Introduction
국토의 약 70%가 산지이기에 지형이 비교적 험한 우리나라는 강우의 유출이 빨라 토지의 보수력이 낮기 때문에 저수지는 농업용수를 안전하게 확보하는 수단이었다. 그러나 현재는 축조 후 오래된 저수지가 많고, 이들 대부분이 제방의 노화 및 누수 현상으로 그 안전성이 우려되고 있다(Park and Kim, 1999).
저수지의 내구연한은 50년에서 70년 정도로 댐 건설 및 주변지역지원 등에 관한 법률 시행령 제27조에서는 55년, 국회 입법조사처 이슈와 논점(Bae, 2014)에서는 50년, 투자심사편람<농업부문> (EPB, 1982)과 농업경제조사 분석기준(KRC, 2000)에서는 70년으로 보고 있으며, 물관리정책토론회의 한국의 댐 안전 현황 및 대책(Kim, 2003)에서는 댐의 경제수명을 50년으로 보고 있는 등 기관별로 각기 다른 기준을 가지고 있다.
우리나라의 농업용 저수지 17,106개소 중 흙댐이 99.8% 이상이고, 50년 이상 경과된 저수지가 85.6%, 60년 이상 경과된 저수지도 64.5%를 차지하고 있다. 더욱이 해방 이전에 축조되어 75년 이상 경과된 저수지도 50.8%를 차지하고 있다(MAFRA, 2021).
국내외 댐 붕괴 사례를 살펴보면 국제대댐회(ICOLD)에서 전 세계적으로 20세기 이후에 대략 200개소의 댐 사고가 발생하여 약 238,000명이 사망하였으며, 1950년 이전에 건설된 댐은 2.2%, 그 이후에 건설된 댐은 0.5%가 붕괴되었다고 발표했다. 이와 같이 노후화된 댐에서 붕괴가 더 많이 발생하는 것을 알 수 있다(Kim and Kang, 2020). 우리나라의 경우 소규모 댐이나 저수지의 붕괴사례가 대부분을 차지하고 있으며(Shim, 2011), 2002년 태풍 루사에 의해 강릉시 장현저수지와 동막저수지가 붕괴되었고, 강릉시 오봉저수지와 고령군 성주댐의 경우 붕괴 직전까지 도달하여 하류부에서 붕괴위험에 따른 큰 혼란이 야기된 바 있다(Joo, 2010). 그리고, 2018년 미얀마에서는 Swar Creek 댐의 노후화로 인한 물넘이 붕괴로 하류주민 63,000명 이상이 대피하고 양곤과 만달레이를 잇는 고속도로 교량이 파손되는 사고가 발생하기도 하였다(KRC, 2018). 집중호우와 같은 직접적인 유발원인이 없음에도 불구하고 댐, 저수지의 안전관리 미흡과 내구연한 초과에 따른 균열 등 복합적인 구조적 문제로 인해 소규모 댐·저수지의 붕괴가 발생하고 있다(Kim and Kang, 2020). 이러한 상황에서 농업용 저수지들이 기후온난화의 영향으로 빈번해지는 국지성 집중호우와 더욱 강력해진 태풍 등 자연재해에 노출되고 있으며, 시설물 노후화로 인한 누수, 침하, 균열 등의 문제로 붕괴사고가 일어나고 있다. 2020년에는 역대 최장인 54일간(6.24 - 8.16)의 집중호우로 사망 41명, 실종 3명, 수리시설 1,057개소 및 농경지 60,191 ha의 피해가 발생(MOIS, 2020)하였으며, 이 기간 중 농업용 저수지 21개소가 붕괴되었다(KRC, 2020a).
저수지는 홍수방어 및 조절에 의해 재해대비 기능을 갖추고 있으나, 지형적으로 담수에 유리한 환경인 고지대의 계곡에 위치한 경우가 많아 유사시 저수지 붕괴는 하류부에 홍수를 가중시켜 막대한 재산과 피해를 가중시킬 수 있는 양면성을 가지고 있다. Fig. 1은 2010년부터 2020년까지 우리나라의 8월 강우량과 저수지 붕괴 및 사고 발생에 관한 관계를 나타낸 것이다(KMA, 2022).
Kim과 Kang (2020)은 전문지식이 부족한 현장 관리자도 소규모 저수지 위험요인을 신속히 파악하여 시설물의 상태를 파악할 수 있는 안정성 평가 시스템 구축을 위한 위험인자를 선정하여 정밀안전진단 우선순위를 결정할 수 있도록 하였고, KRC (2020b)는 우리나라 저수지 특성에 적합하도록 안전진단 평가항목을 폐지·신설하였으며, Park 등(2016)은 댐 정밀안전진단 상태평가 결과를 활용하여 부재별 보수·보강 우선순위 산정에 대한 방법론을 개발하였다. 그리고, MAFRA (2015)는 정밀안전진단 상태평가의 항목별 구간 기준을 농업용 저수지의 규모, 재료 및 운영방안 등의 특징을 고려하여 재설정하였으며, KISC (2013)는 소규모 댐과 저수지의 정기점검 수준의 적용을 목적으로 조사·평가에 관한 개선된 평가모델을 제시하였다.
재해로 인한 저수지 붕괴가 잇따라 발생하면서 농업용수 확보를 목적으로 설치된 저수지에 대해서도 재해대비 기능이 강조됨에 따라 정밀안전진단의 중요성이 더욱 강조되고 있지만, 농업생산기반시설 정밀안전진단 실무지침(KRC, 2010)에서 규정한 상태변화의 종류와 평가유형은 대규모 댐을 대상으로 제정된 안전점검 및 정밀안전진단 세부지침(MOLIT, 2010)을 준용하여 제정한 것으로서 농업용 저수지에 그대로 적용하는 것은 시설의 규모나 시설을 구성하고 있는 토질재료 등의 특성을 적절히 반영하지 못하고 있다. 따라서 농업용 저수지의 특성을 정확히 반영한 개선방안의 마련이 필요하다.
이에 따라 본 연구에서는 저수지 정밀안전진단을 위한 현장조사 결과를 기초로 저수지 안전등급 평가 시 중요한 기준인 상태평가 요소를 농업용 저수지의 특성에 적합하도록 새롭게 범주화하여 일관성 있고 정확한 평가를 통해 재해예방과 재해대비능력 향상을 목적으로 하였다.
Materials and Methods
대상저수지
연구대상 저수지는 농업용수 공급을 위한 저수지가 많이 분포한 경상도와 전라도, 충청남도를 중심으로 102개소를 선별하였다. 시설별 규모에서는 농어촌정비법에 따른 1종 시설(68개소, 66.7%)과 2종 시설(34개소, 33.3%)을 본 연구의 대상으로 하였다. Fig. 2 및 Table 1은 연구대상 저수지의 일반현황을 보여준다.
현 상태평가 항목 및 문제점 고찰
상태평가는 시설물의 결함정도를 평가하는 것으로 제체의 상세외관조사 등 현장조사 내용을 기초로 평가기준에 따라 각 개별부재별로 상태등급을 부여하는 방법으로 각 위치별 세부항목으로 나누어 산정하도록 되어 있다(KRC, 2010).
현행 상태평가 기준은 댐마루에서 수평변위, 상류사면에서 차수벽 노후화 등 발전용 댐 등 대형댐에 적합한 항목은 있지만, 99.8% 이상이 흙댐으로 이루어진(MAFRA, 2021) 농업용 저수지에서 자주 발생하는 함몰과 피복사석 손상은 없어(KRC, 2010; MOLIT, 2019) 농업용수 공급을 위한 저수지에는 적합하지 못하다. 또한, 소규모 댐·저수지는 관리 전문인력의 부족, 점검 시 제도적 평가 기준의 미비 등으로 체계적인 유지관리가 이루어지고 있지 못하여 규모가 큰 댐·저수지에 비해 파괴 가능성이 높은 것으로 알려져 있다. 또한, 실제 소규모 댐·저수지에 대한 점검 결과 규모가 대규모 댐·저수지와는 손상의 정도 및 형식, 취약요소, 피해정도 등이 상이하여 안전점검 및 정밀안전진단 세부지침 등 기존의 평가기준을 적용하기에는 무리가 있다(MOLIT, 2008; Shin et al., 2013). 본 연구에서는 현행 상태평가 기준의 문제점을 다음과 같이 고찰하고 있다.
(1) 정밀안전진단 보고서에 따르면 저수지 제체 사면은 대규모 댐과 다르게 상태변화 종류 및 피해정도가 더 크게 나타나고 있다. 저수지는 축조 당시의 열악한 환경과 함께 운영관리 중 시행했던 보수·보강에서 사회적 경비를 최소화하는데 목표를 두었기 때문에 대규모 댐과 다르게 최근의 재해변화 따른 취약지점이 지속적으로 드러나고 있다. 이는 현행 평가기준을 현실화할 필요성이 있음을 시사한다.
(2) 농업용 저수지는 대규모 댐과 달리 변위 등의 계측기 활용이 보편적이지 않기 때문에 평가하는데 많은 제약이 있다. 그러나, 현행의 평가기준에는 수평변위와 같은 상태변화 항목이 있으나, 정밀안전진단 보고서에는 이러한 항목이 반영되지 않는다.
(3) 정밀안전진단에 의해 보고되는 상태변화의 종류는 다양하고 광범위하다. 그러나, 현행 평가 기준에서 활용하고 있는 용어는 이를 표현하는데 모호하다.
그동안 저수지 정밀안전진단에서 보고된 상태변화들은 현재 상태평가 기준의 범위에 없거나, 실무자들이 지적해 왔던 상태변화를 반영하여 평가할 수 없는 상태가 오랫동안 지속되어 왔다. 그러므로 대부분 흙댐으로 이루어진 농업용 저수지에서 발생하는 상태변화 요소를 농업용 저수지에 특화된 기준을 마련하여 실용화할 필요가 있다.
상태변화 요소 선정 절차
상태변화 요소는 연구대상 저수지 102개소의 정밀안전진단에서 보고된 내용을정리하여 분석한 결과를 기초로 시설물의 안전 및 유지관리에 관한 특별법에 따른 책임기술자 자격을 갖추고, 25년 이상의 업무경력이 있는 전문가 7인의 브레인스토밍(Brainstorming)을 통해 용어를 정의하고 개선 및 새롭게 정립될 필요성이 있는 항목을 선정하였다. Fig. 3은 저수지 제체에서 상태변화 요소의 개정 및 기준마련을 위한 프로세스를 보여준다.
Results and Discussion
상태변화 요소 선정
댐마루
정밀안전진단 보고서 분석 결과와 전문가들의 브레인스토밍을 통해 정립된 용어를 현행의 상태평가에서 새롭게 개정이 필요한 내용들은 다음과 같이 요약된다. 현행 상태평가 기준에서 종·횡방향 균열은 균열(Fig. 4a)과 건조수축균열(Fig. 4c)로 분류하였다. 일반적으로 필댐의 댐마루에서 건조수축 균열이 많이 발생을 하는데, 이는 점토성분이 다량 함유된 성토재가 가뭄에 장기간 노출되어 있는 경우에 발생하는 것으로 분석된다. 여기서, 균열과 건조수축 균열을 따로 분류한 이유는 건조수축 균열 부위를 굴착해보면 표면에서 최대 깊이 20 - 30 cm (Fig. 4b)까지 발생하는 것을 알 수 있는데, 용어적으로 균열로 통합하는 경우 균열-누수의 연계적인 이미지로 인해 혼동이 될 수 있는 점을 반영하여, 댐마루에서 발생하는 균열을 균열과 건조수축 균열로 명확히 분류하였다. Fig. 4는 댐마루에서 발생한 균열과 건조수축 균열을 보여준다.
댐마루에서 침하는 부등침하(Fig. 5a)로 용어를 변경하였다. 정밀안전진단 보고서에서는 댐마루에서 발생한 침하를 단면불균형, 단차, 침하 등 21개 유형으로 보고하고 있기 때문에 현행보다 폭넓게 활용될 수 있는 부등침하가 용어적 사용에서 적합한 것으로 판단된다. 함몰(Fig. 5b)은 저수지에서 지속적으로 발생하는 상태변화로 보고되고 있으나, 현행 기준에서는 세부적 상태변화 항목에 없어 금번에 새로운 항목으로 추가하였다. 현행 기준의 수평변위와 제체유실은 개정안의 상태변화 항목에 포함시키지 않았다. 대규모 댐을 제외한 일반적인 저수지에는 변위계 등 계측기가 설치·운영되지 않고 있어 수평변위 측정이 불가하며, 정밀안전진단 보고서에서도 수평변위에 대한 보고가 없다는 점을 반영하였다. 또한, 제체유실은 침식과 사면슬라이딩 등에 의한 결과로 발생되기 때문에 침식(Fig. 5c)으로 분류하였다. Fig. 5는 댐마루에서 부등침하, 함몰, 침식에 의한 각각의 상태변화를 보여준다.
현행 기준에서 사면 불안정 항목은 개정안에 포함시키지 않았다. 저수지 댐마루에서 사면으로 정의할 부위가 없어 용어의 활용성과 의미가 모호하기 때문이다. 그밖에 새롭게 추가된 상태변화 종류에는 침식, 식생, 국부적 제체고 부족이 있다. 여기서, 침식은 강우 등에 의해 발생한 외부 유입수와 댐마루에서 발생한 유수의 흐름, 바람 등으로 인해 발생하는 노후화 현상으로 설명될 수 있으며, 식생은 식물의 뿌리성장으로 인해 성토부가 연약화되어 유실이 발생할 수 있다는 점과 누수의 이동경로가 될 수 있는 점, 그리고 식생이 번성하면 점검자의 접근이 곤란하여 상태변화를 사전에 발견할 수 없게 하는 문제를 발생시키므로 새롭게 추가될 필요가 있다. 국부적 제체고 부족은 오랫동안 현장의 많은 실무자들에 의해 문제로 지적되고 있는 항목이나, 현행의 평가기준에 없었기 때문에 다소 모호하게 다른 항목에 포함되거나 다른 의미로 변질되어 사용되어 왔다. 그동안 여수로 붕괴는 집중호우에 의해 제체와 물넘이 옹벽 사이의 유수침투로 인한 옹벽 전도가 원인이라고 하였으나, 현장에서 정밀안전진단을 수행하는 실무자들은 여수로 옹벽고 부족과 배면의 제체고가 국부적으로 부족하여 여수로와 제체 붕괴가 발생하였다는 인식이 강하게 자리 잡고 있는 점을 반영하였다. 본 연구에서는 실무 진단자들의 공통된 의견을 반영하여 국부적 제체고 부족은 반드시 포함되어야 하는 중요 항목으로 새롭게 추가할 필요가 있었다.
상류사면
상류사면에서 현행 기준에 있는 누수는 그대로 유지하였다. 침하 및 변형은 댐마루에서와 같이 상류사면에서도 침하에 대한 종류가 다양하게 보고되고 있으므로 부등침하 및 변형으로 변경하였다. 차수벽 노후화는 저수지에 차수벽이 설치되지 않는 점을 반영하여 개정안의 상태변화 항목에 포함시키지 않았다. 현행기준에서 사면 불안정 및 사면보호는 사면유실과 관련된 항목으로, 상류사면에서 유실은 침식과 슬라이딩 등의 결과로 발생되므로 침식과 부등침하 및 변형에 포함하였고, 함몰, 식생, 피복사석 손상을 새롭게 추가하였다. 여기서, 침식과 함몰은 Fig. 5에 나타낸 바와 같은 원인에 의해 발생된다. 대부분 피복사석으로 보호되고 있는 상류사면은 다양한 원인에 따라 이완과 이탈, 풍화가 발생하고 있는 점을 반영하여 피복사석 손상(Fig. 6a and b)을 추가하였다. 상류사면에서 식생(Fig. 6c)은 댐마루에서와 같이 점검자의 현장접근을 곤란하게 하고, 뿌리의 성장에 따른 피복사석(riprap)의 들뜸으로 인한 사석이완과 이탈, 사면변형을 초래하게 되므로 새로운 항목으로 추가하였다. Fig. 6은 상류사면에서 피복사석 손상 및 식생에 의한 상태변화를 보여준다.
하류사면
하류사면에서 누수, 부등침하 및 변형, 침식, 함몰, 식생은 상류사면에서 제시한 내용과 동일하다. 다만, 누수(Fig. 7a)는 하류사면의 하단부와 선단부에서 발생되고 있어 상시적으로 수위가 있는 상류사면에서의 누수 위치와 차이가 있다. 부등침하 및 변형(Fig. 7b)은 침식 및 슬라이딩에 의해 발생되는 결과로 댐마루 및 상류사면과 동일하다. 동물의 굴(Fig. 7c)은 국내 저수지 제체에서도 발견되고 있으며, 금번 개정안의 항목에서도 동일하게 유지된다. 현행 기준에는 석축손상에 대한 항목이 없으나, 소규모 저수지의 경우 하류사면 선단부와 여수로 접속부에 석축이 설치된 경우가 있어 개정안에는 석축손상을 추가하여 상세 평가가 가능하도록 하였다. Fig. 7은 하류사면에서 누수, 부등침하 및 변형, 동물의 굴에 의한 상태변화를 보여준다.
상태변화 요소에 대한 범주화
범주화된 상태변화 요소를 기준으로 연구대상 저수지의 정밀안전진단에서 보고된 상태변화와 발생횟수를 살펴보면 댐마루(Fig. 8a)에서 ① 균열(136회), ② 건조수축 균열(2회), ③ 부등침하(1,145회), ④ 함몰(19회), ⑤ 침식(178회), ⑥ 식생(348회), ⑦ 국부적 제체고 부족(18회)이고, 상류사면(Fig. 8b)에서는 ① 부등침하 및 변형(377회), ② 함몰(17회), ③ 침식(178회), ④ 식생(1,091회), ⑤ 누수(6회), ⑥ 피복사석 손상(1,107회)이며, 하류사면(Fig. 8c)은 ① 부등침하 및 변형(495회), ② 함몰(13회), ③ 침식(435회), ④ 식생(1,001회), ⑤ 누수(394회), ⑥ 피복사석 손상(108회), ⑦ 석축손상(7회), ⑧ 동물의 굴(11회)로 나타났다. Fig. 8은 연구대상 저수지의 정밀안전진단에서 보고된 댐마루, 상류사면, 하류사면에서의 상태변화 요소에 대한 발생 횟수를 보여준다.
Table 2는 상태변화에 대한 기존 항목과 본 연구에서 새롭게 제시한 요소를 요약한 결과이다.
Conclusion
본 연구에서는 제체를 구성하는 댐마루, 상류사면, 하류사면에서 상태변화를 유발할 수 있는 요인을 고찰하여 농업용 저수지에 특화된 상태변화 요소를 범주화하고, 농업용 저수지에 과도하거나 불필요한 상태변화 요소와 누락된 상태변화 요소에 차이가 있어 이를 정밀안전진단에 반영하도록 다음과 같이 제시하였다.
현행의 상태변화 요소와 비교하여 농업용 저수지에서 주로 발생되는 상태변화 요소에 대하여 명확히 식별할 수 있도록 발견된 결함의 특성에 맞게 용어를 세분화하였다.
사면 불안정과 사면보호처럼 상태변화 요소에 대한 의미가 불분명하거나, 침하나 제방유실처럼 의미가 광범위하여 모호해 질 수 있는 용어를 농업용 저수지에 맞게 정의하였다.
저수지에서 지속적으로 발견되는 상태변화인 국부적 제체고 부족, 함몰, 피복사석 손상, 석축손상을 새로운 항목으로 추가하였고, 농업용 저수지와 관련성이 없는 수평변위와 차수벽 노후화를 삭제하였다.
본 연구에서 제시된 결과들은 그동안 평가기준이 없어 비효율적으로 운영되었던 제도상의 미흡 또는 미비된 사항을 개선하고 효율적인 제도 운영에 일조할 것으로 기대된다.
