지하수저류댐

왜 배우는가: 지하수저류댐은 물 부족 상황에서 지하수를 안정적인 수원으로 확보하는 대표 수단이므로 실무 계획에서 자주 검토된다. 시험에서는 유형 분류와 입지 조건을 묻는 문제가 반복되므로 정의와 유형을 정확히 구분해야 한다.

출제 이력: 제137회 3교시 6번, 제134회 1교시 3번, 제101회 3교시 6번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

지하수저류댐은 지하수의 흐름을 지하에서 막아 지하수위를 높이고, 저장된 지하수를 우물로 취수하는 구조물이다.

지하수저류댐은 지표 위에 물을 가두는 일반 댐과 달리 대수층 내부에 물을 저장한다. 지하에 저장하는 방식이므로 증발 손실이 적고, 상류 쪽 지하수위가 올라가 취수가 쉬워진다. 이 시설은 건조 지역과 섬처럼 지표수 확보가 어려운 지역의 수자원 문제에서 출발한다.

• 지하댐: 지하수저류댐과 같은 뜻으로 널리 쓰는 명칭이다.
• 지표하형 댐: 지하 벽을 지표 바로 아래까지 설치하는 형식이다.
• 모래저장형 댐: 퇴적된 모래 공간에 물을 저장하는 형식이다.
• 대수층: 지하수를 함유하고 흘려보낼 수 있는 지층이다.
• 지하수위: 지하수가 채운 면의 높이이며 취수 능력을 좌우한다.
• 불투수층: 물이 거의 통과하지 못하는 암반이나 점토층이다.
• 차수벽: 지하수 흐름을 막기 위해 설치하는 벽체이다.

2. 개념 풀이

지하수저류댐은 대수층의 지하수 흐름을 지하에서 차단하거나 제한하여 상류 쪽에 지하수를 저장하는 시설이다. 저장 공간은 모래와 자갈 등 지층 사이의 빈 공간이며, 지표면 위에 물을 가두는 저수지와는 저장 위치가 다르다. 다만 형식에 따라 벽체나 퇴적층이 지표 위로 일부 올라오므로 지상과 지하의 구분은 상대적이다.

원리는 지하수의 흐름 특성에 있다. 지하수는 수위가 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐르므로, 지하에 벽체를 세워 흐름을 막으면 벽 상류의 지하수위가 올라간다. 수위가 오른 만큼 포화된 지층의 저장량이 늘고, 그 물을 우물로 퍼 올려 이용한다. 물이 지하에 머무르므로 지표 저수지에서 생기는 증발 손실도 줄어든다.

핵심 용어는 다음과 같다.

• 지표하형 댐(sub-surface dam): 불투수층에서 지표면 바로 아래까지 대수층을 가로지르는 지하 벽을 설치하는 형식이다. 벽체는 벽돌, 돌, 콘크리트, 강철 또는 PVC 등으로 만들 수 있으며, 벽 뒤에 저장된 물이 지하수위를 올린다.
• 모래저장형 댐(sand storage dam): 하천이나 와디를 가로질러 지표 위에 쌓은 둑이다. 상류에 퇴적된 모래가 물을 저장하며, 홍수가 댐 정상을 넘지 않도록 댐 본체를 견고하게 설계해야 한다.
• 불투수층: 물이 거의 통과하지 못하는 암반이나 점토층이다. 지하 벽은 이 층까지 내려가야 흐름을 완전히 막을 수 있다.
• 대수층: 지하수를 저장하고 흘려보낼 수 있는 지층이다. 지하수저류댐은 이 지층의 흐름을 막아 저장량을 늘린다.

두 형식을 결합한 구조도 가능하다. 하천 바닥에 지표하형 벽을 설치한 뒤 벽을 지표 위로 높이면 상류에 퇴적물이 더 쌓여 저장 용량이 커진다. 모래저장형 댐은 모래가 쌓일 공간을 확보하기 위해 바닥을 굴착하여 도랑을 만든 뒤 댐을 축조한다. 쌓인 모래는 물을 저장하고 증발을 막는 데 기여한다.

3. 등장 배경과 필요성

우리나라는 연평균 강수량이 세계 평균보다 많지만, 인구가 많아 1인당 강수량은 세계 평균에 크게 못 미친다. 강수가 한철에 집중되는 기후 특성 때문에 댐과 보로 물을 모아 두는 방식에는 한계가 있다. 가뭄이 길어지면 저수지의 물도 결국 지하수에서 공급되므로, 평소에 지하수를 인공적으로 늘려 계획적으로 활용하려는 요구가 커진다. 지하수저류댐은 이 요구에 맞춰 지하수 자체를 저장하는 대안이다.

지하수는 지속 가능한 수원이지만 그동안 무분별하게 개발되어 왔다. 무분별한 개발은 지하수위를 낮추고 지하수 오염을 일으키므로, 지하수를 계획적으로 관리하고 저장하는 시설의 필요성이 커졌다. 지하수저류댐은 지하수위를 높이는 효과가 있어 이런 관리 수단으로 검토된다.

지표 저수지를 만들기 어려운 건조 지역에서는 증발 손실을 줄이면서 수자원을 확보할 방법이 필요하다. 지하댐은 물을 지하에 두므로 증발을 억제하고, 모래층에 저장된 물은 장기간 이용할 수 있다. 아프리카 북동부나 브라질의 건조 지역에서 가장 흔하게 쓰이는 까닭이 여기에 있다.

연안 도서 지역은 갈수기에 제한급수를 하는 실정이 있어 안정적인 식수원이 필요하다. 또한 바닷물이 담수 대수층으로 들어오는 해수침투를 막는 목적으로도 지하댐이 건설된다. 이처럼 지하수저류댐은 수량 확보와 수질 보호를 함께 고려하는 수단이다.