[한국기술뉴스] 한국건설기술연구원은 바이오폴리머 혼합토를 활용하여 식생 환경을 해치지 않으면서도 홍수로 인한 침식 방지 성능을 향상할 수 있는 친환경 제방 공법을 개발했다고 밝혔다.

기후변화로 인한 국지성 돌발홍수 발생의 빈도가 높아지고 있으며, 2020년에는 2,694개소의 제방과 연결 도로에서 홍수피해가 발생하였다. 연평균 1,000억 원의 재산상 피해가 발생하며, 2,200억 원의 복구비가 소요되고 있다.

국지성 돌발 홍수 때에는 강한 유속으로 인해 제방의 표면이 깎여나가는 침식 현상이 발생한다. 이를 막기 위해 콘크리트 제방을 주로 적용하였으나, 인공 재료로 만들어진 제방은 식물 성장을 방해한다는 문제점이 있다. 이러한 환경 문제로 인해 최근에는 다양한 친환경 제방을 적용하고 있으나, 홍수 시에 유실되는 경우가 많아, 성능적인 측면에서 개선 및 보완이 필요하다.

건설연 이두한 박사 연구팀은 친환경 제방의 문제점을 개선하기 위하여 바이오 신소재인 바이오폴리머를 적용하였다. 바이오폴리머는 미생물의 생체활동을 통해 만들어지는 자연적인 부산물이며, 끈적한 성질이 있는 100% 순수 생체고분자이다.

바이오폴리머 제방은 흙 제방 표면에 분해성 섬유 네트(1년 정도의 시간이 지나면 자연적으로 분해되어 없어지는 섬유 네트)를 설치하고 바이오폴리머 혼합토를 3cm 정도 덮어 조성한다. 

바이오폴리머 혼합토는 바이오폴리머, 점토, 모래, 물, 씨앗, 기타 보조재료 등을 일정 비율로 혼합하여 만들어진다. 연구팀에서는 이 기술을 하천 제방에 적용하기 위하여 혼합토의 조성 개선(혼합토의 입자 크기, 모래와 점토의 적정비율)을 검토하고, 천연섬유 첨가, 매트류(흙의 유출을 막는 망)의 결합을 통해 홍수 때 침식 방지 기능을 크게 향상시켰다.

바이오폴리머 제방 공법은 기존 공법 대비 홍수 대응 성능이 60% 이상 우수하다. 기존 친환경 공법은 최대 3m/s의 유속을 견딜 수 있지만, 개발 공법은 5m/s의 유속에서도 침식이 발생하지 않는다. 3m/s의 유속은 하천 바닥에 잠겨 있던 사람 머리 크기의 돌들이 움직이는 속도이며, 5m/s의 유속은 콘크리트 제방의 토사들이 유실되기 시작하는 수준의 속도이다.

또한, 경제성 측면에서도 기존 공법과 비슷한 수준으로 나타났다. 시공방법도 바이오폴리머 혼합토를 분사하는 방식이라 별도의 사전 공사가 필요하지 않다. 따라서 다양한 형태의 제방에 쉽게 적용할 수 있어 기존의 돌망태(철제 망태에 돌을 채운 제방 공법)나 콘크리트 제방을 손쉽게 친환경 제방으로 개선할 수 있다.

2019년부터 국가하천 임진강과 지방하천 충청북도 음성천에 시험 적용하여, 홍수 시 바이오폴리머 제방 공법의 성능과 환경성을 검증하였다. 특히, 2020년 8월에는 임진강 시험적용 구간에서 계획홍수위를 초과하는 200년에 1회 발생 확률의 홍수가 발생하였다. 당시 유속은 4m/s 정도로 추정된다. 시험 적용 제방은 유실이 전혀 발생하지 않고 자연적인 제방의 형태를 유지하였으며, 미적용 구간에서는 침식이 크게 발생하여 개발 공법의 효과를 직접 확인할 수 있었다.

김병석 원장은 “바이오 신소재를 활용한 고강도․친환경 제방 공법은 기후변화 대응과 환경보전을 동시에 가능하게 하는 기술로 활용도가 매우 높다”며 “앞으로 기술지원을 통해 전국의 다양한 하천에 적용할 계획”이라고 밝혔다.