Ⅰ. 서 론
한반도는 계절적 및 지역적 강수량 편차가 크며, 남북한 모두 이러한 변동성을 보인다. 특히, 여름철에는 강수량이 집중되는 반면, 겨울철에는 강수량이 현저히 감소하여 물 자원의 균형적 관리가 중요한 과제로 대두되고 있다.
북한의 연평균 강수량은 912.0 mm로, 여름철 (6월~8월) 강수량이 전체의 약 59.6% (543.2 mm)를 차지하는 데 비해, 겨울철 (12월~2월) 강수량은 4.9% (44.5 mm)에 불과하다. 남한의 연평균 강수량은 1306.3 mm로 북한보다 많고, 여름철 강수량이 전체의 54.4% (710.9 mm), 겨울철 강수량이 6.7% (88.0 mm)를 차지한다. 지역별 편차도 커서, 동해안 장전 지역은 연간 1502.3 mm의 강수량을 기록하는 반면, 개마고원의 혜산 지역은 559.0 mm로 가장 적은 강수량을 보인다 (KMA, 2022). 북한은 급경사 지형으로 인해 강우 유출 시간이 짧아 가뭄과 홍수에 취약하다. 강수량의 불균형과 유출 특성을 방지하기 위해 댐, 제방, 저수지, 보, 관개수로 등 다양한 수리 시설을 건설해 왔으나 (Sa, 2018), 시설의 노후화와 유지보수의 어려움으로 인해 물 공급 안정성이 저하되고 있다. 북한은 홍수와 태풍으로 인한 집중호우로 제방 붕괴가 자주 발생하고 있으며, 그 결과 농경지가 침수⋅매몰⋅유실되는 피해가 매년 반복되고 있다. 집중호우로 발생하는 수해 피해를 줄이기 위해 북한은 제방 보강 및 재해 방지 공사를 지속적으로 추진하고 있다. 예를 들어 2022년에는 두만강 일대에서 총연장 40 km에 달하는 제방 공사가 시행되었고, 전국적으로는 야계사방공사를 통해 홍수 피해의 주요 원인을 제거하고자 하였다 (KICT, 2022). 수리 시설의 부족과 관리 미비는 반복적인 자연재해 발생과 직결된다. 강수량이 많고 주요 강⋅하천이 흐르는 천내군, 안주시, 해주시, 신흥군, 영광군, 함주군, 운산군, 영변군, 단천시, 함흥시, 인산군, 금야군, 온천군은 제방 붕괴 및 홍수 위험이 높은 지역이다. 이 지역들은 농경지 비중이 높음에도 불구하고, 댐이나 저수지 부족으로 효율적인 물 관리가 어려운 실정이다 (Heo, 2024).
한반도 기후변화 전망보고서 (2020)에 따르면, 미래 한반도의 평균 강수량은 현재보다 3~14% 증가할 것으로 전망된다 (NIMS, 2020). 강수량은 증가하는 동시에 강수강도는 더욱 강해지고, 연 강수일수는 줄어들 것으로 전망된다. 기온 상승으로 인해 대기 중 수분 요구량이 증가하면서 증발산량도 함께 증가할 것으로 보이며 (Chung, 2009; Kim et al., 2013), 한반도의 수자원 순환과 농업 수자원의 안정성에 직접적인 영향을 미칠 것으로 판단된다. 남북한 모두 기후 변화로 인한 기상 및 수문사상의 불확실성 (Nkomozepi and Chung, 2014)과 기후 변화 영향평가의 불확실성 (Hwang et al., 2013; Nam et al., 2014a)으로 인해 용수공급 체계의 취약성이 커질 가능성이 있다. 특히, 북한 지역의 강수량 증가 폭이 클 것으로 예상되며, 홍수 및 극한 강우 현상의 발생 가능성도 높아지고 있다. 강수량, 유역 유입량, 증발산량의 변화는 농업 수자원의 안정성과 농업용 저수지의 용수 공급 능력에 직접적인 영향을 미치며, 이를 평가하기 위한 새로운 기준 마련이 요구된다 (Nam et al., 2014b). 기후 변화로 인한 불규칙한 강우 패턴을 효과적으로 관리하고 안정적인 농업 생산을 유지하려면, 물 관리 체계를 강화하고 효율적인 용수 공급 전략을 수립해야 한다.
남북한은 서로 다른 농업 환경과 물 관리 체계로 인해 물 관리 방식에서도 뚜렷한 차이를 보인다. 북한은 관개 기반 시설의 상당 부분을 자연흐름식 수로 (물길)에 의존하고 있으며, 남한은 현대화된 관개시설과 스마트 관개 기술을 도입하여 농업 생산성을 높이고 있다. 기술 수준의 차이를 넘어, 물 관리의 효율성과 지속 가능성에서도 구조적인 격차가 발생하고 있다. 관개수로는 농업 용수의 공급과 관리에서 핵심적인 역할을 하며, 지역 농업 생산성에 결정적인 영향을 미친다. 북한에서는 제한된 자원과 열악한 환경 속에서 효율적인 물 관리 체계를 구축하는 것이 농업 생산성 향상을 위한 중요한 과제이다.
본 연구는 남북한의 관개체계 및 흙수로 설계⋅운영 방식을 비교⋅분석하고, 각각의 장단점을 평가함으로써 향후 남북한 협력에 적용할 수 있는 관개 시스템 구축을 위한 기초 자료를 제공하고자 한다. 그 중에서도, 남북한의 관개수로 및 흙수로에 대한 설계기준, 시방서 및 참고문헌을 분석하여 효율적인 관개수로 관리 및 운영을 위한 정책적 방향성을 제시하고, 나아가 남북한 간 협력과 상호 발전의 기반을 마련하는 데 기여하고자 한다.
Ⅱ. 남한과 북한의 관개체계
1. 남한과 북한의 관개체계의 개념 및 역할
남한의 관개체계는 효율적인 물 공급을 위해 간선, 지선, 지거 수로의 계통을 갖추고 있다. 간선수로는 취수지점에서 주요 관개지역까지 물을 전달하는 대형 수로이며, 지선수로는 간선수로에서 분기되어 개별 관개구역으로 물을 공급하는 역할을 한다. 지거수로는 지선수로에서 다시 분기되어 경작지에 직접 물을 공급하는 최종적인 수로이다. 배수로 또한 유사한 체계를 갖추고 있으며, 펌프장 같은 배수 조절 시설을 활용하여 배수 효율을 높이고 있다 (KDS 67 20 05, 2018). 남한에서는 용수로와 배수로를 원칙적으로 분리하여 운영하지만, 일부 지역에서는 용⋅배수 겸용 수로를 활용하기도 한다. 이러한 수로는 배수 기능을 우선적으로 고려하여 설계되며, 필요한 경우 보 (Weir)나 수문을 설치하여 용수와 배수를 조절한다. 특히, 상류 지역의 논에서 배출된 물을 하류 지역의 용수로 활용하는 방식이나, 관개 시에는 용수로로 사용되다가 홍수 시에는 배수로로 기능하는 구조가 적용되기도 한다 (KDS 67 20 05, 2018).
북한의 관개체계에서 핵심 역할을 하는 관개수로는 기능에 따라 줄기물길, 가지물길, 아지물길, 포전물길, 끝물길 등으로 구분된다. 이 중 줄기물길은 관개수원시설에서 직접 시작되어 가지물길로 분기되며, 가지물길은 다시 아지물길로 세분된다. 포전물길은 논밭에 직접 물을 공급하는 경로로, 가지물길에서 분기되기도 한다. 관개수로의 배치는 지형과 관개구역의 규모를 고려하여 최적의 위치에 설계되며, 물 손실 최소화와 건설비 절감을 목표로 한다. 또한, 자연 유하를 최대한 활용해 수원의 물이 논밭까지 원활히 도달할 수 있도록 계획된다. 가지물길은 관개구역 내 가장 높은 위치에 배치되어 효율적인 물 공급이 가능하도록 하며, 필요한 경우 양수기를 활용해 물을 끌어올리기도 한다 (Rim, 2009). 북한은 용수지거와 배수지거를 겸용하는 용⋅배수겸용 체계를 도입하여 수로 부지를 절약하고 퇴수를 합리적으로 활용할 수 있다고 보고 있다. 용⋅배수겸용 체계는 대부분의 지역 용배수 시설에서 사용되고 있으며, 배수 체계에서는 배수지거, 배수지선, 배수간선 및 배수로 구조물을 각각 조절물빼기물길 (혹은 아지물빼기물길), 가지물빼기물길, 줄기물빼기물길로 지칭하고 있다 (RRI, 2020). 그러나 최근 남한에서 활용되는 자동화된 물 관리 시스템과 비교하면, 북한의 전통적인 관개 방식은 유량 조절 및 유지보수 측면에서 상당한 한계를 보인다.
2. 남한과 북한의 관개수로 현황
가. 관개수로의 구조 및 현황
남한과 북한의 관개수로는 조성 방식과 구조적 특징에서 차이를 보인다. 남한은 용수 손실을 줄이고 효율적인 공급을 도모하기 위해 관개수로의 구조물화를 적극적으로 추진하고 있다. 2022년 기준, 남한의 용⋅배수로 총 길이는 189,831 km이며, 이 중 흙수로는 92,643 km, 구조물화된 수로는 97,188 km에 이른다. 용수로의 길이는 전체의 62.7%인 118,995 km로, 이 중 흙수로는 49,607 km, 구조물화된 수로는 69,388 km를 차지한다. 배수로는 37.3%인 70,836 km이며, 흙수로 43,036 km, 구조물화된 수로 27,800 km로 구성된다. 수로 현황은 Table 1에 정리하였으며, 전체 용⋅배수로의 구조물화 비율은 Fig. 1에 나타난 바와 같이 51.2%이다. 용수로의 구조물화율은 58.3%, 배수로는 39.2%로 나타나 용수로의 구조물화 비율이 상대적으로 높은 것을 확인할 수 있다 (KRC, 2023).
Table 1
Status of South Korea’s irrigation and drainage canals (2022)
반면, 북한의 관개수로는 대부분 흙으로 조성된 토공수로로 구성되며, 자연흐름식 흙수로를 중심으로 전통적인 관개 방식을 유지하고 있다 (Kim et al., 2023). 북한은 고비용⋅고에너지 소모형의 양수장 관개체계를 운영해 왔으나, 경제난과 자연재해 등의 영향으로 기능이 제대로 발휘되지 못하고 있다. 2000년 이후 양수장 관개체계의 비효율성과 유지 한계를 극복하기 위해 북한은 자연흐름식 관개체계로의 전환을 추진하였으며, 대표적인 사례로 총연장 160 km에 달하는 대형 수로인 ‘개천-태성호물길’ 공사를 들 수 있다. 본 사업은 평안남도 서부 평야지대의 용수 체계를 개선하기 위한 목적으로 1999년 11월에 착공되어, 2002년 10월에 완공되었다. 주요 시설에는 통수량 5,200㎥/s의 댐 1기, 총연장 26.8 km에 달하는 38기의 수로터널과, 이 중 3 km 구간에 설치된 잠관 12기가 포함된다 (KRC, 2003).
나. 관개수로의 단면 결정 기준의 비교
남한의 관개수로 단면 결정 시, 개수로 단면형을 결정할 때에는 수리구조 및 시공상의 이점을 고려하여 가장 경제적인 단면을 선정한다. 수리적으로 유리한 단면은 통수단면적 (A)에 비해 윤변 (P)이 작을수록 경심 (R)이 커지며, 그 결과 통수능이 극대화되고 시공 비용 측면에서도 유리하다 (KDS 67 20 20, 2018). 경제성 위주의 설계와 구별되는 점은, 침투 방지적으로 유리한 단면은 침투손실량이 최소화되는 것을 목표로 한다. 침투손실량은 수심의 평방근에 비례한다고 하면 침투손실이 최소가 되는 단면에 있어서 그 수로치수 사이에는 다음 관계가 성립된다.
상기 식을 조합하면 다음과 같다.
여기서, 
는 수로의 저폭 (m), H는 수심 (m), 
은 측벽과 수평면이 이루는 각도 (°), A는 통수단면적 (m2)이다. 즉, 최소 침투단면의 저폭과 수심비는 수리상 유리한 단면일 경우의 2배이다. 이러한 단면의 결정은 수로의 종류, 목적, 지형을 고려하여 조정되며, 깊은 단면은 수리적 측면에서, 얕은 단면은 안정성과 경제성 측면에서 이점을 제공한다 (KDS 67 20 20, 2018).
남한의 경우, 흙수로의 경우는 일반적으로 누수 방지를 고려할 필요가 없는 수로에서 채용된다. 설계에 있어서는 수로가 역학적으로 안정되고 유수에 대한 세굴 및 침식을 일으키지 않는 구조가 되게 수로의 선형, 종단기울기, 단면 등을 충분히 검토하여 안전하고 경제적인 것으로 해야 한다. 흙수로의 수로단면은 저폭과 유량이 적은 경우 2:1, 유량이 많은 경우 8:1까지 채용한다. 이는 KDS 67 20 20 2018 기준에 따른 것으로, 구체적인 적용은 현장 조건에 따라 설계자가 판단한다. 흙수로의 사면 기울기는 유수 및 자연조건에 대하여 활동, 세굴 및 침식이 발생하지 않도록 안정을 유지하는 기울기가 필요하며 원칙적으로 사면안전도 분석결과에 따라 결정하되, 토질시험치가 없는 경우에는 현지의 상황에 따라 결정해야 하는데 일반적으로 Table 2의 수로의 사면 기울기 1:n의 값을 채용한다. 호안공이 있을 때에는 사면 기울기를 더 급하게 할 수 있다.
Table 2
Side slope of the canal embankment 1:n (vertical:horizontal) (KDS 67 20 20, 2018)
또한, 토질이 좋고 소규모인 것은 비탈면 안정에 지장이 없는 범위에서 안비탈면 기울기를 1:0.8~1:1.1까지 급하게 할 수도 있다. 여유고는 계획최대유량에 대한 수면으로부터 양안 둑마루까지의 높이이며 콘크리트 라이닝 수로에 준하여 결정한다 (KDS 67 20 20, 2018).
북한의 관개수로 단면은 최대 설계유량에서도 침식되지 않고, 최소 설계유량에서도 막힘 없이 안정적인 물 흐름 속도를 유지할 수 있도록 설계된다. 수원에서 관개수를 끌어들일 때에는 직경 0.1~0.15 mm 이상의 흙⋅모래가 유입되지 않도록 차단하며, 0.1 mm 이하의 미세 입자는 침전되지 않도록 충분한 유속을 유지해야 한다. 흙⋅모래의 양이 수로의 흙 운반능력을 초과하지 않도록 관리하고, 유속은 최소 허용 유속 이상으로 유지해야 한다 (Rim, 2009). 북한의 관개수로는 Table 3과 같이 수로의 규모에 따라 경사를 가파르게 설정하여 유속을 유지하는 방식이 일반적이다. 포전 수로의 수위는 논밭의 높이보다 5~10 cm 높게 유지하며, 수로 분기점에서 큰 수로의 수위가 작은 수로의 수위보다 10~20 cm 높게 설계된다 (Rim, 2009).
Table 3
Longitudinal bed slope of canal according to flow rate (Rim, 2009)
| Flow rate (m3/s) | ≤0.3 | 0.3~0.5 | 0.5~1.0 | 1.0~1.5 | 1.5~2.5 | ≥3 |
| Recommended longitudinal bed slope |   |   |   |   |   |   |
관개수로의 가로 단면은 일반적으로 사다리꼴이며, 일부 구간에서는 직사각형 또는 포물선형 단면이 적용된다. 수로의 비탈면 경사는 물깊이에 따라 Table 4와 같이 설정된다. 큰 물길일수록 밑너비 (b)와 물깊이 (h)의 비
를 크게 취한다. 수로의 유량에 따라 
는 보통 Table 5와 같이 정해진다 (Rim, 2009).
Table 4
Canal cross-sectional slope gradients (Rim, 2009)
| Water depth (m) | <0.5 | 0.5~0.7 | 0.7~1.5 | 1.5~2 | 2~2.5 | >2.5 |
| Inner side slope 1:n(V:H) | 1 | 1~1.25 | 1.25~1.5 | 1.5~1.75 | 1.75~2 | 2 |
| Outer side slope 1:n(V:H) | 1 | 1~1.25 | 1~1.25 | 1.25~1.5 | 1.5~1.75 | 1.75 |
(
(m3/s)
‘개천-태성호 수로’의 경우, 암거, 수로 터널, 수로교 등 구조물 구간을 제외한 전 구간이 토공으로 이루어져 있으며, 대표단면은 유량별로 다르게 설정된다. 전 구간에서 수심이 2.5 m 이상이므로 Fig. 2와 같이 안쪽 경사는 1:2.0, 바깥쪽 경사는 1:1.75를 적용하고 있다 (KRC, 2003).
콘크리트 수로의 경우, 옹벽으로 된 옆사면의 안전도를 높이기 위해 사면 경사를 0.2~0.4로, 돌을 쌓은 경우에는 사면경사를 0.3~0.5로 취하고 있다 (KRC, 2003). 관개수로의 단면을 결정한 후에는 뚝의 여유 높이와 웃너비를 설정해야 한다. Table 6에 따라 뚝의 여유 높이는 비상 유량과 수로의 수심을 고려하여 결정하며, 웃너비는 수심에 따라 정해진다. 수심이 30 cm 이하일 경우, 웃너비는 최소 30 cm로 설정할 수 있다 (Rim, 2009).
Table 6
Setting the freeboard height and top width of channels (Rim, 2009)
| Water depth (m) | <0.5 | 0.5~1 | 1~1.5 | 1.5~2 | 2~2.5 | >2.5 |
| Freeboard height (m) | 0.3~0.4 | 0.4~0.5 | 0.5~0.7 | 0.6~0.8 | 0.7~0.9 | 0.8~1 |
| Top width (m) | 0.5~0.8 | 0.8~1 | 1~1.5 | 1.5~2 | 2~2.5 | 2.5 |
북한의 수로뚝사면의 경사는 흙의 성질과 물깊이에 관계되는데 보통 흙일 때에는 물깊이에 따라 다음 Table 7과 같이 정한다 (Kim et al., 2016).
Table 7
Slope of the channel embankment (Kim et al., 2016)
| Water depth (m) | Slope | |
| Inside | Outside | |
| 0.15~0.30 | 0.70 | 0.75 |
| 0.30~0.50 | 1.00 | 0.75 |
| 0.50~0.70 | 1.00~1.25 | 1.00 |
| 0.70~1.50 | 1.25~1.50 | 1.00~1.25 |
| 1.50~2.00 | 1.50~1.75 | 1.25~1.50 |
| 2.00~2.50 | 1.75~2.00 | 1.50~1.75 |
| >2.50 | 2.00 | 1.75 |
다. 관개수로 흙수로의 구조 비교
북한의 흙수로는 땅의 높이 차에 따라 Fig. 3과 같이 파낸 수로, 쌓은 수로, 그리고 혼합식 수로로 구분된다. 파낸 물길은 흙공사량을 줄이기 위해 물의 깊이를 깊게 하고 밑너비를 좁게 설계하며, 깊이가 4~6 m를 초과하면 경사면에 소단을 설치해야 한다. 또한, 파낸 흙은 물길 경사면에서 일정거리 떨어진 곳에 버려야 하며, 빗물이 본래 지표면에서 흘러들지 않도록 도랑을 따로 만들어야 한다 (Rim, 2009).
쌓은 수로는 낮은 지대를 통과할 때 주로 건설되며, 물 스밈과 변형에 취약해 유지관리가 어렵다는 단점이 있다. 따라서 파낸 흙과 쌓은 흙의 균형을 적절히 조절하는 것이 중요하다. 자연흐름식 수로는 관개지역 중 가장 높은 지형을 따라 산비탈면에 건설되며, 이때 위쪽은 파낸 수로, 아래쪽은 쌓은 수로로 구성된다. 특히 아래쪽의 쌓은 수로는 뚝이 미끄러져 내리는 것을 방지하기 위해 지반과 뚝의 접촉부를 충분히 다지고 안정성을 확보해야 한다. 또한, 비가 내릴 때 물길의 상부에서 흙과 모래가 함께 유입되지 않도록 도랑 설치 등 적절한 유입 방지 대책을 마련해야 한다.
남한에서는 흙수로 (개수로)의 흙깎기와 흙쌓기 작업이 토공계획에 따라 이루어진다. 흙깎기 작업에서는 지질, 비탈면 높이, 강우량 등 여러 요인을 고려하여 비탈면 기울기를 결정한다. 흙쌓기 작업에서는 흙쌓기 재료의 품질이 시공 난이도와 안전성에 큰 영향을 미치며, 흙깎기에서 나온 재료를 활용하는 경우가 많다. 흙쌓기의 비탈면 기울기는 일반적으로 1:1.5를 기준으로 하며, 둑마루폭은 수로의 유지관리 및 경제성을 고려하여 설계된다. 소규모 수로의 둑마루폭은 0.5~1.0 m, 부설도로가 있는 경우에는 4.0 m 이상으로 설계하며, 필요한 경우 관리용 도로를 추가로 계획하기도 한다. 북한은 자연흐름식 물길과 파낸 물길, 쌓은 물길의 조합에 중점을 두고 있으며, 남한은 흙깎기와 흙쌓기 작업의 철저한 계획과 관리로 구조물의 안정성과 유지관리에 집중하고 있다 (Rim, 2009).
라. 관개수로 라이닝 설계 비교
북한에서는 물이 많이 새는 물길이나 물살이 빨라 흙이 패이는 물길에 대해 라이닝이 필요하다고 강조한다. 라이닝 수로는 라이닝 재료에 따라 흙라이닝 수로, 콘크리트라이닝 수로, 합성수지막라이닝 수로 등 다양한 형식으로 나뉜다. 진흙으로 라이닝된 흙라이닝 수로는 진흙의 스밈계수가 작아 물길 바닥과 비탈면에 진흙을 깔거나 매질하면 물 스밈량을 효과적으로 줄일 수 있으며, 라이닝 재료의 스밈계수가 작고 라이닝 두께가 두꺼울수록 물 스밈 속도 
는 느려지고 스밈량도 감소한다. 여기서 
는 라이닝 재료의 스밈계수 (m/s), 
는 물길에서 물면으로부터 라이닝 면까지의 깊이 (m), 
는 라이닝의 두께 (m)를 의미하며, 진흙층의 두께는 보통 15~30 cm로 한다 (Rim, 2009).
Fig. 4와 같이 진흙층 위에는 보호층으로 수로 흙을 15~20 cm 덮어 진흙층이 말라 터지거나 겨울철 얼어 부풀어오르는 것을 방지하고, 물이 흐를 때 물살로 인해 진흙이 씻겨 나가는 것을 막아야 하며, 쌓은 수로를 건설할 때는 속벽 형식으로 진흙을 다져 넣는 것이 좋고, 큰 수로에서 수로 아래 물이 잘 스미는 층이 일정한 깊이로 깔려 있는 경우에는 Fig. 5와 같이 그 밑층까지 속벽을 설치해 물이 새는 것을 막아야 한다.
콘크리트라이닝 수로는 Fig. 6과 같이 물길 가까이에 진흙이 없는 경우 물 스밈을 방지하기 위해 수로 바닥과 비탈면에 콘크리트를 라이닝하는 방식으로, 바닥과 경사면의 지반이 안정된 후에 시공하는 것이 좋으며, 시공 전에 수로를 충분히 다져야 한다. 라이닝된 콘크리트층은 물이 새지 않도록 해야 할 뿐만 아니라, 얼려 올리는 흙의 압력과 온도 변화로 인한 팽창과 수축에도 파괴되지 않아야 한다. 얼음 압력을 줄이기 위해 콘크리트층 밑에 모래자갈을 깔아주어야 한다. 모래자갈층의 두께는 10~25 cm로 하고 콘크리트층의 두께는 시공조건과 물새는 조건을 고려하여 15~25 cm로 한다 (Rim, 2009).
콘크리트 라이닝은 온도 변화로 인해 팽창과 수축이 발생할 수 있으므로 일정한 간격으로 가로 방향의 온도 이음줄을 설치하고, 세로 방향으로는 비탈면의 물매가 변하는 지점과 밑면과 연결되는 곳에 이음줄을 설치하며, 이음줄에서 물막이를 철저히 해야 한다. 또한, 지하수면이 높은 지역을 지나는 수로에 콘크리트 라이닝을 할 경우, 라이닝 밑의 지하수를 배출하기 위해 물빼기관을 설치해야 한다.
남한은 농업용 관개수로는 콘크리트 라이닝을 기본으로 하고 있으며, 1970년대 초반부터 하반기 사이에는 토공수로의 개보수가 주로 콘크리트 라이닝으로 변화되었고, 1980년대 초중반에는 유실되었거나 손상된 부분을 개보수하면서 콘크리트 개거로 구조물화하기 시작하였다 (KARICO, 2005). 콘크리트 라이닝 수로는 침식 저항력이 높고 빠른 유속에도 적응할 수 있어 널리 채택되며, 기반의 안정성에 따라 설계가 이루어진다. 남한의 콘크리트 라이닝은 얇은 콘크리트 라이닝과 철근 콘크리트 라이닝으로 구분되며, 얇은 콘크리트 라이닝은 두께 10 cm 정도로, 철근 콘크리트 라이닝은 두께를 증대하고 최소 철근을 배치하여 내구성과 안정성을 강화한 구조이다. 라이닝 시공 시, 지하수위가 높거나 투수성이 큰 기초에서는 언더드레인을 설치하고, 지하수가 소량인 경우 배수공을 설치하여 지하수를 배출한다. 배수공에는 배면 필터의 유출을 방지하기 위해 메시 스트레이너나 투수 매트를 추가로 설치한다. 또한, 온도 변화로 인한 신축 문제를 해결하기 위해 신축 이음매를 다른 구조물과 접합부에만 설치하며, 콘크리트 블록 라이닝의 경우 비탈면 길이의 3배 정도 간격으로 신축 이음매를 설치한다. 남한의 라이닝 설계는 기반 안정성과 장기적인 내구성을 고려하며, 시공법은 슬립폼 (slip form)이나 슬롭폼 (slope form)과 같은 이동식 거푸집 방식을 채택하여 경제성과 효율성을 높인다. 라이닝 두께는 보통 10 cm로 설계하되, 한랭지나 대규모 수로에서는 이보다 두꺼운 두께를 검토하며, 비탈면 기울기는 수로 규모와 시공법에 따라 1:1에서 1:1.5까지 적용된다.
Ⅲ. 남한과 북한의 관개수로 분석
1. 북한의 관개수로의 단면 비교
남한과 북한의 관개수로의 단면 형태와 설계를 비교 분석한 결과, 두 지역 모두 일반적으로 사다리꼴 단면을 사용하고, 특수한 경우에는 직사각형이나 포물선형 단면을 채택한다. 남한에서는 수리구조 및 시공상의 이점을 고려하여 경제적이며 수리적, 침투적, 구조적으로 비교적 깊은 단면이나 얕은 단면을 선택하고 있다. 북한에서는 큰 수로일수록 밑너비와 물깊이의 비율을 크게 설정하여 유량에 따라 저폭과 수심비를 조정하는 방식을 적용하고 있다.
사면 경사 설정 방식에서도 차이를 보인다. 남한은 흙수로의 사면 안전도 분석 결과를 바탕으로 성토 방식과 토질 조건에 따라 1:n 경사를 결정한다. 북한은 물 깊이에 따라 경사를 설정하며, 수심이 깊어질수록 더 완만한 경사를 적용한다. 이러한 차이는 두 지역의 수리구조 설계와 시공방식에서 나타나는 지역적 특성과 기술적 접근의 다양성을 반영한다. 북한과 남한의 남북한 관개수로 단면 비교를 Table 8에 정리하였다.
Table 8
Simplified comparison of irrigation channel cross-sections between North and South Korea
| Category | North Korea | South Korea |
| Shape | Mainly trapezoidal with rectangular or parabolic shapes in some cases (Rim, 2009) | Shapes selected for hydraulic and structural efficiency (KDS67 20 20, 2018) |
| Slope | Adjusted based on water depth with gentler slopes for deeper water (Rim, 2009) | Based on stability analysis with a 1:n slope ratio (KDS67 20 20, 2018) |
| Bottom width / depth ratio | Larger canals have a higher ratio and the ratio is adjusted based on flow (Rim, 2009) | The ratio ranges from 2:1 to 8:1 (KDS67 20 20, 2018) |
북한의 유량 기반 단면 조정 방식과 남한의 체계적인 수심비 조절 방식을 조합하여 최적의 단면 설계를 도출하고, 유지보수 부담을 최소화하면서도 수리 효율성과 구조적 안정성을 동시에 확보할 수 있는 방안 마련이 필요하다.
2. 남한과 북한의 흙수로 구조 비교
남북한의 흙수로 구조 설계는 지형과 환경 조건에 따라 뚜렷한 차이를 보인다. 남한의 흙수로 (개수로)는 토공계획에 따라 흙깎기와 흙쌓기 작업이 체계적으로 이루어진다. 지질, 비탈면 높이, 강우량 등 다양한 요소를 반영하여 비탈면 기울기를 설계하고, 흙쌓기 과정에서는 재료의 품질과 시공 안전성을 우선적으로 고려한다. 둑마루폭은 유지관리와 경제성을 기준으로 0.5~1.0 m로 설계하며, 부설도로가 필요한 경우에는 4.0 m 이상으로 확대하고, 별도의 관리용 도로도 함께 계획한다.
북한의 흙수로는 지형의 높낮이 차이를 기준으로 파낸 수로, 쌓은 수로, 혼합식 수로로 구분된다. 수로 설계는 자연흐름식 관개체계를 기반으로 물의 흐름을 원활히 유도하는 데 초점을 둔다. 파낸 수로는 흙공사량을 줄이기 위해 깊게 파고 밑너비를 좁게 설계하며, 쌓은 수로는 지반과의 접촉부를 단단히 다져 구조적 안정성을 확보한다. 빗물로 인한 침식을 방지하기 위해 도랑을 추가로 설치하는 등 단면 안정성을 확보하는 방식이 적용된다. 북한은 자연지형을 그대로 활용하고 간단한 구조적 보강에 중점을 두며, 남한은 세부적인 토공계획과 시공 품질 관리로 구조물의 안정성과 장기 유지관리를 강화한다. 이 같은 특성은 남북한 기술 협력에서 자연흐름식 관개 방식과 현대화된 유지관리 시스템을 결합한 혼합형 수로 모델 개발이 필요함을 보여준다.
3. 남한과 북한의 라이닝 수로 구조 비교
남북한의 라이닝 수로 구조는 물 스밈 방지와 구조적 안정성 확보를 공통된 목표로 설정하고 있으나, 설계 및 시공 방식에서는 차이를 보인다. 북한은 물이 많이 새거나 물살이 빠른 구간에서만 라이닝을 적용하며, 해당 구간의 필요성에 따라 선택적으로 시공한다.
남한은 1970년대 이후 콘크리트 라이닝을 기본 구조로 도입하였고, 기존 토공수로에 대한 개보수 과정에서도 구조물화가 꾸준히 진행되었다. 라이닝 수로에 대한 남북한의 구조 비교 결과는 Table 9에 정리하였다.
Table 9
Simplified comparison of concrete lining between North and South Korea
남한은 콘크리트 라이닝을 중심으로 기반 안정성과 내구성을 강화하는 체계적인 설계 및 시공 방식을 적용하고 있다. 북한은 다양한 라이닝 재료를 활용하여 물 스밈을 방지하고 구조적 보강에 중점을 두고 있다.
북한의 자연흐름식 흙수로를 유지하면서도 유지보수 비용을 최소화하기 위해서는 적절한 라이닝 기술의 도입이 필요하다. 북한 지역의 온도 변화와 자원 여건을 고려할 때, 표면 라이닝과 매설막 라이닝 적용 방안을 함께 검토해야 한다.
Ⅳ. 결 론
남북한은 서로 다른 정치⋅경제 체계와 환경 속에서 독자적인 관개 시스템을 발전시켜 왔으며, 향후 협력과 기술 교류 가능성이 높다. 본 연구는 남북한 관개 체계 중 관개수로와 흙수로의 설계기준, 시방서, 참고자료를 비교⋅분석하고, 구조적 특성과 운영 체계를 고찰하여 다음과 같은 결론을 도출하였다.
1. 남북한의 관개수로는 모두 사다리꼴 단면을 기본으로 사용하지만, 남한은 경제성과 구조적 안정성을 고려한 단면을 적용하고, 북한은 유량과 수심에 따라 단순한 자연흐름 방식을 유지한다. 북한의 유량 기반 단면 조정 방식과 남한의 수심비 조절 기법을 결합하면, 유지보수 부담을 줄이면서 수리 효율성과 구조적 안정성을 동시에 확보할 수 있다.
2. 북한의 흙수로는 자연지형을 따라 파낸 수로, 쌓은 수로, 혼합식 수로 등으로 구성되며, 단순 시공과 자연흐름을 유지하는 방식이다. 반면 남한은 정밀한 토공계획과 시공 품질 관리로 구조물의 안정성과 장기 유지관리 효율성을 높이고 있다.
3. 라이닝 수로의 경우, 북한은 물 스밈 방지와 구조적 보강을 위해 흙라이닝, 콘크리트라이닝, 합성수지막라이닝 등 다양한 재료를 활용한다. 남한은 1970년대 이후 콘크리트 라이닝을 기본으로 적용하여 기반 안정성과 내구성 확보에 중점을 두고 있다.
4. 북한의 자연흐름식 수로는 유지보수와 운영 효율성 측면에서 한계를 보인다. 수로의 침식 저항성과 고유속 대응 능력을 높이기 위해, 남한의 콘크리트 라이닝 기술을 단계적으로 도입해야 한다. 간이 콘크리트 라이닝, 아스팔트 합성고무, 벤토나이트 매설막 라이닝 등 경제적이고 유지보수가 용이한 기술을 적용하면 주요 관개수로의 내구성을 효과적으로 확보할 수 있다.
5. 내구성과 안정적인 운영을 확보하기 위해, 언더드레인 및 배수공 설치 기법을 도입하고, 지반이 불안정한 구간에는 메시 스트레이너나 투수 매트를 추가 적용해 구조적 안정성을 강화해야 한다. 이와 같은 기술적 개선은 북한의 자연흐름식 수로가 가진 한계를 보완하고, 운영 체계의 효율성을 높이는 기반이 된다.
6. 한반도 관개체계의 통합을 위해서는 남북한 간 수로 단면 형상 등 구조적⋅기술적 이질성을 반영할 수 있는 기준 통합 전략이 요구된다. 단일 기준의 일괄 적용보다는, 수로 유형 및 북한 지역의 특수한 여건을 고려한 지역 맞춤형 설계지침을 개발해야 한다. 특히, 기존 북한 수로의 시공 방식을 보완하고, 이를 남한의 설계 기법과 단계적으로 융합하는 접근은 수리 효율성과 구조적 안정성을 동시에 확보할 수 있는 효과적인 통합 방안이 될 것이다.
본 연구의 비교⋅분석 결과는 남북한 관개수로 관리 시스템 개발과 효율적인 협력 방안 수립을 위한 핵심 자료로 활용될 수 있다. 통합된 관개체계를 구축하기 위해서는 설계기준, 재료 특성, 시공 방식 등의 차이에 대한 충분한 사전 분석이 요구된다.
* 본 논문은 연구자의 개인적인 견해를 바탕으로 작성된 것으로 한국건설기술연구원의 공식입장과는 무관합니다.
