특집  2016년 하반기 물종합기술연찬회

“2050년 전세계 인구 25% 물부족 고통 예상”

기후변화로 가뭄·홍수·태풍 등 자연재해 빈발…막대한 인명·경제적 피해 유발
미국, 폭우량 7%·강수량 20% 증가…하수구 범람으로 수인성질병·식수오염 확산
소말리아·케냐·에티오피아 등 동아프리카 장기간 가뭄으로 1천200만명 기아 발생

인간활동과 지구온난화 연관성 밀접

현재도 진행되고 있는 기후변화가 물관리에 미치는 영향은 실로 심각하다. 세계기상기구(WMO)와 유엔환경계획(UNEP)은 지난 1988년 기후변화 문제에 대처하기 위해 ‘기후변화에 관한 정부간 협의체(IPCC)’를 공동으로 설립했다. UN 산하 국제기구인 IPCC(기후변화에 관한 정부간 협의체)는 UN 국제기구 전문가들이 모여 기후변화와 관련한 과학적 연구를 토대로 과학기술적 사실에 대한 평가를 제공하고 있다.

IPCC는 5∼7년마다 글로벌 기후변화 관련 분석 전망 보고서를 발간하고 있다. 1990년에 발간된 『제1차 보고서』는 20세기 대기 평균기온 0.3∼0.6℃ 상승, 해수면 10∼25㎝ 상승 등을 근거로 지구온난화 현상을 과학적으로 입증하는 데 주력했다. 1995년 나온 『제2차 보고서』는 기후변화가 자연적 요인이 아닌 인간활동에 의한 현상임을 밝혔으며, 『제3차 보고서』와 『제4차 보고서』에서는 온실가스 감축의 필요성에 대해 설명했다.

가장 최근인 2014년 발간된 『제5차 보고서』는 온실가스 감축을 이행하지 않을 시 2100년까지 지구 온도가 19세기 산업화 이전 대비 4.6℃까지 상승해 가뭄·홍수 등 각종 기후변화 관련 재해가 일어날 것으로 예측했으며, 인간활동과 지구온난화 연관 가능성이 95% 이상에 달한다는 연구결과를 밝혔다.

지구온난화, 자연·인공적 요인 모두 존재

그동안 전문가들 사이에서 기후변화의 원인으로 인공적 요인과 자연적 요인을 놓고 논란이 많았다. 앞서 언급한 『제5차 보고서』에서 기후변화가 인류에 의해 유발된 현상이라는 결론을 도출했지만 보다 면밀히 분석해 볼 필요가 있다.

IPCC는 지난 2007년 발간한 자료에 이산화탄소(CO2), 메탄(CH4), 질소산화물(NOx)의 대기중 농도 변화 추이를 제시했다. 세 물질 모두 산업혁명이 발생한 1800년대부터 꾸준히 상승하다가 2000년대 들어서 급격히 증가하는 추이를 보였으며, 이는 시간이 지날수록 지구온난화 현상이 얼마나 악화되고 있는지를 보여준다.

발생 원인을 자연적 요인으로 보고 태양의 흑점 활동, 화산 폭발 등 지구물리학적인 요인을 분석한 결과 온도의 변칙 정도가 지구온난화로 인한 기온 변동폭과 정확히 들어맞지 않아 지구온난화가 자연적인 현상이라고만 보기에는 무리가 있다는 결론을 얻었다.

이후 2007년 IPCC 『제4차 보고서』에는 자연적인 현상에 온실가스 등 인공적인 요인까지 고려된 지구온난화 분석 자료가 담겼다. 그 결과 관측된 온도의 변동이 지구온난화 추이와 거의 유사한 양상을 보였으며 지구온난화 현상은 자연적·인공적 요인 모두에 그 원인이 있다고 밝혀졌다.

현 시점에서 더욱 우려되는 문제는 기온상승이 전 세계적으로 가속화되고 있다는 점이다. IPCC 『제5차 보고서』에 따르면 1960∼2010년까지 50년간 대륙의 온도는 최소 2℃ 이상 상승했으며, 해양의 온도는 3∼4℃ 가량 오른 것으로 파악됐다. 세계평균 대양열량(OHC, Ocean Heat Content) 또한 약 20OHC 상승했다.

이에 지난해 12월에는 ‘제21차 UN 기후변화협약 당사국 총회’에서 2100년까지 지구의 평균 온도가 2℃ 이상 상승하지 않도록 온실가스 배출량을 줄이는 것을 목표로 하는 파리협정이 합의됐다. 그러나 올해 여름 그 목표치가 위협을 받았다.

지난 8월 미국 환경보호청(EPA)의 연구디렉터 프랭크 프린시오타(Frank Princiotta)에 따르면 지구의 평균 온도상승 수치가 2015년 1.1℃를 웃돈데 비해 올해는 1.38℃를 기록했다. 파리협정에서 제시한 목표치를 감안하면 아직 갈 길이 먼 시점에서 이례적인 수치였다.

지난 2012년 이산화탄소 등 온실가스를 가장 많이 배출한 국가는 중국이었다. 다음으로 미국, 인도, 러시아, 일본, 독일이 뒤를 이었으며, 7위에 우리나라가 이름을 올렸다. 현재 상위 10개국의 온실가스 배출량은 약 21.0GtCO2(기가톤이산화탄소)로, 전 세계 온실가스 배출량인 31.7GtCO2의 약 3분의 2를 차지하는 상황이다.

기후 메커니즘 파괴, 지구온난화 가속

지난 100여 년 동안 지구의 평균 온도는 약 0.7℃ 상승했다. 기온이 상승하면 전체적인 기후 메커니즘에 많은 변화가 생긴다. 일차적으로 지구 표면의 온도가 상승하는 지구온난화 현상이 심화되고 해빙이 일어나는데, 빙하가 녹은 물은 그대로 바다로 들어가 소금의 농도가 상대적으로 높은 바닷물이 밑으로 가라앉게 된다.

이에 따라 해류의 흐름이 깨지면서 기상이변이 발생한다. 해류 흐름의 변화는 지반에도 영향을 끼쳐 예상치 못한 지진을 유발하기도 하는데 정확한 기작은 증명된 바 없다. 해양의 순환 또한 격변을 맞이해 홍수, 폭풍, 태풍 등 갑작스런 자연재해가 빈번히 발생한다. 이에 따라 에너지, 음식, 물 등 인간활동과 관련된 자원은 고갈되고 이로 인한 분쟁도 끊이지 않으며 전염병이 만연하게 된다.

이 외에도 계속되는 도시화와 사막화로 인해 육지 이용에 큰 변화가 찾아오고 화석연료 고갈 현상이 초래된다. 온실가스 방출에 따른 온실효과는 탄소의 흐름에 방해를 일으켜, 이는 또다시 지구온난화 가속화라는 악순환을 유발한다. 게다가 예측이 어려운 기후변화 특성상 동시다발적인 피해를 고스란히 당할 수밖에 없다.

기후변화의 충격을 예측한 사례는 과거부터 꾸준히 있어 왔다. 2009년 초 영국의 국가과학기술자문위원회 위원장인 존 베딩턴(John Beddington)은 2030년이면 세계가 식량부족, 물부족, 석유가격 폭등이라는 최악의 폭풍에 직면하고, 기후변화 악화와 국경을 넘는 대량 재난민 이주가 복합돼 대규모 격변이 일어날 것이라고 예측했다. 또 영국의 지속가능발전위원회 전 의장인 조나단 포릿(Jonathon Porritt)은 위기는 2020년부터 닥칠 것이고 결코 돌이킬 수 없는 궁극적인 퇴보가 될 것이라고 지적했다.

지난 2011년 6월, 유럽연합(EU) 27개국의 2만7천여 명을 대상으로 한 조사에 따르면 응답자의 20%가 세계가 당면한 가장 심각한 이슈로 기후변화를 꼽았다. UNEP(유엔환경계획) 보고서 역시 과거 20년 간 기후변화 관련 문제가 전혀 해결되지 않아 이산화탄소 배출이 계속해서 증가하고 있으며 해빙이 악화되고 있다고 지적했다.

이 밖에도 세계 곳곳에서는 물부족으로 고통을 겪는 인구가 80개국 12억 명으로 추정돼 물 전쟁이 일어날 것이라는 시나리오가 등장했다. 세계에서 여섯 번째로 큰 호수인 아프리카의 차드(Chard) 호수는 20년 사이 90% 가량이 고갈될 것이라 전망되고 있으며, 그 원인은 기후변화와 관리 부실 탓일 것으로 예측된다.

사막화의 피해도 만만치 않다. 해마다 세계적으로 약 20만㎢의 토지에 사막화가 진행돼 매년 240억 톤의 표토가 유실되고 있으며 그 피해는 약 400억 달러로 추정된다. 과도한 벌목과 경작, 삼림 파괴, 기후변화가 주원인으로 꼽히며 중국과 몽골의 사막화로 최근 몇 년 간은 우리나라에도 황사의 피해로 인한 우려의 목소리가 높아지고 있다.

해수면 상승, 식량 안보에 위협요소

히말라야의 빙하는 해빙으로 수몰될 위기에 처했다. 이에 지난 2009년 코펜하겐 정상회의를 통해 지구온난화를 늦출 수 있는 국제사회의 새로운 기후 체계에 관심이 고조됐던 시절, 네팔 에베레스트 베이스캠프에서는 온난화 방지를 위한 각의가 이뤄졌다. 실제로 해수면 상승으로 인해 몰디브 등 군소 도서국가는 국토가 물에 잠길 위기에 처한 상태이다.

한편, 해수면의 상승과 농경지 침투 등의 사태는 식량 안보에 큰 위협요소이다. 물과 토양이 부재한 상태에서는 농사를 지을 수 없기 때문이다. 콜로라도대학교의 자료에 따르면 지난 1994년 약 -25㎜이었던 평균 해수면 고도는 2008년까지 약 50㎜ 가량 상승했다. 특히 동남아시아 지역에서 농경지 감소 현상이 두드러진 것으로 파악됐으며 방글라데시, 인도, 베트남과 같은 저지대에 농작물의 손실 피해가 극심한 것으로 나타났다.

해수면 상승으로 바다의 수위는 높아지고 이산화탄소가 물에 녹으면서 바닷물이 점차 산성화되고 있다. 이로 인해 크릴새우나 플랑크톤, 파이토플랑크톤, 조개, 산호 등을 비롯한 해양 식품군 전체가 멸종 위기에 처했다. 2010년 영국 『가디언』지의 자료에 따르면 산호모니터링네트워크(GCRMN)가 조사를 실시한 결과 산호충 덮개의 비율이 1970년 60%에서 2010년 약 10%로 하락했다.

기후변화는 강수량에도 막대한 영향을 끼친다. 1920∼2000년대 미국의 평균 강수량 변화 추이에 따르면 강수량은 약 20%, 폭우량은 약 7% 증가했다. 이는 크립토스포르디움 등 병균에 의한 수인성 질병을 유발하고 하수구 범람으로 인한 식수 오염, 병균 확산 등의 결과를 초래했다.

2080년까지 발생 가능한 홍수를 예측해 강도를 높고 낮음에 따라 각각 빨강과 노랑으로 표시한 결과, 최악의 경우 영국 전역이 모두 붉은 색으로 나타났다. 최상의 조건 하에서도 맨체스터, 카디프, 런던 등과 같은 대도시 주변은 모두 붉은 색으로 파악돼 홍수가 빈번할 것으로 예측됐다.

반면 동아프리카에는 극심한 가뭄이 빈번히 발생할 것으로 전망됐다. 소말리아, 케냐, 에티오피아 등지에는 장기간 계속된 가뭄에 이은 기근으로 1천200만 명에 달하는 기아가 발생하며 약 75만 명이 죽음의 위기에 놓였다. UNEP는 수량 감소의 50%는 기후변화, 50%는 인간의 무분별한 사용 탓이라고 지적했다.

2016년 UN의 『세계물개발보고서』는 가뭄 외에도 물부족 사태로 식량부족, 낮은 농업 생산량, 실업, 이주 등의 다양한 사회문제가 일어나고 있는 것으로 파악했다. 이와 함께 2050년에는 오세아니아주, 북아프리카, 남아메리카 일부 지역 등 전 세계 영토의 약 4분의 1에 달하는 지역이 물부족으로 고통받을 것으로 예측했다.

2050년 세계 물수요 50% 증가

현재 지구 표면의 약 4분의 3이 물로 이뤄져 있지만 이 중 97%는 소금물로 사람이 마실 수 없는 물이다. 최근에는 다양한 기술에 의해 담수화가 이뤄지고 있지만 이용 가능한 담수는 전체 수자원 중 약 3% 정도에 그치며, 빙하(69%), 지하수(30%) 등을 감안하면 지표에서 취수할 수 있는 해수는 약 0.3%에 불과하다.

환경 재난, 인구 증가, 산업 활동 확대로 수자원 부족과 오염 사태가 발생하는 등 글로벌 수자원이 위기에 직면했다. 2009년 물위험 및 리스크관리국제센터에 따르면 1980∼2006년 기간 동안 홍수는 3배, 태풍이 2배씩 각각 증가했다. 2012년 OECD에 따르면 2050년까지 세계 경제의 4배가 성장하고 인구가 20억 명 증가해 생산·발전·가정용수 등 전체 물수요는 약 50% 증가할 전망이다.

1970년대부터 2000년대까지 물관리 쟁점과 목표를 살펴보면 1970년대에는 수질에 집중해 깨끗한 물의 생산을 목표로 했으며, 1980년대에는 환경을 쟁점으로 지속가능한 개발을 목표로 설정했다. 1990년대와 2000년대에는 물위기와 물안보를 각각 쟁점으로 두고 통합물관리라는 동일한 목표 하에 수자원을 관리하고 있다.

특히 2000년 ‘제2차 세계물포럼’에서는 물부족 개념의 확산으로 수자원 부족과 불균형 극복을 위해 수자원 확보를 권고했으며, 물관리 시스템의 관리 범위 재설정 및 효율화를 강조했다.

스마트 분산형 체계로 수자원관리 전환

물관리 체계가 스마트 물관리 체계로 전환되면서 도시집적화, 기후변화 대응을 위한 ICT 인프라, 융합기술의 스마트 분산형 물관리 체계 구축에 세계가 집중하고 있다. 아울러 에너지, 식량, 도시재생 등과 연계해 상호보완을 위한 연구개발의 중요성이 강조됐으며 화석연료, 원자력 등 에너지 생산 방식에서 물의 이용을 최소화하는 효율적인 방향으로 모색하는 노력이 이어지고 있다.

2018년 세계 물시장은 약 6천742억 달러 규모로 전망되며, 국내 물시장 규모는 2023년 31조 원에 이를 것으로 추정된다. 이에 스마트 리버(Smart River), 스마트 그리드(Smart Grid) 기술 기반의 물관리 신전략 사업이 등장했으며, 기술의 융·복합화로 수질, 수량, 생태, 환경 통합관리 실현 과제들이 출현했다. 세계의 물산업은 상하수도 시장의 주도 하에 다국적 물기업을 중심으로 성장 중이다.

이에 우리나라 정부는 신성장동력 기술에 스마트 상수도 분야와 관련 기술을 포함, 2010년 연구개발에 착수했다. 스마트워터그리드 원천기술 확보, 기술 상용화, 해외진출 실증 공간 확보를 강조하며 물 관련 기업의 해외진출 경험 및 전문인력 부족을 극복하려 노력하고 있다.

또 통합물관리 정책을 추진함으로써 스마트 분산형 물관리 기술 개발에 주력하고 기술 기반 구축을 위한 도시 물순환·저영향개발 기술, 스마트워터그리드 기술, 통합수자원관리 기술 등 기초연구를 분산 추진하겠다는 방침이다.

최근 4대강사업 준공 이후 녹조현상을 일으키는 조류에 많은 이들의 관심이 쏠리고 있다. 낙동강 창녕·함안보 녹조 발생 현황을 살펴보면 지난 2013년 98일에 걸쳐 ‘경계’ 단계가 발령된 이래로 2014년 ‘관심’ 단계 143일, 2015년 ‘관심’ 단계 171일로 사태가 꾸준히 악화됐으며, 지난 6월 23일에는 2차 ‘경계’ 발령이 내려졌다.

조류가 내는 독소는 강력하다. 대표적인 독성 조류에는 아나톡신(anatoxin), 실린드로스페르몹신(Cylindrosper-mopsin), 색시톡신(saxitoxin), 마이크로시스틴(Microcystin) 등이 있는데 종류에 따라 경련, 설사, 구토, 발진 등 다양한 증상을 유발한다. 비교적 약한 아나톡신도 살충제인 DDT보다 독성이 강하고 마이크로시스틴은 다이옥신과 비슷한 수준이다.

이에 우리나라는 ‘2020년 수자원장기종합계획’ 하에 비전을 설정하고 다양한 추진전략 및 방법을 마련했다. 건전한 물이용과 안전하고 친근한 물환경 조성을 기본 이념으로 △지역의 특성과 환경에 적합한 사업 △중앙정부·지자체·지역주민의 합의 형성을 통한 사업 △수자원정보와 기술개발을 바탕으로 한 사업 추진 등을 그 전략으로 명시했다.

이를 통해 30년 가뭄을 극복할 수 있는 수자원이용 체계 및 100년 홍수재해를 예방할 수 있는 유역종합치수관리체제를 구축하고 인간과 자연이 어울려 사는 하천 환경을 조성하겠다는 비전을 달성하겠다는 계획이다.

한편, 수자원 격차 문제도 극복해야 할 과제 중 하나이다. 우리나라의 연평균 강수량은 1천277㎜로 세계 평균의 1.6배에 달하지만 1인당 강수량은 세계 평균의 6분의 1에 불과한 수준으로 가용 수자원이 적어 UN이 정한 물스트레스 국가로 분류됐다. 게다가 연도별, 시기별, 지역별 강수량 차이가 커 가뭄과 홍수가 빈발하는 등 물관리 여건이 불리한 편에 속한다.

우리나라의 총 수자원량은 약 333억㎥로 지하수 부존량 1조3천240억㎥ 중 이용가능한 양은 1천170억㎥에 달한다. 대수층의 미발달로 대규모 지하수 개발이 곤란한 상황이며 지하수 채취 기술 등이 취약한 수준으로 현재 37억㎥ 가량의 지하수만 이용 중이다.

지금은 수자원 관리에서 재난 예방, 안보, 산업 육성 등 통합 개념이 필요한 시대이다. 2050년까지 강수량이 17% 증가하고 2080년에는 홍수 피해가 3배 증가할 것으로 예상되는 가운데 토양수분 손실, 농업용수 부족, 하천유량 변동 등에 대응이 필요하고 물산업을 진흥시킬 필요성이 제기되고 있다.

최근에는 통합수자원관리의 유역통합관리체계와 협력적 거버넌스 체계 도입이 국제적 추세로 떠오르고 있다. 현재 우리나라의 물관리 체계는 국토교통부와 환경부가 각각 수량과 수질 분야를 분산 관리하고 있으며 농림축산식품부와 산업통상자원부, 행정자치부 등이 분리 운영을 담당하고 있다. 이와 같은 분산 체제 하에서 어떻게 통합관리 방식으로 관리를 이뤄나갈 것인지에 대해서는 논의가 필요하다.

수량·수질·생태·친수 통합관리 요구

스마트 물관리는 융합기술을 이용해 물관리 기술의 혁신과 스마트화를 이루자는 취지로 개발됐다. 수자원 데이터를 쌍방향으로 공유하고 자립형 스마트미터의 최적화를 이룬 지능형 수자원 관리 시스템을 말하며, 크게 기능, 자료, 기술, 시설, 복지, 제도, 거버넌스 등으로 구성된다.

IT 기술을 접목한 스마트그리드 전력 기술처럼 물산업에서도 ICT 융합으로 다양한 제품과 서비스를 창출하고, 사회간접자본(SOC)에 기술을 접목시켜 기존 기술의 효율을 높이는 등 새로운 산업을 창출할 것으로 기대를 모으고 있다. 특히 상수도 공급에서 하수처리까지 전 과정을 단일화하는 국제 추세에 맞춰 우리나라도 이에 대한 발빠른 대응이 요구된다. 무엇보다도 수량·수질·생태환경·친수 통합관리의 연계 시스템을 구축하고 이에 맞는 기술을 개발하는 것이 당면 과제로 떠오르고 있다.

우리나라의 경우 건설 역량은 기술 선진국 대비 52%, 기술 격차는 6년 정도로 최고 수준이지만 상하수도는 분리 운영돼 통합관리가 미흡한 실정이다. 또 민간기업의 운영관리 경험이 취약하고 관련 테스트베드 구축 역시 부재한 상태이다.

연구개발은 미래창조과학부에 일원화되어 있으나 부처별 소규모 과제 기술 개발 추진으로 한계를 갖고 있으며, 물 생태계 특성상 연구개발과 기술 도입에서 연계가 필요하다. 이에 통합 솔루션을 위한 민간기업과 공공기관의 협력체계가 절실히 요구되고 있다.

지난해 UN은 지속가능 발전목표 17개를 제시했다. 이 중 6번 ‘깨끗한 물과 위생’ 항목이 물과 관련된 항목으로 국제사회에서 물문제를 비롯한 환경 문제가 얼마나 중요한 이슈인지를 보여준다.

또 2016년 글로벌 리스크 보고서에 따르면 기후변화 적응의 실패와 생물다양성 감소 및 생태계 파괴가 가장 큰 세계 위기로 꼽혔다. 지난 1992년부터 꾸준히 활동을 지속해 온 UN 기후변화협약이 새로운 기후체제 합의에 앞장서야 할 때다.

글로벌 위기는 독립적이고 개별적으로 해결할 수 없다. 모든 분야가 연결돼 있는 복합적인 양상을 띠고 있기 때문에 이를 해결하는 방식에 있어서도 통합적이고 다각적인 시각으로 접근이 필요하다.

[『워터저널』 2016년 10월호에 게재]