[논문]무한방향흐름기법을 이용한 산사태 위험도 평가

오세욱; 이기하; 배우석

doi:10.14481/jkges.2019.20.2.5

무한방향흐름기법을 이용한 산사태 위험도 평가
Estimation of Landslide Risk based on Infinity Flow Direction 원문보기

한국지반환경공학회논문집 = Journal of the Korean Geoenvironmental Society, v.20 no.2, 2019년, pp.5 - 18

오세욱 (Department of Construction and Disaster Prevention Engineering, Kyungpook National University) , 이기하 (Department of Construction and Disaster Prevention Engineering, Kyungpook National University) , 배우석 (R&D Center NANO-GEO ENC Co. Ltd.)

초록
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본 연구에서는 경상북도 전체를 대상으로 공간분포형 습윤지수와 뿌리보강무한사면안정해석 이론을 활용한 광역적인 산사태 분석을 실시하였다. 해석을 수행하기 위해 수치지도와 정밀토양도, 임상도 등을 이용하여 지형 지질학적 매개변수를 추출하고 $10m{\times}10m$ 해상도의 공간분포형 데이터베이스를 구축하였으며, 공간분포형 습윤지수를 생성하기 위한 비 집수면적은 무한방향흐름기법을 적용하였다. 광역적인 산사태 위험도 평가를 위한 안전율은 4개 등급으로 구분하여 도시하였다. 위험도 평가결과, 산사태 위험지역은 봉화와 김천 등 실제 최근의 산사태 발생지역과 유사성을 갖는 것으로 나타났으며 특히 산지와 인접한 지역에 unstable 지역이 집중적으로 분포되어 있는 것으로 분석되었다. 또한 산사태 기록과 비교해본 결과, 본 해석모형이 합리적인 매개변수의 축적을 통해 광역적인 산사태 위험성을 평가하는 유효한 방법임을 확인할 수 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, it was conducted a broad-area landslide analysis for the entire area of Kyungsangbuk-do Province based on spatially-distributed wetness index and root reinforcement infinity slope stability theory. Specifically, digital map, soil map and forest map were used to extract topological and geological parameters, and to build spatially-distributed database at $10m{\times}10m$ resolution. Infinity flow direction method was used for rain catchment area to produce spatially-distributed wetness index. The safety level that indicates risk of a broad-area landslide was classified into four groups. The result showed that areas with a high estimated risk of a landslide coincided with areas that recently went through an actual landslide, including Bonghwa and Gimcheon, and unstable areas were clustered around mountainous areas. A comparison between the estimation result and the records of actual landslide showed that the analysis model is effective for estimating a risk of a broad-area landslide based on accumulation of reasonable parameters.

주제어

표/그림 (21)

표 Table 1. Resently landslide occurrence with year (e-나라지표, 2018)
그림 Fig. 1. Comparison of flow direction methods for contributing area calculation
그림 Fig. 2. Infinity flow direction algorithm
표 Table 2. Facet elevation and factors for slope and angle calculations (Tarboton, 1997)
그림 Fig. 3. Hydrologic unit map of study area
그림 Fig. 4. Slope of the sub-catchments (unit: ^°)
그림 Fig. 5. Hydraulic conductivity distribution
그림 Fig. 6. Effective soil depth distribution
그림 Fig. 7. Soil unit weight distribution
그림 Fig. 8. Soil cohesion distribution
그림 Fig. 9. Soil friction angle distribution
그림 Fig. 10. Root cohesion distribution
표 Table 3. Roots tensile strength with major species (MPa)
표 Table 4. Roots cohension with forest types (MPa)
표 Table 5. Root cohesion based on the administrative units (MPa)
그림 Fig. 11. Spacial distribution of maximum rainfall with year
그림 Fig. 12. Spacial distribution of hazard grade classification in steep slope with year
그림 Fig. 13. Spacial distribution of average landslide hazard grade
그림 Fig. 14. Spacial distribution of average landslide hazard gradewith administration area
표 Table 6. The number by causes of landslide occurrence in Joseon dynasty (Lee et al., 2013)
표 Table 7. Current state of landslide with administration area

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구는 경상북도 전역을 대상으로 지반공학적 요소에 강우자료를 적용한 산사태 위험도 평가 모형을 개발하고 광범위한 지역에 대한 해석을 수행하고 기조사된 산사태 위험지역과 비교함으로써 산사태 위험도를 분석하기 위한 비교대상 자료로 활용될 수 있을 것이다.
본 연구에서는 무한방향흐름기법을 이용한 산사태 위험도 평가를 경상북도 전역을 대상으로 실행하고 다음과 같은 결과를 도출하였다.

가설 설정

본 연구에서는 Rawls et al.(1983)이 제안한 유효공극률과 일반적으로 사용되는 흙의 진비중 값을 2.65로 가정하고, 다음 식을 이용하여 표토토성 별 건조단위중량 및 포화 단위중량을 산출하고 30m 해상도로 래스터화를 수행하였다(Fig. 7).
모든 강우는 지표를 따라 흐르고, 식생에 의한 차단, 대기 증발, 지하수로의 유입 등이 없다고 가정하면, 흐름 누적 값으로 나온 결과는 각 셀로 흘러 들어가는 강우의 총량을 나타낸다고 볼 수 있다. 본 모형에서는 이러한 흐름 누적 값의 개념이 지하수의 거동에도 통용된다고 가정하고, 유역 내 집수면적을 산정하였다. 이렇게 구해진 흐름 누적 값을 등고선의 폭으로 나눈 것을 비 집수면적(specific catchment area)이라 하며, 이는 Beven & Kirkby(1979)가 제안한 토양의 수분부족정도를 표현해주는 인자로 수문・지형학적 습윤지수 산정 시 주요 변수이다.
본 연구에서는 실측자료를 바탕으로 작성된 농촌진흥청의 토양정보시스템에서 제공하는 토양통에 대해 B층까지의 유효토심층의 깊이를 토심깊이로 가정하였다. 이렇게 산정된 토양통별 유효토심은 농촌진흥청에서 제공하는 1:25,000 토양통도와 결합하여 30m 해상도로 래스터화하고 이를 검증하고자 농촌진흥청에서 제공하는 1:25,000 유효토심(Fig.
습윤지수는 토층과 지하수의 비로서 표현되는 것이기 때문에 1 이상일 경우 지표유출을 발생시키며, 이러한 지표류는 사면안정해석에 있어 적용되지 않음으로 1 이상의 값은 1로서 가정하여 적용한다.
현재 분산된 지점에 대한 보간에 가장 일반적으로 사용되는 기법 중 하나로써 역거리 가중법이 사용되고 있으며, 사용목적에 따라 가중치의 항목이 결정되지만 강우 결측 보완 방법의 경우에는 관측소 간의 거리를 가중치로 사용하고 강우 결측 보완 방법으로서의 역거리법은 관측소 간의 거리가 멀어질수록 보간 강우에 미치는 가중치가 감소한다는 가정을 기반으로 해석을 수행하였다.

제안 방법

(1) 본 연구는 공간분포형 습윤지수 중 무한방향흐름해석법을 이용하고 연도별 강우사상을 고려할 수 있는 산사태 위험도 평가 방법을 정립하고 경상북도를 대상으로 분석에 요구되는 지형 및 지질학적, 임상학적, 수문학적 매개변수의 공간정보 데이터베이스를 구축하였다. 향후 이 자료는 변동되는 강우사상이나 임상을 고려할 수 있는 기본적인 플랫폼으로 활용이 가능할 것으로 판단된다.
Oh & Lee(2014)는 수종 별 평균인장강도를 결정하기 위해 Wu et al.(1979)에 제시한 값을 기반으로 산림청의 식생군을 기준으로 국내 식생분류기준에 맞게 대체수목을 결정하고 모든 식생군에 적용 가능하도록 Table 3과 같이 재분류하였고 본 연구에서도 이를 적용하였다.
(1979)에 의해서 정리되었고, 국내에서는 Lee et al.(1991)이 뿌리의 전단응력을 고려한 바 있어 본 연구에서는 뿌리의 인장강도를 전단응력으로부터 변환하는 식을 이용해 뿌리의 겉보기 점착력(C_r)을 산정하였다.
위험도 평가에는 지질학적, 식생학적, 수리학적 매개변수를 적용하였으며, 입력변수 중 강우특성은 경상북도를 대상으로 9년 동안의 일 강우량을 역거리법을 이용하여 면적강우로 반영하였으며, 강우에 따른 토양 습윤지수의 변화를 평가에 적용하였다.공간분포형 습윤지수는 DEM기반의 일방향과 다방향 흐름 해석 기법의 단점을 보완한 무한방향 흐름해석 알고리즘을 이용하여 격자별 비 집수면적 정보를 적용하고 뿌리보강 무한사면 안정모형을 통해 식생인자를 적용하여 경상북도에 대한 격자별 안전율을 평가하였으며, 행정구역 단위로 산술 평균하여 산사태 위험도를 평가하고 모델의 적용성을 실제 산사태 발생현황과 비교하였다.
공간분포형 습윤지수의 산정은 DEM기반의 흐름경로 추적 및 흐름분배 알고리즘을 이해하는 것이 중요하므로 본 연구에서는 비 집수면적의 산정을 위하여 무한방향 흐름해석 알고리즘을 이용하였으며, 격자별 비 집수면적 정보를 활용하여 산정하였다. 유출기여면적 계산을 위한 가장 간단한 방법으로 O’Callaghan & Mark(1984)가 소개한 일방향 흐름해석기법(single flow direction method, SFD)이 있으며, 이 기법은 표고를 갖는 DEM자료에서 어느 한 격자에서 이웃 격자 8개 중 가장 경사가 급한 경사에 흐름 전체를 배분해줌으로써 유출기여면적을 계산한다.
극한 강우조건의 반영 및 강우강도의 형태로만 입력되는 모형적 한계로 인해 본 연구에서는 선행강우조건을 배제하고 년도별 일 강우량 중 관측소별 극치값을 선별하여 이를 내삽하고 입력자료로 활용하였다. 강수관측소 및 입력강우 자료는 2005년에서 2014년에 이르는 값을 사용하였으며, Fig.
내부마찰각도 마찬가지로 표토토성에 따라 분류하고 NDMI(2003)에서 사면재해에 대해 연구한 내용을 인용하였으며, 조사된 값을 농촌진흥청에서 제공하는 1:25,000, 표토토성별 30m 해상도의 격자로 래스터화하고 Fig. 9와 같이 도시하였다.
사면경사는 흐름방향을 결정하는 가장 중요한 인자 중 하나이며, 흐름은 경사에 의해 그 방향 및 크기가 결정되므로 무한사면안정모형에 대한 민감도분석 시 가장 중요한 변수 중 하나이다. 따라서 본 연구에서는 ARCVIEW 3.2a의 모듈인 SHALSTAB을 이용하여 일반적으로 사면경사 해석에 이용되는 셀의 고도에 대한 평균 최대치 경사를 이용하였다. 평균경사에 대한 분석결과 Fig.
따라서 본 연구에서는 경상북도 전역의 산사태 안정성을 미소 안정지역(Moderately stable zone, 1.5 ≥ FS > 1.25), 준 안정지역(Quasi-stable Zone, 1.25≥ FS > 1.25), 불안정지역(Unstable Zone, FS < 1 ) 등 4개 구간으로 나누어 평가하고 이를 Fig. 13~14와 같이 도시하였다.
그러므로 이러한 조건을 고려하여 광범위한 지역에 대한 뿌리의 점착력을 고려하는 것은 매우 어려운 것도 사실이다. 따라서 본 연구에서는 산림청의 산림공간정보시스템에서 Shape파일 형태로 제공되는 1:25,000 파일을 이용하여 30m 해상도로 경상북도 지역의 임상도와 영급도를 작성하고 이를 통해 뿌리 점착력을 추정하였다.
따라서 본 연구에서는 정밀조사 및 과거 실험값, 연구로부터 추정된 추정식과 각 토양형별 대푯값의 문헌조사를 통해 적용하였다. 또한, 이러한 대푯값의 지역적 분포특성을 고려하기 위해 농촌진흥청에서 현장 및 실험을 통해 제작・ 배포 중인 1:25,000 정밀토양도(표토토성도, 배수등급도, 토양통 등)와 문헌조사 방법을 이용하여 격자별 대표 지질학적 입력변수를 산정하였다.
또한 수문학적 입력변수는 사면 안정해석의 동적입력변수인 강수량 값의 산출을 위하여 연구대상 지역인 경상북도 행정구역을 아우르는 중권역의 국토교통부 강수량관측소의 ’05~’14년(9개년, ’07년 제외)의 강수자료를 역거리법(inverse disntance weight method)하여 공간내삽하고 격자별 산출값을 모형의 입력변수로 적용하였다.
또한 자료 간의 동기화 및 산출결과의 정밀도를 높이기위하여 ARCGIS의 Resample 기능을 이용하여 30m 해상도로 상세화를 수행하고 입력자료로 이용하였고 상세화된 SRTM DEM의 지형적 오차보정을 위하여 ARCGIS의 Fill&Sink 기능을 이용하여 DEM의 오류를 검정하고 보정하였다.
또한, 농촌진흥청에서 제공 중인 배수등급지도, Rawls & Brakensiek(1985)이 실험을 통해 산출한 표토토성 별 투수 계수 값과 비교・검증하고, 농촌진흥청에서 제작・배포하는 1:25,000 정밀토양통도를 이용하여 토양형별 30m 해상도의 격자로 분류하여 Fig. 5와 같이 적용하였다.
따라서 본 연구에서는 정밀조사 및 과거 실험값, 연구로부터 추정된 추정식과 각 토양형별 대푯값의 문헌조사를 통해 적용하였다. 또한, 이러한 대푯값의 지역적 분포특성을 고려하기 위해 농촌진흥청에서 현장 및 실험을 통해 제작・ 배포 중인 1:25,000 정밀토양도(표토토성도, 배수등급도, 토양통 등)와 문헌조사 방법을 이용하여 격자별 대표 지질학적 입력변수를 산정하였다.
본 연구에서는 무한방향흐름기법을 이용한 비 집수면적 개념과 뿌리보강 무한사면안정모형을 적용하고 지형수문학적 인자와 지질・식생학적 인자를 고려하였으며, 흐름분배 알고리즘을 활용한 모형을 적용하여 산사태를 평가하였다. 산사태 위험도를 평가하기 위해 연구지역으로 산지와 구릉지로 형성되어 있으며 강우에 의한 산사태 발생이 빈번하고 최근 지진 등으로 산사태 위험성이 가중되고 있는 경상북도를 연구대상으로 결정하였으며, 산사태 위험성을 평가하기 위해 경상북도의 23개 시군을 행정구역 단위로 나누고 기상특성에 차이를 보이는 백두대간 낙동정맥 하부의 남부지역과 백두대간 주위의 북서부, 해안지역의 3개 권역으로 분류하여 평가를 수행하였다.
Kim(2004)는 토양입자(모래, 실트, 점토)를 이루는 석력 함량비에 토성별 대표 점착력을 산출하여 가중치로 곱함으로써 표토토성별 점착력을 산출하도록 제안하였다. 본 연구에서는 이상과 같이 점착력을 산출하고 농촌진흥청에서 제공하는 1:25,000 표토토성도를 이용하여 30m 해상도의 격자로 래스터화 하였다(Fig. 8).
본 연구에서는 무한방향흐름기법을 이용한 비 집수면적 개념과 뿌리보강 무한사면안정모형을 적용하고 지형수문학적 인자와 지질・식생학적 인자를 고려하였으며, 흐름분배 알고리즘을 활용한 모형을 적용하여 산사태를 평가하였다. 산사태 위험도를 평가하기 위해 연구지역으로 산지와 구릉지로 형성되어 있으며 강우에 의한 산사태 발생이 빈번하고 최근 지진 등으로 산사태 위험성이 가중되고 있는 경상북도를 연구대상으로 결정하였으며, 산사태 위험성을 평가하기 위해 경상북도의 23개 시군을 행정구역 단위로 나누고 기상특성에 차이를 보이는 백두대간 낙동정맥 하부의 남부지역과 백두대간 주위의 북서부, 해안지역의 3개 권역으로 분류하여 평가를 수행하였다.
산정된 지형학적, 지질학적, 식생학적 변수들은 뿌리보강 무한사면안정모형의 입력변수로 적용하였으며, 각종 강우 패턴의 변화에 따른 급경사지 위험등급 평가를 위하여 본 연구에서는 실측된 연일최대 강우자료 D/B를 구축하고 이러한 수문학적 인자를 바탕으로 연도별 급경사지 위험등급 평가를 수행하였다.
산출된 안전율은 지질학적 안전율 한계치인 1.0 값을 사용하여 안정, 불안정을 분석한 것은 아니며 연구에 사용된 모형이 강우의 변동성을 고려하여 안전율을 반영함으로 강우가 발달함에 따라 변화하는 준 평형상태를 고려하기 위해 안전 범위를 결정하고 급경사지 위험등급을 3단계로 분류하였다. 이는 동적인자의 강도 변화에 따라 불안정지역으로 존재할 수도 안정지역으로 존재할 수도 있는 잠재위험구간으로 평가할 수 있다.
여기서 α는 상부사면의 기여면적을 등고선의 길이로 나눈 값(비 집수면적)으로 나타내고 tanβ는 경사도(사면경사)를 의미한다. 수문・지형학적 토양포화도를 나타내는 습윤지수는 유역단위 혹은 집수구역 단위로 계산되므로 Fig. 3과 같은 중권역별 수자원단위지도를 이용하여 분석하였다.
수행된 급경사지 위험등급 평가결과는 Fig. 12와 같이 연도별로 Unstable과 Quasi-stable, Moderately stable zone으로 나뉘어 도시되었으며, 이 결과는 중첩하여 산술평균함으로써 경상북도 행정구역 내 평균 급경사지 위험등급으로 산출하고, 또한 평가결과를 행정구역단위 별로 요약하였다. 단 이러한 결과는 행정구역 단위별로 상대적 위험성을 제시하는 것으로 특정지점에 대한 안전율을 판별하는 결과를 제시하지 않으며, 상대적인 위험성을 의미함을 밝혀둔다.
지질학적 입력변수는 토양의 속성을 나타내는 변수로써 흙의 점착력, 내부마찰각, 유효토심, 투수계수, 단위중량 등이 있으며, 개별 입력변수 구축을 위하여 농촌진흥청에서 제공하는 표토토성도, 심토토성도, 토양통도, 배수등급도 등의 공간 D/B정보를 기반으로 개별 속성값을 산출하였다. 식생학적 입력변수는 식생의 뿌리가 가지는 뿌리의 토양보강 효과를 고려하기 위하여 산림청에서 제공하는 임상도 및 영급도를 중첩하고 격자별 뿌리점착력을 산출하였다. 또한 수문학적 입력변수는 사면 안정해석의 동적입력변수인 강수량 값의 산출을 위하여 연구대상 지역인 경상북도 행정구역을 아우르는 중권역의 국토교통부 강수량관측소의 ’05~’14년(9개년, ’07년 제외)의 강수자료를 역거리법(inverse disntance weight method)하여 공간내삽하고 격자별 산출값을 모형의 입력변수로 적용하였다.
1을 이용하여 분석하였다. 우선 지형학적 입력변수는 비 집수면적, 사면경사는 개별 입력인자로 이용될 뿐 아니라 토양의 습윤지수(wetness index) 산출을 위한 입력변수로 수치고도모델(DEM)로부터 산출하였다. 본 연구에서는 미국 NASA가 제공하는 수치표 고모델인 SRTM DEM(shuttle radar topography mission digital elevation model)을 이용하였다.
1을 이용하여 각 인자를 분석하고, 강우특성 변화에 따른 지형수문학적 인자를 최대한 고려하기 위해 무한사면안정모형에 비 집수면적 개념을 도입한 Montgomery & Dietrich(1994)의 모형을 적용하여 산사태 위험 분석을 수행하였다. 위험도 평가에는 지질학적, 식생학적, 수리학적 매개변수를 적용하였으며, 입력변수 중 강우특성은 경상북도를 대상으로 9년 동안의 일 강우량을 역거리법을 이용하여 면적강우로 반영하였으며, 강우에 따른 토양 습윤지수의 변화를 평가에 적용하였다.공간분포형 습윤지수는 DEM기반의 일방향과 다방향 흐름 해석 기법의 단점을 보완한 무한방향 흐름해석 알고리즘을 이용하여 격자별 비 집수면적 정보를 적용하고 뿌리보강 무한사면 안정모형을 통해 식생인자를 적용하여 경상북도에 대한 격자별 안전율을 평가하였으며, 행정구역 단위로 산술 평균하여 산사태 위험도를 평가하고 모델의 적용성을 실제 산사태 발생현황과 비교하였다.
본 연구에서는 실측자료를 바탕으로 작성된 농촌진흥청의 토양정보시스템에서 제공하는 토양통에 대해 B층까지의 유효토심층의 깊이를 토심깊이로 가정하였다. 이렇게 산정된 토양통별 유효토심은 농촌진흥청에서 제공하는 1:25,000 토양통도와 결합하여 30m 해상도로 래스터화하고 이를 검증하고자 농촌진흥청에서 제공하는 1:25,000 유효토심(Fig. 6)과 비교・검증하였다.
이와 같이 산정된 개별 변수인 임상별 뿌리의 인장강도, 점착력 추정식, 영급별 가중치를 토대로 Table 4와 같이 임상・영급별 뿌리의 평균점착력을 산출하고 Fig. 10과 같이 30m 해상도로 래스터화를 수행하였다.
일반적으로 흙의 단위중량이 클수록 사면안정성이 커지고 그 반대의 경우 불안정성이 커지는 것으로 해석되며, 강우 침투에 따른 흙의 부압력 작용 등의 요인을 고려하기 위해 본 모형에서는 포화단위중량만을 적용하였다.
전술한 것처럼 강우의 변동특성을 고려하여 년도 별 극치 강우사상을 입력하여 분석한 Fig. 12의 결과를 토대로 이를 중첩하고 산술평균함으로써 경상북도 행정구역 내 격자별 사면안전율 평균치를 산출하였고, 격자별 산사태 안전율을 행정구역 단위로 산술평균하여 Fig. 13과 같이 도식화하였다.
지질학적 입력변수는 토양의 속성을 나타내는 변수로써 흙의 점착력, 내부마찰각, 유효토심, 투수계수, 단위중량 등이 있으며, 개별 입력변수 구축을 위하여 농촌진흥청에서 제공하는 표토토성도, 심토토성도, 토양통도, 배수등급도 등의 공간 D/B정보를 기반으로 개별 속성값을 산출하였다. 식생학적 입력변수는 식생의 뿌리가 가지는 뿌리의 토양보강 효과를 고려하기 위하여 산림청에서 제공하는 임상도 및 영급도를 중첩하고 격자별 뿌리점착력을 산출하였다.
투수계수는 입도시험결과에 의한 경험식 및 경험에 의한 개략적인 투수계수 산정, 시추공을 이용한 현장투수시험, 실내투수시험 등이 있으나 실험이 방대하고 획득치도 대푯값으로 사용하기 어려우므로 본 연구에서는 문헌조사를 통해 Rawls & Brakensiek(1985)가 실제 미국 전역에 걸쳐 약 5,000개의 토양표본에 의해서 분석하여 제시된 다음 식을 사용하여 투수계수를 산정하고 그 값을 대푯값으로 산출하였다.

대상 데이터

극한 강우조건의 반영 및 강우강도의 형태로만 입력되는 모형적 한계로 인해 본 연구에서는 선행강우조건을 배제하고 년도별 일 강우량 중 관측소별 극치값을 선별하여 이를 내삽하고 입력자료로 활용하였다. 강수관측소 및 입력강우 자료는 2005년에서 2014년에 이르는 값을 사용하였으며, Fig. 11은 일 최대강수량을 기준으로 산정된 연도별 면적강수량을 도시하고 있다.

데이터처리

해석모형의 입력변수 구축을 위하여 NASA, 농촌진흥청, 산림청, 국토교통부와 같은 기관의 공간 D/B 속성자료를 대표적인 GIS 프로그램인 ARCGIS 9.3.1을 이용하여 분석하였다. 우선 지형학적 입력변수는 비 집수면적, 사면경사는 개별 입력인자로 이용될 뿐 아니라 토양의 습윤지수(wetness index) 산출을 위한 입력변수로 수치고도모델(DEM)로부터 산출하였다.

이론/모형

그러나 식생 분포나 토양의 수문학적특성이나 강우특성 등을 반영을 하지 못하는 단점을 가지고 있어 본 연구에서는 O’Loughlin(1986)와 Mongomery & Dietrich(1994)에 의해 적용된 습윤지수 모형을 채택하여 뿌리보강 무한사면안정모형의 주요 변수로 적용하였다.
따라서 본 연구에서는 ARCGIS 9.3.1을 이용하여 각 인자를 분석하고, 강우특성 변화에 따른 지형수문학적 인자를 최대한 고려하기 위해 무한사면안정모형에 비 집수면적 개념을 도입한 Montgomery & Dietrich(1994)의 모형을 적용하여 산사태 위험 분석을 수행하였다.
따라서 본 연구에서는 대상지역에 대한 격자별 강수자료 생산을 위하여 국토교통부 강수량관측소 127개소의 ’05~’14년까지의 9개년도(’07년 결측으로 제외) 시계열자료로부터 일단위 강수자료를 구축하고, 대표적인 강우공간 내삽기법인 역거리법(inverse distance weight method)을 이용하여 면적강우를 산정하였다.
이렇게 구해진 흐름 누적 값을 등고선의 폭으로 나눈 것을 비 집수면적(specific catchment area)이라 하며, 이는 Beven & Kirkby(1979)가 제안한 토양의 수분부족정도를 표현해주는 인자로 수문・지형학적 습윤지수 산정 시 주요 변수이다. 본 연구에서는 ArcMap의 Extension인 TauDEM을 사용하여 무한유향방법을 통해 흐름방향을 산출하였다.
우선 지형학적 입력변수는 비 집수면적, 사면경사는 개별 입력인자로 이용될 뿐 아니라 토양의 습윤지수(wetness index) 산출을 위한 입력변수로 수치고도모델(DEM)로부터 산출하였다. 본 연구에서는 미국 NASA가 제공하는 수치표 고모델인 SRTM DEM(shuttle radar topography mission digital elevation model)을 이용하였다.
뿌리보강무한사면안정모형의 지형학적 입력변수인 비집수면적, 사면경사, 습윤지수는 수치고도모델을 기반으로 산출되는 것으로 본 연구에서는 NASA에서 제공하는 90m 해상도의 SRTM DEM으로 2000년대 Shuttle Radar Topography Mission의 일환으로 작성된 전지구 수치고도모델을 활용하였다. 또한 자료 간의 동기화 및 산출결과의 정밀도를 높이기위하여 ARCGIS의 Resample 기능을 이용하여 30m 해상도로 상세화를 수행하고 입력자료로 이용하였고 상세화된 SRTM DEM의 지형적 오차보정을 위하여 ARCGIS의 Fill&Sink 기능을 이용하여 DEM의 오류를 검정하고 보정하였다.

성능/효과

(2) 무한방향흐름기법을 이용한 산사태 위험도 평가 방법으로 분석된 산사태 위험지역은 행정구역상 봉화와 김천, 성주 등으로 나타나 과거 산사태 기록이나 최근의 조사결과와도 유사성을 갖는 것으로 나타나 산맥과 같은 지형적인 원인에 의해 강우사상이 달라지거나 자연적인 강우의 흐름분포를 무한방향흐름기법이 원활히 모사할 수 있는 것으로 판단된다.
(3) 산사태 unstable 지역이 급경사지 지정현황과 상이한 결과를 보이는 것은 산사태 위험지구와는 달리 면보다는 점의 개념으로 주로 도로 주변을 기준으로 설정되고 있어 광역적인 산사태 지구와는 차이를 보이고 있는 것으로 판단된다.
(4) 과거의 산사태 기록과 비교해본 결과, 연도별 또는 지역별 강우사상을 고려한 공간분포형 습윤지수를 나타내는 무한방향흐름기법과 뿌리보강 무한사면안정모형을 적용한 본 해석모형이 지질, 식생, 수문학적 매개변수의 축적을 통해 광역적인 산사태 위험성을 평가하는 유효한 방법임을 확인할 수 있다.
현재 도심지의 팽창으로 도시 주변부의 확대가 급격하게 진행되고 있으나 공학적인 평가 없이 개발되어 지형・지질 학적 특성과 무관하게 산지뿐 아니라 도시지역 역시 산사태 발생 위험성이 증가하고 있는 상황이다. 또한 기후변화로 인해 일강우량 50mm 이상의 호우일수는 1970년대 7.4일에서 2000년대 14.4일로 두 배 이상 증가하였으며, 이상기후가 고착화되는 양상을 보이고 점차 대형화되는 재해유형의 변화로 산사태 발생면적은 1970년대 289ha에서 2000년대713ha로 기하급수적으로 증가하는 양상을 보여 산사태 발생건수는 감소하였으나 발생면적이 증가하는 특성을 보이고 있다. 이와 같이 과거에 비해 피해 규모가 큰 토석류 발생 비율이 증가하고 이에 따라 복구비도 Table 1과 같이 기하급수적으로 증가하고 있는 것으로 나타났다.
분석결과, 태백산맥과 소백산맥 일원의 봉화군 지역(북부)과 주왕산 일원의 안동시, 가야산과 민주지산 일원의 김천시(서부)와 성주시, 팔공산 일원의 경산시(남부) 등이 급경사지 위험등급이 높은 것으로 분석되었다. Jung(2010)은 경상북도에 대해 1978~2007년 산사태 발생현황을 분석하여 봉화(북부), 김천(서부), 포항, 경주(해안), 상주, 성주(남부)의 순으로 산사태가 기록되었다고 밝힌 바 있어 강우를 고려한 본 해석 결과와 상당부분 일치하는 결과임을 확인할 수 있다.
이러한 산사태 발생 결과는 뿌리보강무한사면안정모형과 강우패턴의 변화를 고려한 본 연구모형의 결과와 같이 봉화군과 김천시, 성주시군 등의 위험등급이 가장 불리한 것으로 나타났다. 단 실제 산사태가 크게 발생한 시지역이 해석모형에서 상이하게 나타난 것은 모형이 시지역의 산사태 가중원인을 적절하게 고려하지 못하기 때문인 것으로 판단된다.
이와 같은 기록에 의하면 비 집수면적 개념을 도입하여 강우의 패턴변화와 뿌리보강 무한사면안정모형을 적용한 본 해석모형이 광역적인 산사태 위험성을 평가하는 유효한 방법임을 확인할 수 있다.
2a의 모듈인 SHALSTAB을 이용하여 일반적으로 사면경사 해석에 이용되는 셀의 고도에 대한 평균 최대치 경사를 이용하였다. 평균경사에 대한 분석결과 Fig. 4와 같이 봉화, 청도, 영양, 문경, 청송 순으로 나타났으며, 실제 산사태 1등급지나 산사태 발생면적 순위와 유사한 것으로 분석되었다.
13과는 다소 차이가 있을 수 있다. 행정구역 단위인 Fig. 14를 분석한 결과, 영주시, 안동시, 의성군, 상주시, 김천시, 구미시, 경산시, 영천시, 경주시, 포항시 등이 위험 등급이 높은 것으로 분석되었다.

후속연구

4의 지진이 발생하는 등 경북지방을 중심으로 지진의 발생이 증가하고 있어 동하중으로 인한 2차 비탈면 붕괴의 가능성도 나날이 증가하는 것으로 나타났다. 따라서 본 연구와 같이 수리학적인 자뿐 아니라 지진 등의 동역학적 인자도 고려할 수 있는 광역적인 산사태 위험성 평가모델의 개발이 이루어져야 할 것으로 판단된다.
(1) 본 연구는 공간분포형 습윤지수 중 무한방향흐름해석법을 이용하고 연도별 강우사상을 고려할 수 있는 산사태 위험도 평가 방법을 정립하고 경상북도를 대상으로 분석에 요구되는 지형 및 지질학적, 임상학적, 수문학적 매개변수의 공간정보 데이터베이스를 구축하였다. 향후 이 자료는 변동되는 강우사상이나 임상을 고려할 수 있는 기본적인 플랫폼으로 활용이 가능할 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	집수면적에 내린 강우의 손실이 없는 경우에 비 집수면적은 무엇인가?	유출기여면 적은 사면경사를 이용하여 흐름방향을 결정하게 되고, 이를 흐름방향으로 누적한 흐름누적 값에 의해 산정된다. 만약 집수면적에 내린 강우가 식생에 의한 차단,대기증발등과 같은손실이없다고가정하면,흐름누적값은각격자에 유입되는 유입량을 나타내며, 이러한 흐름누적값을 등고선의 폭으로 나눈 것이 비 집수면적이 된다. 또한 유출기여면적 은 해당 격자에서의 상부격자에 의한 영향면적(상부격자의 개수×격자의 크기)이 되며, 이 영향면적을 등고선의 폭으로 나눈 값이 비 집수면적으로 정의된다.
	기존에 수행된 산사태 위험분석의 문제점은 무엇인가?	그러나 실제 많은 피해를 유발할 수 있는 도시와 인접한 산지에 대한 광역적인 평가는 제한적인 상황이며, 기존의 산사태 평가 시스템은 산사태를 유발하는 강우와 같은 외적 요인을 적절하게 고려하지 못하고 있는 상황이다. 이러한 문제점을 극복하기 위해서는 보다 공학적이고, 객관적인 산 사태 모의 및 해석기법의 제시가 필요하며, 산사태발생 메 카니즘은 유역의 내적요인(지형, 지질 등)뿐만 아니라 외적 요인(수문기상 등)의 시・공간적 변동성에 의해 큰 영향을 받으므로 다양한 요인들에 대한 관련 정보들의 효율적 처리 와 분석을 위해 GIS 기반의 공간분석시스템을 활용하여 다 양한 인자들을 고려할 수 있는 방법이 요구된다.
	유출기여면 적은 어떻게 산정되는가?	특히 강우량의 시공간적 특성을 고려하기 위해서 공간분 포형 습윤지수를 적용하고 있으며, 이를 위해서는 흐름방향 을 결정하는 유출기여면적의 산정이 필요하다. 유출기여면 적은 사면경사를 이용하여 흐름방향을 결정하게 되고, 이를 흐름방향으로 누적한 흐름누적 값에 의해 산정된다. 만약 집수면적에 내린 강우가 식생에 의한 차단,대기증발등과 같은손실이없다고가정하면,흐름누적값은각격자에 유입되는 유입량을 나타내며, 이러한 흐름누적값을 등고선의 폭으로 나눈 것이 비 집수면적이 된다.

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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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