[출처= 워터저널(www.waterjournal.co.kr) 2008년 11월호 특집 기사 / 원문 첨부파일 참조]

 

 

 

 

기후변화 따른 물 문제 해결 ‘절실’
기후변화 영향 CO₂보다 물 분야가 더 심각
대체 수자원 개발·통합 수자원 관리 추진 필요

2007년에 발간된 『IPCC 4차보고서』는 기후변화가 명백한 현실임을 확인시켜 주었다. 수자원 시스템은 지구 시스템과 인간 시스템의 영향을 받아 취약해지며, 사회·경제적 발전 시스템을 기후변화에 적응할 것을 제시해줬다. 또한 기후변화와 물 관리는 지구의 물 순환과 물 이용을 통해 서로 영향을 미친다고 언급했다.

기후변화의 영향은 물 부문이 가장 심각하고 시급하나, 기후변화 대책의 초점은 주로 이산화탄소 저감에 맞춰져 있는 실정이다. 우리나라에서는 강수 발생 특성상 시공간적으로 수자원관리에 불리하게 변하고 있다. 기존의 수공 구조물로는 감당하기 어려운 극한 홍수가 발생함에 따라 다목적 댐의 홍수조절공간을 늘려서 운영하고 있으며, 이에 따라 용수공급 차질의 가능성이 높아졌다.

또한 도시와 농촌 그리고 산지 계곡, 하천까지 갈수 시 수량이 줄어드는 것으로 파악되고 있다. 그 원인은 기후변화에 따른 증발산 증가와 지하수 과다 이용 그리고 무분별한 도시개발과 하천정비 등으로 추측되고 있다.

그러나 한국의 수자원 관리에서 기후변화로 인한 큰 피해는 아직 발생되지 않았다. 기록적인 홍수 재앙에 전 국민의 반이 제한급수를 받아야 한 시점에서도 때마침 내린 비로 무사히 넘어갈 수 있었다.

최근에 한반도에 내린 강수량을 분석해보면 남쪽 지방에서는 증가 추세를 나타내고 있고, 북쪽 지방에서는 감소 추세를 보이고 있다. 남쪽은 홍수와 가뭄 피해를 심하게 겪지 않았지만, 북쪽은 극심한 피해를 입었다.

남·북쪽의 피해 정도가 극명하게 다른 것은 남쪽이 물 관리를 잘한 점도 있지만, 남쪽에는 유리하게 작용하고 북쪽에는 불리하게 작용하고 있는 변덕스러운 기후에 더 큰 원인이 있다고 볼 수 있다.

 

▲ 다중 모델로 전망된 100년 후의 지구 강수량 변화 패턴(자료: IPCC 4차보고서)

수자원 관리의 첫 번째 철학은 지속가능성이다. 즉, 현재의 수자원 여건을 훼손하지 않으면서 지속적으로 수자원을 이용할 수 있도록 하는 것이다. 그런데 기후변화는 수자원 관리의 지속가능성을 유지하기 어렵게 만들고 있다.

2003년에는 북한의 임남댐(금강산댐)이 준공됐다. 임남댐 유역은 소양강댐 유역보다 넓다. 북한이 임남댐으로 유입되는 물을 전량 동해바다 쪽으로 이동시켜 발전에 사용한다면, 연평균 약 17억㎥의 한강 하류 수량이 줄어들게 된다. 이는 한강유역의 연평균 유출량 176㎥의 약 10%에 해당되는 양이며, 보완 대책을 필요로 하는 양이다.
결코 무시할 수 없는 수치다. 임남댐 붕괴로 인한 피해를 예방하기 위해 하류에 소양강댐과 비슷한 저수용량의 평화의 댐(26억3천만㎥)이 건설됐다. 그러나 이 댐은 강바닥 높이로 댐의 몸체에 구멍이 나있는 저류를 할 수 없는 홍수방어 전용 댐이므로 용수공급과는 직접 관련이 없다.

2006년 7월 17일 충주댐에는 설계 값을 초과하는 기록적 홍수가 유입됐지만 하류에서 홍수 피해는 발생하지 않았다. 물 관리자들이 홍수기 제한수위보다도 낮게 가변제한 수위를 설정해 댐을 운영한 덕분이다. 홍수가 댐을 비운 후에 발생했고, 홍수가 첨두에 달했을 때 비구름이 남쪽으로 물러간 행운도 한몫을 했다.

▲ 최근 한반도에 내린 강수량을 분석해보면 남쪽 지방에서는 증가 추세를 나타내고 있고, 북쪽 지방에서는 감소 추세를 보이고 있다. 남쪽은 홍수와 가뭄 피해를 심하게 겪지 않았지만, 북쪽은 극심한 피해를 입었다. 사진은 지난 2007년 7월에 강원지역에 내린 폭우로 한강 잠실지역 고수부지가 잠긴 모습.

2006년 여름 강수량은 양이나 강도 측면에서 기록적이었지만 홍수기가 지난 2006년 11월 6일 충주댐이나 소양강댐의 저수량은 예년의 72%에 불과했다. 홍수를 우려해서 무리하게 비웠던 댐을 채우지 못했기 때문이었다.

그러나 2007년 봄, 우려했던 용수 부족은 발생하지 않았다. 2006년 늦가을과 겨울 동안 비정상적으로 비가 많이 내렸기 때문이었다. 여하튼 행운이 겹친 덕분으로 한강유역은 홍수피해도 가뭄피해도 전혀 입지 않았다.

 

북한 황강댐 건설, 대비 필요

2007년 임진강 본류 DMZ 북쪽에 3억㎥ 저수용량의 황강댐이 준공됐다. 북한은 황강댐으로 유입되는 물을 터널을 통해 서해안 쪽 예성강으로 이동시켜 이용할 것으로 보인다. 황강댐이 본격적으로 운영된다면 임진강 하류 및 주로 북한에서 흘러온 물을 취수해서 사용하던 문산을 비롯한 남한의 하천수 이용자들은 큰 타격을 받게 되고 말 것이다.

▲ 2003년 준공된 북한의 임남댐(금강산댐)의 붕괴로 인한 피해를 예방하기 위해 건설된 저수용량 26억3천만㎥의 평화의 댐 전경. 그러나 이 댐은 강바닥 높이로 댐의 몸체에 구멍이 나있는 저류 할 수 없는 홍수방어 전용 댐이므로 용수공급과는 직접 관련이 없다.

특히 북한쪽 임진강 본류에서 유입되는 깨끗한 물로 어렵게 수질을 유지하던 임진강 하류의 수질은 한 단계 악화될 것이 분명하다. 이미 임진강 유역은 안성천 등 다른 수도권 유역과 같이 광역상수도를 통해 한강의 물을 이용하고 있기 때문이다. 임진강 유역의 하천수 공급이 줄어들면 한강의 용수공급 부담은 증가되고, 가뭄 시 수도권 물 부족 피해는 가중된다.

수도권의 용수공급 체계는 조선말 못지 않게 가뭄에 취약하다. 수도권에 정칟경제뿐만 아니라 인구의 반이 집중되어 있는데, 주요 용수 공급원은 한강뿐이다. 더욱이 북한의 금강산댐 및 황강댐 건설과 유입수의 유역 변경으로 하류의 이용 가능량은 줄어들고, 지구기후변화로 큰 홍수가 발생하면서 다목적 댐의 용수공급능력은 줄어들고 있다.

만일, 조선말과 같은 극심한 가뭄이 발생하면 한강은 거의 고갈될 것이며, 현재의 공급시스템으로 수요를 감당하는 것은 불가능하게 될 것이다. 생존을 위한 기본적 용수공급마저 실패한다면 사회경제적 혼란은 물론이고 국가 재앙으로 진행될 우려가 높다.

 

기후변화 따른 물 부족 급증

2050년까지 기후변화로 물 스트레스가 증가하는 면적이 감소하는 면적보다 2배 이상 증가할 것으로 전망되고 있다. 증가한 강수 강도와 변동성으로 많은 지역에서 홍수와 가뭄 위험도가 증가되고, 전지구적으로 미래 기후변화가 담수 시스템에 미칠 부정적 영향이 긍정적 영향을 압도할 것으로 예상되고 있다.

기후변화는 수력발전, 구조적 홍수방어, 관개배수 시스템, 물 관리 업무 등 기존의 물과 관련된 사회기반시설의 기능과 운영에 전반적 영향을 미치고 있다. 또한 인구증가, 경제활동 변화, 토지이용 변화, 도시화로 인한 부정적 영향을 악화시키고 있다.
이로써 전 지구적으로도 향후 수십 년 간 인구증가로 인해 물 수요가 증가하고, 기후변화 결과로 관개수요가 대폭 변할 것으로 전망된다. 현재의 수자원관리 실무는 기후변화를 극복하기에는 충분하지 않다.

많은 지역이 현재의 기후 변동성도 극복하지 못해 대규모 홍수와 가뭄 피해를 입고 있으며, 비기후적 수자원 관리의 문제 즉, 용수수요 증가와 홍수피해 잠재력 증가 등은 기후변화와 연계돼 문제를 악화시키고 있다.

장기적인 기후변화 영향에 대한 적응의 첫 번째 단계는 현재의 기후 변동성 정보를 물 관리에 연계시키는 것이라 할 수 있겠다. 한국은 노후화된 사회기반시설의 재활, 과거의 변동성조차 고려하지 못한 안정성이 낮은 사회기반시설을 개선해야 하는 상황에서 기후변화로 인한 미래의 불확실성을 추가로 고려해야 한다.

한국의 물 관리는 △다목적 댐 관리의 홍수관리 비중을 높이면 가뭄발생 위험도가 증가(댐 용량은 일정)한다는 점 △최근 40년(1967년 대가뭄 이후) 이상 안정적인 장마 발생으로 심각한 가뭄피해가 발생하지 않아 사회기반시설 보강에 대한 사회적 정치적 관심도가 낮다는 점 △지하수 이용을 제한하면 지표수 공급능력 부족을 초래하고 만다는 점 △기후변화로 수문특성의 시간적 균질성 가정이 이미 유명무실화됐지만 이 가정에 근거한 기존의 수문통학적 설계방법을 대체할 수단이 아직 없다는 점 등의 딜레마를 가지고 있다.

 

한국의 물 수요관리는 필수

용수관리는 대체로 세 단계를 거치면서 발전한다. 첫째는 공급관리 단계이다. 수용에 따라 댐 등으로 신규수자원을 개발해 공급하는 단계이다. 한국은 최근까지 첫째 단계에 머물러 있었다.

용수 수요가 지속적으로 증가하고 지표수나 지하수를 개발할 여지가 있었기 때문이다. 최근까지 농업용 중·소규모 댐, 다목적 댐, 생활 및 공업용수 전용 댐 지하수 관정을 개발해 급증하는 농업용수, 생활용수, 공업용수 수요를 충족시켜 왔다.

둘째는 수요관리 단계이다. 수요는 지속적으로 증가하지만 신규 수자원 개발이 한계에 도달해 공급을 늘릴 수 없으므로 수요를 줄이는 단계이다. 한계에 도달한 이유가 사회적이든지 경제적이든지 환경적이든지, 또는 복합적이든지 상관이 없다. 물 관리자는 제한된 공급량으로 그보다 많은 수요를 감당해야 한다.

일본 등 물 관리 선진국들은 1970년대부터 수요관리를 시작했으며, 한국은 1990년대 말부터 이를 시작해왔다. 2001년 수립된 「국가수자원장기종합계획」에는 수요관리가 전제돼 있다. 계획에서 제시된 물 부족 대책은 정부의 수요관리 정책이 예정대로 추진된다는 가정 아래 산정 됐다.

2006년에 계획을 보완하면서 고수요, 기준수요, 저수요 세 가지 시나리오를 가정해 수요관리를 계획하고, 이에 따른 물 부족을 추정했다. 한국의 물 관리에서 수요관리는 필수적이다.

물의 지속가능성 확보 시급

세 번째는 지속 가능한 관리단계이다. 수자원을 양적으로 고갈시키지 않고 수생태계를 질적으로 악화시키지 않으면서 수자원을 이용하도록 관리하는 단계이다. 관리 대상에는 지표수나 지하수 모두가 포함되는데, 특히 지하수 관리와 관련성이 높다.

▲ 수자원의 지속가능성을 높이기 위한 이상적인 수자원 개발은 지표수나 지하수와 같은 전통적인 수자원이 아닌 재순환·재이용, 빗물이용(사진), 염수 담수화, 인공강우 개발 등이다.

한국의 대도시 지역, 중동이나 북부 중국의 공통점은 지하수가 지속적으로 고갈되어 가고 있다는 것이다. 공급 능력이 초과해 양적으로 지속가능하지 않은 상태다. 한국은 이용 가능한 수자원의 36%를 이를 통해 취수해 이용하고 있는데, 세계적으로 중동과 북아프리카의 사막국가를 제외하면 물 스트레스가 가장 높은 국가로 구분된다.

특히 한강·낙동강·섬진강 유역을 제외한 나머지 중·소 유역에서 50% 이상을 취수해서 사용하고 있으므로 물 스트레스가 세계적으로 높으며 지속가능성도 낮은 편이다. 수도권을 비롯해 한국 전반의 수자원 관리의 가장 큰 문제는 지속가능성이 낮다는 것이다. 공급관리, 수요관리를 넘어서 지속가능성을 확보하기 위한 수자원 관리가 필요하다.

최근에 대두되고 있는 통합 수자원 관리가 바로 지속가능성을 확보하는 것이다. 통합 수자원 관리는 자연 시스템과 사회 시스템 그리고 사회기반 시스템을 조화시켜 후세들이 수자원과 수생태계를 지속 가능하게 이용할 수 있도록 전체 수자원 시스템을 관리하는 것이다.

 

대체수자원 개발 이뤄져야

통합 수자원 관리의 핵심은 용수의 이용을 유역이 감당할 수 있는 지속 가능한 범위 내로 제한하는 것이다. 따라서 신규 수자원 개발은 최대한 억제할 필요가 있다. 그러나 용수공급의 안정성을 확보하고 유역의 수 생태계를 보전하기 위한 수자원 개발은 추진돼야 한다. 즉, 신규로 개발된 수자원은 유지용수 공급과 극심한 가뭄을 대비한 비축용으로 이용돼야 한다.

수자원의 지속가능성을 높이기 위한 이상적인 수자원 개발은 바로 대체수자원의 개발이다. 대체수자원 개발은 지표수나 지하수와 같은 전통적인 수자원이 아닌 재순환·재이용, 빗물이용, 염수 담수화, 인공강우에 의한 수자원 개발을 지칭한다. 보다 넓은 의미로서 절수기기 이용이나 누수저감 또는 물 관리 효율성 제고로 확보하는 것을 포함하기도 한다. 예를 들면, 누수감지 모니터링 시스템을 운영함으로써 누수를 완전히 방지할 수 있는 것처럼 말이다.

▲ 현재 지구상에서는 7천500개가 넘는 담수화 공장이 운영되고 있으며, 수백 개가 건설 중에 있다.

해수담수화는 물 관리의 지속가능성을 높이는 데 유리하다. 바닷물을 원수로 사용하므로 가뭄 시 고갈될 염려가 없다. 또 용수를 유역 외에서 확보하므로 유역 내 물 순환에 악영향을 주지 않는다.
아울러 기술의 발전으로 생산단가가 지속적으로 낮아질 수 있다. 이와 같은 이유로 극심한 가뭄을 겪은 호주를 비롯한 세계 여러 나라에서 담수화 공장 건설이 활발하게 추진되고 있다.

 

호주, 담수개발 적극 나서

지구상 물의 97.5%는 바닷물이며, 2.5%는 담수다. 담수의 대부분은 빙하로 구성돼 있으며, 이용 가능한 담수는 0.3%에 불과한 상태다. 바닷물에서 염분을 제거해 담수를 만드는 방법은 고대 이집트 시대에도 존재했다. 고로 이 기술은 새로운 개념이나 발명은 아니다.

근대의 담수화 시설은 1700년대에 영국, 유럽 그리고 미국에서 개발돼 설치됐다. 현재 지구상에서는 7천500개가 넘는 담수화 공장이 운영되고 있으며, 수백 개가 건설 중에 있다. 2006년 11월 호주 대륙 서남쪽에 위치한 퍼쓰시의 담수화 시설이 현재 가동에 들어갔다. 이 시설은 역삼투막 방식으로 운영되고 있다. 이는 호주에 설치된 제1호 대형 공공 용수 플랜트이다.

현재 공급능력은 하루 14만㎥이며 해수담수화로 처리된 물은 지표수를 정수해 확보된 물과 혼합돼 공급된다. 향후 25만㎥으로 확장되면 남반구에서는 최대 규모가 될 것이며, 150만 명 인구의 퍼쓰시 용수수요의 17%를 담당하게 될 것이다. 총 사업비는 3억8천700만 달러(호주 달러)이며, 연간 운영비는 2천만 달러 미만이 될 것으로 알려져 있다. 용수가격은 1㎥당 1.17달러다.

 

가뭄대비 위한 해수담수화

퍼쓰시 담수화 플랜트는 담수 1㎥를 생산하는 데 4.0∼6.0kWh의 에너지가 소요된다. 전체 플랜트를 가동하는 데 24MW의 전력이 필요한 고효율 시설이다. 해수담수화로 용수를 확보하는 방식은 가뭄을 걱정할 필요가 없다는 장점이 있지만, 많은 에너지를 소모한다는 단점이 있다.

특히, 화석에너지로 생산된 전력을 사용할 경우, 지구온난화를 일으키는 이산화탄소 발생을 증가시킨다. 퍼쓰시 해수담수화 플랜트는 인근에 있는 Emu Downs Wind Farm에서 전력이 공급된다. 이 Wind Farm은 48개의 터빈으로 구성돼 있으며, 80MW 용량을 가지고 있다. 퍼쓰시의 해수담수화 플랜트는 청정에너지인 풍력에너지를 이용하기 때문에 이산화탄소 발생과는 관련이 없다.

호주에서는 퍼쓰시뿐만 아니라 시드니, 골드코스트, 멜버른 등 다른 대도시들도 해수담수화 플랜트를 건설 중에 있다. 그런데 해수담수화 방법이 경제적인 것은 아니다. 호주에서는 분야간 물 교역이 허용되므로 해수담수화보다는 시장에서 물을 구입해 정수를 하는 것이 경제적이다. 그러나 호주의 대도시들은 경제성이 떨어지는 해수담수화 방식을 선택했다. 해수담수화 방식은 어떤 심한 가뭄이 발생해도 물을 확보할 수 있기 때문이다.

 

호주의 대책, 벤치마킹 필요

한국은 호주를 벤치마킹해야 한다. 기록상 최악의 가뭄을 겪으면서도 청정에너지(풍력 발전)를 이용한 해수담수화로 가뭄에 대처하고 있는 호주를 배워야 한다. 서울이나 부산은 바다 연해 있어 해수담수화에 유리한 환경을 가지고 있다. 수자원의 지속가능성을 확보하기 위해서 평상시에도 용수의 일부를 해수담수화로 공급해야 한다. 그래야만 극심한 가뭄 발생 시에도 생존을 위한 용수공급능력을 확보함으로써 사회혼란을 방지할 수 있다.

해수담수화로 물 값이 오를 수 있으니, 평상시에는 해수담수화 공급량만큼 하천유지용수를 더 확보할 수 있으므로 득이 더 많을 수 있다. 필자는 극심한 가뭄을 대비한 수도권 해수담수화 공장 건설을 적극적으로 제안하고 싶다. 기후변화 영향은 물 분야가 가장 민감하게 적용 받는다.

가장 영향을 심하게 받기 때문에 조치 또한 시급하게 이뤄져야 한다. 기후변화의 물에 대한 영향은 현재의 물 문제를 더욱 악화시키므로, 조치의 첫째 단계는 현재 문제를 우선 극복하는 것에 있다고 본다.

▲ 수자원의 지속적·안정적 확보 방안

한국은 기후 및 비기후적 요인으로 용수공급과 홍수관리 측면에서 심각한 문제를 갖고 있으므로 기후변화 적응을 첫 단계 사업으로 우선 해소해야 한다. 기후변화 적응을 위해서는 대체수자원의 개발과 통합 수자원관리의 추진 그리고 의사결정이 필요한 유역 규모에 대한 물 순환 이해와 모델링을 위한 관측과 연구, 통합적응 평가 도구의 개발이 필요하다고 본다.