1. 서 론
2. 연구 대상지역
2.1 연구 대상지역 선정
2.2 연구 대상지역 현황
3. 연구 방법
3.1 낙석위험지역 해석
3.2 낙석계측시스템 구성
3.3 낙석위험지역 관리기준
4. 연구 결과
4.1 낙석위험지역 해석 결과
4.2 낙석계측시스템 구성 및 관리기준 설정
4.3 낙석위험지역 모니터링
5. 결 론
1. 서 론
우리나라는 국토의 63% 이상이 산악지형으로 이루어져 있으며, 22개의 국립공원 중 18개의 국립공원은 산악형으로 구분되어 있다. 산악형의 국립공원은 강우, 강풍, 태풍 등에 의한 사면의 붕괴와 지반의 노령화에 의한 암반의 풍화 및 절리가 진행됨에 따라 낙석에 의한 위험이 도사리고 있다. 급경사면의 낙석 및 붕괴는 암반사면과 토사가 섞여 있는 혼합사면에서 주로 발생하는 데 암반사면의 경우 풍화가 진행됨에 따라 이완암과 뜬돌의 탈락 형태로 낙석이 발생하며, 토사 및 혼합사면의 경우 지표수의 세굴작용에 의해 지지력이 저하된 뜬 돌이 탐방로 내에 유입되는 형태를 보인다(Kim, 2017).
낙석에 의한 피해사례는 국내외에서 지속적으로 보고되고 있다. 미국 캘리포니아 주에 위치한 요세미티 국립공원에서는 개장 이후 2017년까지 총 925회의 낙석과 산사태가 발생하여 16명이 사망하고 100여 명이 부상을 당한 것으로 조사되었다(Stock et al., 2013). 국내에서는 최근 11년(2011~2021년) 사이 전국 국립공원에서 84건의 낙석이 발생하여 사망 3명, 부상 6명의 인명피해와 약 26.3억 원의 재산피해가 발생하였다. 특히 2015년 6월 북한산 국립공원 인수봉에서 약 5ton의 거암이 탐방객을 덮쳐 사망 1명, 골절 등 중경상 3명의 인명사고가 발생하였다. 이처럼 낙석에 의한 경제적 손실뿐만 아니라 국립공원을 이용하는 탐방객에게 직접적인 피해를 줄 수 있어 낙석의 피해를 줄이기 위한 시설물을 설치하고 있으나, 낙석 발생에 대한 예측과 매년 증가하는 낙석 발생 건수로 인해 많은 주의가 필요하다.
Kim et al. (2016)은 국립공원에 분포하고 있는 위험 급경사지에 대한 현장조사 및 안정해석, 정밀조사, 대책공법 적용, 중장기 정비계획 수립, 관리시스템 개발 등을 통해 국립공원 급경사지의 관리 방안을 제시하였으며, Seo (2020)은 국내 국립공원에 설치된 낙석계측시스템을 시스템 유형별로 구분하여 취득된 계측데이터의 분석을 통해 계측시스템의 적정성 평가에 대한 연구를 실시하였다.
본 연구에서는 치악산 국립공원에서 발생하는 낙석 및 급경사지의 특성과 계측 시스템에 대한 운영 현황을 분석한 후 낙석 위험도가 높은 지역을 선정하여 낙석 발생 시에 대한 분석을 수행하였으며, 이를 바탕으로 국립공원 낙석 및 급경사지 현장 상황에 적합한 낙석위험지역 관리체계의 도입에 대한 연구를 수행하였다.
2. 연구 대상지역
2.1 연구 대상지역 선정
치악산 국립공원은 비로봉(해발 1,288 m)을 중심으로 매화산, 천지봉 등 1,000 m 이상의 능선을 이루며 많은 봉우리와 기암들이 솟아 있으며, 강원도 원주시, 횡성군, 영월군 3개의 시·군에 걸쳐 175.7 km2의 면적을 가진 산악형 국립공원이다. 본 연구에서는 치악산 국립공원 내 낙석위험지역 27개소 중 12개소가 분포하고 있는 황골지구를 연구 대상지역으로 선정하였다(Fig. 1).
2.2 연구 대상지역 현황
연구 대상지역인 치악산 국립공원 황골지구 유역에 대해 GIS 분석을 실시하고 시범지역과 표고, 경사향, 지질분포를 Fig. 2와 같이 나타내었다. 시범지역의 표고는 400 m, 경사는 북쪽을 향하고 있으며, 지질은 호상편마암으로 낙석에 불리한 모암의 형태를 가지고 있다. 황골지구에는 낙석계측기 11개소 중 7개소가 설치되어 있는 지구로 낙석 발생 위험이 상존하고 있다. 특히 황골탐방지원센터에서 입석사 구간의 탐방로는 낙석이 빈번히 발생하고 있으며, 2021년 9월 1일 이전에 발생한 강우로 인해 약 2ton의 낙석이 발생하여 출입 통제가 된 사례가 있어 낙석관리체계 도입을 위한 시범지역으로 선정하였다(Fig. 3).
3. 연구 방법
본 연구에서는 치악산 국립공원 황골탐방지원센터~입석사(1.4 km) 구간을 연구대상지역으로 선정하고 낙석에 대해 분석하고 관리 체계를 개선하기 위하여 연구대상 지역 내 시범지역을 선정한 후 낙석에너지를 분석하고 계측시스템을 설치하여 모니터링을 실시하였다.
3.1 낙석위험지역 해석
낙석이 발생하게 되면 미끄러짐, 회전, 도약 등의 운동형태로 낙하하게 되는데 그 궤적은 자유낙하, 선 및 포물선의 형태를 보인다. 낙석의 피해는 낙석의 크기와 속도에 따라 가질 수 있는 낙석 에너지에 비례하며, 낙석보호공의 설치를 위해서는 보호공이 안정적으로 견딜 수 있는 충격력을 분석하고 구조적 검토를 통하여 안정성을 확인할 수 있는 해석이 필요하다.
본 연구에서는 Spang이 개발한 낙석 발생확룔에 대한 통계적인 분석과 거동에 관한 해석을 할 수 있는 Rockfall 프로그램을 활용하여 시범지역의 암괴를 대상으로 낙석에너지를 분석하였다. Rockfall 프로그램은 낙석에 영향을 주는 변수들을 많이 고려할 수 있으며, 입력변수로는 상세암반의 비탈면 단면, 마찰각(), 비탈면의 거칠기(), 비탈면의 피복상태(), 표면의 경도(), 암괴의 크기와 형상 등 6개의 입력변수가 있다.
Rockfall 프로그램은 실제 현장조사결과에 근거하여 중력가속도 방정식과 에너지 보존 법칙을 적용하여 낙석을 해석하므로 현장조사 결과를 바탕으로 Table 1과 같이 낙석 무게에 변화를 주어 각 100회 반속 실행하고 그 결과를 분석하였다.
Table 1.
A case for analysis of rockfall due to the changes in the weight of rocks
| Division | case 01 (Pilot area) | case 02 |
| Slope (°) | 45 | 45 |
| Height (m) | 10 | 10 |
| Weight of rocks (ton) | 0.9 | 2.0 |
3.2 낙석계측시스템 구성
본 연구에서는 기존 예·경보 발령을 통한 탐방객 대피를 목적으로 설치되었던 계측시스템의 계측기 구성을 개선하여 보강을 겸한 계측이 수행될 수 있는 ‘국립공원형 낙석위험지역 유지관리 계측시스템’에 필요한 계측 센서를 선정하여 시스템에 반영하고자 하였으며, 기존 계측시스템에 구성된 말뚝 변위계와 구조물 경사계를 포함하여 인장력계와 가속도계를 포함하였다(Table 2).
Table 2.
Measurement method and contents of the national park-type rockfall measurement system configuration sensor
3.3 낙석위험지역 관리기준
본 연구에서는 행정안전부에서 고시한 예·경보기준을 준용하여 아래와 같은 센서의 종류와 유지관리를 위한 관리기준을 설정하였다. 다만, 초기 관리기준의 설정 후 장기간 축적된 계측자료를 특성별(계절, 기온, 강우 등) 변화주기 등을 검토하여 관리기준을 조정할 수 있는 관리 절차를 두어야 하며, 변위에 대한 관리기준을 지양하고 경사와 인장력에 대한 관리기준으로 판단할 수 있게 하였다. Table 3은 기존 국립공원 낙석계측기 관리기준을 나타내었다.
Table 3.
Management standards for falling rock instruments in existing national parks (Seo, 2020)
4. 연구 결과
4.1 낙석위험지역 해석 결과
Rockfall 프로그램을 이용하여 황골지구 내 시범지역의 낙석의 이동경로, 운동에너지, 도약높이 분포 분석을 실시하였으며, 결과를 Fig. 4와 같이 나타내었다. (a)와 (b)는 암괴의 이동경로를 나타내며, 두 조건 동일하게 약 10 m 지점에서 도약을 시작하였으나 case 02는 20 m 지점에서 완전지 정지하는 것을 확인하였다. (c)와 (d)는 거리에 따른 운동에너지 분포를 나타내며, 낙하 시 발생한 최대 운동에너지는 각각 37 kJ과 67 kJ로 나타났다. (e)와 (f)는 동일 지점에서의 운동에너지를 나타내며 16.2 m 지점에서 각각 12 kJ과 50 kJ로 분석되어 탐방로를 만나기 직전인 15 m 지점에서는 50 kJ 이상의 운동에너지가 발생하기 때문에 50 kJ의 충격에너지를 버틸 수 있는 높이 2.5 m의 표준 낙석방지울타리를 적용하기에는 어려움이 있을 것으로 평가되었다. (g)와 (h)는 암괴의 도약 높이를 나타내며 두 조건 모두 최대 0.8 m 이하로 도약한 것으로 분석되었다.
4.2 낙석계측시스템 구성 및 관리기준 설정
계측시스템의 구축을 위해서는 현장 여건에 적합한 형식의 결정이 필수적이며, 계측된 데이터가 원활히 상황실과, 유지관리 담당자 및 상황판단 회의 시 활용할 수 있도록 개발되어야 한다. 시범지역의 낙석 해석 결과와 시범지역의 현황, 환경 등 특성을 고려하여 낙석계측시스템과 관리기준을 설정하였다. 행정안전부에서는 계측기 예·경보기준을 고시하고 있으며, 본 연구에서는 이를 준용하여 Tables 4, 5와 같은 센서의 종류와 유지관리를 위한 관리기준을 설정하였다. 다만, 초기 관리기준의 설정 후 장기간 축적된 계측자료를 특성별(계절, 기온, 강우 등) 변화주기 등을 검토하여 관리기준을 조정할 수 있는 관리절차를 두어야 하며, 변위에 대한 관리기준을 지양하고 경사와 인장력에 대한 관리기준으로 판단할 수 있게 하였다.
Table 4.
Application of Hwanggol district national park-type rockfall hazardous area management system
| Sensor configuration | Measurement | Communication | Operation |
|
Tensilometer Accelerometer Clinometer | Digital Manual | Wireless | Batteries |
Table 5.
Setting of sensor type and management criteria
4.3 낙석위험지역 모니터링
본 연구에서는 낙석방지시설을 설치할 수 없는 시범지역의 여건을 고려하여 낙석계측장치를 이용한 모니터링 시스템을 구축하였다. 낙석계측장치는 장기계측이 가능한 디지털수동방식의 계측방식과 시간당 1회, 데이터 송수신 1일 2회의 조건으로 약 1년 6개월간 운영할 수 있는 배터리 전원을 적용하였다. 낙석 해석 결과와 낙석계측시스템 구성 및 관리기준을 설정하고 시범지역의 상부에 위치한 낙석위험 암괴의 제원에 따라 최대 3.22 ton을 안전하게 암괴를 지지하는 와이어 암묶기 보강공을 실시하였으며, 와이어로프는 시공성이 용이한 10 mm 6x24 FC (마심) 와이어로프를 사용하였다. 와이어와 지지단 기초부 사이에 Futek사의 인장력계(LCM525)를 결합하여 유지관리를 위한 장력 모니터링을 시범적으로 실시하였다(Fig. 5). 암괴에 설치한 낙석계측시스템은 암괴의 움직임에 따라 장력이 발생하게 되어 발생하는 에너지를 계측한다.
5. 결 론
본 연구에서는 치악산 국립공원 황골지구를 대상으로 하여 정밀조사로 파악된 국립공원의 급경사지(낙석) 현황 및 낙석계측시스템 운영에 대한 분석을 통해 시범지역을 선정하고 Rockfall 프로그램을 이용한 낙석 발생 시 해석과 낙석계측시스템 및 관리기준을 설정하였다. 설정한 기준을 바탕으로 낙석의 위험이 높은 암괴에 계측시스템을 설치하여 지속적인 감지가 가능하도록 개선하였다. 본 연구의 수행으로 얻은 결론는 다음과 같다.
(1) 낙석 위험지역의 지속적인 모니터링을 위하여 Rockfall 프로그램을 통한 낙석 발생에 대한 해석을 수행하였으며, 기존 계측시스템 설치 및 관리기준을 개선하여 시범지역에 적합한 계측시스템과 관리기준을 설정하였다.
(2) 낙석을 방지하기 위해 낙석에너지에 따른 낙석방지시설을 설치하고 있으나 프로그램 해석 결과 낙석방지망의 허용 충격력에 미치는 운동에너지가 발생하는 것으로 나타나 암괴에 암묶기 공법과 장력을 이용한 계측시스템을 적용하였다.
(3) 낙석위험지 관리는 「급경사지 재해 예방에 관한 법률」에 기초하여 낙석위험지역을 관리하고 있으며, 낙석위험지역에 대한 위험도평가, 낙석위험구간 지정, 낙석위험관리에 대한 매뉴얼․지침 등 낙석위험지에 대한 관리 개선이 마련되어야 할 것으로 판단된다.
(4) 기존의 낙석 예․경보차원에서 구축․운영하던 낙석계측시스템에서 낙석이 발생할 때 경보가 울리더라도 탐방객이 신속하게 대피하기 어려우며, 또한 낙석경보의 관리기준을 변위계의 변위 발생에 따른 관리기준을 암반 거동과 변화, 안정화에 따른 변형률을 고려한 유지관리로 개선하여야 할 것으로 판단된다.
본 연구를 바탕으로 하여 낙석의 위험이 있는 암반 및 급경사면의 지속적인 관리와 관리방안 개선 등 정책적, 기술적 분야에 참고할 수 있을 것으로 판단된다.
