단단한 산기슭 허무는 빗물의 힘
지난달 26일부터 사흘간 서울에 530여 ㎜의 비가 쏟아지면서 서울 서초구 우면산에서 산사태가 일어났다.
토사는 폭 40ｍ가 넘는 남부순환로를 단숨에 가로질러 아파트 3층까지 덮치는 '공포스러운 힘'을 보여줬다.
한 방울씩 내리는 비가 어떻게 산을 무너뜨리는 걸까. 빗물은 미끄러져 내리는 현상(힘)에서는 윤활유 역할을 해 더욱 잘 미끄러지게 하고, 같이 휩쓸고 내려가는 흙은 성기게 만든다.
정충기 서울대 건설환경공학부 교수는 "빗물 때문에 흙이 산에 붙어 있게 하는 마찰력이 감소하고, 물이 흙 속으로 침투하면서 미끄러지는 힘은 커져 산사태와 같은 사면 파괴가 쉽게 일어난다"고 말했다.
빗물이 땅에 스미면 땅이 품고 있는 물인 지하수 수위는 계속 올라간다. 흙이 물에 잠기면서 물에 뜨는 힘인 부력만큼 흙의 무게가 줄어든다. 무게에 비례해 커지는 마찰력도 함께 작아진다.
그뿐 아니다. 흙 사이에 물이 들어가면서 흙 알갱이끼리 서로 맞닿을 때 생기는 접촉압력도 줄어든다. 결과적으로 산사면에 흙이 붙어 있도록 하는 힘이 감소하게 된다.
물에 살짝 젖은 흙은 강도가 세지만(흙 알맹이 간에 서로 당기는 힘이 작용하지만), 흙이 물에 완전히 잠기게 되면 힘 없이 풀어진다. 정 교수는 "부분적으로만 물이 들어간 흙(불포화토)은 물이 빨려올라오면서 입자를 당기는 힘인 모세관 장력이 작용하는 반면, 물에 아예 잠기게 되면 모세관 장력이 사라진다"고 설명했다.
모래가 살짝 젖었을 때는 모래성이 단단하게 만들어져도 바닷물이 완전히 밀려들어오면 모래성이 무너지는 원리다. 진흙을 쥐고 있는 손을 물속에 넣으면 아무리 꽉 쥐고 있다 해도 손 밖으로 모래가 흘러나간다.
폭우가 내릴 때 옹벽이나 축대가 무너지는 이유도 비슷하다. 옹벽이나 축대로 가둬둔 흙에 물이 가득차면 수압이 높아지고, 상대적으로 흙끼리 붙들고 있는 힘은 약해진다. 수압을 낮춰줄 배수구가 없거나 배수구가 막혀버리면 한꺼번에 큰 힘이 작용해 무너지게 되는 것이다.
산사태 경보는 이런 점을 감안해 강수량이 일정량을 넘어서면 발령한다.
산림과학원 측은 연속으로 비가 200㎜ 이상 오면 숲이 갖고 있는 깊이 1.5~1.7ｍ 토양에 물이 가득찬다고 본다. 이에 따라 산림청에서는 △비가 며칠간 200㎜ 이상 내리고 △시간당 강수량이 30㎜가 넘고 △일일 강수량을 150㎜ 이상 기록하는 세 가지 조건 중 두 가지가 충족되면 시장ㆍ군수에게 알려 산사태 경보를 발령한다.
물을 저장해놓는 댐에서도 방류량이 많아지면 속도와 힘이 급격하게 커진다. 이에 따라 한강통제소에서는 여러 가지 변수를 더해 방류량을 설계하고 있다.
남한강과 북한강이 만나는 팔당댐에서 1000ｔ을 방류하면 그 물의 에너지가 한강대교에 영향을 미치는 데 7시간45분이 걸린다. 1만ｔ을 방류하면 시간은 4시간55분으로 크게 준다. 속도도 마찬가지다.
7500ｔ에서 1만5000ｔ으로 유량이 두 배 늘면 속도는 분당 113ｍ에서 145ｍ로 는다. 이 유량이 3만ｔ이 되면 속도가 분당 191ｍ로 더욱 빨라진다. 깊은 바다에서 생긴 지진해일(쓰나미)이 육지에 더 큰 피해를 입히는 것과 같은 원리다.
조효섭 한강통제소 상황실 연구관은 "같은 단면적이라면 유량이 많을수록 속도가 빠르고, 물이 깊을수록 물의 에너지인 '홍수파'도 빨리 전달된다"고 설명했다.
[이유진 기자]