서 론

기후변화로 인해 지구의 평균기온이 점진적으로 상승함에 따라 집중호우 및 슈퍼태풍의 발생 빈도가 잦아지고 있으며, 최근 한반도에는 중규모 이상의 지진 발생에 따라 저수지 제체의 안전에 관한 관심이 점차 증가하고 있다. 저수지 제체는 구조물의 특성상 시간이 경과함에 따라 노후화되어 차수 성능 및 강도가 저하되거나 단면이 부족하게 되는 등 제체의 안정성이 저하되는 문제가 발생한다(Park et al., 2002). 한국농어촌공사에 따르면, 2025년 9월을 기준으로 농어촌공사에서 관리하는 농업용 저수지는 3,422개로 이 중 88% (3,025개)가 준공 후 30년 이상 경과된 상태이다(Fig. 1).

특히 농업용 저수지 중심코어의 노후화는 내적 침식 및 파이핑 등의 위해성을 초래할 수 있으므로 제체의 안전성과 직접적인 관련이 있다(Park and Oh, 2016). 중소규모의 저수지 붕괴 사례를 살펴보면, 2012년 태안군 두야저수지 및 고창군 죽림저수지와 2014년 기장군 내덕저수지의 경우 적용된 설계기준 이상의 집중호우에 의한 붕괴 사례이며, 2013년 경주 산대저수지와 2014년 영천 괴연저수지는 시설 노후화로 발생한 붕괴 사례이다(Kim, 2015).

농어촌공사는 노후화된 저수지의 보수·보강을 위하여 ‘농어촌정비법’과 ‘시설물의 안전 및 유지관리에 관한 특례법’에 의거하여 안전점검 및 정밀안전진단을 실시하고 있다. 안전점검 및 정밀안전진단을 통해 포화대 및 누수 취약구간이 확인된 제체의 경우 보수·보강을 실시하며, 차수 능력 확보 및 제체 강도 강화를 위해 그라우팅 공법을 가장 많이 적용하고 있다.

본 연구에서는 저수지 준공 이후 열화가 진행됨에 따라 농업용 저수지 제체의 성능 변화를 분석하기 위하여 정밀안전진단 보고서, 그라우팅 시공실적 자료와 같은 보수·보강 이력 자료를 수집하여 데이터베이스(DB)를 구축하고, 그라우팅 주기 산정 및 저수지 제체의 투수계수 변화에 대해 평가하였다.

Fig. 1.

Elapsed time since the completion of agricultural reservoirs (KRCC, 2025).

저수지 제체의 보수·보강 이력 DB 구축

DB 항목 설계

대부분의 농업용 저수지 제체는 불투수성 영역의 최대 폭이 댐의 높이보다 좁고, 불투수성 영역이 중심선 전체를 통과하는 중심코어형 필댐에 속한다(KRCC, 2018). 저수지 제체의 보수·보강 이력 DB 구축을 위하여, 제체마루(crest)의 중앙을 기준으로 심도별로 성토부, 중심코어부, 기초지반부로 구분하였으며, 심도별 차이를 분석하기 위해 중심코어부를 상부, 중앙부, 하부로 분류하였다. DB 항목 설계 시 저수지의 기본제원 및 제체 특성을 파악하기 위해 정밀안전진단 보고서 중 지구현황 및 지질조사 내용을 주로 활용하였다. 지구현황 부문에는 준공연도 및 기본적인 시설 정보 등의 항목이 포함되어 있으며, 지질조사 부문에서는 지질도와 분포암석, 매질별(성토, 중심코어, 기초지반) 통일분류법(Unified Soil Classification System, USCS), N값, 투수계수 등의 항목을 획득할 수 있다.

자료 수집 및 DB 구축

먼저 그라우팅 시공실적 자료 1,212건과 정밀안전진단 보고서 510권을 수집하여 DB를 구축하였다. 1차 수집한 자료를 바탕으로 저수지 준공 후 경과 연수를 계산하고, 경과 연수에 따른 그라우팅 시공 전 투수계수 변화(Fig. 2)를 분석하고자 하였지만, 경향성을 파악하는데 한계가 있었다. 1차 수집된 자료에서는 1989년 이후부터 그라우팅 이력이 확인 가능하며, 전산화가 이루어지지 않은 1989년 이전의 그라우팅 이력은 확인할 수 없었다. 1989년 이전에 그라우팅을 실시한 이력이 확보된다면 경과 연수는 산정된 결과보다 훨씬 적게 산정될 것이다.

그라우팅 주기는 1차로 수집한 정밀안전진단 보고서에서 시간 경과 후 투수계수가 확인되며, 동시에 그라우팅 시공 실적까지 확보된 58개소를 대상으로 산정하였다. 그 이후 2차 수집을 통하여 284권의 보고서를 추가 수집하였다. 이 중, 시추조사 결과가 포함되어 있고, 연도별 투수계수가 확인되는 24개소를 대상으로 저수지별 투수계수 변화를 분석하였다.

Fig. 2.

Temporal trend in hydraulic conductivity of reservoir embankments prior to grouting.

그라우팅 주기 산정

보수·보강 이력이 확인된 저수지 58개소는 준공 후 최초 그라우팅까지 4–80년이 소요되는 것으로 확인되었다(Fig. 3a). 평균적으로 준공 후 41.4년이 경과한 시점에서 그라우팅을 실시한 것으로 분석되었으나, 수집한 자료에서 전산화가 이루어지지 않은 1989년 이전의 그라우팅 이력은 고려되어 있지 않다. 1989년 이전에 그라우팅을 실시한 이력이 있다면 경과 연수는 재산정되어야 하므로, 그라우팅 이력이 2회 이상인 저수지를 대상으로 그라우팅 시공 주기를 분석하였다(Fig. 3b). 저수지 17개소에서 2차 그라우팅을 실시한 이력이 확인되었으며, 이 중 1개소(SN)는 3차 그라우팅 이력도 확인되었다. 구축된 DB를 기준으로 분석한 2차 그라우팅 시공 주기는 평균 8.4년이며, SN 저수지의 3차 그라우팅 시공 주기는 15년으로 나타났다.

상기 결과는 구축된 DB를 바탕으로 산정된 것으로, 지속적으로 DB가 구축된다면 보다 정확한 그라우팅 시공 주기를 산정하고, 이를 토대로 저수지 건전성에 영향을 미치는 투수계수 등의 변화를 분석할 수 있을 것으로 판단된다.

Fig. 3.

Estimation of the duration of grouting cycles based on repair and reinforcement history.

투수계수 변화 유형

저수지 분류

저수지별 투수계수 변화 분석을 위하여 경과 연수에 따른 다수의 투수계수 자료가 확인되는 24개소를 6가지 유형으로 분류하였다. 1차 분류 기준은 그라우팅 횟수이며, 2차는 차수성의 증감이다. 유형별 저수지 현황은 Table 1과 같다.

Type Ⅰ : 그라우팅 이력 없음 - 차수성 증가

Type Ⅰ은 그라우팅 이력이 없고, 차수성이 증가하는 경향을 보이는 유형이다(Fig. 4). Figs. 4, 5, 6, 7, 8, 9에서 검은색 점은 정밀안전진단 보고서와 그라우팅 시공실적 자료의 투수계수 분포를 의미하고, 회색선과 주황선은 각각 정밀안전진단 보고서의 평균 투수계수의 변화, 그라우팅 시공 전후의 평균 투수계수의 변화를 의미한다.

CE 저수지는 2011년을 제외한 2006년과 2016년만 비교하면 투수계수가 감소하여, 차수성이 증가하는 경향을 보인다. 2006년, 2011년, 2016년 모두 다른 위치에서 2공의 투수시험을 실시하였으며, 2006년과 2011년은 포화대로 추정되는 위치에서 실험을 실시하였고, 2016년은 두 공 중 한 공만 포화대로 추정되는 위치에서 실험을 실시하였다. 2011년 정밀안전진단 보고서에 따르면, Bh-1공의 심도 6.0–16.0 m, 21.0–26.0 m와 Bh-2공의 심도 6.5–21.5 m 구간에서는 침투수의 유로가 형성되어 있을 가능성이 높은 것으로 평가되었다. 상기 결과로 인하여 2006년과 2016년과 비교하여 2011년의 투수계수의 편차가 큰 경향을 보인다. 2006년, 2011년, 2016년의 시험 위치가 동일하였다면, 실제 차수성의 변화를 보다 명확히 파악할 수 있었을 것이다.

Fig. 4.

Temporal trend in hydraulic conductivity for type Ⅰ reservoir embankments.

Type Ⅱ : 그라우팅 1회 시공 - 차수성 감소

Type Ⅱ는 그라우팅을 1회 시공한 이력이 있으며, 저수지 준공 이후 시간 경과에 따른 제체의 열화가 진행됨에 따라 투수계수가 증가하면서, 차수성이 감소하는 유형이다(Fig. 5). Fig. 5a–e에 해당하는 저수지는 그라우팅 시공 이후 투수계수 변화를 확인할 수 없었지만, Fig. 5f–l은 그라우팅 시공 이후 투수계수 변화를 확인할 수 있었다. JS 저수지의 경우 2014년에 포화대로 추정되는 위치에 Bh-2공을 시추하여, 일부 구간에서 누수가 발생하여 투수계수의 편차가 크다(Fig. 5b). TG 저수지의 경우 2008년 현장 투수시험 평균값이 7.26 × 10^-7 cm/s로 매우 낮게 측정되어 차수성이 급격하게 감소하는 경향을 보인다(Fig. 5d).

그라우팅 이후 투수계수 변화를 살펴보면, GJH 저수지에서 차수성이 소폭 상승한 경우를 제외하고 대부분의 저수지 제체가 시간이 경과함에 따라 차수성이 감소하는 경향이 나타났다(Fig. 5h). NJH 저수지의 경우 그라우팅 이후 평균 투수계수가 1.21 × 10^-5 cm/s에서 4.19.1 × 10^-5 cm/s, SC 저수지는 2.00 × 10^-5 cm/s에서 5.13 × 10^-5 cm/s, YD 저수지는 7.04 × 10^-5 cm/s에서 1.18 × 10^-4 cm/s로 증가하여 차수성이 소폭 감소하는 경향을 보였다(Fig. 5f–k). 그러나, DA 및 DU 저수지는 그라우팅 이후 실시된 정밀안전진단의 현장시험 투수계수가 급격하게 증가하여 누수허용량 1 × 10^-3 cm/s을 초과할 정도로 차수성이 저하되었다(Fig. 5f and g). GG 저수지의 경우 수집 데이터의 한계로 인하여 그라우팅 직후의 투수계수를 확인할 수 없었으나, 그라우팅 시공 후 차수성이 감소하는 추세를 확인할 수 있었다(Fig. 5l).

YD 저수지의 경우 다른 저수지보다 현장 투수시험의 표본수가 많고, 2021년 그라우팅 완료 시점의 투수계수와 2025년의 투수계수 분포가 유사한 경향을 나타낸다(Fig. 5k). 상기 결과는 본 연구진이 2019년부터 2020년까지 YD 저수지에서 그라우팅 과정에 따른 중심코어의 특성 변화를 관찰하고자 현장 및 실내 시험과 물리탐사를 수행하였고(Kim et al., 2021), 당시 데이터를 바탕으로 약 5년이 경과한 2025년에 과거와 유사한 지점에서 현장 투수시험을 실시한 결과로 분석된다. 따라서, 그라우팅 시공 이후의 장기적인 변화를 분석하기 위해서는 시추공의 위치가 매우 중요한 것으로 판단된다.

Fig. 5.

Temporal trends in hydraulic conductivity for type Ⅱ reservoir embankments.

Type Ⅲ : 그라우팅 1회 시공 - 차수성 증가

Type Ⅲ은 그라우팅을 1회 시공한 이력이 있으며, 차수성이 증가하는 것처럼 오인되는 유형이다. 저수지별로 살펴보면, 실제로는 누수허용량 1 × 10^-3 cm/s에 근접하여 차수성에 문제가 있거나, 시추 위치의 변화로 차수성이 증가하는 경향을 보인다(Fig. 6).

ID 저수지는 2001년 그라우팅 시공 이후 2007년, 2011년, 2016년 일부 투수계수가 누수허용량(1 × 10^-3 cm/s)에 근접하여 차수성에 문제가 있다(Fig. 6a). OG 저수지는 정밀안전진단 보고서 시추공의 위치와 그라우팅 시공실적 조사공의 위치가 일치하지 않아서 투수계수가 증가하는 것처럼 보이지만 조사공의 최댓값이 1.3 × 10^-3 cm/s로 차수성이 저하된 상태이다(Fig. 6b). SD 저수지(Fig. 6c)와 YS 저수지(Fig. 6d)의 경우 시추 조사결과 중심코어부의 상태가 양호하지 않은 것으로 나타났다. SD 저수지는 수집 데이터의 한계로 기존 정밀안전진단 보고서의 투수계수가 1.2 × 10^-4 cm/s – 4.1 × 10^-6 cm/s로 차수성에는 문제가 없는 것으로 판단되지만, 추후 데이터 수집을 통해 시추구간 및 그라우팅 구간을 확인할 필요가 있다. TC 저수지는 누수허용량 기준(1 × 10^-3 cm/s)에 근접하여 차수성에 문제가 있는 상태이다. YS 저수지의 경우 2008년 포화대로 추정되는 위치에서 시추를 실시하여, 해당 공의 상부에서 전량 누수가 발생하였다(Fig. 6e). 전량 누수된 투수계수를 1 × 10^-3 cm/s 이상으로 가정하여 도시하면, 2008년보다 2016년의 평균 투수계수가 작아져 차수성이 증가한 것처럼 오인될 수 있다.

상기 사례에서 알 수 있듯이 과거의 데이터가 포화대 인근에서 획득한 값이고, 그 이후에는 상대적으로 안정된 위치에서 투수시험을 실시하였다면, 마치 차수성이 증가하는 것처럼 오인될 수 있다. 따라서, 유사한 위치에서 투수시험을 실시하거나, 전기비저항탐사의 포화대를 확인하여 교차 검증하는 것이 필요하다.

Fig. 6.

Temporal trends in hydraulic conductivity for type Ⅲ reservoir embankments.

Type Ⅳ : 그라우팅 2회 시공 - 차수성 감소

Type Ⅳ는 그라우팅을 2회 시공한 이력이 있으며, 그라우팅 시공 후 시간이 경과함에 따라 제체가 열화되어 차수성이 감소하는 유형이다(Fig. 7). 저수지 3개소 모두 2차 그라우팅 시공실적 자료만 존재하는 상태이지만, 전반적으로 투수계수가 증가하여 차수성이 감소하는 경향을 보인다. Type Ⅳ의 가장 큰 특징은 시추조사에서 저수지 3개소 모두 중심코어의 상태가 양호하지 않다는 점이다. 또한, SW와 YG 저수지의 경우 그라우팅 주기가 각각 8년과 6년으로 매우 짧다(Fig. 7b and c).

Fig. 7.

Temporal trends in hydraulic conductivity for type Ⅳ reservoir embankments.

Type Ⅴ : 그라우팅 2회 시공 - 차수성 증가

Type Ⅴ는 그라우팅을 2회 시공한 이력이 있으며, 시추 위치와 한정적인 투수시험 데이터로 인하여 차수성이 증가하는 것으로 오인되는 유형이다(Fig. 8). 이 유형도 중심코어의 상태가 양호하지 않은 상태이다. CJ 저수지는 2006년 포화대로 추정되는 지점에서 시추를 실시하였으나, 2014년에는 상대적으로 안정된 지점에서 시추하여 차수성이 증가하는 것처럼 보인다(Fig. 8a). GC 저수지는 2000년에 일부 구간에서 누수허용량 1 × 10^-3 cm/s을 초과하여 차수성에 문제가 있는 상태이나, 2010년 그라우팅 시공 전의 평균 투수계수 값만 존재하여 정확한 데이터의 분포를 확인할 수 없었다(Fig. 8b). 한정된 표본수로 인하여, 그라우팅을 시공하지 않았음에도 불구하고 2000년보다 2010년에 차수성이 증가하는 것처럼 오인될 소지가 있다.

Fig. 8.

Temporal trends in hydraulic conductivity for type Ⅴ reservoir embankments.

Type Ⅵ : 그라우팅 3회 시공 - 차수성 증가

Type Ⅵ는 그라우팅을 3회 시공한 이력이 있으며, 표본수의 부족으로 차수성이 증가하는 것으로 오인되는 유형이다(Fig. 9). SN 저수지의 특징은 제고가 6.8 m로 Table 1의 다른 저수지에 비해 낮다는 점이다. 낮은 제고로 인해 시추 구간이 짧으므로 다른 저수지보다 투수시험 표본수가 부족하다. 2007년과 2012년 데이터 모두 누수허용량 1 × 10^-3 cm/s에 근접하였으며, 전기비저항탐사에서 포화대로 추정되는 다수의 지점이 발견되어 차수성에 문제가 있는 상태였다. 그러나 2015년 그라우팅 시공 전의 평균 투수계수 값만 존재하여, 차수성이 증가하는 것처럼 오인되었다.

Fig. 9.

Temporal trends in hydraulic conductivity for type Ⅵ reservoir embankments.

본 연구에서는 경과 연수에 따른 저수지 제체의 차수 성능 변화를 분석하고자, 24개소의 투수계수 자료를 그라우팅 횟수와 차수성 증감 경향에 따라 6가지 유형으로 분류하였다. 분석 결과, 대다수의 저수지에서 시간 경과에 따른 제체 열화로 인해 투수계수가 증가하고 차수성이 감소하는 경향이 확인되었다. 특히 그라우팅을 2회 이상 실시한 유형(Type Ⅳ, Ⅴ)은 중심코어 일부 구간이 양호하지 않은 것으로 조사되었으며, 일부 사례에서는 그라우팅 재시공 주기가 6–8년으로 나타났다.

반면, 일부 유형에서 차수성이 증가하는 것처럼 오인되는 사례도 있었다. 주된 원인은 누수허용량 1 × 10^-3 cm/s에 근접하여 차수성에 문제가 있거나 수집된 데이터의 한계에 기인하는 것으로 판단된다. 수집된 데이터의 양적 문제도 원인이지만, 투수시험의 위치도 영향을 미치고 있다. 과거의 데이터가 포화대 인근에서 투수시험을 실시하고, 그 이후에는 상대적으로 안정된 위치에서 투수시험을 실시하게 되면, 포화대보다 안정된 지점의 투수계수가 작기 때문에 마치 차수성이 증가하는 것처럼 오인될 수 있다. 따라서, 그라우팅 주기에 따른 저수지 제체의 투수계수 변화를 분석하기 위해서는 기존 시험공과 유사한 위치에서 투수시험을 수행해야 한다.

결 론

본 연구에서는 농업용 저수지 제체의 성능 변화를 분석하기 위하여 정밀안전진단 보고서, 그라우팅 시공실적 자료와 같은 보수·보강 이력 자료를 수집하여 DB를 구축하고, 그라우팅 주기 산정 및 저수지 제체의 투수계수 변화를 분석하였다.

그라우팅 주기를 산정한 결과, 최초 그라우팅의 경우 4–80년이 소요되며, 평균 41.4년으로 확인되었다. 저수지별 그라우팅 주기에서 큰 편차가 나타나는 원인은 1989년 데이터 전산화 이전의 시공 이력을 확인할 수 없어 분석에 미반영되었기 때문이다. 따라서 그라우팅 이력이 2회 이상인 저수지를 대상으로 2차 그라우팅 시공 주기를 분석한 결과 평균 8.4년으로 나타났다.

저수지별 투수계수 변화 분석을 위하여 그라우팅 시공 횟수와 차수성 증감을 기준으로 24개소의 저수지를 6가지 유형으로 분류하였다. 그라우팅 시공을 2회 실시한 저수지들은 공통적으로 중심코어의 일부구간이 양호하지 않은 것으로 조사되었다. 대부분의 저수지 제체는 시간이 경과됨에 따라 투수계수가 증가하여 차수성이 감소하는 경향을 보였으나, 일부 유형은 차수성에 문제가 있거나 시추위치의 변경, 표본수 부족 등으로 인하여 차수성이 증가하는 경향을 보이는 경우도 있었다. 이는 기존 시험공이 포화대에 위치하여 상대적으로 투수계수가 높게 산정된 결과로 분석된다. 반면, YD 저수지의 사례처럼 과거의 시험 이력을 바탕으로 유사한 위치에서 투수시험을 재실시한 경우에는 시추공 위치에 따른 데이터 왜곡 없이 장기적인 투수계수의 변화를 확인할 수 있었다. 이는 노후 저수지 제체의 차수 성능을 객관적으로 평가하기 위해서는 기존 시추공 위치의 체계적인 기록과 동일 지점에서의 추적 조사가 필수적인 기준이 되어야 함을 시사한다. 따라서, 저수지 투수계수의 변화 양상을 객관적으로 분석하기 위해서는 보수·보강 이력의 지속적인 데이터베이스화와 시험 위치 및 시기에 대한 관리가 요구된다. 이를 통해 그라우팅 시공 주기를 정밀하게 산정하고 제체의 차수 성능을 보다 정확히 평가할 수 있을 것이다.

본 연구는 저수지 제체의 보수·보강에 따른 저수지별 투수계수 변화를 통해 제체 내부의 차수성을 평가하기 위한 초기 단계로서 수집 데이터 개수의 한계로 정확한 분석은 어려웠으나, 농업용 저수지의 유지관리를 위한 기초 자료로서의 의의가 있다. 일본 에히메현의 경우, 축조 후 90–150년이 경과된 노후 저수지를 대상으로 재해방지 및 안정적 용수 확보를 위한 비용편익분석을 수행하고, 이를 토대로 보수·보강을 실시하였다. 이때 비용편익비는 B (Benefit, 총편익) / C (Cost, 총비용)로 계산하며, 재해 예방, 농업 생산성 유지, 유지보수비 절감 등을 주요 항목으로 고려한다. 지속적인 데이터 수집을 통해 DB를 보완한다면, 일본의 사례와 같이 그라우팅 효과에 대한 비용편익분석을 수행할 수 있을 것이다. 이는 노후 제체의 보수·보강 우선순위 선정 등 농업용 저수지의 유지관리 효율성을 향상시킬 수 있을 것으로 판단된다.