하천유지유량 산정방법의 개선과 적용
Improvement of Instream Flow Evaluation Methodology and Application
Article information
Abstract
하천유지유량이란 수 생태계 및 하천과 관련이 있는 다양한 자연 자원의 보호와 보전을 위해 하천에 남아 흘러야 하는 물이다. 우리나라에서 하천유지유량의 개념이 처음 법에 나타난 것은 1960년대이다. 이후 1990년대 중반 하천유지유량 산정요령이 만들어졌고 하천법에 하천유지유량이라는 용어가 등장하게 된다. 1990년대 후반 주요 하천에 대해 하천유지유량이 산정되었으며, 국가가 2006년 이들 하천유지유량을 고시하고 관리하고 있다. 2009년 하천유지유량 산정요령이 개정되었고 이에 따라 국토교통부는 전국단위의 하천유지유량 재산정 사업을 수행하였다. 그 과정에서 추진된 4대강 살리기 사업의 영향으로 본류구간을 제외한 지류하천의 하천유지유량이 2015년 고시되었다. 본 연구에서는 우리나라 하천유지유량의 개념과 산정방법을 법과 제도적 측면, 기술적 측면에서 살펴보았다. 또한 하천수 사용을 고려한 개선방법으로 유황을 고려한 수문학적 방법의 도입과 필요유량 항목을 현행 8개에서 4개로 조정하고 그 목적을 분명히 해야 함을 제시하였으며, 금강유역에서의 적용결과를 함께 나타내었다.
Trans Abstract
The instream flow is the flow that should be remained in the river for protecting aquatic ecosystem and various natural resources. The first appearance of its concept was 1960’s in the law of the Korea. ‘Instream Flow Guideline’ was built in mid 1990s by government and the term ‘instream flow’ appeared in the Korean River Act. In late 1990s, instream flows for major rivers were calculated and officially notified in 2006 for management and monitoring. ‘Instream Flow Guideline’ revised in 2009 and nation wide evaluation project of instream flow had conducted from 2007 to 2011 according to this new guideline. After this project, the instream flows of tributaries was made to public announcement in 2015. The concepts of instream flow abide by time periods, laws and regulations are shown in this study. Hydrological method which contains concept of natural flow regime is essential for evaluating instream flow. Also requirement flows of instream flow should be decreased to 4 types from present 8 types. This new evaluation method applied in the Keumgang river.
1. 서론
강이나 습지, 호수의 물과 수 생태계는 인류에 다양한 재화와 용역을 제공한다. 여러 용도의 물이용이나 홍수방어, 하천생태계, 식용 물고기 혹은 자연 경관과 물놀이 등이 그것이다. 이와 같은 고유의 가치로 인해 인류의 주요 문명의 발원지는 큰 강 주변이었고 하천과 홍수터는 삶의 터전이 되어왔다. 그러나 물은 무한정한 자원으로 인식되어 왔으며, 하천의 물이 자연, 사회 환경에 주는 영향을 정량적으로 평가하는 것이 어려워 다른 자연자원에 비해 가치와 보전의 필요성이 과소평가되어 왔다. 산업화시기에 접어들어 수질오염, 경제성 어종의 감소 등 하천환경의 변화를 겪으며 하천에 흐르는 물을 보장해야 한다는 인식이 나타나게 되었다.
인간의 필요에 의해 하천에서 물을 확보하는 의미(수운, 경제성 어종의 서식환경보호, 취수원의 확보 등)의 하천유지유량(하천유지유량의 초기 개념이며 기원이 됨)은 아주 오래전부터 있어왔다. 일례로 Sheail(1984)에 따르면 100년 이상 된19세기 말 영국의 사법(Private Act)에는 댐 하류의 선박 운항, 공공보건, 취수, 어업의 보호를 위한 물의 공급이 지정되어 있기도 하며, 1940년대 미국의 서부에서는 회유성 어류(연어)의 보호를 위한 물의 확보와 공급에 대한 연구가 진행되기도 하였다(Moore, 2004). 이렇게 시작된 하천유지유량의 개념은1900년대 후반에 들어 하천 고유의 가치를 보호하고 보전하기 위한 물의 확보와 관리로 그 영역을 확대하여 발전하고 있다. 우리나라에서는 운송수단, 하구의 염수피해방지, 수질개선을 위한 희석용수로서의 개념이 주를 이루어 왔고, 최근 하천생태계(주로 물고기)보호를 위한 유량의 의미로 발전하고 있다.
하천의 기능을 주로 홍수방어와 물이용으로 인식하던 시대에서 자연환경 보호와 삶의 질 향상을 위한 하천환경의 기능 또한 중요하게 인식하게 된 오늘날, 하천유지유량의 개념과 관리는 매우 중요하게 되었다. 본 연구는 우리나라의 하천유지유량의 개념, 하천수 사용과의 관계 및 보다 효율적인 물이용과 관리를 위한 개선방향에 대한 내용을 담고 있다.
2. 해외의 하천유지유량과 환경유량
영국 사법의 사례에서 알 수 있듯이 막연한 개념의 하천유지유량은 선진국을 중심으로 100년 이상 지속되어 왔다. 이후 1940년대 미국 서부에서 하천수의 고갈이 연어와 같은 낚시대상의 어종의 감소를 가져온다는 사례에서 구체적인 하천유지유량에 대한 연구가 시작되었다(Moore, 2004). 또한 20세기 중반 이전에는 구조물(댐과 보)에 의한 회유성 어종의 이동을 주로 고려하였으나, 대댐의 건설이 많았던 1950년대 이후 이들에 의한 저류와 방류, 취수에 의한 생태계의 영향을 고려하기 시작하였다(Richter et al., 2007). 하천유지유량 산정을 위한 개념과 과학적 탐구, 구체적인 방법론은 1970년대 등장하였다. 특히 Bovee(1978)에 의해 IFIM(Instream Flow Incremental Met-hodology)이 소개되기 전에는 일평균 유량의 일정 비율을 물고기 보호를 위한 유량으로 정의하는 최소유량(Minimum flow)의 개념이 미국과 영국의 하천유지유량의 주된 설정 방식이었다(Tennant, 1976). IFIM 방법의 핵심은 대상어종의 서식처 조건과 하천의 수리학적 조건을 연계하여 유량을 결정하는 물리적 서식처 모의 방법(Physical HABitate SIMulation)이다. 이 방법은 물고기의 개체수와 적합서식처의 관계에 대한 해석의 어려움으로 인해 현실성이 떨어진다는 지적이 있으나 지금까지 개발된 어떤 방법보다도 적용성이나 세밀함에 있어 인정받는 방법이다. Petts(2009)는 하천유지유량 평가를 위한 주된 방법을 Richter 등(1996)에 의해 개발된 유량변동분석법(RVA, Range of Variability Approach)으로 대변되는 수문학적 방식, PHABSIM과 그로부터 파생된 방법으로 대표되는 서식처 접근방식, 전문가 집단에 의한 의사결정방법 등 세 가지로 구분하였으며, 향후 하천유지유량 설정을 위해서는 기후변화 및 패턴, 지형적 변화 및 순환, 생물학적 다양성 및 전통과 관습의 조화를 고려해야 한다고 하였다.
이 하천유지유량의 개념은 통합수자원관리(IWRM) 개념에서도 찾아볼 수 있다. 통합수자원의 관리(IWRM)에 대한 명확한 용어의 기원과 정의는 내려져 있지 않으나, 1992년 더블린에서 열린 물과 환경에 대한 국제 컨퍼런스에서는 통합수자원관리에 적합한 가이드라인 성격의 원칙을 정하였다. 또한GWP(2000)는 ‘주요 생태계의 지속 가능성을 유지하면서 최대한의 사회, 경제적 가치 창출을 위한 물과 육지, 그리고 이와 관련된 자원을 관리하고 개발하는 과정’으로 통합수자원관리에 대한 일반적인 정의를 내리고 있다. 여기서 ‘생태계의 지속 가능성 유지’에 하천유지유량의 역할과 목적이 있다고 할 수 있다. Fig. 1의 (a)는 Naiman et al.(2003)에 의한 통합수자원관리와 환경유량의 관계로 생태수문분야에 하천유지유량이 포함되는 것으로 보고 있다.
Concepts of instream flow and environmental flow of overseas.
이들의 하천유지유량은 주로 생태계를 그 대상으로 하며, 최초 주요 어종의 보호에서 생태계의 다양성, 하천환경 전체를 고려하는 방향으로, 특정 유량에서 유황을 고려하는 방식으로 발전하고 있다. 또한, 하천유지유량(Instream flow)과 환경유량(Environmetal flow)을 따로 구분하지 않고 같은 개념으로 이용하고 있으나 Instream flow와 Minimum flow는1970년대 후반 함께 나타난 용어로 현재로는 Environmental flow이라는 용어가 더 자주 쓰이는 것으로 보인다. Moore(2004)는 이와 관련된 연구로 설문조사를 실시하여 Fig. 1의(b)와 같이 나타내었으며 각종 문헌에 나타나는 환경유량의 정의를 Table 1과 같이 정리하였다.
Concept of environmental flow in the literature (Moore, 2004)
Table 1을 살펴보면 주요 용어에 자연 상태의 유황과 하천생태계가 모두 포함되어 있거나 같은 의미의 용어들이 들어있음을 알 수 있다. 즉, 이들이 바라보는 환경유량은 하천 및 관련 생태계 보호를 위해 보전해야 하는 하천의 유황임을 알 수 있다.
3. 우리나라의 하천유지유량
3.1 법, 제도 측면의 하천유지유량
우리나라에서 하천유지유량은 그 용어 보다는 개념이 먼저 하천법에 등장하였다. 1971년 개정된 하천법시행령의 제11조(하천정비기본계획의 작성)에는 ‘하천의 유효한 이용과 유수의 정상적 기능 및 상태의 유지에 관한 사항에 대하여는 하천의 점용, 배의 운항, 어업, 관광, 유수의 청결한 유지, 염해의 방지, 하구막힘의 방지, 하천부속물의 보호와 지하수위의 유지, 기타 사항을 종합적으로 고려하여야 한다.’고 규정하고 있다. 1999년 개정된 하천법에 최초로 ‘하천유지유량’이라는 용어가 등장하였다. 이 하천법은 하천유지유량을 ‘하천의 정상적인 기능 및 상태를 유지하기 위하여 필요한 최소한의 유량’으로 정의하였다. 이후 2007년 하천유지유량을 산정할 때 사람에 의한 하천수 사용을 고려하도록 하천법이 개정되었다. 이 개정된 하천법에는 국가가 하천유지유량의 확보를 위해 노력해야 함을 명시하고 있다. 이 하천유지유량은 국토해양부장관이 산정하도록 하고 있다. 현재 우리나라의 하천법은 하천유지유량에 대해 ‘생활·공업·농업·환경개선·발전·주운 등의 하천수 사용을 고려하여 하천의 정상적인 기능 및 상태를 유지하기 위하여 필요한 최소한의 유량’이라고 정의하고 있다. 이 하천유지유량의 개념에는 자연생태계 뿐 아니라 인간의 생활환경을 함께 고려하도록 하고 있어, 해외의 하천유지유량과 차이가 있다.
하천법은 용수의 우선순위를 대통령이 결정하도록 하고 있다. 이때 수질오염을 야기하거나 유량감소로 인한 자연 생태계를 해칠 수 있는 경우에 취수허가를 하지 않거나, 취수량을 제한할 수 있도록 한다. 또한 고시된 지점의 하천유지유량 확보가 곤란할 경우 하천수 사용을 제한하고 허가수량을 조정할 수 있도록 하고 있어 하천법 상 용수의 우선순위는 하천유지유량이 사람의 이용을 위한 물보다 앞서 있음을 알 수 있다.
우리나라는 연구팀에서 하천유지유량을 산정한 이후 중앙하천관리위원회의 심사 과정을 거친다. 이 중앙하천관리위원회는 하천법에 의해 존재하고 있으며, 법학자, 수리, 수문 관련 산, 학, 연에 종사하는 경험이 많은 전문가들이 참석하고 있다. 본래 다수결에 의한 의결방식이나, 대부분 의견조율 및 지속적 수정과 보완을 거친 후 만장일치로 의사를 결정하는 경우가 많다. 일례로 현재 고시된 하천유지유량은 1999년 모두 산정되었으나, 2000년 중앙하천관리위원회가 열린 후 운영 및 모니터링을 수행한 이후 고시하도록 결정되었다. 이에 2000년부터 2004년까지 5년간 모니터링을 수행한 후 2006년 최종 60개 지점에 대해 고시가 이루어 졌다.
3.2 기술적 측면의 하천유지유량
하천유지유량에 대한 개념은 1970년대부터 법에 반영되어있었으나 구체적인 하천유지유량의 산정방법이 설정된 것은 1995년 ‘하천유지유량 설정방법의 개발 및 적용(한국수자원공사)’이라는 연구를 통해서 이다. 그 이전에는 건설부의 하천시설기준에 따라 갈수량으로 하천유지유량을 설정하여 고시하였다. 이후 2000년 ‘하천유지유량 산정요령(건설교통부)’이 발표되었으며, 2009년 한 번 더 개정이 이루어 졌다. 이 하천유지유량 산정요령에 따르면 우리나라에서 하천유지유량을 산정할 때는 수질, 생태계, 경관, 염해방지, 하구막힘 방지, 하천시설물과 취수원의 보호 및 지하수위 유지 등 7개 항목을 고려하도록 하고 있다.
3.2.1 하천수질보전을 위한 유량
하천에서 수질을 보호하기 위하여 가장 중요한 것은 오염원이 하천으로 유입되는 것을 막는 것이다. 그러나 농업용수의 회귀수 등으로 인한 비점오염원의 유입은 방지가 매우 까다로우며, 하수도가 보급되지 않은 지역의 오염원 유입은 하천의 수질을 악화시키는 주된 원인이 된다. 우리나라는 수질오염총량관리제(TMDL)을 시행하고 있어 지방자치단체가 배출할 수 있는 오염원의 총량을 규제하고 있다. 매 10년 단위의 계획을 수립하며, 현재는 2단계로, 전국을 117개 유역으로 구분하고 하천과 호소의 목표수질을 설정하여 2015년까지 목표수질을 충족시키는 것이 주요 내용이다. 이때 하천에서의 수질은 유량이 연중 275일(약 75%)에 해당할 때의 수질을 평가대상으로 한다.
하천유지유량에서 ‘수질보전을 위한 유량’은 수질오염총량관리제를 시행하고도 수질개선이 필요하다고 평가되는 경우에 한하여 희석용수의 개념으로 산정한다. 하천에서 수질평가를 위해 BOD를 우선 고려하며 필요시 다른 수질항목을 평가하도록 되어 있으나, 현재까지 BOD이외의 항목을 고려한 사례는 없다.
수질보전을 위한 유량의 산정은 ① 과거 30-40년의 자연상태 유량 모의 및 평균년(연평균 유량이 중앙값에 해당하는 연도)의 선정 ② 물수지 분석, ③ 미래 목표연도의 수질 관련 자료 입력 및 하천의 수질모의, ④ 일별 유량-수질관계식 작성, ⑤ 유량대비 수질개선효과가 가장 큰 경우의 유량 선정과 같은 순서로 진행된다. ⑤의 유량대비 수질개선효과가 가장 큰 경우는 희석용수로서의 가치가 가장 큰 경우를 의미하며, 수질오염총량관리제의 기준유량이 되는 연중 275일 이상 지속되는 유량과 비교하여 더 작은 유량을 해당 하천구간 및 지점의 수질보전유량으로 결정한다.
3.2.2 하천생태계 보호를 위한 유량
하천을 흐르는 물은 수생태계의 근원이며, 흐름 상황의 변화는 하천의 모든 생물에 영향을 준다. 따라서 물과 하천생태계에 대한 관계를 파악하고 생태계 유지 및 보호를 위한 유량을 설정할 필요가 있다. 우리나라에서 하천유지유량의 항목으로 생태계를 고려할 때는 물고기를 대상으로 한다. 물고기는 사람들에게 친숙할 뿐 아니라 서식환경, 개체 수 등에 대한조사가 용이하며, 수 생태계 먹이사슬에서 우세하기 때문이다. 먹이사슬에서 상위에 위치하여 하천생태계의 평형을 유지한다는 측면에서 하천생태계를 대표하는 물고기는 우점종을 대상으로 하고 있다.
물고기의 서식에 필요한 사항은 앞서 소개한 물리적 서식처모의기법을 활용하거나, 서식에 필요한 수심과 유속만의 관계를 조사하여 유량으로 환산하는 간략화된 방법으로 산정한다. 그러나 수온과 영양분, 용존산소 등 수질항목을 고려하지 않는 점과 우점종을 대상으로 하는 점, 물고기의 성장 시기에 따른 환경변화의 필요성을 다양하게 고려하지 않는 점은 개선이 필요한 상황이다.
3.2.3 하천경관을 고려한 유량
하천 경관을 고려한 유량은 수면폭과 유속, 수심, 수질 등을 고려하며 일반 시민의 설문조사를 통해 결정한다. 사람들이 많이 찾는 주요 관광지나 국가에서 지정한 경관보전지역 중하천에 접하고 있거나 연관이 있는 경우 해당 지점의 유량을 산정한다. 충분한 표본조사가 어려울 경우는 전체 하천의 폭대비 수면폭이 0.2인 경우를 유량으로 환산하여 결정한다. 이는 유역조사 사업 등 관련 사업의 결과 사람들이 가장 선호하는 수치이기 때문이다.
3.2.4 기타 필요유량
그 외 필요한 유량으로는 염해방지, 하구막힘 방지, 하천시설물 및 취수원의 보호, 지하수위 유지를 위한 유량이 있다.
먼저 염해방지를 위한 유량이 우리나라에서 필요했던 주요원인은 농업용수의 공급이다. 우리나라는 동쪽이 높고 서쪽이 낮아 대부분의 하천이 동쪽에서 서쪽으로 흐르며, 강 하류부에 발달한 평야지대가 있다. 이들 평야지대에서는 대부분 논농사가 이루어졌으며, 우리나라 통계청에 따르면 1960년 농업총조사 결과 전체 농가의 76.8%가 논농사를 통해 벼를 생산하고 있었음을 알 수 있다. 염해방지를 위한 유량은 벼농사가 가능하도록 염소이온농도를 500 mg/L 이하로 유지할 수 있는 유량으로 산정한다. 강 하구에서의 염분농도의 모델링은 매우 복잡하고 결과를 신뢰하기 어려워 다양한 유량상황과 염분농도를 실제 측정하여 적절한 유량을 결정한다. 단, 현재우리나라는 농업의 비율이 전체 산업에서 차지하는 비율이 적으며, 농업 중에서도 논농사의 비율이 적어지고 있는 환경이다. 또한 주요 하천에 하구둑이나 수중보가 건설되어 있다. 한편, 우리나라 서해안은 최대 7.9 m까지의 조차를 보이고 있으며, 실제 수도 서울까지 해수위의 영향을 받는다. 따라서 우리나라 하천에서 염분이 하천을 거슬러 올라오는 것은 자연스러운 상태이며 농업용수 충족, 하굿둑 및 수중보의 건설(주요 4대 하천 모두 하굿둑 및 수중보 건설)로 인해 농업용수취수를 위한 염분 농도는 더 이상 고려할 필요가 없다.
하구막힘 방지를 위한 유량은 유사의 퇴적으로 인한 물의소통 방해를 해소하기 위함이나, 하구에 퇴적물이 쌓일 때는 주로 홍수기이며, 유량으로 해결하기는 어려운 항목이다. 따라서 꼭 필요한 경우에 한하여 준설이나, 인공 시설물의 설치등으로 해결하여야 하며, 이 항목 역시 필요유량 항목에서 제외되어야 한다.
하천시설물 및 취수원의 보호를 위한 유량은 하천 구조물(호안, 방책, 둔치 구조물 등)이 유량 감소로 인해 침식되는 현상의 방지를 위한 유량과 하천수 취수를 위한 안정적 수심확보를 위한 유량을 말한다. 이들도 과거 하천법 시행령에 언급된 항목에서 기인한 것으로 하천의 유량 자체보다는 재료, 구조적 대책 혹은 시설물을 통한 유지관리로 전환되었다.
갈수기 하천수위는 지하수위와 밀접한 관계가 있으므로 지하수위의 유지를 위한 유량도 하천유지유량의 항목으로 설정되었다. 그러나 지하수위와 하천수위의 관계를 직접 측정하거나, 정량적으로 평가하기가 매우 복잡하고 어렵기 때문에 우리나라는 제도적 측면으로 이 항목을 관리하고 있다. 먼저 지하수법에 따라 지하수의 개발과 이용을 위해서는 지방자치단체장의 허가를 받아야 하지만 하천주변(하천경계-300 m 범위)의 지하수 개발과 이용은 하천관리를 담당하는 국토해양부의허가와 규제에 따라야 한다. 이 경우 지하수영향조사를 실시하여야 하며, 하천수위에 영향을 줄 수 있는 경우에는 지하수의 개발과 이용을 제한하도록 규정하고 있다. 따라서 현재까지는 하천유지유량을 산정할 때는 실제 지하수 측정결과를 조사, 분석하고 모니터링하는 수준으로 이 항목을 고려한다.
3.2.5 하천유지유량의 결정
기본적으로 하천유지유량을 결정할 때는 앞서 나열한 여러항목의 필요유량 중 최대값으로 결정하나, 수질현황, 해당 지역의 현안 등을 고려하여 결정하고 있다. 현재 60개 지점에 대해 고시된 하천유지유량은 갈수량 항목이 52개소, 하천생태계 보호를 위한 유량이 8개소이다.
3.3 하천유지유량의 고시현황
우리나라 건설부의 고시현황을 살펴보면 최초 1975년 3개 하천 3개 지점에 대해 하천유지유량을 산정하고 고시한 이래, 근대적인 하천유지유량 산정방법이 정립된 1995년 이전에 6번에 걸쳐(1975년 고시 포함) 8개 하천 12개 지점에 대해 고시된 것으로 조사된다. 산정근거는 현재 확인이 어려우나 이 당시 하천시설기준, 국가수자원계획(건설부, 1966)을 근거로 갈수량 혹은 이 갈수량에서 물 이용량을 제외한 유량으로 결정되었음을 짐작할 수 있다. 이후 건설교통부는 2006년 전국24개 주요하천의 60개 지점에 대해 하천유지유량을 고시하였다. 고시된 항목은 갈수량, 하천생태계보호를 위한 유량이었다. 이때 고려했던 항목은 수질, 하천경관, 생태계, 갈수량 항목이며, 염해방지를 위한 유량이 1개 지점에서 산정되었다.
4. 하천수의 사용과 하천유지유량의 관리
Fig. 2는 하천에서 확보 혹은 관리하여야 하는 물의 양을 도시한 것이다. 우리나라에서는 하천유지유량에 사람이 사용하기 위한 물의 양을 합쳐 하천의 관리유량을 설정한다. 이때 하천법에 의해 하천유지유량이 사람의 물이용보다 우선순위에 있고, 이 관리유량보다 하천의 유량이 적으면 추가 확보가 필요한 유량이 발생한다. 우리나라는 하천에 물이 많은 시기일지라도 추가적인 하천수 사용을 허가하지 않으며, 하천유지유량도 최소유량 개념으로 관리하고 있으므로 하천의 관리유량은 연중 일정하다. 우리나라에서 하천수를 사용하고자 할 때는 국토해양부 장관의 허가를 받아야 하며, 이때 신청자가하천의 물 상황을 모니터링하고 본인이 쓰고자 하는 물의 가용성을 스스로 평가하여 제출해야 한다. 다만 아직까지는 물의 이용이 하천환경에 미치는 영향에 대한 평가를 요구하지 않는다.
Management goal of river flow.
국내에서 하천유지유량을 산정할 때 하도를 여러 개로 구분하고 이들 구간을 대표할 수 있는 지점을 선정한다. 이때 주요 지류가 합류하거나, 물이용량이 많은 지점, 사회적으로 이슈가 되는 지점 등을 종합적으로 고려한다. 또한 지금까지 잘 측정된 수문자료의 보유 여부도 매우 중요하게 평가한다. 이는 하천유지유량의 산정에 그치지 않고 모니터링과 관리를 지속적으로 하기 위함이다. 그러나 여러 지점에서 하천유지유량을 산정하는 것과는 달리 실제 하천에서 이를 관리하고, 유량을 보호하는 일은 쉽지 않다. 따라서 여러 구간 및 지점 중 가장 중요한 지점을 소수 선정하여 이들 지점의 하천유지유량을 관리, 확보하고 있다. 대부분의 경우 관리유량이 가장 큰지점, 하천의 유황에 직접 영향을 주는 댐 등 시설물을 고려하게 된다. Fig. 3은 금강유역의 본류 상황을 표기한 것이다. 강의 중류부에 다목적댐인 대청댐이 건설되어 댐 상?하류에 각각 한 개씩의 주요 지점을 설정하고 이들 지점의 하천유지유량과 물이용량을 확보하기 위해 노력하고 있다. 댐 하류지점인 공주 이하의 지점은 실제 하천유지유량과 물이용량이 공주보다 많으나, 금강 하굿둑의 영향으로 호소화된 구간으로 하천유지유량을 관리하지는 않는다.
Instream flow and management flow of Geum river(example).
5. 하천유지유량 산정방법의 개선방향
우리나라의 상황을 발달한 해외의 하천유지유량 산정 방법과 견주어 볼 때 기술력과 고려항목의 다양성, 법과 제도의 뒷받침 등은 모자람이 없는 것으로 판단된다. 그러나 급격하게 진행된 산업발달로 인한 물이용의 고도화, 연 강수량의 대부분이 3개월 내에 집중되는 몬순기후, 국토의 70% 이상이산악지대로 하천의 홍수터에 형성된 대규모 주거지 및 농경지, 높은 인구밀도 등으로 인해 실제 적용되는 하천유지유량이 연중 일정한 유량으로 결정되는 점, 과거 자연 상태일 때의 하천 상황(유량, 생태계, 수질 등)에 대한 자료의 부재는 아쉬운 점이다.
5.1 수문학적 방법의 재 도입
과거 우리나라에서 하천유지유량을 평가할 때 가장 기초가 되는 항목은 갈수량이었다. 이는 연중 동일하기는 하지만 수문학적 방법으로 산정되는 값이었다. 그러나 2009년 개정된 하천유지유량 산정요령에서는 이 갈수량 항목이 제외되었다. 주된 이유는 하천관리자의 입장에서 하천수의 사용량과의 관계가 중첩되었기 때문이다. 우리나라에서 최대 하천수 허가량도 갈수량으로 설정되어있어 하천관리자는 허가량을 모두 사용하게 되면 하천유지유량으로서의 갈수량이 하천에서 모두 사라지는 것으로 인식하였다. 그러나 이는 하천유지유량으로서의 갈수량과 물 이용량으로서의 갈수량을 구분하지 못한데서 발생한 것이다. Fig. 3에서 갈수량의 2배 만큼을 하천에서 확보, 관리하게 되면 개념적 문제를 해결 할 수 있다. 하천유지유량을 설정하는데 있어 수문학적 방법이 필요한 이유는 크게 두 가지이다. 첫 째는 생태계, 수질 등 모든 필요유량 항목을 하천유지유량이 필요한 모든 하천에서 결정하기 어렵기 때문이다. 즉 자료의 조사, 시간, 비용 및 실현 가능성을 고려했을 때 모든 하천에서 수문학적 방법을 제외한 다른 방법을 적용하는 것은 불가능하기 때문이다. 수문학적 방법은 잘 측정된 실제 유량을 활용하거나, 자연 상태의 유량을 모의, 혹은 이들 유량과 기상, 유역특성인자와의 관계 분석을 통해 다양한 하천에 적용이 가능하다. 두 번째는 복잡한 자연현상을 특정 항목으로 대표하기 어렵다는 점이다. 과거부터 변형되기 전까지 지속된 유량의 흐름 상황 혹은 그 특성치는 그 자체로 생태계에 가장 바람직하며, 하천환경 특성을 대표하는 값이기 때문이다.
5.2 유황의 다양성 고려
앞서 해외의 사례에서 살펴보았든 하천의 유황은 해외 환경유량의 핵심이다. 우리나라는 현재 최소유량의 개념으로 하천유지유량을 설정하고 관리하고 있다. 사실 우리나라에서도 하천유지유량이 반드시 일정하게 결정되어야 하는 것은 아니다. 우리나라에서 고려하는 항목 중 하천생태계보호를 위한 유량을 설정할 때는 하천유지유량 산정요령에 따라 물고기 종의 성장 단계에 따라 필요한 유량을 다르게 설정할 수 있도록 되어있다. 그러나 하천유지유량의 관리와 기상, 수문, 물이용 특성 등을 고려하여 주로 관리자의 편의를 위해 일정하게 설정하고 있다.
그러나 Petts(1996)와 Poff et al.(1997)에 의하면 자연 상태의 유황이 하천생태계에 가장 중요한 요소임을 알 수 있다.선진 연구자들의 결과가 아니더라도 오랜 기간 형성돼온 하천생태계와 하천의 유황은 서로에게 가장 바람직한 환경을 제공하였을 것이다. 유황의 다양성을 고려해야 하는 또 하나의 요인은 우리나라 물 관리 제도의 발전에 필요하기 때문이다. 현재 우리나라에서 물사용자는 연중 일정한 수량만을 허가 받을 수 있다. 여름철 강우가 집중되는 상황에서 주요 하천의 하상계수는 매우 크다. 건설교통부 수자원장기종합계획(2006)에서 사용한 모의 자연상태 유량을 근거로 주요 4대 하천의 하구를 기준으로 하상계수를 평가해보면 자료기간 1971년부터 2005년 동안 한강 517, 낙동강 363, 금강 475, 영산강이 920을 기록하고 있다. 따라서 홍수기에 필요시 더 많은 물을 사용할 수 있음에도 기준이 결정되지 않아 도입이 되지 않고 있다. 건기 뿐 아니라 우기에도 하천에 남아있어야 하는 물과 사용이 가능한 물을 설정하면 효율적인 물이용과 관리가 가능하게 된다. 홍수기에 하천에 남아 흘러야 하는 물의 양을 갈수기에 산정한 값으로 결정할 수 없기 때문에 홍수기에 맞는 하천유지유량을 설정해야 한다.
하천의 유황은 유량의 크기(magnitude), 발생빈도(frequency), 지속기간(duration), 특정유량의 발생시기(timing), 유량의 변화율(rate of change) 등으로 구분이 가능한데 이들 특성은 각각 갈수기, 홍수기로 다시 구분할 수 있다. 이 중 우리나라에서 적용이 가능한 유황특성은 주로 평상시 발생하는 특성으로 한정할 수 있다. 가장 큰 원인은 하천과 사람의 관계에서 찾을 수 있다. 대부분의 농경지와 주거지가 하천의 홍수터에 조성된 우리나라는 서기 330년 완공된 농업용 저수지 김제시의 벽골제와 제방에 대한 기록이 있다. 또한 비슷한 시기에 건설된 저수지와 제방은 현재도 남아있으며, 제천시의 의림지는 지금도 저수지로서의 기능을 하고 있을 정도로 하천 개수사업의 역사가 깊다. 한국하천일람(2007)을 살펴보면 국가하천의 96%(하천 연장 기준)에 하천정비기본계획이 수립되어있으며 지방하천까지 포함하면 82% 구간에서 하천개수가 이루어 졌음을 알 수 있다. 이는 대다수 하천에 제방이 건설되었음을 의미하며, 하천과 홍수터가 단절되어 있음을 의미하기도 한다. Fig. 4는 우리나라의 하천유지유량 산정을 위한 현장조사를 수행할 당시 촬영한 전형적인 한국 하천의 모습이다.좌측의 그림은 하도 내부의 실제 사진이며, 우측 항공사진의별표로 표기된 교량에서 상류방향(그림에서 위쪽 방향)으로 촬영한 모습이다. 평상시 하천 내부는 여울과 소, 습지 등 매우 자연스러운 상태로 유지되며 수질도 양호하다.
Typical shape of Korean river.
그러나 항공사진에서는 이와는 다른 모습을 확인할 수 있다. 실선으로 표기된 것이 하천 대부분의 구간에서 건설된 제방이며, 화살표가 가리키는 양쪽이 홍수터로 농경지와 주거지가자리 잡고 있다. 하도 내부의 점선으로 그려진 타원은 하천에 형성된 습지, 식생군락을 보여준다. 국가하천의 경우 이들 제방은 100년-200년 빈도의 홍수량을 방어할 수 있으며, 지방하천은 50년-100년 빈도로 설계된다. 따라서 홍수기에도 제방붕괴 혹은 월류 등 특별한 사유가 없으면 하천의 물이 홍수터에는 직접 영향을 줄 수 없으므로 홍수기 유량 특성을 고려하는 것은 큰 의미가 없다.
유황의 다양성을 반영할 수 있는 여러 방법 중 한 가지는 자연 상태의 월 유량을 고려하는 것이다. Fig. 5는 금강유역의 공주지점에서 댐이 건설되기 이전 15개년의 자료를 활용하여 월 유량을 산출하고 도시한 것이다.
The possible method for considering flow variabilities.
이 들 중 수문학적 하천유지유량의 대푯값은 최소치로 설정한다. 이후 하천유지유량을 결정할 때는 이 수문학적 방법에 현재 고려하고 있는 필요유량 항목을 함께 고려하면 된다. Fig. 5의 예는 공주지점의 실제 생태계 필요유량(12.85 m3/s)과 월유량을 비교 도시한 것으로 하천유지유량은 수문학적으로 평가된 월 최소 유량과 항목별 유량 중 큰 값으로 설정한다. 이는 남아프리카공화국의 King and Louw(1998)에 의해 개발된 Building Block Method와 개념적으로 유사한 형태이나, 우리나라 하천유지유량 산정요령과 제도적 측면을 감안하여 국내에 적용할 수 있도록 수정한 것이다. 또한 월 유량을 설정하기 보다는 Fig. 5와 같이 여러 해 동안 자연 상태에서 확인된 월 유량의 범위를 설정하여 하천유지유량의 버퍼존을 설정하여 관리하면 유황의 변동성과 수문학적 방법을 댐 및 저수지 운영 등에 실제 반영할 수 있는 방법이 된다. 월유량의 최대 및 최소의 범위에 하천 유량이 있을 경우는 지속적인 모니터링만을 수행하며, 월별 하천유지유량 이하로 줄어들면 유량 공급시설에서 하류로 추가 방류하는 방법으로 하천유지유량을 관리한다.
하천유지유량에 대한 모니터링과 공급가능성 평가는 Fig. 6과 같이 실제 유량과 비교하여 수행한다. Fig. 6은 금강 공주지점의 2000년부터 2009년까지 10년간의 관측유량과 Fig. 5의 방법으로 결정한 하천유지유량을 비교한 것이다. 하천유지유량이 부족할 경우 상류 댐의 물 공급 가능성을 평가하여 하류로 흘려 확보해야 하며, 상황별 하천유지유량의 부족량과부족일 등을 평가하고 확보가 필요한 양을 산정하여 국가수자원계획에 반영하게 된다.
Monitoring and managing the instream flow.
5.3 필요유량 항목의 조정
우리나라에서 하천유지유량으로 고려하는 항목은 7, 8개항목이다. 그러나 과거 제정된 하천법에 의해 명목상 설정된 항목이 많으며, 실제 하천유지유량을 산정할 때 고려하지 않는 항목도 많다.
수질항목은 국내에서 시행되는 TMDL 계획에 의해 2015년까지 목표된 수질을 충족하는 것으로 나타난다. 또한 희석용수로서 사용하는 수량은 공급이 실제 어려울 정도로 많은 수량이 필요하기도 하다. 따라서 고려할 수질 항목을 획일적인 BOD 기준보다는 하천생태계의 존속에 필요한 항목으로 전환하고, 생태계 항목에 포함하여 분석하는 것이 바람직하다. 예를 들어 조류의 번식, 물고기의 먹이 등에 영향을 주는 수온, TN, TP, BOD 등을 유지하기 위해 필요한 유량의 계산 등이다.
둘 째, 생태계 항목은 현재 물고기 중 우점종 대상으로 설정하고 있다. 우점종으로 설정하는 이유는 이들이 하천생태계를 지배하여 생태계를 대표한다고 생각하기 때문이다. 그러나 대다수 우점종이 국내 하천에서 동일한 점, 최근 멸종위기종이나 경제성 어종으로 인한 보호의 필요성이 나타나는 점 등을 고려하여 물고기 종에 대한 우선순위를 개선해야 한다. 한편, 국내 한 하천에서는 지역사회의 상징물이며 경제적 가치가 큰 재첩(조개류)의 감소로 인한 이슈가 많으며, 항상 물고기만을 고려할 것이 아니라 하천생태계, 지역사회의 특성 등을 고려한 다양한 목표를 설정해야 한다.
셋 째, 농업용수 공급을 위한 염해방지 목적의 유량 역시 산업구조, 하천환경의 변화를 고려하여 생태계 항목에 포함하여 분석하는 것이 타당하다.
넷 째, 하구막힘 방지 및 하천시설물보호, 취수원의 보호는 구조물적 대책으로 전환하고 하천유지유량의 고려 항목에서 제외한다. 현재까지 고려된바가 전혀 없는 명목상의 항목이며, 하천 유량으로 이들 항목을 보호, 보전하는 것은 현실적으로 어렵다.
따라서 고려 대상 항목을 정리하면 수문학적 요소, 생태계보호(수질, 염해 포함), 하천경관 및 사람의 친수공간 확보를 위한 유량이 될 것이며, 더불어 지속적인 지하수위 모니터링정도로 재편할 수 있다. 단, 지하수와 평상시 하천수는 매우 밀접한 관계에 있으므로, 지속적인 지하수위 모니터링 결과와 하천수간의 관계를 보다 면밀히 분석한 후 향후 우리나라에 적합한 지하수 보전을 위한 하천유지유량 설정방법을 개발해야 한다.
6. 결론
Dyson et al.(2003)은 사람들은 과거 강을 흘러 바다로 들어가는 물은 자원의 낭비로 인식하였다고 표현한다. 앞서 예로든 섬진강의 제첩의 사례는 실제 우리나라 경상남도 하동군의 사례로 그 지역민들은 상류에 댐을 건설한 것이 염도와 서식처에 영향을 준 것이라고 인식하고 있다. 하천을 흐르는 물은 하천생태계에 다양한 영향을 주고, 이들의 변형과 파괴는 과거부터 하천 주변에 터를 잡고 살아온 사람에도 큰 영향을 주게 된다. 그러나 하천에 남아 흘러야 하는 물의 중요성을일반 대중이 실생활을 통해 인지한 것은 그리 오래된 일이 아니다. 또한 지금도 하천유지유량이 왜 생활, 공업, 농업용수 등의 목적을 가진 물보다 우선해야 하는지는 널리 받아들여지지 않는다.
하천유지유량 관리에 있어 가장 중요한 것은 대중에 대한홍보와 인식 고취이다. 하천에 물이 적어 사용할 수 있는 물이 적은 시기라도 반드시 고통을 하천환경과 분담해야 함을 널리 홍보해야 한다. 이를 위해 인센티브, 페널티 등 다양한 제도를 검토해야 한다.
상류에 댐 등 물 공급시설이 있는 경우 하천유지유량 항목으로 물을 배분하는 계획을 (재)수립해야 하며, 유량공급시설이 없는 소규모하천 혹은 자연상태 하천에서는 주로 하천수사용량의 제한을 통해 하천유지유량을 관리해야 한다. 필요시 물이 풍부한 하천에서 물을 공급하는 방안도 검토할 필요가 있다.
현재 우리나라에서 하천수 사용자는 자신이 가진 물사용 권리를 임의로 거래하거나 양도할 수 없다. 그러나 물사용 권리를 거래하거나 양도할 수 있도록 제도를 개선하면 추가적인 허가 없이 필요한 곳에 물이 배분되는 효과를 얻을 수 있다. 또한 일시적인 하천수 사용을 허가하는 방법도 고려할 필요가 있다.
미래 수자원에 대한 평가를 통해 하천유지유량 및 하천환경상황을 전망하고, 지역적인 특색을 고려하여 대책을 수립하는 것도 필요하다.
우리나라는 하천개수사업을 진행할 때, 하천유지유량에 대한 평가를 반드시 수행하도록 법에 명시되어있으나, 평가에그치고 구체적인 확보 및 관리는 이루어 지지 않는 단점이 있다. 물론 국가차원의 하천유지유량 산정 시에는 확보 및 관리계획도 함께 수립하나, 대상 하천의 수가 제한될 수 밖에 없다. 따라서 개개의 하천개수사업 수행 시 하천유지유량에 대한 확보와 관리계획도 수립하여 시행하도록 법과 제도 측면의 수정이 필요하다.
하천유지유량은 인간과 자연의 지속적인 발전을 위한 물 배분의 기준이 되므로, 이를 평가하고 관리할 수 있는 능력을 배양하고, 환경변화에 따라 주기적인 재평가를 수행하는 것이 필요하다.
감사의 글
본 연구는 국토교통부 물관리사업의 연구비지원(14AWMPB082564-01)에 의해 수행되었습니다.