본 연구에서는 2013년 7월 강원도 춘천시와 홍천군에 위치한 대룡산에서 발생한 토석류 산사태 현장 51개소를 조사하고 강우와 현장조사 자료를 바탕으로 토석류의 거동특성을 분석하였다. 사면형과 계곡형 토석류에 따라 발생부와 퇴적부의 위치 및 경사 그리고 침식 폭 및 두께를 토석류 전 구간에 대해 조사하였다. 또한, 1:5,000의 수치지형도를 통해 대룡산의 DEM(Digital Elevation Model)을 구축하고 SINMAP(Stability INdex MAPping)을 이용하여 산사태 위험도를 평가하고 실제발생 위치와 비교 분석하였다. 분석결과 사면형 토석류는 위험지역과 실제발생 위치가 유사한 것으로 나타났으며, 계곡형의 경우 SINMAP(Stability INdex MAPping)계산상 계산되는 지형학적 습윤지수를 통해 발생위치를 추정하였다. 또한, 미국 NRCS에서 제안한 매개변수 투수량계수/지하수함양률(T/R)에 대한 4가지 조건별 해석 결과 현장조사 결과와 다소 차이를 보였으며, 투수량계수/지하수함양률(T/R)의 값이 작을수록 위험도가 높게 나타나는 경향을 보였다.
본 연구에서는 2013년 7월 강원도 춘천시와 홍천군에 위치한 대룡산에서 발생한 토석류 산사태 현장 51개소를 조사하고 강우와 현장조사 자료를 바탕으로 토석류의 거동특성을 분석하였다. 사면형과 계곡형 토석류에 따라 발생부와 퇴적부의 위치 및 경사 그리고 침식 폭 및 두께를 토석류 전 구간에 대해 조사하였다. 또한, 1:5,000의 수치지형도를 통해 대룡산의 DEM(Digital Elevation Model)을 구축하고 SINMAP(Stability INdex MAPping)을 이용하여 산사태 위험도를 평가하고 실제발생 위치와 비교 분석하였다. 분석결과 사면형 토석류는 위험지역과 실제발생 위치가 유사한 것으로 나타났으며, 계곡형의 경우 SINMAP(Stability INdex MAPping)계산상 계산되는 지형학적 습윤지수를 통해 발생위치를 추정하였다. 또한, 미국 NRCS에서 제안한 매개변수 투수량계수/지하수함양률(T/R)에 대한 4가지 조건별 해석 결과 현장조사 결과와 다소 차이를 보였으며, 투수량계수/지하수함양률(T/R)의 값이 작을수록 위험도가 높게 나타나는 경향을 보였다.
In this study, landslide of debris flow occurred at 51 sites around Daeryounsan located in between Chuncheon-si and Hongcheon-gun during July in 2013 were investigated in field and behavior characteristics of debris flow were analyzed on the basis of records of rainfall and site investigation. Accor...
In this study, landslide of debris flow occurred at 51 sites around Daeryounsan located in between Chuncheon-si and Hongcheon-gun during July in 2013 were investigated in field and behavior characteristics of debris flow were analyzed on the basis of records of rainfall and site investigation. According to debris flow types of channelized and hill slope, location and slope angle of initiation and deposit zone, and width and depth of erosion were investigated along entire runout of debris flow. DEM(Digital Elevation Model) of Daeryounsan was constructed with digital map of 1:5,000 scale. Land slide hazard was estimated using SINMAP(Stability INdex MAPping) and the predicted results were compared with field sites where debris flow occurred. As analyzed results, for hill slope type of debris flow, predicted sites were quite comparable to actual sites. On the other hand, for channelized type of debris flow, debris flow occurrence sites were predicted by using stability index associated with topographic wetness index. As analyzed results of 4 different conditions with the parameter T/R, Hydraulic transmissivity/Effective recharge rate, proposed by NRCS (Natual Resources Conservation Service), predicted results showed more or less different actual sites and the degree of hazard tended to increase with decrease of T/R value.
In this study, landslide of debris flow occurred at 51 sites around Daeryounsan located in between Chuncheon-si and Hongcheon-gun during July in 2013 were investigated in field and behavior characteristics of debris flow were analyzed on the basis of records of rainfall and site investigation. According to debris flow types of channelized and hill slope, location and slope angle of initiation and deposit zone, and width and depth of erosion were investigated along entire runout of debris flow. DEM(Digital Elevation Model) of Daeryounsan was constructed with digital map of 1:5,000 scale. Land slide hazard was estimated using SINMAP(Stability INdex MAPping) and the predicted results were compared with field sites where debris flow occurred. As analyzed results, for hill slope type of debris flow, predicted sites were quite comparable to actual sites. On the other hand, for channelized type of debris flow, debris flow occurrence sites were predicted by using stability index associated with topographic wetness index. As analyzed results of 4 different conditions with the parameter T/R, Hydraulic transmissivity/Effective recharge rate, proposed by NRCS (Natual Resources Conservation Service), predicted results showed more or less different actual sites and the degree of hazard tended to increase with decrease of T/R value.
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문제 정의
본 연구에서는 2013년 7월 강원도 춘천시와 홍천군에 위치한 대룡산의 지질 및 지형적 특성을 분석하고 발생한 토석류에 대한 현장조사자료를 통해 특성을 분석하여 토석류 연구를 위한기초자료를 제공하고, 토석류 산사태 취약지역예측을 위하여 GIS를 이용한 SINMAP 프로그램을 활용한 무한사면해석을 실시하였다. 국내에서는 SINMAP(Stability INdex MAPping)을 통한 무한사면분석기법은 확률적 기법과 수리적모델을 결합하여 정량적인 분석이 가능하다.
가설 설정
또한 상대 습윤도(relative wetness)는 사면의 배수특성과 연관시켜서 w=Ra/Tsinθ로 가정하였다.
이 중 집수면적 A와 사면경사 θ는 지형자료로 산정이 가능하며, 물과 흙의 밀도비 r는 0.5로 가정하고 있다.
SINMAP에서는 이들 매개변수가 각각 상한계와 하한계 범위를 가지며, 이 범위 내에서 발생확률이 균일한 확률분포를 갖는 것으로 가정한다. 임의로 R/T를 x로 tan∅를 t로 표현하면C~U(C1, C2), x~U(x1, x2), t~U(t1, t2)로 나타낼 수 있다.
해석 결과는 그림 15 a) 지형학적 습윤지수와 그림 15 b) 사면 안정지수로 구분되어 출력된다. 이 결과를 통해 각 유역별, 투수량계수/지하수함량률(T/R)로 구분하여 그림 16, 17과 같이 정리하였다.
제안 방법
본 연구는 2011년에 제작되고 국토지리정보원에서 제공하는 1:5,000의 수치지형도를 이용하여 대룡산의 지형적 특성을 분석하였다. 그림3은 1:5,000 수치지형도에 토석류 발생위치를 표시한 것으로 춘천시 고은리 4개소, 사암리 3개소, 상걸리 23개소, 홍천군 북방리 19개소 총 42개소이다.
ArcGIS를 이용하여 대룡산의 DEM(Digital Elevation Model)을 구축하고 그림 5와 같이 구축된 DEM을 수치지형도에 중첩하여 토석류발생 및 진행 위치에 따라 7개의 유역을 생성하였다.
또한, 사면 단면폭당 집수면적 A, 사면경사 θ와 이에 따른 sinθ 값은 SINMAP 모형에서 수치고도모형(DEM, Digital Elevation Model)을 이용하여 GIS 분석으로 산정하였다. 그러나 유역의 수문학적 특성을 반영한 매개변수 투수량계수/지하수함양률(T/R)은 집중호우시 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 매개변수이다(Oh et al., 2013) 따라서 토양의 수리전도도에 대한 지하수 유입량의 비율인 수문지질학적 매개변수 T/R은 SINMAP 모형에서 제시한 기본값을 기준으로 미국 NRCS(Natural Resources Conservation Service) 기준에 따라 매우양호 A(1,750~2,250m), 약간 양호 B(2,000~2,500m), 약간불량 C(2,250~2,750m), 불량 D(2,500~3,000m)로 구분하여 각 조건별로 해석을 실시하였다.
대상 데이터
표 1은 토석류 발생지의 위치 및 형태를 정리한 것으로 자연사면 17개소, 인공사면 34개소이다. 또한, 계곡형(Channelized)과 사면형(Hill slope)으로 분류한 결과 그림 4와 같이 서쪽은 계곡형이 동쪽은 사면형이 주로 발생하였다.
강우자료는 대룡산 정상을 기준으로 정상에서 가장 가까운 거리에 위치한 홍천군 북방면 북방리관측소의 자료를 이용하였으며, 토석류가 발생한 7월 14일 이전의 7일 누적강우량을 나타내었다.
본 연구에 사용된 토질정수는 2013년 호우피해지 산사태복구공사 실시설계용역 지반조사보고서(춘천권-고은지구)의 결과를 적용하였다. 붕적층, 풍화토 그리고 풍화암과 연암 등이 존재하지만 토석류는 보통 붕적층과 풍화토의 침식에 의해 발생하므로 붕적층과 풍화토의 토질 정수만을 사용하였다(표 3).
연구대상지 대룡산은 해발 899m로 비교적 산세가 험하고 그림 1과 같이 춘천시 동내면 고은리, 사암리, 동면 상걸리 그리고 홍천군 북방면 북방리에 위치한다.
데이터처리
, 2005). 이 프로그램은 ArcGIS 프로그램의 확장형으로 디지털고도모델(DEM) 데이터를 기반으로 사면 안정지수를 계산한다. SINMAP은Hammond et al.
이론/모형
또한, 사면 단면폭당 집수면적 A, 사면경사 θ와 이에 따른 sinθ 값은 SINMAP 모형에서 수치고도모형(DEM, Digital Elevation Model)을 이용하여 GIS 분석으로 산정하였다.
성능/효과
본 연구의 토석류 발생지역의 기반암은 변성암인 규암, 편마암, 화강편마암이 분포하는 것으로 조사되었으며, 그림 6과 같이 규암 6개소, 편마암 29개소, 화강편마암 16개소로 편마암의 비율이 가장 높은 것으로 조사되었다. 국내의 지질 분포는 화성암이 44.
토석류의 평균 퇴적경사는 19°로 나타났으며, 그림 12와 같이 연구지역 중 약 40%가11~20°에서 퇴적하는 것으로 나타났다.
3~2m로 나타난다. 사면형 토석류의 침식 폭은 계곡형에 비해 크고 평균 15m로 나타났으며, 침식 깊이는 보통 1m이내인 것을 알 수 있다. 계곡형 토석류의 침식 깊이가 큰 것은 토석류 발생 전부터 계곡부에 토사가 퇴적되고 토석류 발생 시 침식으로 인한 것으로 판단된다.
그림 16과 17처럼 대룡산 서쪽에 비해 동쪽의 위험도가 높은 것으로 나타났으며, 실제 발생 장소의 수도 5.5배 많은 것으로 나타나 재해위험지평가 및 사방사업의 우선순위 결정 그리고 개발사업 이전에 위험도를 평가할 때 이용 가능할 것으로 판단된다.
사면형 토석류는 서쪽과 동쪽에서 위험지역으로 나타난 위치와 실제 발생위치가 유사한 것으로 나타났으며, 계곡형 토석류는 토석류 발생위치와 위험지역이 서로 다르게 나타났다. 계곡형 토석류는 현장조사에서 30°이상의 사면경사로 조사되었고, 수치지형도상에서는 20°미만의 경사로 나타나 실제 경사와 수치지형도에 차이로 인하여 위험지역과 실제발생위치가 다르게 나타난 것으로 판단된다.
또한, 투수량계수/지하수함량률(T/R)은 값이 작을수록 산사태 위험이 높아지는 것으로 나타났다. T/R이 작은 것은 토양의 투수계수가 큰, 배수가 양호한 조립토 지반 또는 임도와 같이 산림이 훼손되어 점착력이 작은 교란된 지반으로 안전율이 작아지기 때문이다.
현장조사와 SINMAP의 해석 결과를 종합해보면 계곡형 토석류는 계곡 주변 사면의 붕괴와 계곡에 쌓여 있는 토사가 침식되면서 발생되며, 사면형 토석류는 기반암 위의 토사 그리고 기반암의 경사에 의해 발생된다. 따라서 SINMAP에 의한 산사태 위험지역 선정시 습윤대(계곡) 그리고 해석결과에 나타난 위험지역의 토사층의 두께를 고려하여 위험지역을 선정 하는 것이 합리적이라 판단된다.
또한, 퇴적부의 고도는 5~7부 능선이며, 퇴적 경사는 17˚로 조사되었다. 발생부의하부 기반암은 변성암으로 규암 6개소, 편마암 29개소, 화강편마암 16개소로 편마암의 비율이 가장 높은 것으로 조사되었다.
토석류의 평균이동 거리는 계곡형이 577m, 사면형 45m로 계곡형이 사면형에 비해 12배 더 이동한 것으로 조사되었으며, 계곡형 토석류의 침식 폭은 약 10m 이내, 침식 깊이는 0.3~2m 이며, 사면형 토석류의 침식 폭은 평균 15m, 침식 깊이는 평균 1m 이내인 것으로 조사되었다.
SINMAP을 이용한 대룡산의 산사태위험도를 평가한 결과 서쪽에 비해 동쪽의 산사태위험도가 높은 것으로 나타났으며, 사면형 토석류는 위험지역과 실제발생위치가 유사하게 나타났다. 계곡형의 경우 수치지형도의 경사와 실제 경사가 큰 차이를 보여 정확도가 낮게 나타났으며, 계곡형 토석류는 지형학적 습윤도를 통해 계산된 계곡의상부와 발생위치가 같게 나타났다.
SINMAP을 이용한 대룡산의 산사태위험도를 평가한 결과 서쪽에 비해 동쪽의 산사태위험도가 높은 것으로 나타났으며, 사면형 토석류는 위험지역과 실제발생위치가 유사하게 나타났다. 계곡형의 경우 수치지형도의 경사와 실제 경사가 큰 차이를 보여 정확도가 낮게 나타났으며, 계곡형 토석류는 지형학적 습윤도를 통해 계산된 계곡의상부와 발생위치가 같게 나타났다.
미국 NRCS에서 제안한 매개변수 T/R에 대한 4가지 조건별 해석 결과 산사태위험도가 약간의 차이를 보였다. 또한 매개변수 T/R값이 작을수록 위험도가 높게 나타나는 경향을 보였다.
후속연구
그림 13은 현장조사 시 침식 폭 및 깊이를 측정한 것으로 일본의 국토교통성에서는 침식된 폭과 깊이를 통해 토석류의 규모를 추정하고 있다. 따라서 본 자료를 통해 대략적인 발생량을 추정할 수 있으며, 사방시설의 설계에 있어 규모를 결정하는데 주요한 자료가 될 것이다.
매개변수 투수량계수/지하수함양률(T/R)에 따른 사면안정지수의 영향은 크지 않은 것으로 판단되지만 본 연구에서 사용한 미국 NRCS 기준에서 벗어난 계수에 대해서는 좀 더 연구가 필요할 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
SNIMAP 프로그램은 디지털고도모델(DEM) 데이터를 기반으로 어떤 인자를 계산하는가?
, 2005). 이 프로그램은 ArcGIS 프로그램의 확장형으로 디지털고도모델(DEM) 데이터를 기반으로 사면 안정지수를 계산한다. SINMAP은Hammond et al.
대룡산의 위치는?
연구대상지 대룡산은 해발 899m로 비교적산세가 험하고 그림 1과 같이 춘천시 동내면 고은리, 사암리, 동면 상걸리 그리고 홍천군 북방면 북방리에 위치한다.
토석류 평가 및 분석에 있어 많은 데이터베이스가 필요한 이유는 무엇인가?
, 2015). 그리고 토석류 평가 및 분석은 조사자의 주관적인 요소가 많은 정성적 분석으로 산사태 위험지 평가시 위험지역이 넓게 나타나는 광역성을 나타내고 있어서 많은 데이터베이스를 통해 신뢰성 있는 평가가 이뤄져야 한다.
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