연재_김범철 교수의 호수의 과학 ⓰

부영양호의 수생태계를 살리기 위한 투자

호수에 산소를 공급하자

김범철 강원대 환경학과 교수, 前 한국하천호수학회 회장

1980년대 말 영국 런던의 테임즈강에서는 산소탱크를 싣고 다니며 강물에 산소를 공급해 주는 산소공급용 바지선이 만들어졌는데 그 목적은 물속의 산소가 부족한 곳을 찾아가서 산소를 공급하여 어류와 수중생물들을 보호하기 위한 것이었다.
일찍이 산업화와 도시화의 변화를 겪은 영국은 수질오염도 먼저 겪었다. 산업폐수와 가정하수로 하천이 오염되자 하수처리를 시작하였지만 하수관이 완벽하지 않아서 비가 오는 날이면 하수관이 넘치고 오염도가 높은 물이 테임즈강으로 흘러들었다. 지금의 우리나라 도시들과 유사한 상황이라고 보면 된다.
그 결과 테임즈강의 산소가 부족해지고 민감한 어류에게는 살기 어려운 수질을 보이는 사례가 반복되자 유역의 하수처리장 건설만으로는 당분간 어류가 살기 좋은 환경을 만들기가 쉽지 않을 것이라고 보고 임시방편으로 강에 산소공급장치를 설치하였다. 하천 바닥에 공기펌프로 공기를 불어넣어 수중산소를 넣어 주는 것으로 마치 어항에 공기를 넣어 주는 것과 같다. 그래도 산소가 충분치 않은 구역들이 생기자 이를 해결하고자 산소공급용 바지선을 만든 것이다. 이를테면 물고기 폐사를 막기 위한 응급구조대인 셈이다.

▲영국 테임즈강에서 산소탱크를 싣고 다니며 산소고갈 지점에 산소를 공급하는 바지선.

하수 유입으로 인한 산소고갈
사람에게 산소가 필수불가결한 것과 같이 수중동물에게도 산소가 필수적이다. 모든 동물은 내성의 차이는 있지만 산소가 있어야만 살 수 있다. 공기의 19%가 산소로 구성되어 있기 때문에 육상에서는 어디 가나 산소가 충분히 많이 있고 육상동물은 산소고갈을 겪지 않는다. 그러나 산소는 물에 잘 녹지 않는 기체이기 때문에 물속에서는 산소고갈이 잘 일어난다. 물 1리터 중에 녹아 있는 산소의 농도는 대개 10mg 정도인데 민감한 어류가 성장하고 번식하려면 리터당 5mg 이상의 산소가 필요하다. 어류 가운데에는 산소고갈에 민감한 어류가 있고 내성이 강한 어류도 있는데 산소농도가 2mg/ℓ 이하가 되면 어류의 호흡장애가 나타나고 공기호흡을 하는 내성이 강한 어류 외에는 살아가기가 어려워진다.
그러면 물속에서 산소고갈은 어떤 경우에 발생할까?
하천에서는 음식 찌꺼기, 배설물 등의 하수가 배출되는 곳에서 발생한다. 하수 중의 유기물을 미생물이 분해하면서 산소를 소비하기 때문에 하수가 많이 배출되면 산소고갈 구역이 나타난다. 요즘 우리나라 도시하천에서는 비가 올 때 하수가 넘쳐 나오고, 하수도 바닥의 오염물이 유출되어 오염도가 급격히 높아지기 때문에 비 온 직후에 산소고갈이 흔히 발생한다.
호수에서는 녹조현상이 발생하는 부영양호에서 흔히 산소고갈이 나타난다. 표수층에 떠있는 플랑크톤은 광합성을 하므로 표수층에서는 산소를 공급해 주지만 플랑크톤이 가라앉아 분해될 때에는 산소를 소비하기 때문에 호수 심층의 산소소비량은 표수층에서 성장하여 가라앉는 플랑크톤의 양에 비례하며 부영양호일수록 심층의 산소고갈이 잘 일어난다. 특히 여름에는 표수층의 수온이 높아서 위아래층이 섞이지 않는 성층현상이 일어나 산소고갈이 더욱 흔히 발생한다. 우리나라 호수의 절반 정도가 부영양호이며 산소의 수직분포를 조사해 보면 호수 심층의 산소고갈은 매우 흔히 나타나는 현상이다.
여름의 부영양호에서는 물고기가 수온이 높고 녹조현상이 심하며 pH가 높은 표층에서 생존해야 한다. 표층까지 산소가 부족해지면 민감한 어종은 살 수 없고 붕어 잉어 미꾸라지 등의 내성이 강한 어류가 우점하게 된다. 산소가 부족할 때 수면에서 공기를 마시면서 호흡하는 능력은 생존가능성을 결정짓는 중요한 요소이다. 호수 바닥에 사는 저서동물은 이동능력이 없기 때문에 산소고갈이 되면 거의 사라지고 만다. 그러므로 부영양화가 심해지면 하천과 호수의 동물다양성이 낮아지고 생태계의 건강성이 나빠진다.

공기파이프 통한 산소공급기 투자 필요
이에 대한 근본대책은 하수를 완벽하게 모아서 처리하는 것이지만 거대 도시의 하수도관을 모두 고치고 하수를 완벽하게 차집하도록 개선하는 데에는 상당한 시간과 비용이 필요하다. 우리나라에서도 하수관이 파손되는 사례도 많고, 빗물이 하수관으로 섞여 들어가는 경우도 흔하여 비가 오면 하수량이 많아져서 처리장에서 처리하지 못하고 많은 하수가 그대로 방류되는 실정이다. 강우 초기에 유출되는 하수 외에 농경지의 퇴비 등의 비점오염원도 아직 제대로 처리되지 않고 있으며, 그 결과 많은 하천과 호수가 부영양화로 인한 생태계 피해를 겪고 있다.
산소고갈이 일어나는 하천과 호수에서 임시방편으로 수중동물을 보호하기 위해 필요한 대책이  인공적으로 산소를 공급해 주는 것이다. 공기파이프를 호수 바닥에 설치하여 펌프로 공기를 넣어주거나 산소를 넣어주면 된다. 요즘은 산소측정기가 잘 개발되어 있으므로 산소측정기와 연계하여 주면 산소가 부족할 때 자동으로 공급해 줄 수 있다.
선진국에서는 산소고갈이 발생한 호수 심층이나 하천에서 산소를 인위적으로 공급하는 사례가 많이 있는데, 우리나라에서는 일부 댐에 공기펌프가 설치되어 있는 곳이 있기는 하지만 대부분의 하천과 저수지에서는 산소고갈이 발생하여 물고기가 죽더라도 그대로 방치되고 있다.
산소를 공급하여 산소고갈을 없애주면 어류 폐사를 막을 수 있고 산소고갈에 민감한 동물들도 생존할 수 있으므로 수중동물의 다양성이 증가한다. 수서곤충 등의 다양한 저서동물이 살게 되면 이를 먹는 어류의 먹이가 풍부해져 간접적으로 어류의 종류와 양이 증가하는 환경이 조성된다. 산소가 고갈된 물에서는 황화수소나 암모니아와 같은 나쁜 냄새가 발생하는데 산소가 공급되면 이 냄새도 없어진다. 당연히 레저관광지로서의 가치도 높아질 것이다.
이제 수중생태계의 건강성을 위하여 산소가 고갈되는 하천과 호수에 산소공급기를 설치하는 투자를 시작할 때이다.