기후재난리포트12 ② 홍수 | 수문학(水文學)의 경고, 폭우 앞에 단일 해법은 없다

2025-07-03 김복연 기자

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수문학은 도시 물 순환 복원을 위한 분산형 관리 방식을 제안하며, 지역 특성을 고려한 저영향개발과 그린 인프라 설계의 중요성을 강조한다.

물의 순환, 지구 생태계의 생명줄

폭우시 토지 피복 차이에 따른 물 순환의 차이 비교. 사진 필라델피아수도국

지구 표면의 물은 끊임없이 움직인다. 바다에서 증발한 수증기는 구름을 만들어 강수로 내리고, 빗물은 땅에 스며들거나 하천으로 흘러가며 결국 다시 바다로 돌아간다. 증발산은 기후를 조절하고, 침투는 지하수를 재충전하며, 하천은 영양염류를 옮겨 생태계를 유지한다. 이 단순해 보이는 순환이야말로 지구 생태계의 생명줄이다. 당연한 원리가 지워지고 개발 논리가 앞세워지자 물의 순환 논리도 지워졌다. 

한국의 집중호우와 물 부족의 딜레마

특히 한국은 계절적으로 비가 편중돼 있다. 연간 강우량의 절반 이상이 여름철 6~8월에 집중되는데, 기후변화로 이 집중도가 더 심해지고 있다. 최근 몇 년간 매년 역대 최고 기록의 폭우가 쏟아졌고, 지역별 편차도 커졌다. 한쪽은 가뭄인데 다른 쪽은 극한호우가 발생하고, 시간당 100㎜ 넘는 국지성 폭우가 흔해졌다. 이렇게 한꺼번에 내린 비는 대부분 하천을 타고 바다로 흘러가 버리고, 정작 가뭄기에는 쓸 물이 부족하다.

그레이 인프라의 한계

이런 구조적 문제를 해결하기 위해 한국에서는 오랫동안 댐과 하수관, 저류조 같은 그레이 인프라에 의존해 왔다. 댐을 지어 빗물을 저장하고, 도시에서는 배수관으로 빠르게 흘려보내는 방식이다. 하지만 이 방식은 시설 규모가 커질수록 비용이 기하급수적으로 늘어나며, 설계 기준을 초과하는 극한강우에는 무력하다. 

수문학의 정의와 역사적 발전

유네스코 IHP (Intergovernmental Hydrological Programme), 정부간 수문학 프로그램. 사진 유네스코

수문학(hydrology)은 물 문제, 물 순환을 연구하는 과학이다. 강수, 침투, 유출, 증발, 저류, 지하수 흐름, 유역 스케일의 거동을 체계적으로 이해하려고 한다. 자연의 복잡한 과정을 관측하고 수식화하며, 모형으로 단순화해 예측하는 데까지 나아간다.

수문학의 뿌리는 고대 문명에서 찾아볼 수 있다. 메소포타미아, 이집트, 인더스, 황하 문명 모두 물길을 관리하고 농업을 가능하게 하는 지식이 곧 생존이었다. 현대적 의미의 수문학은 19세기와 20세기 들어서야 본격적으로 과학화됐다. 강우-유출 관계와 침투를 모델화하고 학문적 체계를 통한 실무 설계 지침이 제시된 것도 이 시기다. 

20세기 중반 이후 수문학은 점차 확률론, 시스템이론, 컴퓨터 시뮬레이션을 도입하면서 복잡한 유역 거동을 예측할 수 있게 되었다. 수문학이 기술적인 역량에만 의존한 것은 아니다. 기후위기와 맞물리며 변화되는 물의 흐름이 예측하기 어려워질 수록 수문학은 관점을 바꾸고 물 순환이라는 원리를 재조명한다.

도시화가 만든 새로운 물 문제

수문학적 지식이 도시에서 본격적으로 필요해진 것은 도시화의 속도가 기하급수적으로 빨라지면서였다. 도시 수문학(Urban Hydrology)은 도시화가 물 순환을 어떻게 바꾸는지 이해하고, 이를 관리하는 방법을 연구하는 분야로 발전했다. 도시화가 진행되면 토양과 식생이 사라지고 불투수면이 늘어난다. 빗물은 스며들지 못하고 표면을 빠르게 흘러간다. 자연 상태라면 빗물의 상당 부분이 땅속으로 침투하거나 식생 증발산으로 대기로 되돌아가지만, 도시에서는 이런 경로가 차단된다. 그 결과 빗물은 빠르고 대량으로 하수관을 통해 하천으로 흘러간다. 이 과정에서 도로의 오염물질을 한꺼번에 쓸어내려 수질을 악화시키고, 집중호우 때는 배수 용량을 초과해 도심 침수를 유발한다.

이 때문에 도시 수문학의 주요 연구 분야는 단순한 배수 용량 설계가 아니다. 강수-유출 관계를 도시 불투수면 비율과 결합해 해석하고, 극한강우의 통계적 특성을 분석하고, 분포형 모델을 통한 유역 스케일의 시뮬레이션, 관로 설계와 저류지 배치를 최적화하고, 오염물질 이동을 예측하고, 기후변화 시나리오를 반영한 설계, 그리고 강우빈도의 재검토, 저영향개발(LID)·그린 인프라 설계 효과 평가까지 구체적이고 체계적이다.

도시 수문학의 연구와 설계 과제

전 세계적으로 겪고 있는 홍수 재난의  대비책이  저영향개발(Low Impact Development, LID)과 그린 인프라(Green Infrastructure)로 방향을 선회한 데는 학문적 지지도 한 몫을 한다. 수문학은 지금의 폭우 앞에 단일한 해법은 없다고 경고한다. 수문학이 강조하는 것은 물 관리에 있어서 중앙집중적인 대형 시설에만 의존하기보다, 각 지역의 지형과 토양, 기후 조건을 고려해 물이 머물고 스며드는 공간을 분산적으로 설계하는 것이다. 분산형 관리 방식은 지역마다 다른 위험과 필요를 반영하고, 극단적인 폭우에도 유연하게 대응할 수 있는 여지를 남긴다. 결국 수문학이 제시하는 해법은 물을 단순히 빠르게 처리할 문제가 아니라, 지역마다 적합한 방식으로 순환을 복원하여 인간 삶의 주요한 전제로 남기는 것이다.