KIGAM 한국지질자원연구원

여름철만 되면 크고 작은 산사태가 한반도 곳곳을 덮쳤다. 20명의 군인 목숨을 앗아간 철원 군부대 산사태, 태풍 루사에 따른 산사태, 서울 우면산 산사태 등 크고 작은 산사태가 국민의 안전을 위협했다. 특히 우면산 산사태는 시내 한복판에서 벌어진 터라 그 충격이 더컸다. 산사태가 도심 생활권에서도 발생할 수 있다는 사실에 많은 국민은 불안감에 휩싸였다. 뿐만 아니다. 도로에서는 땅 꺼짐 현상이 불시에 발생해 보행자, 차량 운전자의 안전을 위협하기도 했다. 이들의 공통점은 예측할 수 없어 그 피해도 걷잡을 수 없다는 점이다. 지질재해로부터 안전한 세상을 만들기 위한 KIGAM 지질환경재해연구센터의 고민과 노력을 들여다본다.

안전 대한민국을 위한첫 걸음
지질재해 조기 예측과 경보를 위한 기술 개발

* 인류의 미래를 위협하는 지질재해

무더운 여름날, 가뭄을 해갈하는 반가운 장맛비. 하지만 갑자기 쏟아진 폭우로 피해가 발생하는 경우도 있다. 산사태와 싱크홀이다. 2011 년 서울 우면산에서 발생한 산사태는 사상자가 70여 명에 달했을 정도로 심각한 피해를 줬다. 얼마 전에는 경부고속도로 신갈분기점 인근 공사장에서 갑자기 쏟아진 폭우로 축대가 무너지는 사고가 발생한 바도 있다.

특히 우리나라는 기후 특성상 연간 강수량의 60~70%가 6월~9월에 집중한다. 따라서 태풍, 장마, 집중호우가 이 시기에 발생한다. 산사 태, 토석류(산에서 흙, 돌, 바위, 나무 등이 물과 섞여 빠른 속도로 흘러내리는 현상), 싱크홀, 도시 홍수, 하천 범람, 강풍 피해도 이 시기에 집중될 수밖에 없다.

그렇다면 태풍 등이 발생한 이후, 산사태와 싱크홀이 발생하는 이유는 무엇일까. 강우로 인해 지표면 및 지표하의 프로세스가 변해서다. 비가 오면 땅속으로 빗물이 침투한다. 이때 흙의 활동력은 증가하는 반면 흙을 지탱하던 저항력은 감소한다. 산사태가 발생하게 되는 메커니즘이다.

싱크홀은 자연적 요인과 인위적 요인으로 발생한다. 퇴적암이 주를 이루는 지역에 비가 오면, 지하수가 토양으로 침투한다. 침투한 지하 수는 토양 입자와 입자 사이에 물이 충진되게 하는 작용을 하고, 이로 인해 지하수층이 형성된다. 지하수는 지속적으로 움직이기 때문에 토양은 어느 특정한 공간으로 빠져나가야 한다. 이때 지반 침하즉 싱크홀이 자연적으로 발생한다. 혹은 탄산칼슘으로 이뤄진 석회 암이 물과 만나면 침식이 일어나는데 이때 빈 공간이 형성된다.

이 공간이 상부의 무게를 견디지 못해 붕괴되어 싱크홀이 발생하기도 한다. 인위적인 발생은 대부분 인간의 활동 때문이다. 지하철 건설, 상수도관 파열 등으로 지하공간이 붕괴한다.
그러면 지질재해가 발생하기 전, 징후를 예측하고 예방하는 방법은 없을까? 지질환경재해연구센터는 그 해답을 찾고자 다양한 연구 개발에 집중하고 있다.

* 산사태 예보 가능한 조기 경보 시스템 개발

지질재해 피해를 최소화하기 위해서는 ‘정확한 예측’과 ‘조기 경보’가 중요하다. 이를 위해 지질환경재해연구센터는 지질재해 데이터를 과학적으로 수집하고자 IoT(Internet of Things) 기반의 산사태 모니터링 시스템을 전국 국립공원에 설치해 운영하고 있다. 이는 우리 나라 지질 특성에 최적화된 산사태 감시 시스템으로 현재까지 지리산 3개소, 설악산 2개소, 속리산, 주왕산, 덕유산, 무등산, 계룡산, 월출산에 각 1개소 총 11개소가 운영되고 있다.

산사태 감시 시스템은 비가 땅속에 스며드는 과정에서 발생하는 다양한 지질학적 특성 변화를 정밀하게 측정할 수 있다. 시스템에는 지질 특성별 위험 임계치값이 입력되어 있는데, 만약 산사태를 발생 시킬 수 있는 임계치 이상의 값이 계산되면 이는 KIGAM 모니터링 상황실로 전송된다. 특히 지질환경재해연구센터는 이렇게 축적된 자료를 바탕으로 국립공원뿐만 아니라 도심에도 적용할 수 있는 신뢰도 높은 산사태 조기 경보 기술도 개발할 계획이다.

한편, 강우 레이더 자료를 활용한 ‘산사태 조기 경보 기술’도 연구 개발 중이며, 이 기술을 바탕으로 현재 개발하고 있는 물리 역학적 모델에 적용하여 산사태 피해 범위를 산정하고 더욱 고도화된 산사태 조기 경보 시스템을 개발할 예정이다.

* 인류 안전을 위한 협력과 상생

싱크홀 예방을 위해 조직된 ‘UGS융합연구단’과 함께 국민의 안전한 삶을 보장하기 위한 기술도 연구하고 있다. UGS융합연구단은 KIGAM을 비롯해 한국전자통신연구원, 한국건설기술연구원, 한국철도기술연구원 등 정부출연연구기관으로 구성된 조직으로 사회현안을 해결하고자 결집된 일종의 ‘드림팀’이다. 2015년 조직된 이래 지난 3년간 UGS융합연구단은 사회적으로 불안감을 조성하고 있는 싱크홀을 해결하고자 노력하고 있다.

이에 KIGAM은 연구기관의 특성을 살려 지하수와 지반 환경 분석 기술 개발에 주력하며, ‘싱크홀 방지’라는 하나의 목표를 향해 연구에 매진하고 있다. 그 결과 UGS융합연구단은 지하 공간 안전관리 시스 템을 사업화하는 등 괄목할만한 성과를 이뤘다. 이러한 노력은 지하 공간 안전관리 시스템 구축으로도 이어나갈 예정이다.

지질환경재해연구센터는 지질재해연구실, 환경지질연구실, 제4기연 구실이 통합되어 ‘세계 선도 수준의 기후변화 적응 지질환경 통합관 리기술’ 구축을 목표로 다양한 연구를 수행하고 있다. 기후변화로 발생하는 자연재해 위험 및 환경오염 연구, 한반도 아열대화 등 미래 환경 변화를 미리 예측하고 이에 적응하기 위한 다양한 과학적 근거를 제시하고자 한다.

지질재해는 예측할 수 없어 더욱 무섭다. 관련 피해는 걷잡을 수 없다. 때문에 예측과 예방이 필요할 수밖에 없다. 지질재해를 예방하기 위해 통합적인 솔루션을 연구 개발하고 있는 지질환경재해연구센터.

지질환경재해연구센터의 노력이 KIGAM의 경쟁력을 높이는 한편, 세계적인 지질연구기관으로 우뚝 설 수 있는 밑거름이 될 수 있기를 바란다.