| 초록 |
현재 우리나라는 토석류 재해 발생위험지역의 효율적 관리를 위한 대응체계 수립, 토사재해 위험지역 조사 및 선정, 주민대피체계 등 종합적인 관리시스템 구축에 어려움을 겪고 있다. 하지만 국내에서는 아직까지 이와 관련된 연구들이 다양하게 진행되지 못한 실정이므로, 국내 외에서 토석류 거동과 피해예측에 적용된 모델들을 국내 사례에 적합하게 수정하고 보완하여 우리나라 환경에 맞는 토석류 영향범위 산정 모델을 개발할 필요가 있다. 따라서 본 연구에서는 토석류 발생지역의 현장조사자료 및 항공, 지상 LiDAR로부터 취득된 고해상도 DEM, 그리고 피해발생 전후 촬영된 항공사진 등을 이용하여 토석류 발생의 메커니즘을 분석하였다. 그리고 국내외에서 연구되고 있는 토석류 거동 및 영향범위 산정 모델을 국내 토석류 피해 현장에 적용한 후 발생되는 한계점을 극복하여 국내 적용에 적합한 GIS 기반의 피해 영향범위 분석 및 예측 알고리즘을 제안하고 이를 수행하는 프로그램을 개발하였다. 토석류의 흐름 및 침식, 퇴적 특성을 예측하는 것은 재난 피해 예측 및 대책을 수립하는데 있어서 가장 중요한 정보이다. 본 연구에서 1, 2차년도에 개발한 토석류 거동 시뮬레이션 기법은 지형의 경사도를 이용해서 토석류의 흐름 및 퇴적 특성을 GIS상에서 시뮬레이션하는 모델이었다. 하지만 일정 경사도 이하에서는 속도에 관계없이 무조건 정지하고 퇴적하는 문제점이 있었고, 흐름 경로상의 유로 침식량을 예측할 수 없는 한계가 있었다. 따라서 3차년도에서는 새로운 접근 방법을 고민하였고 그 결과 산사태로 발생된 토사의 위치에너지와 흐르는 과정에서 변환되는 운동에너지의 관계를 이용하여 흐름을 제어하고 침식과 퇴적을 시뮬레이션하는 알고리즘을 제안하고 이를 프로그램으로 구현하였다. 본 연구에서 제안한 토석류 거동 시뮬레이션의 적용성을 평가하기 위하여 강원도 진부면의 실규모 토석류 실험의 데이터를 이용하였다. 토석류 거동 실험에서 255m³ 규모의 토석을 흘려보냈으며, 실험 전후의 지형변화는 지상 LiDAR 장비를 이용하여 관측된 10cm 해상도의 DEM을 이용하여 분석하였다. 실험에서 발생시킨 토석류에 의해 이루어진 지형의 변화를 관측하기 위하여 종단을 설정한 후 10m 간격으로 분석을 수행한 결과 실제 유로 침식량과 본 연구에서 개발한 토석류 프로그램의 시뮬레이션을 통한 운동에너지는 복잡한 지형특성 때문에 약간의 차이는 있으나 비교적 높은 상관관계를 보였다. 또한 실제 침식 깊이와 시뮬레이션을 통한 예측된 침식깊이 또한 유사한 결과를 얻을 수 있었다. 본 연구에서 개발한 토석류 거동 시뮬레이션 프로그램을 과거에 큰 토석류 피해를 발생한 지역인 우면산 피해지역에 적용하였고 결과의 신뢰성 평가하기 위해 외국의 토석류 시뮬레이션 S/W도 같은 지역에 적용하여 그 결과를 비교하였다. FLO-2D S/W를 적용한 경우 토석류의 흐름은 비교적 실제와 유사하게 시뮬레이션되었지만 초기 입력 유량 및 흐름제어 변수의 설정이 매우 복잡하였으며 퇴적량과 유로 침식량을 예측하지 못하여 정량적인 토석류 피해 산정에 어려움이 있었다. Debris 2D S/W는 항복응력 기반의 물리모델이다. 하지만 FLO-2D와 마찬가지로 침식량을 고려할 수 없는 한계점을 가지고 있고 실제 퇴적량과 동일한 시뮬레이션을 위해서는 침식예측량을 고려하여 실제 발생한 토석량보다 4~5배 더 큰 발생량으로 시뮬레이션을 수행해야하는 한계를 보였다. 반면에 본 연구에서 개발한 토석류 거동 시뮬레이션 프로그램은 흐름에너지를 이용하여 침식량을 산정할 수 있었고 이를 통하여 토석류 피해 지역의 퇴적량을 정량적으로 산정함으로써 실제 토석류 흐름 특성과 유사한 영향범위를 예측할 수 있었다. 본 연구의 결과는 앞으로 토석류 피해범위를 정확하게 시뮬레이션하는 연구의 기반이 될 수 있으며 연구에서 제시된 GIS 기법을 이용한 토석류 영향범위 분석은 관련 재난의 피해 분석 및 예측에서 활용성이 기대된다. 그리고 외국의 시뮬레이션 S/W에 의존하던 국내 토석류 분석 및 예측분야 기술수준을 한 단계 높일 수 있는 계기가 될 것이다. (출처:요약문 3p) |
