서론

본 연구는 환경유해시설인 광물찌꺼기 적치장의 효과적 유지관리를 위한 모니터링 방안을 수립하기 위해 수행하였다. 폐금속광산에서 발생되는 광물찌꺼기는 가행과정에서도 다양한 환경적인 문제를 야기하지만 개발이 종료된 후에도 비산, 유실, 침출수 유출 등 지속적인 문제를 발생시키고 있다. 이러한 광물찌꺼기로 인한 오염 확산을 차단하기 위하여 한국광해관리공단에서는 ｢광산피해의 방지 및 복구에 관한 법률｣에 근거하여 광물찌꺼기 차폐, 제거, 오염물질의 안정화/고형화 등의 과정을 거쳐 사람과 생물 등의 수용체에 도달하는 경로를 차단하는 광물찌꺼기 유실방지사업을 수행하고 있다.

지금까지 한국광해관리공단에서 수행한 광물찌꺼기 유실방지사업지는 21개소이며, 지자체에서 인수받은 광물찌꺼기 적치장을 포함하여 총 57개소의 사후관리 대상 광물찌꺼기 적치장이 분포한다.

이러한 사후관리 대상 적치장은 지속적인 유지관리가 병행되어야 하나 지금까지 정기적인 현장(육안)조사 등의 현상파악 위주의 모니터링만을 실시하고 있는 상황이다(Mireco, 2012, 2013, 2014). 이러한 기존 모니터링은 결과에 대한 정량화, 객관화가 어렵고 근본적인 해결방안을 제시하는데도 한계가 있다. 따라서 현재 정기적인 현장(육안)조사 위주로 관리되고 있는 광물찌꺼기 적치장에 대하여 세부적인 검토 및 분석을 통한 체계적인 모니터링 및 안정성평가방안이 도출되어야 하며, 궁극적으로 효율적이고 효과적인 유지관리를 위한 모니터링 방안 및 평가기법 개발이 필요하다.

사후관리 표준화

본 연구에서는 광물찌꺼기 적치장 사후관리 표준화를 위해 사후관리 절차를 수립하고 절차별 수행방안을 제시하였다. 또한 모니터링 항목을 재정립하고 점검항목별 세부기준을 설정하여 등급화 하였으며, 등급별 배점을 통해 정량적인 평가가 가능하도록 제안하였다.

사후관리 절차 수립

사후관리는 사후 모니터링과 옹벽구조물 안정성 평가로 구분하여 제시하였다. 사후 모니터링은 육안조사 위주의 점검으로 광물찌꺼기 적치장의 전반적인 상태를 종합적으로 평가하고, 계측 또는 보수․보강 등 후속조치를 필요로 하는 중대결함 파악을 위해 수행하며, 옹벽구조물 안정성 평가는 상태등급이 4등급 이하인 옹벽구조물에 한해 수행하며, 정밀점검 및 안정성 검토 결과로 옹벽구조물의 종합 안정성 등급을 산정하도록 계획하였다(Fig. 1).

Fig. 1.

Procedures for post-monitoring and stability evaluation of retaining wall.

모니터링 항목 재정립

한국광해관리공단에서는 광물찌꺼기 적치장 사후관리 항목을 차수층, 복토층, 식재, 우수배제시설, 유실방지시설, 침출수유도관 등으로 세분하여 각 시설물에 대한 사후관리 기준을 설정하여 관리하고 있다(Table 1).

Table 1. Standard of post management at the tailings loss-prevention project (Mireco, 2016)

사후관리 기준에 따라 수행한 기존 모니터링은 광물찌꺼기, 복토층/사면, 구조물(옹벽/배수로), 유도배수로, 침출수, 식생으로 구분하였으며, 평가항목을 각 시설물에 대해 노출, 비산, 유실, 파손, 막힘 등으로 설정하여 하자발생 ｢있음/없음｣, ｢양호/불량｣과 같이 단순평가를 수행하도록 되어있다. 또한 사후모니터링 항목에 대해 조사의견 및 특이사항을 기재하여 정성적인 평가가 가능하도록 하였다(Table 2). 그러나 이러한 모니터링 방법은 다음과 같은 문제점이 확인되었다.

Table 2. Evaluation item and manner of existing monitoring

첫째, 기존 주 평가항목은 노출, 비산, 유실, 파손, 막힘, 발생, 주변영향 등에 대한 유무(있음/없음)와 단순평가(양호/불량) 등으로 현황을 평가하였으며, 이와 같은 육안검사 및 현상위주의 파악으로는 각 항목에 대한 문제를 정량화하고 객관화하기 어렵다. 이러한 정성적인 평가는 평가자의 주관에 의존하는 경향이 강하기 때문에 평가자의 경험 차에 따라 결과가 달라질 개연성이 있다. 또한 정량적인 평가가 되지 않기 때문에 지속적인 모니터링 과정에서도 하자의 진행사항을 평가할 수 없는 단점이 있다. 둘째, 광물찌꺼기 적치장의 하자가 발생하더라도 그 중요도에 따라 우선순위를 선정하여 처리하는 것이 바람직하나 기존 모니터링 방법에서는 각 항목의 중요도나 하자정도를 고려한 하자보수의 우선순위를 평가하기가 곤란한 측면이 있다. 마지막으로 기존 평가방법으로는 각 평가항목에 대한 불량 발생유무는 확인할 수 있으나 원인에 대한 검토항목이 없으므로 복구를 하더라도 문제의 원인이 제거가 되지 않아 동일한 문제가 지속적으로 발생할 개연성이 있다.

이를 개선하기 위해서는 모니터링을 정량화하고 객관화할 수 있도록 세부적인 모니터링 항목의 재정립 필요하며, 세부항목의 각 평가문항에서는 평가자의 주관이 최소화될 수 있도록 발생 가능한 하자요인에 대한 객관적인 세부기준이 수립되어야 한다. 또한, 각 항목에 대한 점수를 부여하여 최종 평가 시 종합 및 개별 등급을 평가할 수 있는 방안이 마련되어야 하며 중요도에 따라 가중치를 주어 보수 우선순위를 명확한 근거 하에 선정하는 틀을 만들어야 한다. 그리고 모니터링 과정에서 하자의 원인을 정확히 제시할 수 있도록 하여 보수 시 하자원인에 대한 처리가 동시에 이루어질 수 있도록 해야 한다.

이와 같은 문제점을 개선하기 위하여 점검항목을 보완하였다. 광물찌꺼기 적치장의 주요 점검항목으로는 콘크리트 옹벽, 석축, 자연석 쌓기 등의 옹벽구조물과 차수층, 복토층, 사면, 광물찌꺼기, 우수배제시설, 식생 등의 관련시설물 및 광물찌꺼기와 우수 및 지하수가 반응하여 생성․유출되는 침출수로 구분할 수 있다. 이러한 각 항목에서 발생 가능한 하자유형을 세분하여 모니터링을 수행해야 적치장 상태에 대한 상세한 결과를 획득할 수 있다. 본 연구에서는 기존 모니터링 항목을 바탕으로 각 시설물에 대한 모니터링 평가항목을 재정립하였다(Table 3). 또한 점검항목의 상태가 준공 또는 보수한 상태를 유지하는지와 기능이 정상적으로 유지되는지를 평가하여 결함발생 정도에 따라 매우양호, 양호, 보통, 불량, 매우불량의 5단계 등급을 설정하고 등급별로 배점을 하여 정량적 평가가 가능하도록 하였다(Table 4). 이와 같은 평가 기준에 따라 각 점검항목별 특성 및 고유기능을 반영하여 등급별 세부기준을 정립하여 제시함으로써 사후 모니터링 결과의 객관성이 확보되도록 하였다(Table 5).

Table 3. Re-establish for the monitoring items

Table 4. Standard of state assessment

Table 5. Detailed standard of each items

사후 모니터링 방안

본 연구에서는 사후 모니터링을 기존자료 조사 및 정기점검으로 구분하였다. 조사자는 정기점검에 착수하기 전에 기존자료(조사, 설계 및 시공자료, 보수이력, 기존 모니터링 자료 등)를 검토하여 대상 광물찌꺼기 적치장에 대한 기본사항을 숙지하고 이 자료를 바탕으로 모니터링 계획을 수립해야 하며, 절차에 따라 정기점검을 실시해야 한다.

외관조사는 규격화된 점검표, 줄자 등을 활용하여 육안관찰로 수행한다. 조사자는 설계 및 시공자료, 보수자료를 근거로 시설물이 시공 또는 보수한 상태를 유지하고 있는지를 비교․검토하고, 각 시설물에 주어진 기능이 정상적으로 유지되고 있는지를 세부기준(Table 5)에 따라 조사한다. 또한 이전의 모니터링 자료와 비교하여 대상 시설물에 나타나는 결함이 신규로 발생한 것인지 기 발생된 것이지를 판단하고, 기 발생된 결함의 경우 계속 진행되고 있는지 아니면 현상을 유지하고 있는지도 평가해야 한다. 아울러 결함원인을 파악하여 재발방지를 위한 기초자료로 활용될 수 있도록 한다.

보완조사는 정확한 결함의 원인이나 정도 또는 진행성 여부를 판단하고, 육안관찰의 한계를 보완하기 위해 필요하다고 판단될 경우 추가적으로 수행하며, 그 항목은 토양오염도, 토성, 이화학, 투수시험, 지하수위 측정, 광물찌꺼기 및 침출수 오염도 조사, 측량조사 등이 있다.

관리대상별 상태평가는 외관조사 시 관리대상별 세부기준에 따라 수행되며, 보완조사 결과로 조정될 수 있다. 상태평가는 1등급(매우양호, 4점) ~ 5등급(매우불량, 0점)까지 5단계로 산정된다.

상태평가 결과로 산정된 관리대상별 점수에 가중치를 적용하여 결함지수를 산정한다.

가중치는 계층화분석법(Analytic Hierarchy Process, 이하 AHP)을 활용하여 설정하였다. AHP는 의사결정의 목표, 혹은 평가기준이 다수이며 복합적인 경우, 상호 배타적인 대안들의 체계적인 평가를 지원하는 의사결정지원기법의 하나로 본 연구에서는 한국광해관리공단, 학계, 연구소 및 기업체를 대상으로 총 29명의 전문 평가위원을 선정하고 설문조사를 수행하여 가중치를 산정하였다(Table 6).

Table 6. Setting of managed target's weights

결함지수는 외관조사 및 관리 대상별 상태평가에서 산정된 상태점수에 가중치를 곱하여 산출한다. 모든 관리 대상이 1등급으로 평가된 경우 결함지수는 총 400점이 되며, 5등급으로 평가된 경우에는 0점이 된다. 따라서 결함지수의 점수분포는 0~400점이 된다.

결함지수=Σ(관리 대상별 상태점수×가중치)

단, 광물찌꺼기 적치장이 관리 대상물을 모두 갖추고 있지 않은 경우(예: 차수층 미적용 적치장의 차수층 항목)에는 해당 관리 대상물의 결함지수를 제외한 나머지 관리 대상물의 가중치를 100점 만점으로 재환산하여 적용한다.

종합 상태평점은 결함지수를 100점 만점으로 환산해서 적용하며, 0~100점을 5단계로 등분할하여 종합 상태등급을 설정한다(Table 7). 설정된 등급에 따라 광물찌꺼기 적치장의 종합상태를 평가하고 모니터링 주기 조정이나 보수․보강 등 사후관리를 위한 적절한 대응책을 수립한다(Table 8).

Table 7. Setting of overall status grades

Table 8. Comprehensive status of tailings dam by grades

종합 상태평점 = 결함지수 / 4

종합 상태평가와는 별도로 외관조사 및 관리 대상별 상태평가에서 상태등급이 4등급 이하로 평가된 관리 대상물을 파악한다. 이 관리 대상물은 중대한 결함이 발생한 상태에 있으나 여타 관리 대상들의 상태가 양호하다면 종합상태 평가만으로는 사후관리의 대상에서 제외될 수가 있다. 이러한 문제를 보완하기위해 중대결함을 갖고 있는 관리 대상물을 파악할 필요가 있으며, 그렇게 함으로써 보수 및 보강 등 관리 대상물의 상태에 상응하는 후속조치를 취할 수 있다.

옹벽구조물 안정성 평가 방안

옹벽구조물 안정성 평가는 사후 모니터링의 관리대상별 상태평가 결과, 옹벽구조물이 4등급 이하로 판정될 경우 수행하도록 계획하였으며, 정밀점검과 안정성 검토로 구분된다.

정밀점검은 사후 모니터링과 동일한 절차로 수행된다. 정밀 외관조사는 사후모니터링을 위한 정기점검 시의 외관조사 방법과 마찬가지로 규격화된 점검표를 활용한다. 다만 정기점검에서는 결함항목, 결함위치, 결함규모, 결함원인 등 현상위주의 조사를 실시하나, 정밀점검 단계에서는 변위, 변상, 재질열화 등 각 결함항목별 구체적으로 설정된 기준에 따라 정량적인 평가를 통해 점수화하는 과정을 거친다.

옹벽구조물의 결함은 변위, 변상, 재질열화 등 다양한 양상으로 발생하므로 결함의 원인이나 진행성 여부를 육안관찰만으로 파악하기 곤란한 경우가 있다. 이와 같이 판단하기가 모호하거나 사안의 중요성으로 인해 반드시 정확한 판단이 요구되는 경우에는 측량조사, 콘크리트 강도, 탄산화, 알칼리 골재 반응, 염화물 함량, 철근탐사 등의 보완조사를 실시한다.

점검 항목별 상태평가는 외관조사를 통해 이뤄지며, 필요시 보완조사를 거쳐 조정될 수 있다. 조사자는 옹벽구조물의 현 상태가 점검표 상의 현황 및 적용기준 중 어떤 상태에 부합하는 지를 판단한다. 이와 동시에 그에 상응하는 상태등급 및 상태점수가 정량적으로 산정된다. 상태등급 및 점수는 a등급(매우양호, 4점) ~ e등급(매우불량, 0점)까지 5단계로 구분되며, 변위가 ‘d등급’ 이하인 경우에는 안정성 검토를 별도로 수행한다.

점검 항목별 상태평가 결과로 산정된 점수에 가중치를 적용하여 결함지수를 산정한다.

외관조사 및 점검 항목별 상태평가 단계에서는 모든 결함에 대해 동일한 기준으로 등급과 점수를 산정하므로 각 결함항목에 따른 차이가 반영되지 않는다. 따라서 각 결함이 옹벽구조물의 기능 손상에 미치는 영향정도나 대응의 용이성 등을 감안하여 차등을 두어 관리할 필요가 있다. ‘안전점검 및 정밀안전진단 세부지침 해설서[옹벽](2012 국토해양부 한국시설안전기술공단)’에 따르면 결함항목별로 차별적인 점수를 적용하고 있다. 따라서 이러한 점수 차를 가중치로 적용하여 결함항목별 상대적인 중요도를 점수로 산정하였으며, 가중치의 합이 100점이 되도록 환산하였다(Table 9, 10).

Table 9. Setting of concrete retaining wall's weights

Table 10. Setting of reinforcing stone wall's weights

결함지수는 외관조사 및 점검 항목별 상태평가에서 산정된 상태등급 점수에 가중치를 곱하여 산출한다. 모든 점검 항목이 1등급으로 평가된 경우 결함지수는 총 400점이 되며, 5등급으로 평가된 경우에는 0점이 된다. 따라서 결함지수의 점수분포는 0~400점이다.

결함지수=Σ(점검 항목별 상태등급 점수×가중치)

옹벽구조물광물에서 특정 점검 항목이 해당되지 않는 조건(예: 무근 콘크리트옹벽의 철근노출 항목)이라면 해당 점검 항목의 가중치를 제외한 나머지 항목의 가중치를 100점 만점으로 재환산하여 적용한다.

결함지수를 100점 만점으로 환산(결함지수의 합을 4로 나누면 됨)해서 정밀 상태평점으로 하며, 정밀 상태평점 0~100점을 5단계로 등분할하여 정밀 상태등급을 설정한다(Table 11). 설정된 등급에 따라 옹벽구조물의 종합상태를 평가하고 모니터링 주기 조정이나 보수·보강 등 사후관리를 위한 적절한 대응책을 수립한다(Table 12).

Table 11. Setting of precision status grades

Table 12. Precision status of retaining wall by grades

종합 상태평점=결함지수/4

안정성 검토는 크게 내적 및 외적 안정성 검토와 전산해석으로 구분되며, 항목별 상태등급에서 변위가 d등급 이하일 때 실시한다. 구조검토를 수행하여 내적 안정성을 평가하며, 외적 안정성 평가는 지지력, 활동, 전도, 전체 안정성에 대해 수행한다. 필요시 수치해석 프로그램(FEM 및 FDM)을 이용하여 구조물의 안정성 여부를 판단할 수 있다. 안정성 검토에 사용되는 입력데이터는 부재별 상태평가, 조사 및 시험 등 현장조사 결과에서 얻은 자료를 사용하여 시설물 현 상태가 최대한 반영된 평가가 이뤄지도록 한다.

옹벽의 내적 안정성 검토는 작용모멘트(또는 전단력)와 설계모멘트(또는 전단력)의 비로 평가한다. 이는 각 구조부재별 전단력과 모멘트의 검토로 이루어지며, 검토결과의 최저값을 대표값으로 설정한다. 콘크리트 옹벽 본체의 구조계산은 콘크리트 구조설계기준(국토해양부)을 따른다.

옹벽의 외적 안정해석은 다양한 하중조건하에서 한계상태가 발생하지 않도록 하는 것이며 활동파괴(sliding failure), 전도파괴(overturning failure), 지지력 파괴(bearing capacity failure), 전체안정성(overall stability) 항목에 대하여 검토한다.

전산해석은 유한요소법(FEM), 유한차분법(FDM) 등 수치해석을 이용하여 구조물의 안정성 여부를 판단하는 참고자료로 활용한다. 유한요소법은 지반을 요소의 기하학적 분할을 통하여 모델링하며 미소변형을 전제로 평형방정식의 해를 구하게 되고 지층별 단위중량, 포아송비, 변형계수, 내부마찰각, 점착력, 측압계수 등의 물성치를 적용하여 연속체 해석을 수행한다. 지반의 역학적 특성인 응력-변형관계를 나타내는 구성모델에는 탄성모델, 탄소성모델, 점탄성 및 점탄소성 모델 등이 있는데 현장 여건에 맞도록 적정 모델을 적용해야 한다.

유한차분법은 편미분 방정식을 차분 방정식으로 근사시켜 수치 해석을 하는 방법이다. 유한 차분법의 특징은 유한 요소법(FEM)이나 경계 요소법(BEM)에 비해 편미분 방정식에서 1차 연립 방정식으로의 변환 과정이 직접적이라는 점이다. 유한 차분법은 선형 문제뿐만 아니라 비선형 문제에도 비교적 쉽게 대응할 수 있는 장점이 있어 수치 해석에 많이 사용된다.

안정성 평가는 평가대상 구조물의 대표단면을 활용하여 실시한다. 측점분할을 한 경우 동일한 양상의 변위가 다수의 세부구역에서 발생한 때에는 대표적인 한 구역에 대해 안정성 검토를 실시하고 그 결과를 다른 구역에도 동일하게 적용한다. 안정성 평가는 각 검토 항목별 안전율을 계산한 후 최저치를 기준으로 한다.

외적 안정성 평가는 지지력, 침하를 제외하고 안전율을 도입하여 산정이 가능하며, 지지력과 침하는 옹벽의 규모와 보호 시설물의 조건이 각각 상이하므로 검토하고자 하는 구조물의 기준에 맞추어 산정한다.

각 항목별 안전율, 계산방법 및 기준은 󰡔구조물기초설계기준(국토해양부, 2009)󰡕, 󰡔옹벽표준도 작성연구(건설교통부, 1998)󰡕및 구조형식이 유사한 항만 구조물의 중력식 안벽 평가기준을 참고하였다(Table 13).

Table 13. External stability evaluation items and criteria

정밀 상태평가 및 안정성 평가 결과를 종합하여 종합 안정성 평가를 실시한다(Table 14). 정밀 상태등급과 안정성 등급 중 최저등급을 종합 안정성 등급으로 한다. 결함이 매우 심각하여 안정성 평가와 무관하게 보수․보강을 실시해야 하는 경우에는 안정성 검토를 생략할 수 있으며, 이때의 변위 상태등급을 최저등급 산정에 반영하여 종합 안정성 등급을 산정한다.

Table 14. Comprehensive status of retaining wall by class

유지관리 방안 수립

사후모니터링과 옹벽구조물 안정성 평가를 통해 관리 대상물의 종합상태와 옹벽구조물의 종합 안정성이 평가되면, 그 결과에 따라 적절한 대응책을 수립하여 실행한다. 대책으로는 관리 대상물의 상태나 옹벽구조물의 안정성에 따라 모니터링 주기를 조정하거나 보수·보강을 실시하는 방안이 있다(Table 15, 16).

Table 15. General management items measures by overall status grades

Table 16. Retaining wall measures by comprehensive status

광물찌꺼기 적치장의 종합 상태등급이 I등급이거나 옹벽구조물의 안정성 등급이 A등급인 경우에는 연중 1회의 모니터링을 실시한다. 종합 상태등급이 II~III등급이거나 옹벽구조물의 안정성 등급이 B~C등급인 경우에는 연중 2회의 모니터링을 실시한다. 종합 상태등급이 IV~V등급이거나 옹벽구조물의 안정성 등급이 D~E등급인 경우에는 연중 2회의 모니터링 외에 수시로 모니터링을 실시한다. 종합 상태등급이 IV~V등급을 상회하더라도 개별 관리 대상물의 상태등급이 IV~V등급에 해당하는 중대결함이 있는 경우에는 수시점검을 실시한다.

모니터링은 가급적 시점을 정하여 정기적으로 실시하며, 연 2회 이상인 경우에는 등간격이 되도록 한다. 수시 모니터링은 해빙기, 장마나 태풍 전후 등 기상조건을 고려하여 필요시 수행한다. 장마나 태풍 전에 실시하는 수시 모니터링 시에는 피해 예방을 위한 조치(유실 및 세굴 위험부분 비닐 설치, 배수로 정비 등)를 병행한다. 해빙기, 장마나 태풍 후에 실시하는 수시 모니터링 시에는 결함의 진행, 신규 피해의 발생 등을 파악하여 대책수립이 필요한 지를 판단하도록 한다.

이와 같이 모니터링 주기를 조정하고자 하는 근본 취지는 기계적으로 동일하게 모니터링을 실시하기 보다는 관리 대상물이나 옹벽구조물의 상태에 따라 유연하게 대응함으로써 문제 시설에 대한 관리의 집중도를 높이면서도 업무 부하가 과중해 지는 것을 완화하고자 하는데 있다.

보수 및 보강을 위해서는 상태평가 및 안정성 평가 결과 등을 상세히 검토하고, 발생된 결함의 종류 및 정도, 구조물의 중요도, 사용 환경조건 및 경제성 등에 의해서 필요한 보수·보강 방법 및 수준을 정하여야 한다. 보수 및 보강은 향후 동일한 결함이 발생되지 않도록 결함에 대한 직접 처방과 결함원인에 대한 근원적인 처방을 동시에 수행하도록 한다(Table 17).

Table 17. Repair and reinforcement procedures and contents

사후관리 매뉴얼 적용성 평가

이상과 같이 본 연구에서 도출된 광물찌꺼기 적치장의 사후관리 항목, 절차 등의 표준화 방안을 현장에 적용하여 광물찌꺼기 적치장 별 종합 상태평가 결과를 도출하였으며, 기존 모니터링 결과와 비교하여 사후관리 매뉴얼의 효율성을 평가하고 현장 적용성을 검토하였다.

적용범위

적용성 평가는 한국광해관리공단에서 사후관리 수행중인 57개 적치장 중 한국광해관리공단에서 수행한 광물찌꺼기 유실방지사업지 19개 광산 22개 광물찌꺼기 적치장을 규모에 따라 32개 구역으로 세분하여 수행하였으며(Table 18, Fig 2), 적치장 현황은 적치장별 설계보고서를 참조하였다(Mireco, 2007, 2008, 2009, 2010, 2011, 2012)

Table 18. Applicated mines of post management manual

사후관리 매뉴얼 적용 결과

사후 모니터링 결과, 종합 상태등급 I등급은 금왕, 청양, 화천 광미장, 금장, 제2연화 댐골 4구역, 제2연화 직내골 6구역, 옥계광산 광물찌꺼기 적치장 등 7개소, II등급은 용석, 덕곡, 무극, 유진, 대두, 옥동, 서점, 진곡, 제2연화 댐골 1,2,3구역, 제2연화 직내골 1,2,3,4,5,7,8구역 등 18개소, III등급은 여수, 거풍 제2, 영대, 쌍전 등 4개소, IV등급은 거풍 제1, 화천 오염토적치장, 동보광산 등 3개소로 확인되었으며, V등급인 적치장은 없는 것으로 확인되었다(Table 19).

Table 19. Result of post-monitoring

식생은 94%가 정상적인 기능이 유지되는 2등급 이상으로 평가되었으며, 동보광산에서 중대결함에 해당되는 4등급 이하(3%)로 평가되었다. 복토층은 77%가 2등급 이상으로 평가되었으며, 여수, 거풍, 영대, 화천, 동보광산에서 중대결함에 해당되는 4등급 이하(16%)로 평가되었다. 차수층은 79%가 2등급 이상으로 평가되었으며, 거풍, 영대, 쌍전, 동보광산에서 중대결함에 해당되는 4등급 이하(21%)로 평가되었다. 광물찌꺼기는 94%가 2등급 이상으로 평가되었으며, 여수, 서점광산에서 중대결함에 해당되는 4등급 이하(6%)로 평가되었다. 사면은 72%가 2등급 이상으로 평가되었으며, 덕곡, 거풍, 대두, 동보광산에서 중대결함에 해당되는 4등급 이하(28%)로 평가되었다. 우수배제시설은 9%가 2등급 이상으로 평가되었으며, 화천, 제2연화 직내골 6구역을 제외한 전구역에서 중대결함에 해당되는 4등급 이하(91%)로 평가되었다. 침출수는 44%가 2등급 이상으로 평가되었으며, 무극, 거풍, 영대, 화천, 쌍전, 제2연화 직내골 5구역, 동보광산에서 중대결함에 해당되는 4등급 이하(22%)로 평가되었다. 옹벽구조물은 60%에서 2등급 이상으로 평가되었으며, 화천광산에서 중대결함에 해당되는 4등급 이하(7%)로 평가되었다(Table 19).

특히, 화천광산 오염토 적치장은 정기점검 결과, 옹벽구조물이 5등급으로 확인되어 옹벽구조물 안정성 평가를 추가로 수행하였다. 신설옹벽 및 기존옹벽으로 구성되어 있는 옹벽구조물을 총 11개 SPAN으로 구분하여 정밀 외관조사를 수행한 결과, 변위에서 침하는 e 등급, 활동, 전도/경사, 세굴은 a 등급으로 확인되었다. 변상에서는 파손/손상, 균열은 e 등급으로 확인되었으며, 재질열화에서는 박리, 백태는 a 등급, 박락/층분리, 철근노출은 b 등급, 마모/침식은 c 등급, 배수공 상태는 e 등급으로 확인되었다. SPAN별 정밀상태 평점은 58.8~100.0점, 정밀상태 등급은 a~c 등급으로 확인되었다. 특히, SPAN No.4, 6에서 정밀상태 평점 58.8점, 정밀상태 등급 c등급으로 결함이 확인되어 기능 손상의 잠재성이 있는 상태로 평가되었다(Table 20).

Table 20. Regular check result of retaining wall on Hwacheon mine contaminated soil dam

점검항목별 상태평가 결과, 변위(침하)가 d 등급 이하로 판정되어 기존옹벽부에 대한 안정성 검토를 수행하였다. 기존옹벽의 설계제원 확인이 불가하여 일반옹벽에 준하는 설계조건을 가정하였으며, 검토결과, 지지력, 전도, 활동은 상시 및 지진시 모두 N.G로 확인되었으며, 안정성 등급은 전도 c 등급, 활동 d 등급, 지지력 e 등급으로 확인되었다(Table 21).

Table 21. Stability review result of retaining wall on Hwacheon mine contaminated soil dam

정밀점검 결과, SPAN No. 1~6은 점검 항목별 상태평가에서 변위(전도/경사)가 e 등급으로 확인되었으며, 정밀상태 등급은 b~c 등급으로 확인되었다. 안정성 검토에서는 전도 c 등급, 활동 d 등급, 지지력이 e 등급으로 확인되었다. 따라서 SPAN No. 1~6의 종합안정성평가 결과는 E 등급으로 확인되었다.

사후관리 표준화 적용성 평가

사후관리 표준화 방안에 따른 현장 적용성 평가 결과와 기존 모니터링 결과를 비교·검토 하였다. 식생의 경우, 기존 모니터링에서는 11건의 결함이 확인되었으나 사후 모니터링에서는 1건의 중대결함이 확인되었다. 복토층은 기존 8건에서 사후 5건, 차수층은 기존 미확인에서 사후 5건, 광물찌꺼기는 기존 3건에서 사후 2건, 사면은 기존 3건에서 사후 5건, 우수배제시설은 기존 12건에서 사후 27건, 침출수는 기존 6건에서 사후 7건, 옹벽구조물은 기존 5건에서 사후 16건으로 확인되었다. 여기서 사후 모니터링 결함건수는 중대결함(관리대상별 상태평가 기준 4등급 이하)에 해당되어 유지관리가 필요한 것으로 판단되는 항목으로 기존 모니터링에서 확인된 단순 결함과는 직접적인 비교 대상이 되지 않으나 중대결함 항목만으로도 기존 모니터링에 비해 추가적으로 확인되었다. 이 결과는 모니터링 시점차이에 의한 영향을 배제할 수는 없으나 모니터링 항목 재정립에 따라 점검 및 평가항목을 세분화하고 정성적 판단 외 정량적 측정을 추가함으로써 보다 상세한 평가가 이루어졌기 때문으로 판단된다. 따라서 재정립된 평가항목을 적용하여 광물찌꺼기 적치장 모니터링을 수행할 경우, 기존 모니터링에 비해 상세하고 객관적이며, 표준화된 모니터링이 수행될 수 있을 것으로 사료된다. 특히, 표준화 방안에서는 기존 모니터링에서는 파악하기 곤란한 중대결함에 해당되어 유지관리가 필요한 것으로 판단되는 항목을 적치장별로 구체적으로 산정할 수 있어 광물찌꺼기 적치장 사후관리에 매우 유용하게 활용될 수 있을 것으로 판단된다(Table 22).

Table 22. Major defect and maintenance plan for each items

또한 현장 적용성 평가 결과에서 확인된 관리대상별 중대결함 발생 특성을 파악하고 기존 모니터링(Mireco, 2012, 2013, 2014) 결과를 종합하여 관리대상별 유지관리 방안을 제안할 수 있다(Table 22).

다수의 결함이 확인되는 관리대상은 우수배제시설(기존 모니터링 12개소, 사후관리 모니터링 27개소)이다. 우수배제시설의 결함은 훼·파손에 의한 결과가 아니라 광물찌꺼기 적치장이 대부분 산지에 분포하는 지형적 특성에 기인하여 낙엽 및 토사 등의 이물질이 우수배제시설 내에 축적되어 발생하는 유하성능 저하가 결함의 주요 원인이므로 유지관리 시 우수배제시설의 유하성능 향상을 위한 토사 등의 이물질 제거를 적극적으로 해야 함을 의미한다. 그 외 침출수의 결함은 차수층 미설치(또는 상부차수만 적용)에 기인하여 대부분 발생하므로 차수공법 적용시에는 상부 및 연직차수 공법을 동시에 적용하거나 상부차수만 적용 시 설계기준을 강화하는 대책이 필요함을 의미한다. 사면에서 발생한 결함은 1:1.8의 급격한 사면경사에서 대부분 발생하므로 사면경사의 완화(1:2.0 이상) 또는 사면보호공 설치기준을 강화하는 등의 대책이 필요함을 의미한다.

그 외 중대결함에 따른 적치장별 유지관리 방안을 제안할 수 있다(Fig. 2, Table 23). 사후관리 결과 종합 상태평가가 IV등급으로 확인된 광물찌꺼기 적치장은 화천광산 오염토 적치장, 동보광산, 거풍광산 제1광미장이다. 화천광산 오염토 적치장은 옹벽구조물 파손으로 복토층이 유실되고 있으며, 다량의 침출수가 유출되고 있으므로 파손된 옹벽구조물 보수·보강, 복토층 정비, 침출수 모니터링 등의 유지관리가 필요하다. 동보광산 초본류가 조성되지 않아 식생활착이 불량하며, 이에 따라 복토층이 유실되고 있다. 또한 사면파괴로 차수층이 훼손되었으며, 우수배제시설의 유하성능이 매우 불량한 상태이다. 그 외 다량의 침출수가 유출되고 있다. 따라서 초본류 조성, 복토층 정지, 사면 및 차수층 보수공사, 우수배제시설 이물질 제거, 침출수 모니터링 등의 유지관리가 필요하다. 거풍광산 제1광미장은 사면파괴로 차수층이 훼손되었으며, 우수배제시설의 유하성능이 매우 불량하고 다량의 침출수가 유출되고 있다. 따라서 동보광산과 같이 사면 및 차수층 보수공사, 우수배제시설 이물질 제거, 침출수 모니터링 등의 유지관리가 필요하다.

Fig. 2.

Applicated mine locations of post management manual.

Table 23. Maintenance measure by tailings dam

이와 같이 사후관리 매뉴얼에 따른 광물찌꺼기 적치장 평가는 적치장별 등급, 평점 및 관리항목을 선별할 수 있으며, 등급에 따른 중점 관리대상 적치장을 선정이 가능하므로 광물찌꺼기 적치장 유지관리에 있어 매우 유용하게 활용될 수 있을 것으로 판단된다. 또한 관리대상별, 적치장별 중대결함을 파악하여, 유지관리 방안을 수립함으로써 효율적인 관리가 가능할 것으로 판단된다.

결론

본 연구에서는 환경유해시설인 광물찌꺼기 적치장의 사후관리 방안을 재정립함으로써 효율적·효과적 유지관리를 위한 모니터링 방안을 수립하였다. 사후관리는 우선적으로 적치장별 사후 모니터링을 통해 대상별 상태를 전반적으로 평가할 수 있도록 계획하였으며, 전문가 의견이 반영된 대상별 가중치를 적용하여 신뢰성 있는 평가점수를 산출할 수 있도록 하였다. 또한 사후 모니터링 대상별 상태에서 4등급 이하로 판정된 옹벽구조물은 옹벽구조물 안정성 평가를 별도로 수행할 수 있도록 계획하였다.

또한 현장조사 수행의 기준이 되는 관리 대상별 세부기준을 설정하여 객관적인 사후 모니터링 결과를 도출할 수 있도록 하였다. 즉, 하자발생 여부와 그 정도를 평가함으로써 기존 모니터링에 비해 면밀한 조사가 가능하도록 계획하였으며, 중대결함(4등급 이하)을 선별하여 집중관리가 가능하도록 계획하였다.

이와 같이 본 연구에서 도출된 사후관리 기준에 따라 광물찌꺼기 적치장 사후 모니터링을 수행할 경우, 적치장별, 각 모니터링 대상별 상태를 점수화, 등급화하여 정량적으로 평가할 수 있다(Fig. 3). 이러한 정량적 평가 결과는 각 등급에 따라 모니터링 주기를 차별화할 수 있으며, 중대결함을 별도로 제시함으로서 사후관리 대상 적치장의 중점 모니터링 항목을 일목요연하게 확인할 수 있는 장점이 있다. 또한 등급에 따른 보수보강 여부를 중점적으로 검토할 수 있으므로 보다 효율적이고 효과적인 사후관리가 진행될 수 있을 것으로 판단된다. 또한 향후 누적된 모니터링 자료를 검토하여 관리대상별 결함에 대한 주요 원인을 분석할 수 있으며, 그에 따른 설계기준 강화, 적용 규제 등을 통해 유사한 결함을 억제할 수 있을 것으로 판단되어 향후 조성될 광물찌꺼기 적치장의 안정성 확보에도 효과적일 것으로 판단된다.

Fig. 3.

Lowest grade tailings dams according to the result of post-monitoring.

Fig. 4.

Scoring and grading according to post-monitoring.