| 연구개발개요 |
● 기초원천기술개발의 창의성 - 본 연구에서 폭우에 의한 산사태 발생의 원인을 규명하여 산사태 발생 시기와 초기 토석량을 정확히 예측함. - 강우가 지속되는 동안 지하수와 토석의 물성치의 변화를 실험실에서 관찰하여 산사태 발생 과정을 정확히 규명함. - 본 연구에서 산사태 발생 시기와 깊이, 토석류의 전파, 바닥 침식, 퇴적의 전 과정을 수치 모의함. 이는 세계 최초로 시도되는 것임.● 시의성 및 중요성 - 지구온난화에 따른 기후변화 등으로 우리나라뿐만 아니라 세계적으로 산사태 및 토석류에 의한 피해가 매년 크게 발생하고 있음. - 현재까지 국내에서 토석류와 관련하여 매우 많은 연구가 수행되었으며, 수많은 의미 있는 연구결과들이 도출되었음. - 하지만 국내에서 수행된 대부분의 토석류 관련 연구들은 해외에서 수행된 기초연구 결과를 이용한 응용연구(토석류 피해 조사, 위험지도 작성, 토석류 방지 구조물 개발 등)가 대부분임. - 따라서, 산사태 발생원인을 규명하고 토석류의 전 과정을 해석하는 기초연구를 수행하여 국내뿐만 아니라 전 세계적으로 필요한 연구를 시급히 할 필요가 있음. - 특히 토석의 불포화도 특성, 강우 침투로 인한 지하수위 변동 특성, 토석의 항복, 점성에 따른 유동 특성에 대한 실험 연구를 수행하여 산사태 발생과 토석류 예측의 정확도를 향상시키는데 큰 역할을 할 것으로 판단됨. - 본 연구를 통한 결과는 산사태 발생과 토석류 관련 기술력(토석류 피해범위 예측) 향상과 더불어 본 기술을 활용하여 산림청, 국토교통부의 사면재해 저감 기술에 바로 활용되고 해외 기술 컨설팅 등 사업 진출에도 큰 도움이 될 것임.연구개발 추진 필요성● 폭우 시 산사태 발생 증가 - 1988년부터 2018년까지의 전 세계 9,279건의 산사태 발생의 직접적 원인을 조사한 결과, 폭우(42%), 집중호우(23%), 지속적 강우(7%), 장마(1%) 등 강우에 의해 총 73%의 비중을 차지하며 그중 폭우가 가장 큼. ● 지반 공극 침투 및 지표면 유체흐름을 고려한 산사태 발생 예측기술 개발 - 강우가 지속되는 동안 지반 공극 침투 및 지표면 유체 흐름을 실험실에서 관찰하여 유도된 이론식을 검증하고, 침투속도 및 침투량을 고려하여 산사태 발생 과정을 정확히 규명함. - 본 연구에서 호우에 의한 산사태 발생의 원인을 규명하여 산사태 발생 시기와 초기 토석량을 정확히 예측함. - 본 연구에서 산사태 발생 시기와 깊이, 전파, 바닥침식, 퇴적의 전 과정을 수치 모의함. ● 불균질(heterogeneous) 토양의 흙-함수특성 기초자료 - 토석의 불포화도 특성에 대한, 실험 연구를 수행하여 산사태 발생 예측의 정확도를 향상시키는데 큰 역할을 할 것으로 판단됨. - 본 연구에서 제시된 불균질(heterogeneous) 토양의 흙-함수특성 기초자료는 향후 산사태 발생 예측을 위해 활용될 것으로 기대됨.● 토양의 점성 및 잔류전단강도를 고려한 토석류 해석 수치모형 개발 - 강우가 지속되는 동안 토석의 물성치의 변화를 실험실에서 관찰하여 산사태 발생 과정을 정확히 규명함.정부 정책과의 부합성 ○ 본 연구는 폭우에 의한 산사태 발생을 예측하고 모든 산사태 과정을 수치 모의하는 기초연구로서 연구의 목적은 산사태에 의한 재해 피해 최소화에 있음. ○ 따라서, 본 제안연구는 현 정부의 100대 국정과제 중 “내 삶을 책임지는 국가” 전략 1: 모두가 누리는 포용적 복지국가 46번 “서민이 안심하고 사는 주거환경 조성”과 부함하며 또한 전략 3 : 국민안전과 생명을 지키는 안심사회 55번 “안전사고 예방 및 재난 안전관리의 국가책임체제 구축”과 56번 “통합적 재난관리체계 구축 및 현장 즉시대응 역량 강화”와 부합됨. ○ 또한, 본 연구는 국토교통과학기술 종합계획(‘18~`27) 연구 주제 중에 재난·재해예방 등 안전기술 개발(대분류), 실시간 수재해 관리시스템(중분류), 홍수방지 시설물(소분류)와 부합됨.
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| 연구내용 및 범위 |
○ 산사태 발생 예측기술 개발 - 불균질(heterogeneous) 토양(국립산림과학원 DB 활용)의 흙-함수 특성 평가 및 이를 고려한 수치모형 개발 - 강우침투로 인한 지하수위 변동 모형 개발 및 이를 고려한 수치모형 개발 - 침투수의 속도, 침투량, 지하수면까지의 도달시간 예측 및 이를 고려한 수치모형 개발 - 강우에 의한 source와 침투에 의한 sink를 고려한 지표면 유출 해석기술 개발 및 이를 고려한 수치모형 개발 - 지표수 흐름과 지하수 흐름 동시 해석기술 개발 및 이를 고려한 수치모형 개발 ○ 토석류 해석 수치모형 개발 - 토석류의 점도 및 잔류전단강도 평가 및 이를 고려한 수치모형 개발 - 강우침투 및 지표면 유출량을 고려한 수치모형 개발 - 하상 침식을 고려한 토석류 해석 수치모형 개발(1) 1년차● 연구개발목표 - 주관연구개발기관(세종대학교) : 폭우에 의한 산사태 발생 예측기법 개발 - 공동연구개발기관(충북대학교) : 폭우에 의한 흙-함수특성 및 침투특성 실험구축 및 예비실험수행(2) 2년차● 연구개발목표 - 주관연구개발기관(세종대학교) : 모든 단계의 토석류 해석 수치모형 개발 - 공동연구개발기관(충북대학교) : 토석류 발생 시 지반의 물리적 특성(함수특성, 침투특성, 점도특성, 강도특성) 평가현황 및 문제점 및 해결책침투수의 중요성:침투수 속도, 침투량, 도달시간의 영향을 산사태 발생 가능성에 정확히 반영하지 못한 실정임 ▶ 하상에서 침투수 속도가 지표수 높이의 제곱근에 비례함을 밝히고, 침투량이 공극률에 비례함을 밝히고, 침투수가 지하수면에 도달하는 시간을 예측하여 실시간 산사태 발생 예측기술의 정확성 확보를 목표로 함.지표수의 중요성:강우로 발생한 지표수가 산사태 발생에 미치는 영향을 무시하여 실시간 산사태 발생 가능성에 대한 정확한 예측이 불가한 실정임.▶ 강우로 지표수위가 상승하고, 하상 아래로 침투되는 속도를 예측하여 지표수 높이를 예측하고, 실시간으로 변하는 지표수의 하중을 고려하여 산사태 발생 예측기술의 정확성 확보를 목표로 함.하상 침식의 중요성:토석류 해석 시 하상의 침식을 고려하지 않으면 토석량을 과소평가하여 정확한 토석류 해석이 불가한 실정임.▶ 하상의 침식률이 전단응력과 저항전단응력의 차이에 비례한다는 원리를 사용하여 토석류 해석기술의 정확성 확보를 목표로 함.잔류전단강도 및 점도특성의 중요성:토석류 해석 시 잔류전단강도과 점도가 정지상태와 유동상태에 다른 특성을 반영하지 않아 정확한 토석류 해석이 불가한 실정임▶ 항복응력 및 점도가 정지상태와 유동상태에 다른 특성을 반영하여 토석류 해석기술의 정확성 확보를 목표로 함.
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