기후변화 적응대책 수립을 위한 한강수계 지역 기후변화 동향 및 서울시 상수도 분야 현황 연구

본 연구에서는 서울시 및 한강수계의 ‘강수량’과 ‘무강우지속기간’을 가뭄에 대한 판단자료로 활용했다. 서울의 주요 수원은 팔당호이며 팔당호는 Fig. 1에 나타난 바와 같이 북한강과 남한강이 합류하는 지점 이후에 있기 때문에 조사 지점을 서울, 양평, 춘천, 충주로 선택했다. 강수량과 무강우지속기간 모두 기상청 국가기후데이터센터의 지상기상관측자료를 활용했다. 2008년부터 2017년까지 서울, 양평, 춘천, 충주의 연도별 합계강수량을 비교해보면 대체적으로 비슷한 것을 확인할 수 있다. 가뭄이 심했던 2014년부터 2016년까지는 서울, 양평, 춘천, 충주의 연도별 강수량은 2008년부터 2017년까지 평균 합계강수량의 약 66%수준이었다 (Table. 4; Fig. 2).

Fig. 1.

Han River Area.

Table 4.

Total annual precipitation of Seoul and Han River area (2008-2017)(Unit: mm)

Fig. 2.

Total annual precipitation of Seoul and Han River area (2008~2017).

무강우지속일의 평균값 역시 서울 외 한강수계 지점에서 큰 차이가 없는 것으로 나타났다 (Table 5). 무강우지속일은 강수량이 0 mm인 날이 지속된 일수를 말하는데 2008년부터 2017년까지 서울, 양평, 춘천, 충주의 무강우일수 평균값은 4.5 ~ 5.7일이다. 특이한 점은 2014년부터 2016년까지 강수량이 다른 해의 절반 수준이었음에도 불구하고 무강우지속일에는 큰 차이가 없다는 것이다. 즉 2014년부터 2016년까지의 가뭄은 무강우지속일이 장기간 지속되어서가 아닌 전체적인 강우강도가 낮아 가뭄이 발생했던 것으로 판단된다.

Table 5.

Maximum Length of Dry Spell of the Seoul and Han River area(Unit: days)

1973년부터 2018년까지 한강수계지역의 여름철 평균기온과 폭염일수를 조사했다. 서울의 경우 폭염 시 인구밀도가 높은 도심지역에서 수돗물 사용량이 증가할 수 있다. 춘천, 양평, 충주 지역에서 폭염이 발생할 경우 한강수계지역의 조류 발생 확률이 높아지게 된다.

한강수계지역의 폭염 동향을 조사하기 위해 국가기후데이터센터에서 제공하는 월별 평균기온, 폭염일수, 열대야일수를 활용했다. 여름철 평균기온을 계산하기 위해 각 연도의 월별 평균기온 중 우리나라 여름에 해당하는 6월부터 8월까지의 평균값을 계산했다 (Fig. 3). 폭염일수와 열대야일수는 각 연도의 폭염일수 합계로 나타냈다 (Fig. 4; Fig. 5).

Fig. 3.

Average summer temperature in Han River area (1973~2018).

Fig. 4.

Heat Wave days in Han River area (1973~2018).

Fig. 5.

Tropical night days in Han River area (1973~2018).

관측기간이 짧아 결정계수 (R²)가 크지 않지만 여름철 평균기온이 점점 올라가고 있고 (Fig. 3) 폭염일수는 일정한 패턴을 보이지 않고 증감하는 것을 알 수 있다 (Fig. 4). 특히 2018년은 서울, 춘천, 양평, 충주의 폭염일수가 각각 35일, 35일, 39일, 38일로 지난 46년 중 최댓값을 보였다 (Fig. 4). 열대야 일수는 인구가 많은 도심인 서울이 대체적으로 높은 값을 보였으며, 1990년대에 들어서 급격히 열대야 일수가 증가하는 것을 확인할 수 있었다 (Fig. 5).

한파에 대한 분석을 위해 서울의 겨울철 평균 기온, 한파주의보 및 경보 발령일수에 대해 조사했다. 여기서 겨울철은 해당 연도 12월부터 다음 연도 2월까지를 의미한다. 조사 지점으로 서울만 선택한 것은 한파가 영향을 미치는 상수도 서비스 분야는 계량기 동파이기 때문이다.

Fig. 6는 1973년부터 2017년까지 서울의 겨울철 평균 기온을 나타낸 것으로 점차 증가하고 있는 것을 확인할 수 있다. 1978년부터 1987년까지 10년간 평균기온은 -1.87°C로 나타났다. 2008년부터 2017년까지 10년간 평균기온은 -0.98°C로 30년의 기간 동안 평균기온이 약 0.9°C 상승했음을 알 수 있었다.

Fig. 6.

Average winter temperature in Seoul.

반면, 겨울철 평균기온의 상승과 무관하게 한파주의보 및 경보 발령일수는 2010년에 37일, 2011년에는 8일로 나타났다. 반면 겨울철 평균기온은 각각 -1.5°C, -2.3°C로 근소한 차이를 보이며, 오히려 2011년의 겨울철 평균기온이 더 낮은 것을 확인할 수 있었다 (Fig. 7).

Fig. 7.

Average winter temperature and Cold wave watch (2008~2017).

우리나라의 전국 연간 강수량은 1307.7 mm이다. 계절별 강수량은 여름철이 723.2 mm로 연 강수량의 55%를 차지하고 있으며, 가을철이 259.7 mm (20%) 봄철이 236.6 mm (18%), 겨울철이 88.2 mm (7%)이다 (Han River Flood Control Office, 2018).

서울의 최근 6년간 (2012년~2017년) 월별 강수량 합계를 보면 7월에 가장 비가 많이 오고 초겨울부터 봄까지 (11월~3월) 비가 상대적으로 적게 오는 것을 알 수 있다 (Fig. 8).

Fig. 8.

Total monthly precipitation in Seoul (2012~2017).

단시간 동안 강우가 집중될 경우 정수장 등 수돗물 공급 시설의 침수 피해가 발생할 수 있다. 총 강수량과 강우 강도를 확인하기 위해 1984년부터 2017년까지 서울의 일 최다강수량과 최다강수량이 있었던 날의 1시간 최다강수량을 확인했다 (Table 6). 34년 동안 일 최다강수량의 발생일은 대부분 여름철에 집중되어 있으며 강수량이 많았던 날에는 1시간 최다강수량도 높은 것을 확인할 수 있었다.

Table 6.

Maximum daily precipitation in Seoul (1984~2017)

전국적으로 최근 30년간 여름철 집중호우 양상에 변화가 있었다. 1980년대 평균 여름철 강수량은 694.5 mm, 평균 여름철 강수일수는 36일이었던 반면 2011년은 1048.1 mm, 48일로 강수량과 강수일수가 증가한 것으로 나타났다 (Seo et al., 2011). 국가기후데이터센터 자료를 통해 서울 역시 여름철 강수량이 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 1959년부터 1968년까지 여름철 평균 강수량은 276.6 mm인 반면 2009년부터 2018년까지 여름철 강수량은 850 mm로 강수량이 증가한 것으로 나타났다 (Korea Meteorological Administration, 2019).

우리나라의 경우 연중 강수량의 약 50%가 여름철에 집중되어 있어 안정적인 수돗물 공급을 위해서는 수량 확보가 중요하다.

수도권 지역의 중요한 상수원인 한강수계의 10년간 강수량은 모두 여름철에 강수량이 집중되어 있으며, 2014년부터 2016년까지 연간 강수량이 다른 해에 비해 낮아 가뭄이 지속된 것을 알 수 있다 (Fig. 10; Fig. 11).

Fig. 10.

Total monthly precipitation in the Seoul and Han River area (2008~2017).

Fig. 11.

Total annual precipitation and average temperature in Seoul and Yangpyeong (2008~2017).

강수량이 적고, 여름철 폭염이 더해질 경우 상수도 중 가정용 급수량이 약 65%인 서울시 (Water Resources Management Information System, 2016)는 물 수요가 급증하게 되어 심미적 특성이 확보된 상수도 공급에 어려움이 생길 수 있다. 실제로 2018년에는 폭염으로 인해 여름철 (6월~8월) 수돗물 공급량이 310,019,882 m³로 2017년 대비 약 6,600 m³ 증가한 것을 확인할 수 있었다. 각 연도별 서울시 인구수로 나누어 1인당 공급된 수돗물 양을 계산하면 2018년은 약 31.7 m³, 2017년은 약 30.8 m³로 1.1 m³정도 차이가 있다. 이는 폭염으로 인해 수돗물 수요량이 늘어나면서 수돗물 공급량이 함께 증가함에 따른 것으로 사료된다.

가뭄은 다른 기후영향요소와 달리 몇 년에 거쳐 긴 시간동안 지속되는 특성을 보인다. 서울의 경우 2014년부터 2016년까지 총 강수량이 다른 해에 비해 적은 것을 확인할 수 있다 (Fig. 10). 특히 팔당호 수량은 전년도, 당해 연도 강수량과 연계하여 증감하기 때문에 가뭄 단계별 적응대책을 마련할 필요가 있다. 또한 폭염 시에도 양질의 수돗물을 공급할 수 있도록 서울시 내 구 단위 특성 (주거 형태, 공단 밀집 여부, 물 사용패턴 등)을 조사하고 서울시 내 정수장 및 배수지 연계를 통한 폭염 시 수돗물 부하량의 적정 배분, 인근 지자체 상수도와 급수관 연결 검토, 물 절약 활성화 정책 추진 등을 검토하는 것이 필요하다.

폭염, 가뭄은 상수원 조류 발생의 원인 중 하나이며, 조류 및 조류로 인해 발생하는 부산 물질은 수처리 장애나 수돗물의 심미적 특성 (맛‧냄새)에 영향을 미치는 것으로 알려져 있다.

최근 10년 (2008년 ~ 2017년) 중 2014, 2015, 2016년은 다른 해에 비해 기온이 높고 강수량이 적었다 (Fig. 11). 특히 2년 연속 가뭄이 지속되었던 2015년에는 취수원의 총 조류 세포수는 다른 해에 비해 전반적으로 높았고 (Fig. 12) 이에 따라 취수원의 맛‧냄새 물질 농도가 증가하는 것을 확인할 수 있었다 (Fig. 13)

Fig. 12.

Average total number of algal cells in Seoul water intake station (2013~2017).

Fig. 13.

Average monthly concentration of Geosmine and 2-MIB in Seoul water intake station (2015~2017).

현재 서울시 상수도사업본부의 모든 정수센터는 고도정수처리를 하고 있으므로 맛‧냄새물질에 대한 대응이 가능한 상태이다. 그러나 갑작스러운 가뭄 또는 폭염이 발생할 경우, 고도정수처리용량에 부하가 걸려 심미적 특성을 확보한 수돗물 공급에 어려움이 있을 수 있다.

따라서 서울시 정수장 및 배수지 연계를 통한 폭염 시 수돗물 부하량의 적정 배분하고 과부하로 인한 고장 및 사고에 대응할 수 있는 시설 점검 대책을 마련해야 할 것이다.

한파는 상수도 분야 중 계량기 동파와 직접적인 관련이 있다. 현재 서울시 상수도사업본부는 계량기 동파에 대비하기 위하여 일 최저기온을 기준으로 ‘관심, 주의, 경계, 심각’ 4단계로 나누어 인력 운영을 달리하고 있으며 세대별 맞춤형 보온조치를 시행하고 있다.

Fig. 14은 2008년부터 2016년까지 계량기 동파건수와 한파주의보 및 경보일수를 나타낸 것이다 (The office of Waterworks Seoul Metropolitan Government, 2017; Korea Meteorological Administration, 2018). 한파주의보 및 경보 발령 일수가 많았던 2010년에는 계량기 동파 건수가 약 25,000건에 달하였으나 한파주의보 및 경보 발령일수가 감소하는 추세와 유사하게 줄어드는 것을 확인할 수 있다.

Fig. 14.

Number of frozen water meter and Cold wave watch.

특히 2015년부터 2017년까지 한파주의보 및 경보 발효 일수가 증가했음에도 불구하고 동파사고 건수는 점점 감소한 것을 확인할 수 있다 (Fig. 14). 이는 건물 특성별로 유형을 나누어 보온조치를 실시하고 보온재 성능을 개선 등 ‘세대별 맞춤형 보온조치’를 취함에 따른 결과로 사료된다.

2.2.2절에서 살펴본 바와 같이 기후영향요소 중 한파는 1.0점으로 다른 요소에 비해 발생 가능성이 적다. 그러나 동파 예방을 위한 꾸준한 조치가 필요하다. 한파는 수도계량기 및 배관 동파의 주요 원인이며, 수도계량기가 동파될 경우 정확한 수도요금을 부과할 수 없기 때문이다. 이는 상수도사업본부의 경영 측면의 문제가 될 수 있다.

서울시 상수도사업본부는 2000년대 중반까지 계량기를 보온재로 감싸서 보호하는 방법을 택했다. 그러나 북극진동으로 인해 한파경보 및 주의보 발령일수가 높았던 2010년에는 동파 건수가 약 2만5천건으로 2009년 대비 1만1천건 증가한 것을 확인할 수 있다 (Fig. 12). 계량기 1개당 금액을 2만원으로 가정하면, 2009년 대비 계량기 구매비용이 2억2천만원 더 소요된 것이다. 또한 계량기 교체를 위한 인건비, 수도사용량과 부과요금의 불일치, 시민 불편을 감안하면 피해액은 더 컸을 것으로 사료된다.

매년 ‘검침 및 계량기 교체’를 위해 투여되는 예산이 150억 이상 산정되어 있으며 동파 발생 시 계량기 교체 작업 등으로 인한 민원 증가, 한파 경보 및 주의보 발령일수가 불규칙하게 증감하는 것을 감안하여 ‘계량기 성능 향상, 보온덮개 성능 개선 및 보급, 동파주의 안내문자 발송’ 등 꾸준한 동파 방지 대책을 세울 필요가 있다.

2000년도 이전에 호우로 인해 서울시의 정수장 일부에 침수 사고가 발생한바 있다. 1984년, 1990년 홍수기간 중에 발생했는데, 특히 1990년 홍수는 주목할 만하다. 이 홍수로 인해 한강대교 수위는 11.27 m까지 올라갔고, 노량진정수장, 영등포 정수장의 침수사고가 있었다. 이 사고로 인해 노량진 정수장 급수구역인 노량진 1‧2동, 본동, 상도 1~4동, 흑석 1‧2동, 대방, 신대방 1‧2동, 여의도동, 신길 2‧3‧6동, 신림 4‧8동 등 18개 동 10만 5천 가구와 영등포 정수장 급수구역인 은평구 18개동, 강서구 15개동, 마포구 2개동 등에서 22만 가구가 급수 중단되었다 (Jin et al., 2008)

한강수계의 호우 표준화 점수는 1점으로 타 기후영향 요소에 비해 영향력 낮고 서울의 정수장은 침수사고 이후 정수장 시설물을 보완한 바 있다. 그러나 단기간 동안에 강우가 집중될 경우 침수 피해가 발생할 수 있고, 여름철 평균 강수량과 강수일수가 점점 증가하고 있음을 고려하여 침수에 따른 시설물 안전관리 방안, 공사현장 등 근무직원의 안전을 위한 대책 마련이 필요할 것이다.

극한기후 현상은 예고 없이 발생한다. 따라서 갑작스러운 극한 기후 발생 시 시민의 생활 및 안전과 밀접한 관련이 있는 상수도 분야에서는 유연하게 대처할 수 있어야 한다.

서울시 상수도사업본부는 현재 ｢공공기관 기후변화 적응대책 수립｣을 추진 중에 있다. 기후영향 요소 발생 가능성과 ‘공공기관의 기후변화 대응수준’ 체크리스트를 응용해 서울시 상수도사업본부의 기후변화 대응 수준과 리스크를 파악하고 대응 방법을 제시할 예정이다.

이를 위해 본 연구에서는 ｢공공기관 기후변화 적응대책 수립｣시 고려해야할 사항과 ｢기후변화 대응을 위한 물 수요관리 추진방향 전환｣에 대하여 다음의 내용을 제언한다.

첫째, 서울시 상수도 분야에 적합한 리스크 평가 체크리스트를 개발해야한다. 환경부에서는 ‘전력, 환경, 유류‧자원 관리 시설, 교통‧도시기반시설, 용수공급시설’ 등 각 분야에 적합한 체크리스트 기본 (안)과 기후영향 요소로 ‘폭염, 한파, 호우, 대설, 강풍, 가뭄’을 제시했다 (Ministry of Environment, 2017). 그러나 현실성 있는 리스크 평가를 위해서는 ‘내부 사례 분석, 타 지방자치단체 상수도 및 광역상수도 공급 기관 사례 조사, 전문가 의견 수렴’ 등을 통해 서울시의 상수도 시설물 및 인력 특성을 고려해 체크리스트를 개발해야할 것이다.

둘째, 적극적인 물 수요관리를 추진할 필요가 있다. 앞서 살펴본 바와 같이 가정용 급수량의 비중이 높은 서울시에서는 가뭄 및 폭염 시 1인당 물 사용량이 증가할 것으로 예측된다. 따라서 기후변화에 따라 증감하는 물 수요를 체계적으로 관리할 필요가 있다. 현재 서울시 물 수요관리의 기본 방향은 ‘최적유수율을 통한 물낭비 방지 및 물절감, 절수기 설치확대 및 요금현실화를 통한 물절약, 물재이용을 통한 도시용수 증가 및 부족량 대응’으로 설정되어있다 (The Office of Waterworks Seoul Metropolitan Government, 2016). 이 중 유수율은 2018년 12월 기준 95.6%로 이미 세계적인 수준에 도달한 상태 이므로 유지 관리에 초점을 맞춰야 할 것이다. 따라서 공급자 위주의 물 수요관리를 ‘수요자 참여 물 수요관리’로 전환하기 위해 절수기기 보조금 지급제도, 요금 변동성 (여름철 탄력 요금제), 피크타임 관리 등의 제도적 방안 마련에 초점을 맞춰야 할 것이다. 마지막으로 여름철 폭염에 유연하게 대응할 수 있도록 정수센터를 증축하거나 급수망 연계를 검토해볼 수 있을 것이다.

셋째, 효과적인 ｢공공기관 기후변화 적응대책 수립｣ 및 ｢기후변화 대응을 위한 물 수요관리 추진방향 전환｣을 위해 정책 시행 과정에서 그 효과를 주기적으로 확인하고, 시행 계획을 보완하는 것이 필요하다. 이는 정책의 효과가 시기와 상황에 따라 긍정적일 수도 부정적일 수도 있기 때문이다 (Lee, 2016). 즉 기후변화 예측의 불확실성, 환경변화 (생태계 변화, 인간 생활 패턴 변화 등)을 주기적으로 점검하고 이를 정책에 반영하려면 주기적으로 적응대책 및 수요관리 계획을 수정‧보완하는 작업이 필요하다.