Water for Future
태풍 및 집중호우에 따른
울릉도 산지 지반재해 발생 사례 분석
1. 울릉도 산지 지반재해 발생 현황
울릉도는 화산섬으로 수차례에 걸쳐 분출암 등 으로 피복되어 있어 붕적층 및 풍화잔류토층의 심
도가 깊게 나타나는 지질학적 특징을 가지고 있어 집중호우 내지 태풍 등의 발생시 사면붕괴에 의한 낙석, 산사태 등의 발생에 취약하며, 이러한 사태 물질이 산지 계류 내에 퇴적될 경우 잠재적인 토 석류로 진행될 가능성이 매우 높다. 실제 울릉도 산사태 등의 발생 시기는 하절기와 11월, 2월에 집 중되어 발생한 것으로 나타났다. 본 기고에서는 낙석, 사면붕괴, 산사태, 토석류 등의 재해를 포괄 적인 의미에서 산지 지반재해로 정의하여 기술하 였다.
2007년부터 2013년까지의 통계자료에 따르면 울릉도의 상주 인구수는 큰 폭의 변화 없이 일만 여명 내외이나 울릉도를 찾는 관광객 수는 2007년 대비 2013년에 두 배 가까이 증가한 것을 알 수 있 다(그림 1). 특히, 2007년과 2008년의 월별 관광 객 현황을 보면 해빙기가 시작하는 3월부터 증가 하여 11월경에 감소하는 것으로 나타났다. 이와 같 이 해빙기와 태풍 및 집중호우가 발생하는 하절기 에 관광객의 방문이 집중적으로 증가하는 것으로 나타났다. 울릉도에서 산지 지반재해가 발생한 해 당 월을 보면 관광객이 집중적으로 울릉도를 방문 하는 시기와 일부 비슷한 것으로 볼 때 적극적인 산지 지반재해에 대비할 필요가 있을 것으로 사료 된다.
김 만 일 ●●●
산림조합중앙회 산림공학연구소 책임연구원
홍 관 표 ●●●
산림조합중앙회 산림공학연구소 연구원
곽 재 환 ●●●
산림조합중앙회 산림공학연구소 연구원
김 민 섭 ●●●
산림조합중앙회 산림공학연구소 선임연구원
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그림 1. 2007년~2013년까지 울릉도 인구수 변화 (울릉군 통계연보; 한국문화관광연구원 관광지식정보시스템)
그림 2. 울릉도 산지 지반재해 발생지 현황(2002~2016, Daum 지도)
울릉도에서 산지 지반재해 발생이력은 크게 3 가지 유형으로 나뉠 수 있는데 ①울릉도 일주도로
인접의 급경사지에서 발생되는 낙석, ②산지 내에 서 발생하는 토사사면 붕괴 내지 산사태, ③계류
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내에 적치된 사태물질이 계류를 따라 유하하면서 발생하는 토석류 등으로 볼 수 있다.
2002년부터 2016년 10월까지 보고된 산지 지반 재해 발생횟수는 대략 11건 정도이며, 특히 2014 년 8월 21일에는 산사태가 3건이 집중적으로 발생 되었다(그림 2). 이러한 재해 발생지역은 대부분이 울릉도 일주도로 주변으로 대규모 낙석과 상부 자 연산지에서 발생된 산사태가 직간접적으로 영향을 준 것으로 나타났다.
화산섬의 특성상 해안 일주도로의 시공은 기반 암을 절취하거나 해안을 성토하는 형태로 이루어 지기 때문에 잠재적인 위험구간을 중심으로 낙석 에 의한 직접적인 피해를 줄이기 위한 피암터널이 다수 시공되어 있으나, 실제 낙석 등 산사태가 발 생된 지점도 피암터널 주변부에서 약 5건 정도가 발생된 것으로 나타났다.
산사태의 발생 위치는 주민 밀집지역 내지 시설 지가 위치한 지역인 울릉읍 사동리에서 서면 태하 리 구간에 집중적으로 나타났는데 이러한 원인은 해안선을 따라 일주도로 형성으로 급경사지 구간
의 면적이 광범위하게 증가된 점과 태풍의 회전방 향을 따라 직접적인 노출에 의한 영향, 또한 이들 지역을 중심으로 산지가 집중적으로 발달된 지형 적 특성 등을 고려해 볼 수 있다.
2. 산지 지반재해와 강우사상 분석
울릉도에 대해 2002년부터 2015년까지 14년간 연평균 강우량은 약 1,669mm, 이중 7월에서 9월 까지의 월평균 강우량은 약 591mm로 전체 연평 균 강우량의 약 35% 가량을 차지한다.
산지 지반지해 발생이력과 강우 이력자료를 비 교한 결과, 2002년 이후 파악된 재해 발생이력 8 건 모두가 강우와 강설 등과의 연관성을 갖고 있 는 것으로 나타났다. 이중 7월부터 9월에 발생한 산사태는 7건으로 집중호우와 밀접한 연관성을 보 였다. 특히 2014년 5월 4일 발생한 산사태의 경우 에는 약 1주일 전 대략 80mm의 집중호우가 발생 한 이후에 붕괴가 나타나기도 하였다.
그림 3. 울릉도 연간 강수량(2002~2015) 및 7월~9월간 총강수량 현황 (기상청)
Water for Future 표 1. 대표적 산지 지반재해 발생이력
발생일 주원인 내용
2016. 08. 30 10호 태풍 ‘라이언록’
영향에 의한 집중호우
- 8월 30일 오후 16시 30분 산사태로 인한 울릉읍 사동리 가도봉피암터널 붕괴
2016. 02. 15 겨울철 동결융해
- 2월 15일 새벽 4시 울릉읍 소재 마니라 호텔(테니스장 구간) 500㎥ 산사태 발생
인근도로를 덮쳐 차량 2대 파손, 도로난간 80m 유실 마니라 호텔 부속동 2층 건물의 지반일부가 침하 발생 2015. 11. 13 8월 태풍 ‘고니’ 이후 연약화 진행
이후 강풍, 호우 발생에 의한 붕괴
11월 13일 오전 6시 40분경 서면 남양터널 입구~남양마을 측 50m(얼굴바위)지점에서 토석 200 ton 발생
2015. 08. 25 15호 태풍 ‘고니’
영향에 의한 집중호우 울릉일주도로 서면 구암터널 부근 3,000㎥ 낙석 및 토사 발생
2014. 08. 21 집중호우
울릉군 서면 남양~남통터널 사이 구간 바위 40㎥ 붕괴 울릉군 서면 사태감터널 입구 낙석 100㎥ 붕괴
울릉군 서면 통구미(거북바위) 인근 도로 토사, 바위 40㎥
2014. 05. 04 - 5월 4일 18시 경 울릉군 서면 황토구미 일대 900㎥ 낙석 발생, 산사태로 인해 소라계단 시설물 파손
2005. 09. 06 14호 태풍 ‘나비’
영향에 의한 강풍 및 집중호우
9월 6일 20시경 울릉도 서면 남양리 남서터널 인근 도로 붕괴 남양리, 태하리 도로 붕괴 마을 피해
2002. 07. 18 - 울릉군 북면 천부리 산사태 발생
2016. 08. 30. 산지 지반재해 발생
2015. 11. 13. 산지 지반재해 발생
2016. 02. 15. 산지 지반재해 발생
2015. 08. 25. 산지 지반재해 발생
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3. 토석류 발생에 따른 피해범위 분석 3.1 개요
10호 태풍 ‘라이언록’의 간접영향으로 울릉도 지
역은 2016년 8월 28일 ~ 8월 30일까지 398.1mm 의 기록적인 폭우가 내렸다. 기상관측 사상 최고 의 폭우가 발생한 울릉지역에서는 약 10여 곳에서 크고 작은 낙석사태가 발생하였으며, 일부지역에 서는 산사태 및 토석류가 발생하였다.
그림 4. 울릉도 산지 지반재해 발생시기별 강우사상 변화(붉은 점선은 재해 발생시점) 2014. 08. 21. 산지 지반재해 발생
2005. 09. 06. 산지 지반재해 발생
2014. 05. 04. 산지 지반재해 발생
2002. 07. 18. 산지 지반재해 발생
그림 5. 대상지역(경북 울릉군 울릉읍 사동리 일대, Daum지도)
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토석류 피해범위 분석을 위한 대상지역은 경상 북도 울릉군 울릉읍 사동리 일대로 도로 절토사 면 및 헬기장 하부사면 2개 구간에서 산사태가 발 생한 지역이다. 사동리 지역에서 발생한 산사태 는 발생 이후 사태 유실물(토사, 암괴, 전도목 등) 이 하천을 따라 하부로 이동하면서 토석류로 변화 하였으며 주거지 밀집지역 인접에 위치한 하천 복 개지점에서 횡단배수로가 사태 유실물로 차폐되었 다. 이로 인해 토석류가 도로 및 주거지로 월류하 면서 하부에 토석류 피해가 발생하였다.
3.2 토석류 피해범위 분석
토석류 피해범위 분석은 2차원 수치모델인 FLO-2D 모델을 사용하였으며, 이 모델은 토석류 의 확산 및 충격력을 계산하는데 용이할 뿐만 아 니라 토석류의 유동과 퇴적을 해석하는데 있어 최 적화되어 있는 프로그램이다.
유출량 산정을 위해 활용한 합리식은 주로 소유 역(120ha 이하)의 유량을 결정하는데 이용되며,
대부분 지역에 범용적으로 적용할 수 있다. 특히, 대상지역의 계류에 대한 유출량 데이터가 없는 경 우에 유용하게 적용할 수 있으며 유출량 산정공식 은 다음과 같다.
여기서, Q = 첨두유량(㎥/s)
C = 유출계수(지형, 토질, 식생, 토지이용정도 등 유역특성 반영) A = 유역면적(k㎡),
I = 최대강우강도(100년 15분 지속)
토석류 분석을 위하여 대상지역의 면적은 약 0.244k㎡(24.4ha)이며, 최대강우강도는 국토교 통부의 한국확률강우량정보 홈페이지에서 제공 하는 100년 빈도 15분 지속시간의 최대강우강도 인 132.81mm/hr를 사용하였다. 유출계수 C는 산 지지역이며 산사태가 발생한 구간의 평균경사가 20°이상의 경사를 보이고 있어 험준한 산림지역의 0.40을 적용하였다.
대상지역에서 산사태가 발생한 계류의 지류 및
그림 6. 대상지역 현황(붉은색 실선) 및 토석류 유동 분석범위(노란색 점선)
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본류를 포함하는 원시유역을 1차로 설정하였으나, 설정된 원시유역은 범위가 광대하여 산사태 발생 지역을 중심으로 원인분석을 수행하기 위하여 토 석류 분석 범위를 국한하여 적용하였다.
FLO-2D 모델의 적용에 있어 표 2와 같이 입력 변수를 설정하여 토석류 피해범위 분석을 수행하 였다.
표 2. 분석지역에 적용한 FLO-2D 입력변수
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NO. DEM Grid size
Inflow (㎥)
Simulation time
(hr)
Bulking concentration
(Cv)
Viscosity Yield stress (dynes/㎠)
Sediment specific
gravity
1 5×5 5×5 3.93 6 0.4 97.29 25.26 2.65
3.3 토석류 피해범위 분석 결과
토석류 발생 후 최대로 유동되는 심도 및 퇴 적심을 종합하여 나타내는 최대유동심도는 평균 0.55m, 최대 7.05m로 분석되었으며, 토석류의 유동이 종료된 후 최종적으로 퇴적된 토사의 심 도를 나타낸 최종유동심도는 평균 0.37m, 최대 5.78m로 해석되었다.
토석류 시뮬레이션 해석결과, 산사태가 발생한
지점에서부터 토사가 토석류로 발전되어 하부에 위치한 하천을 따라 유동하는 것으로 나타났다.
토석류는 하천을 따라 이동 후 하부에 위치한 하 천복개구간에서 하천을 범람하여 도로를 따라 하 부로 확산된 것으로 현장조사 확인되었다.
이때 토사의 심도는 최대 5.0m 이상으로서 금 번 산사태 피해발생지역인 인가, 상가밀집지를 포 함하여 최종으로 사동침례교회 인근까지 확산되는 것으로 분석되었다.
그림 7. 토석류 최대유동심도 분석 결과 그림 8. 토석류 최종유동심도 분석 결과
4. 맺음말
울릉도는 지역특성상 연중 관광객의 방문이 증 가하고 있으나 산지 재해발생 시기가 해빙기부터
11월까지 집중되는 점을 고려할 때 울릉도 주민 및 관광객이 재해에 직간접적으로 노출되어 있다고 볼 수 있다. 금년 8월에 발생한 산지 지반재해는 대부분이 주거지 및 시설지 주변에서 발생된 점을
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감안할 때 주민 및 관광객, 시설물에 대한 산지 지 반재해에 대응하기 위한 체계적인 대책 마련이 필 요할 것으로 판단된다.
본 기고에서는 2000년대 들어 최근까지 울릉도 에서 발생된 재해이력과 피해현황에 대한 자료를 검토하고, 금년도 산사태로 인해 발생한 토석류의 유동특성을 분석하였다.
토석류 피해분석 결과, 산사태 발생 이후 토사, 암괴, 전도목 등의 유실물이 대량으로 하천으로 유입되면서 토석류로 발달하였으며 하천 복개구간 을 기점에서 토석류가 도로를 따라 하부로 확산되 는 것으로 해석되었다. 하부로 확산, 유동된 유송 잡물은 최대유동심이 5.0m 이상으로 재해 가능성 이 매우 높은 것으로 분석되었다.
분석 대상지역에 대해 현장답사 결과, 하천 복
개구간 이전 구간에서는 분석 결과와 동일한 양 상을 보인 것으로 추정되며, 복개구간 이후부터 는 토석류 유동분석 결과와 같이 복개구간 시점부 에서 유실물이 범람하여 도로를 따라 형성된 인가 및 상가에 피해가 발생한 것으로 나타났다.
특히, 해당 구간에서는 토사가 범람한 하천에 바닥막이와 같은 계류보전시설을 제외하면 재해방 지시설은 전무하여 향후 재해발생 시 추가피해가 발생할 가능성이 있다. 따라서 주민 및 관광객, 시 설물에 대해 잠재적 재해로부터 안정성 확보를 위 한 과학적인 산사태 및 토석류 발생 원인을 규명 을 통해 산지 지반재해를 저감하기 위한 효율적인 재해방지시설 계획의 수립이 필요할 것으로 판단 된다.
참고문헌
울릉군 통계연보, http://www.ulleung.go.kr
한국문화관광연구원 관광지식정보시스템, http://know.tour.go.kr 국토교통부 한국확률강우량정보, http://www.k-idf.re.kr/
기상청, https://www.kma.go.kr
