항만준설 유보율

왜 배우는가: 항만준설은 수심을 확보하고 매립지를 조성하는 핵심 공정이다. 준설토를 얼마나 매립지에 남길 수 있는지에 따라 토량 산정과 매립 계획이 달라지므로 유보율을 정확히 이해해야 한다. 시험에서는 정의, 계산 방식, 토질별 차이를 묻는 형태로 반복 출제된다.

출제 이력: 제135회 1교시 10번, 제89회 1교시 7번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

답안 첫 줄 정의:

항만준설 유보율은 준설토를 매립지에 투입한 양 대비 매립지 안에 남아 유지되는 토량의 비율이다.

핵심 키워드

• 준설(Dredging): 수중에서 토사를 굴착하여 제거하는 작업이다.
• 준설토: 준설 작업으로 굴착되어 나온 흙과 모래의 혼합물이다.
• 투입토량: 펌프 등으로 매립지에 공급된 준설토의 양이다.
• 유보토량: 투입토량 중 매립지 안에 남은 토량이다.
• 월류수: 매립지에서 물이 넘쳐 배출되는 물이다.
• 세립분: 입경이 작은 점토와 실트 성분이다.
• 배사: 준설토를 매립지로 보내는 송출 작업이다.

2. 개념 풀이

쉽게 말하면 유보율은 펌프로 보낸 흙이 매립지에 얼마나 남는지를 나타내는 비율이다. 정식으로는 유보토량을 투입토량으로 나눈 값에 100을 곱해 백분율로 표시한다.

$\eta = \frac{V_r}{V_i} \times 100\%$

여기서 \eta는 유보율(%), V_r은 매립지 내 유보토량(㎥), V_i는 매립지에 투입된 준설토량(㎥)이다. 두 토량은 같은 기준의 체적으로 맞춰 써야 한다.

유보율이 생기는 원리는 입자의 침강 속도 차이에 있다. 준설토는 물과 섞인 상태로 매립지에 들어간다. 굵은 모래는 빠르게 가라앉아 매립지 안에 남는다. 반면 점토와 실트는 가라앉는 속도가 느려 물과 함께 월류수로 빠져나간다. 이 때문에 세립분이 많을수록 유보율은 낮아진다.

위 표는 토질에 따른 유보율의 상대적 차이를 보인다. 같은 준설량이라도 모래 중심 준설토는 매립지에 많이 남고, 점토 중심 준설토는 탁수와 함께 많이 유실된다. 따라서 준설 계획 단계에서 토질 조사 결과를 반영해야 한다.

유보율은 토질 외에도 배사 방법과 매립지 내 체류 시간의 영향을 받는다. 배사 속도가 빠르면 세립분이 충분히 가라앉지 못해 유보율이 떨어진다. 반대로 체류 시간이 길면 세립분의 침강이 늘어 유보율이 높아진다. 실무에서는 이 두 요소를 함께 조정하여 유보율을 관리한다.

3. 등장 배경과 필요성

항만은 선박이 안전하게 접안하고 운항하도록 수심을 확보해야 한다. 이를 위해 대량의 준설 작업이 필요하며, 그 결과 막대한 양의 준설토가 발생한다. 준설토는 매립재로 재활용하는 것이 경제적이므로 매립 계획과 연계하여 관리된다.

준설토를 육상으로 운반하거나 해역에 투기하는 방식은 비용이 크고 환경 제약이 따른다. 따라서 매립지에 얼마나 남길 수 있는지를 미리 예측해야 한다. 유보율은 이 예측의 핵심 지표가 된다. 설계 단계에서 유보율을 기준으로 투입토량을 산정하면 필요한 매립고를 확보할 수 있다.

유보율을 과소하게 잡으면 매립지의 높이가 부족해져 설계 고를 맞추지 못한다. 반대로 과대하게 잡으면 필요 이상의 준설을 수행하게 되어 공사비와 공기가 늘어난다. 두 경우 모두 시공 계획의 신뢰도를 떨어뜨린다. 그러므로 유보율은 공사비, 공기, 환경 영향을 함께 고려하는 판단 기준으로 쓰인다.

환경 측면에서도 유보율은 중요하다. 세립분이 많이 유실되면 주변 해역의 탁도가 높아지고 수질과 해양 생태에 영향을 준다. 따라서 유보율을 높이는 배사 관리와 오탁 방지 대책이 함께 요구된다. 이러한 필요성 때문에 유보율은 준설 매립 공사의 기본 관리 항목으로 자리 잡았다.

4. 구성요소·원리·절차

항만준설에서 유보율은 투기장에 투입한 준설토 가운데 투기장 안에 남는 토사의 비율이다. 준설토가 투기장 밖으로 빠져나가면 수역의 탁도가 올라가 오탁 대책이 필요해지고, 같은 토량을 다시 처리해야 하므로 공사비도 늘어난다. 그래서 유보율은 투기 관리의 핵심 지표다.

$R = \frac{V_r}{V_i} \times 100\,(\%)$

R은 유보율(%), V_r은 투기장 내 잔류 토량(㎥), V_i는 투입 준설토량(㎥)이다. 이 식은 투입한 흙 가운데 얼마가 남았는지를 보므로, 값이 낮을수록 유실이 많다는 뜻이다.

유보율은 투기장 내 잔류 토량을 투입 준설토량으로 나눈 비율이다.

각 구성 요소는 토사를 얼마나 가두느냐에 맞춰 함께 설계한다. 제방이 낮으면 물과 함께 토사가 넘치고, 배수가 빠르면 토사가 가라앉을 시간이 줄어든다. 따라서 준설선만 키우거나 제방만 높이는 대책은 한쪽의 문제만 푼다.

원리는 입자 크기에 있다. 모래 같은 조립분은 빨리 가라앉아 투기장에 남는다. 점토와 실트 같은 세립분은 가라앉는 속도가 느려 배수와 함께 빠져나가기 쉽다. 따라서 세립분 비율이 높은 준설토일수록 유보율은 낮아진다. 같은 준설선을 써도 토질이 다르면 결과가 크게 달라지는 이유다.

배수구 위치도 중요하다. 배수구를 투입 지점에서 멀리 두면 토사가 가라앉을 거리가 늘어나 잔류 토량이 많아진다. 반대로 배수구가 투입 지점 가까이 있으면 흙탕물이 곧바로 빠져나가므로 유보율이 떨어진다. 그래서 투기장 형상에 맞춰 배수구 위치를 정하고, 투입구와 배수구를 최대한 떨어뜨린다.

현장에서는 탁수 농도를 일정 간격으로 재고, 농도가 올라가면 투입 속도를 낮추는 방식으로 대응한다. 측정 결과는 기록으로 남겨 다음 투기 계획에 반영한다. 이렇게 하면 유보율 판정이 사후 결과에만 기대지 않는다.

절차는 다음 순서로 진행한다.

• 준설 대상 토질을 조사하여 입도 분포를 확인한다.
• 투기장 제방의 높이와 여유고, 배수 위치를 정한다.
• 준설토를 투기장 안에 이송하고 투입 위치를 분산한다.
• 투기 중 배수의 탁도와 농도를 측정한다.
• 잔류 토량으로 유보율을 산정하여 기준과 비교한다.
• 기준에 미달하면 배수 조건을 바꾸거나 투입 속도를 조정한다.

5. 관련 법령·기준·표준

항만공사는 「항만법」에 따라 시행한다. 항만법은 1967년에 제정되었고, 1991년 전면 개정으로 항만공사의 인허가 절차가 간소화되었다. 비관리청이 항만공사를 실시할 때는 실시계획의 승인을 받는다. 준설 설계와 토량 산정은 한국항만협회가 제·개정하는 항만 및 어항 설계 기준을 따르고, 투기와 배수 시공은 항만 및 어항공사 전문시방서를 따른다.