압축스프링을 이용한 완충형 토석류 방호시설의 설계방법제시

최고일,손정익,주영태,주영태 한국도로학회 2016 한국도로학회 학술발표회 논문집 Vol.2016 No.06

충돌형태의 하중을 가지는 토석류는 큰 에너지를 가지는 하중이 충격을 통해 짧은 시간에 갑작스럽게 작용하여 구조물이 쉽게 파괴에 이르게 한다. 완충형 토석류 방호시설은 유연적 구조를 사용하여 구조물 이 충돌하는 토석류에 보다 긴 시간에 걸쳐 저항하도록 함으로써 저항성능을 높이는 형태의 구조물을 말 한다. 이러한 완충형 토석류 방호시설은 크게 내력을 지지하는 부분과 유연성을 담당하는 부분으로 나누 어지며, 압축스프링을 이용한 완충형 토석류 방호시설은 내력을 지지하는 부분을 두께가 두꺼운 와이어로 프로 구성하고 유연성을 담당하는 부분은 와이어로프에 압축스프링을 사용하여 유연성을 크게 증가시킨 새로운 형태의 방호시설을 말한다. 최근 집중호우와 국지성 폭우 등으로 인해 토석류 발생 빈도가 증가하고 있다. 이에 대한 방지책으로 많은 종류의 방호시설물들이 개발되고 설치되고 있으나 아직까지 이러한 산사태 방호시설물들에 대한 명 확한 설계방법이 제시되어있지 않다. 그 이유는 토석류의 토사유출량이나 운동에너지를 명확하게 정의하 는 것은 복잡한 과정을 거쳐야 하며, 어렵게 이를 정의하였다 하더라도 구조물 설계에 어떻게 적용시키는 가에 대한 방법적 문제가 존재하기 때문이다. 본 연구에서는 토석류의 토사유출량 산정을 프로그램화하여 단순화 시켰으며, 산정된 토사유출량을 사 용하여 개발된 압축스프링을 이용한 완충형 토석류 방호시설의 단면 형상과 단면 크기 설정 방법을 제시 한다. 먼저, 토석류의 토사유출량 산정을 프로그램화하기 위해 많이 사용되는 토사유출량 산정방법인 RUSLE방법을 사용하였다. 이를 프로그램화하기 위해 개념도를 파악하였으며 Excel의 script언어인 VBA 를 사용하여 구현하였다. 또한, 토석류가 발생하는 산악지형의 계곡형상은 단면형상이 주로 사다리꼴 형 태를 가지게 된다. 단면이 삼각형이나 사다리꼴 형태인 일반적인 토석류 방호시설의 저항단면크기는 시설 물의 높이를 결정하는 것이 핵심이다. 기존의 방법은 구조물의 높이를 산정하기 위해 평균폭을 가정하여 사용하였으나 이는 정확한 방법이 될 수 없다. 따라서 본 연구에서는 측정 가능한 하단의 폭과 앞서 산정 된 토석류의 양을 기반으로 정확한 구조물의 높이를 산정하는 방법을 제안하였다.

항공LiDAR 자료를 이용한 토석류 침식 및 퇴적모델 분석

원상연(Won, Sang Yeon),김기홍(Kim, Gi Hong) 대한공간정보학회 2016 대한공간정보학회지 Vol.24 No.3

2011년 발생한 서울시 우면산의 토석류는 과거 산간지역 피해와는 달리 도심지역에서 큰 피해가 발생하였다. 따라서 산사태 및 토석류는 산악지역과 도심지역에 관계없이 다양한 지역에서 빠른 속도로 발생하여 엄청난 피해를 유발시키기 때문에 많은 연구자들은 토석류의 영향범위를 예측하고 피해를 최소화하기 위해 노력하고 있다. 토석류의 영향범위 예측을 위한 가장 핵심적인 부분은 복잡한 3차원 지형에서의 토석류 거동 및 퇴적 메커니즘을 이해하여야 한다. 그리고 퇴적 메커니즘을 이해하기 위해서는 토석류의 거동에 따른 에너지량과 침식량이 산정되어야 한다. 하지만 기존에 개발된 토석류 모델들은 토석류의 침식량을 산정하는데 한계가 있었다. 따라서 본 연구에서는 2011년 도심지의 대규모 토석류가 발생한 서울시 우면산 지역을 대상으로 항공사진, 항공 LiDAR 자료로부터 생성된 토석류 피해 전과 후의 DEM을 활용하여 토석류의 피해규모를 산정하였으며, 에너지 이론을 기반으로 하여 침식량을 산정할 수 있는 토석류 거동 해석 모델을 개발하여 비교하였다. 또한 동일지역에 대하여 기존의 토석류 모델(RWM, Debris 2D)도 함께 시뮬레이션 하여 종합적으로 토석류 지역을 비교 분석하였다. The 2011 debris flow in Mt. Umyeonsan in Seoul, South Korea caused significant damages to the surrounding urban area, unlike other similar incidents reported to have occurred in the past in the country’s mountainous regions. Accordingly, landslides and debris flows cause damage in various surroundings, regardless of mountainous area and urban area, at a great speed and with enormous impact. Hence, many researchers attempted to forecast the extent of impact of debris flows to help minimize the damage. The most fundamental part in forecasting the impact extent of debris flow is to understand the debris flow behavior and sedimentation mechanism in complex three-dimensional topography. To understand sedimentation mechanism, in particular, it is necessary to calculate the amount of energy and erosion according to debris flow behavior. The previously developed debris flow models, however, are limited in their ability to calculate the erosion amount of debris flow. This study calculated the extent of damage caused by a massive debris flow that occurred in 2011 in Seoul’s urban area adjacent to Mt. Umyeonsan by using DEM, created from aerial photography and airborne LiDAR data, for both before and after the damage; and developed and compared a debris flow behavioral analysis model that can assess the amount of erosion based on energy theory. In addition, simulations using the existing debris flow model (RWM, Debris 2D) and a comprehensive comparison of debris flow-stricken areas were performed in the same study area.

수치모형을 이용한 연안에서의 토석류 모의

이호진,김성덕 한국방재학회 2015 한국방재학회 학술발표대회논문집 Vol.14 No.-

기후변화에 기인한 집중호의 영향으로 산지에서 토석류를 비롯한 토사재해가 해마다 발생하고 있다. 대분의 경우 토석류 등의 재해는 산지에서 일어나는 것으로 한정하기 쉬우나, 토석류와 산사태가 발생하여 인근의 하천에 유입되면 고농도의 탁수가 혼합된 것과 동일한 효과가 발생하여, 수질에 악영향을 미친다. 이와 마찬가지로 연안에 위치한 산지에서 토석류가 발생하면, 발생된 토석류는 바다와 연결된 하천을 따라서 바다로 유입되게 된다. 이와 같은 고농도의 토석류가 바다에 유입되면 주변의 수질은 오염되어 생태계에 악영향을 미친다. 본 연구에서는 바다와 연결된 강원도 오십천 유역의 산지를 연구대상지역으로 하여, 유역 내 산지에서 토석류가 발생하였을 때 이에 따른 토석류의 거동을 모의하였다. 바다와 연결된 하구를 원점으로 하여 10 km의 거리에 대해서 토석류의 유량과 토석류의 유동심을 모의 하였다. 산지유역의 상류부에서 토석류가 발달함에 따라 침식과 퇴적이 반복되어 일어나고 있다. 모의결과 하구에서의 토사유출량은 114,216 ㎥으로 나타났다. 이와 같은 연구를 발생시켜 실제현상에 대한 예측능력을 강화시킨다면 산지와 연결된 하구부 또는 하천에서의 토석류에 의한 2차 재해를 방지하는데 효과적일 것으로 판단된다.

토석류 위험구역 설정과 재해 후 항공사진을 이용한 유효성 검토

이광연,장수진,서기범,김석우,김경남 한국방재학회 2015 한국방재학회 학술발표대회논문집 Vol.14 No.-

우리나라의 토석류 위험지 관리는 산림청의 산사태 위험지 관리제도와 구 소방방재청의 급경사지 관리 제도를 준용하고 있으나, 토석류 위험지를 구체적으로 관리하고 있지 못하다. 그 이유는 우리나라의 토석류 발생지의 대부분이 황폐산지의 반복되는 토석류 발생지가 아니라, 국지성 집중호우로 인해 돌발적으로 발생되는 토석류가 대부분이기 때문에 위험지 관리 대책을 수립할 수 없는 어려움이 있다. 이 연구는 지형 및 입지특성에 근거한 기준점 설정을 통해 토석류 위험구역 구획방안을 제시한 선행연구를 검토하고자 시행되었다. 2011년 7월 토석류 피해지역인 춘천시 신북읍 천전리 일원의 퇴적토사량과 토석류의 도달거리를 산정하여 위험구역을 구획하였다. 실제 피해 대상지인 2개의 유역을 연구대상지로 선정하여, 산정된 침식가능토사량(지질·계류 차수별 원단위 기준 산정법)과 운반가능토사량(총수량·용적토사농도 이용 산정법)을 현지 측량에 의해 얻어진 퇴적토사량과 비교하였다. 그 결과 침식가능토사량은 실측에 의해 얻어진 토사량과 유사한 범위에 있었고 운반가능 토사량은 과대치가 산정되었다. 토석류의 도달거리는 경험식에 지질·계류 차수별 원단위 기준 산정법으로 계산된 침식가능토사량으로 산정하였다. 경험식으로 산정된 도달거리는 수해 직후 촬영된 항공사진의 판독으로 산정한 도달거리와 비교한 결과 유사 범위에 위치하였다. 수해 직후 촬영된 항공사진을 판독하여 구획된 토석류의 퇴적범위는 구획된 토석류 위험구역 내에 위치하여 이 방법이 유효함을 확인하였다.

토석류 유동 해석을 위한 침식모형 평가

이승준 ( Seungjun Lee ),안현욱 ( Hyunuk An ),김민석 ( Minseok Kim ) 한국농공학회 2020 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2020 No.-

산 경사면에서 발생하는 토석류는 지형변화에 큰 영향을 미치는 대표적인 자연재해 중 하나다. 특히, 도심지역 및 산림지역에서 발생된 토석류는 유동 및 퇴적과정에서 막대한 인명 및 재산 피해를 야기할 수 있다. 이에 여러 선행연구들에선 수치모형을 활용하여 토석류의 유동과정과 피해규모를 분석하여 토석류로 인한 피해를 예측하고 이를 저감시키고자 하였다. 또한 최근 10년 동안 정화도 높은 예측을 위해 토석류의 침식 및 연행작용에 대한 연구들이 활발하게 이루어졌다. 침식 및 연행작용은 토석류의 유동과 퇴적과정에 큰 영향을 미치기에 토석류 분석 및 예측에 있어서 필수적으로 고려되어야하는 요소이다. 하지만 국내·외적으로 다양한 침식 및 연행작용 알고리즘(이하 침식모형)을 고려하여 분석한 연구는 아직 미비한 실정이다. 이에 본 연구는 다양한 침식모형과 유동모형을 선택하여 각 침식모형에 따른 토석류의 유동과 피해규모를 분석하였다. 토석류 분석에는 국내에서 개발되어 여러 유동 및 침식모형을 선택하여 모의·분석할 수 있는 Deb2D 모형을 활용하였다. Deb2D 모형은 2차원 수치해석 모형으로 적응형 격자를 기반으로 토석류를 구현하고 있으며 본 연구에선 유동 모형으론 Voellmy, Bingham 그리고 Coulomb-viscous 모형을 선택하고, 침식모형으론 Sovilla, Frank 그리고 Medina 모형을 선택하여 모의하였다. 2011년 우면산에서 발생한 일련의 산사태를 대상으로 토석류의 유동과 피해규모를 구현했으며 수치모형의 정확성 판단을 위해 현장 조사를 통해 얻어진 토석류의 피해 범위, 총 퇴적량 그리고 특정 지점에서 관측된 최대 퇴적 높이 및 최대 속도를 비교자료로 활용하였다. 특히, 연구지역의 토석류 발생 전·후 DEMs(Digital Elevation Models)을 활용하여 공간에 따른 침식 깊이 자료를 구축하였으며, 이를 Deb2D 모형을 통해 분석된 침식깊이 결과와 비교·분석하였다. Deb2D 모형을 통한 토석류 모의는 성공적으로 이루어졌으며, 피해 규모를 예측하기 위해선 침식모형의 선택이 중요한 것으로 분석되어졌다.

토석류 수치해석을 통한 건물의 물리적 취약곡선 연구

강효섭,김윤태 한국방재학회 2015 한국방재학회논문집 Vol.15 No.5

Residential areas and buildings located in vulnerable areas of landslide are commonly subjected to debris flow hazards. Recently, there is an increasing interest in researches on risk assessment. For a risk assessment, vulnerability assessment for the elements at risk in debris flow is required. Vulnerability assessment of elements at risk is a key component for risk assessment. Vulnerability assessment requires an understanding of the interaction between the hazard and the exposed element. This interaction can be expressed as a vulnerability curve. In this study, back analysis performed from total 4 cases of debris flow disasters occurred in between July and August, 2011. The appropriate input parameters were determined through the quantitative index analysis and survey data of debris flow affected areas. Numerical analyses were also carried out for each of the study area, Disaster-induced factors(debris flow height, velocity and impact pressure) were calculated on the damage of building. Physical vulnerability functions of masonry buildings were obtained from the relationship of the degree of building damage and the physical characteristics of debris flow obtained through the numerical analysis. The proposed physical vulnerability functions could be used as a quantitative assessment of the structural resistance of building affected by a debris flow event, and a vulnerability assessment for urban debris flow. 산사태 취약 지역에 위치한 주거지나 건물은 보통 토석류 위험의 대상이다. 최근 리스크 평가에 대한 연구가 증가하는 추세이며, 리스크 평가를 위해 토석류의 위험 요소에 대한 취약성 평가가 요구된다. 위험 요소에 대한 취약성 평가는 리스크 평가의 핵심 구성 요소이다. 취약성 평가는 토석류의 물리적 특성과 위험에 노출된 요소 사이의 상호작용에 대한 이해를 바탕으로 하며, 이러한 상호작용은 취약곡선으로 표현할 수 있다. 본 연구에서는 2011년 7-8월에 발생한 4개 토석류 재해지역에 대해 FLO-2D 수치모형을 이용하여 역해석을 수행하였다. 조사된 토석류 재해영역과 정량지수 분석을 통해 입력변수를 산정하였다. 이를 통해 토석류 재해 발생 지역에 대한 수치해석을 수행하여 피해건물에 미치는 재해 유발인자(토석류의 높이, 속도 및 충격압)를 산정하였다. 또한 토석류 재해 사례 분석을 통해 얻어진 건물손상 정보와 수치해석적인 방법을 통해 얻어진 토석류 재해 유발인자와의 관계를 통해 조적식 건물에 대한 취약함수를 도출하였다. 이와 같은 토석류에 의한 건물취약함수는 토석류 재해로 피해 발생 가능성이 있는 지역의 건물손상 정도를 추정하는데 이용할 수 있으며, 도심지 토석류 재해 취약성 평가에 이용될 수 있을 것으로 기대된다.

항공 라이다 자료를 이용한 토석류 발생지역의 지형복원기법 개발

우충식 ( Choong Shik Woo ),윤호중 ( Ho Joong Youn ),이창우 ( Chang Woo Lee ),이규성 ( Kyu Sung Lee ) 한국지리정보학회 2011 한국지리정보학회지 Vol.14 No.3

항공 LiDAR 측량으로 토석류 발생 전·후의 지형자료를 취득하는 경우 토석류로 인하여 유출 된 토사량을 알 수 있다. 그러나 토석류 발생지를 미리 예측하여 촬영하기가 힘들고, 토석류 발생지역의 과거 항공 LiDAR 자료는 존재가능성이 낮아 토석류 발생이전 지형자료를 이용하는 것은 어렵다. 따라서 본 연구에서는 토석류 발생지역의 토사량 추정을 위해 발생전 지형을 복원하고, 토사유출의 공간적 범위를 파악할 수 있는 지형복원기법을 개발하였다. 지형복원기법은 토석류 발생지역에서 추출한 선형 및 비선형 횡단면을 가우시안혼합모델로 수식화하고 중심점 추정방법과 근사정확도로 근사결과를 평가하여 토석류 발생이전의 지형을 복원한다. 지형복원기법은 토석류 발생 전·후의 항공 LiDAR 자료를 이용하여 두 가지 방법으로 검증하였다. 먼저 토석류 발생구간에서 추출한 각 횡단면을 지형복원하여 발생전 항공 LiDAR 자료와 비교하였다. 또한 토석류 발생지역에 지형복원기법을 적용한 뒤 지형자료를 제작하여 토석류 발생전 항공 LiDAR DEM과 비교하여 검증하였다. 지형복원기법의 검증한 결과 전반적으로 근사정확도가 0.5m에 가까운 높은 정확도를 나타냈다. The flowed soil is able to be estimated from topographic data of before and after the debris flow. However, it is often difficult to obtain airborne LiDAR data before the debris flow area. Thus, this study tries to develop a topographic restoration method that can provide spatial distribution of flowed soil and reconstruct the topography before the debris flow using airborne LiDAR data. The topographic restoration method can express a numerical formula induced from a Gaussian mixture model after extracting the cross sections of linear or non-linear in debris flowed area. The topographic restoration method was verified by two ways using airborne LiDAR data of before and after the debris flow. First, each cross section extracted from the debris flow sites to restore the topography was compared with airborne LiDAR data of before the debris flow. Also, the topographic data produced after the topographic restoration method applied to the debris flow sites was verified by airborne LiDAR DEM. Verifying the results of the topographic restoration method, overall fitting accuracy showed high accuracy close to 0.5m.

수치모형을 이용한 사방댐 설치위치에 따른 토석류 저감량 분석

Won Jun Tak,Kye W on Jun,Byung Sik Kim,Yong Ho Yoon 위기관리 이론과 실천 2017 Crisisonomy Vol.13 No.4

최근 국내에서는 이상기온으로 인한 국지성 폭우와 여름철 태풍 및 집중호우로 인한 다양한 재해가 발생되고 있으며 재해유형중에서도 산지재해에 속하는 토석류가 급증하고 있다. 토석류는 산지에서 일어나는 것으로 한정하기 쉬우나, 도심과 인접한 산지지역에서 토석류가 발생하여 도심지 및 고속 도로, 교량 등에 큰 피해를 불러오기도 한다. 이처럼 토석류는 산지와 도심지 모두 발생 위험성이 높고 피해범위 또한 예측이 쉽지 않아 토석류에 대해 여러분야로 연구가 이루어지고 있다. 이 중에 서도 토석류를 제어하는 가장 효과적인 구조물로 토석류 유출방지시설에 대한 연구가 많이 이루어 지고 있지만 토석류가 발생하거나 또는 토석류 위험지역의 유역특성이나 현장여건을 적용한 토석류 유출저감시설의 위치에 대한 연구는 미비한 상태이다. 따라서, 본 연구에서는 토석류 수치모형을 이용하여 토석류 발생시 이동 메커니즘과 토석류 유출방지시설의 위치별 저감효과를 분석하였다. Recently, South Korea has been facing a range of disasters caused by localized heavy rainfalls, tropical typhoon, and torrential downpours. In particular, debris flows disasters usually occurring in the mountains have rapidly increased during the past few years. However, debris flows are also observed in mountainous areas near cities, bringing significant damages to city centers, highways, bridges, etc. Thereby, debris flows can lead to high risk in both mountainous areas and city centers. In addition, difficulties in debris-flow forecasting increase the need for numerical studies on debris flows. Although various researches have widely been conducted on run-off control facilities for debris flows, it is necessary to focus more on research that would identify an ideal location for debris flow runoff reduction facilities based on basin characteristics or site conditions for the debris flow areas. In this regard, this research used a debris flow numerical model to identify the transfer mechanism of debris flows and analyzed the debris flow reduction effect of runoff control facilities by the installation location.

Analyzing the Effect of Check Dam in Debris Flow Hazard Map Using Random Walk Model

Song Eu,Chang-Woo Lee,Junpyo Seo,Choongshik Woo 위기관리 이론과 실천 2021 Crisisonomy Vol.17 No.9

토석류는 우리나라 주요 산지토사재해 중 하나로, 토석류로 운송된 다량의 토사가 하류 지역에 퇴적 되어 인명 및 재산피해를 일으키기 때문에 토석류로 인한 피해 범위를 예측하여 경계 피난을 위한 기초자료로 활용하는 것이 중요하다. 우리나라 산림청은 Random Walk Model(RWM)을 활용하여 토석류 피해예측지도를 구축하였다. 한편, 산지계류에 설치되는 사방댐은 토석류 유출을 차단하여 피해면적을 감소시키므로 효과적인 토석류 피해예측지도 활용을 위해서는 사방댐의 효과가 고려되 어야 한다. 이 연구에서는 강원도 소재 9개 사방댐 설치 유역에 대해, 사방댐의 효과를 고려한 RWM 토석류 유출 및 퇴적 모의를 통해 토석류 피해예측지도에 대한 사방댐 효과 적용 가능성을 검토하였 다. 분석결과 RWM을 통해 사방댐의 효과는 일정 부분 재현 가능하였으나, 입력 매개변수 및 모델 구성의 한계로 피해예측범위의 수정은 제한될 것으로 판단되었다. 향후 공간해상도의 개선 및 합리 적 붕괴토사량의 산정을 통해 사방댐의 효과를 반영한 효과적인 토석류 피해예측지도 구축이 가능 할 것으로 판단된다. Debris flow transports lots of sediments downstream that cause damage to human lives and properties. The accurate estimation of the debris flow hazard zone is a critical factor of the successful early-warning and evacuation for reducing the debris flow risk. Korea Forest Service has developed a debris flow hazard map using Random Walk Model (RWM). Meanwhile, because check dams in forest watersheds capture discharged debris, the effect of check dams should be considered for mapping the debris flow hazard zone. This study analyzed the effect of check dams on debris flow discharge using RWM with the check dam module. As a result, RWM seems to simulate the sediment capture by check dams. However, the total deposit areas were not significantly different despite the effect of check dams because of input parameters and the flow direction calculation algorithm of RWM. Further studies on appropriate spatial resolution and initial sediment volume should be conducted to improve the debris flow hazard map.

토석류 발생 지형과 유발 강우 특성 분석

김경석(Kim Kyung-Suk) 대한토목학회 2008 대한토목학회논문집 C Vol.28 No.5

토석류 위험에 체계적으로 대응하기 위해서는 토석류가 발생하는 위치의 지형 및 지질 그리고 유발요인 같은 토석류 특정에 대한 조사와 분석이 필요하다. 이 논문에서는 최근 5년간 고속도로에 피해를 유발시킨 48개소의 토석류에 대하여 유역의 지형 및 토석류 유발 강우자료를 조사, 분석하였다. 토석류는 0.01~0.65㎢의 크기를 갖는 규모의 유역에서 발생하였고 집중강우 시 약 29~55° 지형경사를 갖는 자연사변의 표면 파괴에 의해 주로 시작하는 것으로 나타났다. 토석류 유발강우의 경우 재현빈도 2년에서 5년의 강우에도 토석류가 발생할 수 있으며 토석류의 규모는 통일한 유역이라도 강우강도 및 누적 강우특성에 따라 달라질 수 있음을 확인하였다. Investigation and analysis of the debris flow characteristics such as basin topography, geologic conditions of initiation location and triggering rainfall are required to systematically mitigate debris flow hazard. In this paper, 48 debris flows which had caused some damages to the highway in the past 5 years are investigated and their characteristics of basic topography and triggering rainfall are analyzed. Debris flows are found to occur in small basins having the area of 0.0l~0.65㎢ range and mostly initiated by the surficial failure of natural slope having the inclination of 29~55 degree during the intense rainfall. As for the triggering rainfall, rainfall of 2 to 5 year recurrence frequency are found to be able to trigger the debris flow and magnitude of debris flow in a basin could depend on the rainfall intensity and cumulative amount.