GIS기법을 활용한 토석류 흐름 분석 및 예측기법 연구
A Study on the Analysis and Prediction of Debris Flow Using GIS Technique
- 주제(키워드) 도움말 토석류 , LiDAR , 침식 , 퇴적 , 실제 규모 토석류 실험
- 발행기관 강릉원주대학교 일반대학원
- 지도교수 도움말 김기홍
- 심사위원 한갑수, 손철, 최승필, 송동섭
- 발행년도 2018
- 제출일 2018-06-18
- 학위수여년월 2018. 8
- 학위명 박사
- 학과 및 전공 도움말 일반대학원 공간정보협동과정
- 세부전공 측량 및 지형공간정보공학
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/kangnung/000000010200
- UCI I804:42001-000000010200
- 본문언어 한국어
- 저작권 강릉원주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약 도움말
현재 우리나라는 토석류 재해 발생위험지역의 효율적 관리를 위하여 신속한 대응체계 수립, 토사재해 위험지역의 조사 및 선정 등 종합적인 관리체계 구축에 어려움이 있다. 아직까지 국내에서는 이와 관련된 연구들이 다양하게 진행되고 있지 못한 실정이므로, 국내·외에서 토석류 거동과 피해예측에 적용된 모델들을 국내 사례에 적합하게 수정하고 보완하여 우리나라 환경에 맞는 토석류 영향범위 산정 모델을 개발할 필요가 있다. 외국에서는 오래전부터 토석류의 발생 및 흐름의 원인규명과 재해 발생의 원인 분석 등 다방면에서 적극적이고 체계적인 연구를 수행하고 있다. 반면에 국내에서는 10여년 전부터 연구가 진행되어 아직 초기 단계에 머무르고 있다. 미국의 USGS는 대규모 토석류 실험 수로(100m)에서 초음파 수위센서 장비를 이용하여 1994년부터 오늘날에 이르기까지 지속적으로 다양한 토석류의 흐름 및 퇴적을 분석하고 있으며, 흐름 시뮬레이션을 위한 다양한 S/W들이 개발 및 적용되고 있다. 국내에서는 토석류 확산, 흐름 및 속도에 대하여 실내 토석류 모형 실험이 소규모로 수행되고 있으며, 토석류 흐름과 피해범위를 시뮬레이션하는데 있어서는 외국의 S/W에 의존하고 있는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 최근 반복적으로 발생하는 국내 토석류의 흐름 및 피해영향범위를 정량적이고 효과적으로 분석하고 예측하는 것을 목표로 연구를 진행하였다. 이를 위해서 토석류 발생지의 현장조사자료, 항공 및 지상 LiDAR로부터 제작된 고해상도 DEM과 피해 발생 전․후에 촬영된 항공사진 등을 이용하여 국내․외에서 연구되고 있는 토석류 흐름 및 영향범위 예측 모델을 국내 토석류 피해 현장에 적용하여 실험하였으며 실험 결과를 통하여 발생되는 한계점을 극복하여 국내 적용에 적합한 토석류 흐름 모델 및 피해 영향범위 예측 모델을 개발하였다. 국내 환경에 적합한 토석류 거동 및 피해 영향범위 예측 모델을 제시하기 위하여 2단계로 구분하여 연구를 수행하였다. 1단계에는 기존 국내․외 토석류 흐름 및 피해 영향범위 예측 모델들을 국내의 토석류 발생현장에 적용하여 기존 모델들의 국내 적용에서 발생하는 문제점 및 원인 규명에 대한 연구를 수행하였다. 2단계에서는 기존 모델들의 국내 적용 시 발생하는 한계를 극복하고 국내여건에 적합한 토석류 흐름 및 피해영향범위 예측 모델 개발을 위한 연구를 수행하여 모델을 도출하였다. 그리고 실제 규모의 토석류 발생 현장실험을 실시하여 개발된 모델의 시뮬레이션 결과와 비교․검증을 통해 모델 정확도 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 연구를 수행하였으며, 동시에 GIS기반의 토석류 흐름 및 피해 영향범위 예측 분석 방법을 제시하였다. 본 연구를 통해 개발된 토석류 거동 및 침식 퇴적 알고리즘과 시뮬레이션 기법은 기후변화로 인해 최근 급증하고 있는 토석류 피해를 예측하고 대책을 수립하는 분야에 적극 참고 및 적용 될 수 있을 것으로 판단된다. 본 연구 결과는 외국의 S/W에 의존하던 토석류 흐름 시뮬레이션을 국내 환경에 맞게 개발하는 연구의 초기단계성과라고 할 수 있으며, 앞으로 토석류 피해범위를 정확하게 시뮬레이션 하는 연구가 지속적으로 수행될 필요가 있다. 따라서 본 연구 자료는 앞으로 토석류 피해범위를 정확하게 시뮬레이션 및 예측연구의 기반이 될 수 있는 자료이며, 연구에 제시된 기법은 토석류 흐름 분석 및 피해 예측 분야에 유용하게 활용될 것으로 기대된다. 또한 외국의 시뮬레이션 S/W에 의존하던 국내 토석류 재난분야 기술수준을 높일 수 있는 밑거름이 될 것이며, GIS기법을 이용한 토석류 분석은 다양한 재난피해 분석 및 예측연구에서의 활용성이 기대된다.
more초록/요약 도움말
At present, there are difficulties in establishing a comprehensive management system for debris flows in Korea, such as an establishment of a response system for efficient management of debris flow hazard areas, an investigation and a selection of landslide hazard areas, and an establishment of a resident evacuation system. Until now, there have not been many studies related to this in Korea. Hence, it is necessary to develop a debris flow impact range estimation model for the Korean environment by modifying and supplementing the models applied to debris flow behavior and damage prediction in Korea and abroad to suit domestic cases. In many foreign countries, systematic researches such as identification of debris flow generation and behavior mechanism, and analysis of causes in case of disasters have been carried out for a long time, but in Korea, the research in this area has been going on for over a decade and is still in its infancy. The USGS has been continuously analyzing a behavior and deposit characteristics of debris flows of various properties since 1994 using equipment such as ultrasonic level sensors in large scale debris flow test channels with a length of up to 100 meters. Moreover, various software applications for flow simulation have been developed and applied. In Korea, indoor model tests of debris flow diffusion type and flow velocity have been performed on a small scale and the researchers depend on foreign software applications to simulate debris flow and damage range. Therefore, in this study, we aimed to quantitatively and effectively analyze and predict the flow and damage extent of domestic debris flows which have been recurring recently. For this purpose, we used field survey data of debris flow sources, high resolution obtained from an air and ground LiDAR and aerial photographs taken before and after damage to apply the debris flow models and an impact scope prediction models being studied at home and abroad to the domestic debris flow damage sites. Consequently, we developed a debris flow model and a damage extent prediction model suitable for domestic applications by overcoming a limitations revealed by an experimental results. In order to propose a debris flow behavior and damage extent prediction model suitable for domestic environment, a study was divided into two stages. In the first stage, an existing domestic and overseas debris flow and damage extent prediction models were applied to the domestic debris flow sites to study a problems of existing models in domestic applicationsand their causes. In the second stage, a debris flow and damage extent prediction model suitable for domestic conditions was developed by overcoming a limitations of domestic application of existing models and to develop. In addition, we carried out full-scale debris flow field tests and compared the test results with the simulation results of a developed model to improve the accuracy and reliability of the model. Furthermore, we proposed a GIS based method for analyzing and predicting the debris flow and damage extent. The debris flow behavior and the erosion deposit algorithm and the simulation technique developed through this study are expected to be helpful in forecasting and establishing countermeasures to debris flow damages, which are rapidly increasing due to climate change. The results of this study can be regarded an early stage research to develop the debris flow behavior simulation, which has been dependent on the foreign software applications, in accordance with the domestic environment. In the future, studies will be carried out continuously to accurately simulate the debris flow damage extent. Therefore, the data of this study can be used as a basis for accurate simulation and prediction of the debris flow damage extent, and the technique presented in this study can be useful for analyzing a behavior of debris flow and predicting damage. Furthermore, this study presents an opportunity to raise the level of domestic debris flow disaster technology which has relied on foreign simulation software, and the debris flow analysis using the GIS technique is expected to be useful in various disaster damage analyses and forecasting researches.
more목차 도움말
제 1 장 서 론 1
1.1 연구배경 1
1.2 연구의 필요성 2
1.3 연구의 목표 3
1.4 연구범위 4
1.5 단계별 연구방법 5
1.5.1 토석류 흐름 해석 모델 피해예측 및 분석(1단계) 5
1.5.2 모델 개선 및 실제 규모 토석류 실험 비교분석(2단계) 8
제 2 장 문헌조사 및 토석류 실험 사례 11
2.1 토석류 정의 11
2.2 토석류 형태 12
2.2.1 낙하(Fall) 13
2.2.2 전도파괴 13
2.2.3 활동 14
2.2.4 축 방향 퍼짐 17
2.2.5 크리프(Creep) 18
2.2.6 토석류(Debris Flow) 19
2.2.7 토석사태(Debris Avalanche) 20
2.2.8 토양류(Earth Flow) 20
2.3 토석류 특징 21
2.3.1 토석류 발단부 특징 23
2.3.2 토석류 유하부 특징 24
2.3.3 토석류 퇴적부 특징 25
2.4 국외 토석류 실험 사례 26
2.5 국내 토석류 실험 사례 28
제 3 장 국내·외 토석류 연구 동향 및 모델 분석 30
3.1 국내·외 토석류 연구 동향 30 3.1.1 국외 토석류 연구 동향 30
3.1.2 국내 토석류 연구 동향 31
3.2 토석류 모델 분석 33
3.2.1 SINMAP(Stability Index Mapping) 34
3.2.2 FLO-2D 37
3.2.3 RWM(Random Walk Model) 38
3.2.4 Debris 2D 41
제 4 장 GIS 기법을 활용한 토석류의 침식량 및 퇴적량 산정 42
4.1 기존 토석류 흐름해석 모델의 분석 및 적용 42
4.1.1 토석류 흐름해석을 위한 연구지역과 데이터 셋 42
4.1.2 토석류 거동해석 모델의 입력변수 추정 45
4.1.3 토석류 유하부 및 퇴적부 면적의 일치율 분석 47
4.1.4 토석류 시뮬레이션을 통한 결과분석 49
4.2 실제 규모 토석류 실험 및 에너지모델 적용 57
4.2.1 에너지 모델의 토석류 메커니즘 57
4.2.2 실제 규모 토석류 실험 및 흐름 분석 60
4.2.3 에너지 모델을 이용한 실제 규모 토석류 실험의 침식량 분석 66
4.3 에너지 모델과 기존 모델의 비교분석 72
4.3.1 토석류 흐름 모델의 비교를 위한 실험 유역 및 데이터 셋 72
4.3.2 토석류 피해 전·후 지형변화 분석 74
4.3.3 토석류 모델 상관관계 분석(에너지 모델) 75
4.3.4 토석류 모델별 퇴적위치 및 퇴적량 분석 79
제 5 장 결론 82
References 85
