연재_김범철 교수의 호수의 과학 28

대형댐의 방류수 수질관리

소양강댐에 선택취수탑을 만든 이유는?

김범철 -강원대학교 환경학부 교수, 전 한국하천호수학회장, 전 4대강조사평가위원회공동위원장

지난달 소양강댐에서는 수년 간 공사 끝에 선택취수탑이 준공되었다. 댐에서 방류하는 물의 취수깊이를 선택할 수 있도록 하는 설비인데, 선택취수탑이 없는 경우에 댐에서 방류되는 물의 취수 수심은 한 곳으로 고정되어 있다.
대형댐은 수력발전소 기능을 함께 가지고 있으며 발전소의 터빈을 돌리기 위해서는 높은 수압의 물이 배출되어야 하므로 수심이 깊은 곳에 발전기가 설치되어 있다. 따라서 발전기를 통해 배출되는 물은 항상 깊은 곳의 물이다. 그러나 선택취수탑을 만들고 취수구를 수심별로 여러 개 설치하면 원하는 수심의 수문을 열어서 취수하여 발전기에 공급하므로, 필요에 따라 심층수를 방류할 수도 있고 표층수를 방류할 수도 있다.
대형댐에서는 방류수의 수온이 너무 낮거나 수질이 나빠서 하류에 환경피해를 일으키는 예가 흔하다. 수심이 깊은 호수에서는 여름에 표수층의 물은 따뜻하지만 심수층에는 겨울에 냉각된 찬물이 가라앉아 있어서 성층현상이 강하게 일어나 상하층이 서로 섞이지 않는다. 물은 온도에 따라 비중이 달라지는데 찬 물은 무겁기 때문에 아래쪽으로 내려가고 따뜻한 물은 가볍기 때문에 위에 머물러 오뚜기와 같이 아래가 무거워지는 현상이다. 댐에서 심층수가 방류되면 수온이 낮고 산소가 고갈되어 있는 경우도 많고 질소, 이산화탄소 등의 용존기체는 과포화되어 있는 경우가 흔하여 하류의 하천생태계에 피해를 줄 수 있다.

▲좌) 선택취수탑에 의한 댐 방류수의 수심 선택. 표수층을 방류하여 냉수 피해를 줄일 수 있고, 탁수를 피하여 맑은 표수층을

  방류할 수 있다. 우) 소양강댐에 추가설치된 선택취수탑. <사진자료: K-Water>

한여름에도 방류수 수온은 15도를 밑돌아
소양강댐의 예를 보면 한여름에 표층수온은 25도인데, 중층은 15도이고, 심층 수온은 6도밖에 되지 않는다. 소양강댐의 바닥은 해발 80m이고 표면은 190m인데 발전 방류구는 중간쯤인 해발 140m에 만들어져 있어 한여름에도 수온이 15도인 찬 물이 방류된다. 소양강댐 방류수를 상수원으로 사용하는 춘천시에서는 수돗물의 수온이 너무 낮아서 여름에도 샤워를 하기 위해서는 물을 데워야 하는 불편을 겪고 있다. 소양강댐 아래에서는 여름에 수온이 너무 낮아 물놀이를 할 수 없고, 어류도 거의 살지 않는 생태계 피해도 나타난다. 냉수 방류의 피해는 농업에도 나타나므로 소양강댐 하류에는 냉수를 가두었다가 햇빛을 받아 수온을 높인 후에 논으로 공급하기 위한 온수지가 만들어져 있다.
대형댐의 심층수 방류가 주는 냉수 피해가 알려지게 되자 근래에 건설하는 댐에서는 냉수 피해를 줄이기 위해 처음부터 선택취수탑과 하류의 조정지댐을 함께 건설한다. 방류수의 취수깊이를 적절히 선택하여 인근 하천의 수온과 유사한 수온의 물을 방류할 수 있도록 조절하는 것이다. 그러나 소양강댐은 우리가 환경문제에 관심을 가지기 오래 전에 만들어진 댐이기 때문에 선택취수탑도 없고 조정지도 설치되지 않았는데 이번에 선택취수탑이 설치된 것이다.

탁수 방류가 환경문제로 대두
그런데 소양강댐에서는 냉수 피해와 더불어 탁수방류가 큰 환경문제로 대두되어 선택취수탑을 추가하는 계기가 되었다. 탁수는 폭우가 내릴 때 일시에 댐으로 유입되는데, 강우 시에 높은 산간지역에서 흘러 내려오는 물은 수온이 15도 정도로 낮기 때문에 소양호의 중층으로 유입하여 중층탁수대를 형성한다. 그러므로 폭우가 내린 후에도 소양호의 표수층은 맑은 상태를 유지하고 있으나 수심 40m의 중층에는 두께 20~40m의 탁수대가 형성되어 있는데 이 수심이 정확히 발전용 취수구의 수심과 일치한다. 한 번 폭우가 내리고 나면 이 탁수층이 발전기를 통하여 모두 방류되기까지는 몇 달이 걸린다. 이런 현상을 댐으로 인한 ‘탁수의 장기화’라고 부르는데 이로 인하여 하류에서는 수개월 동안 탁수로 인한 수질 악화와 생태계 파괴가 일어난다.
특히 2006년도에는 극심한 집중폭우로 인하여 많은 양의 탁수가 유입되었고 장기간 하류에 피해를 주어 그 대책의 하나로서 선택취수탑을 추진하게 되었다. 중층에 탁수가 유입하였을 때 이를 피하여 맑은 수층을 선택하여 방류함으로써 하류의 탁수 피해를 막고 수개월 동안 중층의 부유물 입자가 가라앉을 시간을 주려는 것이다.

선택취수탑은 탁수 속히 방류하기 위해 사용하기도
선택취수탑은 외국에서는 탁수를 속히 방류함으로써 호수의 수질을 보호하기 위하여 이용되는 예도 많다. 탁수는 인의 함량도 높아 부영양화를 유발하며 수중생물에게 유해하므로 표수층으로 탁수가 확산되면 호수 전체가 흙탕물로 변하고 녹조현상과 생태계 피해가 나타난다. 그러므로 가능한 한 빨리 심층의 탁수를 선택적으로 배출하여 표수층의 수질과 생태계를 보호하려는 것이다.
그러나 댐의 방류수가 곧바로 바다로 유출되어 활용도가 많지 않은 지역에서는 좋은 방안이지만, 우리나라에서는 대형댐이 상류지역에 위치하고 하류에서는 방류수를 상수원으로 사용하며, 탁수가 하류의 여러 댐을 거치면서 영향을 주기 때문에 탁수를 우선적으로 배출하는 방법은 적용할 수 없다.
소양강댐의 선택취수탑이 준공되었으니 앞으로 냉수 피해가 없어지고 탁수 방류도 감소하여 하류의 생물상이 개선되기를 기대한다.