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ISSN : 1598-5504(Print)
ISSN : 2383-8272(Online)
Journal of Agriculture & Life Science Vol.56 No.3 pp.67-76
DOI : https://doi.org/10.14397/jals.2022.56.3.67

Analysis of the Characteristics of the Landcreep in the Upper Part of the Eogok Tunnel, Yangsan

Jae-Hyeon Park1*, Sang-Hyeon Lee2, Gyeong-Mi Tak3
1Division of Environmental and Forest Science, College of Agriculture and Life Sciences, Gyeonsang National University, Jinju 52725, Republic of Korea
2Division of Environmental and Forest Science, College of Agriculture and Life Sciences, Gyeonsang National University, Jinju 52725, Republic of Korea
3Division of Environmental and Forest Science,College of Agriculture and Life Sciences, Gyeonsang National University, Jinju 52725, Republic of Korea
* Corresponding author: Jae-Hyeon Park (Tel) +82-55-772-3248 (E-mail) pjh@gntech.ac.kr
December 14, 2021 ; June 22, 2022 ; June 23, 2022

Abstract


This study was conducted to provide basic data for the prevention of landcreep damage by analyzing the geological, topographic, and physical characteristics of the landcreep in Eogok-dong, Yangsan-si, Gyeongsangnam-do. The target site is landcreep caused by torrential rains caused by typhoon "Mysak" in late August 2020 and typhoon "High Line" in September, and aerial photographs in 2001 showed that work paths were formed, and in 2013, damaged areas were caused by erosion of valleys and mountains. In 2015, some vegetation was restored naturally and the damaged area was reduced, but the typhoon in 2020 caused landcreep. The main constituent rock is a sedimentary rock area that contains a large amount of clay soil and has progressed very deeply in weathering, and is an area that constitutes a geological property that is vulnerable to landcreep. It was found that the upper part of the mountain area collapsed by the landcreep is a flat topography, forming a 凹 shaped topography that facilitates the collection of rainwater during rainfall, and groundwater is collected at the lower part of the mountain, increasing the collapse of the landcreep. As a result of the drilling survey, the weathered soil, the collapse layer, and the weathered rock layer with landcreep were similar to the tensile crack with landcreep in the depth of about 13.0 to 24.5m, and the decay height from the step to the lower slope. In particular, it was analyzed that weathered soil consists of rock and clay sand, gravel-mixed silt clay for the crumbling layer, and rock and clay sand for weathering rocks, indicating a geological composition vulnerable to landcreep. The groundwater flow was found to be directed in the southwest and south directions, and was consistent with the direction of the groundwater flow and the direction of collapse due to the landcreep.



양산시 어곡터널 상단부 땅밀림지 특성에 관한 연구

박재현 1*, 이 상현2, 탁 경미3
1경상국립대학교 농업생명과학대학 환경산림과학부 산림융복합전공 교수
2경상국립대학교 농업생명과학대학 환경산림과학부 산림융복합전공 학생
3경상국립대학교 농업생명과학대학 환경산림과학부 산림융복합전공 대학원생

초록


본 연구는 경상남도 양산시 어곡터널 상단부 비탈면에서 발생한 땅밀림지의 지질, 지형, 물리적 특성을 분석하여 땅밀림 피해방지를 위한 기초자료 를 제공하기 위하여 실시하였다. 대상지는 2020년 8월 말 태풍 ‘마이삭’과 9월 태풍 ‘하이선’으로 인한 집중호우로 인한 발생한 땅밀림지이며, 항공사진을 통해 확인한 결과 2001년 항공사진에는 작업로가 형성되어 있는 것으로 나타났고, 2013년에는 땅밀림 발생지 주변으로 계곡 및 산지 침식의 발생으로 훼손지가 나타났다. 2015년에는 일부 자연적으로 식생이 복원되어 훼손면적은 줄었지만, 2020년 태풍으로 땅밀림이 발생하였다. 주 구성암석은 점질토가 다량 포함되고 풍화가 매우 깊이 진행된 퇴적암으로서, 붕적토 땅밀림으로 나타났으며, 땅밀림에 취약한 지질을 구성하고 있는 지역이다. 땅밀림으로 붕괴된 지역의 산지 상단부는 평평한 지형으로 강우 시 빗물의 집수가 용이한 凹형 지형을 이루고 있어서 산지 하단부에 지하수가 집수되어 땅밀림 붕괴를 가중시키고 있는 것으로 나타났다. 시추조사결과, 땅밀림이 발생한 풍화토, 붕적층과 풍화암층은 약 13.0∼24.5m 깊이의 범위로 땅밀림이 발생한 인장균열과 단차로부터 사면 하단부까지의 붕괴 높이와 유사하였다. 특히 풍화토는 암편과 점토질모래, 붕적층은 자갈 섞인 실트질점토, 풍화암은 암편과 점토질모래로 구성되어 땅밀림에 취약한 지질구성을 나타내는 것으로 분석되었다. 지하수 유동은 남서방향과 남쪽방향으로 향하는 것으로 나타났으며, 지하수의 유동방향과 땅밀림으로 붕괴된 방향과 일치하였다.



    서론

    땅밀림은 토양의 가장 느리게 활동하는 내리막 운동이라고 할 수 있는데, 모든 산지에서 땅밀림이 발생하는 것은 아니다. 땅밀림 에 관한 국내 연구로는, 산지의 특정한 지질과 지형적 구조를 형성 하고 있는 5~20°의 완경사면(Woo, 1992)에서 땅밀림이 주로 발 생하는데, 지질적으로는 셰일, 이암, 혈암, 응회암 등 주로 퇴적암 으로 태풍이나 집중호우로 퇴적암은 점토화되며, 점토의 물머금음 현상으로 하중이 평소보다 크게 늘어나 중력방향인 비탈면 하단부 로 밀려 인장균열과 단차가 형성된다. 그렇게 계속 세월이 흐르면 서 사면에 반복적으로 무리를 주고 하중이 늘어나면 어느 순간 규모가 큰 땅밀림이 발생한다. 미세지형이 강우의 집적 및 지형의 변화를 발생시키는 작용을 통해 땅밀림의 원인으로(Park, 2018), 미세지형을 철상미근형(凸狀尾根形), 철상대지상(凸狀臺地狀), 요 상대지상지형(凹狀臺地狀), 요상완사면(凹狀緩斜面)지형으로 4구 분 하였으며, 각각의 미세지형은 모양과 특징이 있어서 지형도에서 이상 등고선으로 나타나기도 하며, 현장에서 산지의 윤곽으로 나타 난다. 따라서 땅밀림지로 평가되는 산지의 미세지형을 분석하여 땅밀림의 지형을 찾아내는 것이 중요하다.

    땅밀림은 산사태와 성격이 다르다. 땅밀림은 산사태와는 다르 게 땅밀림은 재발성을 나타내고 있어 1차 땅밀림과 2, 3차 땅밀림 으로 구분하게 되는데, 땅밀림의 규모는 산사태보다 크게 발생하기 때문에 항공사진을 분석하여 땅밀림지를 찾아내는 연구(Park et al., 2021)도 있다. 또한, 땅밀림과 산사태의 가장 큰 차이점은 지질 및 토층의 차이인데 산사태는 대체로 급경사지에서 호우로 인해 주로 표층이 무너지는 반면, 땅밀림지는 지질적으로 내부 토양 성 분과 지하수로 인해 발생한다. 또한, 산림청에서 발간한 산사태위 험지도를 땅밀림 사면에 검토하면, 낮은등급인 3~5등급이 나오는 게 대다수이다(Park et al, 2019).

    과거부터 땅밀림에 관한 연구가 진행되었는데, 주로 외국에서 발표된 연구로 2003년 일후 국내에서도 땅밀림과 강우에 관한 연구 가 진행되었다(Park et al., 2003;2005;Kim, 2004). 즉, 국외 연구로는 땅밀림지의 지질과 지형의 특성에 관한 연구(Davis, 1899;Takaya, 2017)와 토양 내 점토층(Clay Straum)과 강우의 관계 (Culling, 1963;Jau et al., 2000)에서 땅밀림은 발생하기도 하며, 불연속면과 단층파쇄대(Fragmental zone of fault)의 붕괴로 인한 발생(Tomio et al., 1990), 동결융해(Auzet & Ambroise, 1996), 지하수위 증가(Matsukura et al., 1983;Anderson &d Richards, 1987;Montgomery et al., 1998), 아울러 국외에서는 연구가 미미했 던 임도개설과 인위적 개발(Park et al., 2003;National Institute of Forest Scince, 2017)에 의해 발생한다는 국내 연구가 있다. 따라서 이 연구는 경상남도 양산시 어곡터널 상단부 비탈면에서 발생한 땅밀림지를 토대로 땅밀림의 특징을 분석하여, 땅밀림 재해를 예방하기 위한 기초자료를 제공하기 위해 실시하였다.

    재료 및 방법

    경상남도 양산시 유산동 산 9번지 일원 축사 뒤의 능선을 넘어 산복이 땅밀림으로 붕괴하여 무너져 내렸다. 조사대상지역의 지질 은, 주변 지역이 중생대 백악기 경상계 신라층군 주산안산암질암층 으로 주로 주산안산암질암 안산암, 휘석안산암, 조면질 안산암, 함 각력안산암으로 이루어져 있으나, 본 조사지역은 중생대 백악기 경상계 불국사층군 흑운모화강암층으로서 주로 흑운모화강암으로 대별되어 퇴적암과 화강암이 혼재하는 지역으로 땅밀림에 취약한 특성을 나타내고 있다.

    2020년 8월 말 한반도를 강타한 태풍 ‘마이삭’과 9월 태풍 ‘하 이선’ 의해 집중호우로 인한 땅밀림으로 2020년 9월 24일을 현장 을 확인하여 판정하였으며, 이때 조사한 발생 규모는 연장거리 약 25~30m 구간에 1.5~3.0m 깊이의 땅밀림이 발생하여 하단부에 있는 터널을 통과하는 차량, 인명에 위험의 요소이다.

    1. 기초자료 조사

    1.1 땅밀림지의 지형·지질분석

    땅밀림지의 지형분석을 위해 국토지리정보원에서 발간한 지형도 (1/25,000)를 사용하였다. 미세지형은 땅밀림지에서 중요한 역할을 하며(Park, 2018), 특히 땅밀림은 오랜 시간 동안 지반이 천천히 밀려 내려오면서 지형이 변화하고, 미세지형이 변화되어 등고선 이상현상 및 등고선 벌어짐 현상이 지형도에서 나타난다고 하였다. 이러한 연구를 참고하여 지형도(1/25,000)와 현장조사를 통해 미세 지형(Fig. 1)을 A:철상미근형(凸狀尾根形), B:요상대지상지형(凹狀 臺地狀), C:철상대지상(凸狀臺地狀), D:凹상 완사면지형으로 구분 하였다. 凸상미근형은 지형 전체로 볼 때 산복과 능선에 분지한 작은 능선부에서 발생하는 지형으로 대상지의 사면이 볼록 올라와 있으며, 소면적으로 나타나고 양쪽에 계곡부가 형성되어 있는 것이 특징이다. 凸상대지상은 땅밀림지의 상부나 상부의 변곡점에서 주로 인장균열이 발견되는데, 상부로부터 인장균열이 발생하여 하부로 넓게 퍼지면서 무너지는 것이 특징이며, 계곡부를 찾아보기 드물다. 凹상대지상은 바운더리(경계부)가 넓으며, 인장균열은 상단부에서 는 찾기 어렵고 하단부에서 주로 균열이 발생한다. 또한, 산지 전체가 무너지는 것이 특징으로 피해 규모가 가장 크고 위험하다. 凹상완사 면은 지형적으로 길고 거의 완만한 경사를 가지고 있는 사면에서 발생되는데, 사면이 표토층을 유지한 채 천천히 밀리면서, 하단부로 점점 집수되면서 하중을 못 버티고 무너지는 지형이다.

    일본의 땅밀림의 종류는 제3기층 땅밀림, 파쇄대땅밀림, 온천지 땅밀림(Takaya, 2017)으로 분류하여 각각의 땅밀림지의 특성을 파악하여 특성에 맞는 위험지에 대한 사방공사와 안전조치를 취하 는데, 우리나라의 땅밀림 특성을 비추어볼 때 지질학적으로 적절하 지 못하여, 암반땅밀림, 풍화암땅밀림, 붕적토땅밀림, 점질토땅밀 림(Park, 2015;National Institute of Forest Science, 2017)으로 구분하여 대상지 지질에 맞는 종류로 분류하여 특성을 분석하였다.

    1.2 항공사진을 활용한 땅밀림지의 피해 규모 및 시기 추정

    국토정보플랫폼(http://map.ngii.go.kr/mn/mainPage.do)을 이 용하여 경상남도 양산시 유산동 산 6번지 일원(축적 1:5000)에 대해 항공사진을 추출하였다. 산사태지에서 인장균열과 단차 등으 로 인해 붕괴된 부분은 하얗게 나타나 소규모 산사태와 토사유출을 확인할 수 있다(Lee & Kim, 2011). 2013, 2015, 2019, 2021년도 의 항공사진을 활용하여, 현재의 항공사진과 과거의 항공사진을 비교하여 과거 땅밀림 발생 시기를 파악하고, 훼손지 면적을 비교, 분석하였다.

    1.3 GIS를 이용한 땅밀림지 지형분석

    현장에서 GPS (Garmin 64s)를 이용하여 측량한 결과를 GIS소 프트웨어(Arc map Ver. 10.8)와 연동하여 땅밀림지 경계부 안쪽 지역에 대하여, 경계부를 포함한 땅밀림 위험지역에 대하여 산사태 위험등급, 향분포, 경사분포, 표고분포를 GIS분석하였다. 또한, 향 분포의 결과값은 땅밀림의 진행방향과 땅밀림에 큰 영향을 끼치는 지하수의 유동 방향을 알 수 있는 지표가 되며, 경사분포 값은 붕괴 된 지역을 포함하여 위험지로 판단되는 지역에 대하여 경사분포 분석을 실시하는데, 산사태는 급경사지에서 발생하지만, 땅밀림은 5~20°인 완경사면에서 발생하여(Woo, 1992). 대상지의 경사분포 에 대한 산사태와 땅밀림지의 차이를 파악하기 위해 분석하였다. 또한, 땅밀림지는 산지의 5부 이하 능선부에서 가장 많이 발생한다 고 하며(National Institute of Forest Science, 2017), 산사태는 산지 상단부에서 많이 발생하였다는 (Woo, 1992)의 연구 결과와 비교, 분석하기 위해 표고분포를 분석하였다.

    2. 현장조사

    2.1 GPS (Garmin 64s)를 활용한 땅밀림지의 경계부 파악

    GPS를, 쿼드 Helix 안테나, 고감도 GPS 수신기 탑재) 활용하여 땅밀림지의 사면에서 인장균열 및 단차 발생위치를 기록하고 인장 균열 및 단차의 위치를 기준으로 땅밀림지의 경계부를 선정하여 국토 지리정보원에서 발간한 1/25,000 수치지형도(National Geographic information, 2019)에 경계부 트랙, 사면의 인장균열 및 단차 위치 를 입력하였다.

    2.2 토양분석

    토양투수계수를 분석하기 위해 토양채토기를 이용, 대상지의 토 양을 채취하였다. 토양샘플은 땅밀림으로 붕괴된 지역을 대상으로 표토, 점토, 토심별(20cm, 50cm, 100cm, 200cm, 250cm, 300cm), 지하수가 유출되는 지역의 토양에 대하여 토양채토기를 이용하여 토양 100cc를 채취하여 투수속도 측정기를 활용, 3반복 측정하여 결과값을 산출하였다. 투수계수는 토양 내부에서 단위면적/시간 (cm/hour)에 대해 흐르는 물의 양을 측정하여 나타낸 값이다. 땅밀 림은 토양 내부에서 어떠한 특성 때문에 물이 배출되지 않아 지하 수위가 올라가거나, 지하수 및 토양이 집수되어 하중이 늘어나 무 너지는 경우가 대부분인데, 토양투수계수가 높으면 토양 내부에서 의 물의 배출이 빨라 땅밀림이 발생하지 않을 것이며, 반대로 낮게 측정되면 토양 내부의 물 배출이 느려져 땅밀림이 가중화되어 발생 하게 되는 것이다(Park, 2018). 각 지점마다 토양을 채취하여 투수 계수를 비교 분석하였다. 또한, 땅밀림으로 붕괴된 지역의 토양시 료 500g을 채취하여 토성과 pH값을 분석하였다. 토성은 땅밀림으 로 붕괴된 지역의 상단부, 하단부의 모래 : 미사 : 점토의 함량(%) 을 분석하였다.

    2.3 토양용적밀도(kgf/cm2) 측정

    토양용적밀도(kgf/cm2)는 관입시험기를 사용하여 땅밀림지의 상 부토양, 상부단차, 중복부단차, 지하수유출지(1, 2), 대조구의 토양 100cm 깊이까지 3반복 측정하여 평균값을 구하였다. 관입시험기는 추와 시추봉을 조사대상지의 사면에 수직을 맞추고 일정한 힘으로 토양 사면으로 관입한다. 토양용적밀도의 분석값이 커질수록 단위 용적당 고형입자가 많으며 토양이 단단하고 다져진 것을 의미한다. 또한, 토양용적밀도가 낮은 토양은 고형입자가 적어서 푸석푸석한 토양을 나타낸다. 즉, 분석값이 커질수록 식물의 뿌리가 토양 내부로 뻗어나가기 힘들어지며, 사면에서의 지하수의 배출이 힘들어진다. 반대로 분석값이 낮을수록 식물의 뿌리 자람과 투수성이 좋아지며, 땅밀림이 발생하기 어려운 환경일 것이다(Park, 2018).

    2.4 지반조사

    땅밀림지의 지형 및 지질특성을 고려하여 조사 위치 3곳을 선정 (Fig. 2), 유압수세식(POWER-4000S)으로 시추조사를 실시하였 다. 시추조사는 토양 내부의 지층 분포상태를 파악하며, 연약층 유무, 투수층의 유무, 공내지하수위측정 및 현장투수시험을 실시하 여 지반에 대한 상황을 파악하였다.

    결과 및 고찰

    1. 지형분석 및 조사지개황

    대상지의 상단부는 평평한 지형으로 강우 시 빗물의 집수가 용 이한 凹형 지형을 이루고 있고, 지하수는 계곡부를 향하여 진행되 고 있는 것으로 나타났는데, 2020년 8월 말부터 시작된 태풍 마이 삭과 9월 발생된 태풍 마이선으로 인해 땅밀림이 발생한 후, 계곡 으로 유출되는 지하수가 지속적으로 유출되고 있다(Fig. 3). 이는 강우에 의한 빗물이 산지 집수가 용이한 凹형 상단부에서 집수되어 하단부로 침투되면서 빗물을 빠르게 배출하지 못하여 하중을 버티 지 못하고 무너지는 현상을 보이며, 유출된 지하수는 하단부의 아 래쪽인 도로 및 터널로 향하고 있다. 즉, 이 지역의 땅밀림은 붕적 토 땅밀림으로 땅밀림이 발생한 산지 산복부 사면은 과거로부터 훼손 및 침식이 발생함으로써, 산지 능선부의 변곡점 부위에 강우 시 빗물의 침투가 많아졌고, 또한, 작업로 설치로 인한 강우 침투 기회를 확산시켜 지하수의 집적이 많아지게 한 원인으로 땅밀림이 발생되었다.

    땅밀림이 발생한 산지 계곡부 우측지역은 0.9~1.3m 정도의 인 장균열로 인한 단차가 발생하였으며, 이 단차는 Fig 4에서의 GPS 2, 3번에 해당하며, 3, 4개의 계단 형태를 이루고 계곡부에 근접한 지역이 무너지는 현상을 나타내고 있다. 땅밀림이 발생한 지역의 산지 아래에서 산 정상방향으로 바라본 좌측편의 소계류, 우측으로 는 평평한 능선이 이어지고 있다(Fig. 5). 즉, 해당 땅밀림지는 다구 형 凹상 대지상 지형으로 분류되며, 붕괴지 좌측과 우측으로는 계 곡부가 형성되어 있다. 좌측 계곡은 명확하게 형성되어 있지만, 우측 계곡부는 미세한 계곡부로 형성되어 있다. 또한, 땅밀림지의 붕괴로 인해 불완전한 계곡부를 형성하면서 지하수가 유출되며, 하부로 갈수록 계곡이 깊어지는 것을 확인할 수 있다. 좌측과 우측 계곡부는 하단부 터널에서 합류되어 해당 지역에 집중호우나, 태풍 이 다시 온다면 지형 특성상 2차 땅밀림이 발생할 것으로 추정된다.

    땅밀림 진행 방향을 분석한 결과, 땅밀림 붕괴지에서 인장균열 및 단차 등이 발생한 후 무너지는 방향은 도로 및 터널 방향으로 방위계(SUUNTO KB-20/360R)를 이용하여 방위각법으로 측정 한 진행 방향은 S50°W로 나타났는데, 붕괴지역은 수압을 동반한 토압에 의한 배부름 현상과 땅밀림이 진행되고 있다. Fig 5에서의 GPS 2번 인장균열에서 지하수가 유출되는 것을 관측하였는데, 지 하수의 유출방향은 S50°W ~ S70°W의 범위를 나타내어 인장균열 및 단차의 무너지는 방향과 지하수 유출방향은 같은 방향으로 측정 되었으며, 도로 및 터널 방향으로 진행되는 것으로 판단된다(Fig. 6). 추후 땅밀림이 재발한다면 S50°W ~ S70°W 방향으로 땅밀림 이 진행할 것으로 판단되며, 이를 통해 도로 및 터널 땅밀림의 피해 를 예방하기 위한 대책을 강구하는 것도 조사된 방향의 범위를 중심으로 시행하는 것이 필요하다.

    2. 항공사진을 활용한 대상지 분석

    상기 지역의 땅밀림 붕괴지에 대한 고해상도 항공사진을 분석하 기 위해 국토지리원에서 제공하는 국토정보 플랫폼(http://map.ngii. go.kr/ms/map/NlipMap.do)을 토사유출지역(Soil outflow)과 산 사태발생지역(The area of landslide)을 구분할 수 있다는 자료에 따라(Lee & Kim, 2011) 이용하여 과거와 현재의 항공사진 자료 (축척:1:5,000)를 분석하였다(Fig. 6). 2001년도 항공사진에 작업 로가 조성된 것으로 나타났으며, 2013년 항공사진에는 땅밀림 발 생지 주변으로 계곡 및 산지침식의 발생으로 훼손지가 나타났다. 2015년 항공사진에는 일부 자연적으로 식생이 복원되어 훼손면적 은 줄어들었지만, 2019년도 항공사진의 훼손면적은 증가하였으며, 2020년과 2021년도 항공사진의 태풍의 영향으로 훼손면적이 크게 나타났다.

    즉, 2013년 항공사진에서 훼손면적은 19,844m2이었으나, 2015 년 항공사진에는 6,790m2으로 감소하였으며, 2019년 항공사진에 는 12,156m2으로 땅밀림 피해면적이 발생하였다. 최근 2021년도 항공사진에는 25,193m2으로 분석되어 가장 많이 훼손되었으며, 땅밀림 피해는 계속 커지는 것을 관측할 수 있었다. 또한, 2013년 도에는 땅밀림으로 추정되는 산지침식이 1차 발생된 것으로 추정 되며, 2020년 9월 현장 조사 결과, 2020년 8~9월에 발생한 태풍에 의해 훼손면적은 크게 늘어나 땅밀림이 발생한 것으로 판단된다. 특히 이 지역은 침엽수림 지역으로 임상의 계절변화에 따른 땅밀림 에 의한 훼손면적을 산정할 때 활엽수림지에서의 잎의 발달 등에 의한 오차는 비교적 적었으며, 항공사진에서의 훼손면적 측정에 따른 오차를 줄이기 위해서는 항공측량에 의한 검토가 필요하지만, 과거의 땅밀림 상황을 파악하기 위해서는 제약이 따른다.

    3. GIS를 활용한 대상지 지형분석

    대상지의 일원에서 발생한 땅밀림지의 붕괴가 발생한 지역을 현장에서 GPS로 조사하여 경계부를 결정하고, 경계부 이내 지역에 대하여 GIS (Arc map Ver. 10)를 활용하여 산사태위험등급, 향분 포, 경사분포, 표고분포를 분석하였다(Fig. 7).

    산림청은 지형인자(사면경사, 방위, 길이, 곡률, 지형습윤지수), 임상, 경급, 토심, 모암 등에 가중치를 부여하여 산사태 위험등급 1~5등급을 부여하고 있는데, 산사태 위험등급을 분석하는 이유는 땅밀림과 산사태는 다른 개념이라는 것을 파악하기 위해서이다.

    산사태 위험등급지와 땅밀림지는 일치하지 않은 결과치를 가지 며, 이로 인해 땅밀림 재해를 미연에 예방하기 위해서는 땅밀림 위험지 등급을 결정하기 위한 연구가 필요하다고 하였다(Park et al., 2019). 또한, 땅밀림지는 산사태 위험등급의 3~5등급과 등급 외 대다수 지역이 포함되어 일반적인 산사태와는 차이가 있음을 밝혔다(National Institute of Forest Science, 2017).

    땅밀림지의 산사태위험등급분석결과, 1등급지 26.5%, 2등급지 30.8%, 3등급지 33.0%, 4등급지 6.1%, 5등급지 3.5%를 나타내었 다. 즉, 대상지의 산사태위험등급은 1~3 등급이 전체의 약 90.3% 를 차지하였다.

    본 땅밀림지는 산사태 위험등급의 3~5등급과 등급외 대다수의 지역이 포함되어 일반적인 산사태와는 차이가 있음을 밝혔으나, 이 지역은 대부분 상단부가 1~3등급이 다수 포함되어 있으며, 땅밀림이 발생하여 밀리고 있는 하단부는 3~5등급으로 나타났다(Fig. 8).

    산사태위험등급이 1~2등급이 분포하는 상단부에는 단차와 균 열이 발견되지 않았지만, 3~5등급인 하단부에서 대다수의 단차와 지하수 유출현상이 발견되었다.

    즉, 이 지역은 1~2등급이 분포하는 사면 상단부에서 밀려서 내 려온 토양 및 지하수가 3~5등급인 하단부로 집수되어 하단부의 가중이 늘어나게 되어 땅밀림의 위험이 가중화 되는 지역으로 나타 났다.

    땅밀림지의 향분포를 분석한 결과, 북방향은 약 0.1%, 북동 방 향과 동쪽방향은 없었으며, 남동방향은 약 20.0%, 북서방향은 약 14.6%로 나타났다. 또한, 남쪽방향은 약 20.6%, 남서방향은 약 29.7%로 나타났다. Fig 8에 나타난 것처럼, 남서쪽이 많이 분포하 고 있는 중앙을 기준으로 오른쪽 사면은 북서, 서쪽방향을 나타냈 으며, 왼쪽 사면은 남동, 남쪽방향으로 밀리는 것으로 나타내었다. 이 결과값은, 상단부는 凹형으로 오른쪽과 왼쪽의 토양 및 지하수 가 중앙으로 모이게 되고, 중앙으로 집수된 토양 및 지하수가 중앙 사면에 하중이 가중화 되어, 남서쪽인 터널, 도로 쪽으로 밀리며 지하수의 유동방향과 동일한 것으로 나타났다.

    땅밀림지의 경사분포를 조사한 결과, 10°미만이 약 7.5%, 10°~15°가 약 14.8%, 15°~20°는 약 34.5%로 가장 많았으며, 20°~25°는 약 21.1%, 25°~30°는 약 18.6%, 30°~35°는 약 3.5%를 나타내(Fig. 9) 평균경사는 약 19.3°로 주로 땅밀림의 발생은 급경사 에서 발생하는 것이 아닌 특정한 지질과 지형적 구조를 형성하고 있는 5°~20°인 완경사면에서 발생하는 결과와 동일하게 나타났다 (Woo, 1992). 또한, 산지에 내리는 강우가 완만한 경사를 가진 곳에 내려 집수되면서 일부 급경사지를 이루는 산지 하단부에 영향을 미쳐 토압과 수압을 합쳐 땅밀림을 가중시키는 것으로 나타났다.

    땅밀림지의 표고분포를 분석한 결과, 0~100m는 약 14.2%, 100~200m는 약 85.1%로 가장 많았으며(Fig. 10), 최대 표고는 207.0m, 평균 표고는 136.3m, 최소 표고는 71.8m로 구릉지의 형태를 나타내 땅밀림지는 산지의 5부 이하 능선부에서 가장 많이 발생한다는 연구결과(National Institute of Forest Science, 2017) 와 일치하는 결과이었다.

    4. 토양분석(pH, 입도, 투수계수, 용적밀도) 결과

    대상지의 땅밀림으로 인한 붕괴지의 토양pH와 입도를 분석하 였다. 땅밀림지의 붕괴된 지역의 평균 pH는 약 4.65(4.10 ~ 5.2)로 우리나라 산림토양의 평균 pH는 4.3 (Lee & Koo, 2020)보다 높 게 나타났다. 즉, 땅밀림지의 지하수로 인한 지하의 깊은 곳에서 암석 압쇄 및 토양 풍화가 되면 지하의 토양은 칼슘, 마그네슘, 칼륨 등의 염기와 함께 알루미늄을 갖게 되고, 그 알루미늄의 일부 가 물분자와 반응하여 H+를 발생하게 되면 산성을 나타나게 된다 (Takaya, 2017). 즉, 산성을 나타내는 토양에 지하수가 침투하게 되면 중력 또는 모세관수에 의해 지하수는 토양 밖으로 빠져 땅밀 림지의 토양 pH는 산성을 나타내는 것이다. 즉, 땅밀림지에서의 토양 산성화는 지하수를 조속히 배출시켜 지하수가 영향하는 땅밀 림에 영향을 미치는 것으로 파악된다. 그러나 이러한 토양pH에 관해서는 땅밀림지와 비땅밀림지에서의 지속적인 pH변화를 연구 하여 그 메커니즘을 밝히는 것이 필요할 것으로 사료된다.

    입도분석 결과, 땅밀림지 표토(상단부)의 모래 : 미사 : 점토(%)의 함량은 27.3 : 50.7 : 22.0으로 미사질 양토(Silty loam)이었으며, 땅밀림지에서 붕괴된 지역에서 지하수가 유출되는 지점(하단부) 토양의 모래 : 미사 : 점토의 함량(%)은 31.2 : 39.2 : 29.6으로 식양토(Clay loam)로 분석되었다(Table 1). 땅밀림은 토양 성분과 지하수와 연관이 깊은 재해인데, 모래의 양이 많을수록 토양의 조공 극량이 높아져 지하수가 토양 밖으로 빠르게 집수되는 것을 도와준 다. 반대로, 점토함량이 높을수록, 점토의 물 머금음 현상으로 인해 지하수의 집수가 어렵고 토양의 하중은 늘어나 땅밀림이 가속화될 수 있고, 집중호우나 태풍으로 사면의 무게가 늘어나 붕괴가 될 수 있다(Park et al., 2018). 입도분석값 중 모래의 함량은 땅밀림지의 상단부인 표토는 27.3%를 나타내었고, 하단부 지하수 용출지의 양은 31.2%를 나타내었다. 점토의 양은, 상단부 표토는 22.0%, 하단부인 지하수 용출지는 29.6%를 나타내어, 땅밀림지의 상단부와 하단부의 위치에 따라 토양의 사질과 점토함량 그리고 토성이 다른 것으로 나타났으나 그 차이는 크지 않은 것으로 파악된다.

    토양의 투수계수를 측정한 결과, 땅밀림지 상단부의 표토와 붕 괴된 토양이 가장 높은 62.27cm/hour이었으며, 땅밀림지 하단부 의 점토는 0.22cm/hour로 가장 낮은 값을 나타내었다(Fig. 11). 이와 같은 결과는 강우 시 투수계수가 높은 상단부의 토양을 따라 빠르게 침투된 물이 하단부의 점토층으로 침투되지 못하고, 사면 밖으로 배출되지 못하여 사면의 하중이 가해지면 인장균열과 단차 가 서서히 발전되어 땅밀림이 나타나는 것으로 추정되었다. 또한, 하단부에 위치하는 지하수유출지의 투수계수는 6.92cm/hour로 나 타났으며, 토양깊이 20cm에서는 46.70cm/hour, 토양깊이 100cm 에서는 41.51cm/hour로 빠르게 침투되다가 하단부의 점토층에 가 까운 토양깊이 250cm에서는 37.36cm/hour, 토양깊이 300cm에 서는 17.79cm/hour로 토양깊이가 깊어질수록 점차 투수계수는 낮 아지는 것으로 나타나 땅밀림지 하단부에 위치하고 있는 점토층이 땅밀림에 직접적인 영향요인이라고 사료된다.

    관입시험기(DIK-3300)를 활용, 땅밀림지로부터 상부토양, 땅 밀림지 상부단차, 땅밀림지 중복부 단차지, 땅밀림 지하수 유출지 (1, 2)의 대하여 토양용적밀도(kgf/cm2)를 3반복 측정하여 측정값 을 평균하였다(Table 2). 평균토심은 땅밀림지에서의 상단부가 30cm, 땅밀림지 상부단차는 78cm, 땅밀림지 중복부 단차는 36cm, 하단부에 위치하고 있는 지하수 유출지 1은 83cm로 나타났 으며, 지하수 유출지 2는 62cm로 나타났는데, 토양깊이는 하단부 지하수 유출지가 가장 깊은 것으로 분석되었다.

    토양용적밀도는 상단부는 최대 0.5kgf/cm2로 나타났으며, 상부 단차는 최대 1.1kgf/cm2, 땅밀림지 중복부 단차에서는 최대 4.0kgf/cm2로 나타났으며, 하단부에 위치하는 지하수 유출지 1은 최대 1.8kgf/cm2, 지하수 유출지 2는 최대 2.5kgf/cm2로 나타났는 데. 상단부의 토양용적밀도가 중복부 및 하단부보다 낮게 나타났 다. 이 결과값은, 상단부의 토양은 용적밀도가 비교적 낮아서 지하 수의 배출이 잘되지만, 중복부와 하단부의 용적밀도는 비교적 높게 측정되어, 지하수의 사면에서 배출이 어려운 것으로 나타났다. 즉, 땅밀림지 토양은 붕적토로 비교적 토양용적밀도가 낮은 상태이었 으며, 붕적토로 답압이나 딱딱한 토양이 아닌 것으로 나타났다. 특히 인장균열 및 단차가 발생한 지역은 상단부보다 중복부 단차지 역의 토양용적밀도가 약 4배 높게 나타나 상단부로부터 토양의 붕괴로 인한 하단부의 토양 압축의 영향에 기인하여, 사면의 지하 수 및 토양이 하단부 집수로 인해 하단부는 땅밀림 붕괴에 위험이 있는 것으로 판단된다.

    5. 지반조사 결과

    조사지역 3개의 지점에 대한 시추조사 결과, 지하수위는 11.5~19.2m로 지층은 사면 상단부부터 시추 위치 BH-1, 2, 3으로 사면 아래로 내려갈수록 붕적층 – 풍화암 – 붕적층에 위치하고 있 었고, 기반암으로 안산암이 분포하는 것으로 나타났다(Fig. 12). 시추조사결과, 붕적층의 층후는 11.8~20.8 m 내외, 풍화토의 층후 는 1.2~3.5 m 내외, 풍화암의 층후는 3.5~8.0 m 내외로 땅밀림이 발생한 붕적층, 풍화토와 풍화암층은 약 13.0∼24.5m 깊이의 범위 로 땅밀림이 발생한 인장균열과 단차로부터 사면 하단부까지의 붕 괴 높이와 유사하였다(Table 3). 즉, 이 지역이 땅밀림 붕괴면이라 추정할 수 있다. 특히 풍화토는 암편과 점토질모래, 붕적층은 자갈 섞인 실트질점토, 풍화암은 암편과 점토질모래로 구성되어 있어 (Takaya, 2017) 땅밀림에 취약한 지질구성을 나타내는 것으로 분 석되었다.

    이 지역의 땅밀림은 2020년 8~9월에 발생한 태풍 마이삭과 마 이선으로 인해 발생하였다. 상단부는 강우 시 빗물의 집수가 용이 한 凹형 지형을 이루고 있으며, 지반조사 결과 지하수위는 약 11.5~19.2m로 나타났으며, 사면 아래로 내려갈수록 붕적층 – 풍화 암 – 붕적층으로 구성되어 있고, 풍화가 깊이 진행된 풍화암 땅밀림 지역으로 땅밀림에 취약한 특성의 지질을 나타내었다.

    땅밀림지 상단부는 점토량이 적고 투수계수가 높아 지하수의 배출이 빠르나, 하단부의 지질은 점토량이 많고 투수계수가 낮아 지하수 배출이 어려워 하단부에 하중이 집중되어 무너지는 것으로 판단된다.

    타 선행연구에서는 산각부절취, 각종개발로 인한 인위적인 원인 으로 발생한 땅밀림과 집중호우, 태풍, 포락 등으로 인한 자연적으 로 발생한 땅밀림으로 구분되어 본 연구에서 나타나지 않았던 수목 이상생장, 계류 미형성, 등고선 벌어짐 현상 등 다양한 땅밀림 징후 가 발견되고 있다.

    따라서 본 대상지와 유사한 지역에 대한 다른 땅밀림지의 붕괴 면이 해당하는 지질과 고유한 특성 파악하여, 땅밀림 가능성을 파 악하며 미래 땅밀림 위험지를 예측하는 빅 데이터를 수집하여 땅밀 림 재해를 예방하기 위한 자료로 활용하는 것이 필요하다.

    감사의 글

    본 연구는 ‘경상남도 양산시’ 및 ‘한국임업진흥원(과제번호 : 2021347B10-2123-CD01)’의 지원에 의하여 이루어진 것입니다.

    Figures

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    Micro relief classify.

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    Location of drilling investigation.

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    Detailed situation of landcreep area.

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    Progress of Landcreep cracks.

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    Drone picture of landcreep area.

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    Identification of damaged areas using aerial photos.

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    Map of landslide susceptibility rating.

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    Map of distribution of directions.

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    Map of slope distribution.

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    Map of elevation distribution.

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    Location of permeability coefficient.

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    Geological stratum cross-sectional diagram.

    Tables

    Grain size analysis and pH analysis result

    Result of soil bulk density using soil penetrometer

    Result of drilling investigation

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