1. 서론
하천유량의 탄력성이란 무엇인가? 필요할 때 하 천수량이 신축성을 갖고 흐를 수 있는 정도를 말한 다. 즉 일정수량이 요구될 때 그에 부응한 수량이 흐를 수 있는 가능성이라 할 수 있다. 그러나 자연 상태로는 한계가 있다. 인공 시설에 저장된 수량에 의존하지 않을 수 없으며, 운영 및 관리에 따라 그 효과는 다르게 나타난다. 또한 하천유량은 지역별, 계절별로 다르게 나타난다. 비가 많이 내리는 지역 은 많이 흐른다. 물을 많이 사용하는 하천은 적게 흐른다. 유역면적이 넓은 하천은 많이 흐른다. 산 에 나무가 많으면 적게 흐른다.
물은 고였다 흘렀다를 반복한다. 항시 낮은 자세 로 아래를 향한다. 또한 흐르는 양에 적합하게 하 천을 형성한다. 우리하천은 홍수기인 여름철의 홍 수량이 너무 많아서 그에 적합하게 하천이 크게 형 성되어 있다. 평갈수기에는 유량이 적어 하천 규모 에 비에 물이 상대적으로 적게 흐른다. 세계 여러
지역을 살펴보면 항시 일정수량이 흐르는 곳이 있 는가 하면 하천에 물이 거의 흐르지 않는 하천도 있다. 어느 지역은 하천인데 호수같은 하천도 있 고, 어느 지역은 하천인데 도랑같은 하천도 있다.
그 지역의 기상 및 지형특성을 반영한 것이다. 우 리나라 하천은 홍수량과 갈수량의 차이가 너무 크 다. 이에 따라 하천의 수량관리는 세계의 그 어느 곳보다 더 어렵다.
하천은 물이 흘러야 제 맛이다. 사용하는 수량보 다 적으면 저장하여 사용하여야 한다. 댐과 저수지 의 역할이다. 저장하는 수량은 필요한 만큼 하여야 한다. 또한 사람과 자연에게 고르게 제공되어야 한 다. 보통 사람은 많은 수량을 요구한다. 필요 이상 일 수 있다. 적당하게 요구하여야 하는데 적당한 수준이 어느 수준인지 잘 모른다.
그러나 우리하천의 현황은 갈수기 유량이 너무 적어, 보다 많은 맑은 수량을 확보하여 갈수기 수 질 관리의 안정성을 확보하여야 한다. 여기서는 우 리 하천의 유량을 이웃한 일본과 비교하여 우리 하 천의 유황을 상대적으로 가늠하고, 연간 용수수요 가 154억m3(58%)으로 가장 많은 부분을 차지하고 있는 농업용수가 하류하천에 미치는 영향을 살펴 보고, 연간 물공급능력이 108억m3(58%)인 다목적 댐이 하류하천에 미치는 영향을 살펴, 하류 하천의 유량 탄력성에 대해 살펴보고자 한다.
우리하천의유량 탄력성은무엇인가?
노 재 경▶▶▶
충남대학교 지역환경토목학과 교수 jknoh@cnu.ac.kr
Fig. 2 An example of comparing daily inflows (Nazuyosi station in Japan).
2. 하천유량비교
이웃 일본 하천의 유량이 어느 정도인지 분간하 기 위해 유역면적 930km2인 용담댐 유역의 3개
지점과 유역면적 925km2인 일본 九州지방의 遠賀 (Onga)천의 中間(Nakama) 지점의 상류 14개 지 점의 유량을 대상으로 하였다. 한국은 2001-2012 년, 일본은 1980-2011년의 일별 자료를 이용하여
Fig. 1 An example of comparing daily inflows (Yongdam dam in Korea).
Watershed Divide 1stflow 95thflow 185thflow 275thflow 355thflow mm m3/s mm m3/s mm m3/s mm m3/s mm m3/s
Soeda Mean 112.39 98.86 5.7 5.01 2.73 2.4 1.35 1.18 0.48 0.42
10yr 59.98 52.76 4.05 3.56 1.93 1.69 0.93 0.82 0.38 0.34 Ida Mean 87.79 129.05 4.36 6.4 2.16 3.17 1.07 1.58 0.35 0.51 10yr 32.48 47.74 2.75 4.04 1.44 2.12 0.64 0.94 0.15 0.22 Nazuyosi Mean 95.8 52.11 4.18 2.27 2.11 1.15 1.11 0.6 0.63 0.34 10yr 41.25 22.44 2.99 1.63 1.5 0.81 0.87 0.47 0.61 0.33 Kasgavasi Mean 80.67 67.22 3.42 2.85 1.67 1.39 0.75 0.63 0.22 0.19 10yr 25.59 21.32 1.97 1.64 0.88 0.73 0.39 0.32 0.05 0.04 Akaike Mean 82.97 296.72 4.09 14.61 2.05 7.34 1.02 3.63 0.32 1.13 10yr 33.17 118.61 2.62 9.38 1.37 4.91 0.63 2.26 0.14 0.48 Nakasima Mean 81.34 306.9 3.91 14.74 1.96 7.41 0.97 3.67 0.31 1.17
10yr 30.58 115.38 2.33 8.79 1.28 4.82 0.59 2.22 0.11 0.43 Ookuma Mean 100.1 48.66 4.26 2.07 1.97 0.96 0.94 0.46 0.28 0.14 10yr 38.95 18.93 2.55 1.24 1.18 0.57 0.56 0.27 0.15 0.07 Akimazuvasi Mean 110.68 144.76 4.27 5.58 2.04 2.66 0.99 1.3 0.3 0.39 10yr 49.06 64.16 2.65 3.46 1.4 1.84 0.62 0.81 0.17 0.22 Kawasima Mean 95.39 322.4 4.02 13.59 1.88 6.35 0.91 3.08 0.27 0.92 10yr 39.79 134.49 2.25 7.6 1.21 4.08 0.52 1.74 0.11 0.37 Kanrokuvasi Mean 82.78 350.65 3.53 14.93 1.64 6.96 0.78 3.31 0.22 0.95 10yr 39.18 165.96 1.92 8.12 0.96 4.08 0.41 1.75 0.07 0.29 Hinodevasi Mean 82.39 662.72 3.78 30.42 1.8 14.5 0.85 6.87 0.25 2.00 10yr 34.53 277.76 2.16 17.37 1.17 9.38 0.52 4.22 0.1 0.77 Miyatavasi Mean 64.38 91.66 2.85 4.06 1.39 1.98 0.64 0.91 0.15 0.21 10yr 24.34 34.66 1.64 2.34 0.77 1.09 0.34 0.48 0.05 0.07 Karakuma Mean 79.57 816.91 3.63 37.24 1.73 17.81 0.82 8.45 0.23 2.39 10yr 34.41 353.29 2.07 21.26 1.12 11.51 0.48 4.93 0.08 0.86 Nakama Mean 79.57 851.91 3.63 38.83 1.73 18.57 0.82 8.81 0.23 2.49 10yr 34.41 368.43 2.07 22.17 1.12 12 0.48 5.14 0.08 0.9 Table 1 Result of flow duration analysis on Korean watersheds.
Watershed Divide 1stflow 95thflow 185thflow 275thflow 355thflow mm m3/s mm m3/s mm m3/s mm m3/s mm m3/s Cheoncheon Mean 69.43 233.76 1.64 5.53 0.54 1.83 0.21 0.72 0.09 0.3
10yr 20.83 70.13 0.45 1.53 0.12 0.4 0.05 0.17 0.05 0.17 Donghang Mean 69.03 131.35 1.44 2.73 0.43 0.81 0.18 0.33 0.07 0.13
10yr 18.21 34.65 0.33 0.63 0.1 0.19 0.05 0.1 0.05 0.1
Yongdam Mean 62.86 676.67 1.67 17.93 0.55 5.97 0.24 2.58 0.09 0.95 10yr 17.28 186.01 0.49 5.31 0.16 1.73 0.07 0.8 0.05 0.54
Table 2 Result of flow duration analysis on Japanese watersheds.
Fig. 3 Comparing streamflows between Korean and Japanese stations.
일 유량을 모의하여 유황을 분석하였다. Fig. 1, Fig. 2는 우리하천과 일본하천의 일 유출 모의 결 과를 관측값과 비교한 예로, 매우 만족스런 결과를 보여주고 있다. 이를 근거로 17개 지점에 대해 일 유출을 모의하여 검증하였고, 유황분석을 실시하 여 Table 1, 2에 각각 정리하였다. 10년 빈도 유량 으로 비교하면, 최고수량은 한국 18.77mm, 일본 88.27mm, 풍수량은 한국 0.43mm, 일본 3.97mm, 평수량은 한국 0.13mm, 일본 1.92mm, 저수량은 한국 0.06mm, 일본 0.93mm, 갈수량은 한국 0.05mm, 일본 0.30mm로 나타났다. 일본의 유황이 4~15배 높다는 것을 확인하였다.
Fig. 3은 한국과 일본의 일별 평균유량을 각각 계산하여 비교한 것이다. 8-9월 일부 태풍 기간을 제외하고 모든 기간에서 일본의 유량이 훨씬 크게 나타나고 있다. 또한 월별로 일 최고, 최저, 평균 유량을 비교하였다. 월별유량은 7-9월 홍수기를
제외하고 일본의 유량이 2~5배 높게 나타났다.
Fig. 4는 한국 용담댐 유역 3개 지점의 연강우, 연유량의 분포와 평균값을 나타낸 것으로 연강우 량은 평균 1,418.1mm, 최대 2,061.9mm, 최소 778.2mm, 연유출량은 평균 854.2mm, 최대 1,571.4mm, 최소 273.6mm, 연유출률은 평균 58.2%, 최대 76.2%, 최소 35.2%를 나타냈다.
Fig. 5는 일본 九州지방의 遠賀(Onga)천 14개 지점의 연강우, 연유량의 분포와 평균값을 나타낸 것으로 연강우량은 평균 1,972.5mm, 최대 3,623.0mm, 최소 845.0mm, 연유출량은 평균 1,481.6mm, 최대 3,177.4mm, 최소 360.6mm, 연유출률은 평균 73.7%, 최대 90.0%, 최소 42.6%를 나타냈다.
강우량은 일본이 한국의 1.4배, 유출량은 1.7배, 유출률은 1.3배 높게 나타났다.
Fig. 4 Distribution of annual rainfall and streamflow on Yongdam dam watershed.
Fig. 5 Distribution of annual rainfall and streamflow on Nakama station watershed.
Fig. 6 Daily simuated streamflow at the J01 station where is located in Youngchoeon dam and Imgo reservoir downstream.
3. 농업용수 역할
전국의 논 984천ha 중 19.9%(196천ha)는 수리 시설이 전혀 없이 농사를 짓는다고 한다. 81.1%는 용수를 공급받고 있는 셈이다. 농업용수가 하천유 량에 미치는 영향의 관점에서 농업용수는 논에 공 급한 수량이 하천으로 회귀된 수량만큼 영향을 받 는다. 농업용수는 저수지와 보로부터 공급을 받는 다. 논의 입장에서는 용수를 하천 또는 저수지로부 터 공급받고, 증발산과 침투 등으로 사용하고 남은 수량을 회귀수의 형태로 하천으로 방류된다. 하천 의 입장에서는 상류에서 내려오는 수량이 논을 거 쳐 일부 되받는 것으로 된다. 다만 상류 저수지에 서 차단된 수량이 시간적으로 어떻게 배분되느냐 에 따라 하류하천 수량은 영향을 받는다. 농업용 저수지는 대부분 규모가 작아 하류에 하천유지용 수를 공급할 수 있는 여유가 적다. 따라서 관개가 끝나면 다음 해의 농사를 위해 저수지에 물을 채우
기 위해 하류방류를 멈추고, 영농시작 시기까지 지 속된다. 따라서 영농시기가 아닐 때 하류하천의 유 량은 저수지 만수위를 채우고 넘치는 수량만이 하 류로 흐르는 실정이다.
둑높이기 저수지의 증고에 따른 하류 하천의 유 황변화를 비교한 예로, 금호강 유역의 임고, 송림 등 2개 저수지를 대상으로 분석한 결과를 제시하 였다. 임고 저수지는 둑높이기 전의 만수위는 EL.164.0m이고, 후의 만수위는 EL. 168.3m로 만수위가 4.3m 증가되며, 송림 저수지는 둑높이 기 전의 만수위는 EL.149.0m이고, 후의 만수위는 EL. 154.7m로 만수위가 5.7m 증가되었다. 임고 저수지 4.3m 증가했을 때 하류 하천으로 유지용 수 공급이 가능하였으나, 영천댐 방류량에 비해 상 대적으로 적은 값이기 때문에 하류하천의 유량증 대 효과는 극히 작은 것으로 나타났다. 만수위가 5.7m 증가한 둑높이기 후에 송림저수지는 농업용 수공급에 적합한 것으로 나타났으며(이수안전도
Fig. 7 Result of flow duration analysis at the J01 station before heightening Imgo reservoir.
Fig. 8 Result of flow duration analysis at the J01 station after heightening Imgo reservoir.
Fig. 9 Daily simuated streamflow at the J09 station where is located in Songrim and Yongseong reservoir downstream.
Fig. 10 Result of flow duration analysis at the J09 station before heightening Songrim reservoir.
Fig. 11 Result of flow duration analysis at the J09 station after heightening Songrim reservoir.
90%), 이 때 하천유지용수 공급은 할 수 없는 것으 로 나타났다. 또한 송림저수지 둑높이기 후에 풍수 량은 적게 나타났으며, 이는 저수용량이 증대되어 유량이 저수지에 저류돼 나타난 것으로 파악할 수 있었다. Fig. 6은 임고저수지 하류 하천의 일 유량 을 모의한 예이고, 영천댐 방류량이 합해진 값이 다. Fig. 7, 8은 각각 임고저수지 둑높이기 전후의 하류하천의 유황분석 결과이다.
Fig. 9는 송림저수지 하류 하천의 일 유량을 모 의한 예이고, 용성저수지 방류량이 합해진 값이다.
Fig. 10, 11은 각각 송림저수지 둑높이기 전후의 하류하천의 유황분석 결과이다.
4. 다목적댐 역할
다목적댐은 용수공급, 홍수조절, 수력발전 등 역 할을 한다. 특히 하류하천의 유량에 미치는 영향은
매우 크다. 홍수기에는 홍수량을 크게 줄여주고 평 갈수기에는 유량을 크게 증가시켜주고 있다. 그 효 과는 댐의 규모, 용수관망에 따라 다르게 나타난 다. 어느 지역은 하천유량의 대부분이 상류댐의 방 류수량으로 이뤄진 곳도 있다. 영천댐 하류는 상시 3 m3/s 정도가 하류로 방류되는데 이는 임하댐으 로부터 도수된 수량으로 가능한 것으로 이해해야 한다. 미국 콜로라도 강은 상류의 많은 댐으로부터 용수를 과다 사용하여 하류 말단부에서는 유량이 매우 적게 나타나는 지역도 있다. 그러나 우리나라 대부분의 다목적댐 하류하천은 평갈수기 수량이 댐이 없을 때보다 크게 증가되어 나타나고 있다.
이로부터 수질이 현재 상태로 유지되고 있다고 이 해하여야 한다. 만약 상류에 다목적댐이 없었다면 아마도 수질악화로 인해 많은 사회, 경제적 문제가 야기되었을 것으로 쉽게 예상할 수 있다.
예로서 금강에 대해 살펴본다. 금강에는 용담댐 과 대청댐 등 2개의 다목적댐이 있다. 이로부터 용
Fig. 12 Comparison of observed and simulated daily streamflows at the Sejong weir station (2006).
Fig. 13 Comparison of observed and simulated daily streamflows at the Buyeo weir station (2006).
Fig. 14 Comparison of observed and simulated daily streamflows at the Baekje weir station (2006).
Fig. 15 Result of flow duration analysis at the Sejong weir station in present condition (1969-2007).
Fig. 16 Result of flow duration analysis at the Sejong weir station without upstream multipurpose dam (1969-2007).
Fig. 17 Result of flow duration analysis at the Gongju weir station in present condition (1969-2007).
Fig. 18 Result of flow duration analysis at the Gongju weir station without upstream multipurpose dam (1969-2007).
Fig. 19 Result of flow duration analysis at the Baekje weir station in present condition (1969-2007).
수공급, 홍수조절은 물론 하류하천의 유량에 미치 는 영향은 매우 크다. 이를 현재상태와 다목적댐이 없는 경우로 구분하여 세종보, 공주보, 백제보 지 점에서 유황의 변화를 살펴보았다. Fig. 12, 13, 14는 각각 세종보, 공주보, 백제보 지점에서의 상 류 다목적댐의 방류량을 고려하여 일별로 유량을 모의하여 8일 간격의 관측유량과 비교한 예를 나 타낸 것으로 매우 양호한 결과를 보여주고 있다.
이를 근거로 1969~2007년까지 일별로 유량을 모 의하여 유황분석을 실시하였으며, Fig. 15~Fig.
20에 각 지점에서 상류에 다목적댐이 있는 현재상 태와 다목적이 없는 경우로 구분하여 모의한 결과 로부터 유황분석을 실시하여 각각 그림으로 나타 내었다. 모든 지점에서 현재상태가 갈수량, 저수 량, 평수량은 증가하였고, 풍수량, 고수량은 감소 한 것으로 나타났으며, 이는 상류 다목적댐으로 인 한 하류하천의 유량개선 효과이다.
5. 결론
우리하천의 유량에 대한 탄력성을 살펴보기 위 해 일본하천과 유량을 비교하였고, 농업용 저수지 가 하류하천의 유량에 미치는 예, 다목적댐이 하류 하천 유량에 미치는 예 등을 살펴보았다. 일본하천 이 우리하천보다 유량이 4~15배 많게 흐르는 것을 알 수 있었고, 농업용 저수지가 하류하천에 미치는 영향은 매우 적고, 대부분 하류하천의 유량은 다목 적댐에 의해 크게 영향을 받고 있다는 것을 확인하 였다.
우리하천은 본류보다 지류에서 보다 심각한 현 상을 나타내고 있다. 홍수시에도 그렇고, 갈수기에 는 물이 하천에 전혀 없는 건천화된 하천이 다수 발생되고 있다.
저수지 둑 높이기 사업으로 지류하천의 정상기 능을 유지하고 살리는데 부족하다면 그밖에 어느 Fig. 20 Result of flow duration analysis at the Baekje weir station without upstream multipurpose
dam (1969-2007).
대책이 있을까? 우리가 활용하는 물의 양은 전체 100중에서 26에 불과할 정도로 적은 양이다. 따라 서 상류에서 하류로 물이 흐르면서 온갖 수단으로 가능한 많은 양을 저류시켜 활용하는 것이 관건이 다. 물론 중규모 댐 이상의 사업을 추진할 수 있다 면 확실하게 저수량을 확보하고, 부족한 하천수량 을 공급할 수 있을 것이다. 산림에서 증발산에 의 해 소비되는 수량도 상당하며, 뉴질랜드에서 실험 한 결과에 따르면 간벌에 의해 연간 30% 정도의 유량 증가가 있다고 한다. 그리고 수자원의 확보와 공급이 매우 복잡한 네트워크로 구성돼 있으며, 4G 시대를 맞아 비구조적인 소프트웨어적으로 물 절약을 도모하는 것도 수량손실을 크게 줄일 수 있 으며, 하천관리의 큰 부분이 되어야 할 것이다.
건전한 유역생태계의 보전, 균형 있는 지표수의
확보와 이용, 지하수의 함양과 개발은 자연과 사람 사이에 물 배분을 얼마나 조화롭게 배분하느냐에 달려 있으며, 전적으로 사람이 선택해야 할 몫이 다. 살아있는 물은 생명을 건강하게 하며, 인류의 삶을 살찌운다. 바야흐로 풍요롭고 생명이 살아있 는 활기찬 물은 우리의 삶을 기쁨으로 가득하게 하 고, 자연과 함께 더불어 살아가는데 주도적 역할을 하는 시대가 되었다.
감사의 글
본 연구는 국토교통부 물관리연구사업의 연구비 지원(11기술혁신C06)에 의해 수행되었습니다.
