[연재_김범철 교수의 호수의 과학 85]

홍수의 생태학적 영향

재생 수준의 변화를 겪는 하천생태계

김범철 강원대 환경융합부 명예교수

홍수는 침수로 인하여 인간생활에 큰 피해를 주기도 하는데 하천 수생태계에도 심각한 피해를 주는 스트레스 요인이다. 우리나라의 기후는 여름에 강우가 집중되고 간헐적으로 폭우가 내리는 특성을 가지고 있는데 이를 동아시아 여름 몬순(summer monsoon)기후라고 부른다. 우리나라와 일본, 대만이 유사한 기후 특성을 가지고 있으며 태풍을 공유하는 공통점도 가지고 있다. 그런데 강우의 여름철 집중도를 보면 일본보다 우리나라가 더 심하다. 우리나라의 기후는 여름을 제외하면 사실상 건조지역에 가깝고, 홍수기와 갈수기의 하천 유량비가 300배를 넘는다. 유럽의 큰 강들은 이 비율이 10 이하인 곳이 많으니 우리나라와 비교하면 관리하기 쉬운 행복한 조건이라고 볼 수 있다.

▲ 홍수로 불어난 강물. 탁수는 어류 등 수생동물의 아가미를 막아 장애를 준다(공지천, 사진 김범철).

홍수에 떠내려가는 동식물들

홍수 시 하천의 유속은 엄청나게 빨라져 유영능력이 부족한 많은 생물이 떠내려간다. 하상의 모래와 돌이 구르면서 서식지를 파괴하고 먹이생물을 제거하기 때문에 하천생태계는 홍수 시에 파괴되었다가 재생되는 수준의 변화를 겪는다. 영어 논문에서는 흔히 수생태계의 리셋(reset, 재설정)이라는 표현을 쓸 정도이다.

하상의 자갈 표면에는 부착조류라고 부르는 광합성 조류가 산다. 돌 표면이 미끈미끈한 것은 조류가 많이 살고 있다는 뜻이며 이 부착조류는 수서곤충 물벌레와 다슬기, 물고기의 먹이가 된다. 그런데 홍수가 나면 돌이 구르면서 부딪쳐 부착조류가 떨어져나간다. 흙탕물이 발생하면 미세한 모래 입자들이 돌 표면을 때리기 때문에 부착조류와 수서곤충의 탈리가 더 심해지며, 홍수가 휩쓸고 나면 돌 표면이 미끄럽지 않고 깨끗해진다. 부착조류의 감소는 수생동물의 먹이가 줄었다는 의미이며 이후 햇빛을 받으며 다시 성장하는 과정을 반복한다.

수서곤충은 돌 밑에 숨어 살다가 밤이 되면 표면을 기어 다니며 부착조류를 긁어 먹는다. 그런데 유속이 빨라지고 돌이 구르면 수서곤충도 많이 떠내려간다, 떠내려가지 않으려면 가장자리 풀숲에 숨거나 모래 속에 파고들어 은신해야 한다. 홍수가 휩쓸고 지나가면 수서곤충이 급격하게 줄어들지만 일부는 어딘가에 피신하였다가 신기하게도 다시 나타난다. 매년 홍수가 반복되는 우리나라 하천에 사는 생물들은 어느 정도 혹독한 홍수를 견디는 회피능력을 가진 종으로 자연선택이 일어난 결과라고 볼 수 있다.

물고기, 겨울 갈수 피해 가을부터 하류로 이동

수서곤충은 홍수뿐 아니라 가뭄에도 적응해야 한다. 여름에는 물이 풍성하지만 가을이 되면 유량이 줄고 겨울에는 말라버리거나 얼어버려 죽을 수도 있다. 그래서 수서곤충은 가을이 되면 하류로 이동한다. 하류로 이동하는 방법은 간단하다. 돌 밑에서 나와 흐름에 몸을 맡기고 떠내려간다. 늦가을에 상류 하천에서는 떠내려 오는 통통한 옆새우를 흔히 볼 수 있는데 이는 우리나라 하천의 극심한 유량 변동에 적응한 결과이다.

가을에 하류로 이동하는 것은 어류도 마찬가지이다. 얼어 죽지 않고 월동을 하기 위해서는 유량이 줄어드는 가을에 하류로 이동해야 한다. 봄이면 상류로 올라가 알을 낳고 가을이면 하류로 이동하여 월동하는 능력이 우리나라 하천에서 생존하기 위해서는 필수적이다. 이 능력이 부족한 동물은 우리나라 하천에서 살 수가 없다.

대부분의 외래어종이 우리나라 하천에서는 생존하지 못하는데 아마도 이 혹독한 환경 때문일 것이다. 어류는 유영능력이 있으므로 홍수 시 상류로 올라가는 습성을 가지고 있는데 유영능력이 부족한 종은 바다에까지 떠내려가기도 한다. 바닷가에서는 홍수 후 민물고기가 발견되기도 하고 떠내려 왔던 민물고기가 인근의 다른 하천으로 다시 올라가 인접하천으로 물고기가 전파되는 기작이 되기도 한다.

34,000개 이상의 보가 어류의 생존률 떨어뜨려

홍수 시 어류가 받는 스트레스는 흙탕물에서 더 심해진다. 모래와 진흙 입자들이 어류의 몸에 부딪치게 되는데 어류의 몸 크기로 보면 사람이 큰 돌로 얻어맞는 것과 같은 충격을 받는 셈이다. 어류 체표에 충격을 줄 뿐 아니라 진흙 입자가 아가미에 달라붙어 호흡을 방해한다. 흙탕물이 심해지면 어류는 점액질을 많이 분비하여 아가미에 붙어 있는 진흙을 제거하며 체표에서도 점액질 분비가 증가한다. 흙탕물에서 살기 위해서는 점액질을 많이 분비하는 적응이 꼭 필요하다.

홍수 시 어류는 물가의 은신처를 찾는 회피능력도 필요하다. 유속이 느린 수초 틈이나 바위 틈에 숨어야 하는데 근래 우리나라 하천이 대부분 제방으로 직강화되어 서식지가 단순해졌기 때문에 다양한 미소서식지가 줄어들어 어류의 피신처가 부족하다. 하천 폭이 넓고 큰 바위들과 수생식물들이 있으면 다양한 틈새가 만들어지고 어류가 숨을 곳이 많아진다.

어류의 적응에 장애가 되는 요인으로서 농업용 보의 존재도 심각하다. 어류는 봄에 상류로 올라가 산란을 한다. 홍수 시에도 상류에 가서 먹이를 얻고 새로운 서식지를 찾으면 그곳에서 번식을 한다. 그러다가 유량이 줄면 곧바로 하류로 피신해야 한다. 꾸물거리다 피신이 늦어지면 하천이 말라서 죽거나 월동하지 못하고 죽는다. 그런데 보가 있으면 본류 하천과 지천 사이의 이동을 방해하여 생존률이 떨어진다. 우리나라 소하천에는 약 34,000개 이상의 보가 있는데 1km에 하나 꼴이니 엄청난 숫자이다.

▲ 돌 표면의 부착조류를 조사하는 모습. 일정 면적의 부착조류를 긁어내어 양을 측정한다. 부착조류는 동물의 먹이인데 홍수 시 모두 떨어져나간다(사진 김범철).

▲ 수서곤충의 유생. 돌 밑에 살고 있으며 홍수 시 많은 수가 떠내려간다(자료 Wikipedia).

▲ 가파른 직벽 제방으로 둘러싸인 하천에서는 홍수 시 곤충, 양서류, 파충류 등 동물이 익사하거나 떠내려가 살 수 없다(공지천, 사진 김범철).

▲ 대형댐에서는 홍수 후 녹조가 발생한다(대청호 2021, MBN)

홍수, 저수지 녹조 발생시키고 바다의 적조 규모 결정해

홍수에 스트레스를 받는 생물에는 수변에 사는 육상동물도 포함된다. 하천변 식생대에는 곤충, 양서류, 파충류 등의 동물도 많이 살고 있다. 이들은 하천의 수위가 올라가면 완경사의 수변을 따라서 높은 곳으로 피신한다. 그런데 하천변에 급경사 제방을 쌓으면 홍수 시 수위가 올라갈 때 피신할 곳이 없어 익사하거나 떠내려갈 수밖에 없다. 급경사 제방으로 둘러싸인 하천에서는 개구리, 곤충, 파충류 등의 동물상이 빈약해지는데 이는 홍수 때마다 익사하거나 떠내려가는 일이 반복되기 때문이다. 그러므로 하천의 생태계 다양성을 위해서는 완경사 수변이 꼭 필요하며 이는 궁극적으로 하천의 폭을 넓혀야만 가능하다. 즉, 인간이 땅을 조금 더 하천에 내주어야 한다는 뜻이다.

홍수는 저수지에서도 큰 영향을 준다. 소형 저수지에서는 홍수 시 플랑크톤이 모두 떠내려간다. 동물플랑크톤도 떠내려가고 홍수 후에 다시 성장을 시작한다. 대형댐은 저수량이 크므로 홍수 시 플랑크톤이 떠내려가지 않으며 오히려 홍수 시에 유입한 흙탕물로 인하여 플랑크톤이 대량 증식하는 현상이 나타난다. 농경지의 퇴비와 비료 성분이 일시에 호수로 유입되므로 우리나라 대형댐에서는 홍수 후에 녹조현상이 나타나는 독특한 패턴을 보인다.

홍수의 영향은 바다에서도 나타난다. 홍수 시 농경지에서 유출되는 질소 비료 성분은 바다에서 플랑크톤의 먹이가 되는데 여름의 고수온과 겹쳐 적조현상을 유발한다. 우리나라 적조는 주로 홍수 후에 나타나는데 훙수량이 적조의 규모를 결정짓는 중요한 요소이다.

홍수는 우리나라 하천 수생태계에 큰 스트레스를 주는 가장 중요한 인자이며 세계적으로도 독특한 환경조건이다.

▲돌 표면에 사는 부착조류(청계천, 사진 김범철).