서 론
하천제방 안전도 평가체계
안전도 지표별 안전도 평가등급 산정
하천제방 안전도 평가체계의 수정
수정된 하천제방 안전도 평가체계 시범평가
개요
국가하천 제방안정성 평가체계 도입을 위한 시범평가 결과
결 론
서 론
하천제방은 하천의 범람으로부터 제내지의 인적 ‧ 물적 자원을 보호하기 위한 대표적인 치수 시설 중 하나이다. 일반적으로 하천제방의 설계는 하천기본계획 및 실시설계 등을 통해 계획홍수량과 계획홍수위를 산정하고, 하천설계기준(MOLIT, 2012a) 등에 따라 계획홍수량에 따른 여유고와 둑마루폭 등을 결정한다. 그리고 제체의 재료 선정은 기본적인 토질역학적 시험을 통해 수행되며, 이를 종합적으로 반영하여 침투해석과 안정해석 결과를 토대로 제원을 결정한다.
그러나, 2020년도 장마기간은 약 54일간 지속되어 국내 장마기간 중 역대 2위로 기록되었고, 국내 하천의 모든 유역에서 예년 대비 약 1.7~2.0배 이상의 강수가 발생한 것으로 조사되었다(Lee and Lee, 2022). 따라서 최근 기후변화로 인한 극한호우 등으로 인해 당초 계획홍수량 이상의 홍수량이 발생하는 경우가 빈번하게 발생하였으며, 그로 인해 하천 제방의 유실 및 붕괴 등 대규모 홍수피해가 발생하였다. 2018년과 2019년에는 남강의 하천 제방에서 누수가 발생하였으며, 2020년에도 낙동강과 황강 그리고 섬진강 등의 주요 제방이 유실되어 대규모 홍수피해가 발생하였다(Kim, 2022; Lee and Lee, 2022). 하천 제방의 주요 붕괴원인으로는 여유고의 부족과 계획홍수위 이상의 수위 발생으로 인한 월류가 가장 많은 것으로 나타났으며, 침식과 제체불안정 그리고 구조물에 의한 파괴 순으로 조사되었다(Table 1).
Table 1.
The causes of levee collapse (Kim, 2022)
| Collapse causes | Number | Percentage (%) |
| Overflow | 334 | 40.0 |
| Erosion | 328 | 39.3 |
| Fill instability | 92 | 11.0 |
| Structure | 81 | 9.7 |
| Subtotal | 835 | 100.0 |
이에 따라 기후위기 대응 홍수대책기획단(ME, 2023)에서는 최근 발생한 하천 제방의 피해는 제방의 제원보다는 제체 및 기초 지반의 누수와 파이핑 등에 의한 유실로 대규모 피해가 발생하는 것으로 발표하였으며, 이에 따라 기후변화에 따른 국가하천 제방 안정성 평가 및 종합관리를 제시하였다. 국가하천 제방안전성 평가는 그동안 하천 제방의 시설물 규격 중심의 관리에서 지반공학적 측면과 구조적 안정성 측면에 따른 관리로 전환하기 위함이며, 이를 토대로 국가하천 제방 안정성 평가 및 안전등급을 산정하고, 보강대책과 연차별 소요예산 산정과 더불어 효율적인 유지관리를 위해 제방정보지도를 작성하여 장래 하천유지관리 및 하천설계 ‧ 시공 ‧ 활용방안을 제시하고자 한다. 해당 안정성 평가 및 종합관리의 경우 국가하천을 우선적으로 데이터베이스화하여 효율적인 유지관리가 가능할 것으로 예상된다.
하지만 국가하천 제방 안정성 평가체계의 경우, 제체재료의 안전성 분석과 수리안전성 분석, 지반구조적 안전성 분석의 3가지로 구분하여 평가를 수행하며 설계기준에 따른 최소 기준 안전율 만족 여부만을 검토한다. 그러나 최소 기준 안전율은 만족하지만 충분한 안전율을 확보하지 못한 제방의 경우 보강대책 및 정비계획의 수립이 지연되는 등의 문제점이 발생하게 된다. 따라서 하천제방의 효율적인 유지관리를 위해서는 모든 평가체계를 종합적으로 고려한 안정성 평가가 요구되는 실정이며, 이에 따라 본 연구에서는 이러한 평가체계의 일환으로 Kim et al.(2018)이 제시하였던 하천제방 안전도 평가체계를 국가 하천 제방안정성 평가체계에 적용하고자 하였다. 이를 위해 최근 설계기준 및 연구 동향 등을 고려하고 유지관리성 향상을 위해 기존 하천제방 안전도 평가체계를 수정하였으며, 이를 통한 국가 하천 제방안정성 평가체계에 대한 적용성을 검토하였다.
하천제방 안전도 평가체계
안전도 지표별 안전도 평가등급 산정
하천제방 안전도 평가체계는 Kim and Moon(2017)에 의해 최초로 제안되었으며(Fig. 1), 안전도 지표는 하천제방 활동 안정성과 파이핑 안정성 그리고 육안점검으로 제시하였다. 각 안전도 지표별 안전도 평가 등급을 도출하였으며 안전도 평가등급은 a, b, c등급으로 구분하여 Table 2와 같이 제시하였다(Kim and Moon, 2017).
Table 2.
Index of river levee safety evaluation system (Kim and Moon, 2017)
활동 안정성에 대한 안전도 평가 등급은 국내외 활동 안전율을 기준으로 선정하였으며, 쌓기에 대한 활동 안전율의 경우 국내 1.1~1.5, 일본 1.1~1.5 등을 적용하고 있으며, 깎기에 대한 활동 안전율의 경우 국내 1.1~1.5, 일본 1.1~1.5, 미국 1.0~2.0, 영국 1.1~1.5 등을 적용하고 있는 것으로 조사되었다. 이에 따라 1.30 이상 여부에 따라 b, c등급을 구분하고 일본 및 영국의 최대 활동 안전율 1.5을 기준으로 a, b 등급을 구분하였다. 파이핑 안정성에 대한 안전도 평가 등급 또한 국내외의 파이핑 안전율을 기준으로 선정하였으며, 국내의 파이핑 안전율은 수공구조물과 관계없이 일괄적으로 2.0을 적용하고 있고, 일본은 1.2~2.0, 미국은 3.0 등을 적용하고 있는 것으로 조사되었다. 이에 따라 국내 기준을 적용하여 파이핑 안전율 2.0 이상 여부에 따라 b, c등급을 구분하고 미국의 파이핑 안전율 3.0을 기준으로 a, b등급으로 구분하였다. 육안점검에 대한 안전도 평가 등급은 MOLIT(2012b)에 제시된 안전점검등급을 기준으로 하여 a등급은 양호한 상태, b등급은 보통상태, c등급은 미흡한 상태로 구분하여 제시하였다(Kim and Moon, 2017).
한편 Kim et al.(2018)은 Kim and Moon(2017)의 후속연구로써 KICT(2016)에서 제시한 하천제방 붕괴 사례 분석 결과에 따라 기존에 제시한 안전도 지표 3가지(활동 안정성, 파이핑 안정성, 육안점검)와 더불어 세굴과 제체재료적 특성 등 또한 하천제방의 안전도를 평가하는데 중요한 영향인자로 제시하였다. 따라서 총 5가지의 안전도 지표에 대해 각 지표별 안전도 평가등급 기준을 제시하였다(Table 3).
Table 3.
Index of of river levee safety evaluation system (Kim et al., 2018)
제체 재료에 대한 안전도 평가 등급은 국내 및 일본, 미국에 제시된 하천제방의 제체 재료 기준을 검토하여 선정하였으며, 국내 하천설계기준 및 해설(MOLIT, 2009)에서는 제체재료의 투수계수가 1.0 × 10-3 cm/sec 이하이며 통일분류법 상 GM, GC, SM, SC, ML, CL, CH 등을 권장하고 있다. 일본(HRDB, 1985)에서는 제체재료의 투수계수가 1.0 × 10-3 cm/sec 미만이며 제체 내 불투수성과 다짐 및 건조 시 균열을 방지하기 위하여 제체 재료로써 세립분 함량이 15% 이상이고, 50% 이하를 만족하는 흙을 제시하고 있으며, 미육군공병단(USACE, 1986)은 제체에서 발생하는 파이핑과 균열에 대한 저항성에 따라 흙을 3가지 등급으로 분류하여 제시하였다(Fig. 2, Table 4). Kim et al.(2018)이 선정된 제체 재료에 대한 안전도 평가 등급은 통일분류법 상 GC, SC, CL, CH가 a등급이며 GM, SM, ML, MH가 b등급 그리고 세립분이 거의 없는 GW, GP, SW, SP가 c등급으로 구분하였다. 세굴에 대한 안전도 평가 등급은 하천 유속을 통해 등급을 분류하였으며, MOLIT(2016)과 JICE(2007) 기준을 적용하여, 하천 유속에 따라 유속이 1.0m/s 미만일 경우 완류부로 정의하여 a등급으로 구분하고, 유속이 1.0m/s 이상이고 3.0m/s 미만인 경우 준급류부 및 준완루부로 정의하여 b등급, 유속이 3.0m/s 이상일 경우 급류부로 정의하여 c등급으로 구분하여 제시하였다(Kim et al., 2018).
Table 4.
Classification of resistance to seepage by levee fill material type (USACE, 1986)
하천제방 안전도 평가체계의 수정
Kim et al.(2018)이 제안한 하천제방 안전도 평가체계의 경우, 활동 안정성과 파이핑 안정성, 육안점검과 세굴 안정성 그리고 제체 재료 총 5가지 안전도 지표를 제시하였으며 각 안전도 지표별로 a, b, c 등급 총 3가지의 안전도 평가 등급을 제시하였다. 하지만 기존에 제시되었던 하천제방 안전도 평가체계의 경우 최근 개정된 설계기준 등이 반영되지 않고, 안전도 평가 등급 또한 b등급을 설계기준별 최소 기준안전율을 기준으로 선정하여 3가지의 등급으로만 구분하기 때문에 정밀점검과 보수 ‧ 보강의 우선순위 등 유지관리의 효율성이 다소 떨어지는 문제점 등이 있다.
따라서 본 연구에서는 Kim et al.(2018)이 제시한 하천제방 안전도 평가체계를 기반으로 효율적인 유지관리 및 유지관리의 우선순위 선정 등을 고려하기 위해 총 5가지의 안전도 지표를 4가지로 수정하고, 기존 3가지(a, b, c)로 제시된 안전도 평가 등급을 5가지(a, b, c, d, e)로 세분화하고 점수를 부여하여 수정 ‧ 적용하였다(Table 5). 활동 안정성의 경우, 기준안전율 1.3을 적용하여 b, c등급을 구분하였으나, 본 연구에서는 하천설계기준(MOLIT, 2018a)에 따라 기준안전율을 1.4로 적용하여 c등급을 부여하였다(Table 6). 그리고 파괴력과 저항력이 평형한 상태인 안전율 1.0을 최악의 상태로 판단하여 e등급을 부여하는 것으로 수정하였다. 파이핑 안정성에의 경우, 기존에 제시되었던 파이핑 안전율에 따른 3가지 안전도 평가등급을 세분화하여 5가지 안전도 평가등급을 선정하였다.
Table 5.
Grade by index of revised river levee safety evaluation system
Table 6.
Safety factor according to levee fill conditions (MOLIT, 2018a)
기존 제시된 안전도 지표 중 육안점검에 대한 사항은 본 연구에서는 제외하는 것으로 결정하였다. 이는 육안점검의 경우 점검자의 숙련도에 따른 주관적인 평가가 개입되고 이러한 평가를 위해 과도한 인력과 시간이 소요되어 국가하천 제방 안정성 평가체계를 구성하는데 있어 불리하게 작용하기 때문이다. 세굴 안정성에 대한 경우에도 파이핑 안정성과 같이 하천 유속에 따른 3가지 안전도 평가등급을 세분화하여 5가지 안전도 평가등급으로 선정하였으며, 제체 재료의 경우 USACE(1986)와 MOLIT(2019)에 따라 세립분 함유량이 높아 차수성이 뛰어나고 제체로써 충분한 강도를 가지는 GC, SC, GM, SM을 a등급으로 선정하였고, 차수성은 뛰어나지만 a등급에 제시된 흙에 비해 강도가 떨어지고 균열에 다소 취약한 CL, ML을 b등급으로 선정하였다. c등급의 경우 차수성은 우수하지만 함수비에 민감하고 압축성이 높은 CH, MH를 선정하였으며 세립분이 거의 없어 차수 성능이 떨어지는 GW, SW를 d등급 그리고 d등급에 비해 입도분포가 불량하여 안정성이 떨어지는 GP, SP를 e등급으로 선정하였다.
또한 본 연구에서는 전술한 바와 같이 정밀점검과 보수 ‧ 보강의 우선순위 선정 등 유지관리의 효율성을 확보하기 위해 안전도 평가 등급별 점수를 부여하였다. 본 연구에서 제시한 안전도 평가 등급의 경우 a등급이 가장 양호한 상태를 나타내고, c등급은 설계기준별 최소 기준안전율을 만족한 상태를 나타내며, e등급은 즉각적인 복구가 시급한 상태를 반영한다. 이에 따라 정밀점검 및 보수 ‧ 보강의 우선순위를 선정하기 위해 a~e등급까지의 취약도 점수는 차등 적용하였으며, 이는 예를 들어 제방 중 파이핑과 세굴에 대해 각각 a등급의 안전등급으로 검토되었음에도 활동 안정성이 e등급으로 검토된다면 해당 제방은 즉각적인 정밀점검 및 보수 ‧ 보강이 필요하기 때문에 우선순위 선정 시 고려되어야 하기 때문이다. Table 7은 본 연구에서 제시한 안전도 평가 등급별 취약도 점수 및 종합 안전도 등급을 나타낸 것이다. 안전도 평가 등급별 취약성 점수는 d, e 등급일 경우 긴급복구의 시급성 등과 같은 중요도를 고려하여 계차수열의 형태로 선정하였으며, a등급은 1점을 부여하며, b~e등급 순서로 각각의 계차는 2, 3, 4, 5로, 취약도 점수는 3점, 6점, 10점, 15점으로 선정하였다.
Table 7.
Conditions of overall safety grade
이러한 배점 방식을 통해 같은 종합 안전도 등급임에도 불구하고 정밀점검 및 보수 ‧ 보강대책의 우선순위 결정이 가능해지며, 이를 국가하천 제방 안정성 평가 및 종합관리 체계에 도입한다면 유지관리 및 긴급복구 ‧ 대응에 효과적일 것으로 판단된다.
수정된 하천제방 안전도 평가체계 시범평가
개요
국가하천 제방안정성 평가체계 구축을 위한 안전도 평가체계의 시범평가 대상지역은 국가하천 ○○천으로써 해당 하천의 안전도 지표별 안전도 등급 및 평가등급별 취약도 점수를 산정하였다. 금회 연구 대상 지역에 위치한 제방은 총 연장 11.4 km, 8개소이며 연장이 긴 하천제방의 경우 세분화하여 대표단면을 선정하였다. 따라서 금회 연구에서 선정된 하천제방별 대표단면은 총 12개소이며, 제체의 지질학적 및 지반공학적 특성 분석을 위해 각 대표단면별 1공의 시추조사를 수행하였다(Fig. 3).
안전도 평가체계를 위해 필요한 자료는 해당 하천의 계획홍수량과 계획홍수위 자료와 하천 제방의 제원 등을 포함한 설계자료, 그리고 제체 및 기초지반의 지질공학적 및 지반공학적 특성, 제외지측 유속 등이다. 따라서, 연구대상 지역의 하천기본계획 보고서(MOLIT, 2014)를 통해 대표횡단면도 측점별 계획홍수량과 계획홍수위 그리고 유속을 조사하였으며, 본 연구에서 수행된 지반조사 자료를 통해 제체 및 기초지반의 지질 및 지반공학적 특성치를 적용하였다.
안전도 평가를 위해 본 연구에서 수행된 항목은 하천제방의 거동분석을 위한 안전도 지표와 동일하게 1) 수위조건별 침투해석을 통한 파이핑 안정성 검토와 2) 침투해석과 연계한 제내 ‧ 외지 활동 안정성 검토, 3) 하천 유속에 따른 세굴 안정성 검토 그리고 4) 지반조사를 통한 제체의 재료적 특성 분석이다. 제방의 침투해석과 제내 ‧ 외지측 비탈면 안정해석을 통한 하천제방의 거동분석에 사용된 프로그램은 2차원 지반범용 유한요소해석 프로그램인 Geostudio사의 seep/w와 slope/w 모듈을 이용하였다. 또한 하천설계기준(MOLIT, 2018a)에서는 침투해석의 정밀성 확보를 위해 제체의 요소망 크기를 제방 높이의 1/10 이하로 적용하도록 제안하고 있으며, 이에 따라 침투해석 시 모든 제방의 요소망 크기를 0.5m로 생성하였다. Table 8은 침투해석에 적용된 지층별 투수계수를 나타낸 것이며, Fig. 4는 연구대상 하천제방의 기하형상 및 지층분포를 나타낸 것이다. 지층별 투수계수 산정을 위해 지반조사 시 현장투수시험을 수행하였으며, 표준관입시험 결과에 따라 같은 지층임에도 다른 투수계수를 적용하였다.
Table 8.
Conditions of seepage analysis
수위조건별 침투해석에 따른 파이핑 안정성 검토
제체 내부의 침윤선과 침투 흐름은 제방의 거동에 큰 영향인자이므로 불포화 해석을 수행하여 제체 내의 모관포화대로 인한 모관흡수력과 간극수압의 변화 등와 같은 응력 상태를 파악하여야 한다(Kim et al., 2020). 따라서 본 연구에서의 침투해석은 불포화 특성을 고려한 침투해석을 수행하였다. 침투해석에 적용된 지반의 불포화 특성은 Van Genuchten 모델을 적용하였으며, Van Genuchten(1980)이 제시한 함수특성곡선(SWCC)과 불포화 투수계수 곡선을 적용하였으며, 함수특성곡선은 식 (1)과 같고, 불포화 투수계수곡선은 식 (2)와 같다(Van Genuchten, 1980).
여기서, 는 포화체적함수비, 은 잔류체적함수비, 는 공기유입과 관계된 계수, 는 간극공기압, 는 간극수압,은 함수특성곡선 기술기와 관련된 계수, 은 모관흡수율와 관련된 계수로써 일반적으로 이다.
여기서, 은 불포화 투수계수, 는 모관상승고(불포화도)를 나타낸다.
함수특성곡선(SWCC)과 불포화 투수계수는 시료를 통한 실내시험을 통해 산정하여야 하나, 본 연구에서는 Carsel and Parrish(1988)에 의해 제시된 데이터베이스와 토질분류실험을 통한 결과를 이용하여 적용하였다(Table 9). 또한 제방의 안정성에 있어 제외지의 고수위 지속조건과 제내지의 수위급강하 조건이 가장 취약한 제방의 수위조건이며, 이에 따라 시간에 따른 수위 조건을 적용하여 비정상류 해석(Transient analysis)을 수행하였다. Seo and Yoon(2012)은 국내 여건에 적합한 설계 수위파형을 제시하였으며, 이에 따라 연구대상 모든 제방의 수위파형은 수위상승시간 1,140분, 고수위지속시간 480분, 수위강하시간 1,980분으로 적용하였다. Fig. 5는 파이핑 안정성 검토를 위해 각 제방의 대표단면별 제방 뒷비탈 기슭의 동수경사를 산정한 침투해석 결과를 나타낸 것이다. 제방 뒷비탈 기슭의 동수경사는 D-2 제방에서 0.02로 가장 작게 산정되었으며, F제방과 G제방에서 동수경사가 0.1로 가장 크게 산정되었다.
Table 9.
Unsaturated soil properties using seepage analysis (Carsel and Parrish, 1988)
제방별 시추조사 및 현장투수시험 결과, 문헌 조사 등을 통해 산정된 지층별 불포화특성과 투수계수를 적용하여 침투해석을 수행하였다. 파이핑 안정성 검토는 다양한 이론 및 경험식에 의한 방법이 있으나, 본 연구에서는 한계동수경사에 의한 검토방법으로 평가하였으며, 한계동수경사에 의한 파이핑 안전율은 식 (3)과 같다(MOLIT, 2019).
여기서, 은 한계동수경사, 는 침투해석을 통한 제방 뒷비탈기슭의 동수경사이다.
수위조건별 침투해석에 따른 파이핑 안정성 검토 결과, 모든 제방에서 파이핑 안전율이 3.0 이상으로 검토되어 모든 제방의 파이핑 안정성에 대한 안전도 등급은 a등급으로 검토되어 취약성 점수 또한 모두 1점으로 산정되었다(Table 10).
Table 10.
Result of grade of piping for river levee safety evaluation system
침투해석과 연계한 제내 ‧ 외지 활동 안정성 검토
제내 ‧ 외지측의 안정성 검토를 위해 고수위 지속조건에 따른 제내지의 비탈면 안정성 검토와 수위급강하 조건에 따른 제외지의 비탈면 안정성 검토를 수행하였다. 안정성 검토는 계산이 비교적 간단하고 안전율이 보수적으로 산정되는 한계평형법에 의한 Bishop의 간편법을 이용하였으며, 침투해석을 통해 제체 내 침윤선 분포와 침투압 등을 고려한 침투연계해석을 수행하였다. 연구대상 제방의 경우, 도로겸용으로 사용되는 제방의 경우 구조물 기초 설계기준 해설(MOLIT, 2018b)에 따라 차량하중 12.7kPa을 적용하였으며 일반 제방의 경우 상재하중으로 10.0kPa을 적용하였다. 지반조사 및 현장시험 및 실내역학시험 등을 통해 제방별 강도정수를 산정하였다(Tables 11).
Table 11.
Conditions of slope stability analysis
연구대상 제방의 대표단면별 안정해석 중 고수위 지속조건에서의 제내지측 활동 안정성 검토 결과는 Fig. 6과 같다. 검토단면 12개소 중 최소 기준안전율인 1.4를 만족하지 못한 제방은 6개소이며, 이 중 B-2 단면과 C 단면의 경우 활동 안전율이 1.0 이하로 검토되었다. 수위급강하 조건에서의 제외지측 활동 안정성 검토 결과, 검토단면 12개소 중 최소 기준안전율인 1.4을 만족하지 못하는 제방은 6개소로 검토되었으며, B-1 단면과 B-2 단면 그리고 C 단면은 활동 안전율이 1.0 이하로 검토되었다(Fig. 7).
침투해석과 연계한 제내 ‧ 외지 활동 안정성 검토 결과, B-2 단면과 C 단면의 경우 제내 ‧ 외지 모두 활동 안전율이 1.0 이하로 검토되어 안전도 등급은 e등급으로 산정되었으며, 즉각적인 정밀점검을 통한 보수 ‧ 보강대책 수립 및 시행이 시급한 것으로 검토되었다. 또한 B-1 단면과 B-3 단면, D-2 단면 그리고 G 단면은 제내 ‧ 외지 모두 최소 기준 안전율을 만족하지 못하는 것으로 검토되어 안전도 등급은 c등급 이하로 산정되었으며 정밀점검을 통한 보축 계획 수립 여부 등의 검토가 필요한 것으로 나타났다(Table 12).
Table 12.
Result of grade of sliding for river levee safety evaluation system
하천 유속에 따른 세굴 안정성 검토
제외지측 유수에 의해 발생하는 세굴 및 침식에 대한 안정성 검토를 위해 하천 유속에 따른 세굴 안정성을 검토하였다. 제방의 대표단면별 유속은 대상 하천의 하천기본계획(MOLIT, 2014)에 제시된 측점별 하천 유속 데이터를 인용하였으며, 검토결과 모든 제방의 세굴 안정성에 대한 안전도 등급은 a등급으로 검토되었다(Table 13). 이는 연구대상지역이 해안과 인접한 최하류부측에 위치하여 하폭이 넓고 지형적으로 완류부에 해당하여 유속이 느리기 때문이다.
Table 13.
Result of grade of scour for river levee safety evaluation system
지반조사를 통한 제체의 재료적 특성 분석
연구대상 제방의 대표단면별로 시추조사를 1공씩 수행하여 제체의 지층구조를 분석하고, 현장투수시험을 통한 투수계수 측정과 Sampling을 통해 시료를 채취하여 실내시험을 통해 통일분류법에 의한 흙의 분류를 수행하였다.
지반조사를 통한 제체의 재료적 특성 분석에 대한 안전도 등급 및 점수 산정 결과는 Table 14와 같다. 대부분의 대표단면에서 안전도 등급은 b등급으로 검토되었으나 B-3 단면과 D-1 단면 그리고 E-2 단면의 경우, 제방의 기초지반 측에서 입도분포가 양호한 모래(SW)나 입도분포가 불량한 모래 ‧ 자갈(SP, GP) 등이 혼합되어 있는 것으로 조사되어 c 등급으로 검토되었다.
Table 14.
Result of grade of levee fill material for river safety evaluation system
국가하천 제방안정성 평가체계 도입을 위한 시범평가 결과
1) 수위조건별 침투해석을 통한 파이핑 안정성 검토와 2) 침투해석과 연계한 제내 ‧ 외지 활동 안정성 검토, 3) 하천 유속에 따른 세굴 안정성 검토 그리고 4) 지반조사를 통한 제체의 재료적 특성 분석을 통해 각 지표별 안전도 등급과 취약성 점수를 산정하였으며, 이를 모두 고려한 종합 안전도등급과 취약도 점수는 Table 15와 같고 이를 안전도맵으로 구축한 결과는 Fig. 8과 같다.
Table 15.
Result of overall safety evaluation
결 론
본 연구는 국가하천 제방 안정성 평가 및 종합관리 체계에서 제방 안정성 평가체계의 일환으로 Kim et al.(2018)이 제시하였던 하천제방 안전도 평가체계를 기반으로 효율적인 유지관리 및 정밀점검과 보수 ‧ 보강대책의 우선순위 선정 등을 고려하기 위하여 최근 설계기준 등을 반영한 수정 안전도 평가체계의 적용성을 검토하였다. 본 연구결과를 요약하면 다음과 같다.
(1) 본 연구에서는 Kim et al.(2018)에 의해 제시되었던 하천제방 안전도 평가체계를 수정하여 국가하천 제방 안정성 평가 및 종합관리체계의 적용성을 검토하였다. 기존 하천제방 안전도 평가체계의 경우 5가지 안전도 지표에 대해 a, b, c 3가지의 안전도 등급 기준으로 평가하였지만, 수정된 안전도 평가체계의 경우 유지관리의 비용절감과 데이터베이스화의 효율성 확보 등을 이유로 4가지의 안전도 지표를 선정하였고, 긴급복구 및 유지관리 우선순위 선정 등의 활용을 위해 계차수열법을 이용해 안전도 지표별 취약도 점수 산정법을 제안하였다.
(2) 활동 안정성에 대한 안전도 지표의 경우, 기존 기준안전율을 1.3으로 적용하여 b, c등급을 구분하였는데 반해, 본 연구에서는 최근 설계기준에 따라 기준안전율을 1.4으로 적용하여 c등급으로 부여하였다. 또한 안전율 1.0을 최악의 상태로 판단하여 e등급으로 부여하는 것으로 수정하였다. 파이핑 안정성과 세굴 안정성에 대한 안전도 지표의 경우 기존 3가지 안전도 평가 기준을 세분화하여 5가지로 수정하였으며, 육안점검을 통한 안전도 지표의 경우 점검자의 숙련도에 따른 주관적 평가가 개입되고 과도한 인력과 시간이 소요되는 점 등을 고려하여 본 연구에서는 해당 안전도 지표는 제외하는 것으로 수정하였다. 제체 재료에 따른 안전도 지표의 경우 문헌 연구 등을 토대로 5가지의 안전도 평가 기준으로 세분화하였으며, 제체 재료로 활용성이 현저히 떨어지는 GP, SP를 e등급으로 선정하는 것으로 수정하였다.
(3) 하천제방 안전도 평가체계의 적용성 검토를 위해 국가하천 제방 8개소(대표단면 12개소)에 대해 시범평가를 수행하였으며, 평가항목은 수위조건별 파이핑 안정성 검토와 침투해석과 연계한 제내 ‧ 외지 활동 안정성 검토, 하천 유속에 따른 세굴 안정성 검토 그리고 지반조사를 통한 제체의 재료적 특성 분석이다. 항목별 평가를 위하여 대표단면별 지반조사를 수행하고, 지반조사 및 실내시험 결과와 문헌조사 등을 통해 평가 조건 등을 구축하였다.
(4) 수위조건별 파이핑 안정성 검토 결과, 모든 단면에서 파이핑 안전율이 3.0 이상으로 검토되어 파이핑 안전도 등급은 a등급으로 산정되었으며, 침투해석과 연계한 제내 ‧ 외지 활동 안정성 검토 결과 일부 단면에서 최소 기준 안전율인 1.4 이하로 산정되었고 특히 활동 안전율이 1.0 이하로 산정되어 즉각적인 정밀점검 및 보수 ‧ 보강대책 수립이 필요한 것으로 검토되었다. 그리고 하천 유속에 따른 세굴 안정성 검토 결과, 연구대상 하천이 해안과 접해있는 최하류부에 위치하여 하폭이 넓고 완류부에 해당하여 유속이 느리기 때문에 안전도 등급은 모두 a등급으로 산정되었으며, 지반조사를 통한 제체의 재료적 특성 분석 결과, 대부분 단면에서 안전도 등급은 b등급으로 검토되었으나 일부 제방의 기초지반에서 SW, SP, GP 등이 혼합되어 있어 안전도 등급이 c등급으로 검토되었다.
(5) 수정된 하천제방 안전도 평가체계를 통한 연구대상 제방의 시범평가 결과, 대상 제방 8개소 중 A등급 4개소로 검토되었고 C등급 2개소, D등급 2개소로 검토되었다. D등급으로 검토된 제방은 B제방과 C제방이며 두 제방 모두 제내 ‧ 외지측 활동 안정성의 안전도 등급이 e등급으로 산정되어 즉각적인 보수 ‧ 보강이 필요한 것으로 검토되었으며, 같은 종합 안전도 등급임에도 B제방의 취약도 점수가 38점으로 C제방의 취약도 점수인 35점보다 높은 것으로 검토되어 보수 ‧ 보강의 우선순위는 C제방에 비해 B제방이 우선된다고 판단할 수 있다.
(6) 본 연구를 통해 산정된 종합 안전도 등급 및 안전도 점수 등과 더불어 보수 ‧ 보강공법 계획 수립에 따른 연차별 필요예산, 예산확보 방안, 비용편익비(B/C) 등을 고려한 정비사업 우선순위 등을 함께 고려한 연구를 수행한다면 보다 현실적이고 효율적인 하천제방 유지관리 체계가 수립될 것으로 사료된다.
