[연재 김범철 교수의 호수의 과학 63]

댐과 보의 차이
홍수 저감에 도움이 되는가?

김범철
·강원대학교 환경학부 명예교수
·‌전 한국하천호수학회장

금년 여름에 비가 많이 내리고 홍수 피해가 발생하자 4대강보가 홍수에 도움이 되었는지를 두고 논란이 있었다. 거대한 댐구조물인 4대강보를 보면서 소양강댐처럼 홍수저감에 도움이 되지 않을까라는 막연한 추측을 하고 있는데 결론부터 말하자면 보는 홍수저감에 효과가 없다. 보는 원천적으로 홍수피해를 막는 구조물이 아니므로 홍수저감효과 논란 자체가 무의미하며, 이는 댐과 보를 구분하지 못하여 생긴 오해이다.
댐과 보는 어떻게 다른 것인가? 일반적으로 댐은 규모가 크고 보는 규모가 작다. 그런데 4대강사업으로 대규모 보가 건설되면서 이 구분은 의미를 잃게 되었다. 높이 20미터에 이르는 거대한 댐을 ‘보’라고 부르고 있기 때문이다. 원래 보의 특성은 물속에 잠기는 구조물이며 수문이 없는 반면에, 댐은 완전히 물속에 잠기지 않으며 수문을 가지고 있거나 무넘기 배수로를 가지고 있다.
건설 목적도 댐과 보는 완전히 다르다. 댐은 물을 가두어 두는 기능을 가지고 있으며 이를 통하여 홍수 시 유량을 줄이고 갈수기에는 수자원을 공급하기 위한 것이다. 그에 비하여 보는 수위를 일정하게 유지하여 취수구가 물밖에 노출되는 것을 막고 취수를 쉽게 하기 위한 것이며, 유량을 조절하거나 갈수기 방류량을 늘여주지는 않는다. 간혹 하상의 침식을 막고 교각이 세굴되어 유실되는 것을 막기 위해 만드는 보들도 있다.

세종보가 강우 초기에 물에 잠기기 시작하는 모습.

강우 후 세종보가 완전히 물에 잠긴 모습. 보는 취수의 편의를 위하여 수위를 유지하기 위해 만든 것이며 홍수조절 능력은 없다.

보는 홍수저감 능력이 없다
댐이 홍수를 저감하는 것은 수위조절의 덕택이다. 우리나라 댐들은 6월이 되면 물을 방류하고 수위를 낮추어 홍수에 대비한다. 대형 댐에서는 홍수기에 일정 수위 이하를 유지하도록 법적으로 강제하기도 한다. 이를 홍수기 제한수위라고 하는데 소양강댐의 경우 댐의 최고수위는 해발 198미터이지만 여름철에는 185.5미터를 넘지 않도록 관리하고 있다. 우기가 지나고 나면 홍수 위험이 적으니까 다시 댐에 물을 채울 수 있으며 이때는 다음 해 겨울과 봄의 갈수기를 대비하여 물을 저장하였다가 공급하는 역할을 한다. 그러므로 댐의 홍수조절 능력은 댐의 저수량 변동에 의해 결정된다. 소양강댐은 공식적인 홍수조절능력이 7억7천만톤 이상으로 우리나라 댐 가운데 가장 크다. 수위가 갈수기 수준으로 낮아진 상태에서는 홍수조절능력이 이 보다 더 크다.
반면에 보는 연중 수위를 일정하게 유지하는 것이 목적이므로 수위의 변동이 거의 없다. 하천에서 논에 물을 대기 위해 수로를 만들거나 생활용수를 취수하기 위해서 취수구를 설치하고 있는데 갈수기에 수위가 낮아지면 취수를 하지 못하게 되며 취수구가 낮으면 모래가 쌓여 취수를 방해하는 경우도 발생한다. 보에서는 저수량의 변동이 없으므로 항상 유입하는 수량과 방류하는 수량은 같으며 홍수저감 능력은 없다. 오히려 보가 위치한 곳에서는 보가 물 흐름을 방해하므로 보가 없는 경우보다 홍수위가 올라가게 된다. 이 홍수유발영향을 줄이기 위해서 4대강보에는 수문을 만들어 홍수 시에 수문을 활짝 열거나 가동보를 만들어 홍수 유통을 방해하지 않도록 조작하므로 댐의 속성이 가미된 보라고 볼 수 있다.
그런데 댐과 보의 구별이 모호한 경계에 있는 것들도 많이 있다. 크기로 보면 댐의 규모이지만 ‘보’라고 부르는 경우도 있고, 기능은 보에 가깝지만 댐으로 불리는 경우도 있다. 4대강보들은 규모로 보면 댐의 크기이지만 기능은 보이므로 ‘보’라는 명칭이 붙어 있다. 팔당댐의 경우에는 댐이라고 명명되어 있지만 연중 수위가 거의 일정하게 유지하며 생활용수 취수용 보의 역할을 주로 하고 있으나 홍수조절 능력은 거의 없다. 의암댐도 수위조절 능력이 없으며 발전용 댐으로 분류된다.

댐과 보의 큰 차이는 저수량/저수율 비율
댐과 보의 비교에 있어서 가장 중요한 수문학적 인자는 유역면적 대비 댐 저수량이다. 홍수조절용 댐에서는 유역의 면적에 비하여 저수량이 크기 때문에 홍수 시 물을 가두어 둘 수 있다. 반면에 유역의 면적이 크고 저수량이 작은 댐에서는 물을 가둘 능력이 없어 보의 기능을 가진다고 볼 수 있다. 우리나라에서 ‘저수량/유역면적’의 비율이 가장 큰 댐은 소양강댐과 안동댐이며, 작은 댐은 팔당댐, 의암댐, 4대강보 등인데, 이 비율에 따라 태생적으로 홍수조절용 댐인지 수위유지용 보인지가 결정된다.
그런데 댐이라고 해도 항상 홍수조절을 할 수 있는 것은 아니다. 댐을 미리 비워 둔 상태에서만 계획된 홍수조절이 가능한 것이며 댐이 채워져 있다면 홍수 조절 능력이 없다. 소양강에서는 1984년에 큰 홍수가 있었다. 9월 초에 이틀간 400mm 정도의 비가 내렸는데 댐이 가득 채워져 계획 만수위인 198m에 도달하자 수문을 열고 초당 4500톤의 많은 물을 방류하였고 하류에서는 큰 홍수피해를 입었다. 반면에 2006년 7월에 500mm의 비가 내렸을 때는 방류를 거의 하지 않고 물을 가두어 두어 하류의 홍수를 줄일 수 있었다. 그 차이는 사전의 수위가 달랐기 때문이었다. 1984년에는 9월초에 비가 내렸으므로 댐이 184m의 홍수기 수위를 유지하고 있었으나 2006년에는 7월초에 홍수기를 대비하여 댐의 수위를 163m까지 낮춘 시기이었으므로 홍수조절 능력이 훨씬 컸던 것이다.
댐의 수위 관리는 기본적으로 강수량 예측에 기초하여 이루어진다. 그런데 강수량 예측을 벗어난 기상이변이 발생하면 관리가 어려울 수 있다. 1984년의 경우에 소양강댐이 만수가 된 후에 곧 비가 그쳤으므로 서둘러 방류를 하지 않았더라면 하류의 홍수피해를 줄일 수 있었겠지만, 반대로 방류를 하지 않았는데 계속 비가 내렸다면 더 큰 재앙이 올 수도 있는 것이다. 홍수대비로 물을 너무 많이 방류하면 이후 겨울과 봄에 사용할 수자원이 부족해지므로 큰 불편을 초래한다. 실제로 여름에 홍수대비를 위해 댐을 비워 두었는데 비가 오지 않아 이듬해까지 낮은 수위를 유지하며 수자원 부족을 겪은 사례도 많다. 그래서 댐 관리자들은 홍수예방과 수자원확보라는 상충되는 두 목표를 두고 긴밀하게 예측하고 계산을 하면서 수위를 조절하고 있지만 인간의 강수량예측 능력은 늘 충분치 않다.

댐의 수위 조절 개념. 댐은 홍수 시 방류를 줄일 수 있으며 수위변동에 의해 홍수조절과 수자원공급 능력을 가진다.

보의 수위 조절 개념. 보는 수위가 일정하여 홍수조절 능력과 수자원 추가공급 능력이 없고 취수의 편의를 제공한다.

1985년 소양강 홍수 당시 소양댐 수량 변화, 댐 수위가 정상 수위인 시기에 큰 비가 내려 홍수조절 능력이 작았고 수문을 열어 많은 물을 방류하여 하류에서 홍수피해가 발생하였다.

2006년 소양강 홍수 당시 소양댐 수량 변화. 댐 수위가 낮은 시기에 큰 비가 내려 수문을 닫고 방류를 하지 않아 홍수를 조절하였다.

중국 산샤댐의 홍수조절 효과 논란
금년에 세계 최대의 댐인 중국의 산샤댐이 많은 물을 방류하여 홍수조절에 효과가 있었는지에 대해 논란이 있었는데 산샤댐의 저수량이 크기는 하지만 유역면적이 워낙 크기 때문에 심한 홍수에는 조절능력이 충분치 않았던 것으로 보인다. 산샤댐의 홍수조절 능력은 220억톤이라고 알려져 있는데 보도에 의하면 금년 홍수 시 최대 유입수량이 초당 7만톤이었다. 이는 하루유입량이 60억톤이라는 뜻이며 3일 정도면 댐이 채워진다는 뜻이다. 한 달 이상 홍수상태가 지속되면 이미 채워진 댐이 더 이상 홍수조절 능력을 가질 수 없으며 유입수량과 같은 양을 방류할 수밖에 없는 것이다.
댐과 보는 갈수기 수자원 공급량에 있어서도 차이가 있다. 댐의 저수량의 변동량은 수자원량을 의미하므로 갈수기에 수위가 많이 낮아지는 호수일수록 수자원을 많이 공급하는 것이다. 우리나라에서 연간 수위변동이 가장 큰 호수는 소양강댐인데 연간변동이 20~30m에 이른다. 반면에 수위가 일정한 보에서는 연중 유입수량과 유출수량이 동일하므로 추가로 공급하는 수자원량은 없고, 다만 취수구 관리가 편리하게 도와주는 것뿐이다. 가끔 가뭄에 바닥이 드러난 저수지들이 보도되는데 이는 수자원을 알뜰하게 활용했다는 뜻이고 물이 많이 남아 있는 호수는 수자원 활용도가 작은 호수라는 뜻이다.