코로나 19 시대를 분기점으로 인류는 새로운 문명을 맞이해야 될 것이다. 코로나 19 발발의 근원적 문제는 도시의 인구증가나 기후 변화로 인한 야생동물 서식처 파괴와 생물다양성의 감소에 기인한다. 생물서식처에서 물은 핵심요소이다. 물순환 변형이나 수질오염은 생태계와 인류를 심각하게 파괴할 것으로 예상된다. 물환경복원의 최고 권위자 변찬우교수는 제천 현장에서 몇 년째 흙먼지 속에서 물환경복원 관련 일을 직접 진행해 왔다. 변찬우 교수가 제천시에서 물환경 복원 관련하여 5번째로 정립한 비점오염(도시, 농촌, 산업) 저감 인공습지를 중심으로 자연생태계와 인간 공존의 희망을 찾아본다.
Q. 우선 비점오염원이 무엇인지요? 비점처리용 인공습지가 기존의 공학 기술을 한 단계 뛰어 넘어야 성공할 수 있다고 한 것에 대해 말해주세요.
A. 수질 오염원의 근원지 및 경로가 불특정한 것을 비점오염원(non-point source pollution)이라고 합니다. 비점오염원은 현재 우리나라 하천 수질오염과 생태계 파괴의 주원인이 되고 있습니다. 비점오염원은 비올 때 초기 빗물에 씻겨 불특정한 배출경로를 통해 하천으로 유입되는 수질오염물질로 구성됩니다. 이 오염물질 중에는 유기물, 영양염류는 물론 중금속, 살충제, 게다가 최근 코로나 19의 주원인이 되는 바이러스와 같은 병원균들도 포함됩니다. 환경부에서는 그간 지천의 오염으로 상수원의 수질이 위협받자 비점오염원 관리를 위해 관련규정을 강화하고 장치형 구조물들을 활용했으나 대부분 성공하지 못했습니다. 비점처리는 그간 특정 오염원 중심으로 장치나 약품 등으로 폐수처리 문제해결을 해 왔던 건설이나 환경공학 기술에서 접근하면 실패할 수밖에 없었습니다. 그 이후, 비점처리 방식을 자연형으로 유도하게 되었습니다. 하지만, 자연형의 비점처리시설의 최고가치는 인공습지 조성인데, 이 또한 많은 장점이 있음에도 불구하고 성공시키기 매우 어려운 영역입니다.
<그림>
왜냐하면 <그림 1>의 모식도에서, 상단의 A.에서처럼 비점처리 인공습지와 같은 생태복원방안은 기존의 건설 및 환경 공학적 접근만으로는 성공할 수 없기 때문입니다. 소위 B.에서처럼 기존의 기술을 아우르면서도 생태학을 융합한 생태공학적 접근을 해야 하기 때문입니다. <그림 1>의 A, B 두 가지 접근은 모두 인간에게 편익을 제공합니다. 하지만, 통상 A의 기존의 공학기술은 화석연료 에너지를 쓰는 방식입니다. 반면, B의 생태공학 기술은 화석연료 에너지 사용을 최소한으로 줄이고, 자연생태계 스스로 조절하게 하는 자기설계복원(self-design restoration) 방식을 취하기 때문입니다. 결국, 기존의 건설 및 환경기술을 뛰어넘어 대상지 마다 다른 생태환경적 문제를 고려한 생태공학적 접근-계획, 설계, 시공, 유지관리 모니터링 등의 일련의 조성과 관리 과정-을 해야 성공할 수 있는 영역이 비점처리 인공습지라고 할 수 있습니다.
Q. 교수님은 제천시에서 특허(신기술)들이 선정된 이후 에코디자인과 생태공학을 통해 국내 최대규모의 도시, 농촌, 산업 비점처리 인공습지를 연차적으로 조성해 오셨습니다. 이들을 교수님 의도에 맞게 생태공학적 특성에 따라 유지, 관리할 경우, 제천시는 물환경복원 사업의 메카가 되는건가요?
A. 그렇습니다. 비점처리 인공습지의 생태공학적 조성과 유지관리를 잘 수행할 경우, 자연치유도시를 표방해온 제천시는 물환경복원사업의 명소화는 물론, 친환경 산업의 메카로서 지역가치를 크게 향상시킬 수 있을 것입니다. 주된 내용은 다음과 같습니다.
우선, 제천시는 대규모 국책사업을 통해 다음 세 가지 특성인 도시, 농촌, 산업 비점처리용 인공습지를 성공적으로 추진한 국내 유일의 지자체이기 때문입니다. 첫째, 도시비점처리용 생태적수질정화비오톱(SSB) 인공습지가 제천시 영천동에 2018년 11월에 준공되어 있습니다. 제천 도심의 주거, 상업 용지 등과 도로 등 에서 배출되는 도시 비점 저감용 인공습지는 제가 2013년에 영천동에 설계하여 2018년 11월 복원공사를 준공하였습니다. 둘째, 제천의 금성면에 2020년 11월에 조성된 생태적수질정화비오톱(SSB)습지는 농약, 살충제, 가축분뇨에서 배출되는 농촌비점저감 인공습지입니다. 이는 공법심의에서 당선된 이후 2018년경부터 설계 및 시공을 진행하여 작년 말에 복원공사를 준공하였으나, 현재 3~4개월간 생태환경적 유지관리를 하지 못하고 있는 상태입니다. 셋째, 산업 비점처리용 생태적수질정화비오톱(SSB)습지로서 산업용지나 공단 주변에서 배출되는 비점처리용 인공습지입니다. 이는 2020년 8월 특허공법심의 후 당선되어 현재 설계마무리 단계에 있습니다. 다만, 세 가지 인공습지 조성 과정과 유지관리 방안에 대해, 앞서 강조한대로 생태환경 공학적 접근이 되도록 해야 제천시는 물환경 복원산업의 지역적 가치를 높일 수 있을 것입니다.
두 번째, 위의 세가지 비점처리 인공습지는 모두 그 기능면에서 검증된 생태적 수질정화비오톱을 적용함으로써 첫째, 훼손된 대상지의 생태계 복원, 둘째, 비점오염을 생태적으로 수질 정화, 셋째, 사람들에게 자연치유의 명품 휴게 공간을 제공이라는 1석 3조의 목적을 달성할 수 있기 때문입니다. 이미 조성하여 운영 중인 제천시 영천도시비점 인공습지의 예를 들어 보겠습니다. 그 모니터링 결과 국제적으로 가장 권위가 있는 SCI급 논문인 Ecological Engineering에 게재되어 그 생태환경적 기능이 국제적 수준에서 입증되었습니다.(Chan-Woo Byeon, An assessment of the ecological functions of a sustainable structured wetland biotope(SSB), Ecological Engineering 145(2020) 105723). 2020년 동물상 모니터링결과, 습지를 포함한 주변지역의 어류는 수질 1급수 지표종인 버들치 등 총 4과 7종 84개체가 조사되었으며, 조류는 총 13과 19종, 양서류는 3과 4종, 파충류는 2과 3종, 육상곤충류는 23과 36종, 저서성 대형무척추동물은 14과 16종이 관찰되었습니다. 특히 천연기념물 330호인 수달과 1,2급수의 유수생태계에서 서식하는 어류가 창출적으로 복원이 되었습니다. 특히 수달은 인근 주민을 통해 자주 목격되고 있습니다. 2020년 식물상 조사결과 식재종은 6과 9종으로 안정적으로 군락을 형성하고 있으며, 하천생태계의 생산자 역할이 효율적으로 이루어지고 있습니다. 셋째, 코로나 19시대에 맞게 많은 지역 주민의 산책 등 산책 명품공간으로 활용되고 있습니다.
Q. 코로나19와 기후변화 위기시대에 비점오염원 인공습지의 가치를 주목해야하는 이유는?
A. 첫번째, 비점처리용 생태적 수질정화 인공습지시설의 가치는 코로나19시대를 살아가는 우리에게 앞으로 더욱 커질 것으로 판단됩니다. 코로나19 발발의 가장 중요한 문제는 야생동물 서식처의 급격한 감소와 생물다양성이 줄어드는 현상에 기인한 것이라고 볼 수 있습니다. 이런 상황에서 생물다양성을 높이면서도 수처리 능력을 높여주는 것이 생태적 수질정화 인공습지입니다. 인구의 증가에 따른 산업화 및 도시화 현상은 생물의 서식처를 박탈함으로써 생물 다양성 감소하고 있습니다. 이러한 실정에서 인간의 삶을 지켜주는 비점오염저감시설은 매우 중요한 의의를 갖고 있습니다. 특히 수질오염의 주 원인이 되고 있는 비점오염원에 들어있는 유기물, 영양염류는 물론, 바이러스 등의 병원균이나 중금속 까지도 자연생태적으로 정화하면서도 생물 서식처를 조성하는 비점처리 인공습지야 말로 코로나 19시대에 가장 절실한 사업이라고 봅니다.
두 번째, 최근 세계적으로 가장 영향력 있는 경영인, 기업인, 미래학자들 조차도 공통적으로 지적하는 인류의 공포는 기후변화, 특히 물환경 문제이기 때문입니다. 환경운동과는 거리가 먼 빌게이츠도 이미 코로나19를 예견하였는데, 이보다 더욱 큰 지구적 환경재앙이 기후변화로 인해 곧 닥칠 것으로 예상하고 있습니다. 최근 미국 유펜(University of Pennsylvania)의 경영대학원인 와튼스쿨의 마우로 기옌(Mauro F. Guillen) 교수는 세계의 부와 권력의 흐름을 보여주는 그의 강연에서 코로나19 펜데믹 온라인 강좌와 그의 저서 「축의 전환」 등 에서는, 2030년에는 전세계의 도시거주 인구 비율은 60%에 달할 것으로 예견 했습니다. 무분별한 도시 개발로 인한 기후변화와 자연공간의 훼손과 물 문제와 및 생물다양성의 감소로 인한 여러 가지 문제를 우려하고 있습니다. 이미 이러한 충격은 최근의 코로나 19의 펜데믹 현상을 불러 일으켰고 이는 향후 기후변화 등으로 파괴적이고 지속적으로 일어날 수 있는 문제라고 대부분의 전문가들은 예측하고 있습니다. 이러한 배경에서 특히, 인간이 오염시킨 물을 생태적으로 정화할 뿐만 아니라 다양한 생물 서식처를 제공해 줌으로써 코로나 바이러스의 예방은 물론 간접적 차원에서는 치유의 공간은 주요 모든 산업의 근간이 될 것으로 봅니다.
Q. 앞서 소개한 마우로 기옌 교수가 재직한 미국의 유펜(University of Pennsylvania)대학원에서 교수님은 1990년대 초반에 세계적인 생태계획가인 고 멕하그 교수께 배웠다고 들었습니다. 시대를 앞서간 멕하그 교수는 어떤 분이셨고, 그 제자로서 변 교수님이 해온 일은 어떤 차이가 있나요?
A. 지금부터 30여년전, 1991년도에 생태계획이론의 세계적 권위자인 고 이안 멕하그(Ian Mcharg)교수가 진행했던 유펜 대학원 석사학위 과정을 들었습니다. 당시 학위는 생태나 조경관련 전문석사학위 프로그램이었지만, 어떤 학과나 학문도 경계를 자유롭게 넘나드는 융복합적 수업이었습니다. 멕하그 교수는 가히 당대 최고의 융복합적 교육을 생태계획을 통해 창설하고 진행하였습니다. 건축가, 조경가, 도시설계사, 토목공학자와, 기상학자, 수문학자, 식물생태학자, 동물행태분석가, 지질학자, 토양학자와 인류학자, 심리학자, 예술가, 디자이너들과 적지분석하는 최초의 GIS 프로그래머들까지 불러모아 관련 지식을 최고의 전문가들에게 배우고, 배운 지식을 동원하여 특정지역을 생태계획하는 스튜디오를 멕하그교수가 직접 코디하며 가르쳤습니다. 이 경험은 제가 2013년에 국내최초로 상명대(서울캠퍼스)의 대학원 과정에서 융합생태환경공학과 창설이라든가, 현재까지 물환경복원 시 여러 분야들을 넘나들 수 있는 원동력이 되기도 하였습니다.
질문을 받고 약 30여 년 전 유학시절을 회고해보니, 당시 저는 멕하그 교수와 차별화된 문제의식이 있었던 것으로 기억됩니다. 당시 제가 멕하그 교수께 했던 첫번째 항의는, 미국 등 서구에서 개발된 과학적 생태계획을 모든 지역에 동일하게 적용해서는 안되며, 동양에서도 우리풍토에 맞게 개발되어야한다는 아쉬움이었습니다. 그래서 저는 각 지역 고유한 생태환경특성에 맞도록 적용할 수 있도록 생태환경적 뿌리를 찾아야겠다는 생각이 들었습니다. 그래서 저는 한·일 정부(한국과학재단과 일본학술진흥재단)에서 우수과학자를 지원하는 박사학위 프로그램을 지원하게 되었고, 이것이 선정되어 동경농대의 신지이소야 총장 지도로 2001년2월에 박사학위 취득할 때까지 우리나라 한양이나 동경 등 각지역의 고유한 자연관, 생태관, 환경관을 비교연구 했습니다.
Q. 우리나라 물환경복원의 최고 권위자로서 변찬우 교수님이, 학자로서 편한 삶을 버리고 제천시의 공사현장에서 직접 공사지휘를 하신 이유를 이제 짐작이 갑니다. 30여년 전 미국 유학시절, 멕하그 교수께 던진 질문은 결국 한국인의 DNA를 가진 변 교수님 스스로에 대한 문제의식이셨네요. 결국, 교수님이 각 지역 풍토에 맞게 물환경 복원을 어떻게 실천해 오셨는지가 더욱 궁금해집니다.
A. 그런 셈이 되었네요. 실제적으로 설계와 시공, 그리고 유지관리 체계로 구체화 하여 이론과 실무를 정립하는 것이 멕하그 교수의 미국적 스케일에서 생태계획 이론을 설계 시공까지 연계하여 생태환경 분야를 더욱 실천적으로 발전시키는 방안이라고 생각되었습니다. 그래서 우리 풍토의 생태환경을 연구했던 박사 학위 후 현재에 이르기 까지 약 20여 년간, 저는 대학에서 연구와 실무를 병행하면서 물환경복원관련 계획, 설계, 복원시공, 유지관리 모니터링의 실무를 통합적으로 코디네이팅 해왔습니다. 대신 다루는 실천 영역은 멕하그 교수의 생태계획보다는 전공영역을 좁혀, 생태계의 핵심이 되는 물환경복원을 중심으로 깊게(수질환경까지 다루는) 방식으로 실무를 수행했습니다. 그러다 보니 하천, 수자원, 방재, 수질 환경, 상하수도, 토목, 생태환경, 생태복원, 조경, 건축, 도시 등의 물환경 관련 건설분야에서 우리 풍토에 맞게 물환경 복원의 5가지 유형을 개척, 정립 해왔습니다. 저의 물환경 복원의 마지막인 5번째 유형이 되는 비점처리 인공습지 복원은 그 유형 중에서도 가장 현장 중심적이고 중요한 가치가 있기에 대학에 휴직계를 내고 제천시 현장에서 복원 시공을 위해 ‘막일’까지 진행한 것입니다. 30여년 전 멕하그 교수에게 질문했던 두 가지 의문을 푸는 과정이 결국 우리나라의 뛰어난 자연과 선조들의 자연관에서 정립된 물환경복원 내용을 만들게 된 것 같습니다, 이러한 내용은 현재 한류를 사랑하는 개발도상국들의 좋은 모델이 될 것이며 기후 변화 시대에 비점처리 인공습지와 같이 물환경복원 만큼은 전 세계 어디나 응용할 수 있는 좋은 사례가 될 것으로 확신합니다.
Q6. 제천시 비점저감 인공습지의 도시, 농촌, 산업 비점시설의 국책사업 각각의 공법심의에서 탁월한 점수로 각각 당선되어 적용된 교수님이 개발한 원천기술 특징은 무엇인가요?
지표흐름형 비점처리 인공습지로써 유일하게 환경신기술(특허)로 검증된 원천기술이면서, 제가 지속적으로 설계와 복원 시공을 진행하여 우리나라 풍토에서 연구 개발한 생태적수질정화비오톱(SSB, Sustainable Structured wetland Biotop) 시스템을 설명 드리겠습니다. 생태적수질정화비오톱의 주요 구조는 침강저류지(forebay)와 습지와 연못의 다단계 셀(multi-cell), 침전지(micro-pool) 등 크게 3개의 영역으로 나뉩니다. 전반부에 위치한 침강저류지나 후반부의 침전지는 깊은 수심을 지닌 생태적 거점(ecological core)이 되며, 그 중간의 수심이 비교적 낮은 다단계 습지·연못 셀 구조 역시 다양한 생물들이 복원되는 생태적 거점이 됩니다. 이들 거점들은 모두 생태적으로 네트워크(ecological network)를 형성하여 풍부한 생물 서식처가 조성되면서, 목표종, 지표종, 향토종, 천연기념물, 멸종위기종 등이 복원되도록 각 대상지의 생태계(ecological system)에 맞게 에코 디자인 됩니다. 동시에 생태적수질정화비오톱의 수질오염원에 대한 처리 메카니즘은, 침강저류지에서 1차적으로 고형물질을 침전시키고 유속을 저하시켜 정수식물이 있는 습지 연못의 다단계 셀로 유입된 후 생태적으로 수질정화하는 다단계 셀 (multi-cell)의 기작을 가집니다. 각기 다른 하천, 저류지, 간척지 등에 적용될 경우, 각 각의 유량, 홍수위 등 수리수문학적 측면에 대한 안정적 기능을 고려하여 수생태계 복원과 수질정화기능을 갖게 됩니다. 즉, 각각의 수생태 환경 복원 목표와 각 대상지의 특성에 맞는 수생식물과 토양, 미생물, 동, 식물 등의 수생태계의 복원은 물론, 오염물의 침전, 흡수, 흡착, 분해 등의 기작을 통한 수질정화를 수행할 수 있다. 마지막 단계로는 고형물의 재부유를 방지하고, 용존산소(DO)를 높이는 침전지를 통과하여 방류됩니다.
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위의 특허(신기술)은 앞서 맨 앞의 인터뷰 내용에서 언급한대로 기존의 일반적 건설 방식으로 개발된 것이 아닙니다. 제가 직접 현장마다 다른 에코 디자인을 통해 수생태환경복원의 핵심 특허 공법을 중심으로 특정 대상지에 설계, 시공, 유지관리를 수행한 결과, 현장마다 다른 생태환경복원에 관한 정량적인 데이터를 모니터링 할 수 있었습니다. 이를 다시 다른 대상지에 적용하여, 지속적으로 더 나은 생태환경복원 기술을 만들어 가는 일련의 선순환 과정에서 만들어 진 것입니다. 이러한 과정을 통해 우리나라에 맞는 최고 기능의 생태환경복원 관련 시스템 특허와 국내 최초의 환경신기술(제 258호) 등의 원천기술을 개발할 수 있었습니다.
Q. 비점오염원 인공습지 유지, 관리시 유의사항은 무엇인가요?
A. 지표흐름형 인공습지로써 개발된 생태적수질정화비오톱은 먼저 앞서 강조한 생태공학(ecological engineering)적 이해가 바탕이 되어야하므로, 기존의 관행적 기술을 통한 관리로는 기능효율 관리에 있어 실패할 수밖에 없습니다. 훼손된 습지생태계의 생물서식기반 및 생물서식처를 복원할 수 있도록 대상지의 생태공학적특성인 수리, 수문, 토양, 식생, 미기후, 어류, 동물상 등에 대해 자연형성과정(natural process)의 접근에 대한 이론과 실무를 이해해야 올바른 유지관리가 될 수 있습니다. 다음은, 생태환경공학적 수처리효율을 도출할 수 있어야 합니다. 이는 생태환경공학적 접근을 통해 유입용량, 유속, 수리학적 체류시간, BOD 및 겨울철 처리효율, 배치 및 형태, 배수 및 수위, 식재밀도, 토양 등을 철저히 이해하고 이를 관리할 수 있어야 지속가능하고 높은 수처리효율이 도출됩니다. 따라서 자연형 비점처리 인공습지는 성공적 설계와 시공도 어렵지만, 유지관리 역시 생태환경적으로 진행해야 기능과 효율이 지속적으로 도출될 수 있기에 생태적 수질정화 비오톱의 안정적 처리효율이 도출 될 때까지만이라도 반드시 특허권(신기술)자가 생태·환경적 모니터링을 통한 지속적인 관리를 할 수 있도록 해야 합니다. 사업의 전문성이 없는 공무원일수록 기존의 환경기술이 무엇이고 본 사업은 무엇이 다른지 판단을 하지 못합니다. 문제가 되어도 기능과 효율에 대한 부분이니 당장 겉으로 드러나지 않으므로, 무책임하게 관행을 따르면서 100억 전후를 들여 만든 비점처리 인공습지를 점차망가지게 하는 안타까운 경우가 있습니다. 결국 생태환경적 기능 문제로 국비사업의 원래 취지가 벗어난 문제와 지역주민들이 가까이 하기 싫은 혐오시설로 전락하는 경우를 겪을 때마다 매우 안타깝습니다.
10여년 전에 생태적수질정화비오톱 인공습지를 조성하여, 관행적인 관리를 잠시 수행하려다가 초기에는 혐오시설이 될 뻔하다가, 시장과 시민이 나서서 생태환경공학적으로 관리하게되어 10여년 이상 시의 8경 명소로 자리매김한 G시 경우를 예시하면서 인터뷰를 마치겠습니다. G시 사례의 경우, 아래<그림> 좌측 그림에서 보듯이 2009년 생태·환경적 모니터링 없이 관행적으로 유지관리하려다가, 생태환경공학적인 방식으로 유지관리 함으로써 <그림>우측의 사진처럼 지역의 명소로 자리잡게 되었습니다. 유지관리 초기에 통상의 일반적인 관리 방식으로 관리하자 녹조 및 악취 발생, 수질악화, 생태계 및 경관미 훼손 등 많은 문제점이 야기되었습니다. 이를 해결하기 위해 당시 시장 및 주민들과 지역의 여론에 의해 문제점을 인식하고, 다시금 생태환경적인 모니터링을 통한 생태환경 시스템 특허에 맞는 유지관리를 해야한다는 중론이 일었습니다. 그 결과, 유입유량 및 수질변동 등 기존에 일반적으로 예측하기 어려운 문제를 특허권(신기술)자의 생태·환경적 모니터링을 통해 초기 관리 때의 심각한 문제를 해결하고 나서, 지속성 있는 생태복원 및 수질정화는 물론, 친수·경관과 연계된 관리가 되도록 했습니다. 이에 2009년 3월부터 2020년 현재까지 생태·환경공학적 모니터링을 통한 특허권(신기술)자의 지시에 따라 수행된 생태환경적 유지관리로 인해 북미의 처리효율보다 10배 이상 높은 안정적인 수처리 효율이 도출 되어 왔으며, 다양한 생물종이 복원이 진행되었습니다. 그 결과 조성후 생태환경적으로 안정화 된 때부터 11년이 지난 지금은 오히려 G시에서 일반적인 유지관리를 하게끔 이관하고자 하나, 오히려 계속 유지관리를 계속 요청하는 실정입니다. 처리습지의 특수성과 전문성을 존중하는 현명한 G시 공무원의 중요한 판단과 의지로 인해, 2009년 관리 이후 본 처리 습지와 그 주변 지역을 도시의 명소8경으로 지정하게 되었습니다.
