[논문]지진 및 강우로 인한 산사태 발생 위험지 예측 모델 비교

전성곤; 백승철

doi:10.14481/jkges.2019.20.6.15

지진 및 강우로 인한 산사태 발생 위험지 예측 모델 비교
Comparison of Prediction Models for Identification of Areas at Risk of Landslides due to Earthquake and Rainfall 원문보기

한국지반환경공학회논문집 = Journal of the Korean Geoenvironmental Society, v.20 no.6, 2019년, pp.15 - 22

전성곤 (Department of Civil Engineering, Yeoju Institute of Technology) , 백승철 (Department of Civil Engineering, Andong National University)

초록
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본 연구에서는 현장조사, 실내시험 및 문헌자료를 기초로 지진 시 산사태 발생 위험지 예측 모델인 Newmark displacement model을 이용하여 위험지를 예측하였다. Newmark displacement model은 주로 지진의 정보와 해당 지역의 사면의 정보를 통해 산정되며, 사면의 안전율은 산지 토사재해 예측 프로그램인 LSMAP의 결과를 활용하였다. 연구대상 지역으로 과거 산사태가 발생한 부산의 백양산 일대를 선정하였다. 산사태 발생 해석 결과 Newmark displacement model을 활용한 지진 시 산사태 위험지 예측이 지진 계수가 미적용된 LSMAP의 산사태 위험지 예측보다 약 1.15배 넓은 지역을 위험지역으로 예측하는 것으로 나타났다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, the hazard areas are identified by using the Newmark displacement model, which is a predictive model for identifying the areas at risk of landslide triggered by earthquakes, based on the results of field survey and laboratory test, and literature data. The Newmark displacement model mainly utilizes earthquake and slope related data, and the safety of slope stability derived from LSMAP, which is a landslide prediction program. Backyang Mt. in Busan where the landslide has already occurred, was chosen as the study area of this research. As a result of this study, the area of landslide prone zone identified by using the Newmark displacement model without earthquake factor is about 1.15 times larger than that identified by using LSMAP.

주제어

표/그림 (13)

그림 Fig. 1. Trends in occurrence of earthquake (KMA, 2018)
그림 Fig. 2. Geologic map of study area (KIGAM, 1978)
표 Table 1. Rainfall history by year (KMA, 2017)
그림 Fig. 3. Exploration survey line
그림 Fig. 4. Section showing seismic velocity variation
그림 Fig. 5. Sliding block representation of Newmark displacement model. a_c : yield acceleration, a : base acceleration, α : angle (Jibson & Keefer, 1994)
표 Table 2. Stability class definitions of LSMAP
그림 Fig. 6. Tree resources evaluation program
표 Table 3. Unit weight and cohesion of soil (National Disaster Management Research Institute, 2004)
표 Table 4. Parameters used for analysis
그림 Fig. 7. Results of forecasting of landslide hazard areas
표 Table 5. Comparison of the predictions of landslide hazard area according to whether earthquake coefficient is applied
그림 Fig. 8. Overlapping of landslide risk area to be analyzed by using the LSMAP and Newmark displacement model

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 논문에서는 문헌자료, 현장조사 및 실내시험을 이용하여 지진 시 산사태 발생 위험지 예측 모델인 Newmark Displacement model과 지진 계수가 미적용된 LSMAP의 산사태 위험지 예측 결과와 비교 분석하였다. 분석 결과 Newmark displacement model을 활용한 분석이 LSMAP을 활용한 분석보다 더 넓은 지역을 위험지로 예측하는 것으로 나타났다.

제안 방법

최근 우리나라도 지진 발생 빈도가 높아져 지진으로 인한 산사태 발생 가능성이 높아짐에 따라 이에 대한 대비가 필요하다. 이에 따라 본 논문에서는 지진 시 산사태 발생 위험지 예측 모델인 Newmark Displacement model을 이용하여 위험지를 예측하고, 지진 계수가 미적용된 LSMAP의 산사태 위험지 예측결과와 비교 분석하였다. 이를 통해 산사태 위험지 예측 시 지진 계수 적용의 중요성을 검토하였으며, 다음과 같은 결론을 얻었다.

대상 데이터

강우이력을 파악하기 위하여 가장 근접한 기상관측소인 부산기상대의 최근 10년간(2008년~2017년) 기상관측자료를 이용하였으며, Table 1과 같이 최근 10년간 강수량 평균은 1,484.0mm로 조사되었다. 1시간 최다강수량은 2008년 8월 13일에 106.
부산광역시 북구 만덕동 백양산 일대를 연구지역으로 선정하였다. 본 지역은 과거 산사태가 발생했던 지역으로 산지 하부에 아파트 단지가 밀집되어 있어 산사태가 발생하였을 때 인명 및 재산 피해가 클 것으로 예상된다.

이론/모형

Newmark displacement model 및 LSMAP을 이용하여 산사태 발생 위험지를 예측하였다. Newmark displacement model은 사면의 변위량이 100mm 이상 나타나는 지역을, LSMAP은 사면 안전율이 1 미만의 지역을 각각 산사태 위험지로 판정하였다.
연구지역의 기초지형(표고, 경사도, 우수흐름방향 등) 분석은 ArcGIS 10.1 프로그램을 이용하였다. 그리고 국토지리정보원에서 제공하는 수치지형도를 이용하여 등고선 레이어를 TIN(Triangulated Irregular Network, 불규칙 삼각망)으로 형성한 다음 다시 그리드 데이터(ASCII)로 변환시켜 디지털고도모델(Digital Elevation Model)을 만들어 지형 데이터를 구축하였다(Choi et al.
지진 발생으로 인한 산사태 발생 위험지 예측 모델은 연구자의 경험적으로 산정되는 지진계수의 불확실성을 보완하기 위하여 1965년 Newmark가 개발한 동적변위분석법인 Newmark displacement model을 활용하였다(Newmark, 1965).

성능/효과

(1) LSMAP에 의한 지반 진동 미적용 산사태 위험지의 분석 결과 산사태 위험지가 연구대상 전체 면적의 약 10.14%인 21,795m²로 나타났다.
(2) Newmark displacement model에 의한 지진 시 산사태 위험지 예측 분석 결과 산사태 위험지가 연구대상 전체 면적의 약 11.62%인 24,986m²로 나타났다.
(3) 지반 진동 매개변수가 적용된 Newmark displacement model 분석 결과가 지반 진동 매개변수가 미적용되는 LSMAP 분석보다 약 15% 증가된 더 넓은 지역을 위험지로 예측되는 것으로 나타났다.

후속연구

(4) 본 연구에서 제시한 지진 및 강우로 인한 산사태 발생 위험지 예측 방법은 미래의 이상기후에 대비한 지반특성 및 지역의 특성에 맞는 구조적 방어대책과 비구조적 방법을 적절히 선정하여 피해 경감대책을 수립하는데 이용될 수 있을 것으로 판단된다.
(5) 지진 및 강우로 인한 산사태 발생 위험지 예측 방법에 대한 수치해석 결과들의 확인과 이론정립을 위해 향후 현장실험 등의 추가적인 연구가 필요한 것으로 판단된다.

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