지상 LiDAR를 이용한 사방댐 준설지역의 지형변화 평가 :Assessment of Topographical Changes in a Dredged Area of a Debris Barrier by Using Terrestrial LiDAR

서준표

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자료유형: 학위논문

저자정보: 서준표 (영남대학교, 영남대학교 대학원)

지도교수: 이헌호

발행연도: 2013

저작권: 영남대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

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지상 LiDAR를 이용한 사방댐 준설지역의 지형변화 평가

서준표 산림자원 2013.01 학위논문

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본 연구는 사방댐 준설지에서의 준설전?후 및 우기후의 지형변화 평가를 통하여 준설작업이 퇴사선내의 계류에 미치는 영향을 알아보기 위해서 준설지(군위, 성주지역)와 비준설지(군위, 성주지역)를 대상으로 지상 LiDAR 측량을 실시하고, GIS를 이용한 종?횡단선형, 경사도 및 체적의 변화를 평가하였으며, 그 결과는 다음과 같다.

1. 준설지에서의 종?횡단선형은 준설작업으로 인해서 계상의 전체적인 선형이 낮게 나타났지만, 우기를 지나면서 준설전과 동일하게 만사된 선형을 나타내었다. 그러나 비준설지에서는 계상의 전체적인 선형이 높아졌고, 대수면 바로앞쪽에서는 침식이 일어났다. 이러한 결과로 준설지에서는 지형의 교란이 발생하였기 때문에 침식이 일어났고, 비준설지에서는 자연적인 침식과 퇴적활동이 일어나는 것을 알 수 있었다.

2. 준설작업으로 인해서 형성되는 凹 지형에서는 완경사지와 급경사지가 동시에 나타났고, 우기후에는 험준지 이상의 경사가 많이 나타났다. 그러나 비준설지에서는 준설지보다 우기를 지나면서 경사도의 교란이 많이 일어나지 않았다. 이러한 정성적 결과로 비준설지보다 준설지에서 지표면의 교란이 많이 일어나는 것을 알 수 있었다.

3. 토양침식 유발의 위험이 있는 경사도(20°∼40°)가 차지하는 비율이 준설지의 경우, 준설후(우기전) 15.0%, 우기후 15.6%로 증가하였고, 비준설지에서는 우기전 23.1%, 우기후 18.9%로 수치적으로는 더 높았지만, 비율이 감소하는 경향으로 나타났다. 이러한 결과로 준설지에서는 만사가 되어도 준설후처럼 토양침식의 위험이 있는 경사도가 분포하고 있고, 비준설지에서는 분포비율이 줄어들었기 때문에 사방댐에 토사가 자연적으로 퇴적되어 안정화 되어가는 것으로 판단된다.

4. 체적의 변화 형태는 준설로 인해서 침식된 부분에서는 퇴적활동이 일어났고, 퇴적된 부분에서는 침식활동이 일어나서 규칙적인 양상으로 나타났으며, 침식과 퇴적활동의 공간적 분포도 단순하게 나타났다. 그러나 비준설지에서는 침식과 퇴적활동이 불규칙적으로 나타났다. 이는 준설로 인해서 형성된 凹 지형에 되채움 현상이 일어난 것을 알 수 있었다.

5. 준설지에서 우기후의 조사면적에 대한 ㎡당 퇴적량은 0.48㎥, 비준설지 0.09㎥로 준설지에서 ㎡당 5.3배 더 많은 토사가 유입되었다. 그리고 전체유역에 대한 ha당 퇴적량은 준설지 2.12㎥, 비준설지 1.72㎥로 준설지에서 ha당 1.2배 더 많은 토사가 유입되었다. 이러한 결과는 준설지에서 토사의 유입이 많이 발생한다는 정량적인 결과로서, 준설작업이 계류의 교란을 일으켜서 침식을 유발하는 것으로 판단된다.

6. 사방댐 지역에서의 지상 LiDAR 측량을 통한 GIS 분석으로 쉽고 빠르게 종?횡단선형, 경사도, 체적의 변화를 평가할 수 있었고, 중첩 결과를 이용하여 정확한 변위발생 지형의 위치와 그 양을 쉽게 알 수 있었다.

본 연구 결과는 준설지에서의 지형변화에 관한 기초자료를 제공하고, 나아가 준설작업 대상지 선정에 있어서 계상의 물리적 안정성을 고려해야하는 근거를 제시할 수 있을 것으로 판단된다.
향후 지역, 지질, 유역면적, 댐규모 등 다양한 인자를 고려하여, 더 많은 준설지에서의 지형변화와 물리적 교란에 대한 정확한 메커니즘에 관한 연구가 수행되어야 할 것이다.

This research was carried out to determine the impact of dredging on a mountain torrent within a deposit line. The topographical conditions before and after dredging and after the rainy season in the dredged site where a debris barrier was built in were studied.
Terrestrial light detection and ranging (LiDAR) surveys were conducted for both the dredged and non-dredged sites in Gunwi and Seongju. Longitudinal and transverse alignments, slope, and sediment volume variations were analyzed by using a geographic information system (GIS) made the following observations:

1. At the dredged site, longitudinal and transverse alignments showed that general alignment was observed at the lowest point because of dredging. Following the rainy season, mixture of soil and sand accumulations overlaid the alignment, owing to which the area attained a pre-dredged appearance. At the non-dredged site, however, the general alignment of the stream bed was higher, and erosion occurred directly in front of the upstream face. Thus, erosion at the dredged site occurred because of topographical disturbance. Further, natural erosion and sedimentation occurred at the non-dredged site.

2. Gentle and steep slope lands appeared simultaneously in concavo-topography (凹) formed by dredging. Following the rainy season, numerous slopes remain higher than the rugged land first appeared. As the rainy season passes, however, slope disturbance in the non-dredged site did not occur more often than in the dredged site. According to the qualitative results, it can be indicated that there is a greater degree of topographical disturbance in the dredged site than that in the non-dredged site.

3. Slope ratios (20°?40°) at risk for soil erosion increased in the dredged site by 15.0% after dredging- and by 15.6% after the rainy season. However, the slope tended to decrease in the non-dredged site 23.1% before the rainy season- and 18.9% after. From these results, we can determine that in the dredged site, despite full accumulations of mixture of soil and sand, there was a range of slope at risk for soil erosion following dredging activity. In the non-dredged site, because the range of slope had decreased, soil was deposited naturally and therefore became stable after settling on the debris barrier.

4. Sediment volume change appeared regularly in the dredged site. Because sedimentation occurred in eroded sections, erosion thus occurred in deposited sections. This demonstrates a complementary effect between the processes, in that spatial distribution of erosion and sediment is shown simply. However, volume change appeared irregularly in the non-dredged site. Therefore, the refilling process that occurred on concavo-topography (凹) is regarded to have formed by dredging.

5. With regard to the area following the rainy season, we determined the amount of deposit per ㎡ to be 0.48㎡ in the dredged site and 0.09㎡ in the non-dredged site. The dredged site saw an accumulation of 5.3 times more soil per square meter. The amounts of deposit per hectare across the entire drainage basin are 2.12㎡ in the dredged site and 1.72㎡ in the non-dredged site. The dredged site saw an accumulation of 1.2 times more soil per hectare. Quantitative results show that soil inflow accumulates in the dredged site. It can be determined that dredging caused a disturbance of mountain torrent, which led to erosion.

6. Within the debris barrier area, longitudinal and transverse alignment, slope, and sediment volume change were quickly analyzed by using GIS through a terrestrial LiDAR survey. Overlapping results indicated exact topography and the amount of displacement occurrence.

The results of this research can provide baseline data about topographical change within the dredged site. It can also offer explanations for the physical stability of stream beds when selecting suitable candidate sites for dredging.
Continued research into the mechanisms of topographical change and physical disturbances in numerous sites where dredging has taken place would be considered beneficial, taking into account various factors such as total and basin areas, geological features, and dam size, among others.

#사방댐 #준설 #지상라이다 #지형변화

Ⅰ. 서 론 1
Ⅱ. 연구사 3
Ⅲ. 재료 및 방법 5
1. 연구대상지 개황 5
2. 연구대상지 변화 9
3. 연구대상지 지형 측정 11
1) 지형 측정장비 11
(1) 지상 LiDAR 장비의 측정원리 및 제원 11
(2) 좌표측정 장비 14
(3) 카메라 15
2) 조사시기 및 지형측정 방법 17
3) 지상 LiDAR 촬영자료의 처리 및 분석 방법 19
(1) 절대좌표변환 19
(2) 데이터 정합 20
(3) Poly Data 21
(4) 지면점 분리 22
(5) 불규칙삼각망 형성 24
(6) 수치표고모형 형성 26
4) 지형변화 분석 방법 29
(1) 종?횡단 선형 분석 방법 29
(2) 경사도 분석 방법 30
(3) 체적 분석 방법 31
Ⅳ. 결과 및 고찰 33
1. 종?횡단 선형의 변화 평가 33
1) 종단선형 평가 33
(1) 준설지의 종단선형 변화 33
(2) 비준설지의 종단선형 변화 36
2) 횡단선형 평가 38
(1) 준설지의 횡단선형 변화 38
(2) 비준설지의 횡단선형 변화 42
2. 경사도의 변화 평가 46
1) 정성적 평가 46
(1) 준설지의 경사도 변화 46
(2) 비준설지의 경사도 변화 51
2) 정량적 평가 55
(1) 준설지의 경사도 변화 55
(2) 비준설지의 경사도 변화 61
3. 체적의 변화 평가 69
1) 정성적 평가 69
(1) 준설지의 체적 변화 69
(2) 비준설지의 체적 변화 75
2) 정량적 평가 79
(1) 준설지의 체적 변화 79
(2) 비준설지의 체적 변화 85
Ⅴ. 결 론 92
참고문헌 94
영문요약 98

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