[목요광장] 지상에 CCTV가 있다면 지하에는 TLS가 있다!

김중열 (주)소암컨설턴트 대표

김중열 대표

지상에 설치된 CCTV는 사람이나 물체의 움직임을 실시간으로 재현할 수 있어 방범이나 각종 재난대응에 크게 도움을 준다. 만약 지하에서 공기, 물, 토석류, 암반 등의 움직임을 실시간으로 재현할 수 있는 장치가 개발된다면 우리는 수많은 재난에 최적으로 대처할 수 있을 것이다.

일례로 서울에서 발생하는 싱크홀은 대체로 지하철, 지하고속도로 공사 등에서 지하수 펌핑으로 인한 지하수위 하락, 상하수도 누수로 인한 지하 공동화 및 이어지는 지표함몰 과정으로 요약된다. 이것은 바로 시간 경과에 따른 매질의 움직임으로 볼 수 있으며 이에 대응하는 최적의 기술이 바로 TLS(Thermal Line Sensing), 즉 다점온도모니터링이다.

참고로 TLS는 하나의 케이블에 많은 양의 온도센서를 장착한 후(일반적인 센서간격 0.2m~2m) 그들을 1-wire 통신기법을 통해 동시에 측정하는 기법으로 일종의 선형센서기능을 갖고 있다. 이러한 케이블 주위에 지하수나 토석류가 지나가면 그곳에서 온도변화가 유발한다.

지구촌에서 유일하게 한국광해관리공단은 바로 폐광산 지역에서 빈번하게 발생하는 싱크홀 혹은 일반 지반침하 예보를 위해 위의 TLS를 개발하고 또한 기술 고도화를 이뤄 2012년부터는 시간 경과에 따른 침하과정을 구현하고 있다.

2014년 서울 송파구에서 싱크홀이 다발적으로 발생하자 각계·각층에서 대책을 논의했고 그 과정에서 위 TLS가 건의됐으나 외면당했다. 당시 정부출연연구원 중심으로 싱크홀에 대처한 새로운 기술개발이 대대적으로 추진됐다. 그러나 7년이 지난 현재까지도 지표레이더탐사기법(GPR)를 이용해 지하 공동을 찾는 데만 주력하고 있다. 즉 아직까지 별다른 연구 성과를 거두지 못하고 있는 실정이다.

TLS의 혁신성은 바로 싱크홀과 연관해 시간 경과에 따른 ① 지하수위 ② 지하수유동 ③ 지하공동화 ④도로함몰 및 내부 침하 진행상태를 모니터링 하고 나아가 ⑤ 지반을 보강할 경우 그에 대한 효율성 평가 혹은 그라우팅 효율성 검증도 가능하게 하는 데 있다. 따라서 싱크홀에 대한 현실적인 대처방안은 GPR탐사 결과에서 공동이 확인되는 곳에 TLS를 적용해 하부 매질의 움직임을 파악한 후, 지반보강 시점을 결정하는 것이 바람직한 수순이 된다.

최근 이상기후로 인해 여름철이 되면 이웃 나라에서 저수지나 대댐의 붕괴가 빈번하게 일어나고 있음이 보도되고 있다. 저수지(대댐)누수는 바로 호수물이 제체로 스며드는 현상(seepage)이다. 만약 누수보강이 이뤄진다면 그라우팅 매질은 누수 구간으로 진입하며 여기서 양생과정으로 인한 온도상승이 유발된다. 요약하면 TLS는 다음 3가지 기능 즉 ①저수지누수, ② 그라우팅 매질의 이동경로 및 ③ 제체 내부 붕괴 과정을 실시간으로 동시에 재현하게 한다. 반면 지금까지 위의 3가지 기능 중 어느 하나라도 직접적으로 대처할 수 있는 기술은 국내·외에서도 찾지 못하고 있다. 참고로 TLS는 현재 국내 여러 저수지에서 시범사업으로 운영하고 있다.

제주도 연안에는 해수침투 관측공을 포함해 수천 개의 관측공이 설치되고 있다. 여기서 지하수위는 거의 해수면과 대등하다. 일례로 지표면 100m 고도에서 200m 깊이로 천공하면 상부 100m에는 물이 없다는 것이다. 그런데 이러한 암층은 공극률이 높아 공기가 잘 통하기 때문에 흔히 통기대라 부른다. TLS는 이미 몇 개의 관측공에 적용된 바 있으며 그 결과는 기대한바 조력에 따라 해수가 들고 나고 그에 따라 상위 담수도 이동하는 것이 관찰되고 특히 통기대에서는 조력에 따라 따뜻한 공기 혹은 찬 공기가 이동하는 과정이 실시간으로 재현됐다. 이러한 정보는 제주도에서 향후 무엇보다 막대한 부가가치 창출(예: 수자원 및 에너지 확보)로 이어질 것이다. 그러나 아직도 TLS가 현실적으로 외면되고 있다는 것은 정말 안타까운 일이라 할 수 있다.

한편 TLS기능은 동해안 연안에 산재한 방사선 폐기물 처분장, 원자력 발전소 및 기타 발전소의 안전과 연관된 해수 침투 및 암반 거동에 대해 소홀함이 없는 기본자료 취득을 위해 활용돼야 한다. 시설물은 연안에 위치한 데다, 그 하부엔 많은 활성단층이 존재하기 때문에 암반 거동과 해수 침투 과정이 3차원으로 실시간 재현돼야 함이 바람직하다.

국내 연안에는 수많은 양식장이 있다. 여기서 온도는 고기를 모이게 하거나 생존을 위한 주요 환경조건이 된다. 갑자기 수많은 물고기가 수면에서 배를 드러내게 된다면 당황할 수밖에 없을 것이다. 여기서 TLS는 수직온도분포를 재현해 밀물의 들고남은 물론 찬물을 공급할 경우 그에 따른 온도환경을 정확하게 실시간으로 파악할 수 있게 한다. 이것은 무엇보다 양식 과학화에 크게 도움이 될 것으로 본다.

TLS는 일반 지하수 관리는 물론 나아가 지하 오염원 진행상태나 식생환경과 연관된 물의 투수성 파악에도 훌륭하게 활용되고 있다. TLS는 현재 중소벤처기업부의 '성능인증서'와 에너지기술마켓의 '조달청 혁신제품'으로 지정되고 있으며 무엇보다 지하 매질의 움직임을 실시간으로 재현할 수 있는 선진기술로 자리매김하고 있다.

/김중열 (주)소암컨설턴트 대표