저수지 준설과 수질개선사업

Part 01. 저수지 준설과 수질개선사업

기획취재

2012/06/04 13:27

 

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Symposium 한국환경준설학회 춘계학술대회

“과학적 준설·수질개선사업 지속적 추진 필요”
안정적 농업용수 확보와 홍수·가뭄 대비 위해 저수지 준설 필수
전국 저수지 52%가 1945년 이전 설치…수중 퇴적물 7천만㎥ 달해

 

저수지 준설로 수질·수량 관리

▲ 이 인 호한국농어촌공사 농어촌연구원 책임연구원

한국농어촌공사는 농업용수의 물 관리를 전문으로 하는 공기업으로 저수지의 준설은 수량과 수질 관리를 위해 오랫동안 시행해오고 있는 사업이다. 이러한 저수지 준설 배경 및 필요성과 그동안 공사에서 추진해온 △저수지 준설사업 △퇴적물처리 시범사업 △수질개선사업의 성과와 향후 사업 방향에 대해 발표하겠다.

농어촌공사는 가뭄과 홍수에 대비, 농업용수량을 확보하기 위해 저수지의 수위가 낮아지는 시기에 집중적으로 준설을 실시하고 있다. 이러한 준설작업은 안정적인 용수 확보로 가뭄에 대비하고 홍수 예방에도 기여한다. 또한, 퇴적물 용출에 따른 물 환경 개선을 통해 수질개선 및 퇴적물 재활용도 가능하다.

최근에는 지구온난화와 기후변화로 인해 안정적인 용수 확보가 더욱 민감한 문제로 떠오르고 있다. 우리나라는 연평균 강수량이 1천245㎜로 세계 평균 강수량 880㎜보다 약 1.4배 높지만, 계절적인 강수량의 편차가 심해 물 부족 국가로 분류되고 있다. 이는 기후와 지형적인 요인으로 홍수와 가뭄에 취약하기 때문이다.

계절별로는 여름철에 연중 강수량의 70%가 집중되며, 연중 강수량의 32%가 바다로 유실되고 있다. 지역별로는 가뭄 지역인 영남부북 지역과 다우 지역인 남해안·영동·경기 지역간 강수량 차이가 크다.

▲ [그림 1] 우리나라 수자원 현황

▲ 소규모 저수지는 홍수나 가뭄에 대비할 수 있는 용수 확보 능력이 떨어지고 설치연도도 오래돼 퇴적물이 상대적으로 많이 쌓여 있어 준설이 필요하다.

농업용수, 수자원 이용량의 62% 차지
우리나라는 지형적으로 전 국토의 약 65%가 산악 지형이고 토양의 표토층이 얇아 보습력이 떨어진다. 특히, 하천의 길이가 짧고 경사가 커서 유출이 빨리 일어난다. 이러한 이유로 국가수자원총량 1천297억㎥ 중 증발산량과 바다 유출량을 제외한 총 이용량은 333억㎥으로 26%에 그치고 있다.

이 중 농업용수 이용량은 159억㎥으로 국가 수자원 총량의 12%, 수자원 이용량의 62%를 차지한다. 이에 따라 우리나라는 안정적인 농업용수 확보를 위해 댐, 저수지, 하구언을 설치하고 있다.

우리나라의 전체 저수지는 1만7천579개로 총 유효저수량은 35억8천만㎥이며 95%가 50만㎥ 미만의 소규모 저수지이다. 이 중 공사가 관리하는 저수지는 3천373개(19.2%)이며, 1만4천206개(80.8%)는 지자체가 관리하고 있다.

특히, 소규모 저수지는 홍수나 가뭄에 대비할 수 있는 용수 확보 능력이 떨어지고 설치연도도 오래돼, 퇴적물이 상대적으로 많이 쌓여 있는 상황이다. 실제로 우리나라 저수지의 52%가 지난 1945년 이전에 설치됐으며 87%가 1970년 이전에 설치되어 40년 이상 된 저수지가 대부분을 차지하고 있다.

▲ [표 1] 2001∼2010년 저수지 준설현황

2008년 대규모 저수지 준설사업 추진
정부에서는 지난 1994년 극심한 가뭄을 겪으면서 가뭄 대비와 용수 확보, 장기간 쌓인 퇴적물 제거를 위해 본격적으로 준설사업을 시행했다. 현재 공사가 파악하고 있는 전체 저수지의 퇴적량은 7천만㎥으로 지난 2001년부터 2010년까지의 준설현황을 살펴보면 총 사업비 1천392억7천만 원을 투입해 1천156개소에서 2천377만8천㎥을 준설했다.

준설방법은 육상준설과 수중준설이 있으며 육상준설은 준설비용이 저렴하고 효율이 높으나 수면 위로 노출된 지역에 한해 가능하며 수변생태계 교란 우려가 있다. 선박을 이용해 수중의 퇴적물을 제거하는 수중준설은 상시준설이 가능하고 저수지 전역에서 준설작업을 할 수 있으나 육상준설에 비해 비용이 높고 효율이 낮다. 또한, 오탁수 발생으로 수중생태계 교란이 발생할 수 있다.

지난 2008년에는 극심한 가을 가뭄으로 전국의 평균 저수율이 53%까지 떨어졌으며 남부 지역의 경우, 평균 저수율이 37%까지 떨어졌다. 당시 정부는 가뭄 극복을 위해 대규모 준설사업을 추진했다. 준설방법은 육상준설 공법으로 굴착, 적재, 운반의 공종으로 준설토의 특성에 따라 중장비를 달리해 사용했다.

총 사업비는 1천억 원이었으며 공사가 600억 원을 부담하고 지자체에서 400억 원을 부담했다. 이 사업을 통해 301개 사업지구에서 80만㎥의 저수지 10개소를 신설하는 경제적 효과와 맞먹는 준설작업이 이뤄졌다.

 

저수지 준설로 오염부하 감소
지난 2009∼2010년 진행된 퇴적물처리 시범사업은 저수지의 퇴적물을 제거해 수질개선과 저서 수환경에 미치는 영향을 분석하고, 퇴적물처리를 위한 적정 공법을 평가해 경제성을 분석하기 위한 것이다.

퇴적물처리 시범사업은 총 사업비 200억 원을 투입해 전국의 16개 저수지에서 시행했으며 사업 후, 대부분의 저수지에서 탁도, COD 및 엽록소(Chl-a)의 농도가 감소하는 것으로 조사됐다.

질소(N)와 인(P) 등 영양염류의 농도는 사업대상지에 따라 감소 또는 증가했으며 사업 시행에 따른 직접적인 영향과 시료 채취시기에 따른 계절적인 효과도 작용한 것으로 보인다. Chl-a의 경우 사업 전·후의 감소량과 증가량의 차이가 심하게 나타났다. 장기적으로는 준설이 오염부하량을 감소시키는 효과가 있으며 수환경 개선효과는 지속적인 모니터링이 필요한 것으로 나타났다.

▲ [표 2] 퇴적물처리 시범사업 현황

준설토, 농업용 복토재 등으로 활용
퇴적물처리 시범사업으로 인한 준설토는 기계탈수, 응집침전, 토양개량 안정화와 열반응 안정화 공법 등을 이용해 처리했다. 기계탈수 공법은 가음저수지 등 7개 저수지에 적용됐으며 사이클론과 필터프레스를 이용해 물리적인 방법으로 탈수, 처리속도가 빠르고 사업부지 소요 면적도 넓지 않다.

무엇보다 이 공법을 사용할 경우, 준설토의 토성이 변하지 않고 처리토의 재활용 범위가 넓은 것이 장점이다. 응집침전 공법은 2개 저수지에 적용됐으며 응집제를 사용해 준설토를 응집·침전시켜 수분을 제거하는 과정이 필요하다.

응집효율이 뛰어나나 물리적 탈수과정이 없어 함수비를 낮추는 데 오랜 시간이 걸리고 넓은 처리장 부지가 필요하다. 처리토는 토목재료로는 사용이 어렵고 농업용 복토재료 활용할 수 있다.

토양개량 안정화 공법은 5개소에 적용됐으며 토양개량제를 사용해 준설토의 수분을 제거하고 토성을 개선시키는 공법이다. 처리시간이 짧고 처리토는 토목재료로 재활용할 수 있다. 토양개량제를 첨가한 경우, 강알칼리성으로 농업용 복토재로 사용이 어려우며 처리수도 중화처리가 필요하다.

열반응 안정화 공법은 준설토와 생석회를 혼합하면서 발생하는 열로 수분을 제거하고 준설토의 토성을 개선하는 공법이다. 처리속도가 빠르고 함수율이 낮으나 강알칼리성이며 분진발생으로 환경문제를 야기할 수 있어 분진방지탱크의 설치가 필요하다.

농업용수 수질측정망 13.8% 기준 초과
농업용 저수지 수질개선사업은 깨끗한 용수 확보 및 수변환경 개선은 물론, 안전한 농산물 생산에 따른 국민건강 보호와 농촌소득 증대에 기여하기 위한 것으로 유기물 오염지표인 COD와 T-P(총인) 처리를 목표로 추진하고 있다.

지난 2011년 기준 농업용수 수질측정망(825개소) 조사에 따르면 전체 825개소 중 13.8%인 114개소가 농업용수 수질기준을 초과한 것으로 나타났다. 수심이 얕고 저수량이 적은 소규모 저수지가 다수였으며 조류 발생에 의한 녹조현상이 빈번히 발생하고 있었다.

특히, 설치 시기가 오래되고 노후화된 시설의 경우 수질기준을 초과했으며 부영양화가 발생했다. 저수지의 오염원 비율은 토지계가 44.5%, 생활계가 27.9%, 축산계는 27.2%를 차지했다.

수질개선사업은 지난 2001년부터 전라남도 무안군의 감돈저수지 시범사업을 시작으로 지난해까지 4개 지구를 준공해 운영하고 있으며 11개 지구에서 공사가 진행되고 있다.

▲ [그림 2] 감돈저수지 수질개선 시범사업 조감도

감돈저수지, 생태계복원 우수지구 선정
감돈저수지 수질개선 시범사업에는 총 39억6천300만 원이 투입돼 수질정화 인공습지 2개소(5.2㏊), 오염물질 침강지 2개소(13㏊), 자연형 하천 1조(0.5㎞)가 조성됐다. 그 결과 오염된 농업용수원에 대한 뚜렷한 수질개선 효과가 나타났다.

지난해 기준 COD 6.7㎎/L, T-P 0.039㎎/L로 농업용수 수질기준을 만족했으며 환경친화적 수질개선사업 효과 및 생태계복원을 입증해 지난 2006년에는 환경부 생태계복원 우수지구로 선정됐다.

수질개선을 위해 설치된 인공습지는 크게 4가지로 분류할 수 있으며 일반형, 고효율조합형, 펌핑형, 유하거리연장형 등으로 나눌 수 있다. 감돈저수지에는 일반형 인공습지가 설치됐으며 취입보, 침사지, 식물식재 구간, 개방 구간으로 구성됐다. 정화효율은 COD 33.1%, T-N(총질소) 37.3%, T-P 68.4%로 양호하게 나타났다.

홍동저수지에 조성된 조합형 인공습지는 지하흐름 형식의 고효율 습지와 일반형 습지를 조합한 형태로 정화효율이 COD 47.6%, T-N 39.4%, T-P 79.9%로 감돈저수지의 일반형 인공습지보다 높게 나타났다. 이에 따라 향후 설계 시 정화효율을 높이기 위해 고효율 습지를 일반형 습지 후단에 설치하는 방안도 검토해 볼 필요가 있다.

인공습지, 적정 식생밀도 유지해야
개천지구에 설치된 펌핑형 인공습지는 지형상 자연유하가 어려운 하천수를 수중펌프를 이용해 인공습지로 급수하는 형식이다. 정화효율은 COD -1.2%, T-N 21.4%, T-P 23.2%로 다른 습지에 비해 낮았다.

이는 유입하천의 물을 정화습지로 강제 펌핑함에 따라 체류시간이 너무 짧기 때문인 것으로 나타났다. 또한 저수지 수변부에 수생식물인 마름의 대량 번식과 고사로 내부 오염물질에 의한 오염이 가중되기도 했다.

가산저수지에는 유하거리연장형 인공습지가 조성됐다. 이는 물이 ‘S’자의 곡선형태로 흐르도록 설계해 유하거리를 길게함으로써 정화효율을 향상시키는 방법이다. 가산저수지는 지난해 완공되어 정화식물의 성장이 미약하고 안정되지 못해 정화효율은 COD -5.7%, T-N 20.6%, T-P -12.8%로 낮게 나타났다. 따라서 적정 식생밀도를 유지할 수 있도록 보충 식재가 필요하며 정화습지의 적정 체류시간을 확보해야 할 것이다.

▲ 수질개선사업은 지난 2001년부터 전라남도 무안군의 감돈저수지 시범사업을 시작으로 지난해까지 4개 지구를 준공해 운영하고 있으며 11개 지구에서 공사가 진행되고 있다.

장·단기 저수지 수질개선사업 추진
이러한 수질개선사업은 장기대책과 단기대책으로 실시되고 있으며 장기대책으로 오는 2013년까지 53개 저수지에 대한 수질개선사업을 완료할 계획이다. 총 사업비 1천804억 원을 투입해 농촌지역에 적합한 사전예방적 수질관리를 실시하고 정화습지, 침강지, 물순환 장치 등을 조성할 계획이다. 사업이 완료된 지구는 수환경 모니터링을 통해 수질개선 효율의 검증과 유지관리 개선방향 등을 위한 연구를 진행하고 있다.

단기대책으로는 응집부상, 물순환 공법, 미생물과 미세기포 등을 이용해 호내 오염물질을 제거하고 녹조를 예방하는 등 수질개선을 추진할 계획이다. 지난해 41억 원을 투입해 30개소에서 단기사업을 진행했으며 올해는 26억 원을 투입해 15개소에서 사업을 진행할 계획이다. 단기대책 공법의 선정은 저수지의 물리적 특성, 수질오염 정도, 조류 발생 시기, 수질개선 목표 대상을 검토하고 결정해야 한다. 공법별 수질개선 효과를 보면 물순환 공법은 COD 37%, T-N -13.2%, T-P -15.9%, Chl-a 25.9%였으며, 응집부상공법은 COD 29.1%, T-N 6.1%, T-P 18.5%, Chl-a 57.0%였다. 미생물공법은 COD 45.5%, T-N 26.8%, T-P 73.9%, Chl-a 46.0%로 나타났다.

지금까지 살펴본 바와 같이 향후 기후변화와 물 부족에 대비하고 안정적인 물 관리를 위해서 준설과 수질개선사업은 과학적인 접근방법으로 지속적으로 시행돼야 한다. 따라서 수질개선을 위한 준설토 재활용의 법률적 검토와 효율적인 방안을 수립해야 하고 준설토 재활용에 따른 작물 영향 등 선행 연구도 이뤄져야 한다.

이와 함께 저수지 전체의 준설에 따른 수환경 개선에 대한 연구가 필요하며 수질개선사업 시행 시 준설사업으로 효율을 높여야 한다.

 

[『워터저널』 2012.6월호에 게재]

[출처] Part 01. 저수지 준설과 수질개선사업|작성자 waterjournal