1. 서 론
2. 연구방법
2.1 수자원 유역변경(IBT)의 개념 및 이론적 배경
2.2 보령댐 도수로 시설 개요
2.3 분석자료 및 방법
3. 분석결과
3.1 보령댐 수위 및 저수량 변화
3.2 도수로 운영 시계열 및 계절성
4. 결과 및 고찰
4.1 보령댐 광역상수도 공급에 대한 영향(수혜 지역 관점)
4.2 금강 본류 수량에 대한 영향(공여 지역 관점)
4.3 IBT 운영의 종합적 평가
5. 결론 및 정책적 시사점
1. 서 론
기후변화는 수문순환 패턴을 근본적으로 변화시키고 있으며, 강수량의 극단성(홍수와 가뭄의 교차 심화) 및 지역별 불균형을 심화시키고 있다. 국내에서도 이러한 변화가 나타나고 있는바, 국가 가뭄 통계집(2018~2022)에 따르면 최근 5년간 생활·공업 용수 가뭄 예경보 발령 건수 가운데 주의 단계(28.9%)와 경계 단계(35.3%)가 전체의 약 64.2%를 차지하였다(Table 1). 이는 단순한 기상이변이 아니라 구조적이고 반복적인 물 부족 현상이 고착화되고 있음을 의미한다.
Table 1.
Number of drought alert issuances for domestic and industrial water supply by stage and month (2018–2022) (ompiled from MOIS, 2020, 2021, 2022, 2023, 2024)
가뭄의 계절성 역시 주목할 만하다. 전통적으로 갈수기로 인식되는 겨울·봄(1~4월)뿐 아니라, 최근에는 여름(8~9월)에도 생활·공업 용수 가뭄이 빈번하게 발생하고 있다. 대표적 사례로, 2022년에는 생활 ·공업용수 가뭄 경계 단계가 128회 발령되었고, 하반기에 시작된 남부지방 가뭄은 2023년 이른 봄까지 이어졌다. 2022년 한 해 동안 생활용수 가뭄 피해 인구는 41,101명에 달하였다(MOIS, 2024).
이러한 배경 속에서 충남 서·북부권에 공업용수 및 생활용수를 공급하는 보령댐은 수자원 관리의 핵심 취약 지점으로 부각 되고 있다. 보령댐은 유역 면적(163.6 km2)이 협소하고 유입량이 강수에 전적으로 의존하는 구조적 특성 때문에, 기후변화에 따른 강수 편차가 댐 수위에 즉각적이고 극적으로 반영된다. 2015년 충남 서·북부권 일대에 심각 단계 가뭄이 발생 하여 보령댐 저수율이 극단적으로 하락하였고, 이에 대한 근본적 해결책으로 금강 본류와 보령댐 상류를 연결하는 도수로 시설이 건설되기에 이르렀다.
국가물관리위원회는 2023년 4월 ‘유역 이동을 통한 물 공급 계획’을 발표하였으며(NWMC, 2023), 환경부는 2024년 1월 용인 반도체 국가산단에 필요한 용수(1단계 20만 m3/day, 2단계 60만 m3/day)를 팔당 취수 및 화천댐 신규 취수를 통해 공급하는 방안을 발표하였다(ME, 2024). 이와 같이 유역경계를 초월한 물 이동, 즉 유역변경(Inter-Basin Transfer, IBT)은 이제 일시적 가뭄 대응 수단을 넘어 국가 물 안보의 핵심 전략으로 자리매김하고 있다. 유역변경은 수혜 지역에 안정적인 용수를 공급하는 동시에, 공여 지역의 하천 유량 감소·생태계 변화·농업용수 경합 등 복합적인 파급 효과를 수반한다(Sinha et al., 2020). 그러나 국내에서는 IBT 운영 실적에 기반한 실증적 연구는 사실상 전무한 상황이다.
이에 본 연구는 보령댐 도수로를 사례로 하여, 2014~2024년의 일 단위 실측 수문 자료를 기반으로 도수로 가동 일수, 계절별 운영 패턴, 댐 유입·방류량에서 차지하는 비율, 광역상수도 공급 안정성, 그리고 금강 본류 유량에 대한 영향을 종합적으로 분석하고자 한다. 주요 연구 목적은 두 가지로, 첫째 보령댐 도수로 운영이 보령댐의 수문 상황과 광역상수도 공급 안정성에 미치는 정량적 영향을 밝히는 것, 둘째 도수로를 통한 취수가 금강 본류의 수량에 미치는 영향 규모를 평가하여 IBT의 공여 유역 측 영향이 어느 수준인지 실증적으로 확인하는 것이다.
본 논문은 다음과 같이 구성된다. 제2장에서는 IBT의 이론적 배경, 보령댐 도수로의 시설 개요 및 운영 체계, 그리고 분석 자료 및 방법론을 기술한다. 제3장에서는 10년간의 수문자료를 기반으로 한 분석 결과를 제시하며, 제4장에서는 분석 결과의 의미를 수혜·공여 유역 각각의 관점에서 고찰한다. 마지막으로 제5장에서는 주요 결론과 정책적 시사점을 도출한다.
2. 연구방법
2.1 수자원 유역변경(IBT)의 개념 및 이론적 배경
유역변경(Inter-Basin Transfer, IBT)이란 수량이 풍부한 유역(공여 유역, donor basin)의 수자원 일부를 도수로·관로·터널·수로 등 인공 구조물을 통해 수량이 부족하거나 수요가 큰 유역(수혜 유역, recipient basin)으로 이전하는 일련의 수공학적 행위를 의미한다(Davies et al., 1992). IBT는 세계 각지에서 농업·도시·공업 용수 공급, 수력 발전, 내륙 항운 등 다양한 목적으로 활용되어 왔으며, 인도의 국가 강 연결 사업(National River Linking Project), 중국의 남수북조(南水北調), 미국의 콜로라도-빅톰슨 사업 등이 대표적이다(Zhang et al., 2015).
IBT는 수혜 유역에 안정적인 물 공급을 보장한다는 명백한 편익이 있지만, 공여 유역 측에서는 생태 유량 감소, 수질 변화, 수생 생태계 교란, 하류 지역 용수 경합 등의 부정적 외부효과를 유발할 수 있다(Sinha et al., 2020). 이에 따라 최근의 IBT 연구 동향은 단순한 수량 이전 분석을 넘어 수문-환경-사회경제적 분야에 대한 영향을 통합적으로 평가하는 방향으로 확장되고 있다. 보령댐 도수로는 국내에서 IBT 효과와 그 한계를 실증적으로 분석할 수 있는 가장 적합한 사례 중 하나로서, 약 10년간의 실측 운영 데이터를 보유하고 있다는 점에서 학술적·정책적 가치가 높다고 할 수 있다.
2.2 보령댐 도수로 시설 개요
2.2.1 시설개요
보령댐은 충청남도 보령시 청라면에 위치하며, 충남 서·북부 지역(보령, 서산, 태안, 서천 등 7개 시·군)에 광역 생활·공업용수를 공급하는 다목적댐이다. 댐의 주요 제원은 Table 2에 제시하였다. 댐 유역 면적(163.6 km2)이 협소하여 강수량 변동에 따른 저수량 편차가 매우 크게 나타나며, 이것이 가뭄 취약성의 구조적 원인이 된다. 2015년의 심각 단계 가뭄으로 보령댐 저수율이 극도로 하락함에 따라, 한국수자원공사는 금강 백제보 하류~보령댐 상류 반교천을 잇는 도수로(총 연장 약 21.8 km, 최대 취수 능력 115천 m3/day)를 건설하였다(Fig. 1). 동 시설은 2016년부터 실질적인 운영에 들어갔으며, 가뭄 시 보령댐 저수위 EL.50.00 m 유지를 최우선 목표로 운영된다.
Table 2.
Key specifications of Boryeong Dam and summary of hydrological data used in this study (K-water, 2024a)
Fig. 1.
Plan view and system diagram of the Boryeong Dam conveyance tunnel project (K-water, 2022, as cited in Kim et al., 2024)
2.2.2 운영기준 및 우선순위
도수로 가동 기준은 ‘댐 용수 부족 대비 용수공급 조정기준’에 따른 단계별 판단에 근거한다(Table 3). 조정기준은 관심→주의→경계→심각의 4단계로 구성되며, 도수로는 경계 단계 진입 시 가동하고 관심 단계 회복 시 중단하는 것을 기본 원칙으로 한다. 운영 우선순위는 용수 목적별로는 보령댐 용수 공급이 분기 관로 농업용수 공급보다 우선하며, 공급 방법별로는 급수 체계 조정(대체공급)이 도수로 가동보다 우선한다. 관개기(4~9월)에는 금강 수계 내 대청댐·용담댐 원수를 금강 본류에 방류한 후 도수로를 통해 보령댐에 공급하는 연계 운영 방식이 적용되며, 비관개기(10~3월)에는 금강 하천수를 직접 취수하여 공급한다.
Table 3.
Operational criteria for activation and deactivation of the Boryeong Dam conveyance tunnel (ME, 2021)
2.3 분석자료 및 방법
본 연구에서 활용한 수문자료는 My Water 물정보센터(K-water, 2024a; 2024b)에서 수집하였다. 자료의 시간적 범위는 2014년 1월 1일부터 2024년 5월 28일까지이며, 시간 해상도는 일자료(daily)이다. 분석에 사용된 변수는 댐수위(m), 저수량(백만 m3), 저수율(%), 유입량(자체유입량 + 금강도수로 유입량, m3/day), 총방류량(수문방류량 + 원수발전 + 하천유지 + 발전방류량 + 몽리방류량, m3/day)로 구성된다.
분석 방법은 크게 세 가지로 구분된다. 첫째, 시계열 분석을 통해 10년간의 댐 수위·저수량 변화 패턴과 도수로 가동 이력을 파악한다. 둘째, 도수로 운영 기간을 추출하여 가동 빈도, 계절성, 가동 기준 수위 변화 등 운영 특성을 분석한다. 셋째, 도수로 유량이 댐 유입량 및 방류량 전체에서 차지하는 비율을 산정하고, 광역상수도 공급량 기준(285,200 m3/day)과의 비교를 통해 공급 안정성을 평가하며, 금강 본류 갈수기 유량과의 비교를 통해 공여 유역 측 수량 영향을 정량화한다. 원자료에서 유량 단위(m3/sec)로 제공된 값은 분석의 편의를 위해 일 단위 유량(m3/day)으로 변환하여 사용하였다.
3. 분석결과
3.1 보령댐 수위 및 저수량 변화
2014~2024년의 보령댐 수위 및 저수량 시계열은 강우-비강우 기간에 따라 극적인 변동성을 보인다(Fig. 2). 댐 수위는 강우 시 급격히 상승하였다가 무강우 기간에 빠르게 하강하는 패턴을 반복하였으며, 이는 보령댐 유역의 협소한 면적과 낮은 저수 용량이 강수 변동성에 대한 완충 능력을 제한하고 있음을 시사한다.
수위-저수량 관계에서 댐 수위가 60 m 이하로 하강하면 저수량이 30백만 m3 이하로 급감하는 임계 구간이 존재하며, 이는 유효저수량 108.7백만 m3의 약 27.6%에 해당한다. 분석 기간 중 가장 심각했던 시점은 2017년 7월 1일로, 저수량 9.688백만 m3(저수율 8.3%)를 기록하였다. 이는 댐 설계 최저 운영 수위(EL.50 m)에 근접한 수준으로, 도수로 지원 없이는 광역상수도 공급이 불가능했을 상황이었음을 방증한다. 전체 분석 기간 중 댐 수위의 연간 최저치 발생 시기는 주로 봄(3~5월)과 가을(10~11월)에 집중되었으며, 이는 우리나라 강수의 여름 집중 특성 및 용수 수요의 계절성과 맞물려 발생하는 구조적 패턴임을 확인할 수 있다.
3.2 도수로 운영 시계열 및 계절성
Fig 3는 도수로 운영 분석 기간(2016.1.1.~2024.5.28, 총 3,072일) 동안 보령댐 도수로 유입량과 댐 수위 변화를 보여준다. 도수로는 해당 기간 중 총 915일 가동되어, 전체 기간 대비 29.8%의 가동률을 기록하였다. 연도별 운영 이력을 보면 초기(2016~2018년)에는 댐 수위 회복을 목표로 장기 연속 운영이 이루어진 반면, 이후(2019~2024년)에는 가동 기준 수위가 61 m 부근으로 조정됨에 따라 보다 빈번하고 단기적인 가동 패턴이 나타났다.
최초 가동은 2017년 3월 21일(댐 수위 55.52 m, 가뭄 단계: 주의)에 시작되었으며, 2018년 4월 6일 댐 수위 62.61 m 도달 후 종료되었다. 이 최초 가동 기간은 단일 연속 가동으로는 가장 장기적인 사례로, 보령댐이 도수로 없이는 스스로 정상 수위를 회복할 수 없는 상태에 있었음을 보여준다. 2019년 이후의 가동 기준 변경은 가뭄이 심각해지기 이전에 선제적으로 대응하려는 운영 전략의 전환을 반영한다.
계절별 가동 빈도를 분석하면(Fig. 4), 봄(4회)이 가장 높고 여름(3회), 가을(3회), 겨울(3회)이 뒤를 잇는다. 여름철은 우리나라 강수 집중 시기로 저수량이 자연적으로 회복되는 경향이 있어 도수로 가동 필요성이 상대적으로 낮다. 다만 예외적으로 2021년 8월, 2023년 6~7월에는 여름철에도 도수로가 가동되었는데, 이는 해당 연도 여름철 강수 부족이 저수량 회복으로 이어지지 못했음을 의미한다. 이 같은 여름철 가동 사례는 향후 기후변화의 영향에 따라 도수로 의존도가 더욱 높아질 가능성이 있음을 암시한다.
Fig. 5는 보령댐 일 유입량과 방류량을 구성 요소별로 분해한 것으로, 도수로 가동 기간에는 총방류량의 평균 38.5%가 도수로 유입량으로 충당되었다.
보령댐 수위에 가장 직접적인 영향을 미치는 인자를 분리·분석한 결과(Fig. 6), 자체 유입량이 수위 상승의 1차적 결정 요인이며, 도수로 유입량은 자체 유입량이 부족한 시기에 적극 보완하는 역할을 하고 있음이 확인되었다. 특히 운영 915일 중 605일(66.1%)에서는 도수로 유입량이 자체 유입량을 초과하였는데, 이는 곧 해당 일수 동안은 도수로가 보령댐의 ‘주된 수원’으로 기능하였음을 의미한다.
4. 결과 및 고찰
4.1 보령댐 광역상수도 공급에 대한 영향(수혜 지역 관점)
보령댐은 충남 서·북부 지역에 2022년을 기준으로 285,200 m3/day의 광역 상수도를 공급하고 있다. 이 공급량은 해당 지역 생활·공업 용수의 근간을 이루는 수치로, 댐 유입량이 이 기준에 미치지 못하는 일수는 곧 물 공급에 심각한 문제가 발생하는 것을 의미한다. 분석 결과, 도수로 운영 915일 중 보령댐 유입량(자체 + 도수로)이 광역 공급 기준(285,200 m3/일)에 미달한 날은 791일(86.4%)에 달하였다(Fig. 7). 이 기간 동안 댐 수위가 하강 추세에 있었음을 함께 고려하면, 도수로가 없었을 경우 보령댐 단독으로 광역상수도 공급을 유지하는 것이 사실상 불가능했을 가능성이 매우 높다.
더 나아가, 도수로 운영 기간 중 일 평균 방류량(254,756 m3/day)에서 도수로 기여분(98,134 m3/day)이 차지하는 비율이 38.5%에 달한다는 사실은, 도수로가 단순한 비상용 보조 시설이 아니라 보령댐 정상 운영의 상시적 구성 요소임을 의미한다. 도수로 구축 이전의 2015년 심각 단계 가뭄 재현 시 공급 차질 규모를 추정하면, 현재 도수로가 제공하는 연평균 3,578만 m3의 추가 공급량 없이는 용수 공급 위기가 불가피했을 것으로 판단된다.
4.2 금강 본류 수량에 대한 영향(공여 지역 관점)
IBT의 환경·수리적 영향 평가에서 공여 유역 측의 수량 변화는 핵심 검토 사항이다. 금강 본류에서의 도수로 취수가 하천 수량에 미치는 영향을 정량화하기 위해, 가장 수량이 적은 갈수기(2016년 1월)를 기준으로 비교 분석을 수행하였다. 분석 결과, 2016년 1월 금강 본류의 일평균 유량은 2,868,898 m3/day (약 33.2 m3/s)였으며, 이 기간 도수로 일평균 유량은 98,137 m3/day로 금강 본류 유량의 3.42%에 해당하였다(Fig. 8). 이는 갈수기 최악 조건에서도 도수로 취수량이 본류 유량의 약 1/29에 불과함을 의미하며, 금강 본류의 하천 생태 유량 및 하류 수리권에 대한 영향은 현저히 제한적임을 보여준다.
다만, 단순 유량 비율만으로 금강 본류에 대한 영향을 과소평가해서는 안 된다. 취수 지점(백제보 하류)의 국지적 수위 저하, 취수 빈도가 높은 갈수기 연속 취수 시 누적 영향, 그리고 향후 기후변화 시나리오 하의 금강 갈수기 유량 감소 가능성 등을 고려할 때, 장기적인 모니터링과 지속적인 영향 평가가 필요하다. 특히 관개기(4~9월) 대청댐과 용담댐 원수 방류를 활용한 연계 운영 방식은 금강 하천 생태 유량을 추가적으로 압박할 수 있으며, 이에 대한 정량적 평가는 향후 연구 과제로 남아 있다.
4.3 IBT 운영의 종합적 평가
수혜 지역과 공여 지역 양측의 분석 결과를 종합하면, 보령댐 도수로는 편익과 비용의 측면에서 긍정적 균형을 이루고 있다고 평가된다. 수혜 지역 측 편익은 연간 약 3,578만 m3의 추가 용수 공급, 충남 서·북부권 86.4%의 공급 위기일 해소, 광역상수도 공급 안정성 보장으로 요약되며, 공여 지역 측 비용은 갈수기 기준 금강 본류 유량의 3.42% 감소로 현재까지는 관리 가능한 수준에 있다고 할 수 있다.
그러나 이 균형은 현재의 도수로 취수 규모(최대 115천 m3/일)와 금강 수계의 현행 유량을 전제로 한 것임을 명심해야 한다. 향후 기후변화로 인한 금강 갈수기 유량 감소, 도수로 취수 확대, 금강 수계 내 타 용수 수요 증가가 복합적으로 작용할 경우, 현재의 3.42%라는 수치가 의미하는 영향 수준은 달라질 수 있다. 따라서 도수로 운영의 지속가능성을 담보하기 위해서는 금강 수계 전체의 물수지 모니터링을 강화하고, IBT 취수 한계량 기준을 주기적으로 재검토하는 관리 체계가 필요하다.
5. 결론 및 정책적 시사점
본 연구는 보령댐 도수로(IBT)의 2016~2024년 운영 실적 데이터를 체계적으로 분석함으로써, 유역변경 방식의 용수 공급이 수혜 지역과 공여 지역 각각에 미치는 영향을 정량적으로 평가하였다. 주요 분석 결과는 Table 4에 요약하였다.
Table 4.
Summary of key hydrological indicators from the Boryeong Dam conveyance tunnel operation analysis (2016–2024)
본 연구에서 도출된 주요 결론은 다음과 같다.
첫째, 보령댐 도수로는 충남 서·북부권 광역상수도 공급 안정성의 실질적 보루이다. 도수로 운영 기간의 86.4%에서 자체 유입량만으로는 광역 공급 기준량을 충족하지 못하였으며, 운영 기간 중 방류량의 38.5%를 도수로가 공급하였다는 사실은 도수로 없이는 현 공급 체계의 유지가 불가능함을 명확히 보여준다.
둘째, 도수로 의존도는 단기 위기 대응 수준을 넘어 구조적·상시적 수준으로 심화되어 있다. 운영 915일 중 605일(66.1%)에서 도수로가 자체 유입량을 초과하였다는 사실은, 보령댐이 도수로를 ‘주 수원’으로 활용하는 수준으로 전환되었음을 의미하며, 향후 기후변화에 의한 보령댐 유역 강수 감소 시 도수로 의존도가 더욱 심화 될 수 있음을 경고한다.
셋째, 금강 본류에 대한 직접적 수량 영향은 현재 수준에서 제한적이다. 갈수기 기준 3.42%의 취수 비율은 국제적 IBT 영향 평가 기준에 비추어 상대적으로 낮은 수준이나, 기후변화 시나리오, 하천 생태 유량 요건, 취수 지점 국지 영향 등을 종합적으로 고려한 장기 모니터링이 반드시 수반되어야 한다.
넷째, 본 연구 결과는 향후 국내 대규모 IBT 사업(용인 반도체 산단 용수공급 등)에 대한 선행 참조 자료로서 중요한 가치를 지닌다. 수혜 지역 측의 공급 안정성 확보 효과와 공여 지역 측의 수량 영향을 함께 정량화한 본 사례는, 신규 IBT 사업의 편익-비용 분석과 지속가능성 평가를 위한 실증적 벤치마크를 제공한다.
향후 연구에서는 도수로 운영이 금강 하천 생태계와 수질에 미치는 영향, 기후변화 시나리오 하의 도수로 의존도 변화 전망, 그리고 다목적댐 연계 운영 체계 내 보령댐 도수로의 최적 운영 규칙 도출 등에 대한 심층 연구가 이루어져야 할 것이다. 또한, 통합물관리 관점에서 IBT 시설의 운영 정보를 체계적으로 공개하고 실시간 영향 모니터링 시스템을 구축하는 것이 필요할 것으로 판단된다.
