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문제 정의
- 발생규모에 대한 예측 즉, 토사량 산정과 관련하여서는 범용토양손실공식과 침식율에 의한 토석류 유출량 산정 방법이 있으며, 현장조사를 통한 토석류 발생지와 퇴적지간의 토석류 이동경로를 조사한 결과를 바탕으로 침식율에 의한 토석류 유출량 산정 방법이 있다. 따라서, 본 연구에서는 2013년 강원도 춘천시 고은지구에서 발생한 산사태 피해지를 대상으로 토사유출량을 분석하여 토석류 발생 규모예측에 관한 비교 분석을 실시하였다.
- 본 연구에서는 2013년 집중호우로 인하여 춘천시 대룡산 일원 고은리 지역에서 발생한 토석류재해를 중심으로 토석류 산사태 특성에 대한 조사를 수행하였으며, 범용토양손실공식에 의한 토양유실량과 현장에서 토석류 발생지와 침식 및 퇴적된 이동경로 조사 결과에 의한 토석류 유출량을 산정한 결과와 그 외의 토석류 발생량 산정식에 의한토석류 규모 산정에 관한 연구를 수행하여 다음과 같은 결론을 도출하였다.
제안 방법
- 고은소류지는 그림 6과 같으며, 고은소류지의 면적과 수심은 GPS와 스타프를 이용하여 측정하여 체적을 산출하였다. 그 결과, 고은소류지의 저수 용량은 약 25,000 ㎥(면적 5,000 ㎡, 높이 5 m) 정도되는 것으로 조사되어 약 25,000 ㎥정도의 토사가고은소류지에 최종 퇴적된 것으로 추측된다.
- 고은리 산 1-2(2)구간의 시작점(415 point)으로부터 합류점인 480 point의 경사는 4∼19°로 전체적으로 완만한 경사를 보였으며, 퇴적이 발생하여 실제 합류점(415 point)이후로 유하된 토사량은 미미할 것으로 사료된다. 따라서 고은리 산1-2(1)인1차 합류점(440 point)까지와 공사구간 전인527point까지의 침식된 양으로 토사유출량을 산정하였으며, 그 결과는 표 3과 같다.
- 앞서 산출한 토사침식량과 USLE의 SATEEC모형에서 산출한 토사유출량과는 다소 차이를 보인다. 따라서 현장조사에서 산출한 토사침식량의 적정성에 대한 검증을 수행하였다. 토사침식량은 고은소류지에 퇴적된 토사의 양, 그리고 계곡∼하천 구간에 퇴적된 양을 이용하여 검증이 가능할 것으로 예상되었다.
- 그러나 향후현장조사시 퇴적된 구간에 대한 조사가 실시되면 토사침식량에 대한 타당성을 검증을 통해 USLE의SATEEC모형에 대한 신뢰성을 확인할 수 있을 것이다. 따라서, 측량자료를 이용하여 하천면적을 구하고, 하천면적과 고은소류지에 퇴적된 토사량을 추정해 보았다.
- 또한, 유역면적, 유로평균경사, 암석 및 지질과의 관계를 이용한 산정식 식(6)을 제안하였다.
- 2호 지는 2,392 m³/year/st.로 나타났으며, 그 외에 원단위법 및 수정범용토양손실량공식(RUSLE)의 연평균 토사량과 단일호우에 의한 토사량을 추가로 산정해 보았다.
- Rickenmann and Koschni(2010)은 토석류 침식량 산정식을 두 개의 식으로 제안하였다. 한 가지는 유역면적과 유로평균경사와의 관계를 이용하여 산정식을 제안하였고 또 다른 식은 유역면적, 유로 평균경사, 암석 및 지질과의 관계를 이용하였다. 다음 식 (5)는 유역면적과 유로평균경사의 관계를 이용한 산정식이다.
- 계곡부를 따라 토사가 침식 및 퇴적하며 이동하였다. 현장 조사는 침식이나 퇴적이 발생한 계곡부를 따라 이동하면서 스타프(STAFF), 클리노미터(Clinometer), 거리측정기,GPS 등을 이용하여 발생사면의 GPS좌표, 경사,폭, 길이, 방위, 지형형상 등에 대해 실제 발생지의 제원을 측정하였다.
이론/모형
- 또한,SWAT 모형의 경우 SWAT ArcView GIS Interface는 경사가 급한지형에 적합하지 않은 것으로 알려져 있어서 경사가 급한 유역에 기존의 SWAT을 적용할 경우 예측 토양유실량이 적게 모의되는 경향이 있다(박윤식 등, 2008). 따라서USLE 기반의 SATEEC(임경재 등, 2007)을 이용하여 지형여건에 맞는 토양 유실량(토사발생량)을 결정하였다.
성능/효과
- 1, 2호지의 하천 길이는 1.2 km이고, 추가조사지의 하천길이는 1.1 km로 이며, 1, 2호지의 하천면적은5,616 ㎥으로 나타나 이 지역에 퇴적된 토사의 두께는 0.36 m인 것으로 추측되며, 산 16-1(1)∼(4)지역의 하천면적은 5,148 ㎡으로 퇴적된 토사의 두께는 0.36 m로 추측된다.
- 1호지의 경우 산사태가 시작된 발생부는 대룡산(해발 895 m) 기준 7부 능선에 해당되는 해발 670m 계곡부에서 발생된 것으로 확인되었다. 발생부 주변은 상부에서 유입된 것으로 추정되는 자갈섞인 실트질 모래가 선상지 형태로 퇴적되어 있으며,퇴적층 경사는 10∼20° 자연비탈면 구간 경사는 30∼40°, 퇴적층의 최대폭은 30 m로 측정되었다.
- 2호지에 해당하는 고은리 산 15의 토사침식량은 3534 m³으로 조사되어, USLE의SATEEC모형보다 약 30%정도 높게 나타났다.
- 고은소류지는 그림 6과 같으며, 고은소류지의 면적과 수심은 GPS와 스타프를 이용하여 측정하여 체적을 산출하였다. 그 결과, 고은소류지의 저수 용량은 약 25,000 ㎥(면적 5,000 ㎡, 높이 5 m) 정도되는 것으로 조사되어 약 25,000 ㎥정도의 토사가고은소류지에 최종 퇴적된 것으로 추측된다. 하지만 하천구간의 경우 현장조사시 하천을 준설하고있어 퇴적된 토사량을 산정할 수 없어 토사침식량에 대한 검증은 이루어지지 못하였다.
- 이와 같이 고은 1호지는 국내에서 발생된 산사태의 발생위치 현황(6∼7부능선, 30∼45°경사)과 유사한 조건에서 발생된 것으로 평가된다. 또한 발생부를 시점으로 하류방향 퇴적층 구간에서 광범위하게 세류침식이 진행되며, 특히 사면부와 퇴적층 양측 경계를 따라 구곡침식(Gully erosion)이 두드러진 것으로 나타났다.
- 현장조사 및 USLE 그리고 여러 식들을 이용하여 토사유출량 산정결과는 표 5와 같으며, 현장조사와 USLE의 SATEEC모형 그리고 Marchi_1의공식을 이용한 토사유출량은 비슷한 경향을 보이고있다. 또한, MSDPM, Marchi_2, Rickenmann andKoschni_1, Rickenmann and Koschni_2을 이용한식에서 비슷한 경향을 보이는 것으로 나타났다.
- 고은리 산 1-2(1), (2)와 고은리 산 15, 고은리산 16(1)∼(3)에서 발생한 토석류는 계곡부를 따라 침식 및 퇴적을 하며 흘러 내려와 고은소류지에 최종 퇴적된 것으로 보인다. 또한, 상대적으로 계곡부 보다 경사가 완만한 하천에도 토석이 퇴적된 것이 관찰되었다.
- 발생부로부터 200 m 하류지점에서 양안의 구곡침식이 합류되면서 기반암까지 침식이 진행되는 실질적인 토석류 거동을 보이며, 침식규모는 폭 5.0 m, 깊이 1.8 m로 점진적으로 침식이 확대되는 것으로 나타난다. 이후 수리적 거동에 의해 이송된 토석류는 발생부로부터 800 m지점에서 퇴적되며,본 지점은 지형적으로 완만하며 주변에 수 m이상 입경을 지닌 거석들이 분포하고 있어 지형적인 영향이 큰 것으로 나타난다.
- 발생부의 파괴형상은 집중호우에 의해 포화상태에 도달한 지층내 토석류 자체가 흘러내린 형태를 보이며 지층의 경사는 30°, 발생규모는 폭 15 m, 높이 10 m로 측정되었다.
- 셋째, Marchi(2004)의 토석류 산정식은 15,773 m3로 현장조사 결과와 유사한 값을 나타냈으나 그 외의 MSDPM, Marchi_2, Rickenmann andKoschni_1, Rickenmann and Koschni_2 식에 의한 산정결과와 상당한 차이를 나타내고 있다.
- 소방방재청의 재해연보 자료에 나타난 것처럼 2008년∼2011년까지 우리나라에서 발생한 자연재해와 사면재해로 인한 인명 및 재산피해 현황을 비교한 결과, 자연재해 복구금액은 해마다 증가하여 2008년 대비 2011년도의 복구 금액은 약 12.5배로 크게 증가한 것으로 나타났으며, 사면재해로 인한 복구금액도 전체 자연재해 복구금액 대비 연평균 약 21.3%로 매년 증가하고 있는 것으로 나타났다.
- 36 m로 추측된다. 이러한 결과를 종합해 보면 1, 2호지에서 발생한 토석류는 고은소류지에15,985 ㎥ 퇴적된 것으로 추정된다.
- 이후 하류구간의 경우 수리적 거동에 의한 세굴침식이 진행되며, 하천 중심부에서는 세굴이 발생하였으며, 세굴이 발생된 단면폭은 평균 5 m로 나타났으며, 외측으로 수로내 부분 퇴적인 발생되었다. 하천 폭, 방향, 거석의 위치에 따라 하천의 흐름이 변화되며 불규칙적인 세굴특성을 보이며, 최종적으로 1호지와 합류되어 하류에 위치한 고은리소류지에 퇴적되는 형태를 보이고 있다.
- 첫째, 본 지역의 토석류는 계곡부에서 구곡침식이 진행된 이래 계곡주변의 사면이 유실된 후 사태물질이 계곡부로 유입되어 2차적으로 계곡부의 벽과 바닥을 침식시키면서 계곡을 따라 이동하는 수로형 토석류의 보였으며, 퇴적층 경사는 10∼20°,발생 및 유하부 구간 경사는 30∼40°로 측정되어, 국내에서 발생한 산사태 발생지 6∼7부 능선, 30∼45°경사 조건과 유사한 것으로 평가되었다.
- 토사침식량은 고은소류지에 퇴적된 토사의 양, 그리고 계곡∼하천 구간에 퇴적된 양을 이용하여 검증이 가능할 것으로 예상되었다.
후속연구
- 하지만 하천구간의 경우 현장조사시 하천을 준설하고있어 퇴적된 토사량을 산정할 수 없어 토사침식량에 대한 검증은 이루어지지 못하였다. 그러나 향후현장조사시 퇴적된 구간에 대한 조사가 실시되면 토사침식량에 대한 타당성을 검증을 통해 USLE의SATEEC모형에 대한 신뢰성을 확인할 수 있을 것이다. 따라서, 측량자료를 이용하여 하천면적을 구하고, 하천면적과 고은소류지에 퇴적된 토사량을 추정해 보았다.
- 넷째, 제시된 경험식들이 각 나라의 토석류 발생지역에서 수집된 자료를 이용하여 경험식 및 계수를 제안했음을 고려할 때 국내에도 향후 토석류 발생지역의 자료 수집과 연구를 통해 국내에 적합한 토사유출량 산정방법 및 계수를 산정해야 할 것이다.
- 둘째, 현장조사를 통해 산출한 토석류 발생량은18,019 m3 이고 100년 빈도 강우사상에 의한 범용토양유실량(USLE)은 17,121 m3로 매우 유사한 결과를 보였으나 산정결과에 대하여 보다 정확한 이론적 접근을 통한 상세 분석이 요구된다.
- 어떠한 식이 국내의 상황에 더 적합한지에 대해서는 향후 현장자료 조사 및 연구가 더 필요할 것이다.
- 산사태 재해방지기술에 있어서 발생 규모에 대한 예측은 매우 중요한 사항이며, 발생규모는 구성토질, 강우강도, 사면길이, 경사, 침식깊이와 관련이 있다. 이러한 여러 인자들과 규모의 상관성을 정량적으로 나타내어 고려할 수 있다면 실제 규모를 예측하는데 있어 좀 더 정확한 값을 유추해 낼 수 있을 것이다.
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