[논문]DSM 자료를 이용한 우면산 산사태 지형 분석

김기홍; 최현

doi:10.5762/kais.2020.21.12.60

초록
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우리나라에서는 매년 집중호우로 인하여 다양한 산사태 피해가 발생하고 있다. 특히 2011년 집중호우는 우면산 전체에 걸쳐 여러 지점에서 산사태를 야기하였고, 이로 인하여 인명 및 재산 등에 많은 피해가 발생하였다. 우면산 산사태는 특히 도심지에서 발생하였기 때문에 사회적으로 큰 이슈가 되었고, 국민적 관심을 받음에 따라 다각적인 조사와 피해복구를 위한 대책들이 빠르게 시행되었다. 폭우로 인한 산사태는 발생 당일 강우량에 큰 영향을 받으며, 상부에서 발생한 산사태가 유로를 침식하면서 그 규모가 커지게 되어 하부에 많은 피해를 야기한다. 본 연구에서는 우면산의 피해 지역 중 전원마을을 대상지역으로 선정하여, 항공 LiDAR로부터 취득한 DSM 자료를 이용하여 산사태 발생 전후 지형의 종단면 변화를 분석하였다. 이 지역은 크게 3개의 수문학적 유역으로 나눌 수 있으며, 발생부와 유하부의 평균경사를 비롯해 토사 흐름으로 인한 침식과 퇴적에 대한 분석을 수행하였다. 분석 결과 전원마을에서 발생한 토사의 총 유출량은 15,300㎥으로 추정되었다. GIS를 기반으로 한 이러한 현장 데이터는 향후 비슷한 조건의 재해 발생시 그 피해를 예측하는데 기초 정보로 활용될 수 있으며, 다양한 토석류 시뮬레이션 결과를 비교분석하는데 도움이 될 수 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

Torrential rain causes landslide damage every year. In particular, the 2011 downpour caused landslides at numerous points throughout Mt. Woomyeon, which resulted in considerable damage to people and property. Because it occurred in an urban area, this case became a major social issue and received pu...

Torrential rain causes landslide damage every year. In particular, the 2011 downpour caused landslides at numerous points throughout Mt. Woomyeon, which resulted in considerable damage to people and property. Because it occurred in an urban area, this case became a major social issue and received public attention. Measures were quickly implemented for multilateral investigations and recovery. Landslides caused by heavy rain are greatly affected by rainfall at the time. Landslides from the upper part erode the flow path, increasing the size, causing much damage to the lower part. This study selected a rural village area among the damaged areas of Mt. Woomyeon, and analyzed the change in terrain profile before and after a landslide using the DSM data obtained from airborne LiDAR. This area can be divided into three hydrological basins. For each basin, the analysis was performed on the average slope of each part of the flow path, as well as the erosion and deposition due to soil flow. As a result of the analysis, it was estimated that the total amount of soil from the Jeonwon village was 15,300㎥. These field data based on GIS can be used as basic information to predict damage in the case of a similar disaster, and it can be helpful in analyzing the results of various debris flow simulations.

주제어

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제안 방법

본 연구에서는 산사태가 발생한 우면산 전원마을 유역을 대상으로, 현장조사 자료와 항공LiDAR DSM을 이용하여 산사태 경로의 지형 변화를 분석하였다. ArcGIS 소프트웨어를 이용하여 DSM 데이터를 가공하였으며, 스크립트 언어를 이용하여 종단면을 추출하고 Excel을 이용하여 도시하였다.
기존의 연구에서는 피해 전후의 DSM을 이용하여 흐름 경로의 자세한 종단 비교 분석을 유역 전체에 수행한 연구사례가 드물며, GIS기법을 이용하여 유출량을 정량적으로 추정하는 것은 유용한 분석기법이 될 수 있다. 본 연구에서는 재난 발생 전후에 취득한 항공 LiDAR(Light Detection and Ranging) 데이터로부터 가공된 DSM(Digital Surface Model)을 기초 데이터로 이용하여 산사태 발생지점부터 흐름 경로의 종단면을 추출함으로서 침식과 퇴적에 따른 지형 변화를 정량적으로 분석하였다.
전원마을 지구는 주요 토사 배출구를 기준으로 유역을 크게 3개로 구분할 수 있으며, 본 연구에서는 A유역, B 유역, C유역으로 구분하였다.

대상 데이터

본 연구에서는 2011년 우면산 산사태 피해 지역 중 전원마을 구역을 연구대상 지역으로 선정하였다. 기존의 연구에서는 피해 전후의 DSM을 이용하여 흐름 경로의 자세한 종단 비교 분석을 유역 전체에 수행한 연구사례가 드물며, GIS기법을 이용하여 유출량을 정량적으로 추정하는 것은 유용한 분석기법이 될 수 있다.
분석을 위한 산사태의 큰 흐름경로는 A유역에 2개 유 하부(Line1-2), B유역에 3개 유하부(Line3-5), C유역에 4개 유하부(Line6-9) 등 총 9개가 존재한다(Fig. 3). Fig.
4m로 조사되었다 [10]. 지형변화를 분석하기 위해 사용된 자료는 산사태 발생 이전인 2009년과 발생 이후인 2011년 취득된 항공 LiDAR 자료를 1m 격자로 가공한 DSM이다(Fig. 2).

데이터처리

산사태 경로의 지형 변화를 분석하였다. ArcGIS 소프트웨어를 이용하여 DSM 데이터를 가공하였으며, 스크립트 언어를 이용하여 종단면을 추출하고 Excel을 이용하여 도시하였다.

성능/효과

유로 내에 퇴적된 토사는 극히 적은 것으로 관측되었으므로, 대부분의 침식된 토사는 유역출구를 통해 유출되어 인명을 비롯한 큰 피해를 발생시킨 것으로 해석된다. DSM 자료를 이용하여 전원마을 지구의 유로별 특성을 분석하였으며, 유역출구 토사 유출·퇴적량을 추정해본 결과 A유역의 토사 유출량은 5, 200m³, B유역은 2, 600m^3, C유역은 7, 500m³정도로 추정되었다. 발생 전후 종단면 표고 차이를 통해 유역내 산사태 경로 전체에 걸쳐 침식과 퇴적을 분석할 수 있었으며, 분석 자료는 향후 산사태의 흐름을 분석하거나 시뮬레이션할 때 검증자료로 충분히 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
9m의 가장 큰 침식이 관측되었다. 발생 부로부터 340m 지점에서 퇴적이 시작되었으나 많은 양이 퇴적되지는 않았으며, 이후 유로의 침식이나 퇴적 없이 대부분의 토사가 유역출구로 이동한 것으로 분석된다(Fig. 10).
전원마을 A유역의 면적은 79, 100㎡, 발생부는 5개소, 발생부의 경사는 6°~27°이며 평균경사는 34.0°로 나타났다. 1개의 주요한 유하부가 존재하고, 유하부 주변의 경작지 사면 유실로 피해범위가 컸다[10].
전원마을 B유역의 면적은 43, 800㎡, 발생부는 7개소, 발생부의 경사는 11°~45°이며 평균경사는 35.7°로 나타났다. 1개의 주요한 유하부가 존재하고, 토석류의 흐름이 전원마을 바로 전까지 나타났다[10].
전원마을 C유역의 면적은 148, 900㎡, 발생부는 10개소, 발생부의 경사는 7°~31°이며 평균경사는 35°로 나타났다. 유역의 퇴적부에 상당량의 토사량이 퇴적되었고, 전원마을 유역중 산사태 발생규모가 가장 컸다[10].

후속연구

DSM 자료를 이용하여 전원마을 지구의 유로별 특성을 분석하였으며, 유역출구 토사 유출·퇴적량을 추정해본 결과 A유역의 토사 유출량은 5, 200m³, B유역은 2, 600m^3, C유역은 7, 500m³정도로 추정되었다. 발생 전후 종단면 표고 차이를 통해 유역내 산사태 경로 전체에 걸쳐 침식과 퇴적을 분석할 수 있었으며, 분석 자료는 향후 산사태의 흐름을 분석하거나 시뮬레이션할 때 검증자료로 충분히 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

참고문헌 (10)

K. Y. Lee, K. N. Kim, S. J. Jang, G. B. Seo, B. S. Kim, K. W. Chun, "Study on the prediction of the shallow failure-prone sites by using digital aerial photos: on the Mt. Umyeon in Seoul city", Journal of The Korean Society of Hazard Mitigation, Vol.16, No.3, pp.151-160, 2016. DOI: http://dx.doi.org/10.9798/KOSHAM.2016.16.3.151

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S. J. Lee, H. S. Ma, " K. N. Kim, S. J. Jang, G. B. Seo, B. S. Kim, K. W. Chun, "Analysis of landslide characteristics of the central regions in Korea", Journal of Agriculture & Life Science, Vol.53, No.1, pp.61-72, 2019. DOI: https://doi.org/10.14397/jals.2019.53.1.61

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S. J. Jang, Y. T. Lee, K. Y. Lee, K. N. Kim, J. H. Lee, K. W. Chun, "A study of disaster prevention and characteristics of landslides triggered by the 2019 typhoon Mitag in Samcheok", Journal of The Korean Society of Hazard Mitigation, Vol.20, No.2, pp.221-227, 2020. DOI: https://doi.org/10.9798/KOSHAM.2020.20.2.221

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H. U. Kim, B. J. Kim, "Effect of rainfall pattern on landslide occurrence: focusing on Wonju-si and Chuncheon-si Area", Journal of The Korean Data Analysis Society, Vol.21, No.3, pp.1469-1481, 2019. DOI: http://dx.doi.org/10.37727/jkdas.2019.21.3.1469

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H. S. Kang, Y. T. Kim, "A study on warning level-based-landslide triggering rainfall criteria considering weathered soil type and landslide type", Journal of The Korean Society of Hazard Mitigation, Vol.16, No.2, pp.341-350, Apr. 2016. DOI: http://dx.doi.org/10.9798/KOSHAM.2016.16.2.341

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J. S. Lee, H. S. Kang, J. W. Suk, Y. T. Kim, "Development of hazard level-based rainfall threshold for prediction of rainfall-induced landslide occurrence in Korea", Journal of The Korean Society of Hazard Mitigation, Vol.19, No.5, pp.225-236, 2019. DOI: https://doi.org/10.9798/KOSHAM.2019.19.5.225

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M. Hong, S, Jeong, "A combined method for rainfall-induced landslides and debris flows in regional-scale areas", Journal of The Korean Geotechnical Society, Vol.35, No.10, pp.17-31, 2019. DOI: https://doi.org/10.7843/kgs.2019.35.10.17

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S. Kim, J. Paik, K. S. Kim, "Run-out modeling of debris flows in Mt. Umyeon using FLO-2", Journal of the Korean Society of Civil Engineers roceedings o Korean Geo-Enlvironmental Society, Vol.33, No.3, pp.965-974, 2013. DOI: http://dx.doi.org/10.12652/Ksce.2013.33.3.965

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G. Kim, S. Won, S. Mo, "Umyeon Mountain Debris Flow Movement Analysis Using Random Walk Model", Journal of the Korean Society of Surveying, Geodesy, Photogrammetry and Cartography, Vol.32, No.5, pp.515-525, 2014. DOI: http://dx.doi.org/10.7848/ksgpc.2014.32.5.515

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M. M. Kim, Mt. Woomyeon Landslide Cause Investigation and Complementary Work, Technical Report, The Seoul Institute, Korea, pp.30-32, 2014.

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