An increasing trend of extreme rainfall event contribution to annual precipitation during recent times in South Korea has resulted in higher exposure to dangerous gravity induced surface processes. Extreme rainfall induced landslides are one of the most dangerous gravity-induced surface processes causing severe damage to dwellings, roads and other lifelines and therefore requires hazard assessment at different scales with accuracy and reliability being inversely related to the scale. In this study, an approach for extreme rainfall induced landslide hazard assessment from large to detailed (site-specific) scale has been proposed. At large scale, the landslide hazard assessment is conducted by combining the spatial and temporal component through development of a landslide susceptibility and ERI model. The areas delineated as highly susceptible to landslides under extreme rainfall event are further tested for mobilization into debris flow using a criterion and are transitioned to detailed scale using slope units developed through hydrological assessment. The debris flow hazard components, velocity and final volume, at detailed slope scale are assessed using a SPH based runout model called DAN-3D. The predictive modelling of the debris flow was conducted by establishing a framework to develop the database for three major input factors: initial volume, rheological model, and growth rate. The input factors were estimated as follows: the initial volume was estimated using a 3-D coupled hydro-mechanical model; an effective stress based frictional rheological model was adopted and the bulk frictional angle for the same was estimated using a ANN based model; growth rate was determined from the initial volume and soil depth map. The proposed hazard assessment scheme was applied to Mt. Woomyeon, Seoul for the catastrophic extreme rainfall event in July 2011.
Application of the ELM based hybrid model to Mt. Woomyeon selected 13 influential factors and gave a high success and prediction rate AUC of 85% and 89%, respectively. A new approach to estimate the temporal component was developed using ERI explicitly considering soil and rainfall factors and was coupled to the hybrid model for hazard assessment using DHI. Application of ERI and DHI to Mt. Woomyeon for July 2011 extreme event indicates DHI of 0.5 can predict all landslides and thus, 0.5 is used as threshold in the proposed framework. The sifting of debris flows from landslides probable regions was performed using the mobilization criterion considering four factors; Slope angle, profile curvature, SPI, and elevation with lower threshold values of $24 ^\circ$ , -4 to +4, 4.0, and 60 m, respectively. The criterion combined with watershed analysis delineated the Mt. Woomyeon into 45 slope units and the predictive debris flow hazard assessment is conducted at a site-specific scale on the, Raemein slope unit.
The 3-D based seepage and limit equilibrium method analysis predicted instability to occur at 23.5 hrs (FOS=.907) due to the progression of ground water table and gave an initial volume of $2626.5m^3$ . The ANN based model estimated a bulk frictional angle of 00 indicating a completely fluidized flow. The debris flow runout modelling using the estimated parameters predicted a final volume of $52642.6m^3$ , a velocity of 27 m/s and about 5 m debris thickness concentrated near the Raemian apartment, and is in agreement with that observed in the field.
최근 들어 한국의 증가하는 추세의 극한강우 사상은 중력으로 인한 지표 이동 위험에 대한 증가된 노출을 초래하였다. 극한강우로 유발된 토석류는 주거지, 도로 및 그 외 사회기반시설들에 막대한 피해를 야기시키므로, 이에 대해 예측 정확성 및 신뢰성과 반비례 관계가 있는 여러 분석 스케일에서의 위험도 평가가 요구된다. 본 연구에서는, 극한강우로 유발된 산사태 위험도 평가를 위한 광역 지역에서부터 국부 지역에 이르는 스케일에서의 접근법을 제시하였다. 광역 스케일에서는, 산사태 민감도와 ERI 모델을 개발하여 공간적 및 시간적 확률 요소를 결합함으로써 산사태 위험도 평가가 수행된다. 산사태에 대한 매우 높은 민감성을 가지고 있는 대상 지역은 토석류로의 전이 여부에 대해 추가로 시험되며, 이어서 수문학적 평가를 통해 선별된 사면 단위의 국부지역으로 스케일이 전환된다. 국부적인 사면 스케일에서 토석류 위험도 요소들인 속도와 최종 부피는DAN3D로 명명된 SPH 기반의 유동 모의 모델을 사용하여 평가된다. 토석류에 대한 예측 모델링은 세 가지 주요 입력 인자인 초기 부피, 유동(rheology) 모델, 연행 증가율에 대한 데이터베이스 개발을 위한 체계를 구축함으로써 수행되었다. 입력 인자들은 다음과 같은 방법을 이용하여 추정하였다. 초기 부피는 3-D 수리역학 연계 모델을 이용하여 추정하였고, 유동 모델은 유효응력 기반의 마찰 유동 모델로 채택되었으며 마찰각의 경우 인공신경망 모델을 이용하여 추정하였다. 마지막으로, 연행 증가율은 초기 부피와 토심 지도를 이용하여 결정하였다. 제시된 토석류 위험도 평가 방안은 2011년 7월경 서울에 위치한 우면산에서 발생한 극한강우 재해 사례에 적용되었다. 우면산을 대상으로 Extreme Learning Machine 기반 하이브리드 모델을 적용한 결과 13 개의 인자가 영향을 미치는 것으로 판단되었고, 85%와 89%의 높은 성공률 및 예측율을 각각 나타냈다. 지반 요소와 강우 요소를 고려하는 ERI를 이용하여 시간적 요소를 추정하기 위한 새로운 접근법이 개발되었으며, 이는 DHI를 이용한 위험도 평가를 위한 하이브리드 모델과 연계되었다. 2011년 7월경 서울에 위치한 우면산에서 발생한 극한강우 사례에 대한 ERI와 DHI의 적용 결과 DHI의 규준 값을 0.5로 하였을 때, 모든 산사태를예측하였다. 그러므로, 규준값 0.5는 제시된 평가 체계에서 임계기준으로 사용할 수 있다. 산사태 발생 예상 지역들에서 토석류로 전이 가능한 영역은 4가지 인자인 사면경사, 종단 곡률, SPI 및 고도를 이용하는 전이규준을 사용하여 선별되었으며, 각 인자들의 하한 임계값은 $24 ^\circ$ , -4 to +4, 4.0, 60 m 로 설정되었다.
본 전이규준은 유역 분석과 결합되어 우면산에서 총 45개 사면 단위들을 선별하였으며, 토석류 위험도 예측 평가는 래미안 사면을 대상으로 국부 스케일에서 수행되었다. 3-D 기반의 침투 및 한계평형법 해석을 수행한 결과 23.5시간 이후 지하수 상승에 의한 불안정(FOS=0.907)을 예측하였으며, 초기부피는 $2626.5m^3$ 로 계산되었다. ANN 기반의 모델은 마찰각을 완전히 유동화된 흐름을 의미하는 0°로 추정하였다. 추정된 입력인자들을 사용한 토석류 유동 모델링은 최종부피 $52642.6m^3$ , 속도 27 m/s, 그리고 래미안 아파트 근처에 집중된 약 5m 토사 두께를 예측하였으며, 이는 현장에서 관측 및 기록된 수치들과 일치하였다.
