수목 근계의 영향이 고려된 물리기반 모델에 의한 산지토사재해 위험도 평가 = Sediment-Related Disaster Risk Assessment by the Use of Physically-Based Models Considering the Effect of Tree Roots on Soil Reinforcement in a Forested Catchment

국문 초록 (Abstract)

우리나라의 산지토사재해는 대부분 집중호우에 의한 산지사면의 붕괴로부터 시작된다. 산지사면의 붕괴는 발생 깊이에 따라 표층붕괴와 심층붕괴로 구분되며, 이 중 표층붕괴는 우리나라의 대표적인 붕괴 유형으로 수목의 근계가 발달하고 있는 토양층 부근에서 발생한다. 따라서 표층붕괴의 발생 예측과 메커니즘 해석을 위해서는 수목의 근계가 산지사면의 안정성에 미치는 영향에 대한 역학적 평가가 반드시 이루어져야 하며, 이는 산지토사재해 발생 위험성 저감을 위한 산림관리 측면에서도 매우 중요한 사항이다.
이러한 배경을 바탕으로 이 연구에서는 산림소유역에서 임상별 수목 뿌리의 영향이 고려된 물리기반 모델을 적용하여 표층붕괴 발생 위험성을 모의하고, 유출토사량의 예측방법과 정밀도 향상 방안에 대하여 검토하였으며, 이를 토대로 산지토사재해 위험도를 평가하는 것을 목적으로 하였다.
Ⅲ장에서는 표층붕괴 발생에 있어서의 수목의 뿌리점착력의 영향을 물리기반 산사태 해석 모형인 SHALSTAB(Shallow Landslide Stability)을 활용하여 평가하고 적절한 발생원 예측방법과 유출토사량 산정방법을 제안하였다. Ⅳ장에서는 SHALSTAB 모형 상에서 수목 뿌리점착력의 영향을 고려하여 모의한 표층붕괴 범위를 기초로 하여 유출토사량을 계산하였고, 이를 다시 토석류 해석 모형인 Hyper KANAKO 모델에 적용하여 토석류의 거동구간(1D 구간)과 퇴적구간(2D 구간)에 유출된 토사량을 분석하였다. Ⅴ장에서는 Hyper KANAKO를 활용하여 연구대상지에 적용된 사방댐의 배치별 토석류 포착효과를 평가하기 위하여 무시설(S1)을 기준으로 총 5개의 시나리오를 설정하여 모의하였다. 그 결과, 유하구간(1D 구간)과 퇴적구간(2D 구간)에서 현재의 사방시설이 재현된 시나리오(S2)에서 토석류 포착효과가 가장 큰 것으로 나타났다.
이 연구의 결과는 산지토사재해 발생 위험도 평가에 있어 토양 점착력에 미치는 임상별 수목 근계의 영향에 대한 역학적 해석의 필요성을 시사하며, 산지토사재해의 효과적인 피해저감을 위한 사방시설의 최적배치 계획 수립과 건전한 산림관리에 있어 중요한 기초자료가 될 것으로 기대된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Sediment-related disasters was occurred from slope collapse during storm rainfall events. The slope collapse separated a shallow landslide and a deep-seated landslide by soil depth on the hillslope. The shallow landslide as the presentative type of landslide was occurred around soil depth to develop tree roots. Thus, the assessment associated with effects on tree roots of stability on the hillslope needed to be conducted for interpreting prediction of occurrence and mechanism of the shallow landslide. it could be importance of forest management for reducing occurring risk of landslide disaster.
This study indicated the shallow landslide applied for a physically-based model, which considered an impact of tree root by forest condition within a headwater catchment. From estimation of sediment yield and improvement in precision, I purposed the assessment of occurring risk of landslide disaster.
In part of Ⅲ, estimation of source areas and calculation of sediment yields were suggested from utilization of SHALSTAB(Shallow Landslide Stability). This model could interpret the landslide of physical foundation, effected tree root cohesion of shallow landslide occurrence. In part of Ⅳ, the sediment yields were calculated based on range of shallow landslide, which was estimated from considering effects on tree root cohesion. After that, sediment yields discharged from transported (1D) and deposited (2D) areas of debris flow were analyzed by Hyper KANAKO as interpreting model for debris flow. In part of Ⅴ, five scenarios were planed by a non-facility (S1) for assessing pattern based on captured effects on debris flow on the erosion control dam in experimental site where used Hyper KANAKO. Erosion control facilities of S2 indicated captured effects on debris flow in transported (1D) and deposited (2D) areas.
Therefore, necessary of mechanics analysis related to the effect of tree roots by forest condition could be implied for sediment-related disaster Risk Assessment. Furthermore, this study can expect the establishing plan for best arrangement for erosion control facilities and important database for forest management.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서론 1
• 1. 연구배경 1
• 2. 우리나라의 산지토사재해 발생 특성 3
• 3. 연구범위 및 목적 4
• Ⅱ. 연구사 6
• 1. 토양침식 및 토사유출에 관한 연구 6
• 2. 수목 근계의 표층붕괴 방지기능에 관한 연구 7
• 3. 유출토사량 예측에 관한 연구 8
• 4. 토석류 거동 및 사방시설의 효과 모의에 관한 연구 11
• Ⅲ. 표층붕괴에 있어 수목의 뿌리점착력의 영향 평가 13
• 1. 서론 13
• 2. 연구방법 14
• 1) 연구방법의 개요 14
• 2) 연구대상지 개황 15
• 3) 뿌리보강모형 및 무한사면 안정성 해석 모델 16
• (1) 뿌리보강모형 16
• (2) 무한사면 안정성 해석 모델 17
• 4) SHALSTAB 모델의 개요 19
• 5) 기초조사 21
• 6) 현지조사 23
• 7) 모의 시나리오 구성 및 SHALSTAB 모델링 26
• 3. 결과 및 고찰 27
• 1) 재해발생 시의 강우재현 및 유효강우량 선정 27
• 2) 사암리 유역의 뿌리점착력 및 토질시험결과 31
• 3) 모의 결과 34
• 4) 재해 당시 정사영상과의 중첩 결과 46
• 4. 결론 50
• Ⅳ. 수목의 뿌리점착력의 영향을 고려한 표층붕괴 범위에 따른 토석류 거동 분석 51
• 1. 서론 51
• 2. 기본이론 52
• 1) 토석류 거동 해석모델과 Hyper KANAKO 개요 52
• 2) 지배방정식 53
• 3. 연구방법 55
• 1) 연구순서 55
• 2) 연구대상지 56
• 3) 입력매개변수 및 지형자료의 구축 58
• 4) 유출토사량의 결정 61
• 5) 토석류의 첨두유량 및 총유량의 산정 63
• 4. 결과 및 고찰 66
• 1) 토석류의 유동심 변화 66
• (1) 토석류의 유동심 및 확산면적 66
• (2) 토석류의 확산범위 67
• 2) 토석류의 퇴적량 변화 69
• 3) 정사영상을 통한 모의결과의 검토 72
• 5. 결론 73
• Ⅴ. Hyper KANAKO를 활용한 사방댐의 배치별 토석류 포착효과 모의 및 평가 74
• 1. 서론 74
• 2. 토석류 모형의 적용 77
• 1) 연구대상지 개요 77
• 2) 입력매개변수 및 조건 75
• (1) 지형조건 78
• (2) 수치모의 입력매개변수 79
• (3) 사방댐의 규모 79
• 3) 토석류 공급유량 및 공급시간 설정 80
• 4) 모의조건 및 모의 시나리오 82
• 3. 결과 및 고찰 83
• 1) 토석류 유하구간(1D 구간)에서의 수치모의 결과 83
• (1) S1, S2의 관측점별 토석류 도달시간 및 첨두유량 변화 83
• (2) 관측점별 시나리오에 따른 토석류 도달시간 및 첨두유량 변화 85
• 2) 토석류 퇴적구간(2D 구간)에서의 수치모의 결과 90
• (1) 유동심 변화 90
• (2) 퇴적두께 변화 94
• 4. 결론 99
• Ⅵ. 종합결론 100
• Ⅶ. 참고문헌 102
• Abstract 113

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