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차례 |
제 1장 |
제 2장 |
제 3장 |
제 4장 |
제 5장 |
제 6장 |
제 7장 | |
| 자원과 환경: 지구의 선물, 그 빛과 그림자 - 제 4장 태양 에너지 |
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4-1. 물의 순환 4-2. 홍수와 가뭄 4-3. 풍화, 침식, 운반 그리고 퇴적 4-4. 사태 4-보충 학습 4-참고문헌 4-4. 사태 2011년 유래 없는 집중 호우 때 일어난 우면산 사태와 춘천 사태를 기억하는가? 서울 서초구 우면동 우면산 주변에서 일어난 사태는 주변 마을을 덮쳐 18명의 사망자를 기록하였다. 춘천시 신북읍 천전리 소양강댐 부근에서 일어난 산사태는 펜션과 민가를 덮쳐 투숙한 대학생들10명과 주민 3명이 목숨을 잃었다. 이 사태들 이전 이후에도 사태는 끊임 없이 일어났고 크고 작은 피해들을 입혔다. 이렇게 위험한 사태는 왜 일어나는 것일까? 사태로 인한 피해를 어떻게 하면 줄일 수 있을까? 이번 단원에서 이러한 점들에 대해 공부해 보자. 4-4-1. 배경 지식 사태(沙汰; landslide)는 다량의 암석 및 토양 등이 떨어지거나 사면의 경사 방향으로 비교적 빠르게 미끄러지거나 흘러내리는 것을 지칭한다. 사태는 지표 물질이 풍화됨에 따라 침식의 일환으로 일어나는 일로, 과거부터 지금까지 흔히 일어났던 일이며, 앞으로도 계속 일어날 일이다. 이러한 사태는 인류에 의해 개발이 진행될수록 더욱 빈번히 발생하게 되었고, 그에 따라 자연스레 그 피해도 늘어 갔으며, 결국 인류가 가장 주의를 기울이는 자연재해 중의 하나가 되었다. 사태가 우리에게 어떻게 위협이 될 수 있는지는 최근에 일어난 피해 사례를 통해 살펴볼 수 있다. 2011년 7월 27일 오전 8시 서울시 서초구 우면동 우면산 인근에서 산사태가 발생해, 주변 아파트 단지와 전원 마을 등 인근 지역이 토사에 매몰되고, 16명이 사망하였다. 이 산사태는 7월 26일 오후 4시 20분부터 27일 오전 7시 40분까지 약 15시간 동안의 호우로 지반이 약화된 상태에서 이후 1시간 동안 폭우가 쏟아짐에 따라 지반이 붕괴되면서 발생한 것으로 조사되었다. 이 산사태로 그동안 사태에 대한 대비가 부족했음이 지적되었고, 이를 계기로 우면산을 포함한 서울의 여러 산에 대한 산사태 안정성을 조사하고, 사태를 미연에 방지하기 위한 대책을 마련하도록 노력하였다. 그림 4-4-1은 우면산 부근에서 일어난 사태 중의 하나의 모습으로, 이 사태로 인해 예술의 전당 앞에서부터 사당 사거리까지의 남부 순환도로가 통제되었다.  그림 4-4-1. 2011년 7월 28일 우면산 사태 현장. http://www.ohmynews.com/NWS_Web/View/at_pg.aspx?CNTN_CD=A0001626839 2013년 1월 11일 눈으로 덮인 윈난성 진웅현 한 농촌 마을을 산사태가 덮쳤다. 중국 당국은 재난 구호팀을 긴급히 투입하고 매몰자를 구하고자 하였지만, 결국 매몰자 46명 전원이 사망한 채로 발견되었다. 이 산사태는 지진으로 약해진 지반에 한 달 간 계속 내린 눈과 비로 인해 사면 물질이 미끄러지면서 발생하였다. 그림 4-4-2는 당시 산사태 현장에서 매몰된 사람들을 구조하기 위해 구급대원들이 작업하는 모습이다.  그림 4-4-1. 2013년 1월 11일 중국 윈난성 진웅현 산사태 구조현장. http://www.anewsa.com/detail.php?number=438539&thread=05r02 4-4-2. 사면의 안정성  그림 4-4-3. 사면 물질의 하중에 의한 구동력과 마찰력. http://www.fao.org/docrep/006/T0099E/T0099e01.htm 사태는 어떤 원인에 의해서든 사면 물질이 불안정해져서 중력에 의해 사면의 경사 방향으로 움직일 수 있을 때 발생한다. 그림 4-4-3은 사면 물질에 작용하는 힘을 모식적으로 나타낸 것이다. 이 그림에서 사면에 평행한 힘 두 개가 서로 반대 방향으로 작용하고 있는데, 사면의 경사 방향으로 작용하는 힘(F)은 사태를 일으키는 구동력(driving force)이고, 경사 반대 방해 방향으로 작용하는 힘(Ffric)은 사태가 일어나지 않도록 지탱해주는 마찰력(frictional force)이다. 만일, 마찰력이 구동력보다 크면(F>Ffric) 사면 물질은 안정하게 존재할 것이며, 반대로 구동력이 마찰력보다 크면(F 사면의 안정도는 여러 가지 요인에 의해 영향을 받는다. 이러한 요인들은 구동력 및 마찰력에 영향을 미치는 것들로, 그 중 중요한 것들을 꼽아보면 지질구조, 사면 물질의 양과 종류, 지형, 물, 기후, 식생, 시간 등이 있다. 지질구조란 절리, 층리 및 단층면 등과 같은 구조를 말하는 것인데, 이와 같은 면구조가 사면과 나란할수록 마찰력이 적어져서 사면이 불안정해 진다. 사면 물질의 양이 늘어나면 구동력이 마찰력보다 더 많이 커지기 때문에, 사면 물질의 양이 많을수록 사면은 불안정해진다. 사면 물질이 약한 물질일수록 마찰력이 약해지므로 사면은 불안정해진다. 일반적으로 토양, 퇴적물, 암석 순으로 사태에 취약하고, 암석일 경우 셰일이 사암에 비해 사태에 취약하다. 지형적인 요인은 특히 경사가 중요한데, 경사가 클수록 마찰력은 줄이고 구동력은 늘리기 때문에 사태 가능성이 높아진다. 사면에 존재하는 물은 어느 정도까지는 응집력을 통해 마찰력을 증가시켜 사면의 안정성에 기여하나, 또한 동시에 사면의 하중을 증가시키고, 수압의 증가로 인한 입자간 지지력을 약화시키며, 화학적 풍화를 보다 용이하게 하여 마찰력을 감소시키므로 사면을 불안정하게 한다. 또한 물로 포화된 사면은 작은 충격에도 입자간 지지가 사라지면서 액화되어 토석류나 이류가 생길 수 있다. 기후, 특히 온도와 강수량은 풍화 속도 및 물의 역할과 밀접히 관련된 요인으로, 일반적으로 온도가 높고 강수량이 많을수록 사태의 가능성이 높아진다. 사면에 자라는 식물들은 사면의 하중을 증가시키기는 하지만, 빗물로부터 사면을 보호하고, 빗물이 좀 더 사면에 잘 침투할 수 있도록 도와 입자침식을 방해하므로, 사면의 안정성에 기여한다. 이런 식물들을 벌목등을 통해 잘라내면, 뿌리는 계속 물을 빨아들이는데 반해 잎을 통한 증산 작용이 없기 때문에 사면을 불안정하게 한다. 더욱이 벌목 후 뿌리가 썩으면 이로 인해 사면의 마찰력이 크게 감소하여 사태를 유발시키기도 한다. 화재로 식물들이 타버리면 초기에는 재 및 기타 화재 후 소수성 물질 때문에 사면에 물이 쉽게 스며들지 못해 안정하지만, 시간이 지나면 벌목과 비슷한 이유로 불안정해지게 된다. 사면의 안정도는 시간에 따라 변화한다. 그러므로 주기적으로 사면의 안정도를 계속 점검하여야 한다. 그림 4-4-4는 사면 안정성에 대한 지질구조, 물 및 시간의 영향을 종합적으로 보여준다. 그림과 같은 층리를 갖는 곳에 계곡이 발달해서 양쪽에 사면이 만들어진다. 층리가 왼쪽에서 오른쪽으로 경사하므로 왼쪽 사면의 마찰력이 더 낮아 왼쪽 사면이 오른쪽 사면보다 불안정하다. 당장 왼쪽 사면이 무너져 내리지 않더라도 시간이 지나면, 사면의 층리를 따라 스며든 물이 암석을 풍화시켜 점토광물을 만들고, 그로인해 사면의 마찰력이 더욱 감소하여 결국 사태가 발생하게 될 것임을 보여준다.  그림 4-4-4. 지질 구조, 물, 및 시간과 사면의 안정성. http://gomyclass.com/geology10/files/lecture15/html/web_data/file37contents.htm 여러분들은 모래 장난을 해본적이 있을 것이다(그림 4-4-5). 완전 마른 모래는 쌓아올리면 잘 흘러내려 작은 경사의 사면을 만든다. 여기에 약간의 물을 섞으면 응집력이 생겨 모래성을 쌓을 수 있을 정도로 높은 경사를 유지할 수 있다. 그런데, 모래에 지나치게 물을 많이 부으면 모래와 모래 사이가 떨어질 정도로 물이 가득차게 되고 모래성은 무너져 내리게 된다. 자연 사면에서의 물의 역할도 이와 똑 같다. 적정량의 물은 사면을 안정시키지만, 너무 많은 물은 오히려 사면을 불안정하게 한다.  그림 4-4-5. 사면 물질의 응집력에 미치는 물의 영향. http://gomyclass.com/geology10/files/lecture15/html/web_data/file35contents.htm 4-4-3. 개발과 사태 인간에 의한 개발은 피치 못하게 사면을 변형시키고, 그로 인해 사면을 불안정하게 하여 좀 더 자주 그리고 많은 곳에서 사태가 일어나도록 한다. 개발을 하면 지질 조건을 악화시켜서, 누수로 인해서, 지형을 인위적으로 변형시키기 때문에, 또는 이 모든 이유로 사면이 불안정해진다. 지질 조건의 악화는 개발에 의한 층리, 절리, 단층면 등의 층상 구조나, 풍화에 약한 암층을 노출시키는 것이다. 이로 인해 사면이 불안정해질 수 있다. 개발을 하면 상수 및 하수관, 저수조 및 정화조 등을 설치하게 되는데 이로부터 누수가 필연적으로 생기게 된다. 그리고 용수 활동으로부터의 물의 유입 등이 피할 수 없게 되면서 사면의 안정도를 크게 떨어뜨린다. 개발하는 과정에서 사면의 길이나 경사를 증가시키거나 사면 하단부를 깍아 상대적으로 사면 하중을 늘리는 것과 같은 지형의 변화를 초래하며, 이로 인해사면이 불안정하게 된다. 그림 4-4-6은 2009년 4월 6일 이탈리아 중부를 강타한 지진으로 인해 수도관이 파열되면서 일어난 사태의 모습을 보여주는 것이다. 지진 때문이긴 하지만 인간이 묻은 수도관이 터져 누수가 생기면서 사면을 불안정하게 하고 결국은 사태를 일어나게 한 예이다.  그림 4-4-6. 수도관의 파열로 인한 누수와 사태. 이탈리아 아브루쪼(Abruzzo) 지진에 의해 발생. http://alert.air-worldwide.com/EventSummary.aspx?e=460&tp=68&c=1 그림 4-4-7은 말레이시아 페낭 건설현장에서 사태가 일어난 모습이다. 이 사고로 최소 15명이 매몰되었다. 이 사태는 건설로 인해 사면을 만들고 변화시켜서 일어난 것으로 보인다.  그림 4-4-7. Penang 건설 현장의 사태, 2017-10-21. https://www.nst.com.my/news/nation/2017/10/293299/breaking-landslide-strikes-penang-construction-site-15-people-feared 4-4-4. 인식과 대처 사태에 의한 재해를 최소화하기 위해서는 사태 가능 지역을 충분히 인식하고, 이들 지역에서 사태가 발생하지 않도록 미리 방지하는 한편, 사람들이 활동하는 것을 가능한 한 억제하는 것이 필요하다. 사태 가능 지역은 지질조사, 사태 이력조사, 사면안정성 지도 작성, 그리고 여러 징후 관찰을 통해서 인식할 수 있다. 지질 조사를 통해 지질학적으로 사태에 취약한 지역을 구분할 수 있다. 이전 사태 빈도 조사를 통해서는 과거로부터 사태가 좀 더 자주 발생한 지역을 구분할 수 있다. 사면 안정성도(slope stability map)를 작성하면 각 사면의 사면 안정성을 평가하여 공간적으로 사태가 가능지역을 표시할 수 있다. 이 밖에 사면의 사태 위험성은
등과 같은 징후를 관찰함으로써 인지할 수 있다. 그림 4-4-8은 하와이 오하우(Ohau) 섬의 사면 안정성도의 일부이다. 이 지도에는 안정 및 불안정 사면이 표시되어 우리가 어떤 부분에 경각심을 가져야 되는지를 알 수 있다. 그림 4-4-9는 2007년 메인주에서 사태가 일어나면서 바닥에 생긴 균열의 모습이다. 이와 같은 균열은 사태가 일어나기 전에 전조처럼 생길 수 있어 사태를 사전에 인지하는데 이용할 수 있다.  그림 4-4-9. 미국 메인주, 2007년 사태 당시 바닥에 생긴 균열. http://www.maine.gov/doc/nrimc/mgs/explore/hazards/landslide/facts/nov07.htm 그림 4-4-10은 사면의 기저 부분에 물이 스며 나오는 모습이다. 이와 같이 물이 스며 나오면 사면이 불안정할 가능성이 많다.  그림 4-4-10. 사면 기저 부분의 누수. http://www.wjgl.com/sites/default/files/imagecache/photo/photos/sand_and_water_slope_instability.jpg 사태를 예방하기 위해서는 가능한 한 안정 사면에 변화를 주지 말아야 한다. 사태의 위험성이 높은 사면에 대해서는 여러 가지 공학적 보강을 통해 안정화 시킨다. 공학적으로 사면을 안정시키는 방법의 예로는 배수, 경사완화, 축대 쌓기, 암석 볼트 박기 등이 있다. 사면에 배수관 및 배수로를 설치해 물을 제거함으로써 안정성을 높일 수 있다. 계단식 정리 작업(cut and fill, benching) 같은 것을 통해 사면을 완화시켜 안정성을 높일 수 있다(그림 4-4-11). 사면 아래에 사면 물질을 지지할 수 있는 축대를 쌓으면 사면의 안성이 향상된다(그림 4-4-12). 사면에서 떨어지거나 미끌어지기 쉬운 암석을 볼트를 통해 고정하여 안정성을 높일 수도 있다(그림 4-4-13).  그림 4-4-11. 계단식 사면 안정화 작업. http://www.rawell.co.uk/landscaping_solutions_product_applications/stabilisation_of_cover_soil.php  그림 4-4-12. 축대. http://www.evansvillebasementrepair.com/foundation-repair/foundation-problems/collapsing-retaining-wall.html 4-보충 학습에 계속 |
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