서 론
재료 및 방법
연구 대상지
연구방법
결과 및 고찰
연구대상지 지형 특성
간이계측기를 활용한 인장균열 이동양상
GIS를 이용한 땅밀림지 지형분석
땅밀림지의 토양경도 분석
전기비저항 탐사기를 활용한 땅밀림지의 지하구조 특징
결론 및 제언
서 론
우리나라에서는 땅밀림 현상이 지속적으로 발생하고 있으며, 이러한 땅밀림은 지질 및 지형 등 다양한 요인에 의해 발생되는 산림재해다. 집중호우와 인위적 요인 등 외부요인의 영향을 받아 드러내는 경향이 있으며, 땅밀림으로 인한 붕괴 지역에 대한 조사와 원인 규명이 필수적이다. Varnes(1984)의 연구에 따르면, 땅밀림의 이동속도는 하루에 최소 0.01 mm에서 최대 10 mm의 폭으로 이동하며, 동결융해와 지하수위 증가(Matsukura and Tanaka, 1983; Anderson and Richards, 1987; Auzet and Ambroise, 1996; Montgomery et al., 1998), 불연속면 및 단층파쇄대 붕괴(Tomio et al., 1990; Park et al., 2003, 2005; Kim, 2004), 그리고 산지절취 및 도로개설 등으로 인한 인위적 원인(Park et al., 2003; Park, 2016)이 주로 발생한다. 땅밀림은 산사태와 달리 지속적으로 재발생하는 특성이 있어 완전한 복구대책이 필요하다. 이에 산림청은 땅밀림 무인원격감시시스템을 구축하여 실시간 모니터링을 수행하고 있으며, 대표적으로 와이어신축계, 지중경사계, 지하수위계 및 강우량계 등의 계측센서를 활용하여 땅밀림 우려 지역에 대한 실태조사를 진행하고 있다. 하지만, 산지 여건으로 인해 고가의 장비를 설치하는 것은 효율적이지 못하며, 기존에 발생한 땅밀림과 향후 위험지역에 모두 적용하기 어렵다. 따라서 간이계측기를 활용하여 땅밀림 위험지역의 지반 움직임을 매월 실시간 모니터링 하는 것이 설치 및 운용비용과 시간을 고려했을 때 변위량 관측이 용이할 것으로 판단된다. 한국치산협회, 한국산림공학회와 일본의 사방 ‧ 땅밀림 기술센터 등에서도 말뚝박기를 활용한 모니터링이 비교적 효율적인 것으로 제안되어 땅밀림 모니터링은 매우 중요한 자료가 될 것으로 판단된다. 다만 우리나라에서 땅밀림이 진행 중인 조사구의 변위량을 관찰하는 선행연구는 단편적인 연구로 극히 드물다. 따라서 본 연구에서는 경상남도 산청군 오부면 방곡리의 땅밀림지에서 간이계측기를 활용하여 인장균열의 이동양상을 조사하고, 땅밀림의 특성을 분석하여 향후 발생할 땅밀림 재해를 예방하고 땅밀림 거동특성을 밝히기 위한 기초자료를 제공하기 위하여 수행하였다.
재료 및 방법
연구 대상지
본 연구는 경상남도 산청군 오부면 방곡리 산148 일원은 땅밀림이 진행되고 있는 지역으로 저수지 조성과 도로개설로 인해 다수의 인장균열이 발생하였으며, 산각부에는 수목이상생장, 너덜 등이 관찰되었다(Fig. 1). 지질적 유형은 붕적토땅밀림 지역과 철상미근형지형으로 땅밀림에 취약한 특성을 지니고 있다. 산지 상부는 화강암이고 하부는 퇴적암으로 이루어져 있어 이질층 지역을 가지고 있다. 인장균열의 길이는 등고선 방향으로 약 150 m이며, 깊이는 1 m 내외로 저수지를 조성하기 위해 설치한 도로와 산지절취로 인해, 2021년 7월 5일 최초로 상단부에서 땅밀림이 발견되었으며 향후 집중호우 및 지질적 요인에 의해 사면이 붕괴될 경우, 하부에 조성된 저수지로 밀릴 위험이 존재한다. 항공사진과 로드뷰를 활용하여 미세지형 이상 현상을 식별한 후, 인장균열 이동양상 조사는 현지여건 및 측정한계로 인해 총 17개월(2022년 12월~2024년 5월)동안 매월 실시하였다.
연구방법
연구대상지는 인장균열 및 단차로 인한 이동양상과 붕괴 특성을 분석하기 위해 PVC 파이프를 이용하여 간이계측기를 설치하였다. 땅밀림지의 인장균열 및 단차를 기준으로 좌측, 중앙, 우측 사면에 각각 6개의 간이계측기를 설치하였으며, 땅밀림지와 비교 ‧ 분석하기 위해 대조구 2개소를 설정하였으며, 계측기 간의 간격은 줄자를 이용하여 mm 단위까지 측정하였다(Fig. 2). 연구대상지의 특성을 파악하기 위해 GPS(Garmin 64s)를 활용하여 경계부를 설정하고, GIS 소프트웨어(Arc mac Ver. 10.8)와 연동하여 땅밀림 위험지역에 대한 산사태 위험등급, 향 분포도, 경사 분포도, 표고 분포도를 분석하였다. 아울러 토양관입시험기(DIK-3300)를 활용하여 최대 100 cm 깊이까지의 토양경도(kgf/cm2)를 인장균열지 상부, 하부 및 대조구를 대상으로 3회 반복 측정하여 평균값을 산출하였다. 수집된 데이터를 기반으로 통계적 차이의 검정을 위해 SPSS ver.25(IBM, NY, USA)를 활용하여 t-test 분석을 실시하였다. 그리고 사면 내부의 지하수의 흐름과 땅밀림이 발생한 사면의 지층별 연약대를 파악하여 특징을 알아내기 위해 전기비저항 탐사를 실시하였다. 우기 전후 두 차례에 걸쳐 전기비저항 탐사를 실시하였으며, 조사지점은 단차가 발생한 부분을 기준으로 30 m 아래에서 횡 방향으로 전극봉 22개를 3 m 간격으로 설치하여 표층으로부터 지하 깊이 15 m까지 측정하였다(Fig. 3).
결과 및 고찰
연구대상지 지형 특성
연구대상지는 초기에는 단순한 급경사 형태의 단차에 불과했으나, 집중호우와 이동토괴의 영향으로 2차 땅밀림이 발생하였다. 땅밀림을 처음 발견(2021년 7월) 했을 때보다 단차의 붕괴형태가 더욱 심각하게 진행된 것을 확인할 수 있었다. 농어촌공사에서 우수유입을 차단하기 위해 비닐 피복으로 임시조치를 취했으나, 지속적인 강우와 일부 토괴의 붕괴로 인해 벗겨져 나가 효과가 미미한 수준에 그쳤다. 또한, 저수지와 인접해 있어 저수지 수위의 변화가 인근 지역의 지하수 유동 및 지하수위 변동에 발생한다는 점(Ji, 2014)과 집중호우로 인해 연구대상지의 과잉간극수압 및 토양에 영향을 주어 인장균열 형태의 변화를 촉진시킨 것으로 판단된다(Kim et al., 2016).
간이계측기를 활용한 인장균열 이동양상
인장균열 이동양상 조사결과(2022년 12월~2024년 5월), 임도를 기준으로 사면을 바라보았을 때 우측(2022년 12월 27일~2024년 5월 27일)은 1~2번 = 1.8 cm 감소, 2~3번 = 1.8 cm 감소, 3~4번 = 0.8 cm 증가, 4~5번 = 1.0 cm 증가, 5~6번 = 1.2 cm 증가하였다(Table 1).
Table 1.
Tension crack change in right
| Right | No. 1~2 (m) | No. 2~3 (m) | No. 3~4 (m) | No. 4~5 (m) | No. 5~6 (m) |
| 2022.12.27 | 4.89 | 5.02 | 4.802 | 9.75 | 5.014 |
| 2024.05.27 | 4.872 | 5.002 | 4.81 | 9.76 | 5.026 |
중앙은 1~2번 = 1.0 cm 증가, 2~3번 = 0.8 cm 증가, 3~4번 = 0.6 cm 증가, 4~5번 = 1.2 cm 감소, 5~6번 = 0.4 cm 증가하였다(Table 2).
Table 2.
Tension crack change in central
| Central | No. 1~2 (m) | No. 2~3 (m) | No. 3~4 (m) | No. 4~5 (m) | No. 5~6 (m) |
| 2022.12.27 | 4.01 | 5.172 | 5.284 | 17.44 | 5.00 |
| 2024.05.27 | 4.02 | 5.18 | 5.29 | 17.428 | 5.004 |
좌측 편은 11개월(2023년 11월 29일) 차 조사 중에 3번 간이계측기가 땅밀림 현상으로 인해 밀려 뽑혀나 있는 것을 확인하였다. 이는 상단부 단차가 점차 붕괴되면서 위 사면이 밀려 내려와 아래 사면이 무너진 것으로 판단된다. 또한, 농어촌공사에서 임시로 설치했던 각목과 깃대도 밀려나 아랫부분이 휘어져 있었다(Fig. 4).
따라서 밀려 나간 방향이 S110~120°E로 저수지 방향으로 밀린 것을 확인하였으며, 현재도 땅밀림이 진행 중임을 확인하였다. 이후 한 달간의 재정비를 거쳐 재측정(2~3번, 3~4번)을 실시하였다. 결과적으로 좌측(2022년 12월 27일~2024년 5월 27일)은 1~2번 = 4.4 cm 증가, 2~3번은 간이계측기가 무너지기 전(2022년 12월 27일~2023년 10월 31일)까지의 기록이 4.832 m → 4.846 m = 1.4 cm 증가, 3~4번은 5.88 m → 5.87 m = 1.0 cm 감소하였다. 이후 새로 설치한 기록(2023년 12월 26일~2024년 5월 27일)은 2~3번 = 0.2 cm 증가하였으며, 3~4번 = 0.4 cm 감소하였다. 그 외 데이터(2022년 12월 27일~2024년 5월 27일)는 4~5번 = 1.6 cm 감소, 5~6번 = 1.4 cm 증가하였다(Table 3).
Table 3.
Tension crack change in left
| Left | No. 1~2 (m) | No. 2~3 (m) | No. 3~4 (m) | No. 4~5 (m) | No. 5~6 (m) |
| 2022.12.27 | 4.92 | 4.832 | 5.88 | 15.75 | 4.706 |
| 2024.05.27 | 4.964 | 4.876 | 5.87 | 15.734 | 4.72 |
땅밀림에 영향을 받지 않은 대조구는 총 2곳으로 첫 번째 대조구(2022년 12월 27일~2024년 5월 27일)는 1~2번 = 0.8 cm 감소, 2~3번 = 1.0 cm 증가, 3~4번 = 0.6 cm 증가, 4~5번 = 0.4 cm 증가, 5~6번 = 0.8 cm 감소하였다(Table 4).
Table 4.
Tension crack change in control group 1
| Control group 1 | No. 1~2 (m) | No. 2~3 (m) | No. 3~4 (m) | No. 4~5 (m) | No. 5~6 (m) |
| 2022.12.27 | 4.838 | 5.196 | 5.14 | 5.032 | 4.74 |
| 2024.05.27 | 4.83 | 5.206 | 5.146 | 5.036 | 4.732 |
두 번째 대조구(2023년 1월 30일~2024년 5월 27일)는 1~2번 = 0.4 cm 증가, 2~3번 = 변동없음, 3~4번 = 0.6 cm 감소, 4~5번 = 0.4 cm 감소, 5~6번 = 4.2 cm 감소하였다(Table 5).
Table 5.
Tension crack change in control group 2
| Control group 2 | No. 1~2 (m) | No. 2~3 (m) | No. 3~4 (m) | No. 4~5 (m) | No. 5~6 (m) |
| 2023.01.30 | 5.33 | 4.80 | 6.628 | 5.172 | 4.08 |
| 2024.05.27 | 5.334 | 4.80 | 6.622 | 5.168 | 4.038 |
최종적으로 우측이 최소 0.8cm~최대 1.8 cm, 중앙은 최소 0.4 cm~최대 1.2 cm, 좌측이 최소 1.4 cm~최대 4.4 cm까지 증감하였다. 첫 번째 대조구는 최소 0.4 cm~최대 1.0 cm인 반면 두 번째 대조구가 최소 변동없음으로부터 최대 4.2 cm까지 증감하였다. 여기서 두 번째 대조구 간이계측기 5~6번에서 2024년 1월 24일 조사 당시 1.2 cm까지 증가하였지만 2024년 2월 28일 조사를 하였을 때 한 달 사이 최대 4.2 cm가 벌어지게 되었으며, 전월대비 5.2 cm나 감소한 것을 관측하였다. 이는 해당 간이계측기를 기준으로 길이 형성되어 있는 야생동물의 이동으로 인해 간이계측기가 급격히 기울어졌음을 확인할 수 있었다(Fig. 5).
17개월간의 모니터링을 관측 결과, 땅밀림지 좌측이 땅밀림 벌어짐 현상이 뚜렷하게 나타났으며, 대조구 데이터와 비교했을 때 최대 약 3 cm 이상의 차이가 나타났다. 이와 같은 결과는 동결융해와 지하수위 증가(Matsukura and Tanaka, 1983; Auzet and Ambroise, 1996)에 따른 결과로 판단된다. 또한, 대조구에서는 땅밀림 현상이 관측되지 않았음에도 불구하고, 1개의 간이계측기에서 한 달 사이 큰 변동이 있었으며, 이는 야생동물들이 특정 경로를 따라 이동하면서 간이계측기의 위치나 기울기를 변화시켰을 가능성이 있음을 나타낸다. 향후 다양한 환경 요인들을 고려한 추가적인 모니터링 연구를 통해 간이계측기에 미치는 영향을 보다 명확히 규명할 필요가 있다.
일본의 경우 땅밀림 이동량 조사(MAFF, 2022)에 따르면 지반 신축 변동 종별 일람표에서 가장 위험한 변동 A 기준의 일 변위량이 1 mm 이상, 누적 월 변위량이 10 mm 이상, 일정방향에 누적경향이 뚜렷하고, 인장 및 압축 현상이 관찰되며, 활동성은 활발히 진행 중인 것으로 보고되었다. 그리고 표층 및 심층이 미끄럼 증상으로 본 연구의 결과와 유사하며, 대조구에 비해 땅밀림이 전반적으로 더 많이 밀린 것으로 파악된다. 그러나 우리나라에서 인장균열 이동양상을 활용한 연구사례는 상당히 저조하며 선행연구들과 비교하면서 취약성을 파악하기는 어렵다. 따라서 다수 발생지를 대상으로 한 면밀한 검토가 필요하다.
결과적으로 땅밀림으로 인한 간이계측기의 이동양상은 과거 땅밀림이 발생한 이후에도 지속적으로 진행되고 있는 것으로 토량이 수년 동안 무너져 저수지를 채우게 된다면, 국민의 인명과 재산에 심각한 피해를 초래할 수 있다. 따라서 장기적인 지하수위의 영향과 다른 대상지와의 비교 및 검토를 포함한 추가적인 연구가 필요하며, 간이계측기의 시간적 변화에 따른 지속적인 모니터링과 조사가 필요할 것으로 사료된다.
GIS를 이용한 땅밀림지 지형분석
산청군 오부면 방곡리 산148 일원의 GIS 분석 결과, 산사태 위험등급은 1등급이 약 30.1%, 2등급은 약 50.4%, 3등급은 약 7.1%, 4등급은 약 12.4%로 나타났다. Park(2018)과 Park et al.(2019)의 연구에 따르면 땅밀림지역은 주로 산사태 위험등급 1, 2등급에 포함되지 않는 경우가 많고, 3~4 등급 및 등급 외 지역이 많이 발생한다는 결과와 상반된 결과를 나타내었다(Fig. 6a). 향 분포는 평지가 없는 것으로 나타났으며, 동쪽방향이 약 5.5%, 남동방향은 약 74.1%, 남쪽방향은 약 7.7%, 남서방향은 약 12.6%, 서쪽방향은 0.2%로 나타났다(Fig. 6b). 경사분포 분석 결과, 평균 경사도는 27.8°로 우리나라 산지평균경사 25°보다 높은 급경사지에 속한다. 15~20°는 약 2.2%, 20~25°는 약 31.3%, 25~30°는 약 37.9%로 나타났다. 30~35°는 약 18.6%, 35~40°는 약 6.5%, 40° 이상은 약 3.4%로 산복부에서 급경사가 있고 산각부도 급경사를 나타내 강우에 의한 집수가 용이한 지역으로 판단된다(Fig. 6c). 표고분포는 최대 309.0에서 최소 248.8 m, 평균 274.4 m의 산악지에 해당된다. 이 지역은 산청군에서 오부면으로 가는 국도의 비탈면 좌측에 위치하고 있으며, 피해 발생 시 연접한 도로와 저수지에 심각한 영향을 미칠 수 있는 곳이다(Fig. 6d).
땅밀림지의 토양경도 분석
평균토심은 땅밀림 발생 지역의 인장균열지 상부는 32.0 cm, 하부는 64.0 cm, 대조구는 28.0 cm로 나타났다. 토양경도는 인장균열지 상부가 14.9 kgf/cm2, 인장균열지 하부는 11.2 kgf/cm2, 대조구는 15.0 kgf/cm2로 측정되었으며, 땅밀림지 하부에서 경도가 낮은 결과를 나타내었다. 이는 땅밀림으로 인한 단차 및 토양 와해가 토양경도를 저감시키는 원인으로 나타내며, 대조구에 비해 토양경도가 낮은 것으로 사료된다. 아울러, 땅밀림지 하부와 대조구의 토양경도를 분석한 결과, 평균 차이는 통계적으로 유의미한 것으로 나타났다(Table 6).
Table 6.
Analysis of the mean differences in soil hardness.
| Classification | Soil hardness | |||
| N | M | SD | t (p) | |
| Landcreep basal fracture | 64 | 11.15 | 2.46 | -5.174 (0.000) |
| Control group | 28 | 14.99 | 4.65 | |
전기비저항 탐사기를 활용한 땅밀림지의 지하구조 특징
우기 전과 후에 실시한 탐사 결과, 2~3곳에서 동일한 저비저항 이상대가 발견되었으며, 특히 우기 후 사면에서 우측 면의 저비저항 이상대가 더 깊게 나타났다. 이는 우기 전(Fig. 7a)의 우측 저비저항 이상대가 우기 후(Fig. 7b) 저비저항 이상대로 변화함에 따라 풍화토와 풍화암이 깊게 배치되어있는 것을 확인할 수 있으며, 땅밀림이 진행되는 방향(S150°E)과 일치하여 지하수의 영향을 받고 있음을 보여준다. 따라서 전기비저항 탐사를 통해 조사된 지역에서는 다수의 저비저항 이상대가 존재하며, 집중호우나 태풍 등 외부요인이 사면에 영향을 미칠 경우, 기반암 추정선과 풍화암 추정선 경계선을 따라 땅밀림이 발생할 가능성이 있는 것으로 나타났다(Fig. 7).
결론 및 제언
본 연구는 경상남도 산청군 오부면 방곡리 산148에서 발생한 땅밀림지를 대상으로 간이계측기를 활용한 인장균열의 이동양상 변화 및 땅밀림지 거동특성을 규명하기 위해 수행하였다. 간이계측기를 활용한 변위를 관찰한 결과, 땅밀림은 최대 4.4 cm로 대조구에 비해 약 3cm 이상 증가하였다. 따라서 간이계측기를 설치하여 변위를 관찰하는 모니터링 방법이 비용과 시간을 고려했을 때 변위량 관측을 비교적 용이하게 수행할 수 있는 것으로 확인되었다. 다만 숙련된 조사자가 매월 정확한 지점에서 변위를 확인해야 하는 한계점이 있기에 추후 간이계측기에 GPS와 배터리를 탑재하여 조기경보시스템으로 활용하여 계측기 간의 일정한 간격과 고정된 거리의 조사구를 재설치할 필요가 있다. 또한, 다수의 발생지와 선행연구를 바탕으로 한 비교 및 검토가 필요하다. 한편, 도로개설 및 산지절취로 인해 땅밀림이 가중되면서 돌망태 배부름 현상이 나타나며, 이로 인해 도로균열에 미치는 영향에 대한 추가연구가 필요하다. 본 연구대상지는 미발달한 계곡이 존재하며, 붕적층이 형성되어 있어 집중호우로 인해 붕괴 시 저수지 방향으로 피해가 발생할 우려가 있다. 따라서 산지부의 상단부에서 발생한 인장균열 및 단차에 대한 시추조사를 통한 지질을 파악할 필요가 있으며, 이를 통해 안정성 분석을 수행하고, 연구결과를 바탕으로 적절한 보강공법을 선정할 필요가 있을 것으로 사료된다.
