투수성 지반위에 축조된 저수지나 하천의 제방은 수두차로 인하여 기초지반을 통한 침투가 발생하며, 하류사면의 하단부에 과도한 간극수압이 형성되어 제방의 안정에 위험이 초래될 수 있다. 이러한 경우 제방 하부에 설치하는 감압정은 침투에 대한 안정성을 확보하기 위해 유용하게 활용할 수 있는 대책공법이다. 미국, 뉴질랜드, 이란 등 세계 여러 국가에서 이를 폭넓게 사용해 왔고, 이론적인 해석방법이 정립되어 있음에도 국내에서는 댐이나 하천의 설계기준에 아직까지 반영되고 있지 않으며, 적용 사례도 거의 없는 실정이다.
감압정의 설치는 1930년대부터 미국을 중심으로 활발히 적용되기 시작하면서 많은 기술발전이 이루어져 왔다. 감압정의 해석은 주로 USACE의 이론적 방법, 전기적 방법, 이론적 방법에 근거한 컴퓨터 프로그램 등에 의존해 왔으며, 최근에는 수치해석 기법도 많이 활용하고 있으나, 제방의 종단방향으로 규칙 또는 불규칙적인 간격을 두고 설치하는 감압정의 효과를 2차원 평면해석으로 분석하는 것은 한계가 있으며, 3차원 수치해석 프로그램으로 해석이 유효한 것으로 많은 연구에서 보고되고 있다.
본 논문에서는 감압정의 적용시 제방의 침투거동 특성을 규명하기 위해 현장사례 조사, 이론 해석, 그리고 3차원 수치해석을 수행하였다. 현장 사례는 국내에서 아직까지 적용한 사례가 없어 미얀마 농업용 댐 대상지의 감압정 실측결과를 수집하여 활용하였다. 이론적 방법에 의한 해석결과와 현장에서 실측된 결과를 분석하여 감압정의 효과를 평가하였으며, 이를 토대로 감압정 적용시 문제점과 개선사항을 제시하였다. 3차원 해석에 적용한 동일조건의 농업용 저수지 제방에 감압정의 직경, 관통율, 간격, 투수계수, 지층두께를 변화시키면서 USACE(1993)의 이론적 접근방법으로 유량과 수두변화 등 침투특성을 분석하였다. 유한요소 참투해석 범용프로그램인 midas GTX NX를 이용한 3차원 수치해석에서는 이론해석에서 분석한 동일 단면에 대해 감압정의 직경, 관통율, 간격과 저수지의 수위를 변수로 적용하여 제방의 침투거동 특성을 분석하였다. 본 연구를 통해 도출된 주요 결과를 요약하면 다음과 같다.
1) 해외 사례분석을 통해 제방의 침투관리 효율을 높이기 위해서는 감압정의 직경, 간격, 관통율을 적정한 조합으로 설치하여야 함을 확인하였다. 또한 현장의 사례로부터 감압정의 유지관리, 간극수압과 유량 계측관리, 지속적인 성능 평가, 필요시 추가설치 등도 제방에서 감압정 적용시 중요한 고려요소임을 확인하였다.
2) 농업용 저수지 제방의 침투안정성 확보를 위해 감압정을 적용하는 조건으로 수행한 USACE 이론해석, 3차원 수치해석 결과로부터 직경, 간격, 관통율이 침투거동에 상호 영향을 미치는 중요한 인자임을 확인하였다. 해석결과로부터 감압정의 직경은 40cm, 간격은 25m, 관통율은 50% 이상에서 효율이 저하됨을 확인하였으며, 감압정의 설계시 이들 경계 값을 중요한 요소로 고려할 필요가 있다.
3) 3차원 수치해석에 의해 확인한 감압정의 직경, 간격, 관통율 변화에 따른 감압정의 효과는 이론해석 결과나 기존연구 결과와도 일치하며, 이를 통해 3차원 수치해석이 유용하게 활용될 수 있음을 확인하였다.
4) 본 논문에서 수행한 현장사례 분석, 이론해석, 3차원 수치해석 결과로부터 감압정의 관통율-간격, 직경-유량, 투수층두께/간격-유량 관계식을 유도하여 제안하였다.