• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.367-367
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• 2015

토석류는 바위, 자갈, 토사 등이 물과 혼합하여 흐르는 재해 현상이다. 근래에 이슈가 되었던 우면산 토석류사태, 춘천시 펜션 토석류재해로 인한 피해로 토석류에 대한 국민적 관심이 높아지게 되었다. 토석류의 피해를 저감하기 위한 대표적 시설로는 사방댐, 링네트, 브레이커시스템 등의 다양한 저감시설이 있다. 2000년 이후 국내에는 사방댐 형태의 토석류 유출저감시설의 설치가 매년 증가하고 있다. 그러나 대부분의 사방시설은 표준화된 설계기준에 의해 시공되기 보다는 단순한 검토만을 통해 시공되고 있어 관리적인 측면에서 문제점이 대두되고 있다. 또한 대부분 구조적인 안정성 검토는 이루어지고 있으나 수리적인 특성을 고려한 검토는 미흡한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 수리 실험 연구를 진행하기 위한 실험계획을 수립하고, 수리실험에 사용할 토석류 유출 저감시설 축소모형을 제작하였다. 모형의 제작 방법으로는 최근 다양한 분야에 활용되며, 널리 보급 되고 있는 3D프린터를 이용하였다. 3D프린터는 레이어를 한 장씩 쌓는 과정으로 제작되어 정밀하고 세밀한 모형물을 제작할 수 있다. 이러한 특성을 활용하여 기존에 단순화 시켜 제작되던 모형을 실제와 거의 동일한 형태로 제작하였다. 본 연구에서는 3D 프린터로 제작된 실험용 모형을 이용하여 토석류 유출저감시설의 토석류 저감효과 분석을 위한 기초 수리실험을 수행하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.227-227
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• 2020

최근 국내에서는 이상기온으로 인한 국지성 폭우와 여름철 태풍과 집중호우로 인해 다양한 재해 유형 중 산악지역을 중심으로 산지재해의 피해가 증가하는 추세이다. 본 논문에서는 토석류 피해지역 중 토석류가 발생한 메인계류와 해당 하류지역을 대상으로 연간지형변화 및 침·퇴적분석에 대해 기술하였다. 대상지역은 2012년 루사로 인해 토석류 피해가 발생한 인제군(설악산 국립공원)지역으로 거주하는 인원이 없어 민가나 생활시설에 미치는 영향은 크지 않지만 하류지역에 교량 및 도로가 위치하고 있어 토석류가 재발생시 위험한 지역으로 분류할 수 있다. 이에 2012 ~ 2020년까지 LiDAR 촬영을 이용한 현장모니터링을 실시하고 있다. 모니터링 데이터를 종합하여 년도별 지형자료를 구축하였으며 인명피해 위험성이 적어 복구가 늦어지거나 계획이 없는 자연사면지역에서의 지형변화를 살펴보았다. 또한 토석류 계류지역과 하류부를 중심으로 침·퇴적 분석을 실시하였다. 계류지역에서는 횡 넓이, 유동심, 크게는 방향, 식생 등에 대한 변화를 분석하였으며 하류부에 위치한 교량 및 도로 등 구조물, 시설물들에 미치는 영향을 분석하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.356-356
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• 2020

주거시설 확장 및 도심 내 인프라 구축을 위한 지속적인 산지 개발과 기후변동성 확대로 발생하는 게릴라 국지성 집중호우 등으로 인해 토석류의 발생가능성은 지속적으로 확대되고 있다.(kim et al., 2008) 그러나, 현재 국내의 토석류 방재시설에 대한 설치는 아직 미흡한 실정이며 아직 경사지 재해 발생 위험지역에는 방재시설 설치가 필요하다. 지자체의 제한된 예산으로는 필요한 모든 지역에 설치가 불가하기 때문에 순차적으로 효율적인 설치가 이루어질 필요가 있다. 이에 본 연구에서는 도심지 내 소규모 산지에 대한 효율적인 설치방안을 모색하기 위해서 방재시설 설치 이후 토석류의 거동을 수치모의를 통해 방재시설 설치의 효율성을 분석하였다. 도심지 내 위치한 토석류 발생이력이 있는 소규모 산지의 토석류의 특성을 조사한 결과, 주요 발생원인은 국지성 집중호우로 인한 지반 약화로 인해 급경사를 이루고 있는 암반층 상단에 분포한 퇴적층의 붕괴가 주요 원인으로 나타났다(Kang et al, 2014) 조사결과에 근거하여 해당 유역에 대한 토석류 발생의 유입조건을 산정하였으며 유입조건에 대해 토석류 거동 예측 2차원 해석 소프트웨어인 FLO-2D를 사용하였다. 수치모의를 수행하여 방재시설이 미설치된 상태에서 발생한 토석류의 거동을 실제 발생한 토석류와 비교하였다. 또한, 수치모의에서 방재시설의 구현이 제한되므로 4가지 방재시설(교란사면용 토석류 방지시설, 울타리형 토석류 방지시설, 토사유출 저감용 지오셀, 토석류 방재장치)에 대해 경계조건의 변경을 통해 간접적으로 구현해 결과를 분석하였다. 방재시설은 종류 및 설치위치에 따라 토석류에 대한 피해저감효과가 상이하게 나타났다. 토석류 방재장치를 토석류 발생위치 전방 50 m 지점에 토석류 방재장치를 설치한 경우, 토석류의 유속이 20% 감소하여 피해범위는 36% 감소하였으며, 전방 200 m 지점에 설치한 경우, 피해범위가 14% 감소하였다. 검토한 4가지의 토석류 방재시설 중 토석류 방재장치가 가장 효율적인 결과를 나타냈다. 향후에는 피해범위에 대한 조건 외에 시공 및 유지관리 등에 대한 경제성검토를 한다면 종합적으로 방재시설 효율성을 검토할 수 있을 것으로 본다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.192-192
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• 2021

산지 사면에서 발생한 토석류는 지형변화에 큰 영향을 미치는 대표적인 자연재해이다. 특히, 집중호우로 인해 발생하는 산사태의 경우 단시간에 많은 토사가 붕괴되며, 이는 매우 빠른 속도로 유동하는 토석류로 발전할 수 있다. 이러한 토석류가 도심지역에서 발생할 경우 많은 인명 및 재산피해를 야기하며, 이와 같은 피해를 저감하기 위해선 토석류의 유동과 피해규모를 예측할 수 있는 수치모형을 통한 연구가 필수적으로 이루어져야한다. 유동 및 퇴적지역의 피해규모를 크게 증가시킬 수 있는 침식-연행작용에 대한 연구는 최근에 활발히 이루어지고 있다. 수치모형으로 분석된 피해범위와 규모를 정밀하게 산정하기 위해선 침적과정에 대한 구현·해석이 필요하나 국내·외적으로 토석류 침적에 대한 연구는 미비한인 실정이다. 이에 본 연구는 침적을 고려하는 침식-연행작용 모형을 개발하여 토석류의 유동 및 퇴적과정을 자연현상에 가깝게 묘사하고자 하였다. 해당 모형은 2011년 우면산 일대에서 발생한 일련의 토석류를 대상으로 검증하고자하며, 연구지역의 지형 및 붕괴지점 자료는 토석류 발생 전·후 DEMs(Digital Elevation Models)을 이용하여 구축하였다. 현장에서 관측된 피해 범위, 총퇴적량, 특정 지점에서의 최대 피해 높이와 첨두속도 등은 실측자료로 활용하여 모형의 결과와 비교·분석하였으며 이를 통해 모형의 성능을 검증하고자 하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.235-235
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• 2021

아시아 몬순기후의 영향에 의해 우리나라는 2020년 7월부터 9월까지 약 90일간의 장마로 인해 크고 작은 수재해가 발생하였다. 특히, 안성, 충주, 음성 그리고 곡성 등에서 인명피해가 발생하였으며, 그 외 13개소에서 많은 재산 피해가 발생하였다. 2020년 산사태/토석류 재해로 인한 전국적인 피해액은 약 3,900억으로 보고되고 있으며, 매년 집중호우에 의해 피해 양상이 변하고, 도시지역에서의 발생이 빈번하게 늘고 있다. 집중호우에 의한 산사태/토석류 전이 피해를 저감시키기 위해서는 발생 물질이 어디까지 이동할 수 있는지에 대한 위험범위확산에 대한 연구가 중요하며, 이런 연구를 기반으로 인명피해를 줄이기 위한 연구가 필요하다. 이를 위해 본 연구에서는 천수방정식, 유변학특성 식 그리고 연행침식 식을 조합하여 개발된 적응형 격자기반 2차원 토석류 모델을 이용하여 안성, 음성 그리고 단성지역에서 발생했었던 산사태/토석류 전이 피해 양상을 해석하였다. 산사태 발생 후 2~3일 이내에 지표 지질 및 지형 조사를 실시하였으며, UAV 및 항공사진을 이용하여 산사태 및 토석류의 형태를 맵핑하였다. 지질 및 지형조사 시 간이 Vein tester를 이용하여 야외에서 토양 물성관련 자료를 취득하였으며, 토석류의 이동 흔적(나무 등에의 토석류 타격 흔적)을 이용하여 조사지점에서의 최대 토석류 흐름 깊이를 추정하였다. 정확한 토석류의 유속에 대한 자료 부족으로 2011년 우면산에서 발생한 약 26m/s의 속도를 이용하여 토석류의 흐름 특성을 계산하였다. 이와 더불어 연행침식의 계산을 위해 발생지점 부터 토석류가 퇴적된 하류부까지 기반암의 노출 및 퇴적 정보를 통해 최대 침식 깊이를 추정하여 입력자료로 활용하였다. 토석류 맵핑자료와 비교 결과 정확도가 90%이상으로 나타났으며, 토석류 발생 후 안성 200초, 음성 180초 그리고 단성 180초 이내로 토석류가 하류까지 이동할 수 있는 것으로 계산되었다. 본 연구와 같이 산사태/토석류 발생 메커니즘 해석에 대한 지속적인 연구를 통해 산지 재해에 의한 인명 피해를 줄일 수 있는 토석류확산범위 해석에 대한 연구가 지속적으로 필요할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.279-279
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• 2015

최근 기후변화로 인해 이상기후 현상이 지속적으로 발생하고 있으며 이로 인해 산사태나 토석류와 같은 산재재해가 발생하여 인근 도심에까지 영향을 끼치고 있다. 본 연구에서는 해마다 빈번하게 발생하고 있는 산지 토사재해의 피해저감과 원인분석을 위하여 과거 강원도 인제군에서 발생한 산사태 및 토석류가 발생 현장을 조사하였고 발생유역의 특징을 분석하기 위해 GIS기법을 이용하여 기후, 지질, 지형, 토양 등의 공간자료를 구축하고 보다 정밀한 지형인자 추출을 위하여 지상 LiDAR를 활용하여 토석류 발생현장을 스캔하고 3D 지형자료를 구축하였다. 추후 공간자료와 3D지형자료를 활용하여 토석류 발생량 추적이나 확산 범위등 정밀 분석의 기초자료로 활용 될 것이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.262-262
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• 2022

토석류는 산지 사면에서 발생하여 지형변화에 큰 영향을 미치는 대표적인 자연재해 중 하나로 국내에서 발생하는 토석류는 홍수, 태풍 등 타 재해에 비하여 상대적으로 매우 짧은 시간에 발생하며, 사후대응이 어려우므로 사전대비가 필수적이다. 토석류로 인한 피해를 효과적으로 대비하기 위해서는 국내의 지질, 지형 그리고 강우에 따라 발생하는 토석류에 대한 보다 체계적인 정밀현장조사를 통한 자료 구축과 이를 분석한 토석류의 발생원인, 이동경로와 침식 및 퇴적에 관한 연구가 필요하다. 최근의 토석류 연구에서는 침식-퇴적 및 연행작용에 의한 효과를 반영한 수치모의 연구들이 있으나, 모형의 검증을 위한 침식-퇴적 거동에 대한 자료는 현재까지 매우 부족한 실정이다. 토석류 발생에 따른 침식-퇴적 거동특성은 그 자체로도 공학적으로 중요한 요소이며, 수치해석 모의에 필요한 매개변수 추정에도 필요한 항목이다. 토석류 모의의 검증자료로 활용될 수 있는 토석류에 대한 실험적 연구는 토석류의 확산 형태 및 확산 길이에 대한 내용이 대부분으로 흐름수로에서의 침식 및 퇴적에 대한 연구는 찾아보기 어려운 상태이다. 본 연구에서는 토석류 발생에 따른 흐름부에서의 침식 및 퇴적에 대한 거동 특성을 분석하기 위하여 함수비, 흐름수로 경사, 상부 붕괴토조의 토사깊이, 흐름수로 침식가능 깊이 등 다양한 조건으로 실내모형실험을 수행하였다. 상부 토조의 토사 함수비가 30~80% 실험에서는 퇴적 현상이 탁월하였고, 100% 이상인 실험에서는 침식 현상이 확연하게 나타나 토사의 함수비가 높아지면 집중호우 등 선행강우로 인한 산지 지역에서 발생되는 토석류 현상과 유사하고, 함수비가 낮으면 토석류(Debris flow)가 아닌 입상유동(Granular flow)으로 보는 것이 적절한 것으로 판단된다. 상부 토조의 함수비를 100% 이상으로 변화하여 침식이 발생한 실험에서 상부 토조의 액화 된 토사는 빠른 속도로 흐름이 진행되면서 함수비와 붕괴 체적이 증가할수록 흐름수로 상류부에 침식이 크게 나타나고, 상류부의 토사를 중류부를 거쳐 하류부까지 연행(Entrainment)하는 것으로 판단된다.

• 한국지형학회지
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• 제15권2호
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• pp.25-35
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• 2008

2006년 7월의 태풍 에위니아와 빌리스에 의한 집중호우로 인해 급경사의 사면이 많고 기복이 큰 강원도 지역에서 토사재해가 크게 발생하였다. 특히 한계령을 관통하는 국도 44호선 도로는 단층선곡을 따라 건설되어 토사재해의 가능성이 가장 높은 편에 속하는 지역이다. 오색천 주변에서 발생한 토석류는 호우에 의해 공극수압이 상승하고 사면부의 무게가 증가하면서 발생한 능선부와 산정부의 산사태에 의해 촉발되었다. 또한 기존의 붕적물 또는 계안퇴적물에 가해진 하천의 압력에 의해서도 특히 공격사면 쪽에서 많은 토석류가 발생하였다. 하천의 상류부에서는 도로주변의 급경사의 절개지와 사면부의 얇은 풍화층에서 산사태가 발생한 반면, 중류부에서는 계류부의 토석류가 도로변의 배수구조물 용량을 초과하여 월류가 발생하여 도로와 교량이 파괴되었고, 하류부에서는 하천범람에 의한 계류부 양안의 침식과 토석류에 의한 피해가 가장 크게 나타났다. 하류부 퇴적층의 경우 토석류가 일회성이 아니라 과거 수차례 더 발생했었다는 사실을 보여주고 있다. 따라서 기후변화와 관련하여 호우의 빈도와 강도가 높아질 것으로 예측되는 만큼 추후 토사재해와 관련된 정보시스템의 구축과 관리시스템에 대한 연구가 절실히 요구된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.239-239
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• 2021

최근 기후변화로 인해 국지성 집중호우와 태풍의 발생빈도가 증가하고 있다. 특히 우리나라 국토는 전체면적 중 산지면적이 63%에 해당하여 산지에서 발생하는 산사태와 토석류에 취약한 실정이다. 이러한 피해를 사전에 예방·대비하기 위해 국내·외에서는 재해지도를 제작하여 관리하고 있지만 대부분의 재해지도는 격자형식으로 제작되어 있어 실무자들이 활용하기에는 다소 어려움이 있다. 따라서 본 연구에서는 산지재해에 취약한 강원도 강릉시 지방도를 대상으로 산림청에서 개발한 산사태위험지도와 토석류 위험지도를 중첩하여 복합재해지도를 제작하였다. 먼저 산사태위험지도에 유역의 개념을 도로에 적용하고서 지방도로를 200m 간격으로 분할하여 도로 중심으로 유역을 제작하였으며, 해당 유역에 산사태위험면적과 토석류위험면적 값을 이용하여 도로의 등급을 1등급(매우 위험) ~ 5등급(매우 안전)으로 분류하였다. 또한 복합재해지도 결과의 검증을 위해 SINMAP모형을 이용하여 오차율을 비교분석한 결과 15% 이내인 것으로로 나타났다. 본 연구는 복합재해에 대비 할 수 있는 유역의 개념을 적용한 재해지도를 제작하며 도로관리자의 숙련도에 상관없이 재해지도를 쉽게 이해하고 활용 할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.473-473
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• 2023

토사재해는 토사로 인해 발생하는 재해로 정의되며, 일반적으로 우기(rainy season)에 주로 발생한다. 또한, 강우로 인해 발생하는 토양침식(soil erosion)과 강우 및 지진에 의해 나타나는 산사태로 인한 토석류(debris flow)가 토사재해의 주요 원인으로 꼽힌다. 이러한 재해로 인하여 하천 및 호소의 수질 저하, 토양유실에 따른 농경지 감소 등 여러 문제가 발생하고 있다. 특히, 댐으로 유입되는 토사는 사수역(dead storage)을 증가시키고, 발전용 댐의 경우 토사재해가 발전설비 마모 등을 일으킴에 따라 발전효율을 감소시키기도 한다. 더욱이, 기후변화로 인하여 강우량 및 강우강도가 증가하고, 최근 한반도에서는 지진의 강도와 빈도 또한 증가함에 따라 토사재해의 잠재적 위험성을 증대시키고 있다. 따라서 댐 유역에서의 토사 유입에 관한 정량적 예측을 포함한 종합적인 댐 토사 관리기술 및 대책이 요구된다. 본 연구에서는 현재 수질 악화로 인해 발전이 중단된 도암댐을 대상으로 댐으로의 토사 유입량을 분석하고자 토양침식과 토석류의 정량적 예측이 가능하고, 각각의 물리적 과정을 고려하는 물리기반 모형을 활용하였다. 토사재해의 주요 원인인 강우와 지진에 대해 미래에 발생 가능한 시나리오를 작성하고, 시나리오별 토사 유입량과 유입 비율을 정량적으로 산정하였다. 본 연구의 결과는 유역 내 토사재해로 인한 피해 예방기술 및 댐 유지관리와 운영을 위한 기초 자료로 활용이 가능할 것으로 판단된다.