KR101608464B1 - 강우 침투 특성을 이용한 산사태 예측 시스템 및 그 방법 - Google Patents

강우 침투 특성을 이용한 산사태 예측 시스템 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 강우 침투 특성을 이용한 산사태 예측 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 산사태에 가장 큰 영향을 미치는 강우와 기하학적 특성(경사), 산지 구성물질의 공학적 특성(불포화 특성)을 고려하여 산사태 위험성을 정량적으로 예측하는 시스템 및 그 방법을 제공함에 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 대상지역에 대한 수치지형자료를 바탕으로 수치고도모형을 생성하고, 생성한 수치고도모형의 등고선 벡터 레이어를 바탕으로 경사주제도(thematic map of slope angle)를 생성하는 경사주제도 생성부; 불포화 지반의 수리학적 및 역학적 특성과, 경사를 반영할 수 있는 무한사면모델을 이용하여, 강우 강도 및 강우 지속시간을 포함하는 강우 특성에 따른 침투안정해석 수행하는 침투안정 해석부; 및 상기 경사주제도 생성부를 통해 생성된 경사주제도와, 상기 침투안정 해석부를 통해 해석된 결과를 결합하여 급경사지 붕괴예측 모델을 생성하며, 강우 시나리오에 따른 급경사지의 붕괴 발생 가능성을, 상기 경사주제도 생성부를 통해 추출된 급경사지 경사에 정량적으로 분석하는 위험성 도출부; 를 포함한다.

Description

강우 침투 특성을 이용한 산사태 예측 시스템 및 그 방법{System for predicting landslide using rainfall infiltration characteristics and method therefor}
본 발명은 산사태 붕괴 가능성을 예측하는 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 GIS 기반의 단위격자 경사주제도를 작성하고, 불포화 지반의 수리/역학적 특성(설계 물성치)을 반영할 수 있는 무한사면모델을 이용하여 강우 강도 및 강우 지속시간 등의 강우 특성에 따른 침투안정해석 수행하고, 침투안정해석을 통해 산정된 안전율을 GIS(단위격자 경사주제도)에 접목하여 광역적인 지역에 대한 붕괴 위험성을 정량적으로 예측하는 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
산사태 발생 예측에 관한 기술과 관련해서는, 한국등록특허 제10-0982447호(이하, '선행문헌') 외에 다수 등록 및 공개되어 있다.
상기한 선행문헌은, 산사태 발생 예측시스템에 있어서, 산사태 발생지역의 지질정보를 제공하는 산사태 지질정보 데이터베이스; 상기 산사태 지질정보 데이터베이스에서 제공되는 지질정보를 바탕으로 지공간 상관관계를 통합분석하는 지공간 상관관계 통합분석부; 상기 지공간상관관계 통합분석부에서 분석된 정보를 바탕으로 산사태 발생 예측도 작성부; 상기 산사태 발생 예측도를 이용하여 산사태 발생의 정량적인 정확도를 검증하는 검증부; 상기 예측시스템에서 분석된 모든 결과도의 비교를 위한 결과 도출부; 를 포함하여 구성되되, 상기 산사태 지질정보 데이터베이스는, 분석대상지역의 지질재해로서 산사태의 분포도를 공간데이터베이스화한 지질재해 데이터베이스;와 분석대상지역의 경사, 경사방향, 곡률, TWI(Topographic wetness Index), SPI(Stream Power Index)등의 지형자료를 공간데이터베이스화한 지형자료 데이터베이스; 분석대상지역의 지질도에서 추출되는 지질 및 단층정보를 공간데이터베이스화한 지질자료 데이터베이스; 분석대상지역의 임상도에서 추출되는 경급, 임상, 소밀도, 영급의 자료를 제공하는 임상자료 데이터베이스; 분석대상지역의 지형, 배수, 모재, 유효토심, 토질 등의 토양자료를 제공하는 토양자료 데이터베이스; 분석대상지역의 토지이용의 정보를 제공하는 토지이용 데이터베이스; 중 어느 하나 이상을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상술한 선행문헌을 포함한 종래의 산사태 발생 예측법은, 산사태 유발인자(경사, 경사방향, 곡률, 유효토심, 지형, 임상 등)를 GIS를 이용하여 추출하고, 우도비, 로지스틱회귀, 인공 신경망 등의 통계적 상관성 분석을 통하여 산사태 발생위치 및 위험성을 판단하는 방법이 주로 활용되었다.
이와 같은 방법은 지형자료에 대한 단순 통계적 처리에 의존하고, 사면 물질의 공학적 특성에 대한 고려가 부족하다는 단점을 가지고 있다. 특히, 통계적 기법의 경우는 산사태 발생의 주된 원인인 강우를 고려할 수 없다.
다른 산사태 발생 예측법은 사면의 기하학적 특성과 사면 물질의 특성을 고려하여 사면의 안정성을 판단하는 기법이 있다. 이와 같은 방법은 기존의 무한사면모델 대부분은 지하수위를 기준으로 저면부는 포화상태로, 지하수위 상부는 건조상태로 가정한 한계평형법을 이용한다. 이러한 방법은 완전건조 또는 완전포화 상태의 사면에 대한 안정성만을 해석하기 때문에 산사태의 주된 원인이 되는 강우침투의 영향을 고려할 수 없는 단점이 있다. 또한, 강우에 의한 토층내 포화깊이를 파악할 수 없는 문제점으로 인해 기존의 산사태 해석모델은 붕괴 예측지점과 붕괴 발생예측시간을 합리적으로 파악할 수 없다.
한편, 일반적으로 실제 지반은 불포화 상태로 존재하고 있다. 따라서, 현장상태를 보다 가깝게 해석하기 위한 불포화지반 침투기법의 적용이 필요한 실정이다.
한국등록특허 제10-0982447호.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 산사태에 가장 큰 영향을 미치는 강우와 기하학적 특성(경사), 산지 구성물질의 공학적 특성(불포화 특성)을 고려하여 산사태 위험성을 정량적으로 예측하는 시스템 및 그 방법을 제공함에 목적이 있다.
이러한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은 강우 침투 특성을 이용한 산사태 예측 시스템에 관한 것으로서, 대상지역에 대한 수치지형자료를 바탕으로 수치고도모형을 생성하고, 생성한 수치고도모형의 등고선 벡터 레이어를 바탕으로 경사주제도(thematic map of slope angle)를 생성하는 경사주제도 생성부; 불포화 지반의 수리학적 및 역학적 특성과, 경사를 반영할 수 있는 무한사면모델을 이용하여, 강우 강도 및 강우 지속시간을 포함하는 강우 특성에 따른 침투안정해석 수행하는 침투안정 해석부; 및 상기 경사주제도 생성부를 통해 생성된 경사주제도와, 상기 침투안정 해석부를 통해 해석된 결과를 결합하여 급경사지 붕괴예측 모델을 생성하며, 강우 시나리오에 따른 급경사지의 붕괴 발생 가능성을, 상기 경사주제도 생성부를 통해 추출된 급경사지 경사에 정량적으로 분석하는 위험성 도출부; 를 포함한다.
또한 상기 경사주제도 생성부는, 경사주제도 작성에 필요한 급경사지 경사를 추출하기 위하여, 대상지역에 관한 수치지형자료를 입력받으며, 입력된 상기 수치지형자료를 이용하여 수치고도모형(DEM)을 생성하는 수치고도모형 생성모듈; 상기 수치고도모형 생성모듈을 통해 생성된 수치고도모형에서 높이 속성을 포함한 등고선 벡터 레이어(vector layer)를 추출하여 급경사지 경사주제도를 생성하는 경사주제도 생성모듈; 및 상기 경사주제도 생성모듈을 통해 생성된 경사주제도에 대상지역에 대한 다수개의 단위격자를 설정하고, 불규칙한 삼각형으로 분할된 TIN 구조에서 각 격자에 해당하는 삼각형 기울기를 획득하여 급경사지 경사를 추출하는 경사도 추출모듈; 을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 침투안정 해석부는, 강우 강도 및 강우 지속시간을 포함하는 외부적인 요인과, 함수특성곡선(SWCC) 및 불포화 투수곡선(
Figure 112014056255710-pat00001
)을 포함하는 수리학적 특성, 급경사지를 구성하는 지반의 불포화 전단강도 특성(
Figure 112014056255710-pat00002
)을 포함하는 역학적 특성과, 급경사지의 경사(
Figure 112014056255710-pat00003
)를 포함하는 내부적인 요인을, 불포화 침투모델, 불포화 지반의 전단강도모델 및 간극수압 분포모델을 포함하는 경사지 붕괴예측 모델(prediction model for steep slope failure)에 적용함으로써, 불포화 무한사면의 안전율을 산출하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 위험성 도출부는, 불포화 무한사면의 안전율에 따라, 급경사지 붕괴 위험성을 단계별로 분석하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명은 강우 침투 특성을 이용한 산사태 예측 방법에 관한 것으로서, (a) 경사주제도 생성부가 대상지역에 대한 수치지형자료를 바탕으로 수치고도모형을 생성하고, 생성한 수치고도모형의 등고선 벡터 레이어를 바탕으로 경사주제도(thematic map of slope angle)를 생성하는 과정; (b) 침투안정 해석부가 불포화 지반의 수리학적 및 역학적 특성과, 경사를 반영할 수 있는 무한사면모델을 이용하여, 강우 강도 및 강우 지속시간을 포함하는 강우 특성에 따른 침투안정해석 수행하는 과정; 및 (c) 위험성 도출부가 상기 (a) 과정을 통해 생성된 경사주제도와, 상기 (b) 과정을 통해 해석된 결과를 결합하여 급경사지 붕괴예측 모델을 생성하며, 강우 시나리오에 따른 급경사지의 붕괴 발생 가능성을, 급경사지 경사에 정량적으로 분석하는 과정; 을 포함한다.
또한 상기 (a) 과정은, (a-1) 상기 경사주제도 생성부가 경사주제도 작성에 필요한 급경사지 경사를 추출하기 위하여, 대상지역에 관한 수치지형자료를 입력받는 단계; (a-2) 상기 경사주제도 생성부가 입력된 수치지형자료를 이용하여 수치고도모형(DEM)을 생성하는 단계; (a-3) 상기 경사주제도 생성부가 생성된 수치고도모형에서 높이 속성을 포함한 등고선 벡터 레이어(vector layer)를 추출하여 급경사지 경사주제도를 생성하는 단계; 및 (a-4) 상기 경사주제도 생성부가 생성된 경사주제도에 대상지역에 대한 다수개의 단위격자를 설정하고, 불규칙한 삼각형으로 분할된 TIN 구조에서 각 격자에 해당하는 삼각형 기울기를 획득하여 급경사지 경사를 추출하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 (b) 과정에서, 상기 침투안정 해석부가 강우 강도 및 강우 지속시간을 포함하는 외부적인 요인과, 함수특성곡선(SWCC) 및 불포화 투수곡선(
Figure 112014056255710-pat00004
)을 포함하는 수리학적 특성, 급경사지를 구성하는 지반의 불포화 전단강도 특성(
Figure 112014056255710-pat00005
)을 포함하는 역학적 특성과, 급경사지의 경사(
Figure 112014056255710-pat00006
)를 포함하는 내부적인 요인을, 불포화 침투모델, 불포화 지반의 전단강도모델 및 간극수압 분포모델을 포함하는 경사지 붕괴예측 모델(prediction model for steep slope failure)에 적용함으로써, 불포화 무한사면의 안전율을 산출하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 (c) 과정에서, 상기 위험성 도출부가 불포화 무한사면의 안전율에 따라, 급경사지 붕괴 위험성을 단계별로 분석하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 우도비, 로지스틱회귀, 인공 신경망 등의 통계적 방법을 이용하여 산사태 발생위치를 해석하던 종래와 달리, 산사태에 가장 큰 영향을 미치는 강우(강우 강도 및 강우 기간)와 기하학적 특성(경사), 산지 구성물질의 공학적 특성(불포화 특성)을 고려하여 산사태 발생을 예측함으로써, 현장 상태를 보다 가깝게 해석할 수 있는 효과가 있다.
도 1 은 본 발명에 따른 강우 침투 특성을 이용한 산사태 예측 시스템을 개념적으로 도시한 전체 구성도.
도 2 는 본 발명에 따른 대상지역을 보이는 일예시도.
도 3 은 본 발명에 따른 경사주제도를 보이는 일예시도.
도 4 는 본 발명에 따른 대상지역의 전체 경사 분포를 보이는 일예시도.
도 5 는 본 발명에 따른 불포화 무한사면 안정이론의 영향인자를 보이는 일예시도.
도 6 은 본 발명에 따른 불포화 무한사면 안정이론의 경계조건을 보이는 일예시도.
도 7 은 본 발명에 따른 급경사지 경사에 대하여 강우 강도 및 강우 지속시간을 변화시켜 침투안정해석을 수행한 결과를 보이는 일예시도.
도 8 내지 도 11 은 본 발명에 따른 경사주제도와 해석결과를 결합하여 생성된 급경사지 붕괴예측 모델 및 강우 강도 및 강우 지속시간에 따라 변화하는 급경사지 붕괴 발생 가능성을 분석한 모습을 보이는 일예시도.
도 12 는 본 발명에 따른 강우 침투 특성을 이용한 산사태 예측 방법에 관한 전체 흐름도.
본 발명의 구체적 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서 본 발명에 관련된 공지 기능 및 그 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 구체적인 설명을 생략하였음에 유의해야 할 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 강우 침투 특성을 이용한 산사태 예측 시스템에 관하여 도 1 내지 도 11 을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1 은 본 발명에 따른 강우 침투 특성을 이용한 산사태 예측 시스템(S)을 개념적으로 도시한 전체 구성도로서, 도시된 바와 같이 경사주제도 생성부(100), 침투안정 해석부(200) 및 위험성 도출부(300)를 포함하여 이루어진다.
경사주제도 생성부(100)는 대상지역에 대한 수치지형자료를 바탕으로 수치고도모형을 생성하고, 생성한 수치고도모형의 등고선 벡터 레이어를 바탕으로 경사주제도(thematic map of slope angle)를 생성하며, 도시된 바와 같이 수치고도모형 생성모듈(110), 경사주제도 생성모듈(120) 및 경사도 추출모듈(130)을 포함한다.
구체적으로, 수치고도모형 생성모듈(110)은 경사주제도 작성에 필요한 급경사지 경사를 추출하기 위하여, 대상지역에 관한 수치지형자료를 입력받으며, 입력된 수치지형자료를 이용하여 수치고도모형(DEM)을 생성한다.
이때, 수치지형자료는 1:5,000 축척의 DXF 파일 형태일 수 있으며, 수치고도모형 생성모듈(110)은 대상지역에 대한 축척을 가공할 수 있다.
참고로, 대상지역은 높이 293m으로 선캠브리아기의 호상흑운모편마암이 넓게 분포하고 있으며, 대한민국의 수도인 서울시 도심지에 위치하고 있다. 산(급경사지) 정상부에는 공군기지가 위치하고 있으며, 하부는 도로와 주택가가 밀집되어 있다(도 2 참조). 도 2 에 도시된 바와 같이, 우면산은 3일(2011.07.24.~2011.07.27) 동안 서울지역에 발생한 집중호우로 인해 발생한 급경사지 붕괴(토석류 산사태)로 토사, 전석 등의 사태물질이 주택지로 유입되어 60여가구가 고립되고 14명의 사상자가 발생되었다.
경사주제도 생성모듈(120)은 생성된 수치고도모형에서 높이 속성을 포함한 등고선 벡터 레이어(vector layer)를 추출하여 도 3 에 도시된 바와 같이 급경사지 경사주제도를 생성한다.
경사도 추출모듈(130)은 생성된 경사주제도에 대상지역에 대한 다수개의 단위격자를 설정하고, 불규칙한 삼각형으로 분할된 TIN 구조에서 각 격자에 해당하는 삼각형 기울기를 획득하여 급경사지 경사를 추출한다.
이때, 대상지역의 전체 경사 분포는 도 4 및 [표 1] 에 도시된 바와 같다. 여기서, 경사는 39도로 분석되었으며, 31도 이상의 경사를 가지는 셀의 수(number of grid cell)는 2,995개이며, 이는 전체 면적의 약 4.4%이다.
[표 1]
Figure 112014056255710-pat00007

본 발명의 특징적인 일양상에 따른 침투안정 해석부(200)는 불포화 지반의 수리학적 및 역학적 특성과, 경사를 반영할 수 있는 무한사면모델을 이용하여 강우특성(강우 강도 및 강우 지속시간)에 따른 침투안정해석 수행하고, 그 결과를 급경사지 붕괴예측 모델에 반영할 수 있도록 한다.
강우 지반침투로 인한 모관흡수력의 감소와 자중의 증가를 고려한 불포화 거동특성을 반영할 수 있는 무한사면의 안정이론식을 도입하여 불포화 급경사지 안전성을 분석하고자 한다.
불포화 무한사면 안정의 외부적인 요인으로는 강우 강도와 강우 지속시간이다. 이는 강우에 의한 침윤전선의 깊이를 결정하게 된다. 내부적인 요건으로는 급경사지의 경사(
Figure 112014056255710-pat00008
)와 급경사지 지반의 수리 및 역학적 특성이다.
수리학적 특성은 함수특성곡선(SWCC)과 불포화 투수곡선(
Figure 112014056255710-pat00009
)이며, 역학적 특성은 급경사지를 구성하는 지반의 불포화 전단강도 특성(
Figure 112014056255710-pat00010
)이다. 불포화 무한사면 안정이론의 영향인자 및 경계조건은 도 5 및 도 6 에 나타내었다.
이러한 강우 지반침투는 모관흡수력의 감소와 자중의 증가를 유발하게 된다.
이때, 불포화 무한사면의 안전율은 법선응력(normal stress)과 간극수압에 의해 결정되는 전단강도와 실제 작용하고 있는 전단응력의 비가 된다([수식 1]).
[수식 1]
Figure 112014056255710-pat00011
여기서,
Figure 112014056255710-pat00012
는 파괴시 전단강도(shear strength at failure)이며,
Figure 112014056255710-pat00013
이며,
Figure 112014056255710-pat00014
이며,
Figure 112014056255710-pat00015
이며,
Figure 112014056255710-pat00016
는 예상파괴선 위의 전체 하중이며,
Figure 112014056255710-pat00017
은 법선응력이며,
Figure 112014056255710-pat00018
는 전단응력이다.
불포화 무한사면의 안전율 산출식([수식 1])에서 중요한 영향인자는 첫째, 강우 강도 및 강우 지속시간에 의해 지반속으로 확대되는 침윤전선(wetting front)의 깊이(
Figure 112014056255710-pat00019
)를 결정하기 위한 불포화 침투모델(infiltration model)이다. 둘째, 흙입자에 전달되는 유효응력에 의해 결정되는 불포화 지반의 전단강도(unsaturated shear strength)이다. 그리고 세 번째는 강우에 의한 침윤전선이 하강할 때의 간극수압 분포이다.
즉, 침투안정 해석부(200)는 강우 강도 및 강우 지속시간 등을 포함하는 외부적인 요인과, 함수특성곡선(SWCC) 및 불포화 투수곡선(
Figure 112014056255710-pat00020
)과 같은 수리학적 특성, 급경사지를 구성하는 지반의 불포화 전단강도 특성(
Figure 112014056255710-pat00021
)과 같은 역학적 특성과, 급경사지의 경사(
Figure 112014056255710-pat00022
) 등을 포함하는 내부적인 요인을, 불포화 침투모델, 불포화 지반의 전단강도모델 및 간극수압 분포모델 등을 포함하는 경사지 붕괴예측 모델(prediction model for steep slope failure)에 적용함으로써, 상기한 [수식 1] 과 같이 불포화 무한사면의 안전율을 산출한다.
즉, 본 발명에서는 Mein and Larson(1973) 침투모델 및 Lu and Likos(2006)의 전단강도 모델을 사용하고, 강우발생에 따라 간극수압이 비선형적으로 변화하는 간극수압 분포(Song, 2013)를 불포화 무한사면의 안전율 산출식([수식 1])에 적용하여 침투안정해석을 수행한다.
상술한 불포화 안정이론의 주요 영향인자인 불포화 침투모델, 불포화 지반의 전단강도모델 및 간극수압 분포모델을 불포화 무한사면의 안전율 산정식([수식 1])에 적용함으로써, 앞서 언급한 불포화 무한사면 안정의 외부적인 요인 및 내부적인 요인을 고려할 수 있다.
급경사지 침투안정해석을 위한 수리-역학적 특성은 대상지역 시료를 대상으로 물성시험 및 함수특성시험(SWCC), 불포화 삼축실험 및 현장투수시험을 통해 산정하였다. 상세한 지반특성치는 [표 2] 에 나타냈다.
[표 2]
Figure 112014056255710-pat00023
여기서, Hydro properties: 불포화토의 수리학적 특성, SWCC parameter: 함수특성곡선 맞춤변수값, Condition: 함수특성곡선 시험방법, Wetting: 습윤방법,
Figure 112014056255710-pat00024
(kPa): 함수특성곡선 실험을 통해 산출된 공기함입치와 관련된 곡선맞춤변수,
Figure 112014056255710-pat00025
: 함수특성곡선의 변곡점에서 기울기와 관련된 곡선맞춤변수,
Figure 112014056255710-pat00026
: 높은 모관흡수력 범위에서 곡선기울기와 관련된 곡선맞춤변수, Permeability: 투수계수, Mechanical properties: 불포화토의 역학적 특성,
Figure 112014056255710-pat00027
(deg): 급경사지 경사, H(m): 급경사지 토층깊이,
Figure 112014056255710-pat00028
:(급경사지를 구성하는 지반의) 건조단위중량,
Figure 112014056255710-pat00029
:(급경사지를 구성하는 지반의) 포화단위중량,
Figure 112014056255710-pat00030
: 모관흡수력에 의한 유효점착력,
Figure 112014056255710-pat00031
: 모관흡수력에 의한 내부마찰각, Suction Profile : 간극수압 분포도,
Figure 112014056255710-pat00032
(kPa): 초기모관흡수력, Infiltration parameter: 침투특성,
Figure 112014056255710-pat00033
(m): 침윤선에서의 간극수압,
Figure 112014056255710-pat00034
: 함수량 결손량,
Figure 112014056255710-pat00035
: 흡입응력이다.
도 7 은 수치지형자료 구축시 추출된 급경사지 경사(10도~50도)에 대하여 강우 강도(10mm/hr, 20mm/hr, 40mm/hr, 60mm/hr) 및 강우 지속시간(0hr, 6hr, 12hr, 24hr, 36hr, 48hr)을 변화시켜 침투안정해석을 수행한 결과이다.
도시된 바와 같이, 동일한 경사조건에서 강우지속시간이 증가함에 따라 안전율이 감소함을 파악할 수 있으며, 강우강도가 증가할 수록 안전율 감소가 빠르게 진행됨을 알 수 있다.
위험성 도출부(300)는 경사주제도 생성부(100)를 통해 생성된 경사주제도와, 침투안정 해석부(200)를 통해 해석된 결과를 결합하여 급경사지 붕괴예측 모델을 생성하며, 강우 강도 및 강우 지속시간 등의 강우 시나리오에 따른 급경사지의 붕괴 발생 가능성을, 상기 경사주제도 생성부(100)를 통해 추출된 급경사지 경사(10도~50도)에 정량적으로 분석하며, 이는 도 8 내지 도 11 에 도시된 바와 같다.
여기서, 위험성 평가모델에 적용된 강우 시나리오 조건은, 강우강도 10mm/hr, 20mm/hr, 40mm/hr, 60mm/hr에 대해서 강우기간을 0hr, 6hr, 12hr, 24hr, 36hr, 48hr로 변화시켜 적용하였으며, 안전율로 급경사지 붕괴 위험성을 5단계로(1단계 : 0.8>
Figure 112014056255710-pat00036
, 2단계 : 0.8<
Figure 112014056255710-pat00037
<1.0, 3단계 : 1.0<
Figure 112014056255710-pat00038
<1.2, 4단계 : 1.2<
Figure 112014056255710-pat00039
<1.4, 5단계 : 1.4<
Figure 112014056255710-pat00040
) 정량적으로 나타내었다.
도 8 내지 도 11 에서 보는 바와 같이, 급경사지 붕괴 위험성이 강우 강도 및 강우 지속시간에 따라 변화하는 것을 확인할 수 있으며, 위험지점(지역)을 파악할 수 있다.
초기 강우가 발생하지 않았을 경우, 전제 연구지역의 Grid Cell 67523개 중 안전율이
Figure 112014056255710-pat00041
<1.2인 gird의 수는 0개 이었으나, 강우강도 10mm/hr에 대해서 강우기간을 0hr, 6hr, 12hr, 24hr, 36hr, 48hr로 변화시켜 적용하면,
Figure 112014056255710-pat00042
<1.2에 해당하는 Grid Cell의 수는 0, 0, 0, 0, 1,198, 10,597개로 증가하게 된다.
상대적으로 큰 강우강도인 20mm/hr에 대해서 강우기간을 0hr, 6hr, 12hr, 24hr, 36hr, 48hr로 변화시켜 적용하면,
Figure 112014056255710-pat00043
<1.2에 해당하는 Grid Cell의 수는 0, 0, 0, 10,597, 22,560, 29,750로 증가하게 된다.
극단적으로 큰 강우강도 40mm/hr, 60mm/hr로 강우가 발생될 경우 또한 상대적으로 빠른 시간에 붕괴위험지점(지역)이 증가함을 파악할 수 있다.
이하에서는, 상술한 시스템을 이용한 강우 침투 특성을 이용한 산사태 예측 방법에 관하여 도 12 를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 12 는 본 발명에 따른 강우 침투 특성을 이용한 산사태 예측 방법에 관한 전체 흐름도로서, 도시된 바와 같이 경사주제도 생성부(100)의 수치고도모형 생성모듈(110)은 경사주제도 작성에 필요한 급경사지 경사를 추출하기 위하여, 대상지역에 관한 수치지형자료를 입력받으며(S10), 입력된 수치지형자료를 이용하여 수치고도모형(DEM)을 생성한다(S20).
또한, 경사주제도 생성부(100)의 경사주제도 생성모듈(120)은 생성된 수치고도모형에서 높이 속성을 포함한 등고선 벡터 레이어(vector layer)를 추출하여, 급경사지 경사주제도를 생성하며(S30), 경사도 추출모듈(130)은 생성된 경사주제도에 대상지역에 대한 다수개의 단위격자를 설정하고(S40), 불규칙한 삼각형으로 분할된 TIN 구조에서 각 격자에 해당하는 삼각형 기울기를 획득하여 급경사지 경사를 추출한다(S50).
이후, 침투안정 해석부(200)는 강우 강도 및 강우 지속시간 등을 포함하는 외부적인 요인과, 함수특성곡선(SWCC) 및 불포화 투수곡선(
Figure 112014056255710-pat00044
)과 같은 수리학적 특성, 급경사지를 구성하는 지반의 불포화 전단강도 특성(
Figure 112014056255710-pat00045
)과 같은 역학적 특성과, 급경사지의 경사(
Figure 112014056255710-pat00046
) 등을 포함하는 내부적인 요인을 불포화 침투모델, 불포화 지반의 전단강도모델 및 간극수압 분포모델 등을 포함하는 경사지 붕괴예측 모델(prediction model for steep slope failure)에 적용함으로써, 불포화 무한사면의 안전율을 산출한다(S60).
그리고, 위험성 도출부(300)는 경사주제도 생성부(100)를 통해 생성된 경사주제도와, 침투안정 해석부(200)를 통해 해석된 결과를 결합하여 급경사지 붕괴예측 모델을 생성하며(S70), 강우 강도 및 강우 지속시간 등의 강우 시나리오에 따른 급경사지의 붕괴 발생 가능성을, 상기 경사주제도 생성부(100)를 통해 추출된 급경사지 경사(10도~50도)에 정량적으로 분석한다(S80).
이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.
100: 경사주제도 생성부 200: 침투안정 해석부
300: 위험성 도출부 110: 수치고도모형 생성모듈
120: 경사주제도 생성모듈 130: 경사도 추출모듈

Claims (8)

  1. 삭제
  2. 대상지역에 대한 수치지형자료를 바탕으로 수치고도모형을 생성하고, 생성한 수치고도모형의 등고선 벡터 레이어를 바탕으로 경사주제도(thematic map of slope angle)를 생성하는 경사주제도 생성부;
    불포화 지반의 수리학적 및 역학적 특성과, 경사를 반영할 수 있는 무한사면모델을 이용하여, 강우 강도 및 강우 지속시간을 포함하는 강우 특성에 따른 침투안정해석 수행하는 침투안정 해석부; 및
    상기 경사주제도 생성부를 통해 생성된 경사주제도와, 상기 침투안정 해석부를 통해 해석된 결과를 결합하여 급경사지 붕괴예측 모델을 생성하며, 강우 시나리오에 따른 급경사지의 붕괴 발생 가능성을, 상기 경사주제도 생성부를 통해 추출된 급경사지 경사에 정량적으로 분석하는 위험성 도출부; 를 포함하며
    상기 경사주제도 생성부는,
    경사주제도 작성에 필요한 급경사지 경사를 추출하기 위하여, 대상지역에 관한 수치지형자료를 입력받으며, 입력된 상기 수치지형자료를 이용하여 수치고도모형(DEM)을 생성하는 수치고도모형 생성모듈;
    상기 수치고도모형 생성모듈을 통해 생성된 수치고도모형에서 높이 속성을 포함한 등고선 벡터 레이어(vector layer)를 추출하여 급경사지 경사주제도를 생성하는 경사주제도 생성모듈; 및
    상기 경사주제도 생성모듈을 통해 생성된 경사주제도에 대상지역에 대한 다수개의 단위격자를 설정하고, 불규칙한 삼각형으로 분할된 TIN 구조에서 각 격자에 해당하는 삼각형 기울기를 획득하여 급경사지 경사를 추출하는 경사도 추출모듈; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 강우 침투 특성을 이용한 산사태 예측 시스템.
  3. 대상지역에 대한 수치지형자료를 바탕으로 수치고도모형을 생성하고, 생성한 수치고도모형의 등고선 벡터 레이어를 바탕으로 경사주제도(thematic map of slope angle)를 생성하는 경사주제도 생성부;
    불포화 지반의 수리학적 및 역학적 특성과, 경사를 반영할 수 있는 무한사면모델을 이용하여, 강우 강도 및 강우 지속시간을 포함하는 강우 특성에 따른 침투안정해석 수행하는 침투안정 해석부; 및
    상기 경사주제도 생성부를 통해 생성된 경사주제도와, 상기 침투안정 해석부를 통해 해석된 결과를 결합하여 급경사지 붕괴예측 모델을 생성하며, 강우 시나리오에 따른 급경사지의 붕괴 발생 가능성을, 상기 경사주제도 생성부를 통해 추출된 급경사지 경사에 정량적으로 분석하는 위험성 도출부; 를 포함하며
    상기 침투안정 해석부는,
    강우 강도 및 강우 지속시간을 포함하는 외부적인 요인과, 함수특성곡선(SWCC) 및 불포화 투수곡선(
    Figure 112015096421046-pat00065
    )을 포함하는 수리학적 특성, 급경사지를 구성하는 지반의 불포화 전단강도 특성(
    Figure 112015096421046-pat00066
    )을 포함하는 역학적 특성과, 급경사지의 경사(
    Figure 112015096421046-pat00067
    )를 포함하는 내부적인 요인을, 불포화 침투모델, 불포화 지반의 전단강도모델 및 간극수압 분포모델을 포함하는 경사지 붕괴예측 모델(prediction model for steep slope failure)에 적용함으로써, 불포화 무한사면의 안전율을 산출하는 것을 특징으로 하는 강우 침투 특성을 이용한 산사태 예측 시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 위험성 도출부는,
    불포화 무한사면의 안전율에 따라, 급경사지 붕괴 위험성을 단계별로 분석하는 것을 특징으로 하는 강우 침투 특성을 이용한 산사태 예측 시스템.
  5. 삭제
  6. (a) 경사주제도 생성부가 대상지역에 대한 수치지형자료를 바탕으로 수치고도모형을 생성하고, 생성한 수치고도모형의 등고선 벡터 레이어를 바탕으로 경사주제도(thematic map of slope angle)를 생성하는 과정;
    (b) 침투안정 해석부가 불포화 지반의 수리학적 및 역학적 특성과, 경사를 반영할 수 있는 무한사면모델을 이용하여, 강우 강도 및 강우 지속시간을 포함하는 강우 특성에 따른 침투안정해석 수행하는 과정; 및
    (c) 위험성 도출부가 상기 (a) 과정을 통해 생성된 경사주제도와, 상기 (b) 과정을 통해 해석된 결과를 결합하여 급경사지 붕괴예측 모델을 생성하며, 강우 시나리오에 따른 급경사지의 붕괴 발생 가능성을, 급경사지 경사에 정량적으로 분석하는 과정; 을 포함하며
    상기 (a) 과정은,
    (a-1) 상기 경사주제도 생성부가 경사주제도 작성에 필요한 급경사지 경사를 추출하기 위하여, 대상지역에 관한 수치지형자료를 입력받는 단계;
    (a-2) 상기 경사주제도 생성부가 입력된 수치지형자료를 이용하여 수치고도모형(DEM)을 생성하는 단계;
    (a-3) 상기 경사주제도 생성부가 생성된 수치고도모형에서 높이 속성을 포함한 등고선 벡터 레이어(vector layer)를 추출하여 급경사지 경사주제도를 생성하는 단계; 및
    (a-4) 상기 경사주제도 생성부가 생성된 경사주제도에 대상지역에 대한 다수개의 단위격자를 설정하고, 불규칙한 삼각형으로 분할된 TIN 구조에서 각 격자에 해당하는 삼각형 기울기를 획득하여 급경사지 경사를 추출하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 강우 침투 특성을 이용한 산사태 예측 방법.
  7. (a) 경사주제도 생성부가 대상지역에 대한 수치지형자료를 바탕으로 수치고도모형을 생성하고, 생성한 수치고도모형의 등고선 벡터 레이어를 바탕으로 경사주제도(thematic map of slope angle)를 생성하는 과정;
    (b) 침투안정 해석부가 불포화 지반의 수리학적 및 역학적 특성과, 경사를 반영할 수 있는 무한사면모델을 이용하여, 강우 강도 및 강우 지속시간을 포함하는 강우 특성에 따른 침투안정해석 수행하는 과정; 및
    (c) 위험성 도출부가 상기 (a) 과정을 통해 생성된 경사주제도와, 상기 (b) 과정을 통해 해석된 결과를 결합하여 급경사지 붕괴예측 모델을 생성하며, 강우 시나리오에 따른 급경사지의 붕괴 발생 가능성을, 급경사지 경사에 정량적으로 분석하는 과정; 을 포함하며
    상기 (b) 과정에서,
    상기 침투안정 해석부가 강우 강도 및 강우 지속시간을 포함하는 외부적인 요인과, 함수특성곡선(SWCC) 및 불포화 투수곡선(
    Figure 112015096421046-pat00068
    )을 포함하는 수리학적 특성, 급경사지를 구성하는 지반의 불포화 전단강도 특성(
    Figure 112015096421046-pat00069
    )을 포함하는 역학적 특성과, 급경사지의 경사(
    Figure 112015096421046-pat00070
    )를 포함하는 내부적인 요인을, 불포화 침투모델, 불포화 지반의 전단강도모델 및 간극수압 분포모델을 포함하는 경사지 붕괴예측 모델(prediction model for steep slope failure)에 적용함으로써, 불포화 무한사면의 안전율을 산출하는 것을 특징으로 하는 강우 침투 특성을 이용한 산사태 예측 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 (c) 과정에서,
    상기 위험성 도출부가 불포화 무한사면의 안전율에 따라, 급경사지 붕괴 위험성을 단계별로 분석하는 것을 특징으로 하는 강우 침투 특성을 이용한 산사태 예측 방법.
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