지반재해위험지도 활용방안 소개
1. 서론
전 세계적으로 이상기후에 따른 자연재해가 빈 번해지고 있으며, 우리나라 또한 집중 호우로 해마 다 많은 피해를 받고 있다. 특히 우리나라는 국토의 2/3가 산지로 산사태 위험지역이 광범위하여, 피해 예상지역 파악이 어려우며, 우면산 산사태 및 춘천 산사태 등은 급경사지 관리지역 외에서 피해가 발 생하였습니다. 서울만 하더라도 산사태 위험지역이 127.4㎢(여의도 면적의 43배)에 이르며, 넓은 지역 에 광범위하게 분포하고 있을 뿐만 아니라 피해예상 지역을 정확하게 파악할 수 없어 효율적인 방재행정 을 펴기 어려운 실정이다. 한편 [급경사지 재해예방
에 관한 법률] 제20조에 의하면 소방방재청장은 각 종 설계, 시공 및 붕괴위험예측 등에 활용할 수 있 는 전국단위의 지반재해위험지도를 제작하여 보급 하도록 되어 있어 산사태 및 급경사지 붕괴피해에서 시민의 안전을 확보할 수 있는 신뢰성 있는 지반재 해위험지도의 제작 공급이 요구되고 있다. 이에 자 연재해저감기술개발사업단에서는 대전대학교, 육군 사관학교, 중원대학교, (특)한국방재협회, (사)사면 재해경감협회, 노아솔루션(주)으로 구성된 연구진을 중심으로 2012년 4월부터 3년간 집중호우를 고려 한 급경사지 재해위험도 정밀평가기법 및 지반재해 위험지도 개발 연구를 수행 중에 있으며, 1차년도는 서울시와 부산시를 시작으로 2차년도는 5개광역시 (인천, 대구, 광주, 대전, 울산), 3차년도 9개 시군별 1개 시군구에 대해서 지반재해위험지도 작성을 추진 중이다.
연구진에서 개발중인 지반재해위험지도는 전국을 가로 세로 2m 크기의 격자로 세분하여 각 격자별로 GIS 기반 시뮬레이션 모형에 의하여 집중호우에 의 한 지하수 포화 상태와 위험한 물골 형성을 모의한 후 무한사면안정해석기법으로 사면의 안정계수를 결정하는 데 지하수의 영향과 사면경사로 인해 토석 이 미끌어 지려는 힘과 이를 저지하는 토양과 기반 암과의 마찰력, 토양과 나무뿌리의 점착력 등을 포 함하는 물리적인 해석에 바탕을 두고 있다. 이와 함 께 집중호우로 인한 산사태 위험지역뿐만 아니라 토 석류가 발생할 수 있는 위험물골, 토석류의 피해영 향지역을 분석하고, 해당 지역의 도로나 주택 및 각 종 시설물 등과 중첩하여 지도상에서 위험지역을 바 로 확인할 수 있도록 하였다. 산사태 위험지역과 더 오 경 두 ●●●
육군사관학교 건설환경공학과 교수 [email protected]
허 재 영 ●●●
대전대학교 토목공학과 교수 [email protected]
이 창 희 ●●●
중원대학교 방재안전공학과 조교수 [email protected]
불어 토석류의 이동경로와 계곡 하류부 토석류 피해 예상지역의 범위를 예측함으로써 향후 귀중한 인명 과 재산피해를 줄이는 것은 물론 과학적이고 효율적 인 방재행정구현으로 대국민 서비스 향상과 정부의 신뢰성 제고에 크게 기여할 것으로 예상된다.
2. 지반재해위험지도 제작 예
지반재해위험지도는 붕괴위험지도, 토석류 돌발 홍수 위험지도, 토석류 돌발홍수 유속지도의 3가지 지도를 한 세트로 동 단위로 제작하고 있다. 그림 2
는 무한사면안정해석 절차에 따라 제작된 급경사지 붕괴위험지도의 일부이다. 이것은 서울지역을 동별 로 제작한 지도의 일부로서 사면의 붕괴위험도를 나 타내고 있다. 그리고 과거 피해발생지점과 관리지 역 및 위험물골이 같이 표시되어 있다. 이 지도는 사 면이 기반암 위에 놓인 흙으로 구성되어 있으며 사 면길이에 비해 흙의 깊이가 얕은 경우를 가정한 무 한사면안정해석에 기반하고 있으므로 암반사면이나 옹벽사면, 토심이 깊은 사면에는 적용성이 떨어지 게 된다. 그러나 이러한 경우를 제외한 우리나라 대 부분의 산지나 절개지, 성토지 등 자연사면과 인공 사면의 붕괴위험도를 예비적으로 판단하는 스크리 그림 1. 지반재해위험지도 작성 년차별 추진 상황
그림 2. 급경사지 붕괴위험지도
닝 툴(screening tool)로 활용될 수 있다. 스크리닝 툴이라는 의미는 붕괴위험지도에 표시된 위험한 지 역들을 확인이 필요한 사면으로 보고 목록을 작성한 후 최종적으로 전문가에 의한 현장 확인 등을 거쳐 관리대상 사면으로 포함시킬지 여부를 판단해야 한 다는 것이다.
그림 3은 앞 절에서 설명한 붕괴위험지도와 동일 한 지역에 대한 토석류와 돌발홍수 위험지역 지도이 다. 그림에서 갈색(brown)으로 표시된 부분이 토석 류의 유하에 따른 확산 및 퇴적 위험지역이다. 그리 고 옅은 남색(light blue)으로 표시된 부분이 돌발홍 수 위험지역이다. 과거 피해발생지점과 관리지역 및 위험물골(dark blue)이 같이 표시되어 있다.
그림 4는 토석류와 돌발홍수 유속을 나타낸 지도 이다. 토석류와 돌발홍수의 유속은 토석류와 돌발홍 수의 위력을 판단할 수 있는 중요한 지표로서 산지 에서 유하하면서 급격히 가속되다가 평지에 도달하 면서 감속되는 경향을 볼 수 있다. 토석류 돌발홍수 위험지도에 나타난 바와 같이 우리나라의 산지는 붕 괴위험이 높은 사면이 널리 분포하고 있어서 위험지 도에 나타난 지역을 모두 관리하는 것은 사실상 불 가능하다. 여기에 선택적인 방어의 개념이 필요한데 토석류나 돌발홍수가 산지로부터 위험물골을 따라 유하하여 주택이나 도로를 침범하는 것으로 나타난 지역을 1차적인 예비 관리대상 리스트에 포함시켜야
한다. 그리고 위험물골은 없지만 붕괴시 인명피해의 위험이 있는 것으로 나타난 지역을 2차적인 예비 관 리대상 리스트에 포함시키도록 한다. 그러나 이러한 토석류 돌발홍수 모의 결과는 위험지역을 예비적으 로 판단하는 스크리닝 툴(screening tool)이라는 점 을 잊지 말아야 한다. 예비 관리대상 리스트에 포함 된 지역에 대해서는 최종적으로 전문가에 의한 현장 확인 등을 거쳐 토석류 돌발홍수 위험지역에 포함시 킬지 여부를 판단해야 한다.
3. 지반재해위험지도의 위험 구분과 피해 특성
붕괴위험지도는 크게 붕괴위험 1, 2, 3등급군으로 나누며 다시 이를 위험 정도의 차이에 따라 7개 등 급으로 세분하여 표시되며, 지반재해위험 등급별 피 해특성은 표 1과 같다.
붕괴위험 1등급군은 사면안정계수(Safety Index;
SI)가 1.0 이하로 호우시에 저절로 붕괴될 수 있는 지 역이다. 사면의 경사도는 대략 27도 이상으로 도심 지의 경우 자연공원 5부 능선에서 산지 정상 부근 사 이에 주로 분포하며 주거지역에서도 절개지, 축대, 옹벽 등 인공사면이나 암반 사면의 형태로 분포한 다. 붕괴위험이 매우 높고 붕괴시에는 사면형 토석류
그림 3 토석류 돌발홍수 위험지역 지도 그림 4 토석류 돌발홍수 유속 지도
(slope debris flow)로 인한 매몰사고나 계류부의 물 과 섞이면서 고속의 계류형 토석류(channel debris flow)로 전환되면서 암석과 유목, 진흙, 물이 혼합된 위력적인 대규모 토석류 피해를 유발하곤 한다.
붕괴위험 2등급군은 사면안정계수(SI)가 1.0에 서 1.5 사이로 호우시에 저절로 붕괴될 가능성은 희 박하나 개발행위 등 사면의 안정을 저해하는 사소 한 활동에도 붕괴될 수 있는 지역이다. 사면의 경사 도는 대략 20도에서 27도 사이로 도심지의 경우 자 연공원 5부 능선 아래에 주로 분포하며 사면 붕괴 와 유실이 복합된 형태의 피해가 발생한다. 이러한 지역은 사면개발을 최대한 억제하고 부득이하게 공 사를 해야 할 경우에는 우기를 피해서 하며 배수로 와 임시 사방댐 등 철저한 대책을 수립한 후에 공사 를 해야 한다. 2011년 6월 발생한 서울시 노원구 월 계동 초안산 산사태와 토석류는 그림 5의 점선 안에 표시한 지점에서 발생하였다. 이 지점은 붕괴위험 1 등급군이 존재하나 옹벽과의 사이에 붕괴위험 2등 급군 사면이 완충을 해주는 비교적 안전한 사면이었 으나 우기에 공사를 진행하면서 배수체계의 변화 등
사면의 안정성이 감소하여 붕괴된 것으로 사료된다.
붕괴위험 3등급군은 사면안정계수(SI)가 1.5에서 3.0 사이로 호우시에 사면붕괴 보다는 지표수가 집 중되면서 물골을 이루어 사면이 유실되는 형태의 피 해가 주로 발생한다. 사면의 경사도는 대략 10도에 서 20도 사이로 도심지의 경우 근린공원 산지의 완 만한 능선을 끼고 주로 나타난다. 따라서 상류부로 부터 토석류가 유입되는 경우가 아니라면 인명피해 는 거의 없고 주로 재산피해가 발생한다.
토석류는 최근들어 많은 인명과 재산피해를 발생 시키고 있는 가장 위험한 형태의 지반재해유형 가운 데 하나이다. 물골이 발달되지 않은 포화된 사면에 서 슬라이딩 등의 사면붕괴로 인하여 발생하는 사면 형 토석류(slope debris flow)는 물의 함량이 상대 적으로 적어서 유동 범위가 크지 않고 주로 사면 직 하류부의 도로나 가옥에 대한 매몰사고 형태의 피해 를 유발시킨다. 한편, 물골 상류부에서 발생한 토괴 의 슬라이딩이 계류부의 물과 혼합되면 계류형 토석 류(channel debris flow)로 전환되면서 하상의 토 석 세굴과 계류부 양안의 2차 산사태에 따른 토석의 표 1. 지반재해위험 등급별 피해 특성
구분 특 성
경사도 피해 유형
붕괴위험 1등급군
(0<SI<1.0) 27도 이상
■ 도심지 자연공원 5부 능선 위쪽부터 산지 정상 부근 사이에서 주로 나타남
■ 주거지역에서는 절개지, 축대, 옹벽, 인공사면, 절토지역 등에 서 나타남
■ 붕괴 위험 높고 매몰 사고나 토석류를 발생시킬 가능성이 있음
붕괴위험 2등급군
(1.0<SI<1.5) 20~27도
■ 도심지 자연공원 5부 능선 아래에서 주로 나타남
■ 사면 붕괴와 유실이 복합된 형태로 피해가 발생
■ 자연상태에서 붕괴 위험 낮으나 사소한 개발행위에도 붕괴위험 붕괴위험 3등급군
(1.5<SI<3.0) 10~20도 ■ 도심지 근린공원이나 성토지역에서 주로 나타남
■ 사면 붕괴 보다는 지표수 집중에 의한 사면 유실 형태로 피해 발생
토석류 주로 평지 ■ 산지의 붕괴위험 1등급군과 위험 물골로 연결된 평지
■ 인명피해의 위험이 높지만 육안으로는 식별 곤란
돌발홍수 주로 평지 ■ 산지의 붕괴위험 1등급군과 위험 물골로 연결된 평지(토석류 보다 먼거리까지 영향)
■ 반지하나 지하공간 피해 위험이 높지만 육안으로는 식별 곤란
연행으로 위력이 급격히 증가하며 암석과 유목, 흙, 물이 혼합된 매우 빠른 유속의 위력적인 토석류로 발전하여 대규모 인명과 재산피해를 유발하곤 한다.
그런데 문제는 그림 6에 제시된 바와 같이 대부분의 토석류 피해가 관리지역을 벗어난 평지에서 발생한 다는 점이다. 토석류 피해를 막기 위해서는 토석류 위험지도에 의한 광역적이고 포괄적인 예비 검토를 수행하고 토석류 피해가 예상되는 지역에 대해서는 전문가에 의한 현장 확인과 이에 따른 대책이 수립 되어야 한다. 이때 위험이 예상되는 모든 지역을 점 검하는 것은 현실적으로 불가능하므로 선택적인 방 어의 개념을 적용하여 위험한 물골이 통과하는 주거
지역 등 인명피해가 우려되는 지역을 중심으로 현장 조사를 추진하는 것이 바람직하다. 또한 강우기준과 사면의 포화도, 탁수 발생, 유량 변화 등을 반영한 예경보 체계의 정립과 토석류 위험 지역에 거주하는 주민에 대한 대피 교육과 홍보가 토석류 피해 예방 에 중요하다.
돌발홍수(flash flood)도 토석류와 유사하게 산지 에 내린 호우가 계류부를 통하여 저지대로 일시에 집중되면서 주로 발생하게 된다(그림 7). 이때 부유 물과 유목 등이 함께 연행되어 피해를 가중시키기 도 한다. 돌발홍수는 물골로 부터 유하한 홍수가 주 원인으로 토석류의 유하경로와 거의 일치하나 토석 그림 5. 붕괴위험지도와 초안산 토석류 피해
그림 6. 계류형 토석류 피해 그림 7. 우면산 주변 도로 돌발홍수 피해
류 보다 더 먼 거리까지 피해를 주게 된다. 주요 피 해 대상은 반지하 주거공간이나 지하주차장, 지하쇼 핑몰, 지하철 등 지하공간이 대부분으로 돌발홍수가 일시에 유입될 경우 수압으로 문이 열리지 않아 인 명피해가 발생하기도 한다. 토석류와 마찬가지로 관 리지역 외에서 발생하며 산지에서 비교적 멀리 떨어 진 곳에서도 피해가 발생하여 대비하기가 쉽지 않 다. 저지대의 경우 도로나 지하철 출입구, 주거 지 역에 설치하는 차수벽이나 충분한 높이의 홍수 유입 방지턱 등의 시설이 효과적이다. 돌발홍수가 발생하 면 주로 도로를 따라 홍수가 전파되는데 저지대 반 지하 주거 공간 등 취약지역 주민들에 대해서는 돌 발홍수 초기에 신속하게 대피할 수 있도록 교육과 홍보를 강화하고 주요 물골에 대한 조기 예경보체계 를 갖춰야 할 것이다.
4. 결론
본 연구진에서 제작한 지반재해위험지도는 붕괴위
험지역 중심이 아니라 피해위험지역을 대상으로 급 경사지 관련 재해를 과학적으로 관리해 나가는데 도 움을 주고자 하는 취지에서 개발되었다. 본 지반재해 위험지도가 산사태 위험지역과 더불어 토석류의 이 동경로와 계곡 하류부 토석류와 돌발홍수 피해예상 지역의 범위를 제공함으로써 귀중한 인명과 재산피 해를 줄이고 과학적이고 효율적인 방재행정구현으로 대국민 서비스 향상과 정부의 신뢰성을 제고해 나가 는데 미력이나마 기여할 수 있기를 기대한다.
감사의 글
본 연구는 소방방재청 자연재해저감기술개발사 업인「집중호우를 고려한 급경사지 재해위험도 정 밀평가기법 및 지반재해위험지도 개발」[NEMA-자 연-2012-58]과제의 일환으로 이루어 졌습니다. 이 에 감사드립니다.
1. 오경두 등(2013) 집중호우로 인한 산사태 및 토석류 위험도 분석 ? 우면산 피해지역에 대 한 적용, 한국위기관리논집 제9권 제9호. pp. 45-66.
2. 오경두 등(2012) SINMAP을 이용한 우면산 지역의 산사태 위험도 분석, 대한토목학회학 술발표회논문집, pp. 1918-1921.
3. 오경두 등 (2006) GIS 기반 산사태 예측모형의 적용성 평가, 한국수자원학회논문집, 제39 권, 제1호, pp. 23-33.
4. 오경두 등 (2005) 도시유역 CN 산정연구, 한국수자원학회논문집, 제38권, 제12호, pp.
1009-1020.
5. 오경두 (2011) GIS에 의한 산사태 돌발홍수 위험지역 분석, 한국방재저널 2011년 9·10월 호, 한국방재협회.
6. 경기도 (2001) 경기도 치수종합대책수립 연구용역 결과보고서, pp. 797-861.
7. 서울특별시 (2012) 우면산 산사태 재해복구사업 사전심의요청서.
8. Ward, S.N. and Day, S. (2006) Particulate kinematic simulations of debris avalanches: interpretation of deposits and landslide seismic signals of Mount Saint Helens, 1980 May 18. Geophys. J. Int. (2006) 167, pp. 991-1004.
참고문헌