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농어촌공사, 산사태 피해 예측 모델 개발

정밀 수치모형으로 급경사지 안전관리 활용 기대
국토교통과학기술진흥원 그리드시스템에 업로드

2021년 06월 17일(목) 17:23
수리모형실험을 위한 가변경사 실험수로 모형도./농어촌공사 제공
[전남매일=황애란 기자]산사태 발생시 토석류 피해범위를 정밀하게 예측할 수 있는 수치 모델이 개발됐다.

한국농어촌공사(사장 김인식)는 농어촌연구원, 세종대 건설환경공학과와 공동으로 2019년부터 2020년까지 산사태 예측을 위한 토석류 거동에 대한 물리적 특성을 규명하고 개발한 수치모델을 검증을 마쳤다고 17일 밝혔다.

토석류는 집중호우 등에 의해 산사태가 일어나 흙과, 돌, 바위, 나무 등이 물과 섞여 빠르게 흘러내리는 것을 말한다. 최근 기후변화가 가속화되면서 전세계적으로 피해가 빈번하게 발생하고 있어 정밀한 예측에 대한 필요성이 증대되고 있다.

지난 2010년부터 2018년까지 총 2,017㏊의 피해가 발생해 복구비로 총 4,128억원(연평균 459억원)이 사용됐다. 2011년에는 우면산 산사태로 18명의 사망자가 나오기도 했다. 현재까지 수행된 연구들은 해외에서 수행된 기초연구결과를 이용한 응용연구가 대부부분이어서 국내 여건에 맞는 토석류 특성과 관련된 연구 등 기술력 축적이 시급한 상황이다.

이번 연구를 통해 개발된 부시네스크(Boussinesq)방정식 수치 모형은 유속의 분산성, 수직방향의 불균일성, 비선형을 고려한 것으로 실제 가변경사 실험수로를 이용한 수리모형실험을 통해서 검증됐다. 부시네스크 방정식은 파랑해석 기법으로 풍파 및 쓰나미 해석에 활용되고 있다. 이번 연구에서는 Saint-Venant 방정식(토석류 거동 해석기법)기반의 수치모형을 향상시켜 부시네스크 방정식 기반의 분산성 비선형 토석류 해석 수치모형을 개발했다.

공사가 보유하고 있는 대형 수리모형실험 시설의 급경사 수로와 첨단 계측 장비를 활용한 사면을 흘러내리는 토석류의 지점별 표고 변화, 퇴적형상, 작용력, 전파 속도를 측정하는 실험을 통해 신뢰도를 높였다.

개발된 비선형 수치모형의 실제 적용성 검증을 위해 2011년 우면산 산사태 수치를 모의한 결과, 산사태 발생시 토석의 체적이 200배 이상 증가했으며 폭우로 인한 많은 양의 물이 유입되면서 바닥의 저항력이 약해져서 경사각 30도 고도 100~250m에서 바닥의 침식이 발생한 것으로 나타났다. 산사태 발생 후 시간의 경과에 따른 토적의 공간분포를 위성사진과 실험내용을 비교했을 때, 바닥의 침식이 발생한 곳이 거의 일치함을 확인할 수 있었다.

공사는 이번 연구로 신뢰성 있는 토석류 실험의 원자료를 확보하고 피해범위 예측을 위한 정밀한 수치모형으로 급경사지 안전관리에 광범위하게 활용될 것으로 기대하고 있다.

공사는 이번 연구 성과를 국토교통과학기술진흥원의 실험시설 공유시스템인 그리드시스템에 2021년 하반기에 업로드 해 관련 분야의 모든 연구자 및 기술자들이 활용할 수 있도록 공개할 계획이다. 보유하고 있는 실험기법을 활용한 결과물은 관련분야 연구의 기초자료로 활용이 가능해 국내 토석류 관련 기술력 향상이 기대된다.

김인식 사장은 “급경사지 붕괴위험 지역 피해예측을 위한 국내 원천기술 확보로 보다 안전한 국토 공간관리가 가능해졌다”며 “앞으로도 공사도 연구과제 발굴에 더욱 노력해 국가 거점 수리시험센터 보유 기관으로서 국민의 안전을 위한 재난대응에 기여하겠다”고 말했다.
/황애란 기자         황애란 기자의 다른 기사 보기

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