이주헌교수 (토석류 및 산사태재해)

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Transcript 이주헌교수 (토석류 및 산사태재해)

HAZUS 회의
2012. 08. 31.
중부대학교 수공학연구실
이주헌
JoongBu University
Hydraulic Engineering Lab
CONTENTS
CONTENTS
1. 토석류의 정의
2. 국내외 기술개발 현황
3. 토석류&산사태 관련 연구기관 및 시스템
4. 토사유출량 모델
5. FLO-2D
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1. 토석류의 정의
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 토석류&산사태의 정의
1. 토석류의 정의
토석류(土石流, Debris flow)
산사태(山沙汰, Landslide)
 산지사면에서 비나 지진에 의해 균형을 잃고
 산사태와 같은 붕괴로 인하여 생긴 토사와
중력작용에 의하여 일시에 무너져 내리는 것
계류 바닥에 쌓인 흙, 돌바위가 물과 함께
인가 뒤 사면에서 발생할 경우 피해가 매우 큼
계류를 통해 흘려 내려 오는 것
 최근 우리나라 산지 계곡에서 발생하는
재해의 대부분을 차지 함
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2. 국내외 기술개발 현황
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 국내 기술동향
2. 국내외 기술개발 현황
 각 기관의 업무 영역에 따라 독자적으로 자연사면 또는 절취사면에 대한 고유업무 수행
연구분야 / 업무분야
한국지질
비고
산사태 및 절취사면 연구
․ 산사태 발생예측 및 위험도산정(QRA) 기술
자원연구원
․ 토석류 산사태 모니터링 기술 개발
․ 도시사면 관리시스템 개발
․ 유연성의 원리를 이용한 피해저감공법 적용
한국건설
일반국도 절취사면의 안정성 해석 및 대책연구와
기술연구원
유지관리 시스탬 개발
국립산립과학원
산사태 재해의 예지 및 예방과 산림훼손지의 자연
․ 일반국도의 보강대상 사면에 대한 투자우선 순위를 결정하여
국도유지사무소에 정보제공
․ GIS를 이용한 산사태 위험지도 작성 일부수행
친화적 복구․녹화기술 개발 관련 연구 수행
국립방재연구소
산사태 등의 지반재해에 대해서 국가적 차원의 종
․ 산불로 인한 사면붕괴조사
합대책 수립을 위한 연구수행
․ 산사태의 현장조사기법
․ 안정성 해석방법에 대한 기본적 연구수행
건설교통부
일반국도의 유지보수사업 계획 수립 총괄
․ 한국건설기술연구원의 연구결과로부터 얻어진 위험사면에 대한
국토관리청
한국도로공사
투자우선 순위에 따라 절취사면에 대한 보강실시
고속도로 구간 절취사면의 구배결정 기준 확립 및
․ 암석특성에 따른 절취사면 구배결정 기준 및 암절토부 녹화방법 연구
유지․관리시스템 구축을 위한 연구
소방방재청
산사태 및 사면붕괴를 포함한 국내 자연재해 전반
․ ‘급경사지 안전과리 및 재해저감에 관한 법률’제정
에 대한 대책, 복구 등을 총괄
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 국외 기술동향
2. 국내외 기술개발 현황
 지질재해 선진국에서의 산사태 관련 연구내용
국가명
미국
기관명
미국지질 조사국
총 기간
1990~현재
(USGS)
사업명 또는 주요내용
- 재해정보 네트워크 구축(DIN) 프로그램
- 산사태 재해(LHA) 프로그램
- 산사태 피해저감공법 연구
캐나다
홍콩
캐나다지질 조사국 (GSC)
1994~현재
-지질재해 및 지질환경(GHEG) 프로그램
홍콩자치 정부
1995~2010
-산사태 방지대책(LPM) 프로그램
1963~현재
․ 종합방재 관련연구
(CED/GED)
방재과학 기술연구소
(NIED)
․ 방재기반 과학기술연구
․ 설해방재 관련연구
․ 방재연구정보센터
일본
쿄토대 방재연구소
1951~현재
(DPRI)
․ 종합방재연구
․ 지반재해연구
․ 수재해연구
호주
호주지질 조사소 (AGSO)
1997~현재
- 도시지역 자연재해 취약성평가 과제
스위스
스위스연방 연구소(WSL-SLF)
2005~현재
- 유연성 방호시스템의 수치해석 연구
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 국외 기술동향
2. 국내외 기술개발 현황
컨퍼런스 홈페이지 메인화면
 토석류(Debris flow)와 관련된 국제 컨퍼런스
 컨퍼런스 주제
• Debris Flow Modelling
• Monitoring and Measurement
• Risk Assessment
• Sediment Transport and Debris Flow
• Protective Barriers
• Landslide Phenomena
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3. 토석류&산사태 관련 연구기관 및 시스템
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 낙석 및 산사태 방재연구단
3. 토석류&산사태 관련
연구기관 및 시스템
 낙석 및 산사태 방재연구단 연구사업
홈페이지 메인화면
세부과제
 http://www.rlprc.re.kr
제1세부
통합사면
관리기술개발
책임자
과제명
상지대학교 산학협력단
WEB기반 낙석·산사태 통합시스템 개발
이승호
및 낙석방호시설 성능평가방안수립
한국건설기술 연구원 백용
현장 조사용 Proto-Type장비 개발
한국시설안전 기술공단 김용수
차세대 현장정보 수집차량 개발
강원대학교 산학협력단 전근우
광대역 산사태 관리를 위한
공간 정보 구축 및 WEB지원서비스 개발
제2세부
광역 산사태
저감기술 개발
연세대학교 산학협력단 손홍규
간접SAR 영상처리를 위한 시스템 구축
관동대학교 산학협력단 최승필
시계열 라이다 정보에 의한
산사태 모니터링 기술개발
㈜이산 천성열
사면수평배수공법 개발
한국도로공사 도로교통기술원 유병옥
파괴음 측정을 이용한 계측 기법 개발
희송지오텍 김기석
디지털 영상을 이용한 암반사면
절리구조 맵핑기법 및 장비개발
제3세부
사면 안정성
증대기술 개발
㈜이산 황희승
배수공법 설계 적용을 위한 설계 기준 제안
㈜극동엔지니어링 박근태
포켓식 낙석방지망 국산화 기술 개발
㈜삼보기술단 이상돈
산악지형특성에 적합한
토석류 차단 모델개발
유경기술단 김대황
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A.E.(Acoustic Emission)을 이용한
절토사면의 파괴위험 연구
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 수충부 및 토석류 방재기술 연구단
연구기관 및 시스템
 낙석 및 산사태 방재연구단 연구사업
홈페이지 메인화면
세부과제
 http://rd-flow.re.kr
1세부
2세부
3세부
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3. 토석류&산사태 관련
연구책임자
기관명
이승우
강릉원주대학교
산악지 도로 선형/배수설계 및 재해예측지도 개발
과제명
이태옥
㈜평화엔지니어링
산지하천도로방재를 위한 도로선형 설계기술 개발
전창갑
㈜동명기술공단
최창림
㈜삼보기술단
유남재
강원대학교
양동민
노아솔루션㈜
박상덕
강릉원주대학교
최흥식
상지대학교
백대현
㈜도우엔지니어즈
산지하천 하상변동 특성조사
정대명
㈜방재안전기술원
산지하천 1차원 하상변동 실무를 위한
설계가이드라인 개발
이지원
㈜한국종합기술
허성철
㈜이산
이재응
아주대학교
토석유입을 고려한 배수구조물설계기술개발
산지하천도로 방재설계 기술적용을 위한
피해 Database 구축연구
산지하천도로의 토석류 헌장조사 및
데이터베이스화(영서권)
산지하천도로 재해 예측지도 S/W개발
산지하천 수충부 방재기술 개발
산지하천 시험유역 운영(영서)
산지하천 수충부 호안의 공법개발 및 편람작성
산지하천 수리시설물 안전설계 기술개발
산지유역 홍수유출 해석시스템 개발
정창삼
인덕대학
산지유역의 호우특성 및 설계강우 정량화
백경원
한림성심대학
산지하천 만곡부 세굴심도 추정기법개발
한광두
윤찬영
김운형
박정식
장범수
최재순
전계원
김경남
㈜이산
강릉원주대학교
㈜다산컨설턴트
㈜용마엔지니어링
한국시설안전공단
서경대학교
강원대학교
한국도로공사
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토석류 제어기법 개발
토석류발생 특성 분석 및 발생저감 기법개발
토석류 대책구조물 설계정수 산정
토석류 흐름 저감공법 설계작용
토석류 재해저감을 위한 시설기준 및 제도개선
토석류 흐름 저감공법 개발
토석류 발생 및 거동분석을 위한 해석기법 수립
토석류 위험평가체제 및 대체적용 기준개발
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 산사태 정보시스템
3. 토석류&산사태 관련
연구기관 및 시스템
홈페이지 메인화면
 http://sansatai.forest.go.kr/welcome.do
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 산사태 정보시스템
3. 토석류&산사태 관련
연구기관 및 시스템
산사태 예보발령 및 위험정보 화면
산사태 예보발령
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산사태 예측정보
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4. 토사 유출량 모델
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 RUSLE(Revised Universal Soil Loss Equation)
4. 토사유출량 모델
 강우에 발생하는 토양침식에 대해서 토지이용에 미치는 영향을 예측할 목적으로 개발
 우리나라의 경우 모든 재해평가에서는 USLE 또는 RUSLE 적용
 사전재해 영향성 검토협의제도로 통합된 이후에도 대부분 실무에서 토사저감대책 수립을 위해 적용
 단, 각종 인자에 의해 그 적용성을 검증할 필요가 있음
A  R K  L S C  P
Where,
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A : 단위면적당 연평균 토양침식량 (t/ha)
R : 강우침식능 인자 (MJ•mm/ha/hr)
K : 토양침식 인자 (t•hr•yea/MJ/mm)
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L
S
C
P
: 사면길이
: 사면경사
: 피복관리인자
: 토양침식대책인자
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 MSDPM(Multi-Sequence Debris Prediction Mode)
4. 토사유출량 모델
 Pak(2005)의 USCDPM(University of Southern California Debris Prediction Method)를 위한
토사량 예측모형으로 개발. Pak and Lee(2008)에 의해 수정보완.
 MSDPM은 산불데이터, 강우데이터, 채취한 토사량 등을 이용하고 통계적 기법을 사용하여 개발
 ( I m )i  I c  ( P)i  Pc 
( Dy )i  0.25 1 
1 


((
I
)

I
)
((
P
)

P
)
i 1
i 1 
m i
c 
i
c 
N
N
( I m )i 0.541 S 0.134 A1.023e0.29 F
D y : 토사량 ( m )
I m : 최대 1시간 강우강도 (mm/hr)
I c : 토사유발 강우강도 (mm/hr)
3
Where,
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S : 지형기복비(m.km)
F : 무차원 산불지수
A : 배수면적(ha)
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 : 보정계수
P : 총 강우량(mm)
Pc : 토사유발 강우량(mm)
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5. FLO-2D
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 FLO-2D 개요
5. FLO-2D
 미국 콜로라도 주립 대학에서 개발된 그리드 기반의 물리적 모델
 지표면과 하도내의 홍수-수문곡선과 강우-유출을 추적할 수 있음
FLO-2D에 의해 실행되는 물리과정
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 FLO-2D 개요
5. FLO-2D
 운동학, 확산, 운동파 방정식을 이용하여
FLO-2D 모델의 절차
운동량 방정식으로 접근
 아래와 같은 프로젝트 소화 가능
• River overbank flooding
• Unconfined alluvial fan flows
• Urban flooding with street flow,
flow obstruction and storage loss
• Overland progression of
tsunami and hurricane storm surges
• Mud and debris flows
• Watershed rainfall and runoff
• Surface and groundwater interaction
• Flood insurance studies
• Flood mitigation design
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Hydraulic Engineering Lab
 FLO-2D Software (http://www.flo-2d.com)
홈페이지 메인화면
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5. FLO-2D
관련자료 Download
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Hydraulic Engineering Lab
 FLO-2D 관련연구 - 연구대상지역 개요
연구 방법
5. FLO-2D
연구 대상지역
 제천시 봉양읍 공전리 일대 공전 2구 유미고개로부터 상류 2km
FLO-2D
연구대상지역
점성
DEM
항복응력
강우
유사농도
(유출량)
수치지도
토석류 확산/퇴적 범위예측
(계수 최적화)
FLO-2D 적용성 검토
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 FLO-2D 관련연구 - 연구대상지역 개요
5. FLO-2D
강우상황
 연구지역과 인접한 백운관측소에서 얻어진 강우자료 이용
 우리나라 산사태 발생경보 기준에 맞췄을 때,
토석류 발생시기인 : 7/12일은 산사태 주의보, 7/19일은 산사태 경보발령
홈페이지 메인화면
관련자료 Download
Debris-flow
Occur time
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Hydraulic Engineering Lab
 FLO-2D 관련연구 – FLO-2D 모델적용
5. FLO-2D
FLO-2D 모델 입력변수
FLO-2D 모델 적용 범위
 아래 표와 같은 조건에 따라 토석류 모의
 Case 1~3의 경우에 대해서 모의
 유입유량의 위치에 따라서 Case 구분
FLO-2D 모델 입력변수
Case
No.
DEM
Grid
Size
1
2
Inflow
(㎥)
Simulation
Time
193,040.26
30
1
2×2
5×5
3
Case
No.
Start
Point
2
3
Bulikng
concent
ration
Viscosity
(poises)
Yield
stress
(dyne/㎠)
Sediment
Specific
gravity
0.4
101
116.71
2.65
1
2
3
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 FLO-2D 관련연구 – FLO-2D 모델적용
유량
5. FLO-2D
유사농도
 토석류 발생에 영향을 미친 강우데이터를 기초로 하여
유출량 산정공식(Q=0.2778CIA)을 이용하여
 토석류는 토사의 농도에 따라 계속적으로
흐름이 바뀜
유출량을 산정
 토석류 발생 당시 상황과 비슷한 현상을
토석류가 시작한 부분의 유입량 입력
나타내는 체적 농도값 0.45% 이용
유출수문곡선
점성 및 항복응력
 제천지역의 현장상항과 가장 유사한
Natural Soil에서의 토사체적농도 값인 0.4 이용
 점성 101 Poise, 항복응력 11671dyne/cm^2)
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Hydraulic Engineering Lab
 FLO-2D 관련연구 – FLO-2D 모델 적용기준에 따른 결과
5. FLO-2D
확산범위 – 실제 토석류 이동/확산 범위와 FLO-2D 모의결과 비교
실제 토석류
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Case (1)
Case (2)
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Case (3)
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 FLO-2D 관련연구 – FLO-2D 모델 적용기준에 따른 결과
5. FLO-2D
퇴적량 해석 – 실제 토석류 침식/퇴적 범위와 FLO-2D 모의결과 비교
실제 토석류
JoongBu University
Case (1)
Case (2)
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Case (3)
Hydraulic Engineering Lab
 FLO-2D 관련연구 – FLO-2D 모델 적용기준에 따른 결과
5. FLO-2D
최대 유동심 – 실제 토석류와 FLO-2D 최대유동심 모의결과 비교
실제 토석류
JoongBu University
Case (1)
Case (2)
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Case (3)
Hydraulic Engineering Lab
 FLO-2D 관련연구 – FLO-2D 모델 적용기준에 따른 결과
5. FLO-2D
최대 유속 – 실제 토석류와 FLO-2D 모의결과 비교
CASE (1)
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CASE (2)
CASE (3)
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Hydraulic Engineering Lab
 FLO-2D 관련연구 – FLO-2D 모델 적용기준에 따른 결과
5. FLO-2D
산출결과 및 비교결과
 실제로 토석류가 발생한 영역과 FLO-2D 모델로 모의된 결과를 아래 표에 나타냄
 확산면적은 CASE (3), 퇴적량은 CASE (1)이 토석류의 발생상황을 가장 잘 반영한 것으로 분석
 최대 유동심과, 최대유속이 발생한 위치는 침식이 가장 발달한 협곡부 지점
실측값과 FLO-2D 모델 결과 비교
실측값
확산면적(㎡)
Case (1)
Case (2)
Case (3)
25,845
26,725
27,400
25,200
7,520
7,162
6,493
5,872
최대 유속(m/s)
-
1.88
2.1
1.79
최대 유동심(m)
-
5.47
4.08
3.91
퇴적량(㎥)
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Hydraulic Engineering Lab
Thank you for your attention !
[email protected]
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