연재_김범철 교수의 호수의 과학 26

특별기고 - 4대강사업의 생태적 영향과 대책

철거하는 게 맞지만 서두르면 또 부작용

김범철 강원대학교 환경학부 교수

4대강사업은 시작되기 전부터 논란의 대상이었는데 근래 유지관리 수위를 낮추자는 요구가 대두되면서 사후관리방향을 두고 논란이 계속되고 있다. 필자는 4대강사업이 끝난 후 그 영향과 효과를 검증하는 4대강조사평가위원회에 참여하였기에 사람들로부터 많은 질문을 받아 왔다. 본고에서는 4대강보의 건설의 효과와 생태학적 영향, 미래의 변화와 관리대책을 소개하고자 한다.

댐인가 보인가? - 홍수저감 효과가 있는가?
4대강사업의 핵심은 16개의 댐을 건설하고 하천바닥을 준설하여 수심을 고르고 깊게 만들어, 수심이 얕고 빠른 하천을 깊고 느린 정체수역으로 바꾼 사업이다. 4대강사업으로 건설된 보를 댐저수지라고 부르는 사람도 있는데 댐저수지와 보의 차이는 구조물의 크기에 있는 것이 아니고 홍수 시에 물이 수문으로만 배출되는지 아니면 댐 전체를 월류하는지에 따라 결정되는 것이다. 일반적으로 저수지는 유량에 비해 규모가 크고 홍수 시에 물을 가두어 둘 수 있지만, 보는 저수량이 작고 홍수 시에 물이 댐체를 넘어가는 것이다. 그러나 그 경계가 명확하지 않은 경우도 있다. 화천댐은 저수지이지만 큰 홍수로 인하여 댐을 완전히 월류한 경우도 있었고, 4대강보는 보라고 부르지만 갈수기에는 물이 보를 월류하지 않고 발전기나 수문으로만 배출되는 경우도 있어 저수지에 가까운 기능을 보이기 때문이다.
저수지와 보가 홍수조절 기능을 가지는가는 저수량과 유량의 비율에 의해 좌우되는데 저수지는 유입수량에 비해 저수량이 크기 때문에 홍수 시 물을 방류하지 않을 수 있지만, 보는 유량에 비해 저수량이 작기 때문에 홍수 시 물을 가두지 못하고 댐을 월류하는 것이다. 따라서 보는 댐저수지와는 달리 홍수조절 능력이 거의 없다. 4대강보는 댐체의 크기는 크지만 대형 하천의 중하류에 건설되었기 때문에 저수량에 비하여 유량이 큰 곳이다. 낙동강의 예를 보면 상류에 안동댐, 임하댐, 합천댐 등의 큰 규모의 댐저수지가 건설되어 있는데 4대강보는 이보다 훨씬 하류에 건설되어 있어 유량이 월등히 크다. 따라서 홍수 시에 물을 가두어 둘 수 없고 보를 월류하는 것이며 홍수 조절 능력이 없다. 일반인들은 4대강보의 댐체가 저수지만큼 크기 때문에 홍수조절기능을 가진 저수지로 오해하기 쉬운데 보는 홍수조절기능을 가지는 것이 아니고, 오히려 홍수유발요인이다. 홍수 시에 강물이 하도를 가득 채우고 흘러가는데 거대한 구조물이 강을 가로막고 있기 때문에 장애물이 되며, 보의 지점에서는 홍수 시 수위가 보가 없는 경우보다 1~2m 더 상승하게 된다.
보의 기능은 하천의 수위를 갈수기에 일정하게 유지하여 취수가 쉽게 해주는 것이다. 하천의 수심이 얕고 수위가 변동하면 농업용수를 취수하기에 불편하기 때문에 보를 만들어 수위를 높이고 일정하게 유지하는 것이다. 4대강보에도 취수시설들이 새로운 수위에 맞추어 만들어졌고 보의 수위를 낮추면 취수가 불편해지므로 보의 수위를 취수구의 높이까지만 낮출 수 있다는 의견이 제시되고 있다. 즉, 취수구를 사용하기 위해서는 일정수위를 유지하여야 하며 댐을 비워두지 않아야 하는데, 만일 댐을 미리 비우지 않는다면 홍수 시에 물을 가두는 홍수조절능력은 전혀 없는 것이며 오히려 홍수유발요인이 되는 것이다. 설사 미리 댐을 비워둔다고 해도 홍수 초기에 수위 상승을 조금은 지연시킬 수 있지만 큰 비가 내리면 어차피 곧 보가 모두 채워진 상태가 되고 이후에 발생하는 홍수에는 아무런 효과가 없다.
4대강사업의 기능으로서 흔히 홍수조절과 용수공급의 두 가지를 거론하는데 이 두 목표는 서로 상충하는 것이다. 홍수위를 낮추려면 보가 없는 것이 더 좋고, 취수를 편하게 하려면 보가 있는 것이 좋다. 현재 4대강보에 많은 취수구가 만수위에 가깝게 설치되어 있는데 이는 수위를 낮추어 가면서까지 저수한 물을 이용할 계획도 없었다는 뜻이며, 결국 취수편이성과 관광자원으로서의 활용에 더 중점을 두었다고 볼 수 있다.
4대강 사업에서는 하천바닥을 준설하여 원래 경사가 진 하천바닥을 편평하게 만들었는데 목적은 퇴적된 모래를 제거하여 홍수위험을 줄이는 것이다. 준설은 하천 바닥이 낮아지는 만큼 그 지역의 홍수위를 낮추는 효과가 있다. 그러나 유량이 달라지는 것은 아니므로 준설지역의 하류에서는 홍수 시 수위에 변함이 없다. 오히려 중류에서 하천을 직선화하여 물을 빨리 유출시키기 때문에 하류에서는 약간 홍수위가 상승할 수 있다. 일부 사람들은 4대강사업으로 하류지역에서도 홍수위험이 낮아질 것으로 오해하는데 준설한 지점 외에는 효과가 있을 수 없으니 한강 하류의 김포지역이나 낙동강 하류의 김해지역에서는 홍수위에 변함이 없다.

▲ 금강에 설치된 백제보. 4대강의 보를 철거한다고 해도 하상 생태계가 보 건설 전으로 돌아가는 데는 수십 년의 시간이 걸린다.

유수생태계에서 정수생태계로의 변화
준설과 보에 의해 수심이 깊어지고 유속이 느려지는 것은 수생태계에 큰 변화를 일으킨다. 유속이 빠르고 얕은 하천에서는 하상에 부착조류가 많이 살며 이를 먹는 수서곤충들이 생태계의 주요 구성원이 되므로, 부착조류와 수서곤충을 먹는 어류가 우점하며 유영속도가 빠른 종이 우세하다. 수심이 깊어지고 유속이 느려지면 부착조류 위주의 생태계에서 플랑크톤(부유생물) 위주의 생태계로 바뀐다. 하천바닥에 빛이 충분히 도달하지 않기 때문에 부착조류는 감소하는 반면, 유속이 빠른 곳에서는 떠내려가던 식물플랑크톤이 살 수 있기 때문이다. 하천에서 호수로 변한다고 해서 조류의 총량이 크게 변하지는 않고, 다만 부착조류에서 플랑크톤으로 바뀌는 것이다.
수심이 깊어지고 식물플랑크톤이 늘어나면 동물도 플랑크톤을 먹는 동물플랑크톤이 우세하게 된다. 수서곤충이 줄어들고 동물플랑크톤이 늘어나면 먹이생물의 변화에 따라 어류도 변한다. 어류마다 먹이에 따라 아가미와 입의 구조가 다른데, 호수에서는 유영속도가 느리고 플랑크톤을 먹는 어류가 우세하게 된다. 4대강 사업이 끝나고 2년 후 조사한 자료를 보면 이미 어류군집이 정체성 어류로 바뀌어 4대강보는 하천생태계가 아니라 호수생태계인 것으로 보인다. 하천생태계와 호수생태계를 비교하여 어느 쪽이 더 좋은 생물상이라고 평가할 수는 없다, 그러나 짧은 시간 내에 생태계를 크게 변화시킨 것은 바람직하지 않은 교란이다.          인간에 의한 생태계의 교란은 늘 예기치 않은 부작용을 가져오기 때문에 생태학자들은 늘 생태계 변화를 줄이고 순응하며 사는 것이 장기적으로는 더 이익이 된다고 생각한다.

녹조현상
유수생태계가 정수생태계로 변하면서 나타난 가장 바람직하지 않은 부작용은 녹조현상이 늘어나는 것이다. 흔히 ‘녹조라떼’라는 별명으로 부르고 있는 녹조현상은 남조류라고 하는 식물플랑크톤이 과잉 번성하는 현상인데 하천에서는 떠내려가기 때문에 살 수 없던 식물플랑크톤이 정체수역이 되면서 증식하는 것이다. 그러나 4대강의 모든 수역에서 식물플랑크톤이 증가한 것은 아니다. 4대강 가운데 낙동강, 영산강, 금강에는 이미 하구에 댐이 건설되어 있어서 호수로 바뀌어져 있었고 하류수역에서는 유속이 느리므로 식물플랑크톤의 과잉 번성이 늘 발생하던 곳이었으며 4대강 사업으로 변한 것은 별로 없다. 그러나 중류에 새로이 건설된 보에서는 얕은 하천이 깊은 호수로 변하면서 부착조류가 식물플랑크톤으로 바뀌었기 때문에 새로이 녹조현상이 발생하게 되었다.
녹조현상의 발생은 여러 가지 측면에서 해롭다. 남조류는 흔히 독소를 생성하기 때문에 동물이 죽거나 간의 손상을 입을 수 있는데 사람이 죽은 사례도 있기 때문에 정수과정에 주의하여야 한다. 다행히 남조류의 독소는 정수과정에서 제거되고 염소소독으로 파괴되므로 대규모 정수장에서 오염의 우려는 없다. 그러나 남조류를 마신 야생동물들이 죽기도 하고 물고기도 간이 손상되어 서서히 죽어 가는 생태학적 피해는 큰데, 이에 대해서는 대책이 없다.
호수에서 식물플랑크톤이 증가하면 또 하나의 피해는 심층 산소가 고갈되는 것이다. 식물플랑크톤이 가라앉아 분해될 때 산소를 소비하므로 부영양호의 심층에서는 산소고갈이 흔히 일어난다. 4대강보에서도 수심이 깊은 곳에서는 산소고갈이 나타나고 있으며, 산소가 고갈된 심층수가 하류로 방류되는 경우에는 하류에서 어류폐사가 발생할 수 있다.
녹조현상의 원인에 대해 보 때문에 정체되어서 발생하였다는 견해와 하수오염으로 인하여 발생하는 것이라는 견해가 논쟁을 벌이기도 하였는데 둘 다 맞는다. 녹조현상이 발생하기 위해서는 남조류의 먹이가 되는 영양소, 즉 인이 많이 있어야 하고 동시에 식물플랑크톤이 떠내려가지 않을 정도의 느린 유속이 필요하다. 인은 하수에서 주로 공급되므로 하수오염과 정체수역이라는 두 가지 조건이 모두 충족되는 대도시 하류에서 발생하는 것이다. 그러므로 녹조현상을 줄이기 위해서는 물의 체류시간을 줄이는 노력과 함께 하수의 인 제거를 강화하는 노력이 함께 이루어져야 한다. 얕은 하천일지라도 하수의 인을 제거하지 않으면 부착조류의 과잉 번성 문제가 발생하므로 보의 유무를 막론하고 인은 제거하여야 한다. 지금 우리나라에서는 인 제거 설비가 있는 곳일지라도 하수처리장의 인 배출 기준이 0.2mg/L 이상인데 부영양화를 막기 위해서는 0.03mg/L 이하로 낮추어야 하므로 아직도 충분치 않다.

재자연화는 가능한가?
근래 4대강보의 재자연화를 주장하는 목소리가 높아지고 있는데 댐으로 인한 환경피해를 우려하고 생태계를 개선하고자 하는 열망에 공감하며 바람직한 변화로 생각한다. 선진국에서는 이미 불필요한 댐과 보를 제거하는 사업이 시작되어 매년 그 숫자가 늘어가고 있다. 그러나 4대강 사업이 급히 시행되었다고 해서 그 후속조치도 서둘러 시행한다면 이 또한 바람직하지 않다. 4대강 보 건설이 타당성이 적었다고 평가되더라도 이제 와서 보를 철거한다고 해서 곧바로 사업 이전의 상태로 돌아갈 수 있는 것이 아니기 때문이다.
우선 비용을 생각하지 않을 수 없다. 공사가 완료된 상태에서는 철거하는 것이 비용을 절약하는 게 아니라 오히려 건설비에 버금하는 천문학적 추가비용이 필요한데, 마치 철거하면 사업비를 보상받을 것 같은 착시현상이 느껴질 수 있다. 설사 비용을 마련한다고 해도 4대강보가 반드시 먼저 철거되어야 할 필요는 없다. 지금까지 우리나라에는 17,500개의 저수지와 무려 4만개 이상의 보가 만들어졌다. 조사되지 않은 소하천의 보까지 합하면 약 10만개 이상의 하천을 가로막는 구조물이 설치된 것으로 추정되는데 다른 보들과 동일하게 비용대비 효과를 평가하여 철거대상을 합리적으로 선정하는 것이 옳다. 전국의 수많은 댐과 보를 평가하고 불필요한 것을 제거하며 생태계를 복원하는 일은 한 두해에 마무리할 수 있는 일이 아니다. 물리적으로 엄청난 비용과 시간이 필요한 일이며 백 년 동안 다음 세대에까지 이어서 시행해야 할 장기사업이다.
하천생태계도 철거 후 곧바로 이전으로 복원되지 않는다. 4대강 사업지역은 이미 준설에 의해 수심이 고른 편평한 하상으로 바뀌어 있다. 원래 하천바닥은 점진적인 경사를 가지고 있으며 오랜 세월 동안 퇴적물이 유입되고 유출되는 과정이 평형을 이루어 퇴적물이 일정한 높이를 유지하는 것이다. 그런데 하상의 모래가 누적되는 것으로 오해하여 수십 년치 유입량의 토사를 준설하면서 하상을 편평하게 변형하였기 때문에, 하천의 경사에 맞추어 다시 퇴적물이 쌓이고 평형하상을 이루려면 앞으로 수십 년간 토사가 공급되고 수차례 큰 홍수를 거쳐야 한다.
생물상의 복원에도 또 한 번의 진통이 필요하다. 보 건설이 끝난 후 유속이 빠른 유수생태계에서 정수생태계로 변화하여 어류와 식물이 거의 호수형으로 바뀌었는데 보가 없어지면 또 다시 급격한 교란을 거쳐야 하고, 이후에도 퇴적물의 축적에 따라 수심이 얕아지면서 생물상은 계속 변할 수밖에 없다. 준설로 인해 본류와 지천의 연결부위가 급경사를 이룬 곳도 있고, 수변에도 급경사가 형성된 곳이 많아 안정된 완경사 식생대로 복원되기까지는 장시간 토사의 유입과 홍수에 의한 모래이동이 필요하다. 수심이 얕아지면 부유생물 위주의 생물상에서 부착조류 위주의 생물상으로 바뀌게 되는데 이 때 부착조류의 과잉 번성이 문제가 될 수도 있다.
녹조현상의 저감을 위해 4대강보의 수위를 낮추려고 하니 일부에서는 어도가 기능하지 못하는 문제가 발생한다. 보의 만수위에 맞추어 어도를 만들었기 때문에 수위를 낮추면 어도로 물이 흘러내려가지 않기 때문이다. 그런데 어도를 잘 만들거나 아니면 일부의 보를 철거하더라도 어류의 회유로 확보에 큰 도움이 되지 않을 수도 있다. 4대강보를 통과하더라도 상류에는 물고기가 통과할 수 없는 기존의 대형댐들이 많이 있기 때문이다. 지천으로 올라가면 거기에도 수많은 농업용 보가 가로막고 있고, 하류에는 바닷물을 차단하는 하구댐도 있다. 즉, 아래 위가 막혀 있는 상태에서 중간에 위치한 보를 통과한다고 해도 전체적으로 어류의 회유로가 크게 개선되지는 못한다는 뜻이다.
어도로 물이 흘러 내려가서 어류가 상류로 올라갈 수는 있다고 해도 하류로 내려가는 어류는 이용하기가 어려우므로 어차피 어도의 효과는 불완전하다. 어도를 이용하기 위해서는 어류가 물의 흐름을 감지하여 어도의 입구를 찾아야 하는데, 발전소가 함께 설치되어 있거나 무넘기가 있으면 그 곳으로 흐르는 물의 양이 더 많기 때문에 어도를 찾아가는 어류의 비율은 낮아진다. 하류로 내려가는 어류는 더욱 더 어도의 입구를 찾기 어렵다. 하류로 내려가려는 어류는 물의 흐름이 감지되는 발전소 취수구를 찾아가거나 무넘기를 찾아가 떨어져서 다치기 쉽다. 그러므로 댐이 존재하는 한 어도로 물을 잘 흘려보낸다 하더라도 어류의 이동을 충분히 자연으로 되돌리기는 어렵다. 어도를 만드는 것보다는 올라가는 물고기와 내려가는 물고기를 그물로 잡아서 인위적으로 상하류로 교차이동시켜 주는 것이 오히려 더 경제적이고 효과적이다. 이 기회에 4대강보를 포함하여 전국의 주요 댐에서 어류를 잡아서 상하류로 이동시켜 주는 사업을 시작하여야 한다.

▲보은 보청천의 보에 설치된 어도. 그러나 어도를 통한 어류의 이동은 한계가 있다.  

관리 대책
4대강보의 관리대책으로서 우선 시급한 것은 수위를 낮추어 녹조현상과 심층 산소고갈을 줄이고 가능한 한 원래의 유수생태계에 한 발짝 가까워지게 하는 것이다. 수위를 낮추면 새로 설치한 취수구가 사용할 수 없게 되는 경우가 있으므로 적절한 대책이 시급하다. 취수구를 개조하여 낮은 수위로 옮기거나 다른 취수방법을 찾는 것도 대안이 될 수 있다. 환경생태분야에서 추구하는 목표와 농업의 편익이 상충하는 또 하나의 사례라고 할 수 있겠다.
또 하나의 문제는 퇴적토의 처리이다. 하천의 토사는 물이 흐르듯 흘러내리는 것이니 끊임없이 토사가 흘러 들어온다. 만일 일정한 수심과 정체수역 상태를 유지할 필요가 있다면 매년 많은 비용을 들여 토사를 준설해야 한다. 반면에 깊은 수심과 정체수역이 필요하지 않다면 자연적으로 토사가 쌓이고 홍수에 의해 퍼지도록 내버려 두어야 한다. 즉, 토사를 준설할 것인지를 결정하는 것이 4대강 사업의 타당성을 판정하는 셈이니 4대강 사업의 필요성을 다시 평가하는 일은 피할 수 없게 되었다.
일본의 호수학회장을 지낸 오키노 교수에게서 그 분의 책을 선물 받았는데 제목이 ‘하천의 자연은 홍수가 만든다’였다. 평생을 하천과 호수의 생태학을 연구한 학자의 결론이 하천을 인간이 만들려고 하지 말고 자연에 맡겨야 한다는 것이다. 4대강 사업의 논란을 계기로 우리나라 하천에 수없이 많이 건설된 제방과 보를 평가하고 불필요한 곳을 하나씩 철거하는 생태계복원사업이 시작되기를 희망한다.