI지수 결과를 RUSLE(50년 빈도)와 비교하였다. RUSLE분석 결과와 SINMAP의 Stability Index를 중첩 분석한 결과 Fig.

이론/모형

GIS 기법 및 지형의 특성을 이용한 산사태 및 토석류의 관한 연구로는 무한사면안정모델을 이용한 연구가 수차례 이루어 졌으며(Jang 등, 2008; Oh 등, 2006; Jang, 2009), Virginia Madison County에 폭우로 인해 발생한 토석류에 대해 GIS기법과 SINMAP을 이용하여 발생위험도 분석을 실시하였으며(Morrissey 등, 2001), Italy Agnnao 지역에 대해 SINMAP을 이요하여 토석류 위험분석을 실시하였으며(D. Calcaterra 등, 2004), 토석류의 위험성 분석에 관한 연구(Jun 등, 2011,)에서 사면안정계수에 의한 위험성을 분류하였다. 또한 소규모 개발지역에 대한 지형적인 특성을 분석하여 토석류의 위험성을 분석한 연구가 진행된 바 있으며(Park 등, 2012), 환경정보시스템을 이용하여 지형인자의 분석을 통해 산사태 위험인자의 분석을 하여 재해예측을 실행한 연구도 있다(Bae 등, 2009).
본 연구에서는 토석류에 의한 토석류 발생의 위험성을 판단하기 위해 무한사면안정 모델인 SINMAP을 이용하여 토석류 위험분석과 RUSLE방법을 이용하여 토사유출량을 산정하였다. 그 결과 지형인자를 이용하여 분석한 결과 경사도가 높은 곳이 토석류 발생의 위험지역으로 분석되었으며, 토사유출량을 산정한 결과와 비교하면 식생, 토지피복 등에 따라 토사유출량이 발생하는 것과는 다른 결과가 나타나는 것으로 분석되었다.
산지의 급경사 지역의 토사유출발생에 따른 토석류의 연구에 관한 것으로는 최근까지 사면의 안정성에 관한 연구와 토사유출에 관한 연구로 나누어져 진행되어 왔다. 사면의 안정성에 관한 연구로 GIS 기법을 이용한 사면의 지형특성에 대한 가중치 부여를 통하여 산사태 위험을 예측하였으며(Chae 등, 2004), 물리기반의 모델에 의한 연구를 하였다(Oh 등, 2006).

성능/효과

SINMAP을 이용한 토석류 발생의 위험성을 평가하는 SI 지수의 산정결과에서는 계곡주위를 중심으로 포화도가 높은 지역의 경사가 급한 지역이 위험성이 높은 것으로 분석되었다. 그러나 RUSLE 방법으로 토사유출량을 산정한 결과와 중첩하여 비교한 결과 경사도가 높은 지역이 반드시 토석류의 발생위험이 높은 것은 아니며, 토지피복의 영향에 따라 토사유출량이 달라지며, SI지수와 토사유출량 발생이 높은 곳이 중복되는 곳이 토석류의 발생의 위험성이 높은 지역이라 판단할 수 있다.
본 연구에서는 토석류에 의한 토석류 발생의 위험성을 판단하기 위해 무한사면안정 모델인 SINMAP을 이용하여 토석류 위험분석과 RUSLE방법을 이용하여 토사유출량을 산정하였다. 그 결과 지형인자를 이용하여 분석한 결과 경사도가 높은 곳이 토석류 발생의 위험지역으로 분석되었으며, 토사유출량을 산정한 결과와 비교하면 식생, 토지피복 등에 따라 토사유출량이 발생하는 것과는 다른 결과가 나타나는 것으로 분석되었다.
SINMAP을 이용한 토석류 발생의 위험성을 평가하는 SI 지수의 산정결과에서는 계곡주위를 중심으로 포화도가 높은 지역의 경사가 급한 지역이 위험성이 높은 것으로 분석되었다. 그러나 RUSLE 방법으로 토사유출량을 산정한 결과와 중첩하여 비교한 결과 경사도가 높은 지역이 반드시 토석류의 발생위험이 높은 것은 아니며, 토지피복의 영향에 따라 토사유출량이 달라지며, SI지수와 토사유출량 발생이 높은 곳이 중복되는 곳이 토석류의 발생의 위험성이 높은 지역이라 판단할 수 있다.
Stability Index는 포화도분석 결과를 토대로 경사도에 따라서 토석류 발생 위험지역이 분포되어 있음을 알 수 있다. 따라서 포화도가 높은 지역의 경사도가 급한 지역을 중심으로 포화지역이 아닌 계곡선의 포화도 주변으로 토석류 발생 위험도가 분포되어 있다는 것을 알 수 있다.
이 분포를 수치화 하여 Table 6에 나타내었다. 연구지역의 토석류 발생 위험 지구는 전체 면적 중 0.2㎢(17.7%)로 분석되었다.
0이하인 부분이 유사한 것을 볼 수 있다. 이것으로 보아 SINMAP을 이용한 토석류 발생 위험분석이 기존의 산사태 위험등급에 의한 분석이 유효한 것으로 판단된다. SINMAP을 이용한 토석류 발생 위험 분석에서 위험범위를 살펴보면 주로 경사도가 급한 계곡 주변에서 위험도가 높은 것을 알 수 있다.
토석류의 발생에서 두 분석의 가장 큰 차이점은 식생피복의 유무라고 할 수 있다. 토사유출 산정에 쓰이는 RUSLE식에서 토양피복인자 값에 해당하는 “C”값(토양보존대책인자 “P”포함)을 제외하고 계산하여 얻은 결과가 SINMAP의 위험지구와 유사한 것으로 분석되었다. 이것으로 보아 토석류발생은 토양의 식생피복에 대한 영향을 많이 받는다는 것을 알 수 있다.
현실적인 토석류의 발생위험도를 평가하기 위해서 지형인자를 이용한 SINMAP분석의 SI위험도 지수에 토양피복인자 값이 추가된 RUSLE 방법에 의한 토사유출량이 추가됨으로 인해 토석류 발생 위험지구에 대해 정밀한 판단을 할 수 있음을 알게 되었다.

후속연구

이것으로 보아 토석류발생은 토양의 식생피복에 대한 영향을 많이 받는다는 것을 알 수 있다. 그러므로 SINMAP분석과 토사유출 산정분석을 통해 세밀한 토석류 발생 위험지구를 유추해 내고 그에 대한 저감대책을 찾는 데 많은 도움이 될 것이다.
따라서, SINMAP에 의한 지형인자 특성만으로 산정된 SI지수에 따른 위험지역이 RUSLE에 의한 토사유출량 산정에서 토지피복인자(C)를 고려함으로써 실질적인 토석류의 위험성과 토석류의 양에 대한 평가가 이루어 질 수 있을 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	토석류에 의한 피해저감 및 대책수립을 위해 중요한 요소는?	토석류에 의한 피해저감 및 대책수립을 위해서는 자연사면의 토양층 붕괴, 토양침식 등에 의한 토석류의 추정은 통수단면의 축소로 인한 범람피해를 방지하는 데 있어 매우 중요하다(Kim 등, 2007).
	최근 풍수해에 의한 피해양상은 어떠한가?	최근의 풍수해에 의한 피해양상은 도시내 하수역류에 의한 저지대 침수, 산사태, 토석류 등에 의한 피해가 주를 이루고 있다. 이는 강우의 국지적인 양상과 강우강도가 커짐으로써 발생빈도가 매년 증가하는 추세이다.

참고문헌 (14)

Bae, M. K., Jung, K. W., Park, S. J., 2009, Development of Landslide Hazzard Map Using Environmental Information System : Casw on the Gyeongsangbuk-do Province, Journal of the Environmental Sciences, 18(11), 1189-1197.

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Chae, B. G., Kim, W. Y., Cho, Y. C., Kim, K. S., Lee, C. O., Choi, Y. S., 2004, Deveolpment of a Logistic Regression Model for Probabilistic Prediction of Debris Flow, The Journal of Engineering Geology, 14(2), 211-222.
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Morrissey, M. M., 2001, A comparative analysis of hazard model for predicting debris flow in madison county, virginia., U.S Geological Survey, Open-file report, 01-0067.
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Park, K. B., Park, E. Y., Cha, S. H., Kim, S., 2012, Study on Debris Flow Hazzard in Small Developing Area, The Korea Water Resources Association Conference.
Robert T. P., David G. T., Crig N. G., no publish date, SINMAP user's manual, 5-13.
Wischmeier, W. H., Johnson, C. B., and Cross, B. V., 1971, A soil erodibility nomograph for farmland construction sites, Journal of soil and water conservation, 26, 89-133.

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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