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가설 설정
- 지리정보시스템을 이용하여 안전율을 계산하려면 격자단위로 제작된 인자의 layer에 따라 계산한다. 계산의 단위 인 격자는 일반적으로 정방형의 형태를 띠고 있으며, 격자안의 성질은 동질(homogeneous)한 것으로 가정한다.
제안 방법
- 사면 붕괴에 영향을 미치는 인자들의 상관관계를 이 변량 분석을 통해 결정하기 위해서는 사면 붕괴의 역사적인 자료의 수집이 요구된다. 사면 붕괴 지역에 객관적인 평가를 위하여 강릉지역내 자료가 가능한 범위 내의 일부 지역에 대해 태풍 "루사"가 강릉지역에 영향을 주기 전과 후의 Kompsat-1의 영상을 비교 분석함으로써 수집하였다. Kompsat 영상은 국내 제작 위성으로부터의 고해상도 영상으로 6.
- 강릉지역을 대상으로 각인자의 사면붕괴에 대한 상관관계를 사면 붕괴에 영향을 미치는 가중치로 중첩시켜 전체 지역에 대해 발생가능 지역을 산출하였다. 중첩된 결과는 그림 2와 같이 나타났으며, 발생가능성 지수의 범위는 L24-18.
- 따라서 본 논문에서는 지리정보시스템을 이용한 사면붕괴 지역 연구에서 사용되는 대표적인 두 모델, 통계적 분석과 결정론적 분석을 통하여 사면 붕괴지역을 생성하였으며, 그 결과를 비교하였다.
- 지리정보시스템을 이용한 사면 붕괴지역 연구방법으로는 경험적 분석, 통계적 분석, 결정론적 분석이 있는데, 경험적 분석은 항공사진 분석이나 현지 조사를 통해서 특정한 지식을 알고 있는 전문가들이 수행하는 방법으로써, 사면붕괴지역 위험도 작성의 바탕이 되는 방법이 공식화되어진 것이 아니라 사면붕괴관련 전문가들의 견해가 위험지역을 분류하는데 이용되는 방법이므로 본 연구에서는 제외하기로 한다. 따라서 본 연구에서는 통계적 분석과 결정론적 분석을 사용하여 사면 붕괴지역을 산정하고 그 결과를 비교 및 분석하였다.
- 본 연구에서 선정된 인자들의 클래스에 대하여 사면붕괴 지역 면적과의 상관관계를 계산하여 가중치를 결정하였다. 선정된 인자들은 전절에 언급했듯이 13개의 인자로 구성되었다.
- 지리정보시스템을 이용한 사면 붕괴지역 분석을 위해서는 연구에 적합한 지역이 선정되어야 하며, 이는 역사적인 사면 붕괴 다발 지역, 자료의 존재 여부, 대상지역의 공간적 범위 등이 고려되어야 한다. 본 연구에서는 먼저 사면 붕괴가 빈번히 발생하고 있는 강원도 지역을 중심으로 사면 붕괴 횟수와 피해면적을 조사하여, 대상지역의 공간적 범위가 적절한 강릉시로 선정하였다. 강원도청(2003)에서 제공한 사면붕괴관련 자료에 의하면 1998년부터 2002년도에 강릉시는 총 85회의 사면붕괴가 발생했으며, 사면 붕괴로 인한 피해면적은 162.
- 따라서 사면 붕괴 가능성의 평가에는 토양성질에서부터 토지이용에 이르기까지 여러 인자들에 대한 지식이 요구된다. 본 연구에서는 사면 붕괴와 관련이 있는 인자로써 여러 논문에서 발표된 인자를 추출하여 경사, 경사길이, 경사 위치, 사면 형태, 임상의 종류, 임상의 경급, 임상의 영급, 임상의 밀도, 토질, 모재, 토양의 배수, 유효토심, 토지피복 등을 선정하였다. 통계적 분석을 수행하기 위하여 연구지역에 대한 위의 각인자들에 대해 국립지리원1:5,000 수치 지형도, 임업연구원 1:25,000 임상도, 농촌진흥청 1:25,000정밀토양도, Landsat ETM+ 위성영상 등을 이용하여 각인자들에 대한 레이어를 작성하였다.
- 본 연구에서는 지리정보시스템을 이용하여 동일한 지역을 이 변량 통계 분석과 결정론적 분석을 통해 예측하고 결과를 비교하였다. 이 변량 통계 분석에 의한 결과와 결정론적 분석에 의한 결과는 모델의 특성상 결과에 상당 부분에 차이를 보였다.
- 토질은 종류에 따라서 각성질의 범위가 넓은 것이 모델링에 어려운 점도 있으나, 한 토질 종류에서도 상황이나 경우에 따라서 값의 범위가 넓은 경우가 있다. 본 연구에서는 한국도로공사 도로설계실무편람에서 제공한 토질별 특성값(단위중량, 내부 마찰각, 점착력)과 미국 농무성(USDA: U. S. Department of Agriculture)의 토질 분류표에 의거하여 토양의 종류에 따라 포함된 흙의 종류를 바탕으로 결정하였다.
- 결정론적.분석에서는 연구대상 지역에 대하여 입력자료를 격자구조로 처리한다. 결정론적 방법은 식(1)에 의하여 수행되며, 지형경사와 토질에 따른 분류 자료를 이용하였다.
- 본 연구에서는 사면 붕괴와 관련이 있는 인자로써 여러 논문에서 발표된 인자를 추출하여 경사, 경사길이, 경사 위치, 사면 형태, 임상의 종류, 임상의 경급, 임상의 영급, 임상의 밀도, 토질, 모재, 토양의 배수, 유효토심, 토지피복 등을 선정하였다. 통계적 분석을 수행하기 위하여 연구지역에 대한 위의 각인자들에 대해 국립지리원1:5,000 수치 지형도, 임업연구원 1:25,000 임상도, 농촌진흥청 1:25,000정밀토양도, Landsat ETM+ 위성영상 등을 이용하여 각인자들에 대한 레이어를 작성하였다.
대상 데이터
- 본 연구에서 선정된 인자들의 클래스에 대하여 사면붕괴 지역 면적과의 상관관계를 계산하여 가중치를 결정하였다. 선정된 인자들은 전절에 언급했듯이 13개의 인자로 구성되었다.
- 결정론적 방법은 식(1)에 의하여 수행되며, 지형경사와 토질에 따른 분류 자료를 이용하였다. 지형경사는 본 연구에서 이용한 DEM자료로부터 경사를 계산하였고, 격자의 크기는 DEM 자료와 같은 30m로 설정되었다. 경사자료는 각 격자 주위의 격자값으로부터 평균 경사값이 기록되어 있다.
데이터처리
- 이 변량 통계 분석과 결정론적 분석 방법으로부터 동일 대상 지역과 동일 자료를 통하여 얻어진 결과를 비교하였다. (그림 4)
성능/효과
- 본 연구에서 분석한 결정론적 분석 방법에서는 지하수위와 심토와의 비가 중요한 요소로 작용하고 있어, 여러 강우 형태에 따른 지하수위비를 모델링을 할 수 있으나, 실제 강우와의 지하수위와비 관계를 규명하는 것은 본 연구의 범위를 벗어나므로 본 연구에는 포함되지 않았다, 지하수위비는 범위가 0-1까지 존재할 수 있으며, 태풍 "루사"가 지나갔을 때의 m(=L0)을 고려한 사면 안전율을 산출하였고 결과는 그림 3과 같다.
후속연구
- 이 변량 통계 분석에 의한 결과와 결정론적 분석에 의한 결과는 모델의 특성상 결과에 상당 부분에 차이를 보였다. 결과에 의하면 사면붕괴 분석 방법에 따라 위험지역이 다르게 판단될 수 있으며, 적절한 사면 붕괴 발생 모델을 위해서는 각 지역별로 다년간의 자료 축척과 조사가 필요하다. 뿐만 아니라 사면 붕괴 이후 붕괴지역에 대한 즉각적인 자료 수집, 인정선정에 있어서 체계적인 기준의 정립, 토질 특성에 관한 정확한 자료, 지하수비와 강우와의 명확한 관계 등에 관한 연구가 필요하다고 생각한다.
- 그림 4에서 보는 바와 같이 두 방법 간의 차이가 상당 부분에서 발생하였다. 따라서 사면붕괴 분석 방법에 따라 위험지역이 다르게 판단될 수도 있으며, 사면 붕괴 분석에 효과적인 방법을 구현하기 위해서는 각 지역별로 다년간의 현장조사 및 관측을 통해 많은 양의 자료를 바탕으로 그 지역에 맞는 모델을 개발하여야 한다.
- 많은 안전율 모델 중에서 본 연구에서 채택한 모델은 Brunsden과 Prior (1984)에 의하여 발표된 모델로 간단하면서도 활용도가 높다. 이 모델은 그림 1과 같이 사면을 무한 사면으로 가정하고 강우로 인한 지하수위와의 비를 이용한 방법으로 식(1)과 같다.
- 결과에 의하면 사면붕괴 분석 방법에 따라 위험지역이 다르게 판단될 수 있으며, 적절한 사면 붕괴 발생 모델을 위해서는 각 지역별로 다년간의 자료 축척과 조사가 필요하다. 뿐만 아니라 사면 붕괴 이후 붕괴지역에 대한 즉각적인 자료 수집, 인정선정에 있어서 체계적인 기준의 정립, 토질 특성에 관한 정확한 자료, 지하수비와 강우와의 명확한 관계 등에 관한 연구가 필요하다고 생각한다.
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