우리나라가 진정 물 부족국가인가에 대한 논란의 여지는 남아 있겠으나, 남부지역의 식수원 부족문제는 지역 간 갈등으로 나타나기도 했다.

대표적 사례가 경남 진주 남강의 물 사용과 관련, 정부와 부산시가 1조 5,000억 원을 들여 시행하려는 부산·영남 광역권상수도사업을 경상남도에서 반대하고 나섰던 것이다.

이처럼 식수문제가 지역 간 갈등 양상으로 번지게 되자 정부는 남강댐 물 사용은 일단 배제하고 강변여과수 개발을 통해 부산·경남 물 분쟁을 해결하기로 했다.

작년 9월말 이명박 대통령은 광역상수도 공약을 실시한 바 있다. 즉 대통령이 부산을 방문한 자리에서 부산의 식수 문제 해결을 약속한 것으로, 자신의 임기 내에 이 문제를 해결하겠다며 이례적으로 일정도 언급해 눈길을 끌었다.

이후 대통령이 언급한 식수 문제 해법에 정부가 가속도를 내고 있다. 먼저 부처 요구액 68억 원에 불과했던 당초 올해 부산·경남권 광역 상수도 개발 사업비를 약 7배에 해당하는 330여 억 원으로 대폭 늘렸다.

이렇게 배정된 예산은 강변여과수 개발에 초점을 맞춰 사용된다. 따라서 대통령의 식수 문제 해법은 ‘강변여과수의 적극 추진’인 셈이다.

(주)팬아시아워터의 조규곤 대표이사는 강변여과수 개발의 필요성에 대해 “강변여과수는 홍수기 및 갈수기의 수질과 수량변화에 민감하거나, 돌발적인 수질사고가 발생할 때 직접적인 피해가 가중되는 지표수 직접 취수에 의한 문제점이 해소된다는 점과, 수도권과 낙동강 유역 등 산업산업화 지역의 깨끗한 수질의 수도 원수 확보, 광범위한 상수원 보호구역의 효율적 관리 차원에서 필요하다”고 강조하고 있다.

간접취수방식의 강변여과수

‘강변에서 거른 물’이란 의미의 강변여과수는 먼저 강이나 하천으로부터 50m-300m 떨어진 둑에 깊이 20m-40m의 집수정(물을 한꺼번에 모을 수 있는 시설)을 뚫는 것이다.

이 경우 강이나 하천으로 흐르는 물이 하천 변에 있는 대수층으로 흘러들어가게 된다. 이렇게 해서 흘러든 물(강물과 지하수)을 펌프로 끌어올린 다음 정수 처리를 거쳐 식수로 사용하는 것이다.

이 기술이 발전하게 된 것은 물이 오염되고 수질이 점점 나빠지고 있는 것에서 기인한다고 볼 수 있다. 한 마디로 현재의 강이나 하천의 물을 그대로 뽑아 쓸 수 없게 된 것으로 직접 강물을 끌어다 쓰는 일이 갈수록 위험해졌기 때문이다.

이처럼 수질 오염에 취약한 ‘직접취수방식’의 개선점을 연구한 끝에 강변의 대수층을 통과시키거나 인공으로 만들어 놓은 완속여과층(아주 천천히 통과해서 물이 걸러지는 층)을 이용해 취수를 하는 ‘간접취수방식’을 택하게 된 것이다.

물론 우리나라의 경우는 간접취수방식이 많이 적용되고 있는 유럽이나 미국과 지질학적 특성이 달라 투수계수가 다소 낮다.

여기에다 하천의 유량과 수질도 계절적으로 변화가 심하다. 따라서 유럽이나 미국의 방식을 그대로 적용하기에는 무리가 따른다.

때문에 이러한 문제점들을 해결하는 방법으로써 ‘한국형 간접취수’ 방식이 요구된다.

한국형 간접취수 방식은 강변여과와 함께 침투연못 또는 인공습지 등과 같은 인공침투시설로 유입함으로써 여과유량을 대폭적으로 증가시켜서 생산할 수 있다.

그리고 강우 시에는 인공침투시설의 비점오염을 처리하고 강우유출수를 저류하는 시설로 이용함으로써 하천수질 보전 및 홍수방지의 역할을 하도록 하는 것이다.

또한 강변여과수는 안전하면서도 안심하고 마실 수 있는 수돗물을 공급하기 위해 개발된 취수 방식인 만큼 하천 물이 강변의 대수층을 통해 여과되는 동안 BOD(생화학적 산소요구량)·탁도·세균·유해물질이 자연적으로 감소되거나, 돌발적인 수질사고가 일어나도 안정적으로 물을 공급할 수 있다.

여기에다 계절에 따라 수온·탁도 변화가 적어 정수 처리 및 수질 관리가 쉽고 경제적인 점과 일시적인 가뭄에도 대수층에 남아 있는 여과수를 취수할 수 있어 안정적인 취수와 급수가 가능한 장점이 있다.

하천 표류수로부터 직접적인 영향을 많이 받지 않아 상수원보호지역 규제의 필요성이 적다.

물론 단점이 없는 것은 아니다. 철(Fe)이나 망간(Mn) 등 중금속이 다시 흘러나올 수 있고, 수질 문제에만 효과가 있지 수량 확보를 위해서는 별도의 수자원을 개발해야 함으로 인해 막대한 투자비가 필요하다는 것 등이다.

따라서 이런 문제점 해결을 위한 다각적인 연구와 노력이 필수적이다.

100년이 넘은 오랜 전통의 취수 공법

강변여과수의 역사는 독일, 네덜란드를 위시한 서유럽 국가들과 미국 등의 선진외국에서는 100여 년 전부터 사용해왔던 만큼 오랜 역사적 전통을 자랑한다.

당시 이들 국가들은 강변여과수와 인공함양방식을 이용한 간접취수방식을 채택해 사용했던 것이다.

이 기술은 1810년 영국의 글래스고우 수도국에서 처음으로 도입했던 것으로, 19세기 중반 들어 유럽에서는 간접취수방식을 수도시설로 공식 채택해 사용하고 있다.

특히 독일과 네덜란드 등 선진 유럽의 경우 강변여과수 취수의 의존도가 높고 안정적인 정수장을 운영 중에 있다.

최근에는 미국에서 간접취수방식의 강변여과수 개발에 적극적인데, 소독부산물 및 원생동물 병원체 등 오염물질의 효과적인 처리가 장점으로 밝혀지면서이다.

강변여과수의 오랜 역사의 사례를 보면 독일 뒤셀도르프정수장은 라인 강에서 강변여과수 방식으로 취수하는데 그 기원은 1867년으로 거슬러 올라간다.

취수정은 심도 26~170m 사이에 1,200여개가 있다. 여기서 1인 1일 급수량은 150ℓ/일(2007년), 급수인구는 약 100만 명이며, 시설용량(CMD)도 18만에 이른다.

뒤셀도르프 정수장의 정수 공정방식은 강변여과수로 취수해서 오존 접촉과 활성탄 여과를 거쳐 사람들에게 공급된다.

우리나라의 강변여과수 개발은 지난 1990년대 한강을 비롯한 낙동강, 금강, 영산강, 섬진강 유역의 강변여과수 개발 타당성 조사로부터 시작된다.

그리고 현재 낙동강 하류에 해당되는 경남 창원시와 김해시, 함안군에서 강변여과수 취수장을 운영하고 있다.

부산·영남 광역권상수도사업에 활용될 강변여과 방식은 창원·김해 등에서 도입한 체류시간이 긴 여과 방식보다는 대규모 수량 확보를 위한 짧은 체류방식으로 취수할 예정인 것으로 알려졌다.

특히 팬아시아워터에서 시행하는 경남 창원시 강변여과수 개발사업(2단계) 공사는 국내에서 최초로 지하 36m에 이르는 깊은 우물 심도의 모래자갈층에서 50m에 이르는 수평정호 연장길이 시공을 안정적으로 마무리한 후 수량과 수질을 만족시키는 성공적인 시공사례로 기록되고 있다.

방사형 수평집수정 가장 많이 활용

현재 강변여과수 취수시설의 종류로는 수직정호(Vertical well), 경사정호(Slope well), 방사형 수평집수정(Radial collector wells)이 있다.

그런데 수직정호와 경사정호는 1일 취수량이 3,000㎥ 이하이며, 시설 수명이 짧은 단점이 있다. 이 가운데 수직정은 수중 모터를 사용할 경우 펌프장 설치가 불필요하고 시공이 용이하다는 장점이 있으나 다량취수가 어렵고 유지관리가 힘들다.

국내서는 용산 미군기지 취수시설과 창원시 대산정수장(1단계)이 수직정호 시설이다. 하지만 유지관리가 어려운 단점으로 인해 현재는 방사형 수평집수정이 대안으로 제시되고 있다.

방사형 수평집수정은 집수정(우물통)을 일정 심도까지 잠함(潛函)시킨 후, 주대수층 구간에서 수평방향으로 다수의 정호를 방사상 형태로 설치해 집수정 내부로 지하수가 유입되도록 해 취수하는 시설이다.

이 기술은 1905년 미국 아이오와 주립대학 레오 레니(Leo Ranney) 교수에 의해 수평정호 시공기술로 개발됐다. 이것을 가장 많이 활용하는 분야가 강변여과수 취수시설이다.

강이나 호소의 인접지역에서 비교적 장기간동안 하상충적층을 자연적으로 통과해 여과된 지표수와 배후의 지하수를 취수하는 시설이다.

또 대용량 지하수 취수시설로도, 조합집수정 취수시설, 해수간접 취수시설, 대용량 인공함양 주입시설 등에 활용된다.

강변여과수 개발 시 고려사항

강변여과수를 개발할 때는 강변 퇴적층의 수리지질조건을 잘 고려해야 한다. 퇴적층의 두께와 분포면적이 많은 영향을 차지하기 때문이다.

아울러 물이 토양입자들 사이에 잘 스며들 수 있도록 투수성(透水性)이 양호한 곳이 적당하다. 개발에 앞서 필요한 취수량과 실제로 개발 가능한 취수량을 고려해 적정 취수량을 결정해야 한다.

또한 중요한 것은 강변 퇴적층 내 지하수 수질의 특성을 잘 고려해야 한다. 이것은 정수 처리 비용과 관계된 것으로 자칫하면 처리비용을 많이 허비하는 요인으로 작용하기 때문이다.

Fe, Mn 등 중금속이 대수층에 다량 함유된 것이라면 효율적인 개발지로는 적당하지 않기 때문이다.

주변 환경도 무시할 수 없다. 강변여과수 개발지 부근에 농경지가 많이 분포돼 있다면 과도한 강변여과수 개발은 지하수위의 하강을 불러오며 토양함수량의 감소가 불가피하다. 그렇게 되면 자연히 강변여과수 수질저하로 이어지는 것을 막을 수 없다.

강변여과수의 개발에서 자연정화가 되는 체류시간을 필요로 한다. 이 시간은 유럽에서는 50일을 기준으로 하고 있는데, 국내에서는 대략 50-60일 까지로 잡고 있다.

그리고 취수량과 지하수위의 변화를 예측할 수 있어야 한다. 그러기 위해서는 지하수위 변동을 지속적으로 모니터링 해야 한다.

이를 바탕으로 강변여과수 취수량의 관리계획이 수립되기 때문이다. 여기에다 취수량 감소의 원인이 되는 취수정 막힘 현상에 대한 대책수립도 세워야 한다.

인공함양수 섞은 혼합정수로 안전한 수돗물 생산

한편 전국 첫 사례인 창원시의 강변여과수는 낙동강 변으로부터 100m 정도 떨어진 제방 안쪽 둔치에 관정을 뚫어, 지하 45m 지점의 모래 자갈층에서 취수하는 1급수 물로 반지하수다.

취수한 물은 바로 곁의 제방 밖에 들어선 정수장에서 정수해 시민들에게 공급한다. 창원시는 지난 2001년, 2006년, 2011년 단계적인 시설 확장공사 준공을 거쳐 강변여과수 공급률을 통합 전 창원시(51만여 명) 기준 50.7%(2009년)에서 내년에 100%로 높일 계획이다.

그런데 지난 2010년 11월 창원 강변여과수에서 발암물질인 1,4-다이옥산이 검출된 바 있다.

비록 검출된 수치가 환경부 권고치의 5분의 1 수준 안팎이어서 인체에 무해하다지만, 창원 강변여과수가 보완해야 할 단점이다. 독일의 강여과를 거쳐 사람들에게 공급된다.

우리나라의 강변여과수 개발은 지난 1990년대 한강을 비롯한 낙동강, 금강, 영산강, 섬진강 유역의 강변여과수 개발 타당성 조사로부터 시작된다.

그리고 현재 낙동강 하류에 해당되는 경남 창원시와 김해시, 함안군에서 강변여과수 취수장을 운영하고 있다.

부산·영남 광역권상수도사업에 활용될 강변여과 방식은 창원·김해 등에서 도입한 체류시간이 긴 여과 방식보다는 대규모 수량 확보를 위한 짧은 체류방식으로 취수할 예정인 것으로 알려졌다.

특히 팬아시아워터에서 시행하는 경남 창원시 강변여과수 개발사업(2단계) 공사는 국내에서 최초로 지하 36m에 이르는 깊은 우물 심도의 모래자갈층에서 50m에 이르는 수평정호 연장길이 시공을 안정적으로 마무리한 후 수량과 수질을 만족시키는 성공적인 시공사례로 기록되고 있다.

방사형 수평집수정 가장 많이 활용

현재 강변여과수 취수시설의 종류로는 수직정호(Vertical well), 경사정호(Slope well), 방사형 수평집수정(Radial collector wells)이 있다. 그런데 수직정호와 경사정호는 1일 취수량이 3,000㎥ 이하이며, 시설 수명이 짧은 단점이 있다.

이 가운데 수직정은 수중 모터를 사용할 경우 펌프장 설치가 불필요하고 시공이 용이하다는 장점이 있으나 다량취수가 어렵고 유지관리가 힘들다.

국내서는 용산 미군기지 취수시설과 창원시 대산정수장(1단계)이 수직정호 시설이다. 하지만 유지관리가 어려운 단점으로 인해 현재는 방사형 수평집수정이 대안으로 제시되고 있다.

방사형 수평집수정은 집수정(우물통)을 일정 심도까지 잠함(潛函)시킨 후, 주대수층 구간에서 수평방향으로 다수의 정호를 방사상 형태로 설치해 집수정 내부로 지하수가 유입되도록 해 취수하는 시설이다.

이 기술은 1905년 미국 아이오와 주립대학 레오 레니(Leo Ranney) 교수에 의해 수평정호 시공기술로 개발됐다. 이것을 가장 많이 활용하는 분야가 강변여과수 취수시설이다.

강이나 호소의 인접지역에서 비교적 장기간동안 하상충적층을 자연적으로 통과해 여과된 지표수와 배후의 지하수를 취수하는 시설이다. 또 대용량 지하수 취수시설로도, 조합집수정 취수시설, 해수간접 취수시설, 대용량 인공함양 주입시설 등에 활용된다.

강변여과수 개발 시 고려사항

강변여과수를 개발할 때는 강변 퇴적층의 수리지질조건을 잘 고려해야 한다. 퇴적층의 두께와 분포면적이 많은 영향을 차지하기 때문이다.

아울러 물이 토양입자들 사이에 잘 스며들 수 있도록 투수성(透水性)이 양호한 곳이 적당하다. 개발에 앞서 필요한 취수량과 실제로 개발 가능한 취수량을 고려해 적정 취수량을 결정해야 한다.

또한 중요한 것은 강변 퇴적층 내 지하수 수질의 특성을 잘 고려해야 한다. 이것은 정수 처리 비용과 관계된 것으로 자칫하면 처리비용을 많이 허비하는 요인으로 작용하기 때문이다.

Fe, Mn 등 중금속이 대수층에 다량 함유된 것이라면 효율적인 개발지로는 적당하지 않기 때문이다.

주변 환경도 무시할 수 없다. 강변여과수 개발지 부근에 농경지가 많이 분포돼 있다면 과도한 강변여과수 개발은 지하수위의 하강을 불러오며 토양함수량의 감소가 불가피하다. 그렇게 되면 자연히 강변여과수 수질저하로 이어지는 것을 막을 수 없다.

강변여과수의 개발에서 자연정화가 되는 체류시간을 필요로 한다. 이 시간은 유럽에서는 50일을 기준으로 하고 있는데, 국내에서는 대략 50-60일 까지로 잡고 있다. 그리고 취수량과 지하수위의 변화를 예측할 수 있어야 한다.

그러기 위해서는 지하수위 변동을 지속적으로 모니터링 해야 한다. 이를 바탕으로 강변여과수 취수량의 관리계획이 수립되기 때문이다.

여기에다 취수량 감소의 원인이 되는 취수정 막힘 현상에 대한 대책수립도 세워야 한다.

인공함양수 섞은 혼합정수로 안전한 수돗물 생산

한편 전국 첫 사례인 창원시의 강변여과수는 낙동강 변으로부터 100m 정도 떨어진 제방 안쪽 둔치에 관정을 뚫어, 지하 45m 지점의 모래 자갈층에서 취수하는 1급수 물로 반지하수다.

취수한 물은 바로 곁의 제방 밖에 들어선 정수장에서 정수해 시민들에게 공급한다. 창원시는 지난 2001년, 2006년, 2011년 단계적인 시설 확장공사 준공을 거쳐 강변여과수 공급률을 통합 전 창원시(51만여 명) 기준 50.7%(2009년)에서 내년에 100%로 높일 계획이다.

그런데 지난 2010년 11월 창원 강변여과수에서 발암물질인 1,4-다이옥산이 검출된 바 있다. 비록 검출된 수치가 환경부 권고치의 5분의 1 수준 안팎이어서 인체에 무해하다지만, 창원 강변여과수가 보완해야 할 단점이다.

독일의 강변여과수에서도 병원성 유해물질 등 걸러지지 않는 물질이 확인되면서 인공함양을 병행하는 등 대안을 마련하고 있다고 한다.

창원 대산정수장에서도 인공함양수 개발을 추진하고 있다는데, 독일처럼 강변여과수와 인공함양수를 ‘혼합 정수’를 함으로써 유해물질의 농도를 떨어뜨려 안전한 수돗물을 생산하는 방식이다.

포항시도 수질이 떨어지는(2급수) 형산강 복류수(하루 7만여 톤)를 안계댐 물과 유강정수장에서 혼합해 정수하고 있다. 혼합 정수가 상호 단점을 희석하는 유용한 방식이라는 사례이다.

안정적·깨끗한 원수 확보에 필수

먹는물과 관련해서는 현재까지는 국내 먹는물(수돗물) 생산은 주로 지표수(하천수)를 직접 취수하는 방법을 사용하고 있다.

그런데 앞으로는 지표수 수질 저하 정도에 따라 표류수를 강변여과수와 강변 퇴적층을 활용하는 방식이 활발하게 도입될 것으로 전망된다.

지표수를 지하에 저장했다가 사용하는 지표수-지하수의 연계활용 방식은 수자원의 효율적인 활용과 동시에 수질을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

그리고 현재와 같은 대규모 지표수 취수 후 중규모의 취수원 다변화 방식 활용도 요구되고 있다.

지금까지 부산과 경남지역은 수돗물 원수의 대부분을 오염에 취약한 낙동강 표류수에 의존하고 있는 실정이다. 문제는 수질오염 등으로 인한 낙동강 유역 특성상 근본적인 수질개선에는 장기간이 소요되고 한계가 있다.

이로 인해 낙동강 하류 표류수의 수질오염에 대한 부산과 경남지역 주민의 피해의식과 수돗물에 대한 불신, 중·상류권에 해당하는 지역인 대구·경북지역과의 물 분쟁으로 사회적 정치적 갈등이 심화됐다.

따라서 낙동강 유역을 중심으로 조금 더 안정적이고 깨끗한 원수를 공급하기 위한 차원에서 경남 창원, 함안, 김해에 강변여과수가 도입된 것이다.

이제 국내 양질의 식수확보와 취수의 다원화를 비롯해 수질오염 사고 시에도 안정적인 생활용수를 공급받기 위해 강변여과수의 개발 방안의 도입이 필요한 실정이라고 할 수 있다.

한편 농촌진흥청은 물을 열원으로 이용해 온실 냉·난방 에너지를 크게 줄일 수 있는 ‘수자원 이용 시설원예 난방시스템’을 한국수자원공사와 공동으로 개발했다고 밝혔다.

그런데 농진청이 작년에 개발한 난방시스템은 하천 제방 주변 지하에 깊이 20-30m의 관정을 설치해 강변여과수를 취수하고, 이를 히트펌프의 열원으로 사용해 난방을 하는 원리를 활용한 것이다.

강변여과수가 취수과정에서 지층을 통과하는 동안 토양과 열 교환이 이뤄져 연중 13-18℃를 유지하며, 수량이 풍부해 열원 확보를 위한 초기 투자비용을 크게 줄일 수 있어 경제적으로도 효과를 거둘 수 있다는 것이 농진청의 설명이다.

또한 열원으로 사용된 강변여과수의 약 70%는 다시 땅속으로 돌려보냄으로써 수자원 낭비를 줄일 수 있다고 한다.

아울러 시스템의 내구성 향상을 위해 강변여과수에 함유돼 있는 모래, 철, 망간 등의 이물질을 제거하는 급속여과기도 개발해 수질에 의한 시스템 장애요인도 제거했다.

따라서 이러한 시스템이 효율적으로 활용된다면 기존의 강변여과수의 단점을 극복하게 돼 향후 결과가 주목되고 있다.

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