토석류를 포함하는 산사태 재해는 우리나라에서 그 발생빈도가 상대적으로 큰 자연재해 중 하나이며 이로 인한 인명 및 재산피해는 매년 증가하고 있다. 이에 정부에서는 사면재해 대응 및 예방을 위한 다양한 방지대책을 추진하고 있으나, 대부분 재해발생 이후 발생지역을 중심으로 복구대책을 수립하는 것이 대부분이라 실질적인 국민의 생명과 재산을 보호하는 예방대책이라고 보기는 어렵다. 이에 본 연구는 산사태 재해 예방을 목적으로 실제 지형의 특성을 파악, 이를 위험도 평가에 활용하는 방안에 대해 알아보고자 하였다. 지형특성 분석을 위해 SINMAP(Stability INdex MAPping)과 통계적 기법인 벡터 분산을 활용하였으며 이를 실제 산사태 발생현장에 적용, 지형특성과 산사태와의 관계를 규명하고자 하였다. 분석결과는 제안한 두 가지 기법이 동일하게 위험도가 높다고 평가한 지역에서는 산사태 위험도가 상대적으로 높게 산정되었다. 이는 본 연구에서 제시한 방법이 지형특성과 산사태 위험도와의 관계성 규명에 있어 합리적임을 보여준다고 할 수 있다. 또한 실제 현장조사 결과와 비교한 산사태 위험도는 SINMAP 기법이 토석류와 같은 연속성 산사태에 있어 보다 정확하게 판단되었으나 특정요소의 위험성을 구체적으로 고려할 수 있는 기법을 추가적으로 고려한다면 보다 정확한 산사태 위험을 평가할 수 있을 것으로 사료된다.
토석류를 포함하는 산사태 재해는 우리나라에서 그 발생빈도가 상대적으로 큰 자연재해 중 하나이며 이로 인한 인명 및 재산피해는 매년 증가하고 있다. 이에 정부에서는 사면재해 대응 및 예방을 위한 다양한 방지대책을 추진하고 있으나, 대부분 재해발생 이후 발생지역을 중심으로 복구대책을 수립하는 것이 대부분이라 실질적인 국민의 생명과 재산을 보호하는 예방대책이라고 보기는 어렵다. 이에 본 연구는 산사태 재해 예방을 목적으로 실제 지형의 특성을 파악, 이를 위험도 평가에 활용하는 방안에 대해 알아보고자 하였다. 지형특성 분석을 위해 SINMAP(Stability INdex MAPping)과 통계적 기법인 벡터 분산을 활용하였으며 이를 실제 산사태 발생현장에 적용, 지형특성과 산사태와의 관계를 규명하고자 하였다. 분석결과는 제안한 두 가지 기법이 동일하게 위험도가 높다고 평가한 지역에서는 산사태 위험도가 상대적으로 높게 산정되었다. 이는 본 연구에서 제시한 방법이 지형특성과 산사태 위험도와의 관계성 규명에 있어 합리적임을 보여준다고 할 수 있다. 또한 실제 현장조사 결과와 비교한 산사태 위험도는 SINMAP 기법이 토석류와 같은 연속성 산사태에 있어 보다 정확하게 판단되었으나 특정요소의 위험성을 구체적으로 고려할 수 있는 기법을 추가적으로 고려한다면 보다 정확한 산사태 위험을 평가할 수 있을 것으로 사료된다.
Landslide disasters including debris flows are the one of the most frequent natural disasters in Korea, and losses of lives and property damages due to these catastrophic events have been increased every year. Various mitigation programs and related policies have been conducted in order to respond a...
Landslide disasters including debris flows are the one of the most frequent natural disasters in Korea, and losses of lives and property damages due to these catastrophic events have been increased every year. Various mitigation programs and related policies have been conducted in order to respond and prepare landslide disasters. Most landslide reduction programs are, however, focused on recovery actions after the disasters and lead to unrealistic consequences to the affected people and their properties. The main objective of this study, therefore, is to evaluate the landslide hazard based on the identification of geomorphological features, which is for the preparedness of the landslide disasters. Two methodologies, SINMAP and vector dispersion analyses are used to simulate those characteristics where landslides are actually located. Results showed that both methods well discriminate geomorphic features between stable and unstable domains. This proves that geomorphological characteristics well describe a relationship with the existing landslide hazard. SINMAP analysis which is based on the consecutive model considering external factors like infiltration is well identify the landslide hazard especially for debris flow type landslides rather than vector dispersion focusing on a specific area. Combining with other methods focusing specific characteristics of geomorphological feature, accurate landslide hazard assessments are implemented.
Landslide disasters including debris flows are the one of the most frequent natural disasters in Korea, and losses of lives and property damages due to these catastrophic events have been increased every year. Various mitigation programs and related policies have been conducted in order to respond and prepare landslide disasters. Most landslide reduction programs are, however, focused on recovery actions after the disasters and lead to unrealistic consequences to the affected people and their properties. The main objective of this study, therefore, is to evaluate the landslide hazard based on the identification of geomorphological features, which is for the preparedness of the landslide disasters. Two methodologies, SINMAP and vector dispersion analyses are used to simulate those characteristics where landslides are actually located. Results showed that both methods well discriminate geomorphic features between stable and unstable domains. This proves that geomorphological characteristics well describe a relationship with the existing landslide hazard. SINMAP analysis which is based on the consecutive model considering external factors like infiltration is well identify the landslide hazard especially for debris flow type landslides rather than vector dispersion focusing on a specific area. Combining with other methods focusing specific characteristics of geomorphological feature, accurate landslide hazard assessments are implemented.
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문제 정의
그러므로 지표면의 형상정보는 과거 산사태 발생지역을 보여줄 뿐만 아니라 잠재적인 산사태의 발생 위험도를 확인하는데 유용한 기초자료로 활용할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 산사태로 발생하는 지형요소의 거칠기를 방향성 벡터를 활용해 분석, 이를 산사태 위험도와 연관시키고자 하였다.
본 연구는 수문학과 토질역학의 이론적 기반에 근거한 SINMAP과 방향성 벡터를 산사태의 지형요소 분석에 이용, 이를 통한 산사태 발생 위험도를 평가하는 방안을 제시하고자 하였다. 분석결과 토석류와 같은 연속적 거동을 보이는 산사태의 경우 각 요소당 내재하고 있는 위험성을 거칠기의 정도로 보여주는 벡터 분산보다 포화된 지역을 따라 위험도의 확산 정도를 보여주는 SINMAP 기법이 다소 유리한 것으로 나타났다.
본 연구에는 산사태 지역의 지형 및 수리학적 특성을 조사, 이를 산사태 위험도에 연계하는데 있어 효과적인 방안을 제시하는데 그 목적이 있다. 이러한 기법들은 결국 개별 산사태의 시공간적 거동, 즉 산사태 발생에서 퇴적에 이르는 일련의 과정을 이해하는데 활용될 수 있다.
본 연구지역의 지형학적 분석을 위해 전술한 방향 벡터를 활용한 벡터 분산을 도출하여 지표면의 거칠기를 평가하였다. Fig.
또한 본 연구에서 활용된 기법 사이의 상관관계 규명을 통해 향후 보다 정확한 산사태 위험도 평가를 위한 기초자료를 제공할 수 있을 것이다. 이를 위한 초기 시도로써 연구지역에서 실제 발생한 산사태로 본 연구에서 제시한 두 가지 기법이 산사 태 위험도에 미치는 영향을 알아보고자 하였다. Fig.
이는 사면재해 예방 및 대응이 중요하다는 것을 보여주는 단적인 예이다. 이에 본 연구에서는 산사태 재해 사전예방을 목적으로 실제 지형의 특성을 파악, 이를 산사태 위험도 평가에 활용하는 방안에 대해 알아보고자 하였다.
가설 설정
Eq. (1)은 습윤상태와 건조상태의 흙의 밀도가 같다는 가정하에 유도되었다. Eq.
SINMAP에서는 이들 매개변수가 각각 상한계와 하한계 범위를 가지며, 이 범위 내에서 발생확률이 균일한 확률분포를 갖는 것으로 가정한다. 임의로 R/T를 x로 tanΦ를 t로 표현하면 C∼U(C1, C2 ), x∼U(x1, x2), t∼U(t1,t2)로 나타낼 수 있다.
또한 상대 습윤도(relative wetness)는 사면의 배수특성과 연관시켜서 w = Ra/TsinΘ로 가정하였다.
본 연구에서 적용한 SINMAP은 활동면의 형태를 사면 표면에 평행한 직선으로 가정한 해석법으로 길이가 활동 면의 깊이에 비하여 충분히 큰 사면으로 가정하게 된다. 가정한 무한사면 안정 해석모형에 적용한 안전율(factor of safety)은 Eq.
여기서 흙의 투수량 계수비(ratio of transmissivity)는 일반적으로 내부마찰각이 36~43°인 경우 1,000에서 2,000인 것으로 가정하였다(Pack et al., 1998).
이 중 집수면적 a와 사면경사 Θ는 지형자료로 산정이 가능하며, 물과 흙의 밀도비 r은 0.5로 가정하고 있다.
제안 방법
따라서 본 연구에서는 지형형상의 특징에 따른 산사태 위험도 평가를 위해 수문학과 토질역학적 이론적 기반에 근거한 사면안정 해석모형인 SINMAP과 방향성 벡터를 이용하여 지형요소를 분석한 벡터 분산(vector dispersion)을 활용하였으며, 이를 2011년 실제 인명피해가 발생한 춘천 ○○ 지역에 적용하여 모의해석을 실시하였다.
대상 데이터
수치지형 자료로는 1 m × 1 m DEM(2009 측정)을 이용하였으며, Table 2에 나타낸 바와 같이 기존 유사지역의 토질물성치 결과를 활용, SINMAP의 사면안정지수(SI) 산정에 활용하였다(Lee & Kim, 2013).
2). 현장의 지질특성은 전반적으로 붕적층이 발달되어 있으며 전석이나 자갈이 포함된 점성이 있는 세립질의 토사로 구성되어 있다. 세립질 흙은 강우 등으로 흙이 포화되었을 때 전단강도가 급격히 저하, 토층 내에서 사면 파괴가 일어나기 쉽게 전단 파괴면(rupture surface)을 형성할 수 있다.
이론/모형
무한사면 안정해석을 이용한 SINMAP 모형을 연구지역에 적용, 토석류의 사면안정등급을 도출하였다. 수치지형 자료로는 1 m × 1 m DEM(2009 측정)을 이용하였으며, Table 2에 나타낸 바와 같이 기존 유사지역의 토질물성치 결과를 활용, SINMAP의 사면안정지수(SI) 산정에 활용하였다(Lee & Kim, 2013).
성능/효과
4는 2011년 토석류가 발생한 연구지역의 산사태 범위 내에 존재하는 산사태 발생 이전의 지형요소를 분석한 결과를 보여주고 있다. SINMAP 분석에 의한 산사태 위험도를 보면 붕괴가 시작되는 시점은 연구지역 산사태 A, B 모두 Upper threshold가 대부분인 것으로 분석되었으며 토석류에 취약한 지점임을 알 수 있다(Fig. 3(a), Fig.
각각의 산사태는 토석류 산사태의 특성에 적합하게 3개의 구역, 시작(initiation)-이동(transportation)-퇴적(deposition) 지역으로 구분하였는데, 실제로 2011년 산사태가 일어난 지역에 적용했을 때, 시뮬레이션 결과는 기존 수계를 따라 전술한 3개의 구역 특징을 보이며, 산사태가 일어난 것으로 확인되었다. 또한 산사태가 발생하는 시작지역의 경우 불안정한 상태를 나타내는 사면안정지수에 해당되는 값이 다른 두 지역에 비해 상대적으로 많이 분포하고 있는 것으로 나타났다(57% 이상).
본 연구에서 살펴본 연구지역 내 실제 산사태 A, B 모두 이동지역이 차지하는 범위가 다른 두 개의 지역보다 상대적으로 큰 것으로 나타났으며, 이는 상대적으로 이동 거리가 큰 토석류 산사태의 특징과 일치하고 있다. 또한 불안정한 상태를 나타내는 낮은 SINMAP 값이 두 산사태 모두 시작 및 이동지역에 대부분 분포하고 있으며, 이와는 반대로 퇴적지역에는 주거지 형성으로 인해 안정과 불안정 값이 등분포 형태로 위치하고 있는 것을 알 수 있다.
각각의 산사태는 토석류 산사태의 특성에 적합하게 3개의 구역, 시작(initiation)-이동(transportation)-퇴적(deposition) 지역으로 구분하였는데, 실제로 2011년 산사태가 일어난 지역에 적용했을 때, 시뮬레이션 결과는 기존 수계를 따라 전술한 3개의 구역 특징을 보이며, 산사태가 일어난 것으로 확인되었다. 또한 산사태가 발생하는 시작지역의 경우 불안정한 상태를 나타내는 사면안정지수에 해당되는 값이 다른 두 지역에 비해 상대적으로 많이 분포하고 있는 것으로 나타났다(57% 이상).
5와 마찬가지로 3개의 구역으로 구분하여 그 분포를 도시한 결과, 이동지역에서의 결과값이 가장 많은 분포를 보이고 있는 것을 알 수 있었다. 또한 산정된 벡터 분산 값의 비균등 정보를 구역별로 비교하여 보면, 두 산사태 모두 이동지역에서 값이 상대적으로 크게 도시된 것을 알 수 있다.
6은 동일한 산사태 A, B 내부에 분포하고 있는 벡터 분산 값을 보여주고 있다. 벡터 분산을 통해 도출된 결과를 Fig. 5와 마찬가지로 3개의 구역으로 구분하여 그 분포를 도시한 결과, 이동지역에서의 결과값이 가장 많은 분포를 보이고 있는 것을 알 수 있었다. 또한 산정된 벡터 분산 값의 비균등 정보를 구역별로 비교하여 보면, 두 산사태 모두 이동지역에서 값이 상대적으로 크게 도시된 것을 알 수 있다.
본 연구에서 살펴본 연구지역 내 실제 산사태 A, B 모두 이동지역이 차지하는 범위가 다른 두 개의 지역보다 상대적으로 큰 것으로 나타났으며, 이는 상대적으로 이동 거리가 큰 토석류 산사태의 특징과 일치하고 있다. 또한 불안정한 상태를 나타내는 낮은 SINMAP 값이 두 산사태 모두 시작 및 이동지역에 대부분 분포하고 있으며, 이와는 반대로 퇴적지역에는 주거지 형성으로 인해 안정과 불안정 값이 등분포 형태로 위치하고 있는 것을 알 수 있다.
본 연구는 수문학과 토질역학의 이론적 기반에 근거한 SINMAP과 방향성 벡터를 산사태의 지형요소 분석에 이용, 이를 통한 산사태 발생 위험도를 평가하는 방안을 제시하고자 하였다. 분석결과 토석류와 같은 연속적 거동을 보이는 산사태의 경우 각 요소당 내재하고 있는 위험성을 거칠기의 정도로 보여주는 벡터 분산보다 포화된 지역을 따라 위험도의 확산 정도를 보여주는 SINMAP 기법이 다소 유리한 것으로 나타났다. 하지만 SINMAP 기법의 경우 경사도에 민감하기에 광역지역의 평가 시에는 정확한 위험도의 확산과정을 보여주는 데 한계가 있다.
후속연구
그러므로 지형특성이 산사태 위험도에 미치는 영향을 정확하게 보여주기 위해서는 개별 모형보다는 다수의 모형을 이용, 각각의 장점을 활용하여 보다 현실적인 산사태 위험성 평가를 수행해야 할 것으로 판단된다.
이러한 결과는 각 모형의 기본원리에서 비롯된다고 할 수 있는데 SINMAP의 경우 포화된 지역을 연계, 특정방향으로 위험도의 흐름을 보여주는 선구조(linear)의 연속성을 강조하는 반면, 벡터 분산의 경우 각 요소당 내재하고 있는 위험성을 거칠기의 정도로 나타내므로 특정지역 중심의 위험성을 대별한다고 할 수 있다. 따라서 SINMAP이 토석류와 같은 연속적 거동을 보이는 산사태의 전체적인 안정성 해석에는 다소 유리하다고 할 수 있으나, 산사태 발생 특정요소의 위험성을 구체적으로 설명할 수 있는 벡터 분산과 같은 기법을 추가로 고려하여, 보다 정확한 산사태 위험도 평가를 수행하여야 할 것이다.
이는 결국 산사태의 발생이 단순한 지형적 요소만으로 결정되는 것이 아니며, 내·외부적인 요인들간 상호작용에 의해 유발되는 복합적인 자연현상임을 인지하고 다양한 방법을 통해 산사태 발생 메커니즘에 대한 추가적인 연구가 필요함을 의미한다. 또한 벡터 분산과 같이 특정요소의 산사태 위험성 평가를 추가적으로 활용한다면 보다 정확한 산사태 위험도 평가가 이루어질 수 있을 것이라 사료된다.
이러한 기법들은 결국 개별 산사태의 시공간적 거동, 즉 산사태 발생에서 퇴적에 이르는 일련의 과정을 이해하는데 활용될 수 있다. 또한 본 연구에서 활용된 기법 사이의 상관관계 규명을 통해 향후 보다 정확한 산사태 위험도 평가를 위한 기초자료를 제공할 수 있을 것이다. 이를 위한 초기 시도로써 연구지역에서 실제 발생한 산사태로 본 연구에서 제시한 두 가지 기법이 산사 태 위험도에 미치는 영향을 알아보고자 하였다.
이는 결국 산사태의 발생이 단순한 지형적 요소만으로 결정되는 것이 아니며, 내·외부적인 요인들간 상호작용에 의해 유발되는 복합적인 자연현상임을 인지하고 다양한 방법을 통해 산사태 발생 메커니즘에 대한 추가적인 연구가 필요함을 의미한다. 또한 벡터 분산과 같이 특정요소의 산사태 위험성 평가를 추가적으로 활용한다면 보다 정확한 산사태 위험도 평가가 이루어질 수 있을 것이라 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
SINMAP은 어떠한 해석법인가?
본 연구에서 적용한 SINMAP은 활동면의 형태를 사면 표면에 평행한 직선으로 가정한 해석법으로 길이가 활동 면의 깊이에 비하여 충분히 큰 사면으로 가정하게 된다. 가정한 무한사면 안정 해석모형에 적용한 안전율(factor of safety)은 Eq.
산사태가 생성하는 지형정보는 어떤 것들이 있는가?
산사태는 산사태 미발생지역과 달리 발생지역을 중심으로 첨단부의 급경사지, 인장균열, 그리고 사태물질과 같은 다양한 형태의 지형정보를 생성한다(Kim et al., 2012).
사면재해 예방 및 대응이 중요함을 보여주는 단적인 예는 무엇인가?
기후변화로 인한 재해발생 형태가 최근 들어 비정형화 및 대형화되고 있으며, 돌발적인 호우를 보면 자연재해로 평균 43.5명이 사망하였고, 그중 산사태 등 사면재해 사망자는 평균 15.1명으로 자연재해 전체 사망자의 34.7 %를 차지하고 있다. 이는 사면재해 예방 및 대응이 중요하다는 것을 보여주는 단적인 예이다.
참고문헌 (9)
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Kim, T. H. (2012), Landslide hazard assessment, town of peace river, Alberta, Ph D. dissertation, Department of Civil and Environmental Engineering, University of Alberta, Edmonton, pp. 261-278.
Kim, T. H., Cruden, D. M. and Martin, C. D. (2012), Identification of geomorphological features of landslides using airborne laser altimetry, Landslides and Engineered Slopes: Protecting Society through Improved Understanding Comprises the Proceedings of the 11th International Symposium on Landslides and 2nd North American Symposium on Landslides, Banff, Alberta, Canada, pp. 567-573.
Lee, J. S. and Kim, Y. T. (2013), Infiltration and stability analysis of weathered granite slope considering rainfall patterns, Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation, Vol. 13, No. 5, pp. 83-91 (in Korean).
National Disaster Management Institute (2011), Establishment of collapse warning & evacuation criteria for steep slopes, Developments of the GIS based steep slope collapse determination system (I), Primary Research Report 14, 154 p. (in Korean).
Oh, K. D., Hong, I. P., Jun, B. H., Ahn, W. S. and Lee, M. Y. (2006), Evaluation of gis-based landslide hazard mapping, Journal of Korea Water Resources Association, Vol. 39, No. 1, pp. 23-33 (in Korean).
Pack, R. T., Tarboton, D. G. and Goodwin, C. N. (1998), The SINMAP approach to terrain stability mapping, In 8th Congress of the International Association of Engineering Geology, Vancouver, British Columbia, Canada, pp. 21-25.
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