최근 기후변화와 극한 강우 등 기후위기 시대에 직면한 수자원시설의 안전성 강화 및 물환경 개선을 위해 선제적이고 정량적인 안전관리 체계 구축에 기여하기 위한 연구들이 진행돼 이목을 집중시키고 있다.
이 연구들은 수자원시설의 건설공사 시 수중가시설의 실시간 안전감시 경보 기준 마련 연구와 댐·하천 정화를 위한 부유물 차단시설의 효과분석 및 최적 구조설계·검토 연구다. 

수중가시설과 같은 고위험 구조물의 안전관리는 지금까지 일부 경험적 판단과 유사 시설의 관리기준에 의존하고 있는 실정으로, 아직 수중가시설에 대한 명확한 관리 기준이 부재하다. 
또한, 최근 기록적인 폭우로 인해 전례 없는 고유속이 발생하고 하천 유입 부유물이 집중되면서 기존 차단시설의 설계 한계를 초과하는 이상기후 현상이 빈발하고 있는 상황이다.
이에 K-water연구원에서는 댐 안전성강화사업 및 댐 하천 부유쓰레기 현대화사업 등의 실제 사례를 바탕으로 기후변화 및 극한 강우에 직면한 수자원시설의 안전성을 강화하기 위한 연구를 수행했다.

연구내용
연구진은 댐 안전성강화사업의 일환으로 현재 운영 중인 댐을 대상으로 ‘건설공사 수중가시설 실시간 안전감시 경보 기준 검토’ 연구를 수행했다.
지금까지는 수동 측량에 의존한 공사 안전관리를 시행, 실시간 계측기 기반의 안전감시 사례가 마련돼 있지 않은 상황이다. 특히, 기존의 경우 일정 기간 실측된 계측 데이터의 평균이나 분포를 바탕으로 안전율을 고려해 관리기준을 설정하고 있다. 하지만, 계측 데이터는 이미 안전한 상태에서 나온 값으로, 단순히 안전율만 적용해서는 실제 구조물의 극한 거동과 같은 한계상태를 반영하지 못하는 단점이 존재한다는 지적이 있다.
이에 이 연구에서는 댐 안정성강화사업 건설공사 중수중가시설 수중가시설의 현재 계측 모니터링 기준에 대한 적정성을 검토, 문제점과 보완사항을 도출하고, 이를 토대로 새로운 관리기준 방안을 제시했다. 
새롭게 마련된 관리기준을 살펴보면, 수직변위량, 수평변위량, 경사각 모두에 대해서 국내외 관련 계측기준을 종합적으로 고려했으며, 구조해석을 통해 실제 시설물의 한계상태를 예측하고 이를 계측 데이터와 비교해 합리적이고 정밀한 계측 관리기준 설정을 제안했다.
이 같은 고위험 및 수중가시설의 실시간 안전관리를 위한 계측 데이터 기반 관리 기준 마련은 스마트 안전관리 정착에 기여할 것으로 전망된다. 
또한, 선도사업장 실증 기반으로 구축된 실시간 수중가시설 안전감시 및 대응방안 마련을 통해 K-water 후속 댐 사업에 확대 적용 가능성도 확보할 것으로 예상된다. 

한편, 연구진은 댐·하천 정화를 위해 ‘부유쓰레기 현대화사업 효과분석(차단성능) 검토’ 연구에서 기존 와이어로프 차단시설 대비 현대식 PE부잔교 차단시설의 부유물 최대 차단량 및 구조적 안전성 등을 비교·검토해
부유물 차단시설의 최적 구조설계 방안을 제시했다.  이번 과제는 기후에너지환경부에서 추진하는 ‘댐 상류 하천 쓰레기 정화사업’의 향후 추진방안 결정을 위한 부유물 차단·인양장치 도입 효과 검증을 위해 진행했다. 
연구진은 와이어로프형과 PE부잔교형 등 각각의 형식에 대한 경제성과 구조안전성, 차단량에 대한 비교·분석 연구를 수행했다. 
구조안전성 분석 부문에서는 유속, 풍속, 파랑 등 현장 환경조건을 반영해 시설물에 작용하는 하중을 산출하기 위해
하천정보 및 부유물량 조사, 차단시설 형식 조사, 관련 설계기준 및 논문 등을 검토한 후 차단시설의 최대 발생 인장력을 산정했다. 차단량 분석 부문에서는 부유물 차단 한계 물량 도출을 목표로 시설이 견딜 수 있는 최대 작용하중을 유속 변화에 따른 차단 가능 물량으로 변환, 분석했다. 
분석 결과로는 차단시설 작용하중의 경우 기존 와이어로프형이 현대식 PE부잔교형 대비 하중을 받는 면적이 작아 유속, 풍속, 파고에 의한 작용하중이 약 3배 정도 적게 발생한 것으로 나타났다.
반면, 차단성능의 경우 PE부잔교형이 기존 와이어로프형 대비 약 4배 정보 부유물량의 차단이 가능한 것으로 분석됐다.
이 같은 연구를 통해, 향후 댐·하천 정화 차단시설은 물론 다양한 수리시설에 대해서도 이상기후에도 대응할 수 있는 구조설계 최적화 방안을 마련할 수 있을 것으로 예상된다.

기대효과
댐 수중가시설 공사에 적용된 실시간 계측 기반 안전관리·경보 기준을 통해 현장 근로자의 중대 재해를 원천적으로 예방할 수 있을 것으로 예상된다. 
즉, 안전, 주의, 위험 징후를 선제적으로 포착함으로써 구조적 문제에 즉각 대응할 수 있는 골든타임 확보에 기여할 전망이다. 운영 측면에서는 유입되는 거대 부유물을 댐 상류에서 완벽하게 차단함으로써 댐 여수로 수문 작동 불량 등의 치명적인 운영 리스크를 제거하고, 하천의 수질 오염 및 생태계 훼손과 같은 2차 환경 재난을 방지하는 효과도 거둘 것으로 기대를 모으고 있다. 

인터뷰
K-water연구원 조현철 선임연구원은 “이번 연구는 기존 사후 대응 방식에서 벗어나 선제적 대응으로 계측 데이터 기반의 안전관리 모니터링 체계를 확립하고, 극단적 수리 조건에서도 견딜 수 있는 수자원 인프라의 과학적 설계 기준을 구체화하는 연구”라고 소개했다. 
연구는 크게 ‘건설 현장 수중가시설의 실시간 안전관리 모니터링 고도화’와 ‘수리시설(부유쓰레기 차단시설)의 구조설계 최적화’ 두 가지 축을 중심으로 진행됐다. 조 박사는 “‘댐 안전성강화사업 건설공사’와 관련해 수중가시설의 안전을 최우선으로 하고, 이상기후에 적극 대응하기 위해 시공 중인 구조물을 중심으로 GPS와 경사계 기반의 안전관리·경보 기준을 수립했다”고 밝혔다. 
또한, 국내외 설계기준을 총망라해 수평·침하량 등 변위량과 경사데이터를 ‘안전/주의/위험’ 등 3단계로 세분화한 정량적 기준도 마련했다. 기후부의 ‘댐·하천 부유쓰레기 현대화사업’과 연계한 연구에서는 댐 방류 시 부유물의 집중을 막기 위한 차단시설의 최적 구조설계 방향을 도출했다. 이어 “특히, 유속, 풍속, 파고 등 복합적인 설치 환경 조건을 공학적으로 해석해 기존 차단시설과 신규 차단시설의 차단량 및 구조안전성 등 성능을 정량적으로 비교·분석하는 데 집중했다”고 말했다. 

이 같은 연구 수행 과정 중 연구진은 수중가시설과 같은 임시구조물을 대상으로 극한 환경을 반영한 신뢰성 있는 안전관리 기준 도출에 어려움을 겪은 것으로 알려졌다. 
조 박사는 “현재 관련 계측 관리기준이 미흡한 상황에서 국내외 문헌과 기준을 교차 검증하고, 이벤트 발생 조건에 대한 원시데이터 모니터링 한계치를 설정하는 물리적 검토 과정이 구조공학적으로 매우 까다로웠다”고 밝혔다.
이 같은 어려움 속에서도 연구진은 분석된 계측 데이터를 바탕으로 댐 안전성강화사업 등 실제 현장에 즉시 적용 가능한 가시적인 표준을 제시하고, 연구 결과가 실제 현장의 안전을 담보하는 즉각적인 정책 결정으로 이어지는 성과를 도출했다. 이어 “특히, 댐 상류부 부유물 집중 구역에 최적의 구조설계 방향을 제시해 실질적인 환경개선에 직접적으로 기여하게 된 점은 연구자로서 깊은 사명감과 성취감을 느끼는 순간이었다”고 말했다. 
실제로 현재 추진 중인 A댐 안전성강화사업의 안전관리 현장에 이번 연구의 단계별 안전관리·경보 기준이 적용돼 운용되고 있다.
조 박사는 “향후 댐 사업을 통해 검증된 수중가시설 계측 관리기준을 앞으로 추진되는 다양한 사업에 표준 모델로 활용할 계획”이라며, “또한, 기후부의 댐·하천 부유쓰레기 현대화사업의 기본 차단시설 설계를 위한 기반 데이터로 활용할 예정”이라고 소개했다. 이어 “중장기적으로는 이번 성과를 K-water 전사적 차원의 스마트 건설안전과 연계해 향후 발주되는 수중 건설공사 및 부유물 차단시설 설계 시 필수적으로 반영해야 하는 지침 및 가이드라인으로 격상시켜 활용할 계획”이라고 말했다. 
끝으로 조 박사는 “이제는 과거의 강우 빈도나 경험적 판단에 의한 보편적인 설계기준에 머물러서는 안 된다”며, “기후변화 및 인프라 노후화 시대에 대응하기 위해서는 첨단 디지털 기술과의 융복합은 필수적이며,
국가 주요 인프라 시설의 물리적 성능을 실시간으로 평가하고, 사고·붕괴 징후를 사전에 예측하는 스마트 인프라 체계로의 전면 전환이 필요하다”고 강조했다. 
이어 “이를 위해 국가적 차원에서 선제적 재난 대응 R&D에 대한 지속적인 투자와 현장 적용성을 높이기 위한 관련 법·제도의 유연한 개선, 무엇보다 융복합적 사고를 갖춘 차세대 인프라 안전관리 분야의 전문가 육성이 시급히 요구된다”고 말했다.