연재 I  김범철 교수의 호수의 과학 11

시멘트 알칼리성에 의한 어류 피해

콘크리트 과다 수몰되면물고기가 죽는다

김범철 강원대 환경학과 교수, 前 한국하천호수학회 회장

강과 호수에서 물고기가 대량폐사하는 가장 흔한 원인은 산소 부족인데 그 뒤를 이어 두 번째로 흔히 발생하는 것이 알칼리성에 의한 피해이다. 물에는 항상 수소이온이 존재하며 수소이온의 농도는 생명현상에 큰 영향을 주기 때문에 pH라는 지표를 만들어 물속의 수소이온농도를 나타낸다. 순수한 물의 수소이온농도는 pH 7을 나타내며 이를 중성이라고 평가하고, 수소이온이 많아지면 pH가 낮아지고 산성이라 부르며, 수소이온이 적으면 pH가 높아지고 알칼리성 또는 염기성이라고 표현한다.
하천과 호수에서 pH 6.5에서 8.5 사이이면 정상범위에 속하는 중성이라고 볼 수 있으며, 6.5 이하이면 산성이고, 8.5 이상이면 알칼리성이라고 분류할 수 있다. 정상적인 강과 호수의 pH는 약 7.5인데 석회암이 많은 남한강은 칼슘 성분이 많아서 8 이상의 약한 알칼리성을 보이며, 바닷물도 8~8.5의 약한 알칼리성을 보인다.
수중생물의 서식조건을 평가할 때 pH를 중요한 요소로 간주하는 이유는 생물의 생리작용이 pH에 대단히 민감하기 때문이다. 세포 내에는 다양한 효소가 존재하며 생명현상을 이끌어가는데 적정 pH 범위 내에서만 활동할 수 있기 때문에 세포 내의 환경이 산성이 되거나 알칼리성이 강해지면 생명현상이 정지된다. 알칼리성이 강한 양잿물을 먹으면 사람이 죽을 수 있다는 것은 pH가 얼마나 영향이 큰지를 보여준다.

콘크리트는 물고기에게 양잿물이다
pH가 6 이하로 산성화되면 어류가 피해를 입기 시작하며 5 이하가 되면 모든 수중동물이 살지 못하는 죽음의 호수가 된다. 반대로 pH가 8.5 이상이 되어 알칼리성이 되어도 어류가 손상을 받기 시작하는데 민감한 어류는 pH가 9를 넘어가면

스트레스 증세를 보이며 서서히 죽어간다.
연구실에서 참갈겨니와 종개를 이용하여 실험을 해본 결과 pH 9 이상에서는 피부에 출혈이 생기고 점액질 분비가 과다하게 증가하며 호흡이 가빠지는 증세를 보였다. pH가 9 이상으로 지속되면 민감한 어류는 절멸하고 내성이 강한 어류만 살아남는데, 알칼리성이 더욱 강해지면 결국 내성어류마저도 감소하게 된다. pH가 급격히 변화하는 경우에는 동물이 적응할 수 있는 시간이 없기 때문에 서서히 변화하는 경우보다 피해가 더 크다. 이러한 이유로 우리나라의 수질환경기준에서는 pH가 6.5에서 8.5 사이의 중성을 유지해야 한다고 규정하고 있으며 8.5 이상은 최하위의 6등급으로 판정하고 있다.

파로호 상류 제방공사로 물고기 떼죽음한 사례
외국에서는 산성비에 의한 피해가 흔히 나타나고 있는데 우리나라에서는 산성비의 피해사례는 없고, 오히려 알칼리성에 의한 피해가 흔히 나타나고 있다. 알칼리성이 나타나는 주요 원인은 시멘트와 녹조현상이다. 시멘트는 알칼리성이 강한 칼슘을 많이 함유하고 있어서 물과 접촉하면 칼슘이 녹아나와 알칼리성이 된다. 실험실에서 작은 콘크리트 조각을 넣고 pH를 측정해 보니 몇 시간 만에 10에 이르는 강한 알칼리성을 보였다. 시멘트의 종류와 경과 시간에 따라 칼슘 용해량에 차이가 있지만 대부분 알칼리성이 강하게 나타난다. 그러므로 시멘트로 수조를 만들어나 연못을 만든 경우에는 오랫동안 물을 계속 흘려보내어 칼슘을 씻어 주는 것이 좋다.
하천에서는 물이 흐르고 있으므로 시멘트를 조금 접하더라도 알칼리성이 그리 심하지는 않다. 그러나 공사구역의 주변에 물막이보를 설치하여 물의 순환이 막혔을 때나 갈수기에 유량이 적은 하천에서는 시멘트와 접촉하는 물의 양이 적기 때문에 pH가 크게 상승하여 이곳에 갇혀 있던 물고기가 죽는 사고가 발생한다. 하천의 여러 지점에서 동시에 공사가 이루어지는 경우에는 물이 흐르더라도 시멘트와 접촉하는 양이 많아서 알칼리성의 피해가 나타날 수 있다.
몇 년 전 파로호 상류 지역에서는 수개월에 걸쳐 어류가 죽는 피해가 발생한 사례가 있는데 상류 하천의 여러 곳에서 제방공사가 동시에 발주되어 pH 9 이상의 알칼리성이 수개월간 지속되었고 이것이 장기간 어류에 스트레스요인으로 작용하여 죽게 한 것으로 지목되었다.
시멘트 외에 알칼리성을 유발하는 또 하나의 원인은 녹조현상이다. 녹조현상은 식물플랑크톤이 과잉 번성하는 현상인데 이때 광합성 과정에서 물속의 이산화탄소를 식물플랑크톤이 흡수한다. 물속의 pH는 이산화탄소의 양에 따라 크게 좌우되기 때문에 녹조현상에 의해 이산화탄소가 감소하면 알칼리성으로 변하여 pH 10 이상에 이르기도 한다. 그나마 다행인 것은 광합성이 많이 일어나는 표층에서만 pH가 높고 깊은 곳에서는 정상수준을 유지하기 때문에 물고기가 깊은 곳으로 피하면 알칼리성의 독성을 피할 수 있다. 그러나 녹조현상이 심한 호수에서는 심층에서 산소부족 현상이 흔히 발생하기 때문에 어류에게는 진퇴양난의 상황이 되기도 한다. 물고기가 표층으로 가자니 유독성 남조류가 번성하였고 알칼리성에 의한 독성이 나타나고, 깊은 곳으로 들어가자니 산소가 부족하여 갈 곳이 없는 상황이 된다. 그래서 녹조현상이 심한 호수에서는 붕어와 같은 내성 어류가 우점하고 민감한 어류는 살지 않는 생물 다양성 감소가 관찰된다.
이제 하천에서 공사를 할 때에는 시멘트의 알칼리성으로 인한 독성 피해를 줄이기 위하여, 용출이 적은 시멘트를 사용하고, 공사 물량도 조절하며, 가능한 한 시멘트를 적게 사용하는 공법을 택하여 생태계의 건강성을 보호하는 배려가 있으면 좋겠다.