오!조심해!조

프로젝트 개요

사면 태양광 패널 설치로 인한 산사태 방지대책

과제 팀명

오! 조심해!

지도교수

이준규 교수님

2020년 9월 ~ 2020년 12월 (총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 토목공학부·과 2013860006 김선엽(팀장)

서울시립대학교 토목공학부·과 2014860047 김한기

서울시립대학교 토목공학부·과 2014860037 장진욱

서울시립대학교 토목공학부·과 2015860021 서상현

서울시립대학교 토목공학부·과 2015875025 이현우

서론

최근 우리나라는 탈원전의 행보를 이어나가, 산의 수목을 베어낸 자리에 태양광 패널을 설치하는 등 친환경에너지를 사용하려 하고 있다. 하지만 수목이 없을뿐더러, 시공 시에 흐트러진 취약한 지반은, 2020년의 여름의 거센 태풍에 의해 산사태를 유발했고, 심각한 문제점으로 대두되었다. 경사지가 경제성, 통풍, 토지효율성등의 측면에서 태양광발전시설을 이용하기에 적지라는 것은 자명하나, 강수량이 여름에 집중되는 우리나라 기후의 특성상 그 때의 안정성을 보장해야 하는 것 또한 중요하다.

개발 과제의 목표 및 내용

1. 우리나라 산사태의 가장 큰 원인인 강우에 따른 간극수압 증가 및 수분포화도 상승에 대한 저감 방안 2. 배수 이외의, 산사태 방지를 위한 주동토압 저하 방안 3. 현재 사면 태양광 패널의 경우 벌목 후 진행하는 자연파괴적 특성을 띠기 때문에 친환경적보강 대책 필요

관련 기술의 현황

관련 기술의 현황 및 분석(State of art)

전 세계적인 기술현황

◇ 산사태 대책 중 예보시스템 1. 산림청_산사태위험지도 배포 및 산사태 위험발령 2. 지반 계측센서를 이용한 모니터링 : 하중계, 간극수압계, 광섬유센서 3. GPS를 이용한 모니터링 4. 토털 스테이션을 이용한 모니터링_ 전자식 데오돌라이트(Theodolite) 5. 지상 LiDAR(Light Detection And Ranging)를 이용한 모니터링 6. 개구합성레이더(SAR)인공위성을 이용한 모니터링

◇ 산사태 피해저감 대책 1. 사면 안정화 기법 _ 숏크리트, 록볼트, 와이어매쉬 2. 산지 점용허가 기준 강화 3. 큰 강우발생시 유속저감 및 토석류쓸림방지 _ 사방댐, 석축, 모래주머니, 옹벽 4. 침엽수위주의 단순 조림이 아닌 활엽수 식재 및 관리 >>기존 사면 안정화기법은 태양광패널 설치 이후 시공하기에 시공용이성이 뛰어나지 못하다는 단점이 있고, 옹벽의 경우 주동 토압 감소효과가 있지만, 사면의 경사도 자체를 낮출 수 있다는 문제점이 있다. ◇ 사면 태양광패널 설치 가이드라인 1. 산업자원부_태양광발전시설 입지 가이드라인 : 평균경사도 / 도로로부터 표고 상한제 / 비오톱등급 / 보전지역등을 기준으로 삼고 있다. 2. 일본의 경우_ 재해의 위험이 높은 지역 및 토사유출로인한 환경오염 위험이 있는 지역을 제외하고 있다. >>기존의 가이드라인은 사면의 경사도 및 고도, 환경성만을 고려하고 있어서 재해 대비의 측면에선 부족함이 있다고 볼 수 있다. 패널설치방법 및 사면 배수처리에도 가이드라인이 필요

개발과제의 기대효과

기술적 기대효과

◇ 국내 외 태양광 발전 비율의 증가로 인한 보강대책의 필요성 및 유효성 증가

경제적, 사회적 기대 및 파급효과

◇ 사면 붕괴로 인해 파괴된 폐 태양광패널의 감소로 환경파괴 방지

◇ 사면 붕괴까지의 시간을 지연시킴으로써 주민 대피시간 확보 및 농가피해 감소

기술개발 일정 및 추진체계

◇ 설계과정에 필요한 자료 수집 및 피해 사례 조사. ◇ 조사된 자료를 통해 문제점 파악 및 분석하여 토의를 걸쳐 현황에 맞게 설계하고 실험

설계

개념설계안

가. 포괄적 사면 배수 시스템 도입

◇현재 사면태양광 패널은 간단한 기초설치 후 그 위에 모듈을 조립하는 방식이기 때문에 지지력엔 저항할 수 있지만, 우리나라와 같이 하절기에 강우량이 집중되는 경우엔 토사가 쓸려나가면서 사면 전체가 파괴되는 현상이 발생한다.

◇ 하지만 현재는 발전시설 테두리에만 배수가 되는 ‘선적’인 시스템을 가지고 있다. 이를 보완하기 위해선 테두리뿐만 아니라, 태양광패널 모듈 하부에도 각각 배수할 수 있는, 사면을 ‘면적’ 으로 배수할 수 있는 포괄적 사면 배수시스템이 해답이 될 수 있다.

나. 마이크로 파일

◇ 태양광패널 설치 사면의 파괴는 기존의 수림을 벌목한 후에 진행한 것도 큰 원인으로 꼽힌다. 기존의 나무 뿌리가 흙을 머금고 버티는 역할을 해왔던 것을 파괴했기 때문이다. 하지만 현재 태양광 패널의 설치 기초는 일반 말뚝이다.

◇ 이를 보완하고자 ‘뿌리말뚝’을 기원으로하는 마이크로파일을 태양광 패널 기초에 도입하여, 흙을 잡아두는 등 산사태억제효과 강화 (뿌리에 의한 조립입자 탈락방지 및 보강효과) 및 토사면의 활동에 대한 저항성을 높이고, 지반을 보강하고자 한다. 다. 식생보강토 옹벽

◇ 벌목을 통하여 시공을 진행하는 사면태양광패널 설치의 경우, 재생에너지라는 이름을 달고 나온 태양광발전에 무색하게 과연 친환경적인가라는 의문을 남겼다. 사면을 깎아 시공을 하고, 절취된 부분은 옹벽을 설치하여 토사의 유출을 막았다.

◇ 위와 같은 기존옹벽의 경우엔 민둥산이 되어버린 산에 설치된 사면과 마찬가지로 콘크리트 구조물의 차가운 민낯을 보여준다. 이를 식생 보강토 옹벽으로 대체하여 토압에 견딜 수 있도록 개선함과 동시에 친환경성을 고려하고, 미관개선이 이루어질 것이라 생각한다.

상세설계 내용

가. 시뮬레이션 모델 제원 ◇시뮬레이션 모델의 제원은 Scale 1/25 로 제작되었다. (태양광패널사이즈 기준) 나. 포괄적 배수시스템 제원 다. 마이크로파일 제원

결과 및 평가

완료작품의 평가 및 향후계획

 본 조는 SOC종합설계를 통하여, 여름철 집중강우에 의한 산사태 문제 그 중에서도 최근 정부정책과 더불어 늘어가고 있는 사면 태양광발전의 문제를 해결하고자 했다. 산사태의 핵심유발요인 중 가장 유효하다 판단했던 강우지표를 중심적으로 제품 설계를 진행하였고, 시뮬레이션을 통해 그 유효성을 입증하였다.

 하지만, 프로젝트를 진행함에 있어 몇 가지 아쉬운 점은 존재했다. 강우요인 외에도 충분히 고려해볼만한 요소들이 있음에도 시공간적 제약으로 이 요인들을 복합적으로 판단해보지 못한 것이 아쉬웠고, 실제 흙의 거동은 매우 복잡하기 때문에 작은 시뮬레이션으로 정성적 평가를 할 수 없다는 것이 아쉬웠다.

 실제 제품단계, 하중에 따른 정성적 평가까지 다다르진 못했지만, 이렇다 할 뚜렷한 대책이 없기에 이대로 두면 내년, 내후년에 같은 피해가 반복되기 때문에 이러한 프로젝트를 진행할 당위성은 마땅하였고, 시뮬레이션 결과 또한 긍정적이었기 때문에 더욱 창의성 있고 현실적인 해결방안이 필요할 것으로 전망된다.

 이에, 계속될 피해에 대비하여 실제 사질토 및 점성토, 입도등 흙의 물성에 따라서 보강방향을 결정하고, 시공 시에 고려할 방식 및 관리방안을 연구하는 것이 앞으로의 계획이다.