[논문]토석류 방재구조물 성능 검토 수치해석 - Case study: 부산 백양산

정석일; 송창근; 김홍택; 이승오

doi:10.14346/jkosos.2018.33.4.84

Abstract ▼ AI-Helper

The number of landslides has increased since the 2000s due to the increased frequency of heavy rainfall caused by abnormal weather. A variety of debris flow prevention facilities have been installed as a countermeasure against this problem. However, it is not easy to evaluate the efficiency of debri...

The number of landslides has increased since the 2000s due to the increased frequency of heavy rainfall caused by abnormal weather. A variety of debris flow prevention facilities have been installed as a countermeasure against this problem. However, it is not easy to evaluate the efficiency of debris flow prevention structures except for the structures with constant volume such as the erosion dam, because the other structures are limited to be reproduced in simulation program for debris flow. Therefore, the methods by which the debris flow prevention structures were modeled were proposed, and the efficiency of four prevention structures installed in Baekyang Mt. in Busan was evaluated with UDS, which accuracy had been verified, using these methods. The initial amount of debris flow was determined based on landslide which occurred in 2014, and specifications of the complex retaining walls around the settlements were measured and applied modeling for terrain. The numerical results showed that the efficiency of debris flow prevention structures could be quantitatively presented. Among the debris flow prevention structures installed in Baekyang Mt., prevention structure of barrier type for debris flow was the most efficiency and debris flow prevention device was the lowest efficiency when the only depth of debris was evaluated. It seems that this study is meaningful to propose the methods which were used to model the debris flow prevention structures that could not be reproduced in most 2D debris flow numerical analysis programs. If precise verification of the presented methods is carried out, it will be possible to provide clear criteria for the efficiency evaluation method of disaster prevention structures.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

¹¹⁾은 2차원 토석류 모의 프로그램을 이용하여, 사방댐 외의 맨홀형 구조물을 Sink module을 이용하여 재현하고자 하였지만, 그 외의 다양한 토석류 방재구조물에 대한 효율성 검토는 수행할 수 없었다. 이에 본 연구에서는 다양한 토석류 방재구조물이 설치되어 있는 부산 백양산을 중심으로, 2차원 토석류 해석 프로그램인 UDS(Urban Debris Simulator)를 이용하여, 다양한 방재구조물을 직․간접적으로 재현하는 방법을 제시하고, 이에 따른 효율성을 분석하였다. ;

제안 방법

본 연구에서는 부산 백양산에 설치된 토석류 방재구조물의 토석류 저감효과를 UDS를 이용한 수치해석을 통해 검토하였다. 일부를 제외한 나머지 토석류 방재 구조물을 대부분의 토석류 해석 프로그램으로 재현하는 것이 쉽지 않기 때문에, 수치해석 상에서 간접적으로 이러한 구조물들이 간접적으로 재현 될 수 있는 방법을 제시하였다.
이 중, 토석류 방재 기능이 상대적으로 크다고 판단되는 4가지 구조물(교란사면용 토석류 방지시설(이하 S-1구조물)), 울타리형 토석류 방지시설(이하 S-2구조물), 토사유출 저감용 지오셀(이하 S-3구조물), 토석류 방재장치(이하 S-4구조물)에 대해 고려하였으며, 이를 Fig. 4에 정리하였다.
2014년 산사태에 대한 정확한 측정자료가 전무하기 때문에, 현지 조사 등을 통해 얻은 정보(아파트 부근 약 40~50 cm 퇴적)를 바탕으로 결정되었다. 이에 시행착오법을 이용하여 Fig. 6과 같이 계곡부에 위치한 초기 토석류의 양을 변화시켜가며, 아파트 인근 퇴적량을 파악하고, 초기 토석류량를 도출하였다(Q₀: 아파트 6동의 퇴적 토심이 0.41m가 되는 초기토석류양으로 결정함 (=150 m³)).

대상 데이터

본 연구의 대상 지구인 부산 백양산(Fig. 3참조)은 2014년 8월 100 mm/hr 이상의 폭우로 인해 산사태가 발생하여, 피해를 받은 지역으로, 현재 토석류에 대한 다양한 방재구조물이 설치되어 있다.

성능/효과

5 m 이상에서는 모든 토석류가 차단되는 것을 확인하였다. 나머지 구조물들은 13~15%의 효과가 있는 것으로 나타났다. 본 연구는 토석류 방재구조물을 토석류 해석프로그램에서 재현하는 방법을 제시하였다는 점에서 의미가 있다고 판단된다.
설치된 구조물 중 가장 규모가 크며 방재효과가 클 것으로 예상되는 울타리형 토석류 방지시설(S-2구조물)에 대해서는 높이를 변화시켜가며, 아파트에 도달하는 최대 토심을 분석하였다. 수치해석 결과 S-2구조물의 효과는 주거지에 도달하는 토심을 약 50~60% 저감시켜주는 것으로 나타났는데, 높이 2.5 m 이상에서는 모든 토석류가 차단되는 것을 확인하였다. 나머지 구조물들은 13~15%의 효과가 있는 것으로 나타났다.

후속연구

현재 토석류 방재구조물의 효율검토는 직접적으로 재현이 가능한 사방댐 및 울타리형 토석류 방재구조물과 같은 구조물에 집중되어 있을 뿐, 나머지 토석류 방재구조물에 대한 수치해석은 수행되지 못하고 있는 실정이다. 향후 실험 또는 현장계측 자료를 통한 본 연구방법이 정량적으로 검증되고 일반적이고 이상화된 수로에서의 연구결과가 도출된다면, 현재 국내에서 수행되고 있는 다양한 토석류 방재구조물 효율성 평가방법에 대한 명확한 기준정립에 일조할 수 있을 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	국내에서는 산사태 피해방지에 대한 관심이 크게 증가하게 된 시발점이 된 사건은 무엇인가?	최근 기후변화로 인한 집중호우의 증가로 산사태 발생규모는 2000년도에 들어서 1980년대 대비 약 3배이상 증가하였으며, 인명 및 재산피해 또한 점차 증가하고 있는 추세이다1). 2011년 우면산 산사태를 시발점으로 국내에서는 산사태 피해방지에 대한 관심이 크게 증가하였다. 이 중 토석류의 운동에너지 저감 및 양을 저류시킬 수 있는 능력이 있는 사방댐에 대한 연구가 많이 진행되었다.
	UDS의 정확도 검증을 위해 실시한 것은?	UDS의 정확도 검증 및 국내 토사재해 모의에 적합한 전단응력 모델을 확인하기 위해 실측자료가 있는 우면산 일대의 산사태를 재현하였다16). 대표적인 전단응력 모델인 Turbulent, Siplified Bingham, Coulomb, Quadratic과 비교․분석를 위한 No stress을 선택하여, 각각에 대해 수치 해석을 수행하고 결과를 비교하였다.
	UDS의 특징은 무엇인가?	UDS는 2차원 유동모델로 기존의 토석류해석 프로그램의 한계점을 보완하였다. 다양한 형태의 격자사용으로 복잡한 구조물 및 지형 재현이 가능하며, 토석류 방향성에 대한 자유도를 증가시켰다. 또한 여러 형태의 전단응력 모델 및 경계조건에 대한 선택이 가능하여 현장 적용성 및 사용성을 증대시켰다. 지배방정식은 연속방정식인 Eq.

참고문헌 (18)

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J. S. Lee, C. G. Song, H. T. Kim and S. O. Lee, "Effect of Land Slope on Propagation due to Debris Flow Behavior", J. Korean Soc. Saf., Vol. 30, No. 3, pp.52-58, 2015.
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상세보기
S. I. Jeong, C. G. Song and S. O. Lee, "Theoretical Approach of Sink Module for Simulation of Disaster Prevention Structure", Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation, Vol. 17, No. 6, pp.207-213, 2017.
I. W. Seo and C. G. Song, "Developement of 2D Finite Element Model for the Analysis of Shallow Water Flow", Journal of Korean Society of Civil Engineers, Vol. 30, No. 2B, pp. 199-209, 2010.
C. G. Song and I. W. Seo, "Numerical Simulation of Convection-dominated Flow Using SU/PG Scheme", Journal of the Korean Society of Civil Engineers, Vol. 32, No. 3, pp. 175-183, 2012.
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상세보기
T. Takahashi and H. Nakagawa, "Prediction of Stony Debris Flow Induced by Severe Rainfall", Journal of the Japan Society of Erosion Control Engineering, Vol. 44, No.3, pp.12-19, 1991.
S. O. Lee and C. G. Song, "Influence of Flow Resistance Stresses on Debris Flow Runout", Environmental Earth Sciences, Vol. 77, No. 12, p. 426, 2017.
Seoul, "Additional Supplementary Investigation for the Cause of Landslide in Woomyunsan", 2014.
Ministry of Land, Infrastructure and Transport, Debris Disaster Prediction, Evaluation and Integrated Management Technology in Urban Area Considering Urban Characteristics, 2017.

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