[논문]랜덤워크 모델을 이용한 토석류 산사태 피해범위 산정기법 제안

송영석; 이민선

doi:10.9720/kseg.2023.1.201

초록
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본 연구에서는 산사태 발생시 붕괴토사량을 산정하기 위하여 산사태 발생면적과 붕괴토사량의 상관관계를 활용하고, 붕괴토사량의 총 이동거리를 예측하기 위하여 붕괴토사량과 붕괴사면의 높이 및 붕괴토사의 도달거리를 활용하였다. 그리고 토석류의 이동경로를 예측하기 위하여 붕괴토사량의 유동 및 퇴적특성을 경사도의 인자로 단순화시킨 랜텀워크 모델을 적용하였다. 산사태 발생지점에서 이동경로 및 피해범위를 산정하기 위하여 토석류 이동 확률계산을 몬테카를로 시뮬레이션을 통하여 10,000회 반복적으로 수행하였다. 이때 계산된 다양한 랜텀워크의 궤적을 피해영역으로 제시하였다. 제안된 랜텀워크 모델을 이용한 산사태 피해범위 산정기법의 정확도를 확인하기 위하여 지리산 천왕봉 일대에서 발생된 산사태 발생이력을 적용하였다. 제안된 모델의 적용성을 검토한 결과 비교적 정확하게 피해범위를 산정하는 것으로 나타났으며, 10 m × 10 m 크기의 셀을 활용하는 것이 실제 피해범위에 대한 정확한 재현이 가능한 것으로 확인되었다.

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This study investigated the damage range of the debris flow to predict the amount of collapsed soil in a landslide event. The height of the collapsed slope and the distance traveled by the collapsed soil were used to predict the total trajectory distance using a random walk model. Debris flow trajec...

This study investigated the damage range of the debris flow to predict the amount of collapsed soil in a landslide event. The height of the collapsed slope and the distance traveled by the collapsed soil were used to predict the total trajectory distance using a random walk model. Debris flow trajectory probabilities were calculated through 10,000 Monte Carlo simulations and were used to calculate the damage range as measured from the landslide scar to its toe. Compiled information on debris flows that occurred in the Cheonwangbong area of Mt. Jirisan was used to test the accuracy of the proposed random walk model in estimating the damage range of debris flow. Results of the comparison reveal that the proposed model shows reasonable accuracy in estimating the damage range of debris flow and that using 10 m × 10 m cells allows the damage range to be reproduced with satisfactory precision.

주제어

표/그림 (10)

그림 Fig. 1. Relationship between landslide area and landslide volume (Guzzetti et al., 2009).
그림 Fig. 2. Schematic diagram of a sliding plane after landslide occurrence (Fukuda et al., 2005).
표 Table 1. Constants of regression analysis according to landslide type (a and b)
그림 Fig. 3. Method for calculating the probability of movement of a point using random walk model (Fukuda et al., 2005).
그림 Fig. 4. Selection for the movement direction of a point using random number (Fukuda et al., 2005).
그림 Fig. 5. Estimation of damage area using random walk trajectory (Fukuda et al., 2005).
그림 Fig. 6. Debris flow damage area around Cheonwang peak in Mt. Jiri.
그림 Fig. 7. Observed precipitation in the study area (Sancheng observatory) from July 31 to August 8, 2014.
그림 Fig. 8. Damage areas determined using a random walk model (50 m × 50 m cells), (a) Results for rockfalls; (b) results for debris flow.
그림 Fig. 9. Damage areas determined using a random walk model (50 m × 50 m cells), (a) Results for rockfalls; (b) results for debris flow.

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제안 방법

(4) 제안된 랜텀워크 모델을 이용한 산사태 피해범위 산정기법의 정확도를 확인하기 위하여 지리산 천왕봉 일대에서 발생된 산사태 발생이력을 적용하였다. 제안된 모델의 적용성을 검토한 결과 비교적 정확하게 피해범위를 산정하는 것으로 나타났으며, 10 m × 10 m 크기의 셀을 활용하는 것이 실제 피해범위에 대한 정확한 재현이 가능한 것으로 확인되었다.

성능/효과

(3) 산사태 발생지점에서 이동경로 및 피해범위를 산정하기 위하여 토석류 이동 확률계산을 몬테카를로 시뮬레이션을 통하여 10,000회 반복적으로 수행하였다. 이때 계산된 다양한 랜텀워크의 궤적을 피해영역으로 제시하였다.
② 셀 단위로 구분된 지형도 위에서 일정량의 토사가 이동하기 시작하며, 이동경로는 임의의 셀에서 주위의 경사를 비교하여 가장 확률이 높은 방향으로 이동을 결정한다. 이 때 각 방향으로 이동할 확률은 경사도와 난수에 의한 가중치로 결정된다.
따라서 산사태 발생이후 피해범위는 실제 피해범위의 도달거리보다 과소평가되는 Rockfalls 회귀분석 상수의 적용결과와 과대평가되는 Debris flows 회귀분석 상수의 적용결과 사이에 존재함을 알 수 있다. 그러나 안정적인 측면에서 피해범위를 추정하기 위해서는 피해범위가 넓게 평가되는 Debris flows 회귀분석 상수를 적용하는 것이 합리적인 것으로 판단된다.
따라서 산사태 발생이후 피해범위는 실제 피해범위의 도달거리보다 과소평가되는 Rockfalls 회귀분석 상수의 적용결과와 과대평가되는 Debris flows 회귀분석 상수의 적용결과 사이에 존재함을 알 수 있다. 그러나 안정적인 측면에서 피해범위를 추정하기 위해서는 피해범위가 넓게 평가되는 Debris flows 회귀분석 상수를 적용하는 것이 합리적인 것으로 판단된다.
(4) 제안된 랜텀워크 모델을 이용한 산사태 피해범위 산정기법의 정확도를 확인하기 위하여 지리산 천왕봉 일대에서 발생된 산사태 발생이력을 적용하였다. 제안된 모델의 적용성을 검토한 결과 비교적 정확하게 피해범위를 산정하는 것으로 나타났으며, 10 m × 10 m 크기의 셀을 활용하는 것이 실제 피해범위에 대한 정확한 재현이 가능한 것으로 확인되었다.

후속연구

토석류 산사태로 인한 피해예측 모델은 최근 컴퓨터의 성능향상으로 대상지역의 경사뿐만 아니라 유동 및 퇴적 메카니즘을 기본원리로 한 물리모델에 의한 접근이 다양하게 이루어지고 있다. 그러나 적용에 있어 토석류 유동과 관련한 입력인자의 불확실성, 계산초기조건 및 경계조건의 적합성 등의 한계점을 가지고 있다.

참고문헌 (10)

Corominas, J., 1996, The angle of reach as a mobility index for small and large landslides, Canadian Geotechnical Journal,？33, 260-271.

상세보기
Fukuda, T., Sasaki, Y., Wakizaka, Y., 2005, Development of probabilistic estimation method on hazard areas of shallow？slope failure debris, Journal of the Japan Society of Engineering Geology, 46(5), 265-279.

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Guzzetti, F., Ardizzone, F., Cardinali, M., Rossi, M., Valigi, D., 2009, Landslide volumes and landslide mobilization rates？in Umbria, central Italy, Earth and Planetary Science Letters, 279, 222-229

상세보기
Guzzetti, F., Peruccacci, S., Rossi, M., Stark, C.P., 2008, The rainfall intensity-duration control of shallow landslides and？debris flows: an update, Landslides, 5(1), 3-17.

상세보기
Immamura, R., Sugita, M., 1980, Study on simulation of debris depositing based on a Random Walk Model, Journal of the Japan Society of Erosion Control Engineering, 32, 17-26.
KIGAM (Korea Institute of Geoscience and Mineral Resources), 2021, Development of real-time landslide early warning？technology in urban areas and risk management technique of pollutants in geologic environment, GP2020-016-2021,？Ministry of Science and ICT of Korea, 448p.
Kim, K.S., Song, Y.S., 2015, Geometrical and geotechnical characteristics of landslides in Korea for various geological？conditions, Journal of Mountain Science, 12(5), 1267-1280

상세보기
Medina, V., Hurlimann, M., Bateman, A., 2008, Application of FLATModel, a 2D finite volume code, to debris flows in？the northeastern part of the Iberian Peninsular, Landslides, 5, 127-142.

상세보기
O'Brien, J.S., Julien, P.Y., Fullerton, W.T., 1993, Two dimensional water flood and mudflow simulation, Journal of Hydraulic Engineering, 199(2), 244-261.
Song, Y.S., Chae, B.G., 2013, Development of a GIS-based computer program to design countermeasures agains debris？flows, The Journal of Engineering Geology, 23(1), 57-65 (in Korean with English abstract).

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