UAV 영상 기반 지형정보와 KANAKO 2D를 이용한 토석류 거동에 대한 사방시설의 효과 평가 = Evaluating the effect of check dams on the debris flow behavior using UAV-based geoinformation and the KANAKO 2D model

국문 초록 (Abstract)

이 연구는 2019년 토석류 피해가 발생한 산지유역을 대상으로 토석류 거동을 재현‧모의하고, 사방시설의 효과를 평가할 목적으로 실시하였다. 이를 위하여 무인항공기(unmanned aerial vehicle, UAV)를 이용한 항공사진측량으로부터 수치지형모델 등의 지형정보를 구축하고, 이를 토석류 수치해석 모형인 KANAKO 2D 프로그램의 2차원 영역에 적용하였다. 연구대상지 내 총 18개 지상기준점을 이용하여 제작된 정사영상의 오차 검증을 실시한 결과, 축척 1:1000 및 1:5000의 수치지형도 제작이 가능한 것으로 확인되었다. UAV를 이용한 항공사진측량과 정사영상 제작이 산사태․토석류 조사, 사방사업 계획 수립에 있어 대상 지역의 수치지형정보를 신속히 획득하는데 유용하게 활용될 수 있음이 시사되었다. KANAKO 2D에서 토석류 거동을 재현 모의한 결과, 두 계류에서 발생한 토석류의 속도는 16km/h, 27km/h로 계산되었다. 모의된 토석류의 범람범위를 피해 직후 촬영된 항공사진과 비교한 결과, 면적 중첩률은 평균 92.6%로 높게 나타났다. 토석류 피해 후 시공된 3기의 사방댐을 KANAKO 2D에서 반영하여 동일한 토석류 거동 재현조건에서 모의한 결과, 토석류 유하 차단과 범람 저감에 매우 효과적이었으며, 무시설 대비 토석류 유출량의 저감율은 합류점에 불투과형댐이 시공된 경우 평균 88%로 투과형댐이 시공된 경우의 평균 77% 보다 11%p 높게 나타났다. 사방댐 하류에 시공된 유로공도 토사 범람의 억지에 효과적인 것으로 확인되었다. 또한 합류점 사방댐 직하부에서 관측한 무시설 대비 피크 유량과 피크 토사량 저감율은 불투과형댐은 각각 76%와 88%, 투과형댐은 각각 66%와 74%로, 불투과형댐의 저감율이 다소 높았다. 이 연구의 결과는 UAV 항공영상 기반의 지형정보를 활용한 토석류의 수치모의가 토석류의 거동 및 범람 예측과 사방댐의 재해저감 효과 평가에 유효하게 활용될 수 있음을 시사한다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This study aimed to simulate and evaluate the effect of erosion control facilities on the behavior of debris flow in a small, forested catchment affected by sediment-related disaster in 2019. First, a digital terrain model (DTM) was constructed using unmanned aerial vehicle (UAV) photogrammetry, and then, the DTM-based geoinformation was utilized for numerical simulation of debris flow using the KANAKO 2D software. The result of the geometric accuracy assessment of the UAV-based orthophoto for 18 ground control points showed that the DTM-based geoinformation was suitable for creating digital topographic maps at a scale of 1:1000 and 1:5000. This suggested that aerial photographic surveying and orthophoto image production using UAV can be applied to obtain numerical topographic information of a target area rapidly for post-disaster stage investigation and the establishment of a preventive erosion control plan. The velocity of debris flows generated in two streams was 16 km/h and 27 km/h as per the numerical simulation in KANAKO 2D. The average overlap ratio between the simulated and actual debris flow inundation areas was 92.6%, showing a good simulation performance. Under the same conditions, the simulations showed that three check dams in the study site were very effective in influencing the behavior and reducing the inundation area of debris flow. Compared to before check dam construction, after construction, the average sediment discharge of debris flow declined by 88% and 77% in the case of the close-type dam and slit dam, respectively, at the junction point. Channel training walls below the check dam were also highly effective in preventing debris flow inundation. In addition, the average peak water discharge and peak sediment discharge declined by 76% and 88% for the close-type dam and 66% and 74% for the slit dam, respectively, compared to those before the construction of the check dams. These findings suggest that the numerical simulation of debris flows using UAV-based geoinformation can be used effectively to predict the behavior and inundation pattern of debris flow and to evaluate the effectiveness of check dams in mitigating sediment-related disasters.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서론 1
• Ⅱ. 연구방법 4
• 1. 연구대상지 4
• 가. 일반현황 4
• 나. 피해 및 복구 현황 5
• 2. UAV를 이용한 항공촬영 및 지형정보 구축 10
• 가. 준비작업 10
• 나. 항공사진 촬영 12
• 다. 수치지형정보의 구축 및 정확성 검토 14
• 3. KANAKO 2D를 이용한 토석류 시뮬레이션 15
• 가. 개요 15
• 나. 입력매개변수 18
• 다. 2차원 영역의 지형 및 사방댐 위치 설정 22
• Ⅲ. 결과 및 고찰 26
• 1. UAV 영상 기반 지형정보의 정확성 26
• 2. 토석류 거동 및 범람 재현 모의 28
• 가. 토석류의 거동과 속도 28
• 나. 모의결과와 피해 직후 촬영된 항공사진과의 비교 31
• 3. 토석류 거동에 대한 사방댐의 효과 모의 34
• 가. 사방댐 유무와 유형에 따른 토석류 범람면적 및 유출량 비교 34
• 나. 사방댐 유무와 유형에 따른 합류점에서의 첨두유량 및 유출토사량 비교 37
• 4. 종합고찰 40
• Ⅳ. 결론 41
• □ 참고문헌 43
• □ Abstract 48