기후변화 물관리 문제점 및 예방대책

왜 배우는가: 기후변화는 강수의 강도·빈도와 가뭄·홍수 패턴을 바꿔 상수도 취수·정수·배수 설비와 하수도 배제 능력을 동시에 흔든다. 수자원 계획과 시설 설계 기준이 과거 기후 통계에 기반해 온 만큼, 이 변화가 물관리 문제로 이어지는 경로를 이해해야 1교시 용어 문제와 4교시 논술 문제에 함께 답할 수 있다. 두 회차에서 반복해 출제된 주제다.

출제 이력: 제138회 1교시 11번, 제135회 4교시 5번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

기후변화 물관리 문제는 기온 상승으로 물의 순환이 강화·가속되어 가뭄과 홍수의 빈도와 강도가 커지고, 이에 따라 물의 양·질 확보와 시설 안전이 위협받는 문제를 말하며, 이를 줄이는 대책을 예방대책이라 한다.

핵심 키워드

• 물의 순환 강화·가속
• 대기 수증기 증가
• 극한 강우·집중호우
• 가뭄·홍수 상습화
• 물 부족량 증가
• 적응과 완화
• 도시 침수·하수 역류

2. 개념 풀이

쉬운 말로 풀면, 날씨가 뜨거워지면 바다와 땅에서 물이 더 많이 증발하고 공기는 더 많은 수증기를 머금는다. 그래서 비가 올 때는 한꺼번에 많이 쏟아지고, 비가 오지 않는 기간은 더 길어진다. 물관리는 이 극단적인 물 조건에 맞춰 수량을 확보하고 시설을 설계·운영하는 일이다.

정식 정의는 다음과 같다. 지구 가열이 기후계의 에너지 순환을 키워 전 지구적 물의 순환을 바꾸는데, 이를 물의 순환 강화·가속이라 부른다. 이 변화로 강수 패턴이 바뀌고 지하수와 토양 수분이 변한다. 물관리 측면에서는 가뭄, 홍수, 열대 저기압, 빙하 후퇴 같은 영향이 취수·정수·배수 체계를 압박하는 것이 핵심이다.

원리의 출발점은 클라우지우스-클라페이롱 방정식이다. 이 방정식에 따르면 온도가 1°C 오를 때 포화 수증기압은 약 7% 증가한다. 대기가 더 많은 수분을 담을 수 있으므로 강우 사건이 더 강렬해질 가능성이 커진다. 관측에서도 IPCC AR5는 지난 40년 동안 대류권 수증기가 3.5% 증가했다고 결론지었다.

물관리 용어로는 다음 개념을 함께 쓴다. 물 부족량은 용수 수요에서 가용 수자원을 뺀 값이다. 도시 침수는 배수 시스템의 처리 용량을 넘는 빗물이 도시에 고이는 현상이다. 하수 역류는 침수수가 맨홀과 관로를 거슬러 올라 주택 지하로 들어오는 현상이다.

3. 등장 배경과 필요성

물관리 문제가 기후변화와 함께 부각된 배경은 과거 기후 통계를 전제로 한 설계 기준이 더는 맞지 않기 때문이다. 대규모 다목적 댐, 농업용 저수지, 상수도 보급으로 물 부족에 대응해 왔지만, 가뭄 피해가 지역에 따라 상습적으로 반복되고 있다. 우리나라는 1990년대 이후 3회 이상 물 부족을 겪은 상습 가뭄 피해지역이 48개 시군에 이른 것으로 보고되어 있다.

특히 집중호우는 강우가 홍수로 바로 유출되어 버려 수자원 확보에는 도움이 되지 않는다. 비가 오지 않는 날은 늘어나 가뭄이 빈번해진다. 즉 강수량이 늘어도 수자원이 늘지 않는 구조가 생긴다. 이 점이 기후변화 물관리의 가장 큰 어려움이다.

국내 계획 체계에서도 이 문제를 반영하고 있다. 2018년 물관리 일원화 이후 「물관리기본법」에 따라 국가물관리기본계획이 최상위 법정 계획으로 수립된다. 이 계획은 기후변화에 따른 미래 물 부족량을 전망하는데, 과거 최대 가뭄 시 물 부족량 2.56억m³/년에 비해 RCP 2.6 시나리오에서 2.2배, RCP 8.5 시나리오에서 2.4배 수준으로 심화될 것으로 제시되었다.

따라서 지표수 중심의 용수 체계만으로는 극한 가뭄을 감당하기 어렵다. 대체수자원 확보, 물 재이용, 빗물 관리처럼 수요와 공급을 함께 다루는 방안이 필요하다. 도시에서는 불투수면 확대로 빗물이 하수관로에 몰려 침수와 하수 역류가 늘어나므로, 저영향개발과 같은 빗물 분산 관리가 필요하다는 인식도 커지고 있다.

또한 녹조 문제도 기후변화와 연결된다. 조류 증식은 수온 상승과 영양염류 유입이 겹칠 때 활발해지며, 상수원으로 유입되면 정수장의 활성탄 여과나 고도정수처리가 필요해진다. 국가 차원에서는 기후변화 적응 대책이 물관리를 7개 부문별 대책 중 하나로 포함하고 있어, 상수도와 하수도 설계·운영이 적응 체계의 일부가 되었다.

4. 구성요소·원리·절차

기후변화 물관리는 물의 양·질·시기가 함께 바뀌는 문제다. 이를 다루는 체계는 크게 완화(Mitigation)와 적응(Adaptation)으로 나뉘며, 물관리 분야에서는 주로 적응 대책이 실무의 중심이 된다. 구성요소를 보면 다음과 같다.

원리는 세 갈래로 정리한다. 첫째, 온도가 오르면 포화 수증기압이 올라 강수 강도가 커진다. 클라우지우스-클라페이롱 관계에서 온도 1℃ 상승 시 포화 수증기압은 약 7% 증가한다. 둘째, 강수가 짧은 시간에 집중되면 유출량이 늘고 하수관거의 설계 용량을 넘는다. 셋째, 강수가 줄어드는 기간에는 저수량이 감소하고 수질 농축이 일어난다. 결국 홍수와 가뭄이 동시에 심해지는 구조가 핵심이다.

예방대책의 절차는 다음 순서로 수립한다.

• 기후 시나리오와 유역별 위험도(홍수·가뭄·수질 악화)를 평가한다.
• 취약 시설(취수장, 하수관거, 정수장)을 식별하고 영향 범위를 산정한다.
• 수원 다변화, 저류·재이용, 빗물 관리 등 대책을 유형별로 선정한다.
• 설계기준을 상향하고 설계 강우량 기준을 최신 자료로 갱신한다.
• 모니터링과 조기경보 체계를 구축하고 주기적으로 재평가한다.

수식으로 보면 설계 유량은 합리식 Q = \frac{1}{360} C I A 로 구한다. 여기서 Q는 우수 유출량(㎥/s), C는 유출계수(무차원), I는 강우강도(mm/h), A는 배수면적(ha)이다. 강우강도 I가 기후변화로 커지면 같은 면적의 설계 유량이 비례하여 증가한다. 예를 들어 C=0.8, I가 80mm/h에서 100mm/h로 증가하면 유량은 25% 늘어난다.

도식 구성도는 다음과 같다.

5. 관련 법령·기준·표준

국내 물관리 법체계는 2018년 이후 물관리기본법을 중심으로 정리되었다. 2018년 6월 정부는 국토교통부와 환경부로 나뉘어 있던 물관리를 환경부 중심으로 일원화했다. 이때 12대 물관리 기본원칙을 담은 물관리기본법이 제정되었고, 대통령 소속 국가물관리위원회와 4개의 유역물관리위원회가 설치되었다. 국가물관리기본계획은 물관리 정책의 최상위 법정계획이다.

기후변화 적응 대책은 「저탄소 녹색성장 기본법」에 근거하여 2010년부터 국가 및 지자체 차원에서 수립·시행되고 있다. 국가 기후변화 적응 대책은 건강, 재난·재해, 농업, 산림, 해양·수산업, 물 관리, 생태계의 7개 부문으로 구성된다.

기준값은 다음과 같이 정리한다.

표의 인 기준은 지역별로 다르므로 적용 지역을 함께 쓴다. 조류경보제는 유해남조류 세포수가 단계별 기준을 2회 연속 초과할 때 발령된다. 이 제도는 안전한 수돗물 공급과 친수활동 보호를 목적으로 한다.

물관리기본법, 국가물관리기본계획, 기후변화 적응 대책, 조류경보제는 답안에 반드시 쓸 이름이다. 물 부족 전망과 인 기준 수치는 근거에 따른 값이므로 답안에서 출처와 함께 쓴다.

6. 유형과 비교

기후변화 물관리 문제는 원인과 대응 방식에 따라 몇 가지 유형으로 나눠 볼 수 있다. 먼저 가뭄형, 홍수형, 수질악화형으로 나누면 각각의 피해 경로와 대책의 중심이 달라진다. 답안에서는 이 세 유형을 문제 원인과 대응 수단으로 나누어 적는 것이 정확하다.

위 표는 세 유형의 원인과 대책이 서로 다른 축에 있음을 보여 준다. 한 가지 대책이 여러 유형에 동시에 효과를 내는 경우도 많다. 예를 들어 빗물 저류는 홍수와 가뭄 양쪽에 도움이 된다.