강우침투를 고려한 저수지 사면의 안정성평가 및 보강방법에 관한 연구

Abstract

대부분 저수지 사면파괴는 장마기간의 집중호우로 인해 발생하고 있으며, 일반적으로 강우에 의해 사면전체가 포화되는 것이 아니라 강우시간이 지속됨에 따라 얕은 깊이부터 포화, 모관흡수력은 급격히 감소하며, 이러한 상태가 지속되면 지반의 강도가 감소하여 대부분 얕은 파괴 또는 표층파괴 형태로 사면붕괴가 시작되었다.

본 연구에서는 저수지 시설물의 강우지속시간에 따른 저수지 외제사면의 강우침투 깊이와 침윤선의 변화를 예측하고, 이론식(Lumb)을 활용하여 강우침투 깊이 및 간극수압을 산정하였다. 또한, 사면안정평가법인 간접법과 실제 강우기록에 대한 침투해석을 수행, 사면안정에 연계하여 해석하는 직접법을 이용하여 OO저수지의 외제사면에 대한 안정성을 비교·분석하고자 하였다. 저수지 장기강우에 따른 사면의 파괴 메커니즘을 규정하고자 실제 강우에 따른 피해가 발생한 OO저수지 제방사면에 대하여 수치해석을 통해 실제 현상과 비교하여 수치해석의 유효성을 검증하였다. 현행 설계기준에서는 자연재해에 대응하는 항구적인 시설물 보강대책을 제시하고 있으나, 여름철 장마일수, 누적강우량의 증가와 이상기후현상으로 인해 저수지 시설물의 피해가 급증하고 그에 따른 인명·재산피해를 예방하기에는 부족한 실정이다. 본 연구를 통해 향후 농업용 저수지 설계 시 기후변화 등을 반영하여 안전영농기반을 도모할 수 있도록 저수지 설계에 활용되는데 그 목적이 있다.

저수지 사면의 장기강우로 인한 파괴시 습윤대의 형성으로 인한 표층의 슬라이딩을 통하여 붕괴 거동이 일어나며, 수치해석과 비교시 유사한 거동을 보임을 확인하여 수치해석 모델의 유효성을 검증하였다. 붕괴시 얕은 파괴가 일어난 표층의 유실 두께는 10cm로 상사 적용시 수치해석에서 구한 수치와 이론적 계산식 Wetting Band 두께와 동일함을 확인하였다.

수치해석 결과, 지표 습윤대 두께가 직접법은 2.79∼2.82m, 간접법은 2.54m로 유사하며, 원호활동 안전율은 두가지 방법 모두 1.0미만으로 얕은파괴가 발생하는 것으로 확인되었다. 다만, 직접법의 경우 실제와 유사하게 상부 사면에서 원호활동이 발생하는 반면 간접법은 하부사면에서 발생하였다. 침투해석(직접법) 결과 강우지속 30∼31일 경과시 지표 습윤대가 형성되었으며, 특히, 31일 경과 시점에서 지표 습윤대가 급격히 확산되어 원호활동 안전율이 1.0미만으로 급격하게 감소하는 경향을 보인다.

장기강우의 파괴 특성상 대부분 지표 습윤대 범위내 얕은 파괴형태를 보이고 있기 때문에 사면표면 보강공법을 적용해야 장기강우의 세기 및 빈도를 고려하여 경제적인 보강공법을 선정할 필요가 있다. 향후 장기 또는 집중강우에 의한 사면붕괴를 방지하기 위해서는 저수지 외제사면에 맞는 적정한 보호/보강공법의 결정이 필요하다.