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
JoongBu University
Hydraulic Engineering Lab
1. 토석류의 정의
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Hydraulic Engineering Lab
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
Hydraulic Engineering Lab
산사태 정보시스템
3. 토석류&산사태 관련
연구기관 및 시스템
홈페이지 메인화면
http://sansatai.forest.go.kr/welcome.do
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Hydraulic Engineering Lab
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
JoongBu University
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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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)
Hydraulic Engineering Lab
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)
JoongBu University
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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