산림유역 유형별 산사태 피해 특성 및 영향요인에 대한 정량적 분석 = Quantitative Analysis of Landslide Damage Characteristics and Influencing Factors by Forest Watershed Type

국문 초록 (Abstract)

현재 국내에서는 산사태 피해 예측 및 피해 저감 대책 마련으로서, 유역 기반 관리 체계가 요구되고 있다. 이에 본 연구에서는 국립산림과학원에서 구축한 산림유역구분도를 기반으로 하여 유역 유형별(집수구역, 사면구역, 독립구역) 산사태 피해 특성 및 영향요인을 정량적으로 분석하여 유형별 특성에 맞는 관리 전략 및 대책 방안을 제시하고자 수행되었다. 연구대상지는 최근 3년간(2022~2024년) 산사태 피해가 가장 많이 발생한 충청권역(충청남도·충청북도·세종특별자치시·대전광역시)을 대상으로 하였으며, 본 연구에서 수행된 분석 절차 및 결과는 다음과 같다. 첫 번째로 산사태 피해지의 규모 및 형상 비교 분석을 위해 피해지의 면적, 둘레, 길이, 폭, 세장률 등 5개의 분석 항목을 선정하였으며, 유역 공간 범위 내 해당하는 산사태 피해지 자료 1,809개(집수구역 1,159개, 사면구역 583개, 독립구역 67개)를 활용하였다. 분석 결과, 유역 유형별로 산사태 피해지의 규모 및 형상 특성은 상이하였다. 면적, 둘레, 폭, 길이 4개 항목은 유역 유형별 산사태 피해지 간 통계적으로 유의한 차이를 보였으며(p<0.001), 구체적으로 집수구역은 사면구역보다, 사면구역은 독립구역보다 유의하게 컸다. 반면에 세장률은 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않았다. 두 번째로 산사태 영향요인 특성 비교 분석을 위해 연속형 자료 10개와 범주형 자료 4개 등 총 14개 영향요인을 선정하였으며, 산사태 발생지점을 포함하는 유역(집수 구역 761개, 사면구역 475개, 독립구역 62개)을 추출하여 비교 분석하였다. 분석 결과, 유역 유형별로 산사태 영향요인의 특성은 상이하였다. 총 14개 영향요인 중 13개(TWI, 토심, 사면경사, 사면곡률, 사면길이, 고도, 유역면적, 고저차, 고도분포지수, 멜 톤기복지수, 임상, 경급, 모암 등)가 통계적으로 유의한 차이를 보였으며(p<0.01), 특히 유역 유형 간 사면길이, 고도, 고저차, 사면곡률에서 뚜렷한 차이를 보였다. 반면에 사면방위는 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않았다. 세 번째로 산사태 영향요인 중요도 분석을 위해서 랜덤포레스트(random forest) 모형을 적용하였으며, 중요도 분석 방법으로는 MDA, MDG 두 가지 중요도 지표를 활용하였다. 분석 결과, 모든 유역 유형에서 유역면적, 고저차는 최상위의 중요도로 가장 높았으며, 그 외 요인들은 유역 유형에 따라 중요도 순위에 차이가 있었다. 유역 유형 간 뚜렷한 중요도 순위 차이를 나타낸 요인은 사면길이, 사면경사, 임상이었으며, 사면길이는 집수구역에서, 사면경사는 사면구역에서, 임상은 독립구역에서 높은 중요도 순위를 보였다. 본 연구 결과는 유역 유형별로 산사태 피해 특성 및 영향요인에서 차이가 상이함을 시사하고 있으며, 이에 따라 유역 관리 측면에서 유형별 피해 특성에 맞는 관리 전략을 제시하고자 하였다. 집수구역에서는 산사태 발생 후 붕괴 토사가 계류로 합류하고 유하하면서 토석류로 전이되는 피해 특성이 나타나므로, 유역 유출구에서의 토석류 차단 대책 즉 사방댐 등 야계사방구조물의 시공이 요구된다. 반면에 사면구역에서는 생활권과 인접하여 붕괴토사가 계류로 합류하지 않고 사면에서 바로 유하하는 특성이 있으므로, 사면에 인접한 개별 건축물에 대한 피해 저감 대책으로서 방호벽(deflection wall), 옹벽 등의 구조물 시공이 요구된다. 마지막으로 독립구역은 계류와 사면과의 연속성이 낮아 비교적 작은 규모의 산사태가 발생하는 피해 특성이 나타나므로, 식생토낭, 식생매트 등과 같은 녹화공사 중심의 대책이 요구된다. 이와 같은 유역 유형별 산사태 피해 특성 및 관리 전략은 산림유역구분도를 활용한 산림유역 기반 관리 체계에서 산사태 피해 예방 및 저감 대책 수립의 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서론 1
• 1. 연구배경 및 목적1
• 2. 연구사 3
• 1) 유역 특성이 산사태 발생에 미치는 영향 3
• 2) 유역 단위 산사태 영향요인 평가5
• 3) 기계학습 기반 산사태 피해 예측7
• Ⅱ. 연구방법 9
• 1. 연구대상지9
• 1) 충청권역(충청남도·충청북도·대전광역시·세종특별자치시)10
• 2) 산림유역(집수구역, 사면구역, 독립구역)11
• 2. 산사태 피해지 특성 분석 14
• 1) 산사태 피해지 공간자료 14
• 2) 분석 항목 16
• 3) 통계적 검정 방법 16
• 3. 산사태 발생 영향요인 특성 분석18
• 1) 산사태 영향요인 선정18
• 2) 산사태 영향요인 공간자료 구축19
• 3) 산사태 영향요인별 특성값 비교 분석 28
• 4. 기계학습법을 활용한 산사태 영향요인 중요도 분석 29
• 1) 랜덤포레스트(Random Forest)29
• (1) 모형 구축 30
• (2) 산사태 발생 및 미발생 자료 추출31
• (3) 자료 분할 및 검증 32
• (4) 하이퍼파라미터 설정34
• (5) 최적 모형 선정 방법36
• (6) 최적 모형 성능 평가 방법 36
• 2) 산사태 영향요인 중요도 분석 방법37
• (1) MDA (Mean Decrease Accuracy) 38
• (2) MDG (Mean Decrease Gini)38
• Ⅲ. 결과 및 고찰 40
• 1. 산사태 피해지 특성 비교 분석 결과40
• 1) 산사태 피해지 기술통계 40
• 2) 산사태 피해지 비교 분석43
• 2. 산사태 발생 영향요인 특성 비교 분석 결과 46
• 1) 산사태 영향요인 기술통계 46
• 2) 산사태 발생 영향요인 비교 분석 53
• (1) 연속형 자료 53
• (2) 범주형 자료 54
• 3. 산사태 영향요인 중요도 분석 결과 58
• 1) 변수 선정 58
• (1) 상관관계 분석58
• (2) 다중공선성 진단 59
• 2) 최적 모형 선정 및 성능 평가 61
• (1) 집수구역 61
• (2) 사면구역 61
• (3) 독립구역 62
• 3) 중요도 분석 결과 66
• (1) 집수구역 66
• (2) 사면구역 69
• (3) 독립구역 72
• (4) 유역 유형별 중요도 순위 차이75
• Ⅳ. 결론 78
• 참고문헌 81
• Abstract 89