1. 서론

본 연구는 지진피해에 따르는 인공댐과 방벽호수에 대한 권고안과 교훈 등을 정리해 제공하고 있다. 인공댐의 경우 잘 건설된 대형 댐 보다는 소규모 및 지역의 댐 시설에 보다 주의가 요구된다. 국제사례에서도 더 작은 규모의 댐이 더 위험율이 높다는 것을 반증해 보여준다. 방벽호수는 얼마나 지진 피해가 발생하는 가에 따라 관리의 중요성이 강조된다. 인공댐과 방벽호수의 핵심 문제 및 교훈은 본 연구의 세계은행 지원 국제사례 소개를 통해 정리해 본다.

2. 사례 분석

- Gujarat 지진 댐 안정성 측면

인도 주변 하부 대륙은 관개 및 지방 물 공급을 위한 수많은 제방 및 댐으로 형상화되어 있다. 그러한 댐은 일반적으로 높이 30m 미만의 소형 댐 규모를 가지고 있으며 댐 건설 분야에 경험이 없거나 비교적 적은 기관들에 의해 건설되었다. 2001년 1월 26일 Gujarat 지진 발생시기에는 약 250개의 토사 충전식 댐이 피해를 입었다. 토양 액화 및 경사지 소멸 등은 방대한 침식과 변형 등을 야기하였다.

그러나 지진 발생지역에 대형으로 잘 공사된 주요 댐의 피해는 보고된 바가 없다. 다행히도 지진이 저수지가 대부분 비어 있는 몬순시기 이전에 발생하였다. 만일 지진이 몬순시기 이후에 발생하였다면 토사형 댐에 대한 비해는 보다 심각해졌을 것이며, 몇몇 저수지도 거대한 홍수로 인해 많은 물이 유출되었을 것이다.

대부분의 댐들이 설계 기록이 없기 때문에 긴급 조치들을 정하는 것은 난해한 작업이었다. 긴급 복구 조치들은 2002년 1월에서 6월 까지 약 245개 댐에 이행되었다. 그러한 조치 작업들은 금이 간 곳을 메우거나 경사지 복원, 방수로 및 물 흡입구 수리 작업 등이 있다. 또한 5개의 댐이 수리되지 못하고 방치되거나 제거되었다. 지진으로 인해 해당 지역에서 댐의 긴급 수리에 들어간 총 지출 비용은 4백만 달러 수준이다.

긴급 상황이 발생하면서 국가 및 국제적인 전문가들로 이루어진 두 개의 팀이 구성되었고 전문가들인 225개 댐에 대한 이행되는 강화 조치들을 인식하고 있었다. 활용가능한 기초자료가 없기 때문에 약 12,000개의 토양 샘플을 검사하였고 수문학적 안전성은 모든 댐에 대해 업데이트 되었다. 안전성 분석은 업데이트된 지진 발생 여건을 이용해 수행되었다. 설계와 건축은 현장 인력들의 역량 강화를 위해 세미나와 워크샵을 통해 개별적으로 이행되었다.

Gujarat 지진은 소규모 지방 댐이 실패 가능성이 매우 높음을 방증하며, 이러한 댐의 실패는 사실상 많은 댐들이 대형 저수지의 유사 유량을 저장하도록 위치한 지역에서 대량으로 발생할 가능성을 확인할 수 있다. 많은 소규모 댐이 몇몇 대형 댐 보다 더 안전할 것이라는 직관적 가정은 정확하지 못하다. 또한 대부분의 지방 댐들은 경험이 없는 조직들에 의해 건설되었기 때문에 그 안전성을 평가하는 것 또한 불가능하다. 따라서 특히 지방 지역에서는 소규모 댐의 총 지진 위험성이 대형 댐보다 상당히 높았음을 인지해야 한다.

- Sarez 호수 안전성 측면

타지키스탄(Tajikistan)의 Sarez 호수는 1911년 거대한 지진으로부터 발생한 산사태가 Murgab 강 600m 높이의 Usoy 마을을 덮으면서 형성되었다. 그 결과 17㎦의 수자원을 가진 약 60km 길이의 호수가 Pamir 산 영역에 Usoy 경사지 댐 후미에 위치하게 되었다. 안전 높이는 약 50m 수준이다. 비록 호수의 안전성에 대해서 수년간 연구가 지속되었지만 활용가능한 자료들은 상당한 차이를 보이고 있다. 또한 동시에 하류지역 거주민의 위험도는 받아들이기 어려울 정도로 높다. 만일 홍수가 발생한다면 Bartang, Pyandhz, 그리고 Amu Darya 강변을 따라 거주하는 약 5백만 인구까지 영향을 받을 수 있다.

2000년 후반 세계은행은 Sarez 호수의 위험 저감 사업(LSRMP: Lake Sarez Risk Mitigation Project)에 착수하였다. 동 사업의 목적은 Sarez 호수의 거대 홍수와 관련된 재해 발생에 대비해 취약지구 사람들에게 사전 준비 및 긴급성을 알리는 데 도움을 주는 것이다. 또한 동시에 장기적으로 위험을 해결하는 방안을 모색하고자 하였다. LSRMP의 사업요소를 다음과 같다.

- 모니터링 및 조기 경보시스템의 설계 및 설치

- 재난 예방 프로그램 내에 취약 계층 교육 및 안전지대 마련

- 장기 해결방안 연구

위험 분석은 설계를 가이드하고 모니터링 시스템 운영에 정보를 제공하였다. 전문가 그룹은 실패가능성이 가장 높은 것이 댐을 통해 갑작스럽게 물 침투량이 증가하는 결과로 나타나는 파이핑 현상(piping phenomena)과 관련성이 있다고 결론지었다. 이러한 사건의 총 발생 확률은 인공 댐과 비교할 수 있을 정도인 약 6×10-5 에 이르렀다. 그림 1은 자연적 위험 뿐 아니라 인공 댐에 대해 일반적으로 받아 들일 수 있는 위험 발생확률 및 Sarez의 위험수준을 함께 보여주고 있다. Sarez는 두 개 수준의 가운데 위치한다.

심지어 구조적 조치가 없더라도 Sarez로부터 통제되지 않고 물이 방출될 확률은 다른 자연적 위험에 비해 상대적으로 낮다. 장기적인 구조적 조치가 뒤따른다면 실패 확률은 한 두 단계 더 감소할 수 있으며 호수는 수력발전을 위해서도 활용될 수 있다. 어떤 경우라도 위험에 노출된 많은 사람들을 고려할 때 Usoy 댐은 비상 예방 대책을 세워야 할 것이다.

자료출처: 세계은행(2010), Safety of small, rural dams and barrier lake management. p. 5.

3. 핵심 교훈

- 인공댐

지진 영향 이후에 우선적으로 인간 생활에 즉각적인 위험을 주는 요인을 저감하는 긴급 조치가 이루어져야만 한다. 동시에 댐 재건과 현대화 조치들도 계획되고 차차 이행되어야 할 것이다.

2001년 Gujarat 지진에서 긴급조치들은 몬순 시작 시간 이전 5개월 이내에 이행되었다. 재건과 현대화 조치들은 모두 8년이 걸렸다. 많은 소형 댐들의 누적적인 실패 확률은 몇몇 거대 저수지의 댐보다 훨씬 더 높다. 이러한 결과는 지진이나 홍수 여건 하에서 보다 유효하다. 지진에 대비해 토사 또는 암반형 댐의 강화하는 보강 조치들은 다음과 같다.

- 주거, 폭우, 단층이동을 수용할만한 충분한 높이 확보

- 침식에 취약하지 않은 물질들로 이루어진 폭넓은 지역 전환

- 중심지 부근의 채광업 배수구 활용

- 토사 유출 방지책으로서 보다 잘 여과된 지역을 상류 중심지로 활용

- 범람 시 침식을 막을 수 있는 볏을 제공

- 물질의 침투 수준을 최소화하는 중심지에 위치

- 기초에 단층 이동의 위험이 있는지 세세한 정보 제공

- 방벽 호수

방벽호수는 빙하이동, 토석장벽, 산사태 및 눈사태, 화산 활동 등 다양한 메카니즘에 의해 형성될 수 있다. 이러한 형태의 호수는 통상적으로 다음과 같은 여건에 따라 며칠 또는 몇 주간 형성된다.

- 물 및 침전물 흐름

- 방벽의 크기 및 형태

- 방벽 형성 물질

- 방벽 침투율

단지 몇 개의 방벽 호수들만이 몇 달 또는 몇 년간 생존하며 이후 장기 균형적인 상태에 도달하는 것은 거의 드물다. 방벽 호수형태가 발현한 이후 우선적으로는 최소한 부분적으로도 방벽을 제거하여 유량 흐름을 원활히 하는 것이다. 거대 방벽의 경우는 지역의 기후여건이나 구조에 의존해 장기적 위험요인으로 지속될 여지가 있다. 따라서 보다 장기적인 해결방안이 연구되고 이행될 필요가 있다.

위성 사진과 원격 감지 기술 등은 시간적 사진 비교를 통해 최근 형성된 호수 형태를 쉽게 감지하게 해 준다. 또한 산사태의 유형과 형태, 발생 메커니즘들을 인지하는데 도움을 주기도 한다.

호수 지역과 평균 깊이에 대한 기본적인 측량은 방벽 실패의 경우 호수의 최대 용량 방출을 추정하기 위한 경험적 관계 활용이 가능하다. 이러한 정보는 잠재적으로 홍수위험에 노출된 하류 지역의 빠른 위험성 평가에 상당히 중요하다.

접근이 가능한 경우에는 전문가에 의한 지표면 점검도 필수적이라 하겠다. 현지 방문은 산사태 댐의 지형, 물질 현태, 내부적 구조 등에 대한 확증을 가능하게 한다. 산사태 유형의 평가는 원 지대에서의 암반 속성 및 형태, 거리와 고도 등을 포함해 필수적인 관측이 필요하다.

4. 권고안

- 인공댐

지진 영향 지대 이내의 모든 댐에 대한 일관되고 고정적인 위험 평가에 대해 수정 및 완성이 요구된다. 위험평가는 전체 댐 그룹의 위험 프로파일을 줄이는 것을 목적으로 하여 재건과 현대화를 우선적으로 고려하여 가이드 되어야 한다. 세계은행과 중국정부는 수많은 댐의 위험을 인지하고 위험 지표에 기초한 우선순위 선정을 위해 정량적 위험평가 기술을 이용한 포트폴리오 위험 평가를 수행해오고 있다.

위험 평가는 예방 실행 차원에서도 이점이 있다. 위험 평가는 모든 고위험 댐에 대해 수행되어야 하며 규칙적으로 업데이트되어야 한다. 위험평가가 완벽할 필요는 없다. 그 평가 수준은 경우에 따라 적합하게 이행될 수 있는데 반 정량적인 경우 다량의 댐에 대해서는 실증분석이 효율적인 분석도구가 될 수 있다. 적절한 기술적 지원은 설계와 건설, 운영, 그리고 소규모 지방 댐에 대한 현대화 등에 대해 제공되어야 하겠다. 지역 댐에 대한 세부조사가 완료되어야 하며 보다 많은 지역에서 조사가 이루어져야 한다. 이때 저수지 물의 양은 최우선적으로 모니터 되어야 할 정보라 하겠다.

방벽 호수

방벽호수 발생은 확률적으로 더 발생이 높은 지역에 대해 모니터가 이루어져야 할 것이다. 이때 위성 이미지와 원격 감지 기술들이 그 위험 관리를 위해 필수적인 도구이다. 긴급 조치의 성공적인 이행 이후에 일정 기간 동안 지속된 방벽호수는 모니터링과 적절한 조기경보 시스템이 요구된다. 어떤 경우는 위험 제거 및 저감을 위한 구조적 조치들도 요구되는데, 이러한 조치들은 수력발전, 관개, 수자원 공급 등과 같은 사회적 서비스 공급의 기회가 되기도 한다.

재해 위험에 대한 주거민의 교육과 인지는 그들이 장기간 방벽 호수 주변에 거주하길 원하여 거주하는 기간 동안 필수적으로 제공되어야 한다. 어떤 경우는 위험 평가가 모니터링과 조기 경보 시스템의 운영과 설계를 위한 강력한 도구가 될 수 있다. 장기간 지속되는 방벽호수는 인공 저수지의 경우에 사용된 것과 같은 비상 대응 계획이 적절히 수립되어야 한다.