[논문]저수지 재해예방계측사업 성과 활용도 배가를 위한 저수지(필댐)의 붕괴 예보 기준 마련

최병한; 류지협

문제 정의

본 글에서는 농어촌연구원에서 최근 마련한, 국내 저수지(필댐)의 재해예방을 위해 계측기에 의한 사전 붕괴징후를 인지하고 대응하기 위한, 국내 저수 지(댐) 파괴모드를 고려한 계측센서 구성의 표준안 (강우량계, 수위계, 누수량계, 지표변위계, 지하수 위계 및 지진가속도계)을 소개하였다. 또한, 중소규모 노후저수지(필댐)에 대한 선제적 재해예방을 위한 재해예방계측사업 확대 및 ICT, IOT 기반 기술의 USN 재해예방 분야 활용도 제고를 위한 저수지 붕괴 예보를 위한 계측기별 개별 관리기준을 소개하였다.
본 글에서는 최근에 잦은 붕괴 및 기능상실로 인해 결코 간과할 수 없는 인명과 재산 피해를 유발하는 저수지(댐)에 관한 u-IT 기술을 고려한 자연재해 예측 및 예방기술 개발의 필요성과 중요성을 조명하고, 최근 농어촌연구원에서 마련된, 관련 핵심기술인 한국형 저수지(댐) 파괴모드를 고려한 센서의 준안을 소개하며, 나아가 예보를 위한 센싱 기준을 소개하고자 한다. 이를 통해 차세대 관련사업의 기술 개발의 방향을 제고하고, 비구조적인 재행예방 계측사업의 성과 확대를 통하여 정부의 한정된 예산의 효율적 집행에 기여할 수 있으리라 판단한다.

제안 방법

강수량계에 의한 예보 관리기준 설정은 기상청의 태풍 주의보, 경보 및 호우주의보, 호우경보 강수량 (호우주의보 6시간 70mm, 12시간 110mm, 호우경보 6시간 110mm, 12시간 180mm)을 기준으로 설정하였다. 관심단계는 태풍·호우 빈발시기로 하였고, 주의 및 경계단계는 태풍호우주의보 및 경보 발령과 저수지에 붕괴징후가 나타나는 경우로 설정하였다.
이에 누수량계에 의한 관리기준을 관심단계는 저수지의 일정수위에서 정상 침투수량을 초과하는 누수량 발생시로 설정하여 정상 침투수량을 넘는 경우 관심을 갖고 저수지를 관리하도록 하였으며, 주의단계는 저수지의 누수량 허용한계인 1개월 간 10% 이 상 증가하는 것을 기준으로 그 절반인 5% 이상 침투 수량의 증가하는 경우로 판단하였다. 경계단계는 위험이 임박한 단계로서 저수지의 일정 수위에서 1개 월 간 정상 침투수량의 10% 이상 누수량 증가 시로 결정하였으며, 심각단계는 주민대피 단계로서 저수 지의 일정 수위에서 1개월 간 정상 침투수량의 15% 이상 누수량 증가시로 기준을 설정하였다(Table 6.).
저수지 수위에 의한 관리기준 설정은 정상적인 저수지 운영의 최고수위인 만수위 이상으로 수위가 상승하는 경우 관심단계 및 설계빈도에서 설정한 홍수가 유입되는 경우 발생하는 최고수위인 홍수위 이상으로 수위가 상승하는 경우를 심각단계로 고려하였다. 관심단계는 수위가 정상적인 저수지 운영이 가능한 최고수위인 만수위 이상으로 상승할 때를 저수지 수 위가 정상 수준을 넘어서는 상황으로 진행하는 것으 로 판단하여 설정하였으며, 주의단계는 저수지 만수 위와 홍수위 수위차의 1/3(33%) 이상 수위가 상승할 때를 기준으로 설정하고, 경계단계는 저수지 만수위와 홍수위 수위차의 2/3(66%) 이상 수위가 상승할 때를 기준으로 설정하였다. 심각단계는 저수지 수위 가 홍수위 이상으로 상승하는 경우를 저수지 수위가 한계수위 이상으로 상승하여 제당의 붕괴 위험성이 크게 증가하는 것으로 판단하였으며 수위가 홍수위 이상으로 지속적으로 상승하거나 저수지에서 월류가 발생 또는 월류 발생이 확실한 경우를 관리기준으로 설정하였다(Table 5.
관심단계는 태풍·호우 빈발시기로 하였고, 주의 및 경계단계는 태풍호우주의보 및 경보 발령과 저수지에 붕괴징후가 나타나는 경우로 설정하였다.
본 글에서는 농어촌연구원에서 최근 마련한, 국내 저수지(필댐)의 재해예방을 위해 계측기에 의한 사전 붕괴징후를 인지하고 대응하기 위한, 국내 저수 지(댐) 파괴모드를 고려한 계측센서 구성의 표준안 (강우량계, 수위계, 누수량계, 지표변위계, 지하수 위계 및 지진가속도계)을 소개하였다. 또한, 중소규모 노후저수지(필댐)에 대한 선제적 재해예방을 위한 재해예방계측사업 확대 및 ICT, IOT 기반 기술의 USN 재해예방 분야 활용도 제고를 위한 저수지 붕괴 예보를 위한 계측기별 개별 관리기준을 소개하였다.
발생사례분석에서 도출된 서울·경기권 피해지역의 주민대피 예·경보 권고기준(안)을 제시하였다(Table 3.).
강우조건 및 지질조건에 따 라 변화하는 급경사지 및 산사태의 붕괴특성을 분석하여 주민대피 관리기준을 설정하였으며, 강수량에 따른 산사태 선행연구에서 붕괴 발생시점을 기준으로 강우강도와 누적강우량이 붕괴발생에 미치는 영 향이 크다는 것을 고려하였다. 붕괴사례에서 수집 된 강수 자료를 활용하여 권역별, 지질별로 구분하여 붕괴시점으로부터 15분 최대강우량, 시간 최대강 우량, 일 누적강우량, 2일 누적강우량에 대해서 주 의보(확률 10%), 경보(확률 30%) 및 대피기준(확률 50%)을 기준으로 설정하였다. 발생사례분석에서 도출된 서울·경기권 피해지역의 주민대피 예·경보 권고기준(안)을 제시하였다(Table 3.
관심단계는 수위가 정상적인 저수지 운영이 가능한 최고수위인 만수위 이상으로 상승할 때를 저수지 수 위가 정상 수준을 넘어서는 상황으로 진행하는 것으 로 판단하여 설정하였으며, 주의단계는 저수지 만수 위와 홍수위 수위차의 1/3(33%) 이상 수위가 상승할 때를 기준으로 설정하고, 경계단계는 저수지 만수위와 홍수위 수위차의 2/3(66%) 이상 수위가 상승할 때를 기준으로 설정하였다. 심각단계는 저수지 수위 가 홍수위 이상으로 상승하는 경우를 저수지 수위가 한계수위 이상으로 상승하여 제당의 붕괴 위험성이 크게 증가하는 것으로 판단하였으며 수위가 홍수위 이상으로 지속적으로 상승하거나 저수지에서 월류가 발생 또는 월류 발생이 확실한 경우를 관리기준으로 설정하였다(Table 5.).
저수지(필댐) 월류 위험성을 판단하기 위해서는 저수지(필댐) 유역면적, 여유고 등을 고려해야 하나, 금번 농어촌연구원 예보관리 기준에서는 설치된 수위계에 국한하여, 설계시 만수위 및 홍수위까지 도달 여부와 제당의 월류 발생 여부를 기준으로 설정하였다.
또한, 저수지 규모에 따 라 저수지 수위도 다양하여 만수위 등 고정 수위를 기준으로 한 정상 침투수량을 저수지 누수량의 관리 기준으로 일률적으로 적용하는 것은 현장 적용상 한 계가 있다. 저수지의 저수위, 만수위 등 수위변화에따른 정상 침투수량을 측정하여 기준값을 정하고, 저수지의 수위가 변화하여도 일정한 수위에서 발생하는 침투수량이 기준값을 초과하여 발생할 때를 관리기준으로 설정하였다.
적용센서로는 저수지(필댐)의 침투수 수위변화 및 지중 안정성 파악을 위한 지하수위계, 제정(Dam Crest) 월류 사전 감지를 위한 수위계, 침투수의 수량변화를 통한 안정성 예측을 위한 누수량계, 저수지 상류 및 하류 사면의 지표면 변위를 측정하는 지표변위계, 저수지(필댐) 유역(Catchment Area)의 강우량 파악을 위한 강우량계 및 지진에 관한 지진 가속도계를 선정하였다.
지표변위계에 의한 기준 설정은 일반적 파괴모델의 변곡점을 기준으로 관심, 주의, 경계, 심각으로 구분하고, 각 구간의 변위속도를 분석하여 지표변위에 대한 예보 기준을 설정하였다. 계측사례의 변위속도 및 최대변위량을 분석하여 기준을 산정한 결과, 관심단계 누적변위는 14mm, 변위속도는 1mm/ 일, 주의(주의보)단계 누적변위는 36mm, 변위속도는 6mm/일, 경계(경보)단계 누적변위는 90mm, 변위속도는 26mm/일, 심각(대피)단계 누적변위는 209mm, 변위속도는 63mm/일로 나타났다.
). 지하수위계 관리기준을 분석한 결과, 1 일수위변화량이 저수지 높이의 15% 이상일 때 매 우 위험한 단계인 것으로 판단되어 심각단계의 관리 기준으로 설정하였고 수위 변화량 기준을 점차 감소시켜 단계별로 지하수위계에 대한 예보기준으로 설 정하였다(Table 9.).

성능/효과

국민안전처는 강수량을 기준으로 급경사지 붕괴 주민대피 예·경보 권고기준을 작성하여 전국 지방 자치단체에 제공하였다. 강우조건 및 지질조건에 따 라 변화하는 급경사지 및 산사태의 붕괴특성을 분석하여 주민대피 관리기준을 설정하였으며, 강수량에 따른 산사태 선행연구에서 붕괴 발생시점을 기준으로 강우강도와 누적강우량이 붕괴발생에 미치는 영 향이 크다는 것을 고려하였다. 붕괴사례에서 수집 된 강수 자료를 활용하여 권역별, 지질별로 구분하여 붕괴시점으로부터 15분 최대강우량, 시간 최대강 우량, 일 누적강우량, 2일 누적강우량에 대해서 주 의보(확률 10%), 경보(확률 30%) 및 대피기준(확률 50%)을 기준으로 설정하였다.
지표변위계에 의한 기준 설정은 일반적 파괴모델의 변곡점을 기준으로 관심, 주의, 경계, 심각으로 구분하고, 각 구간의 변위속도를 분석하여 지표변위에 대한 예보 기준을 설정하였다. 계측사례의 변위속도 및 최대변위량을 분석하여 기준을 산정한 결과, 관심단계 누적변위는 14mm, 변위속도는 1mm/ 일, 주의(주의보)단계 누적변위는 36mm, 변위속도는 6mm/일, 경계(경보)단계 누적변위는 90mm, 변위속도는 26mm/일, 심각(대피)단계 누적변위는 209mm, 변위속도는 63mm/일로 나타났다.
이에 누수량계에 의한 관리기준을 관심단계는 저수지의 일정수위에서 정상 침투수량을 초과하는 누수량 발생시로 설정하여 정상 침투수량을 넘는 경우 관심을 갖고 저수지를 관리하도록 하였으며, 주의단계는 저수지의 누수량 허용한계인 1개월 간 10% 이 상 증가하는 것을 기준으로 그 절반인 5% 이상 침투 수량의 증가하는 경우로 판단하였다. 경계단계는 위험이 임박한 단계로서 저수지의 일정 수위에서 1개 월 간 정상 침투수량의 10% 이상 누수량 증가 시로 결정하였으며, 심각단계는 주민대피 단계로서 저수 지의 일정 수위에서 1개월 간 정상 침투수량의 15% 이상 누수량 증가시로 기준을 설정하였다(Table 6.

후속연구

본 글에서는 최근에 잦은 붕괴 및 기능상실로 인해 결코 간과할 수 없는 인명과 재산 피해를 유발하는 저수지(댐)에 관한 u-IT 기술을 고려한 자연재해 예측 및 예방기술 개발의 필요성과 중요성을 조명하고, 최근 농어촌연구원에서 마련된, 관련 핵심기술인 한국형 저수지(댐) 파괴모드를 고려한 센서의 준안을 소개하며, 나아가 예보를 위한 센싱 기준을 소개하고자 한다. 이를 통해 차세대 관련사업의 기술 개발의 방향을 제고하고, 비구조적인 재행예방 계측사업의 성과 확대를 통하여 정부의 한정된 예산의 효율적 집행에 기여할 수 있으리라 판단한다.
와 같이 2015년 소방방재청에서 제시한 값을 따르도록 설정하였다. 제시한 변위기준은 사례 자료 및 현장 데이터가 충분히 확보되지 않아 향후, 추가조사 및 수치해석 등을 통하여 신뢰도를 향상시킬 필요가 있다.

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	강수량에 의한 예보 기준은 무엇을 사용하고 있는가?	강수량에 의한 예보 기준은 기상청의 호우특보 기준으로 사용되는 것을 기반으로 다양한 풍수해 재해 유형에 사용하고 있다. 하천 홍수, 내수침수, 산사태 및 급경사지 등의 분야에서 예보 기준으로 적용되고 있으며, 정량적이며 간단하게 사용할 수 있는 장 점과 더불어 광역으로 넓은 지역에 발령하는 관계로 정확성이 떨어지는 단점도 있다.
	강수량계에 의한 예보 관리기준 설정은 무엇을 기준으로 설정하였는가?	강수량계에 의한 예보 관리기준 설정은 기상청의 태풍 주의보, 경보 및 호우주의보, 호우경보 강수량 (호우주의보 6시간 70mm, 12시간 110mm, 호우경보 6시간 110mm, 12시간 180mm)을 기준으로 설 정하였다. 관심단계는 태풍·호우 빈발시기로 하였고, 주의 및 경계단계는 태풍호우 주의보 및 경보 발 령과 저수지에 붕괴징후가 나타나는 경우로 설정하였다.
	국내 자연재해 예측 및 예방기술 개발분야의 문제점은?	이에, 국내 자연재해 예측 및 예방기술 개발 분야는 ICT 인프라를 활용한 적극적인 연구개발 및 사 업화로 관련분야의 국제적 기술선도를 이끌고 있다. 그러나, 예산의 한정에 따른 도심, 인명중심의 방재 사업의 추진으로 인해 오랫동안 하천중심의 방재 연 구와 사업에 집중되어 왔다. 이 또한, 사후 복구 중심의 토목사업 위주이며, 현 재해예방계측사업 또한 개보수 사업으로 연계되어 결국 토목사업으로 귀결되고 있다. 구조물 건전성 모니터링을 위한 상시 관 리의 필요성은 공감을 하고 있으나 이를 위한 전문 가 부족과, 단순 모니터링에 그치는 문제는 여전히 풀어야 할 숙제이다.

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