북한 댐 운영 이후 남한 북한강·임진강 등 남한 하천 유량에 어떤 영향을 미쳤나

환경 연구 동향  | 앨지닥터

대진대학교 이재경·장석환 연구진이 Hydrology Research에 발표한 연구는 북한 임남댐과 황강댐 운영이 북한강·임진강의 남한 구간 유량과 유지유량 확보에 어떤 영향을 주었는지 분석했습니다. 임남댐 운영 전후 화천댐의 월평균 유입량은 27.7%, 총방류량은 40.2% 감소했습니다. 황강댐 운영 전후 임진교 지점의 월평균 하천유량은 29%, 갈수기에는 53% 감소했습니다. 연구진은 남한의 기존 댐을 연계하는 방안과 남북 공유하천 협력을 포함한 방안을 제안했습니다.

상류의 결정이 하류까지 이어지는 공유하천의 구조

강은 행정 경계에서 멈추지 않습니다. 두 나라 이상의 경계를 가로지르거나 경계를 이루는 강·호수 유역과 대수층을 공유수역이라고 합니다. 상류에서 물을 저장하거나 다른 유역으로 돌리면 같은 물길을 쓰는 하류의 유량도 달라질 수 있어, 자료 교환과 공동 관리가 중요합니다. [배경 1]

하천유지유량은 생활·공업·농업용수 이용 등을 고려하면서 하천의 정상적인 기능과 상태를 유지하는 데 필요한 최소 유량입니다. 단순히 물이 흐르는지만 보는 값이 아니라 수질, 생태계, 하천 경관과 같은 기능을 유지할 수 있는지를 판단하는 기준입니다. [배경 2]

두 공유하천의 댐 운영 전후를 비교한 분석 설계

연구진은 북한강 수계에서 평화의댐부터 팔당댐까지의 댐 운영자료를 분석했습니다. 자료는 1992년 5월부터 2020년 12월까지의 시간·일 단위 기록이었습니다. 임진강 수계에서는 필승교·임진교·사랑교·비룡대교 관측자료를 사용했으며, 지점에 따라 2001~2004년부터 2020년까지의 기록을 활용했습니다.

북한 댐의 직접 유입·방류자료를 구하기 어려워 북한강에서는 평화의댐 유입량을 임남댐 방류량과 같다고 가정했고, 임진강에서는 임진교 유량을 황강댐 방류와 군남댐 유입을 대표하는 값으로 가정했습니다. 연구진은 임남댐은 2003년, 황강댐은 2007년을 운영 전후의 구분점으로 삼아 강수량과 유량을 비교하고, 시간·일·월 단위별 유지유량 부족량과 부족기간을 산출했습니다.

임남댐·황강댐 운영 뒤 나타난 하류 유량 감소

임남댐 운영 전후 전체 기간의 유역평균 강수량은 3.5 mm에서 3.4 mm로 소폭 줄었지만, 화천댐 월평균 유입량은 73.0 m³/s에서 52.8 m³/s로 27.7% 감소했습니다. 총방류량도 75.3 m³/s에서 45.0 m³/s로 40.2% 감소했습니다. 갈수기에는 강수량이 0.4 mm에서 0.6 mm로 늘었는데도 유입량은 41.3%, 총방류량은 29.0% 감소했습니다.

황강댐 운영 전후 임진교의 월평균 강수량은 115.5 mm에서 113.9 mm로 큰 차이가 없었지만, 하천유량은 138.7 m³/s에서 98.3 m³/s로 29% 감소했습니다. 갈수기 강수량도 거의 달라지지 않은 가운데 유량은 45.7 m³/s에서 21.5 m³/s로 53% 감소했습니다. 이는 관측소 자료를 운영 전후로 나눈 비교 결과이며, 북한 댐 방류를 직접 측정한 값은 아닙니다.

시간자료에서 드러난 북한강 댐들의 유지유량 부족

북한강 수계의 시간자료를 기준으로 분석했을 때 대부분의 댐에서 방류량이 기준 유지유량에 못 미친 시점이 반복적으로 나타났습니다. 연간 부족량은 팔당댐 16억 6,700만 톤, 의암댐 5억 9,540만 톤, 소양강댐 3억 1,590만 톤으로 산출됐습니다. 하류로 갈수록 부족기간은 짧아지는 경향이 있었지만, 하류의 기준 유지유량 자체가 더 커 부족 총량은 크게 계산될 수 있었습니다.

같은 자료를 일평균이나 월평균으로 바꾸면 짧은 시간의 방류 부족이 평균값 속에서 완화돼 부족기간이 줄어 보였습니다. 연구진은 실제 기준 충족 여부를 정확히 평가하려면 시간자료가 필요하다고 설명했습니다. 다만 북한강 물수지 계산에서는 일부 구간의 유역 유입량이 음수로 산출돼, 원자료 수집과 품질관리 절차를 다시 검토할 필요도 확인됐습니다.

황강댐 운영 뒤 커진 임진강 유지유량 부족

임진강 수계에서는 임진교·사랑교·비룡대교의 연간 유지유량 부족량이 각각 438만 톤, 370만 톤, 350만 톤으로 산출됐습니다. 2014~2015년처럼 강수량이 적었던 시기에 부족이 집중됐고, 하류 비룡대교에서는 지류와 유역에서 들어온 물이 상류 부족분을 일부 보완해 부족량이 상대적으로 작았습니다.

황강댐 운영 전후를 나눠 비교하면 비룡대교의 일평균 하천유량은 269.1 m³/s에서 174.0 m³/s로 35.3% 감소했습니다. 같은 지점의 유지유량 부족량은 3.1 m³/s에서 447.1 m³/s로, 부족일수는 1일에서 168일로 증가했습니다. 논문이 제시한 변화율은 각각 14,156%와 16,800%이지만, 운영 전 기준값이 각각 3.1 m³/s와 1일로 매우 작았다는 점을 함께 보아야 합니다.

기존 댐 연계와 남북 협력으로 나뉜 두 확보 방안

연구진이 제시한 첫 번째 방안은 평화의댐과 화천댐을 연계해 저수위를 조절하는 것입니다. 모든 북한강 댐의 월별 부족량을 고려한 시나리오에서 화천댐 계획홍수위까지 수위를 높이면 2억 6,070만 톤을 확보할 수 있다고 계산했습니다. 현실적으로 화천댐만 계속 활용하기 어렵다는 점을 고려해, 화천댐에서 5,162만 톤을 확보하고 남은 2억 910만 톤을 평화의댐에서 확보하는 연계안도 제시했습니다.

두 번째 방안은 임남댐에서 필요한 유량을 방류하고 남한이 생태계서비스지불제(PES)를 바탕으로 보상하거나 협력사업을 추진하는 구상입니다. 모든 북한강 댐의 연간 부족량 14억 1,284만 톤을 확보하는 방안의 비용은 연 1,842억 3,000만 원으로 추정됐습니다. 이 값은 한강대교의 기준 유지유량과 기존 생태계서비스 가치평가를 연결한 가정 기반 추정치로, 실제 합의된 보상액은 아닙니다.

공유하천 관리에 제시된 의미와 자료의 한계

이 연구는 북한강과 임진강을 개별 댐이 아니라 상·하류가 연결된 공유하천으로 분석하고, 유지유량 부족을 남한 기존 댐의 연계 운영과 남북 협력이라는 두 층위에서 다뤘습니다. 연구진은 현재 상태가 남한 하류의 지속적인 손실과 유역 전체의 경제적 비효율을 낳을 수 있어 실질적인 해결책을 찾을 필요가 있다고 결론 내렸습니다.