- 과기정통부·연구재단, 바이패스형 샌드댐 개발한 정일문 박사 선정

- 가뭄 대응력 높인 모래댐 기술로 물 복지 사각지대 해결

- ‘지속가능한 지하수자원 개발’이라는 한 우물을 판 수공학자, 물공급 소외지역의 가뭄 해결을 위한 모래댐(샌드댐) 건설 기술 개발 

과기부와 연구재단은 한국건설기술연구원 수자원하천연구본부 정일문 박사를 ‘이달의 과학기술인상’ 11월 수상자로 선정했다. 정 박사는 물 복지 사각지대를 위한 우회형 모래댐을 개발해 지역 맞춤형 용수를 안정적으로 확보하고 가뭄 대응력을 높였다.

▲정일문 박사

과학기술정보통신부(이하 ‘과기정통부’)와 한국연구재단(이하 ‘연구재단’)은 이달의 과학기술인상 11월 수상자로 한국건설기술연구원 수자원하천연구본부 정일문 박사를 선정했다고 밝혔다.

‘이달의 과학기술인상’은 우수한 연구개발 성과로 과학기술 발전에 공헌한 연구개발자를 매월 1명씩 선정하여 과기정통부 장관상과 상금 1천만 원을 수여하는 상이다. 

과기정통부와 연구재단은 정일문 박사가 물 복지 사각지대를 위한 우회형 모래댐(바이패스형 샌드댐)을 개발하여 지역 맞춤형 용수를 안정적으로 확보하고, 가뭄 대응력을 높인 공로를 높이 평가했다고 밝혔다. 

바이패스형 샌드댐은 모래 등 투수성 재료를 채운 후 물을 저장하는 시설로 사막 등 건조 지역에서 주로 활용된다. 바이패스형 샌드댐은 이를 우리나라 기후와 지형에 맞게 개선한 것으로 계곡 하천 곡류부(曲流部)에 건설하여 활용할 수 있다.

우리나라는 광역상수도와 지방상수도 보급률이 약 98%에 달한다. 하지만 상수도가 아닌 계곡수 등에 의존하는 수도 시설이 전국 622개소에 이르며, 이들 지역은 극한 가뭄 시 식수 공급에 어려움을 겪고 있다.

정일문 박사는 산간 등 물공급 소외지역의 항구적인 가뭄 대책 마련을 위해 전통적인 모래댐(샌드댐)을 우리나라 기후와 계곡에 맞게 응용한 우회형 모래댐(바이패스형  샌드댐)으로 개발하여 세계 최초의 상수도 인공 함양 기술로 전환하였다. 

전통적인 모래댐(샌드댐)은 아프리카 등 건조지역에서 홍수로 불어난 물을 막아 토사를 침전시킨 후 그 안의 물을 취수하는 원초적인 기술로 계곡처럼 급류가 흐르는 지형에는 설치가 어렵다.

우회형 모래댐(바이패스형  샌드댐)은 계곡의 흐름을 차단하지 않고 차수벽으로 둘러싼  공간에 모래를 채운 후 주변 계곡수 및 지하수를 유도하여 수량을 확보한다. 모래는 안정적으로 물을 저장할 뿐만 아니라 물을 정수하는 역할도 한다. 

정일문 박사는 춘천시 북산면 물로리 일원에 우회형 모래댐(바이패스형  샌드댐) 실증시험시설을 건설하고, 현장 계측과 지표수-지하수 통합모형   실험을 통해 기존 취수원과 우회형 모래댐(바이패스형  샌드댐)을 연계 운영하였으며, 그 결과 일 평균 281㎥, 최대 462㎥ 만큼의 물 공급을 통해 20년 빈도 가뭄에도 대응 가능한 것으로 평가되었다. 

연구결과는 2022년 6월 수자원공학 분야의 국제학술지 인터내셔널 소일 앤드 워터 컨서베이션 리서치(International Soil and Water Conservation Research)와 같은 해 9월 물과학 전문 국제학술지 워터(Water)에 게재되었다.  

정일문 박사는 “모래댐(샌드댐)은 모래 속에 물을 저장하기 때문에 가뭄에도 증발 손실이 없고 겨울철에도 얼지 않아 산간지역 물부족 해소에 실질적인 기여를 할 수 있다”라며 “춘천시 물로리 모래댐(샌드댐)이 성공적으로 운영된 만큼 앞으로 물공급 소외지역의 물 복지 향상이 기대된다”라고 밝혔다.

'24년 11월 수상자(정일문 박사) 주요 연구성과 설명

<산간지역 물복지 증진을 위한 바이패스형 샌드댐>

ㅇ 증발과 결빙으로부터 자유로운 바이패스형 모래저장댐

샌드댐은 원래 건조 지역에서 연 1-2회 발생하는 홍수를 막아 토사를 침전시키고, 그 안의 물을 취수하기 위해 고안된 기술이다. 이를 우리나라 기후와 계곡에 맞게 응용하여 세계 최초로 상수도 인공 함양 기술로 전환하였다. 계곡의 흐름을 차단하지 않고, 하천 바닥에서 스며 나오는 깨끗한 물을 집수하는 바이패스형 샌드댐으로 설계하였다. 샌드댐 내부에 채운 모래 속에 물이 저장되기 때문에 표면에서 물이 증발하더라도 모래 속 물은 안전하게 보존되며, 겨울철에도 얼지 않는 이중 효과가 있다. 샌드댐 내부의 모래는 보온 및 정수 기능도 한다. 또한 유공관이 모래 입자로 막히지 않도록 필터팩 스크린을 설치하여 깨끗한 물을 사시사철 공급할 수 있게 하였다. 

ㅇ 샌드댐 월류수와 저장된 지하수량을 동시에 해석하는 통합 수문해석 기술

샌드댐의 설계 용량을 결정하기 위해서는 해당 유역의 장기적인 물수지 분석이 필요하다.  과거 발생했던 극한 가뭄 시의 기상 조건에서도 물 공급이 가능하도록 저수 용량과 공급 수량을 평가하였다. 이를 위해 이전 연구에서 개발한 세계 최초의 완전연동형 지표수-지하수 해석모형  SWAT-MODFLOW를 활용하여 테스트베드 유역에 대한 지표수-지하수-취수원 통합 시뮬레이션을 수행하였다. 지표수 유입 조건에 따른 샌드댐 내 3차원 지하수 흐름 해석을 수행하고, 동시에 모형실험과 비교하여 최적의 설계 인자를 도출하였으며, 적용 결과를 다수의 국제 논문집에 발표하였다.