호우 피해로부터 산지하천 도로를 지킨다
- 토석류(土石流) 대응기술 -
“산사태 및 토석류 위험도 분석 데이터베이스로
토석류를 예방하고 피해를 최소화 시킨다”
[연구자 레터]
강원 지역 도로 대부분은 산지하천을 따라 건설되어 있어 토석류에 의한 피해 가능성이 높고 피해 지역이 광범위해 산사태 및 토석류 피해 예방에 많은 어려움이 따른다. 그 중에도 국내 산사태 및 토석류 방재 관련 연구는 부족한 실정이며 특히 토석류 예방 및 피해 최소화 기술이나 관련 정책적 기준도 미흡한 상황이다. 이에 본 연구팀은 산지하천 도로의 호우피해 방지를 위한 토석류 방재설계 기술을 개발하였다.
01 개발배경 및 현황
2002년 강원도 강릉지역은 태풍 루사로 총강우량 900mm가 넘는 엄청난 양의 비가 쏟아졌다. 이로 인해 인명피해 뿐만 아니라 도로 등 기간시설물의 피해와 농작물 유실로 농민들의 피해도 상당했다. 본 연구진은 수해로 인해 삶의 터전을 잃어버린 수해민과 등교하지 못하는 학생들을 보면서 산사태 및 토석류에 대한 연구에 대한 필요성을 느껴 2008년부터 2013년까지 5년간의 연구를 시작하게 되었다.
강원도는 약 89%가 산지로 구성되어 있으며 강원 지역 도로의 대부분은 하천을 끼고 건설되어 있다. 산사태 및 토석류의 경우 대규모 태풍 혹은 국지성 집중호우에 의해 광범위한 지역에서 동시다발적으로 발생하여 그 발생 위치와 흐름의 특성을 예측하기 어려울 뿐만 아니라, 특히 토석류의 경우에는 이동 경로 상에 위치한 지반을 침식시켜 그 규모와 파괴력이 증가하는 특징을 가지고 있다. 따라서 산지에 건설된 많은 도로는 산사태 및 토석류에 의한 피해 가능 지역이 광범위하고 산사태 및 토석류 피해 예방에 어려움이 따르고 있는 실정이다.
일본, 미국, 캐나다, 홍콩, 대만, 스위스 등 해외에서는 산사태 및 토석류 제어기술 및 방지대책, 사후처리 기법, 재해정보 처리기술 등을 연구해왔으며, 관련 분야에서 상당한 기술 고도화를 이루어 국제 컨소시움 개최 등 지속적인 연구 활동을 하고 있다.
국내의 경우 산사태 방재 관련 기술 연구가 많이 이루어지지 않았으나 최근에는 산사태 취약성 분석, 예측 지역 분석 및 예측도 작성, 위험지역 분석 등에 관한 연구가 점차 증가하는 추세이다. 뿐만 아니라 관련 분야에서 지리정보시스템(GIS) 및 원격탐사를 활용한 기술이 발전하여 국립방재연구소, 한국건설기술연구원, 국립산림과학원, 한국지질자원연구원 등에서 연구를 진행하고 있으며 이들 기관의 연구 예산은 매년 총 7∼8억원 규모로 주로 산사태에 대한 연구가 수행되고 있다. 그럼에도 불구하고 현재까지 연구는 인공사면 위주이고 자연사면 상에서 발생이 예상되는 산사태 및 토석류에 대한 피해 예방 및 최소화를 위한 기술이나 시설기준, 제도 등은 미흡한 실정이다.
02 기술의 특성
위험도 분석을 통한 산사태 및 토석류 예측
본 연구팀은 전국 455개의 산사태 발생지에 대한 산사태 데이터와 전국 160개의 유역 단위별 토석류 데이터를 바탕으로 데이터 베이스를 구축(http://rd-flow.re.kr/)하였고, 이를 통해 산사태 및 토석류 위험도 평가 모델을 개발하였다.
또한 지리정보시스템(GIS) 기반으로 로지스틱 회귀식 모형을 적용하여 산사태 및 토석류 위험도 분석 시스템을 개발하여, 강원도 지역 산사태 발생 확률을 표시한 재해 지도를 작성하였다.
재해 예방 및 저감 기술 개발
앞서 개발한 GIS 기반의 산사태 발생확률 지도로 도로 노선의 산사태 위험도를 분석하여 산사태 대안노선 평가 시스템을 개발했다. 산사태 대안노선 평가시스템은 도로선형 설계 시 산사태나 토석류에 의한 위험도와 경제적 비용을 분석해 최적의 노선을 선정할 수 있게 해준다.
이와 더불어 기존의 산지하천도로 배수 구조물의 취약성을 분석하고 개선된 도로배수시설의 현장적용 및 모니터링을 통해 배수 구조물 설계 개선안을 개발하고 기준을 제시하였다. 실제 토석류 발생 시 영향 범위와 충격력 등은 토지 농도와 강우 특성에 따라 다르게 나타나기 때문에 그간 축적된 데이터 및 개발된 토석류 저감 기법의 적용성 평가로 평창에서 세계적 수준의 실제 규모 토석류 실험을 진행하였다.
토석류는 계곡을 따라 흘러내리는 과정에서 토사와 큰 암석 그리고 다량의 나무들을 포함하게 되며, 흐름의 앞부분에 큰 암석와 나무들이 집중되어 있어 큰 파괴력을 지니게 된다. 기존에는 강의 상류에 사방댐 및 스크린댐을 설치하여 토석류의 감속이 이루어지도록 하여 피해를 방지하였다. 하지만 기존의 방법은 시공기간과 설치 및 유지관리 비용이 많이 소요되고 장기적인 내구성이 약하기 때문에 효율적이지 못하다는 문제가 있었다. 이를 보완하기 위해 본 연구진은 중공형(中空形) 구조체 여러개를 간격을 두고 설치하여 토석류 유동성을 감소시켜 시공성 및 향후 유지보수가 용이한 사방댐 구조물을 개발하였다.
03 기술개발 효과
국내 실정에 적합한 산사태 제어기술 개발로 재해 제어기술 경쟁력 확보
본 연구에서 현재 적용되고 있는 사방 공법의 효과 및 문제점 분석을 통해 국내 실정에 적합한 토석류 발생조건별 대응전략을 도출하고, 사방공법의 성능의 지속적 유지관리 방안을 제시한 점은 커다란 성과이다. 또한 연구팀이 개발한 토석류 저감공법은 운반 및 설치가 용이하고 비교적 적은 비용으로도 공사 기간을 단축할 수 있으며 설계기술 수준 측면에서도 경쟁력 또한 높다. 본 기술의 적용으로 경제적이고 효율적인 토석류 제어가 이루어져 국내 산지하천 도로의 안정성이 향상될 것이며 나아가 산지하천 도로 설계기술을 개발하는데 있어 도로선형 설계기술 및 배수설계 기술은 물론 산지계곡부의 토석류 발생 제어 설계기술 등 다양한 요소 기술 개발에 활용되어 국가 산지하천 도로망 안전에 기여할 것으로 기대된다.
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