1. 서 론
2. 이론적 배경
2.1 강우에 의한 산사태-토석류 연계해석기법
2.2 산사태 예측모델
2.3 토석류 흐름 해석기법
2.4 강우의 영향을 고려한 연행침식작용
2.5 수치모델링 및 해석 절차
3. 제안된 해석기법의 검증 및 적용
3.1 제안된 해석기법의 검증
3.2 산사태-토석류 연계해석 적용
4. 결 론
서 론
토석류는 산지 및 급경사지에서 발생하는 현상으로 일반적으로 산사태가 확장되어 나타난다. 산사태는 강우, 지진 등에 의해 지반의 안정성이 저하되어 발생하며, 특히 강우에 의한 산사태는 모래, 자갈, 점토, 실트와 같은 토사와 물을 함유하여 토석류로 확장된다. 산지에서 발생한 토석류는 하류에 도달하여 인명과 재산의 피해를 야기할 수 있으며(Iverson, 1997), 최근 연구결과에 따르면 기후변화에 따른 이상기상현상으로 토석류의 발생과 영향이 증가하고 있다(Pierce et al., 2004; Stoffel and Beniston, 2006; Jakob and Friele, 2010; Jeong et al., 2015; Hong et al., 2018).
토석류는 주로 얕은사면파괴에 의한 산사태와 연관되며, 이는 토석류의 발생이 선행되는 산사태로부터 시작되기 때문이다. 토석류의 해석은 산사태 발생에 따른 초기 체적이 경사면을 따라 흘러내리는 것을 모사하여 수행되며, 이를 위해서 산사태 발생 예측이 선행되어야 한다. Miller and Burnett(2008)은 산사태로 정의되는 토석류의 발생과 흐름을 결합시켜 미국 오레곤 해안 지방 중부 연안지역을 분석했다. Park et al.(2016)은 DEM(Digital Elevation Model), 경사, 곡률 등을 기반으로 Flow-R 모델을 사용한 토석류 흐름 분석과 강우-침투 및 GIS 기반의 사면안정 모델인 TRIGRS 모델을 연계하여 산사태 및 토석류 분석을 수행하였다.
토석류 흐름의 경로를 따라 발생하는 연행침식작용은 토석류에 의한 하부지반의 침식으로부터 촉발되며, 하류 및 도심지에 도달하는 토석류의 부피를 증가시켜 피해를 가중시키는 원인으로 작용한다. 토석류에 의한 하부지반의 침식은 일반적으로 토석류의 유동특성을 크게 변화시키지 않고 주로 토석류와 하부지반의 통합으로 정의된다(Iverson, 2011). 이처럼 토석류는 하부지반의 토사와 토석류가 혼합되면서 더 큰 체적과 긴 유출거리로 이어질 수 있다.
강우에 의해 형성된 지반의 습윤상태는 토양의 전단강도에 영향을 주어 산사태의 주요 원인이다. 습윤 조건은 일반적으로 모관흡수력의 감소로 인한 지반의 유효응력 감소를 유발하며 강우-침투에 의해 형성된 표토의 포화대인 습윤대에 의해 사면안정성이 감소한다(Hong et al., 2016; Jeong et al., 2018). 또한, 이렇게 감소한 사면안정성은 토석류에 의한 하부지반의 연행침식작용을 증가시킬 것으로 판단된다.
TRIGRS(Baum et al., 2002), YS-Slope(Kim et al., 2014)과 같은 강우에 의한 산사태 예측모델 및 RAMMS(Bartelt et al., 2013), DAN3D(McDougall et al., 2006), TOCHNOG(Crosta et al., 2003), DMM(Kwan and Sun, 2006), SCIDDICA s3-hex(Ambrosio et al., 2003), FLO-2D(O’brien et al., 1993) 등과 같은 토석류 흐름 분석 모델들이 개별적으로 있으며, 산사태 예측모델의 결과를 토석류 해석의 초기조건으로 사용하는 해석방법이 산사태-토석류 연계해석을 위해 사용되고 있다. 하지만, 강우에 의한 산사태-토석류를 완전하게 결합한 해석모델은 제안되지 않았으며, 특히 연행침식작용에 대한 강우의 영향은 고려되고 있지 않다.
이에 본 연구에서는 강우로 인한 산사태와 토석류의 거동분석을 위한 연계해석기법을 제안하고자 한다. 토석류 해석 시 강우-침투 해석과 산사태 안정해석의 결과가 토석류의 거동과 연행침식 작용에 연계되어 강우-침투, 산사태, 토석류에 이르는 일련의 과정에 대하여 실시간 강우를 반영한 일관된 해석이 수행될 수 있도록 구성되었다. 또한, 지리정보시스템(Geographical Information System, GIS)을 기반으로 광역적 분석이 가능하도록 구성되었다. 산사태 해석 결과로부터 산정된 토석류의 초기 체적에 기반하여 토석류 해석이 수행되며, 강우 - 침투 분석에 의해 추정 된 습윤대에 의해 정의되는 사면의 습윤 조건은 토석류 해석의 초기 조건으로 적용되어 연행침식 분석에서 침식 깊이의 계산에 적용되도록 구성되었다.
2. 이론적 배경
2.1 강우에 의한 산사태-토석류 연계해석기법
강우에 의한 산사태는 토사와 물이 혼합되어 토석류로 확장될 수 있으며, 이러한 토석류는 산사태로부터 발생한 초기 체적이 경사면을 따라 흘러내리는 유체의 흐름으로 정의할 수 있다. 또한, 하부 지반은 토석류에 의해 침식되어 체적을 증가시키면서 함께 흘러내릴 수 있으며, 이는 연행침식작용으로 정의된다. 이러한 토석류의 흐름을 해석하기 위해서는 (1) 강우에 의한 산사태 예측, (2) 산사태 예측 결과로부터 토석류의 초기 체적 결정, (3) 연행침식작용을 고려한 토석류 흐름 해석에 이르는 일련의 과정이 필요하다. 본 연구에서 제안된 연계해석기법은 Fig. 1과 같이 산사태 발생부터 연행침식작용을 고려한 토석류 흐름 해석에 이르는 과정을 시뮬레이션하는 해석기법이다. 본 해석기법에서는 산사태에서 토석류로 전이되는 과정을 모사하기 위해 전이 기준을 결정하는 구성모델은 적용되지 않았으며, 무한사면파괴 기준을 초과하면서 유체운동 해석 시 계산되는 운동량이 토석류와 하부 지반 사이의 마찰에 의한 저항력을 초과하여 실제로 운동이 발생하는 경우에 산사태가 토석류로 전이된다고 가정하였다. 강우량, 지반특성 및 지형정보를 포함하는 모든 입력 데이터는 GIS 기반의 래스터 데이터 세트로 구성되며, 시뮬레이션은 구축된 GIS 데이터 세트로부터 정의된 지오메트리에 대하여 수행된다. 먼저 강우-침투 분석을 수행하여 강우자료와 토양층의 수문학적 특성에 따른 습윤대 깊이 분포를 계산한다. 산사태 발생시 침식 깊이는 가장 위험한 깊이에서 발생하며, 토양이 균질하다면 이는 습윤대가 위치한 깊이와 같게 나타므로 습윤대 깊이를 사면안정해석의 사면파괴 깊이로 적용하였다(Cho and Lee, 2002; Gavin and Xue, 2008; Muntohar and Liao, 2009). 또한, 강우에 의한 습윤대가 연행침식작용에 미치는 영향을 고려하기 위해 연행침식작용 해석에서 초기 습윤 조건으로 적용되었다. 산사태의 위치와 두께는 사면안정해석으로부터 추정되며, 토석류의 초기 발생 위치 및 체적으로 적용되었다. 토석류의 흐름은 Navier-Stokes 운동방정식과 연속방정식의 해를 유한체적법으로 추정한 것으로부터 계산되며, 이 때 계산된 토석류에 의한 하중을 고려하여 연행침식작용을 분석하였다.
2.2 산사태 예측모델
산사태 예측모델에는 강우-침투 모델과 사면안정해석 모델을 기반으로 강우에 의한 산사태 예측방법을 적용하였다. 강우-침투 모델에는 Mein and Larson(1973)에 의해 제안된 Modified Green-Ampt 모델을 적용하였으며, 지반의 함수특성 및 투수특성과 강우조건으로부터 습윤대 두께를 계산한다. 강우강도(I)가 투수계수(Ks)보다 큰 경우에는 Fig. 2와 같이 침투 비율(Infiltration rate)이 결정되며, Eqs. (1)∼(3)과 같이 폰딩시간(tp), 누적침투량(Ic) 및 습윤대 깊이(Zw)가 계산된다.
| $$t_p=\frac{K_s\cdot\psi_f\cdot\Delta\theta}{I_c(I_c-K_s)}$$ | (1) |
| $$I_c=I\cdot t_p+\int_{t_p}^{t_w}K_s\left(1+\frac{\psi_f\cdot\Delta\theta}{I_c}\right)$$ | (2) |
| $$Z_w=\frac{I_c}{\Delta\theta}=\frac{I\cdot t_p+\int_{t_p}^{t_w}K_s\left(1+{\displaystyle\frac{\psi_f\cdot\Delta\theta}{I_c}}\right)}{\Delta\theta}$$ | (3) |
여기서, ψf는 모관흡입고, Δθ는 체적함수비 변화량, tw는 강우지속시간을 의미한다.
반면에 투수계수(Ks)보타 강우강도(I가 작은 경우에는 Fig. 3과 같이 침투 비율이 결정되며, 누적 침투량(Ic) 및 습윤대 깊이(Zw)가 Eqs. (4)∼(5)와 같이 계산된다.
| $$I_c=I\cdot t_w$$ | (4) |
| $$Z_w=\frac{I_c}{\Delta\theta}=\frac{I\cdot t_w}{\Delta\theta}$$ | (5) |
사면안정해석은 무한사면 파괴 모델로부터 안전율을 계산하여 수행되며, 일반적인 무한사면 파괴 모델에서 습윤대 조건 및 식생 하중과 뿌리에 의한 저항력이 함께 고려되었다. 안전율(FS)은 Eq. (6)과 같이 계산되며, 안전율이 1보다 작은 경우 사면파괴가 발생한 것으로 정의하였다.
| $$FS=\frac{(c'_s+c'_r)+((\gamma_{sat}-\gamma_w)Z_w+q_0)\cos^2\delta\cdot\tan\phi'}{(\gamma_{sat}\cdot Z_w+q_0)\sin\delta\cdot\cos\delta}$$ | (6) |
여기서, c's는 지반의 점착력, c'r은 식생뿌리에 의한 저항력, γsat는 지반의 포화단위중량, γw는 물의 단위중량, q0는 식생 하중, δ는 사면의 경사, φ'은 지반의 내부마찰각을 의미한다.
2.3 토석류 흐름 해석기법
본 연구에서 토석류의 흐름은 물과 토사의 혼합물로 정의되며, 비압축성-비정상 유체 연속흐름으로 가정된다. 이러한 토석류의 흐름을 분석하기 위해 Eq. (7)과 같은 연속방정식과 Eqs. (8)∼(10)과 같은 Navier-Stokes 운동방정식이 지배방정식으로 적용되었다.
| $$\frac{du}{dx}+\frac{dv}{dy}+\frac{dw}{dz}=0$$ | (7) |
| $$\rho_d\left(\frac{du}{dt}+u\frac{du}{dx}+v\frac{du}{dy}+w\frac{du}{dz}\right)=-\frac{dp}{dx}+\mu\left(\frac{d^2u}{dx^2}+\frac{d^2u}{dy^2}+\frac{d^2u}{dz^2}\right)$$ | (8) |
| $$\rho_d\left(\frac{dv}{dt}+u\frac{dv}{dx}+v\frac{dv}{dy}+w\frac{dv}{dz}\right)=-\frac{dp}{dy}+\mu\left(\frac{d^2v}{dx^2}+\frac{d^2v}{dy^2}+\frac{d^2v}{dz^2}\right)$$ | (9) |
| $$\rho_d\left(\frac{dw}{dt}+u\frac{dw}{dx}+v\frac{dw}{dy}+w\frac{dw}{dz}\right)=\rho_dg-\frac{dp}{dz}+\mu\left(\frac{d^2w}{dx^2}+\frac{d^2w}{dy^2}+\frac{d^2w}{dz^2}\right)$$ | (10) |
여기서, u, v, w는 각각 x, y, z방향 속도, ρd는 토석류의 밀도, μ는 토석류의 점성, p는 압력, g는 중력가속도, t는 시간을 의미한다.
이러한 지배방정식을 토석류에 대하여 풀어내기 위해 Fig. 4와 같이 토석류를 특정 두께(h)를 갖는 유체로 정의하고 z=ζb에서 z=ζ까지 적분하였으며, Eqs. (11)∼(13)과 같다.
| $$\frac d{dx}(FL_x)+\frac d{dy}(FL_y)+\frac{dh}{dt}=0$$ | (11) |
여기서, , 로 각각 x, y방향의 토석류 흐름량, α는 수직방향으로의 속도 프로파일의 균일성을 정의하며 유속분포가 평탄한 경우에는 1의 값을 갖고 거친 경사면에서 암석과 자갈을 다수 포함하는 흐름은 1.25의 값을 갖는다. β는 수평-수직 응력의 비율을 의미하며 유체의 경우 대부분 1의 값을 갖는다. H는 토석류를 포함하는 표고값, τbx, τby는 각각 x, y방향의 토석류와 바닥면 사이의 마찰을 의미한다.
2.4 강우의 영향을 고려한 연행침식작용
토석류에 의한 연행침식은 토석류의 무게에 의한 하중이 하부 지반의 불안정을 초래하여 발생한다. 연행침식에 의해 토석류의 체적이 증가하고 지표 형상 및 속도가 변화하며, 구성 비율, 점성과 같은 물성의 변화가 나타날 수 있다. 본 연구에서는 연행침식에 의한 토석류 물성변화는 고려하지 않았으며, 토석류 체적의 변화를 고려하기 위해 평형 상태에 있는 경사면에 토석류에 의한 연직방향 하중이 작용하여 발생하는 침식 깊이를 추정하여 연행침식작용을 분석하였다.
경사면의 안정성은 산사태 해석 모델과 마찬가지로 수정된 무한사면파괴모델을 적용하였으며, 습윤대 조건과 토석류 무게에 의한 하중을 고려하였다. 토석류의 무게에 의한 하중(W)은 Eqs. (14)∼(15)와 같고, 이를 고려한 하부 지반의 사면안전율(FSe)은 Eqs. (16)∼(17)과 같다.
| $$W=\gamma_dZ_d+\gamma_{sat}Z_e\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;(Z_e\leq Z_w)$$ | (14) |
| $$W=\gamma_dZ_d+\gamma_{sat}Z_w+\gamma_t(Z_e-Z_w)\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;(Z_e\geq Z_w)$$ | (15) |
| $$FS_e=\frac{c'_s+\left[W-\gamma_w(Z_e+Z_d)\right]\cos^2\delta\cdot\tan\phi'}{W\cdot\sin\delta\cdot\cos\delta}\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;(Z_e\leq Z_w)$$ | (16) |
| $$FS_e=\frac{c'_s+\left[W-\gamma_w(Z_w+Z_d)\right]\cos^2\delta\cdot\tan\phi'}{W\cdot\sin\delta\cdot\cos\delta}\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;(Z_e\geq Z_w)$$ | (17) |
여기서, Zd는 토석류의 두께이며 앞에서 언급한 h와 동일한 값을 갖는다. Ze는 가정된 파괴면, Zw는 습윤대 두께, γd는 토석류의 단위중량을 의미한다.
본 연구에서 정의된 연행침식작용 메커니즘은 Fig. 5와 같고 표토에서 가정된 침식 깊이(Ze)를 증가시키면서 깊이별 사면안전율을 계산하면 Fig. 6과 같이 나타난다. 습윤대 조건을 고려하는 경우(Zw≠0)에는 고려하지 않은 경우(Zw=0)에 비해 침식 깊이가 더 크게 산정되며, 이를 통해 강우의 영향을 고려한 연행침식작용을 계산하였다.
2.5 수치모델링 및 해석 절차
본 해석기법의 모델링은 Fig. 7a와 같이 특정 값을 갖는 격자의 집합인 래스터 데이터 구조를 갖는다. 이는 GIS 기반의 사면안정해석과 Fig. 7b와 같이 그리드 지오메트리를 형성하여 유한체적분석에 적용된다. Fig. 8과 같이 유한체적해석의 개략적인 계산구조는 순방향 차분법을 사용하는 Explicit method를 적용하여 연속방정식 및 운동방정식을 푸는데 사용된다. 결과적으로 Eqs. (11)∼(13)의 토석류 체적에 대하여 적분된 연속방정식과 운동방정식은 이산화되어 차분법에 의해 해가 구해지고 이를 통해 토석류 흐름해석이 수행된다.
3. 제안된 해석기법의 검증 및 적용
3.1 제안된 해석기법의 검증
3.1.1 실규모 토석류 시험(Iverson et al., 2011)
Iverson et al.(2011)은 Fig. 9와 같이 길이 95m, 폭 2m의 실험대에 다양한 함수비 조건을 갖는 토사와 물의 혼합물을 사용하여 8회의 현장규모 실험을 수행했다. 6m3의 체적을 갖는 약 56%의 자갈, 37%의 모래 및 7%의 점토로 구성된 토사가 Head gate에서 배출되어 침식가능한 12cm의 퇴적토 위로 흘러내렸다. 퇴적토의 평균 두께는 12cm이며 Head gate로부터 6m 지점에서 53m까지 덮고 있다. 본 연구에서는 Fig. 10과 같이 Major and Pierson(1992)과 Wang(1993)에 의해 제시된 토사와 물의 혼합물에서 토사의 농도와 점성 사이의 관계로부터 체적함수비에 따라 초기 점성 조건을 변화시키면서 실험 결과와 해석결과를 비교하였다. 해석 모델링 및 입력변수는 Iverson et al.(2011)이 제시한 실험 조건을 참고하여 Fig. 11 및 Table 1과 같이 결정하였다.
Fig. 10.
Relationship between solid concentration and viscosity applied in this study (Major and Pierson, 1992; Wang, 1993)
Table 1. Input parameters of the numerical analysis for the field-scale experiment
Iverson et al.(2011)은 토석류가 Head gate에서 방출되었을 때 속도가 급격하게 증가했으며, 초기상태 이후에 퇴적토의 연행침식효과가 두드러지게 나타나면서 토석류의 체적이 증가하였고 속도는 경사면을 지나면서 천천히 증가했다고 보고했다. Side wall에 일정 간격으로 배치된 센서 및 녹화된 비디오를 통해 관측된 각 실험의 토석류 위치는 Fig. 12a와 같고 해석 결과는 Fig. 12b와 같다. 이를 비교하면 Fig. 12c와 같이 해석 결과와 관측 결과가 Head gate 개방 직후 급격한 가속에서부터 최종 퇴적까지 유사한 거동을 보여주고 있다. 토석류 유동과 연행침식작용에 의한 효과에 대한 정량적인 비교분석을 위해 60m에서 70m 까지의 속도와 체적을 침식 가능한 퇴적토가 없는 경우에 대하여 표준화되었다. 표준화된 체적은 토석류의 총 체적을 초기 체적인 6m3으로 나눈 값으로 정의되었으며, 표준화된 속도는 실험의 경우 퇴적토가 없을 때 60m에서 70m 까지의 평균 속도인 9.8m/s로, 수치해석의 경우 9.4m/s로 나눈 값으로 정의되었다. 표준화된 체적과 속도의 곱으로 정의된 운동량 또한 실험결과와 해석결과가 비교되었다. 비교 결과는 Fig. 13과 같으며, 해석 결과와 측정 결과가 유사하게 나타났다. 이로부터 제안된 방법은 연행침식 및 토석류 흐름을 합리적으로 예측할 수 있음을 확인하였다.
3.1.2 유역단위 토석류 흐름 해석(Yu Tung Road debris flow)
유역단위 토석류 흐름 해석 대상 지역은 Fig. 14와 같이 홍콩 Lantau 지역의 Tung Chung 신도시 남동쪽에 위치한 Yu Tung Road 옆에 위치한 유역으로 상류에는 30°에서 45°의 경사가 있으며 국지적으로 가파른 암석 노출 지역이 있다. 중류의 경사는 15°에서 30° 사이로 분포하며, 하류는 15° 미만으로 완만한 경사가 분포한다. 2008년 6월 7일 오전 9시경 본 유역에서 토석류가 발생하였으며 Yu Tung Road까지 도달하여 피해를 야기했다. 홍콩 GEO(Geotechnical Engineering Office)에서 발행한 GEO report No. 270(Kwan, 2012)에 보고된 바에 따르면 현장 조사로부터 유역 최상부에서 발생한 산사태의 체적은 2,350m3으로 추정되었고, 연행침식에 의해 최대 3,400m3까지 체적이 증가된 것으로 관찰되었다. 수치해석 모델링은 GEO report No. 270(2012)를 참고하였으며, 적용된 입력변수는 Table 2와 같다.
Table 2. The input data set and parameters for the Yu Tung Road case (Geo report No. 271, 2012)
토석류 흐름 해석 결과로부터 시간에 따른 토석류의 위치 및 두께는 Fig. 15와 같이 나타났으며, 하부 지반의 침식과 퇴적이 흐름 경로상에 발생하고 최종적으로 하류에 도달하여 퇴적되었다. 토석류 전방 위치에 따른 체적을 관측 결과와 비교하면 Fig. 16a와 같다. 해석 결과는 중간 지역인 200m에서 350m 구간에서 다소 차이가 있지만, 최대 체적은 3,480m3으로 관측 결과와 유사하게 나타났다. 또한 Fig. 16b∼16c와 같이 시간에 따른 토석류 전방 위치와 이에 따른 속도를 비교하였으며, 이전 연구자들에 의해 수행된 수치해석 결과와 비교하였다. 비교 결과, 본 연구에서 수행된 토석류 흐름 해석 결과가 유역단위 해석에서도 관측결과 및 이전 연구 결과와 유사하게 나타났다. 이로부터 본 연구에서 제안된 토석류 흐름 해석기법이 불규칙한 지형을 갖는 유역에 대하여 합리적인 예측이 가능함을 확인했다.
3.2 산사태-토석류 연계해석 적용
본 연구에서 제안된 산사태-토석류 연계해석기법의 적용은 2011년 7월 27일 서울 우면산에서 발생한 산사태 중 형촌마을 유역을 대상으로 수행하였다. 산사태 발생 직전인 26일 오후 6시부터 27일 오전 9시까지 발생한 누적강우량은 우면산 인근의 두 관측소에서 각각 424.5mm(남현 관측소), 364.5mm(서초 관측소)로 관측되었으며, 이를 산사태-토석류 연계해석의 입력강우로 적용하였다. 해석 모델링은 Kim et al.(2017)에 의해 보고된 해당 지역의 지반조사 결과로부터 산출된 지형 및 지반정보를 참고하였다. 해석대상 유역의 경사와 토심은 Fig. 17과 같고 입력변수는 Table 3과 같다.
Table 3. The input data set and parameters for the Hyeonchon watershed case (Jeong et al., 2017)
수치해석 결과는 산사태 발생 위치 및 토석류 최종 체적에 대하여 관측된 결과와 비교하였다. Jeong et al.(2015)는 산사태 발생 전후 위성사진을 분석하여 우면산 산사태의 발생 위치를 분석하였으며, 이 결과는 Fig. 18과 같이 본 연구에서 제안된 해석기법으로부터 예측된 산사태 예측결과와 비교되었다. Kim et al.(2014)는 해석대상 유역의 산사태 전후 LiDAR DEM을 상세분석하여 토석류의 최종 체적을 32,480m3으로 보고하였으며, 이 결과는 Fig. 19와 같이 본 연구에서 계산된 토석류 체적과 비교되었다. 비교 결과, 관측된 산사태는 총 23개 위치에서 발생한 것으로 나타났으며, 해석 결과 23건의 발생위치 중 19건이 동일하게 예측되었고 4개 위치는 예측되지 못한 것으로 나타났다. 토석류 체적의 경우에는 해석 결과 초기 체적 15,151m3에서 최종적으로 33,351m3으로 연행침식에 의해 체적이 증가한 것으로 나타났으며, 이는 관측 결과인 32,480m3와 유사하다. 연행침식을 고려하지 않거나 연행침식작용 분석 시 강우에 의한 습윤대 조건을 고려하지 않은 경우에는 관측결과에 비해 현저히 작게 토석류의 체적을 예측하는 것으로 나타났다. 이로부터 본 연구에서 제안된 산사태-토석류 연계해석기법은 이와 같은 강우에 의한 산사태 및 토석류 흐름에 대한 분석을 합리적으로 수행한다고 판단되며, 연행침식작용 분석 시 강우의 영향을 고려하는 것이 보다 정확한 예측결과를 도출할 수 있음을 알 수 있다.
4. 결 론
본 연구에서는 강우에 의한 산사태와 토석류에 대한 연계해석기법이 제안되었으며, 산사태 발생 위치 및 체적을 토석류의 초기 발생 위치 및 체적 조건으로 사용하고 강우-침투에 의해 형성된 습윤대에 의해 정의되는 하부 지반의 습윤 조건이 토석류에 의한 연행침식작용 분석에서 고려되었다. 본 연계해석기법을 활용한 해석 결과와 기존 연구자들에 의해 보고된 관측 결과를 비교하여 해석기법에 대한 검증 및 적용성을 확인하였으며, 이로부터 다음과 같은 결론을 얻었다.
(1) 본 연구에서 제안된 산사태-토석류 연계해석기법은 기존의 산사태와 토석류 흐름을 분리해서 분석하는 문제를 극복하였으며, 특히 강우에 의한 산사태뿐만 아니라 토석류에 의한 연행침식작용에 대한 강우의 영향을 분석할 수 있다.
(2) 본 연계해석기법의 해석 결과와 실규모 토석류 모의실험 결과를 비교하였으며, 그 결과 시간에 따른 토석류 전방 위치 및 토석류의 속도, 체적, 운동량 측면에서 해석과 실험 결과가 서로 유사하게 나타났다. 이로부터 본 연계해석기법이 토석류의 거동을 잘 모사하는 것으로 판단된다.
(3) 불규칙한 지형을 갖는 유역단위의 토석류 흐름 해석 결과 본 해석과 기존 연구자들에 의해 보고된 관측 및 해석이 서로 유사한 결과를 보였으며, 이로부터 본 해석기법이 다양하고 복잡한 지형을 갖는 사면에 적용한 경우에도 합리적인 예측결과를 도출할 수 있음을 확인하였다.
(4) 최종적으로 강우에 의한 산사태-토석류 연계해석 결과를 관측값과 비교한 결과, 산사태 해석은 약 83% (23건 중 19건)의 예측율을 보였으며, 토석류의 최종 체적은 관측값과의 오차가 관측값의 약 3%(871m3)로 매우 작게 나타났다. 이로부터 연행침식작용 분석 시 강우의 영향을 고려하는 것이 보다 정확한 예측결과를 도출할 수 있다고 판단된다.
