산사태, 기상 정보 연동해 예측
산사태, 기상 정보 연동해 예측
  • 함예솔
  • 승인 2020.07.27 21:40
  • 조회수 425
  • 댓글 0
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기상 정보를 활용해 산사태의 발생 위치 및 발생 시점 그리고 피해 영향 범위를 미리 예측할 수 있는 기술이 다가왔습니다.

거창 산사태 지역에서 한국지질자원연구원 산사태 연구팀이 현장조사를 실시하고 있다. 출처:KIGAM
거창 산사태 지역에서 한국지질자원연구원 산사태 연구팀이 현장조사를 실시하고 있다. 출처:KIGAM

한국지질자원연구원(KIGAM) 지질환경연구본부 산사태 연구팀은 한국의 지질 및 지반 특성에 최적화된 산사태 모니터링 기술과 물리 기반 산사태 예측 기법을 적용한 사전 기상정보 연동 산사태 조기경보시스템을 개발했습니다.

 

산사태 재해, 기상정보와 연동하다

사전 강우정보 연동 산사태 조기경보기술의 구성도. 출처:KIGAM
사전 강우정보 연동 산사태 조기경보기술의 구성도. 출처:KIGAM

사전 기상정보 연동 산사태 조기경보시스템은 강우정보 분석 시스템에서 산정된 예측 강우정보를 바탕으로 강우 유출 및 침투 해석과 불포화 사면안정해석을 통해 산사태 발생 가능성을 평가합니다. 이를 바탕으로 산사태 발생 시 피해위험지역을 선정, 산사태 발생위험도 레벨에 따라 산사태 조기경보 발령이 가능합니다.

  • 불포화 사면안정해석

강우로 인한 우수(雨水)가 지반으로 침투할 경우 지표면에서부터 먼저 wetting front가 형성되고, wetting front가 하강하면서 wetting zone이 지중에 형성됩니다. 이때 지중에 형성된 wetting zone은 불포화상태에서 포화 상태로 변화되고 지속적인 강우 시 이 영역이 점차 확대되면서 산사태가 발생하게 됩니다. 

사전 기상정보 연동 산사태 조기 경보 시스템은 물리기반 산사태 예측기술, 기상레이더정보를 활용한 사전 강우정보(3시간 간격) 분석 및 연동기술, 산사태 피해범위 산정기술이 융합·접목된 새로운 개념의 산사태 조기 경보 기술이라고 할 수 있습니다. 

산사태 조기경보시스템 시범적용 지역 및 모니터링 스테이션 설치 위치. 출처: KIGAM
산사태 조기경보시스템 시범적용 지역 및 모니터링 스테이션 설치 위치. 출처: KIGAM

수학적 이론과 역학적 해석기법을 기반으로 개발된 물리기반 산사태 예측기술은 강우 발생 시 지표의 유출수 흐름과 지중내 침투수 흐름을 고려한 불포화 무한사면의 안정해석을 통해 산사태 발생가능성을 평가합니다. 사전 강우정보 분석시스템은 우리나라 기상청의 동네예보 자료와 일본 기상청의 기상레이더 분석자료, KIGAM의 강우 모니터링 자료를 매시간 수집․분석․연동하여 사전 강우정보를 예측합니다.

 

특히 현재 기준으로 1일(24시간)전 사전 예측된 강우자료(3시간 간격) 제공을 통해 산사태 발생가능성 평가가 가능하므로 산사태  재해 최소화를 위한 골든타임 확보가 가능합니다. 산사태 피해범위 산정기술은 산사태 발생위치에서의 붕괴토사량과 붕괴토사의 도달거리를 계산하고, 토석류의 유동 및 퇴적특성을 경사도 인자로 변환한 Random Walk 모델을 적용하여 산사태 피해범위를 산정합니다.

  • Random Walk 모델

산사태가 발생되어 토석류가 흘러내릴 때 주변의 경사와 비교해 경사가 가장 급한 곳으로 진행된다고 가정해 토석류의 이동방향과 퇴적위치를 선정하고 이를 통하여 피해범위를 산정하는 통계 모델입니다.

지리산에서 산사태 조기경보시스템 시범 구축해 운영

사전 강우정보 분석시스템. 출처: KIGAM
사전 강우정보 분석시스템. 출처: KIGAM

연구팀은 현재 지리산 국립공원 일대 20.6km2 지역(천왕봉 일대)을 대상으로 개발된 산사태 조기경보시스템을 시범 구축해  운영하고 있습니다. 또한 연구지역 내 중봉, 재석봉, 중산리 등 4개소에 산사태 모니터링 스테이션을 설치해 시범 구축된 산사태 조기경보시스템에 대한 정확도 및 활용성 검증을 완료했습니다. 

KIGAM 산사태 조기경보시스템. 출처: KIGAM
KIGAM 산사태 조기경보시스템. 출처: KIGAM

연구지역에서 산사태 발생이력과 강우정보를 바탕으로 산사태 발생 재현계산을 실시한 결과 정확도가 높은 것으로 확인됐습니다. 또한, 사전 예측된 강우정보는 KIGAM의 모니터링 스테이션에서 측정된 자료 및 지리산 일대 자동기상관측장비(AWS) 자료를 비교․분석하여 강우정보 분석시스템의 정확도를 검증했습니다. 

 

우면산 산사태 지역에서 한국지질자원연구원 산사태 연구팀이 현장조사를 실시하고 있다. 출처: KIGAM
우면산 산사태 지역에서 한국지질자원연구원 산사태 연구팀이 현장조사를 실시하고 있다. 출처: KIGAM

연구팀은 향후 도시지역을 대상으로 개발된 기술을 확대 적용해 실시간 산사태 조기경보가 가능한 시스템으로 고도화해 나갈 계획입니다. 한국지질자원연구원은 산사태 재해 주관 담당부처인 산림청과의 협업을 통하여 물리기반 산사태 예측지도 작성 등 산사태 조기경보기술을 적극적으로 활용할 예정입니다. 이를 통해 신속․정확한 산사태 정보 제공은 물론 국민 생활안전에 기여할 것으로 기대하고 있습니다. 

 

연구책임자인 송영석 지질환경재해연구센터장은 "KIGAM이 개발한 사전 강우정보 연동 산사태 조기경보시스템은 현재 이태리, 일본 등 방재 선진국에서 산사태 피해저감을 위하여 국가적 차원에서 효과적으로 운영되고 있다"라며 "한국의 지형 및 지반조건에 최적화된 세계 최고 수준의 산사태 조기경보기술 개발을 위해 최선을 다하겠다"고 밝혔습니다.

 

한국지질자원연구원 김복철 원장은 "KIGAM이 개발한 사전 강우정보 연동 산사태 조기경보시스템은 동시 다발적 집중호우로 인한 산사태 재해를 사전 예방할 수 있는 안전장치이며, 특히 물리 기반의 산사태 예측기술은 세계 최고의 기술 수준이다"고 강조하며 "우리 국민의 생명과 재산을 안전하게 지켜나가는 과학기술적 토대 확보를 위해 KIGAM이 앞장서 나갈 것이다"라고 전했습니다. 


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