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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 최근 빈번하게 발생하고 있는 산사태나 토석류와 같은 지반재해를 사전에 예측하기 위해 널리 사용되고 있는 GIS의 기반의 확장프로그램인 SINMAP을 이용하여 입력변수로 사용되고 있는 매개변수의 영향력을 평가하였다. 영향력 평가를 위해 춘천 ○○지역의 기존 산사태 발생지역을 연구 대상지역으로 선정하고 동일지역에 대한 지표지질조사 결과와 기존 조사자료를 활용하여 해석에 필요한 데이터를 수집하였다.
- 본 연구에서는 최근 빈번하게 발생하고 있는 산사태나 토석류와 같은 지반재해를 사전에 예측하기 위해 널리 사용되고 있는 GIS 기반의 확장프로그램인 SINMAP을 이용하여 매개변수에 따른 위험도 평가를 수행하였으며, 그 결과를 요약하면 다음과 같다.
- (2001)의 주장을 토대로 토석류 발생시점을 이용하여 습윤지수를 제안한 Kim(2012b)의방법론에 의해 20～140m의 범위를 매개변수로 적용하였다. 해석에 적용된 매개변수의 범위는 국내의 유사 해석에서 제안하고 있는 다양한 방법론으로 기 붕괴가 발생된 지점을 대상으로 적용 가능성을 정성적으로 평가하는 데 그 목적이 있음을 밝힌다.
제안 방법
- DEM 은 분석 시의 신뢰성을 확보하기 위해 10×10m의 해상도로 제작하였다. SINMAP을 사용한 해석결과는 사면의 안정도를 6개 등급으로 나누어 평가하는 사면안정지수(SI)로 평가하며 기존 산사태 발생 구간과 비교･분석하였다.
- (2013)은 유역의 수문학적 특성을 반영한 매개변수 T/R[m]은 집중호우 시 지하수에 의한 사면의 붕괴에 큰 영향을 미치는 중요한 인자이나 연직방향과 달리 사면에 평행한 방향의 투수계수가 갖는 이방성과 곤충의 굴이나 썩은 나무뿌리 등으로 인한 대공극 등의 영향으로 쉽게 결정하기 어려운 매개변수라 설명하였다. 그리고 토양의 수리전도도에 대한 지하수 유입량의 비율(T/R)은 SINMAP 모형에서 제시한 기본값을 기준으로 미국 NRCS 기준에 따라 배수 매우 양호 A, 배수 약간 양호 B, 배수 약간 불량 C, 배수 불량 D로 구분한 후 등 구간으로 중첩을 허용하여 값을 부여하고 해석을 수행하였으며, 토양과 식생 뿌리의 상대적 점착력(C)에 대해서는 산지와 비산지에 대해 다르게 적용하였다. 우면산 일대 흙의 점착력은 10kN 정도로 제시 하고 식생뿌리의 점착력은 뿌리가 토양에 얕게 분포하고 있음을 감안하여 1kN 정도로 제시하고 있어 산지에 대해서는 상대적 점착력(C)을 0.
- 따라서 본 연구에서는 붕괴지역에 대한 기존 사례조사 결과와 기존에 알려진 뿌리부의 점착력을 이용하여 분석한 결과 프로그램에서 적용하고 있는 상하한 범위에 포함되어 기본값을 적용하였다. 내부마찰각은 산사태 발생에 많은 영향을 미치는 요소로 기존 사례조사 결과 38～40°를 보이고 있어 Pack et al.
- 위험도평가는 매개변수의 영향을 파악하기 위해 중요변수인 내부마찰각과 T/R 값의 범위를 3가지 패턴으로 결정하였으며, 해석결과를 기존 산사태 결과와 비교하여 산사태 거동을 규명하고 매개변수의 적용성을 평가하였다. 매개변수는 기본값으로 SINMAP에서 제공하고 있는 default 값을 사용한 1그룹과 Oh et al. (2013)이 제안하고 있는 산지와 비산지를 4개의 그룹으로 나누어 적용하는 방식인 2그룹, Kim(2012b)이 제안한 고도 평균을 이용하는 3그룹으로 나누어 해석을 수행하였다. 토석류의 발생가능성과 위험평가에 적용되는 매개변수의 영향을 평가하기 위해서 GIS 상용프로그램인 ArcGIS를 사용 하였으며, 국토지리정보원에서 발행한 1/5000 수치지도를 이용하여 DEM(Digital Elevation Model)을 제작하였다.
- 본 연구에서는 내부마찰각과 습윤지수의 변화가 사면안정지수에 미치는 영향을 평가하기 위해 내부마찰각의 하한계와 상한계 값을 토지공사분류 값, 프로그램 기본값, 실험값의 세 Group으로 나누고 각각의 Group에서 습윤지수(T/R)를 4개의 Case로 나누어 해석을 수행하였다. 습윤지수의 Case는 각각 프로그램의 기본값, Oh et al.
- 우면산 일대 흙의 점착력은 10kN 정도로 제시 하고 식생뿌리의 점착력은 뿌리가 토양에 얕게 분포하고 있음을 감안하여 1kN 정도로 제시하고 있어 산지에 대해서는 상대적 점착력(C)을 0.00∼0.25로 적용하고 비산지에 대해서는 식생뿌리의 영향을 토양과 식생뿌리 전체 점착력의 10% 정도로 가정하여 모형에서 제시한 기본값을 10% 감소시킨 0.00∼0.22로 부여하였다.
- 영향력 평가를 위해 춘천 ○○지역의 기존 산사태 발생지역을 연구 대상지역으로 선정하고 동일지역에 대한 지표지질조사 결과와 기존 조사자료를 활용하여 해석에 필요한 데이터를 수집하였다. 위험도평가는 매개변수의 영향을 파악하기 위해 중요변수인 내부마찰각과 T/R 값의 범위를 3가지 패턴으로 결정하였으며, 해석결과를 기존 산사태 결과와 비교하여 산사태 거동을 규명하고 매개변수의 적용성을 평가하였다. 매개변수는 기본값으로 SINMAP에서 제공하고 있는 default 값을 사용한 1그룹과 Oh et al.
- (2013)이 제안하고 있는 산지와 비산지를 4개의 그룹으로 나누어 적용하는 방식인 2그룹, Kim(2012b)이 제안한 고도 평균을 이용하는 3그룹으로 나누어 해석을 수행하였다. 토석류의 발생가능성과 위험평가에 적용되는 매개변수의 영향을 평가하기 위해서 GIS 상용프로그램인 ArcGIS를 사용 하였으며, 국토지리정보원에서 발행한 1/5000 수치지도를 이용하여 DEM(Digital Elevation Model)을 제작하였다. DEM 은 분석 시의 신뢰성을 확보하기 위해 10×10m의 해상도로 제작하였다.
대상 데이터
- 본 연구의 대상지역은 강원도 춘천시 신북읍 천전리 ○○ 지역으로 2011년 07월 27일 총 2개소에서 토석류로 인한 피해가 발생한 지역이다. 대상지역은 급경사지에서 발생한 산사태가 토석류로 발전하여 각각 350m 및 150m 정도를 유하하여 많은 인명과 재산피해를 유발하였다.
- 본 연구의 대상지역은 강원도 춘천시 신북읍 천전리 ○○ 지역으로 2011년 07월 27일 총 2개소에서 토석류로 인한 피해가 발생한 지역이다. 대상지역은 급경사지에서 발생한 산사태가 토석류로 발전하여 각각 350m 및 150m 정도를 유하하여 많은 인명과 재산피해를 유발하였다.
- 따라서 본 연구에서는 최근 빈번하게 발생하고 있는 산사태나 토석류와 같은 지반재해를 사전에 예측하기 위해 널리 사용되고 있는 GIS의 기반의 확장프로그램인 SINMAP을 이용하여 입력변수로 사용되고 있는 매개변수의 영향력을 평가하였다. 영향력 평가를 위해 춘천 ○○지역의 기존 산사태 발생지역을 연구 대상지역으로 선정하고 동일지역에 대한 지표지질조사 결과와 기존 조사자료를 활용하여 해석에 필요한 데이터를 수집하였다. 위험도평가는 매개변수의 영향을 파악하기 위해 중요변수인 내부마찰각과 T/R 값의 범위를 3가지 패턴으로 결정하였으며, 해석결과를 기존 산사태 결과와 비교하여 산사태 거동을 규명하고 매개변수의 적용성을 평가하였다.
이론/모형
- 마지막으로 Pack et al.(2001)의 주장을 토대로 토석류 발생시점을 이용하여 습윤지수를 제안한 Kim(2012b)의방법론에 의해 20～140m의 범위를 매개변수로 적용하였다. 해석에 적용된 매개변수의 범위는 국내의 유사 해석에서 제안하고 있는 다양한 방법론으로 기 붕괴가 발생된 지점을 대상으로 적용 가능성을 정성적으로 평가하는 데 그 목적이 있음을 밝힌다.
- (2001)이 제안한 마찰각의 범주에 포함되는 것으로 판단하고 프로그램에서 적용하고 있는 기본값군과 토지공사의 분류표상의 내부마찰각범위군, 대상지에 대한 실험값과 Pack et al.(2001)이 제안한 내부마찰각 범위군으로 구분하여 해석을 수행하였다.
- 습윤지수의 Case는 각각 프로그램의 기본값, Oh et al.(2013)이 토지피 복도를 고려하여 제안한 값, Kim(2012b)이 고도평균 값을 이용하여 제안한 방법을 이용하여 산정한 값을 적용하였다.
성능/효과
- (1) 토석류 발생지역의 경사도를 분석한 결과, 제 1지역은 35～52°(평균 41°), 제 2지역은 27～38°(평균 33°)로 30～ 40° 범위에 분포하는 것으로 나타나 토석류의 발생시점 부는 고경사라기 보다는 일정 범위의 사면경사에 지형적 요인과 강우와 같은 외적요인이 복합적으로 작용할 수 있는 조건이 형성되는 구간에 조성되는 것으로 판단된다.
- (3) 내부마찰각의 하한계가 증가함에 따라 상한계불안정영역이 50～70%까지 감소되어 안정지수에 미치는 영향력이 큰 경향을 보였으나 낮은 습윤지수 범위에서는 그 영향력이 줄어드는 양상을 나타내었다.
- (4) 습윤지수의 범위에 따른 변화를 분석한 결과, 고도평균값을 적용한 경우를 제외하면 모든 Group에서 유사한 안정지수 분포를 보이고 있어 습윤지수보다는 내부마찰 각에 민감한 양상을 나타내고 있음을 알 수 있다.
- (5) 과대평가되고 있는 고도평균값을 제외하면 상한계 불안정 영역이 파괴시점부에 집중되어 현장의 상황과 부합 되는 양상을 나타내고 있으며, 실제 산사태로 연결되는 영역은 등산로이거나 집수지형으로 수렴된 위험물골인 것으로 나타났다.
- 따라서 산사태 발생일 당시 강우강도가 침투능을 능가하여 표층부의 유효응력이 감소하고 지속적으로 지하수위가 상승함으로써 붕적토층의 상부 지점에 파괴를 유발시키며 이에 따른 전이와 slip이 토석류를 진행시킨 것으로 판단된다. 그러므로 본 연구대상 지역의 산사태는 집중호우로 포화대가 하강하면서 임도 등 일부구간에서 침식이 발생되고 이 구간이 확장되면서 파괴를 유발하며 파괴된 토사와 암석, 유목 등이 기반암 상부의 표층을 파괴하며 하부로 전이되어 slip을 발생시키는 과정을 통해 유하된 쇄설물이 능선 하부의 퇴적부에 위치한 구조물을 매몰 또는 파괴시킨 것으로 판단된다.
- 조사결과 2011년 6월 22일에서 7월 14일까지 724mm에 상당하는 선행강우가 발생하였으며, 7월 26일～29일 754mm 의 누적강우량을 기록하고 피해 직전 6시간 동안의 지속강우량이 261mm로 기록되었으며 7월 26일 23시에는 65mm의 최대 시우량을 기록하였다. 따라서 산사태 발생일 당시 강우강도가 침투능을 능가하여 표층부의 유효응력이 감소하고 지속적으로 지하수위가 상승함으로써 붕적토층의 상부 지점에 파괴를 유발시키며 이에 따른 전이와 slip이 토석류를 진행시킨 것으로 판단된다. 그러므로 본 연구대상 지역의 산사태는 집중호우로 포화대가 하강하면서 임도 등 일부구간에서 침식이 발생되고 이 구간이 확장되면서 파괴를 유발하며 파괴된 토사와 암석, 유목 등이 기반암 상부의 표층을 파괴하며 하부로 전이되어 slip을 발생시키는 과정을 통해 유하된 쇄설물이 능선 하부의 퇴적부에 위치한 구조물을 매몰 또는 파괴시킨 것으로 판단된다.
- 이와같이 습윤지수를 결정하는 것은 매우 어려운 과정이므로 지역이나 암종, 지반특성, 집수지형 등 다양한 변수를 고려한 산사태 피해지역의 현황과 습윤지수의 상관성을 평가한 많은 자료의 축적과 이에 관한 추가적인 연구가 절실히 요구된다. 또한 과대평가되고 있는 고도평균값을 제외하면 상한계 불안정 영역이 파괴시점부에 집중되어 현장의 상황과 일정부분 부합되는 양상을 나타내고 있으며, 실제 산사태로 연결되는 영역은 등산로이거나 집수지형으로 수렴된 위험물골과 일치하는 것으로 현장조사 결과를 통해 확인하였다.
- 2는 Group 1～3에 대한 해석 결과로, 내부마찰각의 하한계를 증가시키며 해석을 수행한 사면안정지수의 면적비 산정 결과를 나타내고 있다. 모든 경우에서 고도평균값을 이용하는 방법이 다른 방법에 비해 상･하한계불안정 영역이 과다하게 산정되는 것으로 나타났으며 상대적으로 안정영역의 면적비가 급격히 축소되어 불안정 영역이 과대 산정되는 경향을 보이는 것으로 분석되었다.
- 분석결과, 고도평균값을 적용하는 Case 4를 제외하면 모든 Group에서 Case 1～3의 해석결과가 거의 유사한 것으로 나타났다. 즉 습윤지수의 범위가 현재 제안되고 있는 범위하에서는 큰 차이를 보이지 않으며, 내부마찰각의 범위(Group 1, 2, 3)에 더욱 민감한 양상을 나타내고 있음을 알 수 있다.
- 토양의 내부마찰각은 우면산 전 지역에 대해 24∼35°를 동일하게 적용하였다. 분석결과, 지형학적 습윤지수는 산 정상 부근에서 지하수가 수렴하는 위험지역을 식별하는 데 도움이 될 것으로 보이는 것으로 해석되었고 우면산 토석류 피해와 일치성이 높아 지형학적 습윤지수가 0.5 이상이고 계곡유로 경사가 10도를 넘는 계류부를 위험물골로 제안하고 토석류가 유하할 수 있는 위험지역을 식별하는 방법으로 제시하였다.
- 그러나 습윤지수로 고도평균값을 이용하는 경우 안정영역에 대한 분포율이 급격히 감소하며 상대적으로 불안정영역의 분포율이 급증하는 양상을 볼 수 있으며 이러한 경향은 제 2구간에서도 동일하다. 습윤지수의 변화에 따른 불안 정영역의 변화를 관찰한 결과, 산사태 발생위험도가 큰 상한계 불안정 영역의 변화가 고도평균값을 적용한 Case 4, 8, 12를 제외하면 동일한 Group 내에서는 거의 유사한 것으로 나타났다. 이와같이 습윤지수를 결정하는 것은 매우 어려운 과정이므로 지역이나 암종, 지반특성, 집수지형 등 다양한 변수를 고려한 산사태 피해지역의 현황과 습윤지수의 상관성을 평가한 많은 자료의 축적과 이에 관한 추가적인 연구가 절실히 요구된다.
- 유하부는 보통 15∼25°의 저각으로 형성되어 암석과 토사, 유목을 퇴적부로 유하시킨 것으로 추정되며, 사면의 길이는 토석류 1지역이 280m, 토석류 2지역이 196m로 나타났고 폭은 토석류 1지역 약 10∼25m, 토석류 2지역이 8∼30m인 것으로 조사되었다.
- 조사구간에 형성된 붕적층은 점성을 함유한 토사가 전석이나 자갈질과 함께 구성되어 있으며 하부 퇴적부에서 많은 양의 수분을 함유하는 토질인 것으로 확인되었다. 이러한 토층의 성질이 활동력을 배가시키는 데 영향을 미쳤을 것으로 판단되며, 현장 조사결과 매우 느슨하게 구성되어 있는 것으로 나타났다.
- 조사결과 2011년 6월 22일에서 7월 14일까지 724mm에 상당하는 선행강우가 발생하였으며, 7월 26일～29일 754mm 의 누적강우량을 기록하고 피해 직전 6시간 동안의 지속강우량이 261mm로 기록되었으며 7월 26일 23시에는 65mm의 최대 시우량을 기록하였다. 따라서 산사태 발생일 당시 강우강도가 침투능을 능가하여 표층부의 유효응력이 감소하고 지속적으로 지하수위가 상승함으로써 붕적토층의 상부 지점에 파괴를 유발시키며 이에 따른 전이와 slip이 토석류를 진행시킨 것으로 판단된다.
- 조사구간에 형성된 붕적층은 점성을 함유한 토사가 전석이나 자갈질과 함께 구성되어 있으며 하부 퇴적부에서 많은 양의 수분을 함유하는 토질인 것으로 확인되었다. 이러한 토층의 성질이 활동력을 배가시키는 데 영향을 미쳤을 것으로 판단되며, 현장 조사결과 매우 느슨하게 구성되어 있는 것으로 나타났다.
후속연구
- (2) 지형학적 습윤대를 분석한 결과, 한계습윤대와 포화대가 토석류 영역과 거의 일치하고 있으며 지하수 수렴부가 붕괴시점부와 상관관계가 있는 것으로 나타나 지형학적 습윤대가 경사분포나 붕적토층의 존재여부, 산사태 유발구조물 등과 복합적으로 산사태 발생 가능성을 평가하기 위한 지표로 사용될 수 있을 것으로 판단된다.
- 습윤지수의 변화에 따른 불안 정영역의 변화를 관찰한 결과, 산사태 발생위험도가 큰 상한계 불안정 영역의 변화가 고도평균값을 적용한 Case 4, 8, 12를 제외하면 동일한 Group 내에서는 거의 유사한 것으로 나타났다. 이와같이 습윤지수를 결정하는 것은 매우 어려운 과정이므로 지역이나 암종, 지반특성, 집수지형 등 다양한 변수를 고려한 산사태 피해지역의 현황과 습윤지수의 상관성을 평가한 많은 자료의 축적과 이에 관한 추가적인 연구가 절실히 요구된다. 또한 과대평가되고 있는 고도평균값을 제외하면 상한계 불안정 영역이 파괴시점부에 집중되어 현장의 상황과 일정부분 부합되는 양상을 나타내고 있으며, 실제 산사태로 연결되는 영역은 등산로이거나 집수지형으로 수렴된 위험물골과 일치하는 것으로 현장조사 결과를 통해 확인하였다.
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