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항공LiDAR 자료를 이용한 토석류 침식 및 퇴적모델 분석
Analysis of Airborne LiDAR-Based Debris Flow Erosion and Deposit Model 원문보기

한국지형공간정보학회지 = Journal of the korean society for geospatial information science, v.24 no.3, 2016년, pp.59 - 66  

원상연 (강릉원주대학교 토목공학과) ,  김기홍 (강릉원주대학교 토목공학과)

초록
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2011년 발생한 서울시 우면산의 토석류는 과거 산간지역 피해와는 달리 도심지역에서 큰 피해가 발생하였다. 따라서 산사태 및 토석류는 산악지역과 도심지역에 관계없이 다양한 지역에서 빠른 속도로 발생하여 엄청난 피해를 유발시키기 때문에 많은 연구자들은 토석류의 영향범위를 예측하고 피해를 최소화하기 위해 노력하고 있다. 토석류의 영향범위 예측을 위한 가장 핵심적인 부분은 복잡한 3차원 지형에서의 토석류 거동 및 퇴적 메커니즘을 이해하여야 한다. 그리고 퇴적 메커니즘을 이해하기 위해서는 토석류의 거동에 따른 에너지량과 침식량이 산정되어야 한다. 하지만 기존에 개발된 토석류 모델들은 토석류의 침식량을 산정하는데 한계가 있었다. 따라서 본 연구에서는 2011년 도심지의 대규모 토석류가 발생한 서울시 우면산 지역을 대상으로 항공사진, 항공 LiDAR 자료로부터 생성된 토석류 피해 전과 후의 DEM을 활용하여 토석류의 피해규모를 산정하였으며, 에너지 이론을 기반으로 하여 침식량을 산정할 수 있는 토석류 거동 해석 모델을 개발하여 비교하였다. 또한 동일지역에 대하여 기존의 토석류 모델(RWM, Debris 2D)도 함께 시뮬레이션 하여 종합적으로 토석류 지역을 비교 분석하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The 2011 debris flow in Mt. Umyeonsan in Seoul, South Korea caused significant damages to the surrounding urban area, unlike other similar incidents reported to have occurred in the past in the country's mountainous regions. Accordingly, landslides and debris flows cause damage in various surroundin...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 그리고 퇴적 메커니즘을 이해하기 위해서는 토석류의 거동에 따른 침식량이 산정되어야 한다. 따라서 본 연구에서는 토석류의 침식량 산정 모델 개발과 침식량이 고려된 최종 퇴적량 산정을 목적으로 연구를 수행하였다. 그리고 2011년 도심지의대규모 토석류가 발생한 서울시 우면산 지역의 항공사진, 항공 LiDAR 자료로부터 생성된 토석류 피해 전과 후의 DEM을 활용하여 토석류의 실제 침식량 규모를 산정하여 비교하였으며, 동일지역에 대하여 RWM과 Debris 2D 모델도 함께 시뮬레이션 하여 각각의 모델별 퇴적량을 비교하였다.
  • 셋째, 침식량을 예측할 수 없으므로 실제 퇴적량과 유사한 퇴적량을 얻기 위해서는 실제 발생량보다 4~5배 더 과도하게 설정해야 하는 문제가 발생한다. 이러한 문제점을 개선하기 위하여 본 연구에서는 새로운 접근방법을 고민하였으며, 산사태로 발생된 토사의 위치에너지와 이를 통해 변환되는 운동에너지의 관계를 이용하여 흐름을 제어하고 퇴적과 침식을 시뮬레이션 하는 알고리즘을 제시하였다. 산사태 발생에 의한 위치에너지와 토석류 흐름에 관계된 운동에너지는 Fig.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
토석류에 대한 구체적인 정의는 무엇인가? 태는 자연적 또는 인위적인 원인으로 산지가 일시에 붕괴되는 현상이며, 토석류는 산지 또는 계곡에서 토석과 나무 등이 물과 섞여 빠른 속도로 유출되는 것이라고 설명하고 있다(Korea forest service, 2015). 특히 토석류에 대해서는 외국의 여러 참고문헌에서 보다 구체적으로 정의하고 있는데 토석류(debris flow)란 물과 토석의 혼합체(fluidsolid mixtures) 즉, 물속에서 다양한 입경의 유사와 수로 퇴적물이 집중적으로 분포된 것이 흐르는 동적 현상(질량이동 또는 흐름)을 말한다(Julien and Lan, 1991; Iverson, 1997). 토석류의 총 유사의 농도는 정지된 굳지 않은 토석의 상태에 따라 다르지만, 일반적으로 60% 이상의 체적 농도 값을 가지며, 토석과 유체 사이의 다양한 상호작용은 토석류 거동에 중요한 역할을 한다(Pierson and Costa, 1987; Coussot and Meunier, 1996; Marchi and D’Agostino, 2004; Jakob, 2005).
RWM이 다른 토석류 거동해석 모델에 비하여 가지는 장점은 무엇인가? , 2014). RWM의 메커니즘은 분석유역을 대상으로 토석류의 흐름 및 퇴적 특성을 경사의 인자로 단순화한 확률 모델이며, 다른 토석류 거동해석 모델에 비하여 비교적 계산방법이 간단하다(Imamura and Sugita, 1980; Satofuka and Mizuyama, 2005). RWM은 토석류의 거동 특성 및 피해범위를 분석하고 예측할 수 있지만 이 모델을 적용하기 위해서는 지형조건에 맞는 매개변수의 결정이 선행되어야 한다(Kim et al.
RWM과 Debris 2D와 같은 기존 모델들이 가지는 몇 가지 제한적인 가정 사항은 무엇인가? 하지만 RWM과 Debris 2D와 같은 기존 모델들은몇 가지 제한적인 가정 사항 때문에 더 이상의 발전을 기대하기 어렵다. 첫째, 일정 경사도 이하에서는 토석류의 속도에 관계없이 무조건 정지하고 퇴적하는 문제가 발생한다. 둘째, 흐름 경로상의 유로 침식량을 예측할 수 없는 문제가 발생한다. 셋째, 침식량을 예측할 수없으므로 실제 퇴적량과 유사한 퇴적량을 얻기 위해서는 실제 발생량보다 4~5배 더 과도하게 설정해야 하는 문제가 발생한다. 이러한 문제점을 개선하기 위하여 본 연구에서는 새로운 접근방법을 고민하였으며, 산사태로 발생된 토사의 위치에너지와 이를 통해 변환되는 운동에너지의 관계를 이용하여 흐름을 제어하고 퇴적과 침식을 시뮬레이션 하는 알고리즘을 제시하였다.
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참고문헌 (24)

  1. Chun, K., Kim, M., Park, W. and Ezaki, T., 1997, Characteristics of channel bed and woody debris on mountainous stream, Journal of Korean Forest Society, Vol. 86, No. 1, pp. 69-79. 

  2. Coussot, P. and Meunier, M., 1996, Recognition, classification and mechanical description of debris flows, Earth-Science Reviews, Vol. 40, pp. 209-227. 

  3. Hirakawa, Y., Suwa, H., Fukuda, K. and Kobayashi, N., 2006, Application of PIV method for the measurement of surface velocity of debris flow, Journal of the Japan Society of Erosion Control Engineering, Vol. 59, No. 2, pp. 49-54. 

  4. Imamura, R. and Sugita, M., 1980, Study on simulation of debris depositing based on a random walk model, Journal of the Japan Society of Erosion Control Engineering, Vol. 32, No. 3, pp. 17-26. 

  5. Iverson, R. M., 1997, The Physics of debris flows, Review of Geophysics, Vol. 35, No. 3, pp. 245-296. 

  6. Jakob, M., 2005, A size classification for debris flows, Engineering Geology, Vol. 79, pp. 150-161. 

  7. Jang, B. S., No, S.Y., Son, J. C. and Yu, B. O., 2007, Suggestions to reduce the slope disaster by analysing landslides in localized heavy rain, Journal of the Korea Institute for Structural Maintenance Inspection, Vol. 11, No. 4, pp. 3-11. 

  8. Julien, P. Y. and Lan, Y., 1991, Rheology of hyperconcentrations, Journal of Hydraulic Engineering, Vol. 117, No. 3, pp. 346-353. 

  9. Kim, G. H., Won, S. Y., Youn, J. H. and Song, Y. S., 2008, Hazard risk assessment for national roads in Gangneung city, Journal of the Korean Society for Geospatial Information Science, Vol. 16, No. 4, pp. 33-39. 

  10. Kim, G. N., 2011, A basic study on the development of the guidelines on setting debris flow hazards, Research Institute for Gangwon, Korea, p. 170. 

  11. Kim, G., Won, S. and Mo, S., 2014, Umyeon mountain debris flow movement analysis using random walk model, Journal of the Korean Society of Surveying, Geodesy, Photogrammetry and Cartography, Vol. 32, No. 5, pp. 515-525. 

  12. Ko, S. M., Lee, S. W., Yune, C. Y. and Kim, G., 2014, Topographic analysis of landslides in Umyeonsan, Journal of the Korean Society of Surveying, Geodesy, Photogrammetry and Cartography, Vol. 32, No. 1, pp. 55-62. 

  13. Korea forest service, 2015, The erosion control law, Korea forest service, http://www.law.go.kr/lsInfoP.do?lsiSeq167957&efYd20150804#0000 

  14. Lee, C. W., Woo, C. S. and Youn, H. J., 2011, Analysis of debris flow hazard by the optimal parameters extraction of random walk model, Journal of Korean Forest Society, Vol. 100, No. 4, pp. 664-671. 

  15. Liu, K. F. and Huang, M. C., 2006, Numerical simulation of debris flow with application on hazard area mapping, Computational Geoscience, Vol. 10, No. 2, pp. 221-240. 

  16. Marchi, L. and D'Agostino, V., 2004, Estimation of debris-flow magnitude in the eastern Italian Alps, Earth Surface Processes and Landforms, Vol. 29, pp. 207-220. 

  17. O'Brien, J. S., Julien, P. Y. and Fullerton, W. T., 1993, Two dimensional water flood and mudflow simulation, Journal of Hydraulic Engineering, Vol. 119, No. 2, pp. 224-259. 

  18. Pierson, T. C. and Costa, J. E., 1987, A theologic classification of subaerial sediment-water flows, Geological Society of America Reviews in Engineering Geology, Vol. 7, pp. 1-12. 

  19. Satofuka, Y. and Mizuyama, T., 2005, Numerical simulation on a debris flow in a mountainous river with a Sabo dam, Journal of the Japan Society of Erosion Control Engineering, Vol. 58, No. 1, pp. 14-19. 

  20. Suzuki, T., Hotta, N. and Miyamoto, K., 2003, Influence of riverbed roughness on debris flows, Journal of the Japan Society of Erosion Control Engineering, Vol. 56, No. 2, pp. 5-13. 

  21. Tsai, M. P., Hsu, Y. C., Li, H. C., Shu, H. M. and Liu, K. F., 2011, Applications of simulation technique on debris flow hazard zone delineation: a case study in Daniao tribe, Eastern Taiwan, Natural Hazards and Earth System Sciences, Vol. 11, No. 11, pp. 3053-3062. 

  22. Wang, H., Liu, G., Xu, W. and Wang, G., 2005, GIS-based landslide hazard assessment : an overview, Progress in Physical Geography, Vol. 29 No. 4, pp. 548-567. 

  23. Won, S. and Kim, G., 2015, Simulation of debris flow deposit in Mt. Umyeon, Journal of the Korean Society of Surveying, Geodesy, Photogrammetry and Cartography, Vol. 33, No. 6, pp. 507-516. 

  24. Yang, I. T., Cheon, G. S. and Bak, J. H., 2006, The effect of landslide factor and determination of landslide vulnerable area Using GIS and AHP, Journal of the Korean Society for Geospatial Information System, Vol. 14, No. 1, pp. 3-12. 

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