GIS를 활용한 카르스트 지역의 싱크홀 민감성 분석

Abstract

카르스트 지역은 석회암과 같은 지하수에 의해 용해될 수 있는 암석을 기반으로 하는 지역으로 대표적인 지형으로는 싱크홀이 있다. 싱크홀은 침하·붕괴 현상 및 침수, 지하수 오염 등 각종 재해를 유발할 수 있다. 따라서 카르스트 지역을 대상으로 싱크홀 민감성을 분석하고 더 나아가 싱크홀 재해 위험 지역을 파악할 필요가 있다. 본 연구의 목적은 남한 최대 카르스트 발달 지역 중 하나인 삼척시를 중심으로 GIS를 활용하여 카르스트 지역의 싱크홀 민감성을 분석하고, 이를 토대로 싱크홀 재해 위험 가능성이 높은 지역을 파악하는 것이다. 이를 위하여 먼저 싱크홀 발생 위치 및 싱크홀에 영향을 미치는 사면경사, 동굴로부터의 거리, 단층으로부터의 거리, 기반암 종류, 유효토심, 배수등급, 광산으로부터의 거리, 교통로로부터의 거리 등 8가지 요인을 공간 데이터베이스로 구축하였다. 구축된 공간 데이터베이스를 바탕으로 최근린 거리 모델과 빈도비 모델을 이용하여 싱크홀 민감성을 분석하고, 각각의 예측정확성을 예측비율곡선과 Area Under Curve를 이용하여 검증하였으며, 싱크홀 민감성의 공간적 분포 특성을 파악하였다. 나아가 인구분포 및 토지이용과 비교 분석하여 삼척시 내 상대적으로 싱크홀 재해 위험 가능성이 높은 지역을 파악하였다. 연구 결과를 요약하면 다음과 같다. 첫째, 삼척시를 대상으로 최근린 거리 모델과 빈도비 모델을 이용해 싱크홀 민감성 지도를 제작하였으며, 예측비율곡선과 Area Under Curve를 통해 예측정확도를 검증하였다. 최근린 거리 모델 및 빈도비 모델의 예측정확도를 검증한 결과 각각 95.3%와 94.4%의 예측정확도를 나타내, 두 모델 중 최근린 거리 모델의 검증력이 상대적으로 더 높으나 두 모델 모두 싱크홀 민감성을 분석하는데 유용함을 알 수 있었다. 둘째, 빈도비 모델을 통해 싱크홀과 영향요인간의 등급간 상관관계를 파악한 결과에 따르면 사면경사 22°이하인 경우, 약 동굴로부터 1.4 km 이내, 약 2.5 ~ 3.5 km, 6.0 ~ 7.4 km인 경우, 기반암이 막동석회암층, 만항층, 풍촌석회암층인 경우, 유효토심이 20 ~ 100 cm 인 경우, 배수등급이 양호한 경우, 광산으로부터 약 4.45 km 이내인 경우, 교통로로부터 51 m 이내인 경우에 싱크홀의 분포와 양의 상관관계를 보인다. 셋째, 최근린 거리 모델과 빈도비 모델에서 도출된 싱크홀 민감성의 공간적 분포를 비교한 결과, 매우 유사한 분포를 보였으며 오십천 일대(교동, 성내동, 정라동, 남양동, 신기면, 도계읍, 근덕면·노곡면 북부, 미로면 동부)와 하장면 남동·남서부, 가곡면 남부를 중심으로 싱크홀 민감성이 높게 나타난다. 이 지역들은 대부분 단층이 밀집해 있으며, 석회암층 혹은 이를 부정합으로 덮고 있는 만항층 기반암 지대이고, 배수등급이 양호하며, 광산 및 교통로가 밀집해있다. 넷째, 분석된 싱크홀 민감성 분포의 공간적 특성을 바탕으로 인구분포도 및 토지피복도와 비교분석하여 싱크홀 재해 위험지역을 파악하였다. 그 결과, 싱크홀 민감성이 높은 지역 중 교동·성내동·정라동·남양동 일대와 도계읍 일대가 인구가 밀집하며 도시가 발달한 곳으로, 다른 지역에 비해 싱크홀 재해로 인한 위험 가능성이 높은 지역임을 확인하였다. 본 연구는 기존 연구에 비해 보다 넓은 범위, 특히 행정구역 공간단위의 지역을 중심으로 하여 싱크홀 민감성을 분석하고 위험지역을 파악함으로써 지자체에서 토지이용계획 수립에 기초자료로 활용할 수 있다. 나아가 본 연구는 향후 싱크홀 재해 예방 및 관리를 위해 추가적인 지반조사를 진행시 우선순위 지역 선정을 위한 예비 연구로 활용할 수 있다는 데에서 그 의의가 있다.;Sinkholes are index landforms of karst terrain that primarily evolves through the dissolution of limestone, posing a significant threat to roads, households, and other structures. Limestone is widely distributed around Samcheok-si in Korea, which causes numerous sinkhole hazards. This study aims to analyze sinkhole susceptible area in GIS environment and identify potential danger area from sinkholes. Eight sinkhole related factors (slope angle, distance to caves, distance to faults, bedrock lithology, soil depth, drainage class, distance to mines, and distance to traffic routes) were constructed as spatial databases with sinkhole inventory. Based on the spatial database, Sinkhole susceptibility maps were produced using nearest neighbor distance model and frequency ratio and verified by prediction rate curve and area under curve. The result indicates that the nearest neighbor distance model(95.3%) and frequency ratio(94.4%) were both accurate. Spatial distribution of sinkhole susceptibility was analyzed and compared with population distribution and land use map to identify potential sinkhole danger area. Furthermore, it has been found that very highly susceptible areas are along Osipcheon and southeast·southwest part of Hajang-myeon and south part of Gagok-myeon of Samcheok-si. Among those areas, it has been identified that potential sinkhole danger areas are Gyo-dong, Seongnae-dong, Jeongna-dong, Namyang-dong and Dogye-eup. These results can be useful in the aspects of land use planning and hazard prevention and management.