지하댐

왜 배우는가: 지하댐은 지하수를 지표에 저장하지 않고 지하 대수층 안에서 가두어 활용하는 시설이라 수자원 확보와 염수 침입 방지를 함께 다룬다. 지하수 개발이 늘고 해안 지역의 염수 침입 문제가 커지면서 여러 교시에 걸쳐 정의와 목적, 위치선정을 묻는 개념이다.

출제 이력: 제132회 3교시 5번, 제131회 1교시 2번, 제126회 2교시 1번, 제119회 2교시 3번, 제111회 3교시 5번, 제95회 3교시 4번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

지하댐은 지하수의 흐름을 차단하거나 지하에 물을 저류하기 위해 대수층 내부에 설치하는 차수 구조물이다.

• 지하댐: 지하수를 지하에서 가두어 다루는 구조물을 가리키는 용어이다.
• 차수: 물의 흐름을 막는 일이며, 차수벽과 그라우팅으로 확보한다.
• 저류: 지하 공극에 물을 머물게 하여 저장하는 것이다.
• 염수 침입: 과도한 양수로 해수가 내륙 대수층으로 밀려드는 현상이다.
• 대수층: 지하수를 저장하고 유동시키는 투수성 지층이다.
• 투수성: 물이 지층을 통과하는 능력이며 투수계수로 나타낸다.

2. 개념 풀이

지하댐은 지하수의 흐름을 차단하거나 지하에 물을 저류할 목적으로 대수층 내부나 하류 측에 설치하는 차수 구조물이다. 지표에 높은 댐을 쌓는 대신 지하의 투수성 지층에 차수벽을 두어 지하수 흐름을 제어하는 점이 가장 큰 특징이다.

지하수는 Darcy 법칙에 따라 수두 차가 있는 방향으로 흐른다. 지하댐은 차수벽을 설치해 상류 측 수두를 높이고 저류 공간을 확보하므로, 물이 하류로 빠지는 양이 줄고 상류에 물이 쌓인다. 해안 지역에서는 담수 수두가 해수면보다 낮아지면 해수가 내륙 쪽으로 침입하므로, 차수벽으로 이 수두 관계를 지키는 것이 염수 차단의 원리이다.

차수벽은 물이 통과하지 못하도록 지하에 설치하는 불투수성 벽체이다. 점토 코어나 그라우팅 벽체처럼 시공 방식이 다양하다.

저류 공간은 차수벽 상류에서 지하수가 머무는 대수층 공극 부분이다. 저류량은 이 공간의 크기와 공극률에 따라 결정된다.

염수 침입 방지는 담수 수두를 유지해 해수가 내륙으로 밀려들지 않게 하는 것이다.

3. 등장 배경과 필요성

지하수는 지표수에 비해 가뭄과 홍수의 영향이 적어 수량이 안정적이고, 댐 건설처럼 지형의 제약을 크게 받지 않아 전국에 고르게 개발할 수 있는 수자원이다. 이러한 장점 때문에 지하수 이용이 생활용수에서 농업용수와 공업용수로 확대되었다.

우리나라는 관정이 많이 개발되어 있으며, 무분별한 개발과 이용 후 관정 관리 미흡으로 지하수 오염이 진행되고 있다. 지하수량과 수질의 관리 주체가 나뉘어 있어 전문적 관리도 어렵다. 이런 상황에서 지하댐은 지하수를 체계적으로 저류하고 개발량을 조절하는 수단으로 필요성이 커졌다.

해안 지역에서는 과도한 양수가 염수 침입의 직접 원인이 된다. 지표 댐 건설이 어려운 지형에서도 지하에 물을 확보할 수 있으므로, 지하댐은 대체 수원이자 염수 방지 수단으로서 도입이 필요하다. 지하댐은 지표댐이 어려운 지형에서 지하수를 저류하는 대안이다.

4. 구성요소·원리·절차

지하댐은 지하에 있는 대수층의 흐름을 차단하거나 저류 공간을 만드는 구조물이다. 구성요소는 저류 대수층, 차수벽, 취수 시설, 관측 시설로 나뉘며, 각 요소가 맡는 기능과 설계 고려 사항은 다음 표와 같다.