네덜란드 IAHR-SHCS
2026 참가기

제3회 IAHR International Workshop on Scour around Hydraulic and Coastal Structures(IAHR-SHCS)은 2026년 9월 28일부터 10월 1일까지 네덜란드 델프트의 Deltares에서 개최되었다. 2023년 중국 난징에서 시작한 이 워크숍은 2024년 청두에 이어 세 번째로 열리는 국제학술행사로 국제수리환경공학회 (IAHR)의 Scour Research Working Group을 중심으로 연구자와 실무자들이 한자리에 모이는 장이다. 이번 워크숍의 목적은 수공·해안구조물 주변 세굴과 세굴보호에 관한 최신 연구동향 및 과학적 성과를 실제 설계지침으로 연결하는 데 있다. 기조강연과 기술세션, 포스터 발표(Poster pitches), 공동 작업 세션, Deltares 연구시설 견학을 통해 세굴의 발생기작, 예측·평가, 수치 및 수리모형실험, 현장 모니터링, 보호공법과 사례조사 등이 폭넓게 다뤄졌다. 특히 복잡한 수리·지반 조건에서 구조물과 유동, 하상재료가 서로 영향을 주는 과정을 통합적으로 살펴볼 수 있는 기회였다.
본 워크숍 참가는 교량, 수문, 방파제, 해상풍력기초 등의 수공구조물에서 발생하는 세굴 문제의 연구 성과들을 홍수 시에 제방의 범람에 따른 피해를 줄이고자 설치하는 월류방어벽 주변의 세굴보호에 적용할 수 있는지 검토하자 한다. 월류방어벽은 홍수 시 제방의 여유고를 신속히 확보하는 시설이지만, 방어벽 자체의 구조강도만 평가해서는 안전성을 충분히 설명할 수 없다. 따라서 방어벽과 제방의 접합부, 기초지반, 단부와 연결부, 월류가 발생하는 배후면까지 하나의 흐름-구조물-지반 시스템으로 보고 제방 안정에 영향을 미치는 세굴의 수리학적 특성과 보호공법 기술 및 방법을 모색하는데 도움을 얻고자 한다.

세굴은 흐름에 의해 하상재료 또는 기초지반의 토사가 침식 및 이송과정을 거치면서 지반고가 낮아지는 현상이다. 구조물이 흐름을 가로막으면 유선이 급격히 휘고 구조물 전면에는 하강류(downflow)와 말발굽 와류 (horseshoe vortex)가 형성된다. 측면에서는 흐름이 수축하며 유속과 전단응력이 증가하고, 후면에서는 흐름박리(flow separation)와 후면와류(lee vortex)가 발생되어 입자의 이탈과 부분적 퇴적을 촉진한다. 이러한 국부적 흐름 구조가 하상재료의 저항력보다 커질 때 세굴공이 발달한다. 세굴의 규모와 진행속도는 유속, 수심, 난류강도, 흐름의 지속시간뿐만 아니라 입경분포, 점착성, 다짐도와 층상구조, 구조물의 형상·배치에 따라 달라진다. 같은 평균유속에서도 구조물의 모서리나 단부처럼 흐름이 집중되는 곳에서는 순간전단응력(instantaneous shear stress)이 크게 나타날 수 있다. 따라서 단일 경험식이나 최대유속만으로 위험을 판단하기보다는, 국부 유동장과 지반조건을 함께 반영한 평가가 필요하다.
이번 워크숍의 주요 연구주제는 이러한 복합성을 반영하였다. 물리모형실험은 세굴공의 형성과 평형세굴심(equilibrium scour depth), 보호공의 변형을 직접 관찰하는 데 유용하며, 수치모형은 구조물 주변의 3차원 난류와 유사이송을 공간적으로 분석하는 데 활용되었다. 현장에서는 음향측심, 지형스캔, 매설형 센서와 영상계측 등을 이용해 홍수·파랑 조건에서 세굴의 시간적 변화를 추적하였다. 최근에는 단일 계측값보다 여러 자료를 결합하여 이상 징후를 조기에 탐지하고, 설계와 유지관리의 불확실성을 줄이는 방향으로 연구가 발전하고 있었다.

첫날 기조강연은 선박에 의한 침식과 지반 특성의 중요성을 제시하였다. Michel Ruyter의 강연은 안벽과 운하 바닥 주변에서 발생하는 선박 유발 침식에 관한 최근 연구를 주제로 하였고, Nina Stark의 강연은 세굴 평가에서 지반공학적 특성이 갖는 역할을 다루었다. 이는 세굴을 평가할 때 외부 흐름의 크기와 구조물 형상뿐 아니라, 바닥 재료의 침식 저항과 지반 조건을 함께 고려해야 함을 강조했다. 둘째 날에는 Michele Palermo가 하천 내 구조물의 세굴과 향후 ASCE 실무 매뉴얼을 주제로, Yuzhu Pearl Li가 파랑에서 해저지반 반응과 세굴에 이르는 완전 연성모델링을 주제로 기조강연을 진행하였다. 패널토론을 살펴보면 인공지능과 세굴보호 지침에 관한 전체 패널, 수치모델링, 해상시설의 현장 경험과 미래 경향, 수리모형실험의 미래, 하천·해안·해양의 세굴 저감 전략에 관한 내용을 다루고 있었다. 세굴보호 지침의 수요와 공급을 별도 의제로 다룬 점은 연구 성과를 설계와 관리에 활용 가능한 형태로 연결하려는 관심을 보여주였다. 그림 1은 세굴 및 하상재료 반응에 관한 기조강연과 세굴 연구를 위한 AI 기술에 대한 패널 토론을 진행하는 모습니다. 기조강연과 패널토론이 세굴에 영향을 미치는 흐름과 토사 이동의 해석을 넘어 지반 반응과 실무 설계의 접점을 넓혀 가고 있음을 확인할 수 있었다.

이번 워크숍에서는 수리모형실험, 수치해석 및 AI, 친환경 세굴보호, 실시간 모니터링을 중심으로 다양한 세굴 연구가 발표되었다. 수리모형실험 분야에서는 선박 추진기, 모노파일(mono pile), 수문, 수중보, 해저 관로 및 케이블 등 다양한 구조물을 대상으로 세굴의 발생과 시간적·공간적 변화를 분석하고, 축척효과를 고려하여 실험 결과를 실제 현장조건으로 확장하는 연구가 소개되었다. 수치해석 분야에서는 CFD와 현장 계측자료의 비교·검증과 함께 머신러닝 및 데이터 기반 기법을 활용한 세굴심 예측과 위험도 평가가 주요 연구 방향으로 제시되었으며, 인공지능 활용에 따른 데이터의 대표성, 극한조건 예측 및 불확실성 문제도 논의되었다. 또한 해상풍력 기초와 관로 등의 세굴보호 연구에서는 사석뿐 아니라 다공성 구조, 패각(패류의 껍질)의 함유율 및 생태서식 구조 등을 활용하여 수리적 안정성과 생태적 기능을 동시에 확보하려는 친환경 보호기술이 주목을 받았다. 이와 함께 광섬유 센서와 현장 계측을 이용한 실시간 세굴 모니터링 및 위험도 평가 연구가 소개되어, 향후 세굴 연구가 실험·수치해석·AI 예측·현장 모니터링을 연계한 통합적인 안전관리 기술로 발전하고 있음을 확인할 수 있었다. 그림 2는 IAHR-SHCS 워크숍에서 인상 깊었던 대표적인 발표 사례로 일반 세션에서 발표한 하천 댐구조물의 하류부에 콘크리트 블록을 이용한 세굴보호에 대한 연구 사례와 포스터에서 발표한 복잡한 해양 구조물의 세굴 실험자료와 고정밀CFD-DEM의 결과를 비교한 연구 사례를 보여준 것이다.

네덜란드 델프트에 위치한 Deltares는 하천·해안·홍수방어 및 지반 분야의 대표적인 연구기관으로, 실제 수리현상을 대규모로 재현할 수 있는 다양한 실험시설을 운영하고 있다. 이번 현장견학에서는 파랑과 흐름, 구조물 및 지반의 상호작용을 검증하기 위한 대형 수리실험시설과 계측시스템을 살펴보았다. 특히 50×50 m 규모의 Delta Basin은 다양한 방향의 파랑과 흐름을 재현하여 방파제, 해안·해양구조물, 세굴 및 이동상 등을 3차원적으로 연구할 수 있는 대형 실내 실험시설이다(그림 3). 또한 Atlantic Basin은 길이 75 m, 폭 8.7 m 규모로 파랑과 흐름을 동시에 발생시킬 수 있으며, 모래 이동상을 이용한 해상풍력 기초의 세굴 및 세굴보호공 연구 등에 활용되고 있다. Deltares 캠퍼스 외부에는 약 291m 길이의 Delta Flume이 설치되어 있어 제방·사구·방파제 등 홍수방어시설에 최대 4.5 m의 극한파랑을 발생시켜 실규모에 가까운 조건에서 성능과 파괴과정을 검증할 수 있다. Deltares의 이러한 대형 실험시설은 축척효과를 최소화하면서 구조물에 작용하는 파력과 압력, 월류, 세굴 및 변형을 정밀하게 계측할 수 있어, 수치해석 및 현장실증에 앞서 수공구조물의 안전성과 성능을 검증하는 핵심 연구기반으로 활용되고 있다.

현장견학에서는 Maeslantkering 인근의 홍수방어 전문 전시·교육시설인 Keringhuis를 방문하였다(그림 4). 이곳에서는 네덜란드의 제방과 가동식 방벽, 하천 및 저류공간을 연계한 종합적인 홍수관리 체계를 확인할 수 있었다. 특히 북해의 폭풍해일과 라인·마스강의 높은 하천유량이 동시에 발생하는 복합홍수에 대한 대응체계가 인상적이었다. 세계 최대 규모의 가동식 폭풍 해일 방벽인 Maeslantkering은 평상시 항로를 개방하고, 폭풍해일 내습 시 거대한 가동식 방벽을 닫음으로서 로테르담 지역을 보호한다. 방벽의 가동 원리는 비어 있는 방벽과 지지 파이프의 내부에 물을 적절히 채우고 비움으로서 부력을 이용하는 것이며, 방벽을 열고 닫는 시간은 각각 2시간이 소용된다. 방벽을 닫은 후에도 상류 유역으로부터 유입되는 하천수를 처리하기 위해 우회수로와 Volkerak-Zoommeer 등의 저류공간을 활용한다. 이는 개별 방어시설뿐 아니라 예측·모니터링·자동제어와 수계 전체를 연계하여 홍수를 관리하는 네덜란드의 선진 홍수방어체계를 보여준다. 이번 방문을 통해 국내 가동식 홍수방어시설 개발에서도 구조적 안정성과 함께 신속한 전개, 수밀성, 자동제어 및 기존 홍수방어체계와의 연계가 중요함을 확인하였다.

이번 세굴 워크숍 프로그램은 월류방어벽 자체를 중심 주제로 다루지는 않았지만, 구조물 주변 흐름과 지반 침식의 상호작용을 검토한다는 점에서 국내 월류방어 기술 연구와 연결된다. 필자의 연구 관점에서는 방어벽의 차수 및 구조 성능에 더해, 설치 지점 주변에서 정수압과 동수압이 집중되는 조건과 기초부 지반으로의 하중 전달 메커니즘 그리고 구조물 주변 침식 가능성을 함께 평가할 필요가 있다. 연결부나 단부에서의 집중 유출, 누수가 지반에 미치는 영향 등은 향후 시험과 해석으로 확인할 수 있는 연구 주제다. 이를 위해 월류 및 누수 조건의 수리모형실험, 주변 유동과 토사 이동에 대한 수치해석, 수위·압력·변형 및 지반 변화의 계측을 연결하는 접근을 고려할 수 있다. 모듈형 방어벽은 설치 지점의 지형과 지반 조건이 달라질 수 있으므로, 적용 가능한 조건과 추가 보호가 필요한 조건을 구분할 수 있는 실증자료가 중요하다. 이 부분은 워크숍 발표의 직접적인 성과가 아니라, 프로그램의 연구 주제를 국내 월류방어벽 개발 과제에 연결한 필자의 해석이다. Deltares 워크숍의 프로그램은 세굴 연구가 수리학과 지반공학, 수치해석, 계측 및 보호공 설계를 함께 다루고 있다. 국내에서도 개별 실험이나 예측모델의 성과를 현장자료와 연결하고, 설계 및 유지관리에 활용할 수 있는 근거로 관련 기술을 축적할 필요가 있다. 이번 참가를 통해 살펴본 연구 주제들은 수리구조물 주변 지반의 안정성을 보다 폭넓게 검토하고, 국내 조건에 맞는 월류방어벽 설계 제작 및 설치 기술을 구체화하는 데 참고가 될 것이다.

세굴은 눈에 보이는 하상 저하만을 의미하지 않는다. 세굴은 구조물 주변의 복잡한 흐름, 제방 내부의 침투와 토립자 이동, 기초의 지지력 변화가 서로 연결된 결과이다. IAHR-SHCS 워크숍은 세굴 메커니즘에 대한 과학적 이해를 실제 구조물의 설계와 유지관리로 연결하려는 국제 연구동향을 살펴볼 수 있는 자리였다. 월류방어벽 기술 역시 방어벽 자체의 강도와 수밀성만으로 성능을 판단해서는 안 된다. 기초 제방과의 접합부, 단부와 연결부, 월류 시 배후면에서 발생하는 압력·침투·집중흐름과 국부세굴을 함께 검토해야 비로소 구조적 안정성을 확보할 수 있다. 이번 워크숍에서 확보한 연구성과들과 실무적 논의 결과를 국내 월류방어벽의 설계, 성능평가, 실증 및 모니터링 체계에 반영한다면, 기후변화에 따른 홍수 위험의 증가에 신속하게 대응하기 위한 신뢰성 높은 월류방어벽을 개발할 수 있을 것으로 기대된다.

본 결과물은 기후에너지환경부의 재원으로 한국환경산업기술원의 기후변화 적응 수재해 관리 기술개발사업(R&D)의 지원(RS-2026-25501299)을 받아 연구되었습니다.