[논문]사방댐 준설퇴적물 관리시스템 개발 및 관리기준 제안

송영석; 윤중만; 정인근

doi:10.12814/jkgss.2018.17.4.267

사방댐 준설퇴적물 관리시스템 개발 및 관리기준 제안
Development of the Dredged Sediments Management System and Its Managing Criteria of Debris Barrier 원문보기

한국지반신소재학회논문집 = Journal of the Korean Geosynthetics Society, v.17 no.4, 2018년, pp.267 - 275

송영석 (Geologic Environment Division, Korea Institute of Geoscience and Mineral Resources) , 윤중만 (Department of Construction Information System, ShinAnsan University) , 정인근 (KCT E&C)

초록
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사방댐 배면의 준설퇴적물에 대한 준설시기를 객관적, 정량적, 과학적으로 결정할 수 있도록 준설퇴적물 측정장치를 개발하고 실제 현장에 시범 구축하였다. 사방댐 배면의 준설퇴적물 하중을 측정하기 위하여 준설퇴적물 관리시스템을 설계 및 개발하였다. 본 관리시스템은 Data Acquisition System (DAS), Solar System 및 준설퇴적물 하중변화 측정유닛으로 구성되어 있다. 또한 사방댐 배면의 준설퇴적물 하중, 수위 및 강우량을 실시간으로 측정하고 무선통신을 통하여 자료를 전송할 수 있다. 준설퇴적물 하중변화 측정유닛은 강우를 측정하기 위한 강우계, 사방댐 배면의 준설퇴적물 하중을 측정하기 위한 하중측정계, 사방댐 배면 수위를 측정하기 위한 수위계로 구성되어 있다. 사방댐 배면의 준설퇴적물 관리기준은 준설퇴적물의 하중을 기준으로 제안하였다. 사방댐 배면에 퇴적될 수 있는 최대 준설퇴적물의 양을 산정하고, 최대 준설퇴적물의 50%, 70% 및 90%가 쌓인 경우 관심, 주의 및 경보의 단계로 구분하여 관리기준을 마련하였다. 사방댐 배면의 준설퇴적물 관리시스템을 활용하여 현재 준설퇴적물의 하중을 실시간으로 측정할 수 있으며, 이를 토대로 사방댐의 상태와 준설퇴적물의 준설시기를 결정할 수 있을 것으로 판단된다.

Abstract ▼ AI-Helper

The dredged sediment management system was developed to have an objective, quantitative and scientific decision for the optimum removal time of dredged sediments behind debris barrier and was set up at the real site. The dredged sediment management system is designed and developed to directly measure the dredged sediments behind debris barrier in the field. This management system is composed of Data Acquisition System (DAS), Solar System and measurement units for measuring the weight of dredge sediments. The weight of dredged sediments, the water level and the rainfall are measured in real time using the monitoring sensors, and their data can be transmitted to the office through a wireless communication method. The monitoring sensors are composed of the rain gauge to measure rainfall, the load cell system to measure the weight of dredged sediments, and water level meter to measure the water level behind debris barrier. The management criteria of dredged sediments behind debris barrier was suggested by using the weight of dredged sediments. At first, the maximum weight of dredged sediments that could be deposited behind debris barrier was estimated. And then when 50%, 70% and 90% of the maximum dredged sediments weight were accumulated behind debris barrier, the management criteria were divided into phases of Outlooks, Watch and Warning, respectively. The weight of dredged sediments can be monitored by using the dredged sediment management system behind debris barrier in real time, and the condition of debris barrier and the removal time of dredged sediments can be decided based on monitoring results.

주제어

표/그림 (16)

그림 Fig. 1. Schematic diagram of the dredged sediment management system
표 Table 1. Measurement units of the dredged sediment management system
그림 Fig. 2. Systematic diagram of the dredged sediment management system
그림 Fig. 3. Photographs of the study area
그림 Fig. 4. Location of test bed for the dredged sediment management system
그림 Fig. 5. Grain size distribution curve of the soil in the study area
그림 Fig. 6. Photographs of debris barrier in the study area
표 Table 2. Engineering properties of soil obtained from the study area
그림 Fig. 7. Dredged sediments management system installed in the study area
그림 Fig. 8. Maintenance program of the management system
그림 Fig. 9. Precipitation data in the study area
그림 Fig. 10. Variation of water level behind debris barrier
그림 Fig. 11. Variation of weight of the dredged sediments behind debris barrier
그림 Fig. 12. Variation of height of the dredged sediments behind debris barrier
그림 Fig. 13. Variation of water level and weight of sediments behind debris barrier according to measuring times
그림 Fig. 14. Monitoring results considering the management criteria

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구에서는 사방댐 배면의 퇴적물에 대한 준설시기를 객관적, 정량적, 과학적으로 결정할 수 있도록 사방댐 배면의 준설퇴적물 측정장치를 개발하고 실제 현장에 시범 구축하였다. 그리고 대상 현장에 적용하기 위하여 사방댐 준설퇴적물의 관리기준을 마련하고 이를 토대로 유지관리 방안을 제시하고자 한다.
그러므로 사방댐의 기능을 최적으로 유지하기 위하여 사방댐 배면의 준설 퇴적물을 지속적으로 관측하고 이를 토대로 적절한 유지관리시점을 선정하는 유지관리시스템의 개발이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 사방댐 배면의 퇴적물에 대한 준설시기를 객관적, 정량적, 과학적으로 결정할 수 있도록 사방댐 배면의 준설퇴적물 측정장치를 개발하고 실제 현장에 시범 구축하였다. 그리고 대상 현장에 적용하기 위하여 사방댐 준설퇴적물의 관리기준을 마련하고 이를 토대로 유지관리 방안을 제시하고자 한다.
준설퇴적물 관리시스템은 전술한 각종 측정유닛으로부터 특정된 자료를 저장, 관리 및 전달하는 시스템을 말한다. 본 시스템에서는 사방댐 배면의 준설퇴적물 하중변화를 측정하기 위하여 설치된 측정유닛으로부터 실시간으로 자료를 수집하고 무선통신을 통하여 자료를 전송한다.
본 연구를 통하여 제안된 사방댐 배면의 준설퇴적물의 관리지준을 적용하여 현재 사방댐의 상태를 확인하고자 한다. 먼저 강원지역의 강우강도와 강우지속시간을 이용한 산사태 발생기준을 적용하여 대상지역에서의 산사태 발생여부를 검토하였다.
그러므로 사방댐의 기능을 최적으로 유지하기 위하여 사방댐 배면의 준설 퇴적물을 지속적으로 관측하고 이를 토대로 적절한 유지관리시점을 선정하는 유지관리시스템의 개발이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 사방댐 배면의 퇴적물에 대한 준설시기를 객관적, 정량적, 과학적으로 결정할 수 있도록 사방댐 배면의 준설퇴적물 측정장치를 개발하고 실제 현장에 시범 구축하였다. 그리고 대상 현장에 적용하기 위하여 사방댐 준설퇴적물의 관리기준을 마련하고 이를 토대로 유지관리 방안을 제시하고자 한다.
대상지역의 토질은 편마암 풍화토에 해당하는 것으로 조사되었다. 본 연구에서는 총 3개소에서 토층시료를 채취하였으며, 현장의 지형조건 및 토층분포 등을 고려하여 토층의 특성이 균등하게 반영될 수 있도록 하였다. 원지반의 토층시료는 표토를 제거한 후 40∼60cm 정도의 깊이에서 채취하였는데, 불교란 시료는 스테인레스로 제작된 원통형 샘플러를 이용하여 채취하였으며, 교란시료는 비닐팩을 사용하였다.
산사태 발생으로 인하여 사방댐 배면에 쌓이는 준설퇴적물의 하중을 실시간으로 관리하기 위하여 준설퇴적물 하중측정계를 개발하였으며, 이를 이용하여 준설퇴적물 관리기준을 제안하고자 한다.
현장에 설치된 사방댐 배면의 준설퇴적물 관리시스템으로부터 측정된 결과를 분석하여 개발된 시스템의 적용성을 검증하고, 이를 통하여 현재 사방댐 배면의 준설퇴적물에 대한 현황 및 특성을 고찰하고자 한다.

제안 방법

(1) 사방댐 배면의 준설퇴적물 하중을 측정하기 위하여 준설퇴적물 관리시스템을 설계 및 개발하였다. 본 관리시스템은 Data Acquisition System(DAS), Solar System 및 준설퇴적물 하중변화 측정유닛으로 구성되어 있다.
(3) 사방댐 배면의 준설퇴적물 관리기준은 사방댐 배면의 준설퇴적물 하중을 기준으로 제안하였다. 사방댐 배면에 퇴적될 수 있는 최대 준설퇴적물의 양(W_all= S₁ ×h_d×γ_t)을 산정하고, 이를 토대로 최대 준설퇴적물의 50%, 70% 및 90%가 쌓인 경우 관심, 주의 및 경보의 단계로 구분하여 관리기준을 마련하였다.
각종 측정유닛으로부터 특정된 자료를 저장, 관리 및 전달하는 Data Acquisition System(DAS)과 DAS의 전원공급을 위한 Solar System을 설치하였다. Fig.
본 연구에서는 사방댐 배면의 퇴적물에 대한 준설시기를 객관적, 정량적, 과학적으로 결정할 수 있도록 사방댐 배면의 준설퇴적물 측정장치를 개발하고 실제 현장에 시범 구축하였다. 그리고 대상 현장에 적용하기 위하여 사방댐 준설퇴적물의 관리기준을 마련하고 이를 토대로 유지관리 방안을 제시하였다. 이상의 결과를 정리하면 다음과 같다.
모든 시료는 현장조건이 최대한 유지되도록 밀봉한 상태로 실험실로 운반하였다. 그리고 채취한 토층시료를 이용하여 비중, 함수비, 액성한계 및 소성한계, 입도분석 등의 물성시험을실시하고, 실내 밀도시험을 통해 건조 및 습윤단위중량을 산정하였으며, 직접전단시험을 실시하여 연구지역 토층의 강도정수를 구하였다. 한편 변수위투수시험을 통하여 연구지역 토층의 투수계수를 산정하였다.
또한, 사방댐 배면에 쌓이는 준설퇴적물을 효율적으로 관리하기 위하여 관심, 주의 및 경보의 세단계로 구분하여 관리기준을 제안하였다. 관심단계의 경우 사방댐 배면에 퇴적될 수 있는 최대 준설퇴적물의 50%로 선정하였으며,주의단계의 경우 70%, 경보단계의 경우 90%로 선정하였다.
본 연구를 통하여 제안된 사방댐 배면의 준설퇴적물의 관리지준을 적용하여 현재 사방댐의 상태를 확인하고자 한다. 먼저 강원지역의 강우강도와 강우지속시간을 이용한 산사태 발생기준을 적용하여 대상지역에서의 산사태 발생여부를 검토하였다.
본 연구에서는 먼저 사방댐 배면 준설퇴적물의 하중 변화를 모니터링하기 위한 측정유닛을 선정하고 이를 설계하였다. Fig.
Table 1은 본 연구에서 선정된 측정항목과 이를 측정하기 위한 측정유닛, 그리고 실제로 적용될 제품을 나타낸 것이다. 본 연구에서는 총 3가지의 측정항목을 선정하고 각 항목을 측정할 수 있는 센서를 적용 및 개발하였다. 표에서 보는 바와 같이, 강우측정을 위한 강우계는 tipping bucket 타입으로 선정하였고, 사방댐 배면의 수위를 측정하기 위하여 수위계를 설치하였으며, 준설퇴적물의 중량을 측정하기 위하여 본 연구에서 하중측정계를 자체 제작하였다.
사방댐 배면에 쌓이는 준설퇴적물 하중을 측정하기 위하여 사방댐의 배면의 중앙에 개발된 하중측정계를 설치하였다. Fig.
사방댐 배면의 수위변화를 측정하기 위하여 사방댐 배면의 중앙에 수위계를 설치하였다. Fig.
수위계를 설치하기 위하여 천공하고 수위계 관을 설치한다. 이후 수위계를 설치하여 실시간으로 지하수위의 변화를 측정할 수 있도록 하였다.
이상의 결과를 토대로 연구지역 대상 유역에서 준설퇴적물 측정장치의 설치위치를 최종 선정하였다. 최종 선정시 준설퇴적물의 변화, 측정장치의 시공성, 측정장치 및 시스템의 유지관리 등을 고려하였다. Fig.
그림에서 보는 바와 같이 강우를 측정하기 위한 강우계,사방댐 배면의 준설퇴적물 하중을 측정하기 위한 하중측정계, 사방댐 배면 수위를 측정하기 위한 수위계로 구성되어 있다. 특히 산사태로 인하여 사방댐 배면에 쌓이는 준설퇴적물의 하중을 측정하기 위하여 본 연구를 통하여 개발된 하중측정계를 설치하였다.
본 연구에서는 총 3가지의 측정항목을 선정하고 각 항목을 측정할 수 있는 센서를 적용 및 개발하였다. 표에서 보는 바와 같이, 강우측정을 위한 강우계는 tipping bucket 타입으로 선정하였고, 사방댐 배면의 수위를 측정하기 위하여 수위계를 설치하였으며, 준설퇴적물의 중량을 측정하기 위하여 본 연구에서 하중측정계를 자체 제작하였다. 현장에서 측정된 강우자료를 이용하여 산사태 발생가능성을 예측할 수 있으며, 사방댐 배면의 준설퇴적물 하중을 측정하여 사방댐에 대한 유지관리가 가능하다.
그리고 채취한 토층시료를 이용하여 비중, 함수비, 액성한계 및 소성한계, 입도분석 등의 물성시험을실시하고, 실내 밀도시험을 통해 건조 및 습윤단위중량을 산정하였으며, 직접전단시험을 실시하여 연구지역 토층의 강도정수를 구하였다. 한편 변수위투수시험을 통하여 연구지역 토층의 투수계수를 산정하였다. 위에서 언급된 제반 토질시험방법은 KS의 관련기준에 준하여 실시하였다.

대상 데이터

9는 현장에 설치된 강우계를 통하여 측정된 강우자료이다. 그림에서 보는 바와 같이 측정기간은 2017년 5월17일부터 10월 12일까지이며, 산사태가 많이 발생되는 우기철인 6월부터 9월 사이의 측정자료를 포함하고 있다. 그림에서 보는 바와 같이 대상지역의 경우 최대강우량은 80mm가 넘는 것으로 나타났으며, 40mm이상의 강우가 발생된 경우는 4회인 것으로 나타났다.
대상지역 토질의 공학적 특성을 파악하기 위하여 연구지역으로 선정된 인제군 인제읍 덕산리 일대 1개 유역에 대하여 토층시료를 채취하였다. 대상지역의 토질은 편마암 풍화토에 해당하는 것으로 조사되었다.
본 연구에서는 준설퇴적물 측정장치 시험시공 위치로 강원도 인제군 인제읍 덕산리 산 14-2 일대의 1개 유역을 선정하였다. 대상지역은 2006년과 2007년 집중호우로 인하여 대규모 토석류 산사태가 발생된 현장이다. Fig.
대상지역 토질의 공학적 특성을 파악하기 위하여 연구지역으로 선정된 인제군 인제읍 덕산리 일대 1개 유역에 대하여 토층시료를 채취하였다. 대상지역의 토질은 편마암 풍화토에 해당하는 것으로 조사되었다. 본 연구에서는 총 3개소에서 토층시료를 채취하였으며, 현장의 지형조건 및 토층분포 등을 고려하여 토층의 특성이 균등하게 반영될 수 있도록 하였다.
대상현장은 강원도 인제군 인제읍 덕산리 일대 1개의 유역으로 시점부에서 2개의 산사태가 발생되어 계곡부에서 합쳐졌으며, 이후 하부로 사태물질이 흘러내린 토석류 산사태 발생 현장이다. 현장조사결과 대상지역의 경우 4개의 사방댐이 계곡의 중하류부에 설치되어 있는 것으로 나타났다.
(1) 사방댐 배면의 준설퇴적물 하중을 측정하기 위하여 준설퇴적물 관리시스템을 설계 및 개발하였다. 본 관리시스템은 Data Acquisition System(DAS), Solar System 및 준설퇴적물 하중변화 측정유닛으로 구성되어 있다. 또한 사방댐 배면의 준설퇴적물 하중, 수위 및 강우량을 실시간으로 측정하고 무선통신을 통하여 자료를 전송할 수 있다.
본 연구에서는 준설퇴적물 측정장치 시험시공 위치로 강원도 인제군 인제읍 덕산리 산 14-2 일대의 1개 유역을 선정하였다. 대상지역은 2006년과 2007년 집중호우로 인하여 대규모 토석류 산사태가 발생된 현장이다.
원지반의 토층시료는 표토를 제거한 후 40∼60cm 정도의 깊이에서 채취하였는데, 불교란 시료는 스테인레스로 제작된 원통형 샘플러를 이용하여 채취하였으며, 교란시료는 비닐팩을 사용하였다.
이상의 결과를 토대로 연구지역 대상 유역에서 준설퇴적물 측정장치의 설치위치를 최종 선정하였다. 최종 선정시 준설퇴적물의 변화, 측정장치의 시공성, 측정장치 및 시스템의 유지관리 등을 고려하였다.
준설퇴적물 관리시스템은 강원도 인제군 인제읍 덕산리에 위치한 사방댐의 배면에 설치하였다. 개발된 준설퇴적물 관리시스템은 강우량을 측정할 수 있으며, 강우시 수위변화 및 사방댐 배면의 준설퇴적물 하중변화를 측정할 수 있다.

이론/모형

Multiplexer는 다양한 신호를 받아서 Data Logger에 송신이 가능한 자료로 변경 및 제공해주는 장치이다. 또한 DAS에 전력을 공급하기 위하여 태양광을 이용한 발전시스템인 Solar system을 활용하였다. 이와 같이 측정 및 저장된 자료는 CDMA통신시스템을 이용하여 사무실에서 전송되어 진다.
한편 변수위투수시험을 통하여 연구지역 토층의 투수계수를 산정하였다. 위에서 언급된 제반 토질시험방법은 KS의 관련기준에 준하여 실시하였다.

성능/효과

(4) 연구지역 사방댐 배면의 준설퇴적물 관리시스템에 측정된 자료를 분석한 결과 준설퇴적물의 하중은 시간이 지남에 따라 지속적으로 증가하고 있으나 준설퇴적물 하중은 1,000kg이하이므로 관심단계인 5,100kg보다 아래에 위치하고 있으므로 사방댐에 대한 특별한 관리가 필요 없는 상태임을 알 수 있다.
준설퇴적물 관리시스템은 강원도 인제군 인제읍 덕산리에 위치한 사방댐의 배면에 설치하였다. 개발된 준설퇴적물 관리시스템은 강우량을 측정할 수 있으며, 강우시 수위변화 및 사방댐 배면의 준설퇴적물 하중변화를 측정할 수 있다.
Table 2는 대상지역의 토질에 대한 공학적 특성을 나타낸 것이다. 대상지역의 토질은 비중은 평균 2.637이며, 평균 습윤단위중량은 1.769t/m³, 평균 건조단위중량은 1.525t/m³이고, 함수비는 평균적으로 약 16%인 것으로 나타났다. 그리고 입도분석시험결과 입도가 양호한 모래(SW)로 분류되었으며, 유효입경은 0.
또한 직접전단시험결과 점착력은 0.95t/m2이고 내부마찰각은 34.6º인 것으로 나타났으며, 변수위투수시험결과 투수계수는 0.0168m/hr로 조사되었다.
사방댐 배면에 퇴적될 수 있는 최대 준설퇴적물의 양(Wall = S1 ×hd ×γt)을 산정하고, 이를 토대로 최대 준설퇴적물의 50%, 70% 및 90%가 쌓인 경우 관심, 주의 및 경보의 단계로 구분하여 관리기준을 마련하였다.
그림에서 보는 바와 같이 대상지역의 경우 최대강우량은 80mm가 넘는 것으로 나타났으며, 40mm이상의 강우가 발생된 경우는 4회인 것으로 나타났다. 전체적인 강우자료를 살펴보면 6월 말부터 8월 말 사이에 급격하게 강우량이 증가함을 알 수 있다.
대상현장은 강원도 인제군 인제읍 덕산리 일대 1개의 유역으로 시점부에서 2개의 산사태가 발생되어 계곡부에서 합쳐졌으며, 이후 하부로 사태물질이 흘러내린 토석류 산사태 발생 현장이다. 현장조사결과 대상지역의 경우 4개의 사방댐이 계곡의 중하류부에 설치되어 있는 것으로 나타났다. 특히 하류부에는 1개의 대형 슬릿댐과 콘크리트 사방댐이 설치되어 있다.

후속연구

(5) 사방댐 배면의 준설퇴적물 관리시스템을 활용하여 현재 준설퇴적물의 하중을 실시간으로 측정할 수 있으며, 이를 토대로 사방댐의 상태와 준설퇴적물의 준설 시기를 결정할 수 있을 것으로 판단된다.
따라서 현재 사방댐 사방댐에 대한 특별한 관리가 필요 없는 상태임을 알 수 있다. 대상지역에 설치되어 있는 사방댐 배면의 준설퇴적물 관리시스템을 활용하여 현재 준설퇴적물의 하중을 실시간으로 측정할 수 있으며, 이를 토대로 준설퇴적물에 대한 현재 상태와 준설시기 등을 선정할 수 있을 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	토석류란 어떤 현상인가?	토석류란 집중호우로 인하여 자연사면이나 절개지의 흙과 암석이 우수와 함께 하부로 흘러내리는 현상을 말한다. Pierson and Costa(1987)에 의하면 토석류는 흙과 암석과 같은 퇴적물과 우수로 구성된 유동체로서 구성물질,운동속도 및 퇴적물의 농도에 따라 특성이 다르게 나타난다.
	우리나라의 경우 국지성 집중호우로 인한 문제는 무엇인가?	, 2012). 특히 우리나라와 같이 토층의 심도가 낮은 자연사면의 경우 집중호우로 인한 얕은 파괴 형태의 산사태가 주로 발생되고 있다(Kim and Song,2015; Song et al., 2016; Viet et al.
	토석류의 특징은 무엇인가?	토석류란 집중호우로 인하여 자연사면이나 절개지의 흙과 암석이 우수와 함께 하부로 흘러내리는 현상을 말한다. Pierson and Costa(1987)에 의하면 토석류는 흙과 암석과 같은 퇴적물과 우수로 구성된 유동체로서 구성물질,운동속도 및 퇴적물의 농도에 따라 특성이 다르게 나타난다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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