본 연구에서는 산사태 해석을 위한 GIS기반의 지반수문학적인 강우침투-지하수 흐름 모델(YSGWF, YonSei GroundWater Flow)을 개발하였다. 이 모델은 흙의 불포화 특성을 반영하기 위하여 개선된 Green-Ampt 모델을 적용하였으며, 지하수의 흐름을 계산하기 위하여 Darcy의 법칙과 GIS의 래스트 모델을 사용하였다. GIS수치표고모델을 그리드 형태의 래스트 모델(Raster Model)로 변환하여 기반암 데이터를 모델링 하였으며, 경사와 흐름 방향을 분석하여 지하수 흐름 해석이 가능하도록 하였다. 지하수의 분포는 지표면으로 부터 강우 침투에 의해 일시적으로 형성되는 습윤대, 함양되기 전까지의 불포화대, 기반암 상부의 지하수대로 구분하였으며, 지하수대 상부의 연직방향 침투와 지하수대에서의 수평방향 흐름을 고려하여 3차원적인 지하수 흐름을 계산하도록 하였다. 실제 사례와 비교한 결과, 본 지하수 예측모델(YSGWF)에 의한 산사태 해석 결과는 산사태 발생지역을 비교적 정확히 예측하는 것으로 판단되며, 이러한 검증을 토대로 실제 산지에 대한 산사태 해석을 위한 지하수 예측에 적용 가능함을 확인할 수 있었다.
본 연구에서는 산사태 해석을 위한 GIS기반의 지반수문학적인 강우침투-지하수 흐름 모델(YSGWF, YonSei GroundWater Flow)을 개발하였다. 이 모델은 흙의 불포화 특성을 반영하기 위하여 개선된 Green-Ampt 모델을 적용하였으며, 지하수의 흐름을 계산하기 위하여 Darcy의 법칙과 GIS의 래스트 모델을 사용하였다. GIS 수치표고모델을 그리드 형태의 래스트 모델(Raster Model)로 변환하여 기반암 데이터를 모델링 하였으며, 경사와 흐름 방향을 분석하여 지하수 흐름 해석이 가능하도록 하였다. 지하수의 분포는 지표면으로 부터 강우 침투에 의해 일시적으로 형성되는 습윤대, 함양되기 전까지의 불포화대, 기반암 상부의 지하수대로 구분하였으며, 지하수대 상부의 연직방향 침투와 지하수대에서의 수평방향 흐름을 고려하여 3차원적인 지하수 흐름을 계산하도록 하였다. 실제 사례와 비교한 결과, 본 지하수 예측모델(YSGWF)에 의한 산사태 해석 결과는 산사태 발생지역을 비교적 정확히 예측하는 것으로 판단되며, 이러한 검증을 토대로 실제 산지에 대한 산사태 해석을 위한 지하수 예측에 적용 가능함을 확인할 수 있었다.
This paper describes a GIS-based geohydrologic methodology, called YSGWF (YonSei GroundWater Flow) for predicting the rainfall infiltration-groundwater flow of slopes. This physical-based model was developed by the combination of modified Green-Ampt model that considers the unsaturated soil paramete...
This paper describes a GIS-based geohydrologic methodology, called YSGWF (YonSei GroundWater Flow) for predicting the rainfall infiltration-groundwater flow of slopes. This physical-based model was developed by the combination of modified Green-Ampt model that considers the unsaturated soil parameters and GIS-based raster model using Darcy's law that reflects the groundwater flow. In the model, raster data are used to simulate the three dimensional inclination of bedrock surface as actual topographic data, and the groundwater flow is governed by the slope. Also, soil profile is ideally subdivided into three zones, i.e., the wetting band zone, partially saturated zone, and fully saturated zone. In the wetting band and partially saturated zones the vertical infiltration of water (rainfall) from surface into ground is modeled. When the infiltrated water recharges into the fully saturated zone, the horizontal flow of groundwater is introduced. A comparison between the numerical calculation and real landslide data shows a reasonable agreement, which indicate that the model can be used to simulate real rainfall infiltration-groundwater flow.
This paper describes a GIS-based geohydrologic methodology, called YSGWF (YonSei GroundWater Flow) for predicting the rainfall infiltration-groundwater flow of slopes. This physical-based model was developed by the combination of modified Green-Ampt model that considers the unsaturated soil parameters and GIS-based raster model using Darcy's law that reflects the groundwater flow. In the model, raster data are used to simulate the three dimensional inclination of bedrock surface as actual topographic data, and the groundwater flow is governed by the slope. Also, soil profile is ideally subdivided into three zones, i.e., the wetting band zone, partially saturated zone, and fully saturated zone. In the wetting band and partially saturated zones the vertical infiltration of water (rainfall) from surface into ground is modeled. When the infiltrated water recharges into the fully saturated zone, the horizontal flow of groundwater is introduced. A comparison between the numerical calculation and real landslide data shows a reasonable agreement, which indicate that the model can be used to simulate real rainfall infiltration-groundwater flow.
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문제 정의
따라서, 본 연구에서는 기존 방법들의 단점을 보완하기 위하여 GIS의 래스트 모델과 Darcy의 법칙을 이용하여, 2차원적인 흐름과 수직방향 지하수위의 변화량을 산정하여, 지하수의 변화량을 예측하는 기법인 YSGWF 모델을 개발하였다. YSGWF 모델은 산사태해석을 위한 GIS기반의 지하수 예측기법으로 다음과 같은 가정을 기본으로 개발하였다.
본 연구에서는 산사태 해석에서 시간에 따라 변화하는 지하수의 분포를 예측할 수 있는 GIS 기반의 지하수 예측 기법(YSGWF)을 개발하였다. 개발된 YSGWF 모델을 무한사면 파괴모델과 결합하여 산사태 예측 기법인 YS-Slope(Kim 등, 2012)을 개선하였다.
본 연구에서는 시간에 따라 변화하는 지하수의 분포를 예측할 수 있는 지하수 예측기법을 개발하고자 하였다. 강우침투에서 흙의 불포화 특성을 반영하기 위하여 개선된 Green-Ampt 모델을 적용하였으며, 지하수의 흐름을 계산하기 위하여 Darcy의 법칙과 GIS(Geographic Information System)의 래스트 모델(Soller et al.
Hammond(1992)는 식생의 하중과 점착력으로 환산한 뿌리의 지반보강 효과를 고려하는 모델을 제안하였다. 본 연구에서는 이러한 연구들을 바탕으로 지하수와 일시지하수가 같이 분포하는 경우에 대한 불포화 토사 사면의 안정 해석이 가능하 도록 무한사면파괴 모델을 개선하였다. Fig.
개발된 YSGWF 모델을 무한사면 파괴모델과 결합하여 산사태 예측 기법인 YS-Slope(Kim 등, 2012)을 개선하였다. 제안된 해석 기법의 검증을 위하여 기존 산사태 해석 기법 및 실제 사례와 비교하였으며, 실제 산지의 산사태 예측에 대한 적용 가능성을 확인하고자 하였다. 연구 결과를 요약하면 다음과 같다.
가설 설정
1) 대수층은 균질하다.
4) 지하수는 셀 단위로 계산하며, 셀 내의 지하수 흐름은 무시한다.
4와 같이 지표면으로 부터 강우 침투에 의해 일시 적으로 형성되는 습윤대, 함양되기 전까지의 불포화대, 기반암 상부의 지하수대로 구분하였으며, 지하수 상부의 연직방향 침투와 지하수대에서의 수평방향 흐름을 고려하여 3차원적인 지하수 흐름을 계산하였다. 또한, Green-Ampt 모델과 같이 침윤전선에서 모관 흡수력과 침윤전선 윗부분 또는 아랫부분에서의 함수량 결손 및투수계수는 일정하다고 가정하였다. 본 연구에 적용한 지하수의 분포와 모관흡수력의 분포를 정리하여 Fig.
래스트 모델의 경사 데이 터와 유역과 흐름의 벡터데이터를 이중적인 방법을 사용하므로, 유역 경계에서 자료의 왜곡과 데이터 변화에 의한 계산 한계 등의 단점이 있다. 본 연구에서 흙 속의 물의 흐름에서 운동에너지를 무시하는 것으로 가정하 였으며, 따라서 각 물의 흐름은 이웃하지 않는 셀의 흐름 영향을 받지 않는다. 따라서, 유역과 흐름 경로의 벡터데이터가 필요하지 않으며, Fig.
본 연구에서는 Fig. 2에 나타낸 바와 같이 침윤전선에서 모관 흡수력과 침윤전선 윗부분에서의 함수량 결손및 투수계수는 일정하다는 Green-Ampt(1911)의 기본 가정은 그대로 이용하였으나, Green-Ampt 모델이 투수 계수와 강우강도의 관계를 명확히 구분하고 있지 않은 단점을 보완하기 위해, 이 Fig. 3에 나타낸 바와 같이 강우강도와 투수계수의 크기를 비교하여 강우에 의한 누적침투량을 달리 산정하는 방법을 적용하였다(Mein and Larson, 1973; Kim et al., 2012). 또한 Mein과 Larson (1973)의 폰딩(ponding) 시간을 반영하여 강우의 침투-
기존 연구에서 Sangrey 등(1984)은 강우량과 강우지 속시간에 따른 지하수위의 변화를 예측하기 위하여, 지하수위 예측모델을 제안하였다. 이 모델은 대수층은 균질하고, 지하수 공급의 증가는 시간에 따라 일정하게 변화하며, 유출량은 상수의 값을 갖는다고 가정하였다. 유입량과 유출량이 동일하다는 조건하에 유역 전체를 하나의 모의 요소로 고려하는 집중형 모델(lumped model)을이용하고 있어 유역에 대한 정확한 물리적 요소를 고려하지 못하는 단점이 있다.
지하수문 모델은 강우의 지표 침투와 함양, 그리고 지하수의 흐름과 관련한 모델이다. 이 모델의 개발에서 대 수층은 균질하고, 함양은 흙의 수리학적 특성과 강우강 도에 의해 시간에 따라 변화하며, 지하수의 흐름은 불포 화영역(Vadose zone) 하부 지하수에서만 발생하는 것으로 가정하였다. 본 연구에서는 지반 침투량(I R)과 함양량(R)을 구하기 위하여, 흙의 불포화특성을 고려한 개선된 Green-Ampt 모델(Green-Ampt, 1911; Mein and Larson, 1973)을 개선하여 사용하였다.
제안 방법
5m×5m격자의 각 셀에서 지반 강도, 불포화 투수특성, 토심, 식생 관련 입력변수 등을 이용하여 YS-Slope 모형으로 산사태 해석을 수행하 였으며, 강우강도와 지반 강도, 포화 투수특성, 식생 입력변수 등을 이용한 TRIGRS 모형을 이용하여 비교･검증하였다.
이 지역의 식생 분포를 조사한 결과 대표수종은 신갈나무와 리기다 소나무이며, 입목밀도 700～800본/Ha로 분포하고 있었다. Biomass 추정식과 기존 연구값 등을 이용하여 식생하중 0.253kPa, 뿌리의 전단강도 증가량 1kPa를 해석에 적용하였다.
본 연구에서는 지하수의 흐름을 계산하기 위하여 Darcy 의 법칙과 GIS의 래스트 모델을 사용하였다. GIS 수치 표고모델을 그리드 형태의 래스트 모델(Raster Model) 로 변화한 기반암 표고 데이터로 부터 경사와 흐름 방향을 분석하여 지하수 흐름을 해석하였다. 지하수 분포는 Fig.
Site-1의 2011년도 LiDAR 측량 결과를 5m×5m격자의 수치표고 데이터로 변환하고, 이 지역에 대한 시추조사 및 탄성파 탐사 결과를 이용하여 기반암 심도를 수치 표고 데이터로 변환하여 이에 대한 경사와 경사방향을 분석하였다.
YSGWF에서 강우는 시간당 실제 강우 자료를, SINMAP에서 함양량은 같은 기간의 강우강도와 강우지속시간을 모델링에 사용하였다. SINMAP 해석에 의한 습윤대 분포와, YSGWF 모형으로 계산한 시간에 따른 지하수 변화를 Fig.
저류량(S t )은 온도와 관련하여 겨울에 눈이 쌓였다가 봄에 녹는 물과 지하수에 도달하지 않은 물 등과 관련이 있으며, 합성요소(S y)는 비정상적인 관개나 펌핑 등과 관련된 요소이다. 본 연구는 산사태 해석을 위한 지하수 예측을 다루고 있으며, 산사태가 우기시 연속적인 강우에 주로 발생하는 점을 감안하여, E와 S y를 고려하지 않았다. S t 는 강우가 지표로 침투되어 함양될 때까지의 시간과, 흙이 완전 포화되기 전 불포화 상태에서 침투된 강우가 흙속에 저류되는 시간에 대하여 제한적으로 고려하였다.
여기서, 지반 침투량 I R은 강우와 지반에 대한 함수로 정의할 수 있으며, 이 경우 식 (2)와 달리 Q R 과 P는 선형 관계가 성립되지 않고, S t 는 시간만 고려하므로 식 (1)과식 (5)의 관계로 부터 I R과 R의 관계를 식 (6)과 같이 정리하였다. 본 연구에서는 식 (5)와 (6)의 기상수문학적 모델과, 다음에 설명되는 강우침투와 지하수 흐름의 지반수리학적 모델을 결합하여 산사태 해석을 위한 GIS 기반의 지하수 예측 기법을 제안하였다.
본 연구에서는 증발산량과 합성요소를 고려하지 않고, 강우 침투와 유출의 관계로부터 유출량을 정리하였다. 따라서, 유출량에 대한 기초 수문학적 모델로 부터식 (2)는 식 (5)와 같이 다시 표현할 수 있다.
개발된 YSGWF를 검증하기 위해 본 검증을 위해 개선한 YS-Slope 모형과 기존의 해석기법(TRIGRS), 그리고 실제 산사태 발생 사례를 비교하였다. 실제 산사태가 발생한 지역에 대해 YS-Slope으로 해석한 결과와 실제 산사태 발생 지점을 비교하여 예측의 정확성을 판단하고, 실제 산지에 대한 산사태 예측에 적용 가능한 지를 확인하였다. 해석 기법의 검증을 위하여 기존 해석기법인 TRIGRS(Trasient Rainfall Infiltration and Grid-Based Regional Slope-Stability analysis) 프로그램과 비교･분석을 수행하였다.
GIS 수치 표고모델을 그리드 형태의 래스트 모델(Raster Model) 로 변화한 기반암 표고 데이터로 부터 경사와 흐름 방향을 분석하여 지하수 흐름을 해석하였다. 지하수 분포는 Fig. 4와 같이 지표면으로 부터 강우 침투에 의해 일시 적으로 형성되는 습윤대, 함양되기 전까지의 불포화대, 기반암 상부의 지하수대로 구분하였으며, 지하수 상부의 연직방향 침투와 지하수대에서의 수평방향 흐름을 고려하여 3차원적인 지하수 흐름을 계산하였다. 또한, Green-Ampt 모델과 같이 침윤전선에서 모관 흡수력과 침윤전선 윗부분 또는 아랫부분에서의 함수량 결손 및투수계수는 일정하다고 가정하였다.
본 연구에서는 지반 침투량(I R)과 함양량(R)을 구하기 위하여, 흙의 불포화특성을 고려한 개선된 Green-Ampt 모델(Green-Ampt, 1911; Mein and Larson, 1973)을 개선하여 사용하였다. 지하수에 도달한 지반 침투량(I R )인 함양량(R)은 지하수위와 지하수 흐름을 계산에 입력변수로 사용하였으며, GIS의 래스터 모델과 Darcy 의 법칙을 결합하여 지하수의 흐름을 구하였다.
대상 데이터
경사는 전체적으로 북쪽방향이 우세하며, 유역의 가운데 축을 따라 좌･우측에서 각각 북서와 북동 방향의 향을 보이며 계곡 지형을 형성하고 있다. 산사태 해석시 강우는 기상청(2011)의 지역별상세관측자료(AWS)로부터 산사태 발생시의 연속강우에 대한 시간 강우자료를 사용하였다. 5m×5m격자의 각 셀에서 지반 강도, 불포화 투수특성, 토심, 식생 관련 입력변수 등을 이용하여 YS-Slope 모형으로 산사태 해석을 수행하 였으며, 강우강도와 지반 강도, 포화 투수특성, 식생 입력변수 등을 이용한 TRIGRS 모형을 이용하여 비교･검증하였다.
연구지역은 서울･경기 지역에 위치한 ○○산이다. 이지역은 2010년과 2011년에 산사태가 발생하여 주택 및농지 등이 매몰되는 등 많은 인명 및 재산피해가 발행하 였다.
데이터처리
개발된 YSGWF를 검증하기 위해 본 검증을 위해 개선한 YS-Slope 모형과 기존의 해석기법(TRIGRS), 그리고 실제 산사태 발생 사례를 비교하였다. 실제 산사태가 발생한 지역에 대해 YS-Slope으로 해석한 결과와 실제 산사태 발생 지점을 비교하여 예측의 정확성을 판단하고, 실제 산지에 대한 산사태 예측에 적용 가능한 지를 확인하였다.
본 해석 기법의 검증을 위하여 기존 해석기법인 SINMAP (Stability INdex MAPping) 프로그램과 비교･분석을 수행하였다. SINMAP은 Pack 등(2008)이 개발한 산사태
, 2012)을 개선하였다. 제안된 해석기법의 검증을 위하여 기존의 산사태 해석기법과 산사태 발생 조사 자료를 통한 비교･분석을 수행하였다.
해석 결과와 YSGWF 모델을 이용한 YS-Slope 모형의 해석결과를 비교하였다. 비교 결과 YS-Slope 모형이 비교적 산사태 발생 지역을 보다 더 정확히 예측하는 것으로 나타났으며, 이러한 검증을 토대로 실제 산지에 대한 산사태 예측에 적용 가능함을 확인할 수 있었다.
실제 산사태가 발생한 지역에 대해 YS-Slope으로 해석한 결과와 실제 산사태 발생 지점을 비교하여 예측의 정확성을 판단하고, 실제 산지에 대한 산사태 예측에 적용 가능한 지를 확인하였다. 해석 기법의 검증을 위하여 기존 해석기법인 TRIGRS(Trasient Rainfall Infiltration and Grid-Based Regional Slope-Stability analysis) 프로그램과 비교･분석을 수행하였다. TRIGRS 프로그램은 Baum(2008)이 개 발한 산사태 해석기법으로 Richards(1931)의 방정식을 이용한 침투모형과 무한사면 파괴모델을 이용한다.
이론/모형
2) 물의 흐름은 Darcy의 법칙을 따른다(Darcy, 1865).
해석 기법의 검증을 위하여 기존 해석기법인 TRIGRS(Trasient Rainfall Infiltration and Grid-Based Regional Slope-Stability analysis) 프로그램과 비교･분석을 수행하였다. TRIGRS 프로그램은 Baum(2008)이 개 발한 산사태 해석기법으로 Richards(1931)의 방정식을 이용한 침투모형과 무한사면 파괴모델을 이용한다. 그러나 포화투수 계수, 수리학적 확산 계수를 이용한 간극 수압을 이용한 상부 습윤대 해석으로 산사태 해석유형에 제한이 있으며, 흙의 불포화 특성 및 토심 등을 고려 하지 못하는 한계가 있다.
입력변수로는 정상상태 강우강도와 투수량계수가 있다. TRIGRS는 Iverson (2000)의 침투모형을 이용하여 간극수압을 산정하여 안전성 지수를 산정하는데 이용하였다(Baum et al., 2008).
본 연구에서는 산사태 해석에서 시간에 따라 변화하는 지하수의 분포를 예측할 수 있는 GIS 기반의 지하수 예측 기법(YSGWF)을 개발하였다. 개발된 YSGWF 모델을 무한사면 파괴모델과 결합하여 산사태 예측 기법인 YS-Slope(Kim 등, 2012)을 개선하였다. 제안된 해석 기법의 검증을 위하여 기존 산사태 해석 기법 및 실제 사례와 비교하였으며, 실제 산지의 산사태 예측에 대한 적용 가능성을 확인하고자 하였다.
을 사용하였다. 개발된 수문 모델을 무한사면 파괴모델과 결합하여 산사태 예측 기법인 YS-Slope(Kim et al., 2012)을 개선하였다. 제안된 해석기법의 검증을 위하여 기존의 산사태 해석기법과 산사태 발생 조사 자료를 통한 비교･분석을 수행하였다.
물의 흐름 방향과 유출입량의 결정은 GIS의 래스터 모델을 이용하였다. 기존의 연구에서는 흐름방향과 누적흐름량 계산 기법을 사용해 왔으며, 이는 유역단위별 흐름의 경로를 고려하여 유출량을 산정하는 방법이다 (Jenson and Domingue, 1988).
본 연구에서는 산사태 해석에서 시간에 따른 지하수의 다양한 분포를 고려하기 위하여 YSGWF 모델을 개발하였고, 무한사면파괴 모델을 결합하여 YS-Slope 모형(Kim et al., 2012)을 개선하여 해석기법의 검증에 사용하였다. YS-Slope(YonSei-Slope) 모형은 상용 프로그 램인 SINMAP, TRIGRS 모형 등과 같이 역학적 기법을 사용한 산사태 해석 모형으로, 기존 프로그램들의 수문 모형과 파괴 모형을 개선한 모형이다.
이 모델의 개발에서 대 수층은 균질하고, 함양은 흙의 수리학적 특성과 강우강 도에 의해 시간에 따라 변화하며, 지하수의 흐름은 불포 화영역(Vadose zone) 하부 지하수에서만 발생하는 것으로 가정하였다. 본 연구에서는 지반 침투량(I R)과 함양량(R)을 구하기 위하여, 흙의 불포화특성을 고려한 개선된 Green-Ampt 모델(Green-Ampt, 1911; Mein and Larson, 1973)을 개선하여 사용하였다. 지하수에 도달한 지반 침투량(I R )인 함양량(R)은 지하수위와 지하수 흐름을 계산에 입력변수로 사용하였으며, GIS의 래스터 모델과 Darcy 의 법칙을 결합하여 지하수의 흐름을 구하였다.
본 연구에서는 지하수의 흐름 방향을 계산하기 위하여 Mark(1984)가 제안한 D8 방식을 사용하였으며, 중심 셀과 중심 셀을 상하, 좌우, 대각선 방향으로 둘러싼 8개의 주변 셀 사이의 기울기를 계산하여, 중심 셀로부터 가장 큰 기울기를 가지는 방향으로 지하수의 흐름이 발생하도록 계산하였다. 각 셀에서 흐르는 물의 양은 식 (14)를 이용하여 계산할 수 있으며, 지하수위는 흐름방 향으로 각 셀의 수위 변화량을 밀어주는 방식으로 계산 한다.
본 연구에서는 지하수의 흐름을 계산하기 위하여 Darcy 의 법칙과 GIS의 래스트 모델을 사용하였다. GIS 수치 표고모델을 그리드 형태의 래스트 모델(Raster Model) 로 변화한 기반암 표고 데이터로 부터 경사와 흐름 방향을 분석하여 지하수 흐름을 해석하였다.
해석기법으로 지하수는 사면의 경사를 따른다는 기본 가정과 TOPMODEL(Benven 등, 1979, 1995)의 지형학적 기여면적(Fig. 10)을 이용한 습윤지수(w, 식 (21))를이용한다. 그러나, 시간에 따른 지하수 변화를 고려하지 못하고 사면의 경사각과 지형에만 의존하는 한계가 있다.
성능/효과
(1) 본 연구에서 제안한 해석기법은 기존의 해석기법과는 달리 강우침투와 지하수의 흐름을 모두 고려할수 있다. 토심이 얕은 경우나 기반암 지형 등에 의해 지하수가 상승되는 효과와 시간에 따른 강우침투와 지하수의 분포를 모두 고려할 수 있으므로, 산사태 해석 시 파괴 유형 및 사전 강우 효과 등을 고려할수 있다.
(3) 또한, 시간에 따른 3차원 지하수 해석에서, 흙의 불포화 특성, 강우강도 및 지속시간, 저류시간, 시간에 따른 유입･유출량의 변화 등을 고려할 수 있으며, 경계조건 및 데이터 형식의 변환을 최소화하여 입력과 계산이 용이하다.
YSGWF의경우 SINMAP에 비해 계곡부의 집수가 뚜렷하게 나타 나지는 않으나, 경사가 완만해지는 부분인 상류부와 중류부에서 저류에 의한 지하수가 비교적 높게 상승하는 것으로 나타났다. SINMAP의 경우 지표면의 경사를 지하수 흐름방향으로 가정하고 지표유출해석에 사용되는 수문 모델을 지하수해석에 적용함에 지표유출 지점은 명확하게 나타나지만 시간에 따른 지하수 분포를 알 수없으며, YSGWF의 경우 기반암의 경사로 지하수 흐름 을 결정하고 시간에 따른 지하수의 흐름을 계산하므로, 강우 침투와 지하수 흐름에 의해 시간에 따라 지하수의 분포가 변화하는 것으로 나타났다.
8이하의 낮은 안전율을 나타내고 있는 위치들이다. TRIGRS 모형은 발생 지점 중 우측 하단 1개소의 산사태 발생을 예측하지 못하였으나, YS-Slope 모형의 경우 발생 지점 5개소를 모두 잘 예측하는 것을 확인할 수 있었다. 분석 결과 YSGWF를 이용한 YS-Slope 모형이 Fig.
SINAMP의 경우 지하수는 계곡부에만 집중적으로 나타나는데 이는 SINMAP에서 사용하고 있는 수문모형이 배수와 집수에 사용되는 알고리즘을 이용하고 있기 때문으로 분석된다. YSGWF의경우 SINMAP에 비해 계곡부의 집수가 뚜렷하게 나타 나지는 않으나, 경사가 완만해지는 부분인 상류부와 중류부에서 저류에 의한 지하수가 비교적 높게 상승하는 것으로 나타났다. SINMAP의 경우 지표면의 경사를 지하수 흐름방향으로 가정하고 지표유출해석에 사용되는 수문 모델을 지하수해석에 적용함에 지표유출 지점은 명확하게 나타나지만 시간에 따른 지하수 분포를 알 수없으며, YSGWF의 경우 기반암의 경사로 지하수 흐름 을 결정하고 시간에 따른 지하수의 흐름을 계산하므로, 강우 침투와 지하수 흐름에 의해 시간에 따라 지하수의 분포가 변화하는 것으로 나타났다.
13에 나타난 바와 같이 산사태 발생 지점을 전반적으로 더 정확하게 예측하는 것을 확인할 수 있었다. 두 모형 모두 시간 강우자료를 사용하지만 침투해석에 대한 수문모형에 따른 계산 방법이 상이하고, TRIGRS와 달리 YS-Slope의경우 지하수의 흐름과 습윤대를 동시에 고려하고 있으며, 이러한 두 모형의 관계에 의해 부분적으로 서로 다른 결과가 나타난 것으로 분석되었다.
TRIGRS 모형은 발생 지점 중 우측 하단 1개소의 산사태 발생을 예측하지 못하였으나, YS-Slope 모형의 경우 발생 지점 5개소를 모두 잘 예측하는 것을 확인할 수 있었다. 분석 결과 YSGWF를 이용한 YS-Slope 모형이 Fig. 13에 나타난 바와 같이 산사태 발생 지점을 전반적으로 더 정확하게 예측하는 것을 확인할 수 있었다. 두 모형 모두 시간 강우자료를 사용하지만 침투해석에 대한 수문모형에 따른 계산 방법이 상이하고, TRIGRS와 달리 YS-Slope의경우 지하수의 흐름과 습윤대를 동시에 고려하고 있으며, 이러한 두 모형의 관계에 의해 부분적으로 서로 다른 결과가 나타난 것으로 분석되었다.
해석 결과와 YSGWF 모델을 이용한 YS-Slope 모형의 해석결과를 비교하였다. 비교 결과 YS-Slope 모형이 비교적 산사태 발생 지역을 보다 더 정확히 예측하는 것으로 나타났으며, 이러한 검증을 토대로 실제 산지에 대한 산사태 예측에 적용 가능함을 확인할 수 있었다.
지반 조사를 통해 산정한 연구지역의 주요 지반정수를 요약 하면 아래 Table 2와 같다. 이 지역의 식생 분포를 조사한 결과 대표수종은 신갈나무와 리기다 소나무이며, 입목밀도 700～800본/Ha로 분포하고 있었다. Biomass 추정식과 기존 연구값 등을 이용하여 식생하중 0.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
강우에 의한 산사태는 어떻게 구분할 수 있는가?
산사태의 발생은 넓은 범위에서 동시 다발적으로 발생하며, 지반, 지형, 식생, 강우 등 다양한 요인들이 복잡하게 연관되 어 있으므로, 여러 가지 인자들을 고려한 광역적 평가에 의한 산사태 위험관리가 필요하다. 강우에 의한 산사태는 침투에 의해 습윤대가 임계 깊 이에 도달하여 발생되는 경우와, 지하수 상승에 의한 유 효응력 감소로 발생되는 경우로 구분할 수 있다(Kim, 1994; Jeong, 2009). 강우에 의한 산사태 문제에서 흙의 불포화 특성을 고려하는 것은 산사태 해석 결과를 결정 하는데 매우 중요하며(Jeong, 2009), 강우의 침투-유출 의 수문모형 적용에서 정확한 침투량 산정을 위해서는 흙의 불포화 특성이 반드시 고려되어야 한다.
물리적 기반의 산사태 모형이란 무엇인가?
복잡한 산지 지형에 내리는 강우에 대해 지반은 공간적 으로 서로 다른 함수 상태를 가지며, 강우의 침투와 지 하수 흐름을 시뮬레이션 할 수 있는 물리적 기반의 산사 태 모형의 사용이 강우에 의한 산사태를 예측하는 데 핵심이 된다. 물리적 기반의 산사태 모형은 지형학적 요 소, 기상학적 요소, 수문학적 요소 및 지반공학적 요소 를 결합하여 물리모델을 구성하고, 수치표고모델, 지반 정보, 강우 정보 등을 입력하여 산사태를 예측하는 방법 이다.(Zonghu et al.
물리적 기반의 산사태해석 모형에는 어떤 모형들이 있으며 그들은 어떤 유사점과 차이점을 갖는가?
물리적 기반의 산사태해석 모형들은 대부분 사면 파괴 이론과 수문 모형을 결합한 형태를 갖추고 있다. SINMAP (Stability INdex MAPping), TRIGRS(Transient Rainfall Infiltration and Grid- based Regional Slope-stability analysis), SHALSTAB(Shallow Landsliding STABility model) 등의 모형이 있으며, 모두 무한사면 파괴 모델과 수문모델의 결합으로 이루어졌다는 유사점이 있으나, 입력 변수와 수 문 모델에서 차이점을 가진다. SINMAP과 SHALSTAB은 지하수의 흐름은 사면의 경사를 따른다는 기본 가정과 TOPMODEL의 상부 지형의 지하수 기여면적 개념(Beven et al.
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