| 연구개발개요 |
○ 강원지역은 지난 10년간(2006∼2015) 자연재해로 인한 피해복구비용이 3조3,528억원(풍수해 98%비중)에 달하며, 전국 피해복구비 대비 32%로 가장 큰 비중을 차지함.○ 강원지역의 산림면적은 전국 대비 가장 높은 비율을 차지하며, 자연재해 위험도 역시 전국에서 가장 높은 행정구역으로서, 최근 골프장, 광산, 난개발 등에 의한 인위적인 교란이 심각해지면서 태풍 및 국지성 호우의 빈번한 증가로 토석류 재해피해가 해마다 늘어나고 있음.○ 또한, 급경사지에서 빈발하는 토석류는 산지하천으로 유입되고, 이로 인하여 하천의 유사이송 특성과 동적 반응구조가 크게 변화하면서 하류부 주거지역에 극심한 홍수피해를 유발하고 있음.○ 이에 더하여, 토석류가 유입된 산지하천은 집중 호우에 따른 홍수 시 만곡부에서 큰 원심력에 의해 편수위가 높아지면서 하천범람과 함께 만곡부 내측의 퇴적과 외측의 국부세굴이 심화되어 호안이 유실되는 피해가 증가하고 있음.○ 강원지역은 산지가 89%나 되기 때문에 하천을 따라 좁은 폭으로 형성된 충적하반에 농경지나 도로가 발달되어 있어서 홍수 시 하천피해는 국가 사회기반시설의 피해로 직결됨.○ 토석류는 동시 다발적이고 광범위한 지역에서 발생하며, 산지가 대부분인 강원지역의 경우는 지역적인 특성으로 인해 타 시도와 비교하여 산지 토석류 재해로 인한 피해가 더욱 큼○ 또한 강원도는 매년 전국대비 많은 산불재해가 발생하고 있음. 강원도에서 2009년부터 2018년까지 10년 동안 발생한 산불 발생현황을 보면(표 1), 건수로는 전국대비 56.8%, 면적으로는 82.4%에 달함. 기존 연구에 의하면 산불발생 지역은 산불 미발생 지역에 비하여 토사유출과 토양침식량이 각각 2배, 25배 증가한 실험사례가 있으며(Johansen, 2001), 산사태 및 토석류 발생 위험성 역시 매우 높아지고 그 영향은 약 10년까지도 지속되는 것으로 보고되고 있음.○ 특히, 강원지역의 많은 국가 기반 시설물과 사유시설물들은 산지에 인접하여 건설된 경우가 많아, 토석류 재해 시 국가적으로 막대한 사회적, 경제적 손실을 가져오므로 이를 예방할 수 있는 방재기술관련 연구가 절실히 필요함.
|
| 최종목표 |
1) 친환경 토석류 제어기법 개발 - 토석류 제어구조물을 모사할 수 있는 소형 수로실험 시스템 구축 - 강성 구조물과 연성구조물의 설치조건, 배치형태 등 다양한 설계인자를 고려하여 실험 수행 - 설계인자에 대한 토석류 에너지, 차단효과, 충격량 변화 분석 - 소형 수로시험 결과를 기반으로 개발된 제어구조물 기법의 현장 실증실험 계획 수립 2) 개발된 제어기술의 설계, 시공기술 개발 - 제어구조물이 설치된 소형 수로실험, 수치해석 등을 통하여 대책구조물과 토석류의 상호작용 분석 - 토석의 흐름거동, 구조물과의 상호작용에 관련한 주요 영향인자 분석 및 설계 정수 결정 - 현장 설계 시공기법 제안 3) 현장 실증 및 적용 - 지자체 및 주민 간담회 등을 통한 현장 적용 방안 마련 - 실규모 토석류 실험장 유역 내 계곡부 및 발생장치 정비를 통한 Test Bed 구축 - 현장 실증실험을 통한 개발된 제어구조물의 현장 적용성 검증
|
| 연구내용 및 범위 |
○ 본 과제의 연구개발 목표는 산악지역 토석류 재해 예방 및 저감을 위해, 경제적이고, 친환경적인 토석류 제어기법을 개발하고, 설계인자에 대한 실험적, 수치적, 실증적 연구를 통해 현장 적용이 가능한 토석류 제어구조물의 설계 시공기술을 개발하며, 이를 다양한 지역간의 협력을 통하여 현장 적용성을 높이고, 비즈니스 모델을 확립하여 사업화까지 진행하는 것임.○ 주요 연구내용은 1) 친환경 토석류 제어기법 개발, 2) 개발된 제어기술의 설계, 시공기술 개발, 3) 현장 실증 및 적용으로 구성됨.○ 토석류는 다른 자연현상과 비교하여 흐름 메커니즘에서 크기효과가 매우 중요하며, 토석류 흐름의 크기가 커지게 되면 점성 응력의 중요성이 감소하고 유체압력의 영향이 커지므로 소규모 실험으로는 그 특성을 정확히 파악하는 것이 어렵고, 대형 실험을 통한 거동분석이 매우 중요함(Iverson 2015). ○ 따라서 실제 현장 구조물 설계 및 시공에 활용하기 위해서는 소규모 실험적 연구결과들에 대해 현장 실증실험을 수행하여 현장 적용성을 확인하는 것이 반드시 필요함.○ 하지만 기존의 국내·외 연구자들에 의하여 수행된 연구는 대부분 소규모 또는 대규모의 인공적인 수로에서 수행된 결과로, 실제 유역 및 계곡부의 지형학적 특성들이 고려되지 않아 실제 현장구조물에 적용하기에는 한계가 있음.○ 본 연구에서는 국토교통과학기술진흥원의 지원으로 국내에 구축되어 있는 세계 유일의 실규모 토석류 실험장을 활용할 계획이며, 강원도 진부면에 구축되어 있는 본 실험시설은 총 길이 824m에 달하는 자연 수로에 약 600m3의 토석과 물을 발생부에서 흘려보낼 수 있는 시설을 갖추고 있음. ○ 개발된 토석류 제어 기술을 현장 설치하고, 그 제어 성능까지 검증하는 연구는 세계적으로도 처음 시도되는 도전적 연구임. ○ 이에 더하여 공동연구기관인 홍콩대학교에서 대형 토석류 실험을 수행할 계획이므로, 강릉원주대학교의 소형실험과 실규모 실험이 함께 수행된다면, 소형-대형-실규모 실험을 통한 토석류의 크기효과까지 분석할 수 있을 것으로 판단됨. 아직까지 세계적으로도 토석류의 크기효과를 실험적으로 분석한 사례는 전무하므로 본 연구 기술은 실용적 측면에서뿐만 아니라 학문적, 기술적으로도 매우 우수할 것으로 기대됨. ○ 국내에서 수행된 해석적 연구는 계곡부에서 침식이 발생하지 않는 조건 하에서 토석류를 단일 밀도를 갖는 연속체로 가정하여 해석을 수행하는 수준임.○ 하지만, 본 연구에서 개발되는 토석류 제어기법은 투과형 강성 구조물과 연성 구조물을 조합한 형태의 구조물로, 해석 시 토석류-구조물 상호작용, 지반침식 및 연행작용, 토석류의 흐름 및 확산의 다변화가 예상됨. ○ 특히, 네트 형식의 연성 구조물은 일반적으로 주변이 막혀있는 구조물과는 달리, 고강도 강선의 메쉬 형태로 구성되어 있어, 일반적인 유체해석 시뮬레이션으로는 토석류의 흐름 거동을 구현해낼 수 없음. ○ 본 연구에서 공동연구원인 홍콩대학교에서는 최근 고체와 유체가 이원화된 형태로 각 입자 간의 상호작용에 따른 물리적 영향과 지반 침식 및 연행작용을 동시에 고려할 수 있는 유체-입자 (CFD-DEM) 기반의 3차원 다상유동 해석기법을 중점적으로 다루고 있으며, 이에 대한 활발한 연구가 이미 진행되고 있음.○ 현장 실증실험 연구결과가 실제 현장에서 활용되기 위해서는 이론적, 해석적 검증이 필수적으로 수반되어야 하며, 만약 이러한 해석적 기법들이 소형-대형-실규모 실험관련 해석적 연구에 적극 활용된다면, 국제적으로도 우수한 연구성과가 도출될 것으로 보이며, 국내 토석류 수치해석의 연구수준을 향상시킬수 있을 것으로 보임.
|
이 누리집은 대한민국 공식 전자정부 누리집입니다.
