3.1 토석류 불안정도의 결정

토석류의 불안정도 평가는 2절의 토석류의 주요 유발요인 분석을 근거로 Table 3과 같이 토석류의 발생 가능성에 영향을 미치는 주요 10개 항목을 도출하였으며, Event Tree Analysis로 각 항목에 가중치를 부여하여 계산할 수 있다. 토석류 불안정도 평가를 위한 주요 10개 항목 도출 및 가중치 설정은 국내⋅외에서 사용되는 토석류 취약성 조사⋅평가표을 분석하여 이를 기반으로 전문가의 주관적 경험을 활용하여 배분하였다. Table 3에서 Level 1 단계인 토석류 불안정도(토석류 발생 가능성 1.0)는 Level 2 단계의 산지 사면불안정(0.4), 기하학적불안정(0.4)과 지반불안정(0.2) 항목 및 가중치로 배분할 수 있으며, 항목별 가중치는 Sung et al.(2015)의 토석류 관련 각 항목의 토석류 발생과의 연관성지수 0.5 이상 항목을 참조하여 배분하였다. Level 3 단계에서 사면불안정(가중치 0.4)은 산지사면불안정(가중치 0.5(0.2))과 계류불안정(가중치 0.5(0.2)) 항목으로 나뉘어지며, 기하학적불안정(가중치 0.4)은 계류경사(가중치 0.7(0.28))과 계류상태(가중치 0.3(0.12)) 항목으로 구분되고, 지반/배수불안정(가중치 0.2)은 애추성퇴적물(가중치 0.8(0.16))과 지표수흐름(가중치 0.2(0.04)) 항목으로 배분된다. 같은 방법으로 Level 4 단계에서 산지사면불안정(가중치 0.2)은 산지사면불안정(가중치 1.0(0.2))으로 확정하였으며, 계류불안정(가중치 0.2)은 계류양안풍화상태(가중치 0.5(0.1))과 임상상태(가중치 0.5(0.1)) 항목으로 구분하였다. Level 4 단계를 수행하면 토석류 불안정도에 영향을 미치는 최종 10개 항목을 도출할 수 있으며 각 항목에 대한 가중치를 배분할 수 있다. 가중치는 Table 3과 같이 현장 적용성을 위하여 소숫점 두자리 이하를 반올림 하여 100%를 기준으로 표현하였다. Table 4는 도출된 10개 항목과 가중치를 이용하여 현장에서 사용할 수 있는 5점척도을 기준으로 불안정도 평가표를 작성한 것이다. 평가항목 중 산지사면불안정은 사면 건전도 지수를 사용하여 평가할 수 있으며 Ryu et al.(2016)은 사면의 위험도 평가에서 사면의 건전도 평가기준을 정립하여 제시하였다.

Table 3

The Items for the Assessment of the Instability of Debris Flows

Table 4

The Five-point Set for the Assessment Items of the Instability of Debris Flows

토석류의 불안정도 평가에서 계류에 대한 사방공법 적용과 계류내 연약층의 존재는 평가항목에서 반영하기 어려운 특성이 있다. 토석류의 불안정도 평가를 위해 도출된 10개 항목에서 고려할 수 없는 계류에 대한 사방공법의 적용을 고려하고, 계류내 연약층, 용출수 등의 존재와 같은 특별한 고려사항을 반영하기 위하여 사방공법의 적용은 보강지수, 계류내 연약층, 용출수의 존재에 대해서는 할증지수를 불안정도 평가에 도입하였다. 보강지수를 고려하면 토석류의 불안정도는 ① 사면불안정, ② 기하학적불안정, ③ 지반/배수불안정의 그룹별 항목에 대하여 비보강계류와 사방공법 적용 보강계류의 경우 Eqs. (3)과 (4)와 같이 나타낼 수 있다.

여기서, 불안정도 = 토석류 발생 가능성

α = 사방보강지수

β = 배수보강지수

Eq. (4)에서 계류의 보강은 ③지반/배수불안정 관련 항목에 대하여만 고려된다. 계류의 사방공법과 배수로공법은 현장조사시 사방공법이 완벽하면 0.5를 사용하고 적용된 공법이 없으면 1.0을 사용한다(Table 5).

Table 5

Index for Erosion Control Works

계류내 연약층이 존재하는 경우의 할증지수는 γ로 표현되며 그 영향정도에 따라 1.0 ≤ γ ≤ 2.0 의 범위를 갖는다. 토석류의 불안정도 평가자는 현장의 상황을 정성적으로 판단하여 불안정도 평가 항목에서 고려하지 못한 특수한 경우가 현장에서 발견되는 경우에 점수 보정을 위해 할증지수 γ을 사용할 수 있다. 이때 할증지수 γ는 1.0 ≤ γ ≤ 2.0의 범위에서 조정하여 적용토록 하였다.

보강지수와 할증지수를 고려하여 토석류 불안정도를 계산하면 Eqs. (5)와 (6)으로 표현될 수 있으며, Table 4와 같이 각 항목에 대한 가중치를 고려하여 계산하면 불안정도을 확률적인 표현으로 나타낼 수 있다.

여기서, 불안정도 = 토석류 발생 가능성

α = 사방보강지수, β = 배수보강지수

γ = 할증지수

3.2 토석류 발생시 계류 직하부 파급효과

2011년 우면산 일대에서 발생한 토석류와 같이 토석류의 발생 예측은 매우 어려우며, 토석류 발생시 토석류의 빠른 이동속도로 인하여 계류 하부에 정주하는 주민에게 사전 대피와 같은 응급대응이 어려워 인명피해가 집중되는 특성이 있다. 따라서, 토석류는 계류 직하부의 토석류 위험구역에 대한 범위 설정이 매우 중요하다. 또한, 토석류는 계류 하부로 유하하며 종횡방향으로 넓게 퍼져 퇴적하는 특성이 있어 토석류의 유하에 따른 파급효과에 따라 피해 규모가 결정된다. 특히, 토석류가 발생하면 토사와 암석이 유동체 형태로 발전하여 흙입자와 물이 섞인 하나의 점성체와 같이 이동하기 때문에 토석류가 어느 거리까지 유하할 것인지 예측하는 것은 토석류로 인한 피해를 예측하는데 매우 중요하다.

본 연구는 토석류의 발생시 토석류의 유하로 피해가 발생하는 현상을 토석류의 파급효과로 보고 이를 파급도로 정의하여 계산하였다. 토석류 발생시 토석의 이동으로 피해를 미치는 범위는 현장 상황에 따라 다른 결과를 보여주나 본 연구에서는 과거 피해사례 및 국내⋅외 연구결과를 통해 Fig. 3과 같이 위험관리구역(I, II, III)을 설정하였다. 토석류가 발생하면 일반적으로 계류 경사 10° 부터 퇴적이 시작되기 때문에 계류 경사 10° 지점을 기준점으로 설정하고, 계류의 시점에서 기준점에 이르는 고도차를 △H라 할 때, 국내⋅외 토석류 유하거리에 관한 연구 결과를 바탕으로 4△H, 6△H를 기준으로 토석류 위험지구 관리구역을 설정하고자 한다. 따라서, 본 연구는 기준점에서 계류를 따라 4△H 거리까지 폭 20 m에 해당되는 구간을 위험관리구역I로 설정하였으며, 위험관리구역II는 기준점에서 4△H 거리까지, 좌우 60°로 부채꼴로 확산되는 구간으로 설정하였다. 위험관리구역III은 기준점에서 4△H 거리부터 6△H 거리까지, 좌우 60°로 부채꼴로 확산되는 구간으로 설정하였다. 또한, 토석류 위험관리구역(I,II,III)에 따른 파급효과를 반영하기 위하여 파급도 계산에 위험관리지수(I=1.0,II=1.5, III=-2.0)를 적용하였다.

Fig. 3

Concept Map of the Management AreaI, II, III (Ryu et al., 2017)

토석류 위험관리구역을 바탕으로 파급도를 산정하는 방법은 Eq. (7)과 같이 관리구역 구획 방법과 연계된다. 특히, 파급도 산정대상이 관리구역을 벋어난 6△H 구간 밖에 위치한다면, 파급도는 0이고 이동거리 D가 0이면 파급도는 2로 계산하였다.

여기서, 파급도 = 토석류의 파급효과

D = 퇴적시점에서 구조물까지의 거리

△H = 퇴적시점과 계류시점의 높이차

δ = 위험관리지수(Management AreaI=1.0, II=1.5, III=2.0)

3.3 토석류 발생시 명목손실액

토석류의 위험성 평가에서 중요한 평가항목은 예측되는 피해 손실액을 산정하는 것이다. 도심지의 토석류 발생은 자연산지의 토석류 보다 많은 피해를 입을 수 있다. 토석류의 취약지역을 관리하는 입장에서 재원이 허락하는 한 상대적으로 피해가 많은 도심지의 토석류를 피해가 발생하지 않도록 방재대책을 적용할 필요성이 있다.

토석류의 발생시 예상되는 손실은 재산손실과 인명손실로 나눌 수 있다. 토석류로 인한 재산 손실액을 산정하는 것은 주택, 도로, 학교 등 피해시설이 사유시설과 공공시설로 구분되며 다양한 종류로 인하여 정확한 감정평가를 통한 손실액 산정은 현실적으로 어렵다. 본 연구에서 토석류는 자연재난에 포함되므로 정부 기준인 ｢자연재난에 대한 피해조사 및 복구계획수립 요령｣을 사용하여 재산손실에 대한 명목 손실액을 산정하였다. 즉, 사유시설인 주택(9,000천원) 등의 피해조사 기준단가를 적용하였으며, 공공시설은 정부부처별 도로시설, 철도시설, 학교시설 등의 피해조사 기준단가를 적용하여 피해지역의 명목 손실액을 산출할 수 있다. 인명손실은 재산손실과 다른 차원에서 고려되어야 한다. 재산 손실액이 적어도 인명손실이 발생할 우려가 큰 지역은 중요하게 관리되어야 한다. 예상되는 (명목)인명손실은 토석류 발생시 파급영향 범위 주택 등의 건축물에 정주하는 인원에 대하여 산정하였다. 퇴적시점과 주택 간 거리에 따른 파급영향을 계산하고 토석류 발생시 (명목)인명손실은 주택 정주인원 중 파급도 만큼의 인원 %를 사망, 실종으로 산정하였으며 그 외의 인원 %는 부상으로 산출하였다(Ryu et al., 2016).

4.1 2013년 토석류 피해사례에 대한 토석류 위험성 평가기준 적용성 검토

2013년 7월 12~14일과 22일 호우기간 중 집중호우로 인하여 경기 및 강원지역 일대에서 토석류 및 산사태가 발생하였으며, 이로 인해 4명이 사망하는 등 많은 피해가 발생하였다. 본 연구에서는 2013년에 토석류 피해사례 중 가장 큰 피해와 인명피해가 발생한 이천 관고동, 여주 북내면, 춘천 동내면 토석류 피해사례 조사결과를 수행하여 토석류 위험성 평가에 대한 적용성을 검토하였으며, 그 결과는 Table 6과 같다.

Table 6

Risk Assessment of Debris Flows in 2013

토석류 피해가 발생한 2013년 사례는 모두 토석류 불안정도가 0.6 이상으로 분석되었으며, 여주 북내면과 춘천 동내면 피해사례는 토석류 관리구역 내에 존재하는 인가 및 시설물(고속도로)로 인하여 토석류 위험도가 150,319,000 이상의 값을 나타내었다. 이천 관고동 피해사례는 토석류 관리구역 내에 존재하는 시설물이 산사 1개동 밖에 되지 않아 위험도가 26,572,000으로 산정되었다.

Fig. 4

The Setting of Management Area of Icheon Debris-Flowin 2013

4.2 김천시 토사재해 위험지구에 대한 토석류 위험성 평가기준 적용성 검토

김천시 풍수해저감종합계획 내 토사재해 위험지구에 대한 토석류 위험지구 평가기준의 적용성 검토를 위해 김천시 토사재해 위험지구 5개소를 대상으로 토석류 위험도 산정방법에 대한 적용성을 검토하였으며, 그 결과는 Table 7과 같다. 김천시 토사재해 위험지구는 동신지구, 애기지구, 봉곡지구이며, 율곡지구 및 상부지구는 토사재해 관리지구로 지정되었다.

Table 7

Risk Assessment for the Vulnerable District of Debris Flows in Gimcheon-si

김천시 토사재해 위험지구 및 관리지구 5개소를 대상으로 위험성 검토 결과 위험지구로 지정된 동신, 애기, 봉곡지구는 토석류 불안정도가 0.52 이상인 것으로 분석되었으며, 관리지구인 율곡, 상부지구는 0.45, 0.48 값을 나타내었다.

그러나 토석류 위험성은 위험지구로 지정된 봉곡, 애기, 동신 지구의 경우 13,322,468 ~ 32,302,500 값으로 분석된 반면, 관리지구인 상부, 율곡지구의 경우 66,524,750, 112,015,313로 위험지구의 토석류 위험성 보다 2배에서 4배 이상 높게 분석되었다. 그 이유는 상부지구의 경우 관리구역 내 학교가 위치하여 많은 인명피해의 발생 가능성이 반영되었기 때문이며, 율곡지구의 경우 관리구역 내에 민가가 밀집되어 인명피해 대량 발생 가능성이 고려되었기 때문이다.

Fig. 5

The Setting of Management Area of GimCheon SangBu Area

4.3 세종시 테스트베드에 대한 토석류 위험도 평가기준 적용성 검토

세종시 내 토사재해 연구 테스트베드 지역 2개소를 대상으로 본 연구와의 연계분석을 위해 토석류 위험성 산정방법에 대한 적용성 검토를 수행하였다(Table 8).

Table 8

Risk Assessment for the Test Bed of Debris Flows in Sejong-si

세종시 내 테스트베드 2개소를 대상로 한 적용성 평가결과 Test bed 1의 경우 토석류 관리구역 내에 존재하는 시설물은 없지만, 현재 공사 중인 관계로 관련 작업 인부들이 밀집 되어 있으며, 이를 반영한 결과 토석류 위험성이 88,481,250의 높은 값으로 분석 평가되었다.

4.4 토석류 위험성 평가기준 적용성 검토 결과

본 연구에서는 Tables 6 ~ 8과 같이 2013년 토석류 피해사례, 김천시 토사재해 위험지구 및 관리지구, 세종시 테스트베드 지역을 대상으로 토석류 위험성 산정방법에 대한 적용성 검토를 수행하였으며, 그 결과는 Table 9와 같다.

Table 9

Risk Assessment of Debris Flows

적용성 분석 결과는 토석류 불안정도가 가장 높은 춘천 토석류 피해지역은 위험성도 제일 높게 평가되어 사방사업 투자순위가 10개 사례 중 1위이다. 하지만 다른 사례를 보면 불안정도가 높다고 해서 반드시 토석류 위험성이 높게 평가되는 것은 아니다. 특히 율곡지구와 같이 토석류 불안정도가 낮은 지역이나 관리구역 내 시설물이 밀집하여 있거나 많은 정주 인구로 인해 인명피해의 위험성이 높게 분석 될 경우 토석류 위험성은 높게 평가 분석된다.

따라서, 본 연구의 토석류 위험성 평가기준은 기존의 토석류 발생 가능성만을 검토하거나 토석류 발생시 취약정도를 평가하는 기준들과는 매우 다른 분석 결과를 나타낸다. 특히, 토석류 취약지역의 현장조사를 통한 불안정도 산출 및 관리구역 구획에 따른 피해예상 파급효과를 고려한 최대 손실액을 계산하면 Table 9와 같이 종합적으로 토석류 위험성을 평가하고 상대적인 우선순위를 설정하게 됨으로서 토석류 위험성 평가 결과만으로도 토석류 취약지역의 효율적인 관리 및 사방사업의 우선순위를 결정할 수 있음을 확인하였다.