산지토사재해 해석 모형을 이용한 위험 지역 분석에 관한 연구 = A study on risk area analysis using mountain sediment disaster analysis model

국문 초록 (Abstract)

우리나라는 국토의 62%가 산림 지역으로 산지부근에 도시의 거주지를 개발하여야 하며 기후변화로 인한 국지성 집중호우와 개발을 위한 무분별한 산림훼손에 의해 도심지 내의 산지에서 토사재해가 발생하는 경우가 증가하고 있다. 시간당 100㎜가 넘는 국지성 집중호우, 태풍과 장마의 불규칙성, 강수량의 편차 등 지구온난화에 의한 기후변화로 인해 산지토사재해의 예측은 점점 어려워지고 있다. 산사태 및 토석류에 의한 피해 발생 가능성을 예측하고 정보를 제공하기 위해 산림청의 산사태위험지도를 많이 활용하고 있다. 그러나 산사태위험지도는 급경사지대에서 위험등급이 높게 평가되나 산사태 위험예측에는 한계가 존재하며 사면안정해석에 의해 작성되는 산사태위험지도와는 상당히 다른 양상을 보일 수 있다.
본 연구에서는 2022년 8월 토석류 피해가 발생한 서울시 방배동을 대상으로 수치지형도를 바탕으로 무한사면안정해석 SINMAP모형과 원호활동해석 SLOPE/W모형을 통하여 산사태 위험을 예측하였다. SINMAP검토 결과 경사 30°이상이면서, 사면 안정지수가 1미만인 위험등급 1, 2등급 구역이 전체 면적의 13.68%로 파악되었다. 그리고 안전등급으로 평가되었던 피해발생지역의 기존 산사태위험지도와는 상당히 다른 양상을 보였다. 붕괴가 발생한 지역의 경사면에 SLOPE/W모형을 적용하여 피해가 발생한 지역의 상부사면을 모델링하여 안정성을 해석한 결과 건기 시, 우기 시, 그리고 지진 시 모든 경우에 대하여 기준안전율에 미달하는 결과가 도출되어 사면이 불안정한 것으로 나타났다.
SINMAP과 SLOPE/W 모형을 기반으로 산사태 위험지역으로 예측된 지점들에 대하여 FLO-2D를 적용하여 토석류의 흐름 특성을 분석하였다. 모형의 적용시 대상지역을 사면형 토석류로 검토하였으며 산사태 위험지역으로 예측된 위치와 실제 토석류 발생위치, 그리고 거동 특성이 상당히 일치하는 것으로 나타났다. 또한 방배동 산 9-1번지 일원 피해발생지역에 토석류 방지벽 설치를 모의한 결과 1m 높이의 토석류 방지벽을 설치할 경우 토석류가 월류 없이 차단됨을 확인하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In Korea, 64% of the country's land is forested, and urban residences must be developed near mountainous areas. Due to climate change, localized torrential rains and indiscriminate forest damage for development are increasing the number of cases of landslides in mountainous areas within urban areas. Prediction of landslides is becoming increasingly difficult due to climate change caused by global warming, such as localized torrential rain exceeding 100 mm per hour, irregularities in typhoons and monsoons, and variations in precipitation. The Korea Forest Service's landslide hazard map is widely used to predict the possibility of damage caused by landslides and debris flow and to provide information. However, although the risk level of the landslide hazard map is highly evaluated in steep slopes, there are limitations in predicting landslide risk, and it may show a significantly different aspect from the landslide hazard map prepared by slope stability analysis.
In this study, the risk of landslides was predicted through the infinite slope stability analysis SINMAP model and the arc activity analysis SLOPE/W model based on the digital topographic map for Bangbae-dong, Seoul, where debris flow damage occurred in August 2022. As a result of the SINMAP review, 13.68% of the total area was identified as risk grade 1 and 2 areas with a slope of 30° or more and a slope stability index of less than 1. In addition, it showed a significantly different aspect from the existing landslide hazard map of the affected area, which was evaluated by safety level. As a result of analyzing the stability by modeling the upper slope of the damaged area by applying the SLOPE/W model to the slope of the area where the collapse occurred, results that fell short of the standard safety factor were obtained in all cases during the dry season, rainy season, and earthquake. So it turned out that the slope was unstable.
Based on the SINMAP and SLOPE/W models, the flow characteristics of the debris flow were analyzed by applying FLO-2D to the points predicted as landslide risk areas. When the model was applied, the study area was reviewed as a slope-type debris flow, and it was found that the predicted location of the landslide risk area, the actual location of the debris flow, and the behavior characteristics were quite consistent. In addition, as a result of simulating the installation of a debris flow prevention wall in the damaged area of ​​San 9-1, Bangbae-dong, it was confirmed that the debris flow was blocked without overflow when a 1m high debris flow prevention wall was installed.

목차 (Table of Contents)

• 국문요약 i
• 목 차 iii
• 표 목 차 v
• 그림목차 vii
• I. 서론 1
• 1.1 연구 배경 및 목적 1
• 1.2 연구 동향 4
• 1.3 연구내용 및 절차 8
• 1.3.1 연구내용 8
• 1.3.2 연구절차 10
• II. 산사태 및 토석류 이론적 배경 및 분석모형 11
• 2.1 산사태 11
• 2.1.1 산사태 정의와 분류 11
• 2.1.2 산사태 발생원인 13
• 2.2 토석류 16
• 2.2.1 토석류 정의와 분류 16
• 2.2.2 토석류 발생원인과 특성 19
• 2.3 분석모형 22
• 2.3.1 SINMAP 모형 22
• 2.3.2 SLOPE/W 모형 26
• 2.3.3 FLO-2D 모형 27
• III. 대상지역 선정 및 자료 분석 31
• 3.1 기초 현황 조사연구대상지역 31
• 3.1.1 기상·수문 현황 조사 31
• 3.1.2 연구대상지역 개요 32
• 3.1.3 표고 및 경사 34
• 3.1.4 토양 및 지질 36
• 3.1.5 사면현장 조사 38
• IV. 산사태 해석 모형의 적용 및 분석 41
• 4.1 SINMAP을 활용한 산사태 위험 예측 41
• 4.1.1 산사태 해석 모형 41
• 4.1.2 수치표고모형 작성 42
• 4.1.3 SINMAP입력 매개변수 44
• 4.1.4 SINMAP 해석 절차 46
• 4.1.5 SINMAP 산사태 위험성 검토 결과 47
• 4.2 SLOPE/W 모형에 의한 사면안정성 분석 49
• 4.2.1 사면 안정 해석 49
• 4.2.2 SLOPE/W 모형 해석 51
• 4.2.3 SLOPE/W 모델링 52
• 4.2.4 사면안정성 해석 결과 55
• 4.3 FLO-2D모형에 의한 토석류 거동 분석 58
• 4.3.1 FLO-2D 모형의 구축 58
• 4.3.2 토석류 거동 특성 분석 60
• 4.3.3 토석류 Risk Map 63
• V. 결론 65
• 참고문헌 67