국가의 생명수(生命水), 농업용수

• 안정적인 식량 생산을 가능하게 하는 가장 기본적인 요소로서 전국에 있는 하천, 저수지, 지하수, 담수호 등을 활용
  • 농업용수는 농작물을 생산하기 위해 농경지에 인공적으로 공급하는 물로서 저수지, 하천에서 펌프 등에 의해 공급

  물고을, 수원(水原)의 유래

  고구려 시대에 부르던 매홀(買忽)은 ‘물고을’이라는 발음의 표기로 추정되며, 여기에서 한자식 지명인 수원(水原)이 유래(수원시청 홈페이지

  고구려의 남하정책으로 인해 백제의 한강유역과 수원을 포함한 그 주변지역은 고구려의 영토로 편입되었는데 이 때 수원의 우리 말 이름인 ‘매홀(買忽)’이 처음 등장

  삼국지 위지 동이전에는 마한 50국 중에 모수국(牟水國)으로 나오며 ‘매홀’을 거쳐 통일신라때는 ‘수성군(水城郡)’, 고려시대 ‘수주(水州)’로 쓰다 조선시대에 수원으로 개칭

  • 주로 물을 얻는 원천으로는 하천, 저수지, 지하수, 담수호 등이 활용되고 있으며 물이 부족한 지방에서는 특별한 수로도 이용
    • 하천은 보(堡), 양수장 등의 시설을 통해 쉽게 이용할 수 있으나 가뭄에 취약하며, 저수지는 수질이 낮고 높은 시설비가 소요
    • 지하수는 하천, 저수지 등의 보조역할을 하며 비교적 간단한 시설로 가뭄에도 안정적으로 물을 얻을 수 있는 장점이 존재
    • 담수호와 하구호는 수질이 악화될 우려가 있으나 물의 양은 풍부하여 가뭄을 잘 타지 않는다는 것이 장점
  하천
  저수지
  지하수 관정
  담수호

농업의 동맥, 관개수로

• 2, 3차 산업의 동맥이 도로와 철도라면 농업의 동맥은 관개수로로 농업이 시작된 이후 모든 국가들은 관개시설 확보에 주력
  • 고대 메소포타미아와 로마에서는 농업에 물을 활용하기 위해 지금도 보존될 정도로 튼튼한 관개수로 및 수리시설물을 건설
    • 기원전 30세기 무렵의 메소포타미아 문명에서는 티그리스강과 유프라테스강에서 물을 끌어들여 최초의 관개농업을 시작
    • 로마제국은 크고 작은 도시에 전체길이 350km에 달하는 수로(水路)를 만들어 식수, 농업용, 산업용 물을 공급

      수로의 물은 적절한 수압을 유지하며 일정한 방향으로 흘러야 하기 때문에 당시 로마가 높은 수준의 측량기술을 가지고 있었음을 알 수 있는 증거

  • 강수량이 적고 증발량이 많아 지상에 수로를 만들기 어려웠던 지역에서는 다양한 이름의 지하수로를 건설
    • 이란에서는 ‘카나트’라고 하며, 아프가니스탄에서는 ‘카레스’, 사하라 지역에서는 ‘포가라’, 중국에서는 ‘칸얼칭’으로 부름

      이란과 아프가니스탄에서는 아직도 수천 개의 지하수로를 이용하고 있으며, 대추야자(Date), 오렌지, 올리브, 채소 등의 재배에 이용

    • 로높은 산지에 쌓인 눈이 녹아 형성된 풍부한 물을 지하수로를 이용하여 산기슭으로부터 먼 평야지대에까지 공급

      집수된 물을 필요한 곳까지 끌어오기 위하여 긴 지하터널을 건설하였으며 중국 신장지역에는 5,272km에 달하는 수로도 존재

  Pont du Gard 수도교(프랑스)
  Segovia의 수도교(스페인)
  카나트(이란)

치수에 성공한 나라 & 실패한 나라

• 농작물 생산에 가장 기본인 물을 잘 쓰는 나라는 세계적인 농업 국가로 발전하였으나 그렇지 못하면 만성적인 물 부족에 직면
  • 국토의 절반 이상이 사막과 산악지역인 이스라엘은 농사에 부적합한 자갈과 석회질의 땅을 관개기술로 극복
    • 전체 농지의 65%에 물방울관수(點滴灌水)시설을 설치하여 물을 아끼면서도 수확량과 품질은 높여 세계적인 농업국으로 도약

      ’71년 이스라엘의 블래스 부자가 완성시킨 점적관수기술로 인해 이스라엘은 전체 농업생산액의 70%인 12억 달러 어치를 유럽에 수출할 정도로 성장

  • 간척지의 나라, 네덜란드는 수질악화방지와 농업용수확보를 위해 모든 수로와 강에 정화 시스템을 설치하여 농업기반을 확보
    • 동서남북으로 연결된 수로를 이용해 홍수를 조절하고, 가뭄 때 저류지(貯溜池)로 활용하는 등 국가 차원에서 많은 투자

      미국에 이어 세계 2위의 농산물 수출국으로, 연간 590억 유로 규모의 농산물을 수출하고 연간 농가 소득이 1억 원에 이르는 농업부국

  • 아프리카 대륙에서는 10억 인구가 마실 물조차 제공받지 못하고 있으며 강수량이 적어 식량 생산을 위한 물이 부족

    중앙아프리카의 연평균 강우량은 약 500mm이며, 아프리카의 재생 가능한 1인당 연평균 수자원의 양은 남미의 1/4 수준으로 열악

  • 연간 강수량이 1,500mm 정도로 풍부한 캄보디아는 물 관리기술과 함께 제방, 관개수로 등 시설이 부족하여 매년 가뭄을 경험
  물방울관수(이스라엘)
  에이마우든 운하(네덜란드)
  농업용 수로(캄보디아)

우리 역사 속의 물 확보 노력

• 농경에 있어 생명이라 할 수 있는 물을 확보하기 위한 노력은 빗물에 의존하던 시대에서부터 시작
  • 초기 농경은 필요한 물을 저수지나 강으로부터 끌어 사용하지 못해 주로 빗물에 의존
    • 물 부족을 우려하여 무논에 벼를 재배하던 이앙법이 수확량, 제초노력 등의 장점이 있음에도 조선중기까지 국법으로 금지
  • 농업 규모가 커지고 농경이 발달하면서 많은 양의 물을 안정적으로 공급하기 위하여 삼한시대에 저수지가 축조

    삼한의 3대 저수지 : 밀양 수산제(守山堤), 제천 의림지(義林池), 김제 벽골제(碧骨提)

• 조선시대에 들어서는 가뭄 및 홍수 등 자연재해에 대처하고 안정적인 용수 확보를 위해 물관리에 과학적 지식이 도입됨
  • 세종대왕 때(1441년, 세종23년) 빗물을 그릇에 받아 그 양을 재는 측우기와 하천의 물 높이를 재는 수표가 발명

    세종 때의 측우기는 이탈리아 토리첼리가 만든 우량계보다 198년이나 앞섰으나 초기기록은 유실되고 1770년 이후 관측기록만 남아 있음

  • 농업용수를 담당하는 관청과 관청에서 담당하여야 할 내용 등에 대한 국가차원의 제도적 지원도 시행

    수리관청 제언사(堤堰司)를 설치하고 제언절목(堤堰節目)을 제정하여 저수지 관리방법, 저수지 면적의 유지, 제언관련 통계 등에 대해 상세히 규정

  제천의 의림지
  측우기
  수표(水標)

지하수 개발의 명암(明暗)

• 근대 이후에는 서구의 토목건축 기술을 바탕으로, 하천 등 지표수가 부족한 곳에서 물을 확보하기 위하여 지하수가 개발되기 시작
  • 땅속은 물이 잘 통하는 투수지층과 그렇지 못한 불투수 지층이 조화를 이루는데, 지하수는 이 불투수 지층에 정체된 물을 지칭

    BC 3000년경 중국의 황하 근처에서 황토층을 깊게 굴착하여 지하수를 이용한 유적이 남아 있으며, 5세기경에는 착정기와 시추기도 개발되어 사용

  • 지하수를 통해 하천 등 수계로부터 멀리 떨어진 곳에도 쉽게 물을 댈 수 있어 농업용수 확보에 획기적으로 기여
• 20세기 중반부터 본격 개발된 지하수는 우리나라의 농업용수 확보에 기여하였으나, 현재는 난개발로 인한 부작용이 발생
  • 우리나라에서는 1940년 일본이 군량미 확보 목적으로 「농업용수 개발 5개년 계획」을 수립한 것이 지하수 개발의 효시
  • 이후 70~80년대 농업 부흥기를 맞이하여, 집중적으로 지하수가 개발되어 농업용수를 확보하는데 기여

    현재 우리나라 연간 지하수량은 약 109억 톤이며, 이 중 38억 톤을 사용하는데, 이는 전체 농업용수 이용량의 11%에 해당

  • 2000년대 들어 무분별한 개발로 인한 지하수 고갈과 수질오염, 하천이 말라가는 등의 문제가 발생
    • 현재 사용 후 방치된 지하수공은 최소 13만공으로 추정되며 이를 통해 오염물질이 유입되는 등 환경오염이 심해지고 있음

      ’01년부터 방치된 지하수공 찾기 운동이 실시되어 현재까지 39,951개소가 처리

  우리나라 전체 수로의 길이는 얼마나 될까?

  우리나라 농업용 수로의 총 길이는 183천km로, 우리나라 도로의 총 길이인 104천km의 약 1.8배에 해당

21세기는 물의 시대

• 세계적으로 주변의 수자원들을 최대한 활용하여 물과 원천기술을 확보하려는 블루골드 러시(Blue Gold Rush)가 치열
  • 고대부터 이용되어오던 가장 원초적인 자원인 빗물은 최근 많은 연구를 통해 안정적인 수자원으로 탈바꿈
  • 쓰고 버린 물, 하수처리수는 부족한 수자원을 보충할 수 있는 확실한 수단 중의 하나로 폐기물을 재활용한다는 장점도 존재
  • 하천처리수는 몇 가지 조건만 충족된다면 하천으로부터 음용도 가능한 높은 수질의 물을 천연적으로 얻을 수 있는 수단
  • 천연 수자원이 부족한 일부 국가들이 이용하던 물 확보수단에서 세계가 주목하는 수자원의 노다지로 탈바꿈한 해수담수화
  • 새로운 수자원 찾기보다 중요한, 물 사용방식의 체계화를 통한 효율 높은 첨단 물관리 기술

    이번 호에서는 물 관리 기술에 한정하여 기술하고 가뭄에 견디는 작물, 가축 등은 추후 본지를 통해 다룰 예정

  

빗물 가장 경제적인 수자원

천상(天上)의 선물, 비(雨)

• 빗물은 가장 손쉽게 얻을 수 있으며, 물의 자연순환에 의해 발생하는, 예로부터 하늘의 선물로 여겨온 귀중한 수자원
  • 다른 수원(水源)과는 달리 하늘에서 떨어지는 빗물은 별도의 시설 등이 없이 공급되기 때문에 에너지 소비가 없는 것이 장점
  • 빗물을 저장하기 위한 별도의 시설은 필요하나 이후 유지․관리에 들어가는 비용이 거의 없음

    연간 약 1,276톤의 강수량 중 545억톤은 증발, 400억톤이 자연방류 되어 사용 가능한 양은 331억톤 수준으로 재활용은 도시홍수, 환경오염을 막는 효과도 존재

• 선진국에서는 빗물이용에 대해 체계적이고 과학적인 시스템을 도입하고 있으며 공공시설, 미개척지 등을 중심으로 활용
  • 독일의 경우 정화처리된 물을 분수, 시민공원 등에 쓰고 있으며, 호주는 주별로 편차는 있으나 빗물의 35～80%를 농업에 재활용
  • 하와이에서는 농업 등 음용수를 제외한 모든 부문에서 빗물을 활용하며 텍사스 등 건조지역에서도 빗물 이용도가 증가 추세

    이웃 일본에서도 빗물 재활용을 의무화하여 스미다시의 경우, 공공건물, 스모경기장, 소방용수, 공원 및 가정 화단관리용수로 재활용

  우리나라의 빗물 재활용

  우리나라의 재활용률은 선진국의 40%에 비해 낮은 26% 수준이나 공공시설, 대규모 주거단지 등을 중심으로 재활용 움직임이 활발해지는 추세

  서울 광진구의 스타시티는 받은 빗물을 정원, 공동화장실 등에 사용하여 지자체는 처리비용 절감, 입주민은 공공요금 절감의 윈윈효과가 발생

  레인시티(Rain city)를 표방한 수원은 공설운동장, 학교, 도청의 공공용수에, 전주는 시민공원, 수영장, 옥상정원에, 고성 공룡엑스포는 농촌체험장과 분수에 사용 중

하수처리수 폐기물처리와 수자원 확보

고정적인 물의 확보, 하수 처리수

• 생활하수 등을 재처리하는 하수처리장의 방류수는 용도에 맞도록 재처리할 경우, 환경오염 감소와 수자원 재활용의 일석이조 효과
  • 연중 안정적인 수량 확보가 가능하기 때문에 가뭄대책으로 유용하며 하수 중에 포함된 비료성분(질소, 인)의 재활용도 가능
  • 환경파괴 우려가 있는 댐 건설 등에 대한 부담을 줄일 수 있으며 지하시설화 및 공원부지 제공으로 지역사회 기여도도 상승

    과거에는 냄새로 인한 혐오기피시설이었으나 최근 시설을 지하에 설치하고 상부를 공원 또는 체험학습장으로 제공하여 지역민과의 윈윈에 성공

• 물부족이 심한 중동국가는 물론 이스라엘, 몰타, 그리고 미국, 호주에서는 하수처리수를 적극적으로 재활용
  • 물기근국가인 이집트, 이란, 요르단, 쿠웨이트, 모로코, 오만, 카타르, 시리아, 아랍에미리트 등은 70% 이상 재이용
  • 이스라엘, 몰타(Malta), 사이프러스(Cyprus)는 각각 83, 60, 100%의 높은 재이용률을 보이고 있으며, 70% 이상이 농업용수
    • 스페인, 이탈리아는 수자원의 69%(‘09), 이탈리아는 51%가 농업용수로 사용되었으며 재활용수도 76%, 58%를 농업에 이용

      네덜란드, 독일, 폴란드 등은 재활용수를 대부분 공업용수로 이용

  • 미국은 1912년 샌프란시스코에서 관개수 용도로 사용한 이래 재활용수 이용을 일반화하였으며 지하수 오염방지에도 이용
    • 캘리포니아는 농업용으로 46%, 관개용수로 21%를 사용하고 있으며 플로리다는 재활용수의 55%를 관개용수로 사용
  • 일본에서도 ’79년부터 도시 내의 업무용 화장실 세척용수로 재활용

강변여과수 먹는 물로도 가치있는 자원

토양이 여과한 깨끗한 물

• 강변에 강바닥보다 낮게 우물(지하 20~40m)을 파서 강물이 토양에 한번 여과된 물을 얻는 방식으로 수질, 안정된 수량 확보가 잇점
  • 하천의 물이 하천 바닥(河床) 또는 강변의 토양 속으로 침투되는 과정 중 자정(自淨)능력에 의해 여과된 물로 대표적인 보조수자원
    • 일시적인 가뭄에도 물을 얻을 수 있어 안정적인 물의 수급이 가능하며, 세균, 유해물질이 자연여과되어 깨끗한 것도 장점

      계절에 따른 수질 변화가 적어 정수처리 및 수질관리가 쉬운 반면 여과될 수 있는 토양퇴적층과 물이 고이는 불투수층이 필요하다는 조건이 존재

• 우리나라 뿐 아니라 독일, 네덜란드, 스위스, 프랑스 등 외국에서도 보조 수자원으로 사용하고 있는 방식으로 음용수원으로 주로 이용
  • 세느강변에 있는 크후와씨 취수장(프랑스)이 가장 크며, 독일, 오스트리아, 네덜란드 등에서도 일반적으로 이용

    독일 뒤셀도르프, 오스트리아 빈, 네덜란드 암스테르담 등이 대표적

  • 국내에서는 김해시(18만톤/일)와 창원시(6만톤/일) 등 낙동강 수계(水系)가 조건에 가장 잘 맞으며 한강 중상류에서도 개발

    한강과 낙동강 수계 등에서 349,500톤/일을 취수하여 사용(’08)

  수직형 집수정
  방사형 집수정

해수담수화(海水淡水化) 푸른 황금이라 불리는 무한자원

무한한 물의 원천, 바다

• 지구상에 존재하는 물의 97%는 바닷물로 하천이나 호수 등이 없어 민물이 부족한 국가에서는 바닷물을 담수화하여 사용
  • 중동의 사막지방에서도 바다와 면한 국가들이 있어 쉽게 접할 수 있는 수원
  • 자연계 내에서 바닷물이 물의 순환과정에 의해 담수로 바뀌나 인위적인 변환에는 막대한 비용, 특별한 기술과 시설이 필요
• 바닷물을 담수화하는 방법은 크게 열증류, 막분리의 2가지 방법이 있으며 현재는 열증류법에서 막분리법으로 시장이 이동
  • 열증류는 해수를 가열하여 수증기를 모아 이용하는 방법이며 막분리 법은 염을 투과시키지 않는 막을 이용하여 민물만 모으는 방식
    • 열증류법은 시설 등 초기 비용이 저렴하여 많이 이용하였으나 대규모의 시설이 필요하고 시간이 걸리는 것이 단점
    • 막분리법은 효율은 좋지만 설비비용이나 에너지비용이 높은 단점이 있었으나 최근 가격이 저렴해지면서 열증류시설을 대체
  • 세계 120여개 국가에서 바닷물을 담수화 하기 위해 11,000개의 설비가 운영되고 있으며, 중동국가 위주에서 미국, 호주 등으로 확산

  해수(海水)를 민물로 바꾸는 방법

  역삼투법이 가장 많이 활용되나 최근 효율이 높은 냉동법에 대한 연구가 집중

  역삼투법은 일부 가정용 정수기에 쓰이는 원리로 염을 통과시키지 않는 막에 강제로 바닷물을 통과시켜 민물을 얻는 방식

  냉동법은 남북극의 얼음, 빙하 등에는 염이 거의 없는 원리를 이용한 방법이며, 일부에서는 혈액투석의 원리를 이용한 투석법도 사용

첨단과학을 이용한 물관리 노력으로 얻어낸 자원

한 방울도 헛되이 쓰지 않는다

• 물이 부족한 국가에서 시작된 관수단계 관리기술이 현재는 공급 단계까지 포괄한 종합적인 재활용기술로 발전
  • 과거기술이 작물에 물을 주는 단계에 집중되어 있었다면 지금은 물을 저장하는 단계에서 관수된 물을 재활용하는 단계까지 발전
    • 물의 반복 이용을 위하여 수위 조절형 수문(水門)을 설치하여 담수량을 조절하고 필요시 펌프로 낮은 곳의 물을 끌어올려 사용

      과거의 스프링클러나 물방울관수 이외에 공급단계에서 배수로에 물을 가두게 되면 논에서 새는 물을 줄여서 필요한 물높이 유지가 쉬움

• 첨단 전자제어 기술을 이용, 취수에서 공급까지의 과정을 자동화 또는 원격화 하는 정밀관개 기법으로 물을 절감
  • 수분센서와 자동물꼬 등의 장치는 물이 필요할 때 자동으로 물을 공급하고, 충분한 양이 공급되면 자동으로 급수를 제한
    • 적정량의 농업용수만 사용함으로써 기존의 물관리에서 발생하는 방류수를 줄여 물을 절약하는 것이 가능

      한국농어촌공사에서 저수지, 양배수장, 수로 등에 원격측정 및 원격제어가 가능한 중앙감시제어식 물관리시스템 구축사업을 진행

  • 작물에 따라 농지에 공급하는데 필요한 물의 량을 조절가능하여, 불필요한 공급수의 손실을 크게 줄일 수 있음
  스프링클러
  자동물꼬
  중앙제어식 물관리시스템

물은 한정된 자원이라는 인식 변화가 요구

• 물은 우리 생명유지에 꼭 필요한 한정된 자산이자 농업에 없어서는 안 될 필수불가결한 자원
  • 우리나라 전체 수자원 이용량 중 47%가 농업용수로 활용되고 있으나 농업용수의 중요성에 대한 인식이 미흡
    • ‘물부족’은 식량안보와 직결되므로 다가오는 기후변화에 대비한 국가 차원의 대비가 중요
  • 농업인들이 지금보다 비싼 비용을 지불해도 물을 확보할 수 없는 시기가 올 것이라는 사실을 직시하도록 하는 활동도 필요

    2011년 이후 우리나라 농업용수는 매년 30억톤 이상 부족할 것으로 예측

  • 추후 물 확보에 소요될 비용과 환경 문제를 고려하여 물을 아끼고 효율적으로 사용하는 국민적 인식도 요구
    • OECD 국가 중 ‘물 스트레스 국가’이며 1인당 물 소비량이 세계 최상위권인 국가 (OECD 환경전망 2050 보고서, 2012)

      댐건설 등은 수자원 확보면에서는 중요하나 설치 및 유지비용이 막대하고, 주변 생태․환경 등에 대한 영향 등 여러 가지 제한요인이 존재

수자원의 확보와 효율적 이용을 위한 R&D 강화

• 새로운 수자원의 확보에서 소비에 이르는 모든 과정을 분석하여 단계별로 필요한 원천기술의 개발이 시급
  • 빗물, 쓰고 버린 물의 재활용, 바닷물 등 새로운 수자원의 다량 확보를 위한 기반기술 개발에 집중적인 투자가 필요

    대체수자원 1% 확보 시 농업용 저수지 462개(평균 용량 규모) 축조 효과

  • 양질의 수자원 확보 기술 이외에도 지속가능한 농업생산을 위한 전통지식의 발굴, 친환경농업 지원 기술들의 개발도 요구
  • 직접적인 수자원 관리 및 관개기술 이외에도 가뭄저항성 작물과 가축 개량, 물 절감형 재배 및 사양기술 연구에도 투자를 확대
• 새로운 대체 수자원 발굴로 세계 물 산업분야의 우위를 선점하여 기술을 수출하는 계기가 될 수 있도록 집중투자가 필요
  • 농업분야는 생산성 향상 및 물 절감 기술, 이화학분야는 수자원 확보 원천기술 등 산학연 공동연구 및 기업의 현장적용도 필요

    세계 시장점유율 1위의 해수담수화 플랜트 공급업체는 우리나라의 두산 인프라코어이나 실제 핵심기술이나 부품은 외국기술 의존도가 매우 높음

안정적 물 확보를 위한 정부차원의 노력 가속화

• 국내 상황에서는 환경보전, 수질오염 등의 이유로 양적 성장보다 이용 효율화와 대체 수자원의 발굴 등 질적 강화가 보다 중요
  • 선진국 대비 저렴한 상하수도 비용으로 인해 공공비용부담이 큰 분야이므로 수원확보에서 소비까지 아우르는 종합분석이 시급
    • 농식품부가 주관하고 농촌진흥청이 현황분석과 기술 개발을 담당하며, 해당 공사에서 현장에 적용하는 종합관리시스템 구축이 필요

      논 농사에서 발생하는 손실량이 전체 농업용수 손실량의 30~40%를 차지

  • 전국의 농업지역 중 물 부족지역을 등급화 하고 우선적으로 체계화하는 운영의 묘도 요구
    • 논용수의 효율적 관리를 위한 시설물의 현대화와 정밀관개를 위한 첨단시설화를 우선등급 지역에 집중 투자요
    • 댐, 저수지 등의 수원 위주로 관리하는 공급 위주의 체계인 현(現) 수자원 운영을 소비자 중심의 관리체계로 확대도 필요

그림으로 보는 농업

• 2025년 세계 물 부족 예상도