Research Article

Journal of the Korean Geosynthetics Society. 30 December 2025. 75-86
https://doi.org/10.12814/jkgss.2025.24.4.075

ABSTRACT


MAIN

  • 1. 서 론

  • 2. 토석류 조기경보용 센서 시스템

  •   2.1 개요

  •   2.2 조기경보용 센서 시스템에 의한 모니터링

  •   2.3 설치 위치 검토

  • 3. 현장 적용

  •   3.1 설치 위치 선정

  •   3.2 네트형 사방댐 설치

  •   3.3 모니터링

  • 4. 결 론

1. 서 론

기존 콘크리트 사방댐은 강체 구조물 특성상 충격을 흡수하는 데 한계가 있으며, 예상보다 큰 규모의 토석류가 발생할 경우 월류나 구조적 손상이 발생할 가능성이 있다. 이러한 한계를 보완하기 위해 최근에는 충격을 분산하고 유연하게 대응할 수 있는 네트형 사방댐이 대안적 방호시설로 주목받고 있다.

토석류 방호를 위한 연구는 구조물의 충격 저감 성능 향상과 실시간 계측 기반 조기경보 기술 확보를 중심으로 국내외에서 활발히 진행되고 있다. 최근에는 계측기술과 결합하여 방호 기능과 경보 기능을 동시에 수행하는 연구가 주목받고 있으며 이와 더불어 토석류 충격하중을 정량적으로 파악하기 위한 센서 기반 계측 기술 개발도 지속적으로 이루어지고 있다.

Kim and Yoo(2018)은 실대형 실험을 통해 충격력-인장력 상관관계를 규명하여 구조 설계에 활용할 수 있는 경험식을 제안하였다. 또한 Kim(2020)은 비탈면에 스마트 센서를 설치해 미세 변위를 감지하고, IoT 기반 실시간 전송 기술을 활용하여 산사태·토석류 예·경보를 신속히 전달하는 시스템을 제안하였다.

국외에서도 방호시설과 센서 기반 모니터링 기술의 결합이 활발히 이루어지고 있으며, 스위스의 경우 링네트 하중계(load cell), 초음파 센서, 레이저 센서, 지오폰 등을 방호체와 함께 설치하여 토석류 하중·속도·깊이를 실시간 모니터링하도록 하고 있다(Yoo et al., 2016). 또한 일본은 계곡부 와이어식 감지 장치나 광섬유 기반 진동 분석 센서를 활용하여 토석류 충격 또는 지반 진동을 감지하는 시스템을 구축하였다(KICT, 2013). 이러한 사례들은 유연한 방호체와 고정밀 계측 센서의 통합이 국제적으로 표준화되는 추세임을 보여준다.

한편, 유연한 링네트 방호벽의 구조적 거동과 토석류 충격 저감 메커니즘을 규명하기 위한 해외 연구도 활발히 수행되고 있다. Li et al.(2020)은 전 세계적으로 점점 더 많이 적용되고 있는 유연한 링네트 방호벽을 대상으로 토석류 충격에 따른 링네트의 거동과 성능을 분석하였으며, 유체는 CFD(Computational Fluid Dynamics), 고체 입자는 DEM(Discrete Element Method)으로 모델링하여 토석류의 유체·고체 및 방호벽 간 상호작용과 동적 반응을 종합적으로 고려할 수 있는 해석 기법을 제시하였다. 이를 통해 토석류 충격력 완화를 위한 링네트 방호벽 설계 및 성능 분석에 활용 가능한 도구를 제안하였다.

Vicari et al.(2022)은 토석류가 침식 가능한 바닥을 따라 흐를 때 바닥면이 부풀어 오르며 침식이 확대되는 현상에 주목하고, 토석류 이동 경로를 따라 유연한 방호벽을 다단으로 설치함으로써 바닥부 침식을 저감하고 계곡 하단부 방호벽에 작용하는 충격력을 효과적으로 감소시키는 연구를 수행하였다.

또한 Xiong et al.(2023)은 토석류 방호에 효과적인 유연한 네트 방호벽의 적용성을 평가하기 위해 수로 경사, 토석류 밀도, 부피, 네트 방호벽 간격을 주요 변수로 설정한 실험을 수행하였으며, 그 결과 네트 방호벽 간격이 방호 성능에 가장 큰 영향을 미치는 인자이고, 그 다음으로 토석류 밀도가 중요한 영향을 미친다고 보고하였다.

그러나 유연한 방호체 기술과 센서 기반 계측 기술은 각각 발전해 왔음에도 두 기술을 통합하여 방호, 계측, 경보 기능을 동시에 수행하는 시스템은 충분히 연구되지 않았다. 특히 방호체에 직접 작용하는 토석류 충격하중을 정량적으로 계측하고 이를 기반으로 단계별 경보를 발령하는 기술은 미비한 실정이다.

따라서 본 연구에서는 네트형 사방댐에 변형률계 기반의 조기경보 센서 시스템을 적용하여 현장에서의 기능을 검토하였다. 이를 통해 기존 방호시설과 경보체계가 분리되어 있는 문제를 보완하고, 토석류 발생과 규모 예측 및 경보발령 대응까지 일관된 통합 시스템 구축 가능성을 검토하는 데 목적이 있다.

2. 토석류 조기경보용 센서 시스템

2.1 개요

토석류 방호를 위해 현장에서 주로 사용되는 시설은 콘크리트 사방댐으로 일반 댐처럼 토석류를 완전히 가두는 방식이 아니라 일정 높이까지 퇴적을 유도하고, 그 이상 유입되는 토석류는 상부로 월류하도록 한다(Fig. 1).

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Fig. 1.

Debris overflowing the debris barrier

기존의 콘크리트 사방댐은 예상되는 토석류 규모를 기준으로 설계되지만, 실제 현장에서는 지층 구성이나 지반 강도를 정확히 파악하기 어렵고, 현장조사와 지표지질조사만으로는 지층 상태나 지반강도를 정확히 파악하기 어려워 실제 발생 규모를 정확히 예측하는 데 한계가 있다.

토석류 발생량은 주변 지형, 지반 상태, 계곡 형상, 강우량 등을 종합해 산정하지만, 지형의 복잡성이나 예측이 어려운 강우 조건 등 설계 단계에서 세밀하게 반영하기 힘든 요소가 많아 실제 규모를 정확히 예측하기 어렵다.

일반적인 콘크리트 사방댐은 상단 높이까지 유입되는 토석류를 저류하고, 그 이상은 상부로 흘러내리도록 설계되어 하류로 배출된다. 그러나 실제 토석류 규모가 예측치를 초과해 대규모 월류로 하류 주민에게 피해가 발생되는 것을 방지하기 위해 콘크리트 사방댐에 토석류 조기 경보용 센서 시스템이 설치될 경우, 조기경보 센서 시스템이 토석류 발생을 즉시 감지하여 경보를 발령함으로써 인명 및 재산 피해를 최소화할 수 있다.

2.1.1 작동 방식

Fig. 2는 토석류 조기경보용 센서 시스템의 작동 방식을 나타낸 것이다. 콘크리트 사방댐 상단에 설치된 네트형 방호시설의 변형은 변형률계를 통해 계측되며, 측정된 값은 실시간으로 변위로 환산된다. 이러한 데이터는 유선으로 센서 노드(IoT Sensor Node)에 전달되고, 이후 LoRa 통신망을 통해 게이트웨이(Gateway)로 다시 전송된다. 게이트웨이는 수집된 데이터를 LTE 통신망을 통해 관리자 서버로 전송하여, 현장의 변형 상태를 실시간으로 모니터링할 수 있다.

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Fig. 2.

Early warning system for debris flow

이처럼 센서로 측정된 토석류 충격력은 크기에 따라 주의·경계·심각 등의 단계별 경보가 발령되도록 설정된다.

2.1.2 토석류 충격력 측정 센서

조기경보용 센서 시스템의 핵심은 와이어로프에 부착된 감지 센서로, 네트에 작용하는 인장력에 의해 발생하는 변위를 실시간으로 계측한다(Fig. 3참조). 이 센서는 신호 증폭 및 노이즈 필터링 기술을 통해 0.01mm 수준의 미세 변위까지 정밀하게 측정할 수 있도록 설계되었다. 이렇게 확보된 변위 값은 토석류의 충격력, 즉 작용하중의 크기를 판단하는 매우 중요한 기준으로 활용된다.

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Fig. 3.

Schematic diagram of the strain gauge

일반적으로 스트레인게이지(Strain gauge)는 부재 표면에 직접 부착하여 하중에 따른 변형률을 측정하지만, 와이어로프는 연성이 크고 단면 형태가 복잡하여 직접 부착하는 방식의 설치가 적합하지 않다. 따라서 토석류 네트에는 외부 충격이나 변형으로부터 센서를 보호할 수 있도록 보호 하우징을 갖춘 로드셀 형태의 계측기를 적용하는 것이 적합하다.

와이어로프의 끝단에는 로드셀 형태의 센서가 설치되며, 토석류 충격으로 인해 발생하는 인장력을 변형률(ε)로 계측하여 와이어로프에 작용하는 하중을 산정한다.

조기경보용 센서에 대한 실험은 토석류에 의한 충격하중을 센서에 인장력으로 작용시키는 방식으로 수행하였다. 일반적인 지표 변위계의 분해능은 약 1.0mm 수준이지만, 본 연구에서 네트에 적용한 센서는 0.01mm까지 계측할 수 있도록 정밀도를 향상시켰다. 이를 검증하기 위해 Fig. 4와 같이 변위센서와 변형률계의 측정 정확도를 비교하는 인장실험을 수행하였으며, 그 결과 변위센서는 83.0mm에서 85.82mm로 총 2.82mm의 길이 변화가 계측되었으며, 변형률계 측정값인 2.817mm와의 차이는 약 0.12%로 나타났다. 이는 일반적인 토류 구조물 계측기의 정확도 기준인 0.5~1.0%를 충분히 만족하는 수준이다.

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Fig. 4.

Tensile test for performance verification of the displacement sensor

본 연구에서 수행한 변형률계 기반 센서의 인장실험은 20~25℃ 내외의 실내 환경에서 수행되었다. 강우, 온도 변화, 외력 등은 구조물 변형에 영향을 줄 수 있는 환경 인자이므로, 본 연구에서는 실험실 인장실험을 통해 제안된 센서가 변형에 대해 선형적이고 재현성 있는 응답을 보이는지를 검증하는 데 초점을 두었다. 이는 다양한 현장 하중 조건에서도 동일한 변형량을 안정적으로 계측하기 위한 기본 성능 평가로서 타당하다고 판단된다. 향후 연구에서는 온·습도 변화, 강우, 충격·진동 등을 모사한 환경시험과 실제 구조물 부재에 대한 장기 계측을 통해 센서의 내환경성과 신뢰성을 단계적으로 검증할 예정이다.

인장실험에서 얻은 하중–변형률 곡선을 나타낸 Fig. 5에 따르면, 변형률 센서는 약 210kN 이상의 하중에서 항복하는 것으로 확인되었으며, 이는 와이어로프의 파단하중보다 큰 값으로 센서가 현장에서 발생할 수 있는 최대 인장력을 안정적으로 계측할 수 있음을 의미한다.

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Fig. 5.

Load-displacement and load-strain relationships obtained from the tensile test

토석류 충격에 의해 발생한 센서 변형 신호는 Fig. 6과 같이 먼저 신호 증폭 과정을 거친 후 FFT 분석을 통해 노이즈를 제거하였다. FFT 필터링 결과, 신호의 파형이 명확하게 구분되었으며, 이를 통해 미세한 변위 변화까지도 정확하게 식별할 수 있음을 확인하였다.

Fig. 6(a)는 시간에 따른 원 변형률 신호와 증폭된 변형률 신호를 나타내며, Fig. 6(b)는 FFT 분석을 이용한 필터링 과정을 통해 노이즈를 제거한 결과를 보여준다. Fig. 6(c)는 노이즈 제거 후 신호 형상을 확대하여 나타낸 것이며, Fig. 6(d)는 시간에 따라 측정된 원 변형률 신호와 노이즈가 제거된 변형률 신호를 비교하여 나타낸 것이다. 이를 통해 미세한 변위 변화까지도 정확하게 확인이 가능함을 보여준다.

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Fig. 6.

Improve signal clarity with noise filtering

2.2 조기경보용 센서 시스템에 의한 모니터링

최근 전국의 산사태 발생 사례를 분석한 결과, 산사태 취약지역으로 지정된 지점에서 실제로 산사태가 발생한 비율은 10% 이내로 나타났다. 2017년부터 2023년까지 산사태 취약지구가 아닌 지역에서 발생한 산사태 비율을 Fig. 7과 같이 나타내었으며, 산사태의 90% 이상이 취약지역 외부에서 발생한 것으로 나타나 산사태 발생 지점을 사전에 예측하는 데 큰 한계가 있음을 보여준다.

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Fig. 7.

Rate of occurrence of landslides outside the landslide-prone district (KFS, 2024)

이러한 예측 불확실성을 고려할 때, 산사태로 인한 피해를 줄이기 위해서는 발생 초기 변화를 신속하게 감지하고 실시간으로 전송할 수 있는 조기경보시스템의 도입이 필요하다. Fig. 8은 본 연구에서 적용한 토석류 조기경보용 센서 시스템의 전체 흐름도를 제시한 것이다.

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Fig. 8.

Flow chart of the early warning monitoring for debris flow

Fig. 8과 같이 센서를 통해 계측된 데이터는 무선통신을 통해 관리 서버로 전송되며, 이를 기반으로 네트에 작용하는 토석류 충격력을 실시간 그래프로 모니터링할 수 있고, 충격하중의 크기에 따라 단계별 경보 발령도 가능하다.

2.3 설치 위치 검토

조기경보 센서 시스템이 적용된 네트형 사방댐의 설치 방식은 대상지 조건에 따라 기존 사방댐과 신설 사방댐으로 구분할 수 있다. 기존 사방댐은 콘크리트 사방댐의 댐마루에 네트를 추가로 설치하여 토석류 발생 시 조기경보가 가능하도록 구성되는 반면 신설 사방댐은 토석류가 주로 발생하는 계곡 상부에 설치하여 토석류를 직접 방호함과 동시에 실시간 데이터 전송을 통해 단계별 경보를 발령할 수 있도록 설계된다.

2.3.1 댐마루부 토석류 방호용 네트 설치 방안

콘크리트 사방댐은 규모가 큰 구조물이기에 중장비의 접근이 가능한 위치에 시공되며, 주로 기존 접근로나 신규 접근로 개설이 가능한 계곡 중‧하류부에 설치된다(Fig. 9).

콘크리트 사방댐은 토석류 발생량을 예측해 규모를 정하는 방식으로 설계되지만, 실제 토석류는 수십에서 수백 미터에 걸쳐 이동하므로 토석류의 양을 정확히 산정하는 것은 매우 어렵다. 더불어 사방댐은 일반 댐처럼 모든 토석류를 완전히 저류하는 구조가 아니기 때문에, 토석류가 유입되면 큰 암괴나 자갈이 먼저 사방댐에 퇴적되고, 일정 수준을 넘어서면 상부로 월류하게 된다. 예측량을 넘는 규모의 토석류가 발생하면 하류부에 직접적인 피해가 발생할 수 있어, 이러한 월류 상황을 조기에 감지하고 신속하게 대응하는 것이 중요하다.

따라서 기존 콘크리트 사방댐 댐마루에 조기경보용 센서 시스템을 포함한 네트형 사방댐을 설치할 경우, Fig. 9와 같이 계곡부에 설치된 사방댐 중 최상류에 설치하는 것이 가장 효과적이다.

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Fig. 9.

Installation location of the concrete debris barrier

3. 현장 적용

3.1 설치 위치 선정

본 연구에서는 토석류로 인해 사회적 문제가 되었던 서울의 우면산 산사태 구간을 대상지로 선정하여 조기경보용 센서 시스템이 장착된 네트형 사방댐을 설치하였다. 우면산의 해당 구간은 과거 대규모 토석류가 발생하여 도로와 인근 주거지에 심각한 피해를 준 지역으로, 이러한 위험을 최소화하기 위해 상류에서 하류까지 계곡 전체를 정비하고 단계적으로 사방댐을 설치한 상태이다.

우면산에 설치된 여러 개의 사방댐 중 본 연구의 대상은 산 92-15에 위치한 콘크리트 사방댐이며(Fig. 10 참조), 해당 사방댐의 기본 정보를 Table 1에 나타내었다.

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Fig. 10.

Installation location of net-type debris barrier (Umyeonsan)

Table 1.

The debris barriers constructed in Umyeonsan

Num Location GPS coordinate (WGS 84) Type
Latitude Longitude
1 San92-15, Bangbae-dong 37° 28′ 33.6″ 127° 00′ 24.9″ Concrete Dam
2 San92-15, Bangbae-dong 37° 28′ 27.6″ 127° 00′ 24.2″ Bartlett Dam

3.2 네트형 사방댐 설치

조기경보용 센서 시스템을 적용하기 위해 선정된 콘크리트 사방댐은 댐마루 폭이 1.0m이며, 방수로의 아랫변·윗변 폭은 각각 2.9m와 5.0m, 높이는 0.7m로 구성되어 있다.

네트형 사방댐에 대한 설계기준은 마련되어 있지 않으므로 해당 구조물 상단에 설치되는 네트형 사방댐은 Fig. 11과 같이 방수로 폭을 기준으로 설계하였으며, 네트의 폭은 6.0m, 높이는 1.0m이다. 네트 본체에는 ø16mm 와이어로프를 적용하였다. 변형률계는 네트형 방호시설의 높이(H=1.2m)를 고려하여 1개소에 설치하였으며, 토석류 발생시 와이어에 동일한 인장력이 발생하므로 센서가 파손되지 않도록 끝단에 설치하였다.

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Fig. 11.

Net-type debris flow protection system

지주는 직경 ø216mm, 두께 7mm의 원형 강재 파이프를 사용하였으며, 지주 고정은 ø16mm 와이어로프를 이용해 2단 케이블 구조로 고정하였다.

Fig. 12는 기존 콘크리트 사방댐의 댐마루에 네트형 사방댐이 설치된 현장 전경을 나타낸 것이다.

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Fig. 12.

View of net-type debris flow protection system

3.3 모니터링

토석류는 강우에 의해 급격히 발생하며 이동 속도도 매우 빠르기 때문에 수동 방식으로 이를 계측하고 분석하여 경보를 발령하는 것은 현실적으로 어렵다. 또한 토석류 발생의 전조를 사전에 확인하거나 규모를 정확히 예측하기도 쉽지 않다. 따라서 토석류 발생 시 즉각적인 대응을 위해서는 무인 자동화 계측과 무선 기반의 실시간 데이터 전송이 가능한 모니터링 시스템이 필수적이다.

3.3.1 변형률계 설치

토석류 하중을 계측하기 위한 변형률계(strain gauge)는 Fig. 13(a)에 나타낸 네트형 사방댐에 설치되었으며, 토석류 충격으로부터의 손상을 최소화하기 위해 Fig. 13(b)와 같이 와이어로프의 끝단에 설치하였다. 토석류가 네트에 충돌할 경우 와이어로프 전 구간에 동일한 인장력이 전달되므로, 변형률계의 설치 위치에 따른 측정값의 차이는 발생하지 않는다.

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Fig. 13.

Installation of the strain gauge

3.3.2 센서노드 및 게이트웨이 설치

네트형 사방댐에 설치된 센서에 하중이 작용하면 변형률이 측정되고, 이는 변위로 환산되어 Fig. 14(a)의 센서 노드(IoT Sensor Node)로 전달된다. 변형률계는 유선으로 센서 노드와 연결되며 센서에서 수집된 아날로그 신호는 센서 노드에서 디지털 신호로 변환된다.

디지털화된 데이터는 신호 증폭 및 노이즈 필터링 과정을 거쳐 신뢰도를 향상시킨 후 오지 및 산악지에서는 LoRa(Long Range, 저전력 장거리 무선통신기술) 통신망을 이용하여 신호를 전송하고 최종 게이트웨이(Gateway)에서 LTE 통신망을 통하여 메인서버로 전송하도록 하였다. Fig. 14(b)의 게이트웨이(Gateway)로 10ms ~ 1s 간격으로 전송된다.

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Fig. 14.

IoT sensor node and gateway

게이트웨이는 센서 노드에서 전송된 변위 데이터를 실시간으로 수집하고, LTE 통신망을 통해 이를 메인 서버로 전송한다. 또한 게이트웨이가 설치되는 현장은 전력 공급이 제한적일 수 있으므로 태양광 패널을 활용한 자가충전 방식으로 상시 전력 공급이 가능하도록 구성하였다.

3.3.3 모니터링 및 단계별 경보발령

토석류 방호용 네트에 작용하는 하중은 무선 통신을 통해 실시간으로 관리자 서버로 전송되며, 관리자는 시간 변화에 따른 토석류 하중을 실시간으로 모니터링할 수 있다.

우면산 콘크리트 사방댐 상부에 설치된 네트형 방호시설과 조기경보용 센서 시스템은 Fig. 15와 같이 미세한 충격까지 변위센서로 감지하여 무선으로 전송되어 현장의 변위를 즉시 확인할 수 있다.

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Fig. 15.

Real-time monitoring of debris flow

Fig. 15는 시간에 따른 센서의 온도, 습도, 배터리 상태와 변위값을 수치로 나타내고 있으며, Fig. 16Fig. 15와 동일한 기간에 수행된 변위량을 연속적으로 시간에 따라 그래프로 나타낸 것이다.

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Fig. 16.

Displacement of wire rope

Fig. 17은 토석류 하중의 크기에 따라 주의–경계–심각 단계로 구분된 경보 체계가 변형률계의 계측값에 의해 실시간 표시 및 단계 구분 상태를 나타낸 것이다.

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Fig. 17.

Real-time monitoring dashboard with multi-level alert status for debris-flow events

기존의 토석류 경보시스템은 토석류 발생 감지에만 초점을 두고 있어 적절한 대응이 이루어지지 못해 이를 보완하기 위해 본 연구에서는 네트형 사방댐에 설치된 센서가 측정한 실시간 하중값을 활용하여 토석류 규모에 따른 단계별 경보를 발령할 수 있는 체계를 구축하였다.

현재까지 토석류 규모에 따른 명확한 경보 기준은 마련되어 있지 않으며, 계곡의 지형·지질 조건, 강우특성 등 다양한 요인에 의해 토석류 특성과 피해 양상이 달라지므로 단순한 토석류량만으로 기준을 설정하기 어렵다.

그러나 조기경보용 센서 시스템이 설치된 네트형 사방댐은 네트에 작용하는 하중을 실시간으로 전송하므로 이를 기반으로 토석류 발생 여부뿐 아니라 규모 예측까지 가능해 단계별 경보 기준 마련에 활용할 수 있다.

본 연구에서는 이러한 특성들을 반영하여 토석류의 규모 및 네트의 규격이 상이함으로 구조물의 붕괴 한계 하중을 직접적으로 산정하지 않고, 네트에 작용하는 인장력을 네트의 파단하중에 대한 상대적 비율의 크기로 Table 2와 같이 단계별 경보 발령 기준을 구분하였다.

Table 2.

Presentation of alert issuance criteria for each step

Classification Standards
Interest When the net is shaken by the wind and rain, or when stray objects occasionally hit the net.
Caution As the valley water gradually rises and overflows to the dam crest of the check dam, tensile force occurs about 10% of the net breaking load due to stray objects, and when this phenomenon occurs intermittently.
Alert Tensile force is generated about 20% of the net breaking load by flowing debris to the dam crest, and when this phenomenon occurs or persists frequently.
Serious When the tensile force of the net is about 50% of the breaking load.

단계별 경보기준은 환경·자연 요인(풍하중, 우수, 이물질 충돌)에 의한 반복적 신호의 경우 대부분 파단하중의 약 10% 이하 수준으로 이를 ‘관심(Interest)’ 또는 ‘주의(Caution)’ 단계로 구분하였으며, 댐마루로 월류하는 유송잡물에 의해 인장력이 네트 파단하중의 20% 정도 발생하며, 이러한 현상이 빈번하게 발생하거나 지속될 때 해당 구간을 ‘경보(Alert)’ 단계로 설정하였다. 파단하중 대비 50% 이상의 인장력이 작용할 경우 상당 수준의 토석류가 발생하고 있으며 구조물 변형 및 파단 위험이 매우 높기 때문에 ‘심각(Serious)’ 단계로 설정하였다.

본 연구에서 제시한 Table 2는 조기경보 시스템을 설치한 해당 현장의 지형 및 토석류의 규모를 고려하여 제시한 것으로, 다른 지역의 토석류 발생 위험지역에 설치 시 계곡의 지형, 지질, 강우특성 등 다양한 요소를 고려하여 단계별 경보기준 제시가 필요하다.

현재 국내에 설치된 토석류 방호 시설은 물리적 방호 기능에 중점을 두고 있으며, 경보 시스템은 별도로 개발·운용되고 있어 두 체계가 유기적으로 연계되지 못하는 한계가 있다. 이러한 이원화된 구조로는 토석류 발생 시 신속하고 일관된 대응체계를 구축하기 어렵다.

본 연구에서는 방호시설과 계측·경보 기능을 하나의 시스템으로 통합하기 위해 조기경보용 센서 시스템을 네트형 사방댐과 결합하였다. 이를 통해 토석류 충격하중을 정확하게 계측하고, 실시간으로 정보를 전달하며, 충격 규모에 따른 단계별 경보가 이루어질 수 있는 조기경보용 센서 시스템 장착 네트형 사방댐의 적용 가능성을 확인하였다. 본 연구는 방호 기능과 경보 기능을 동시에 수행하는 통합형 사방댐 구축의 기초자료로 활용될 수 있다.

4. 결 론

본 연구에서는 네트형 사방댐에 조기경보 기능을 부여하기 위한 변형률계 기반 센서 시스템의 적용성을 평가하였다. 센서의 측정 성능 검증을 위한 인장실험과 우면산 현장 설치·운영 결과를 기반으로 시스템의 실효성을 분석하였으며, 주요한 결론은 다음과 같다.

1.변형률계 기반 센서 시스템의 성능 검증을 위한 인장실험 결과, 0.01mm 수준의 미세 변위까지 안정적으로 계측되는 것으로 확인되었으며, 이는 일반적인 지표 변위계보다 높은 정밀도를 확보하고 있어 토석류 충격 감지용 센서로 적합함을 확인하였다.

2.네트에서 측정된 계측 데이터는 유선으로 IoT 센서노드에 전달되고, 산지 통신환경에 최적화된 LoRa 통신망을 통해 게이트웨이로 전송된 후 LTE망을 이용해 관리자 서버로 전달된다. 이러한 단계적 전송 구조는 계곡부와 같은 환경에서도 안정적인 실시간 모니터링을 가능하게 하였으며, 실제 우면산 적용 결과 작은 충격에도 변위 변화가 명확하게 계측되어 실시간 하중 추적이 가능한 것으로 확인되었다.

3.본 연구에서 구축한 센서 기반 모니터링 체계는 기존에 방호시설과 경보 체계가 분리되어 있던 방식의 한계를 보완하고, 토석류 발생 초기 상황을 신속하게 인지·대응할 수 있는 통합형 조기경보 체계 구축의 기반을 제공한다.

Acknowledgements

This research was reconstructed using data from the 2025 Ph.D. dissertation by Jong-Ju, Kim submitted to the Graduate School of Kangwon National University.

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