이 글의 목적은 산업시설·발전소·하수처리시설 등에서 발생하는 방류수의 수온이 하천·호소·해역에 미치는 영향을 정량적으로 평가하는 방법을 체계적으로 정리하여, 인허가 협의·환경영향평가·사후관리 단계에서 실무자가 바로 활용할 수 있도록 돕는 것이다.
1. 방류수 수온 영향평가가 중요한 이유
방류수 수온 영향평가는 단순히 “몇 도까지 배출 가능한가”를 확인하는 절차가 아니라, 수온 상승으로 인한 수생태계 교란과 열오염(thermal pollution)을 예방하기 위한 핵심 도구이다.
수온은 수질·생태계에 다음과 같은 직접적인 영향을 미친다.
- 용존산소(DO) 용해도 감소: 수온이 10℃ 상승하면 포화 DO가 약 20~30%까지 감소할 수 있어 어류·무척추동물 스트레스가 급격히 증가한다.
- 대사·호흡 속도 증가: 대부분 수생생물의 대사율은 온도에 따라 지수적으로 증가하여, 동일한 DO 조건에서도 고수온에서 산소 부족 위험이 커진다.
- 종 조성 변화: 냉수성 어종·저서동물은 사라지고, 고수온에 강한 종 위주로 생태계가 단순화될 수 있다.
- 조류 번무·저층 빈산소: 고수온·영양염이 결합되면 조류 대발생, 저층 빈산소·내부 부영양화가 촉진된다.
우리나라 법체계에서는 수온을 일반적으로 “수질 및 수생태계 환경기준” 및 “방류수 수질기준 체계” 안에서 다루며, 대규모 온배수(발전소 냉각수 등)는 별도의 환경영향평가, 협의조건, 해양공간계획 등을 통해 관리하는 경우가 많다. 실무에서는 다음 세 가지 관점에서 수온 영향평가를 수행하는 것이 일반적이다.
- 수역별 환경기준·관리목표(예: 상수원 수역, 어장·해수욕장 인접 해역 등) 충족 여부
- 수온 상승 허용범위(ΔT) 및 최대 수온 기준 충족 여부
- 영향범위(혼합구역, thermal plume)가 생태·어업·취수 등 민감 이용에 미치는 영향
주의 : 방류수 수온 기준은 법령의 일반적인 온도 기준, 개별 인허가 조건, 유역·해역별 관리계획에 따라 달라질 수 있다. 하나의 숫자를 “전국 공통 기준”으로 단정하지 말고, 반드시 해당 사업의 인허가서·협의의견·관할 지자체 세부지침을 함께 확인해야 한다.
2. 방류수 수온 영향평가의 기본 개념
2.1 수온 영향평가의 정의
방류수 수온 영향평가란, 특정 온도(및 유량)를 가진 방류수가 하천·호소·해역과 혼합되었을 때 수용수역의 수온이 얼마나 변화하는지, 그 결과가 법적 기준·관리목표·생태학적 허용범위를 만족하는지 정량적으로 판단하는 절차이다.
평가 대상은 보통 다음과 같이 구분한다.
- 하·폐수처리시설, 공장 폐수: 방류수 수온이 높거나 계절에 따라 크게 변동되는 경우
- 발전소·대규모 냉각수: 이른바 온배수로, 유량이 매우 크고 ΔT가 수℃ 이상인 경우
- 중수도·재이용수: 여름철 고수온기에 수온 영향이 커질 수 있는 재이용 방류수
2.2 핵심 파라미터 정리
수온 영향평가에서 가장 자주 사용하는 핵심 변수는 다음과 같다.
| 항목 | 기호 | 단위 | 설명 |
|---|---|---|---|
| 상류(배경) 유량 | Qw | m³/s | 하천·수역으로 유입되는 자연 유량 또는 배경 유량 |
| 상류(배경) 수온 | Tw | ℃ | 방류 영향이 없는 상태의 수온(측정 또는 장기 통계) |
| 방류수 유량 | Qd | m³/s | 시설에서 배출되는 방류수 유량(설계·운전 조건) |
| 방류수 수온 | Td | ℃ | 방류구 직상 또는 배출관 끝에서의 수온 |
| 혼합 후 수온 | TR | ℃ | 하천·수역과 방류수가 혼합된 후의 결과 수온 |
| 허용 수온(기준) | Tlimit | ℃ | 법적 기준, 관리목표 또는 생태학적 허용 수온 |
| 허용 온도차 | ΔTallow | ℃ | 배경수온 대비 허용 가능한 수온 상승폭(예: +2℃, +3℃, +5℃ 등) |
| 열부하 | H | kcal/s 또는 kW | 방류수가 수역에 부가하는 열에너지량 |
3. 혼합 수온 산정의 기본식과 예시
3.1 단순 혼합식(질량평형식)
가장 기본적인 수온 영향평가 방법은 “질량평형에 기반한 단순 혼합식”이다. 방류 구간에서 수온 외의 열손실·획득(복사, 기화, 대류 등)이 상대적으로 작다고 가정하면 혼합 후 수온 TR은 다음과 같이 계산한다.
T_R = (Q_w * T_w + Q_d * T_d) / (Q_w + Q_d) 여기서 Q와 T는 앞 표에서 정의한 값이다. 이 식은 하천·수로 단면에서 방류수가 횡단 방향으로 충분히 혼합되었다는 가정을 포함한다.
3.2 수치 예시(하천 방류)
다음과 같은 조건을 가정한다.
- 상류 하천 유량 Qw = 5.0 m³/s
- 상류 수온 Tw = 20.0℃
- 방류수 유량 Qd = 0.5 m³/s
- 방류수 수온 Td = 35.0℃
혼합 수온은 다음과 같이 계산한다.
T_R = (5.0 * 20.0 + 0.5 * 35.0) / (5.0 + 0.5) = (100.0 + 17.5) / 5.5 ≈ 21.36 ℃ 이 경우 수온 상승폭(ΔT)은 다음과 같다.
ΔT = T_R - T_w ≈ 21.36 - 20.0 = 1.36 ℃ 즉, 방류수 온도는 상류보다 15℃ 높지만, 유량 비율이 작기 때문에 실제 하천의 결과 수온 상승은 약 1.4℃ 수준에 그친다.
주의 : 단순 혼합식은 “단면 전체가 즉시 혼합된다”는 이상적인 가정에 기반한다. 실무에서는 방류구 인근의 국소 고수온대, 횡단 방향 수온 편차, 수심 방향 성층 등이 실제로 존재할 수 있으므로, 중요 사업의 경우에는 2D/3D 수치모델과 현장 조사를 병행하는 것이 바람직하다.
3.3 허용 방류수 수온 역산
허용 수온 Tlimit이 주어졌을 때, “방류수는 몇 ℃까지 허용되는가?”를 역산할 수 있다. 단순 혼합식을 Td에 대해 정리하면 다음과 같다.
T_R = (Q_w * T_w + Q_d * T_d) / (Q_w + Q_d)
-> Q_d * T_d = T_R * (Q_w + Q_d) - Q_w * T_w
-> T_d = [T_R * (Q_w + Q_d) - Q_w * T_w] / Q_d
허용기준을 적용할 때는 TR에 Tlimit 또는 (Tw + ΔTallow)를 대입하여 계산한다.
- 절대 기준 방식: TR ≤ Tlimit
- 온도차 기준 방식: TR ≤ Tw + ΔTallow
3.4 열부하(Heat Load) 개념
열부하는 방류를 통해 수역에 투입되는 열에너지량으로, 다음과 같이 근사할 수 있다.
H ≈ Q_d * ρ * C_p * (T_d - T_ref)
여기서,
H : 열부하 (kcal/s 또는 kW)
Q_d : 방류수 유량 (m³/s)
ρ : 물의 밀도 (약 1,000 kg/m³)
C_p : 비열 (물 기준 약 1 kcal/kg·℃ ≈ 4.186 kJ/kg·℃)
T_d : 방류수 수온 (℃)
T_ref : 기준 수온(주로 배경수온 T_w 또는 특정 기준값)
열부하 개념은 “유량과 수온을 함께 고려한 총 열오염 정도”를 나타내며, 총량 규제 또는 여러 방류구의 누적효과를 평가할 때 유용하다.
4. 수온 영향평가 절차(실무 흐름)
4.1 단계별 개요
실무에서 적용 가능한 수온 영향평가 절차를 단계별로 정리하면 다음과 같다.
| 단계 | 주요 작업 | 주요 산출물 |
|---|---|---|
| 1단계. 기초자료 조사 | 유량·수온·수질 장기자료, 생태조사 결과, 인허가 조건·계획기준 조사 | 기초자료 목록, 기준·목표 요약표 |
| 2단계. 설계조건 설정 | 갈수기·평수기·풍수기 유량, worst-case 수온, 운영 시나리오 정의 | 평가 시나리오(조합표), 설계조건 정리서 |
| 3단계. 산정방법 선택 | 단순 혼합식, 1D/2D/3D 수치모델, 상자형 모델 등 선택·설계 | 분석 방법론 메모, 모델 구성안 |
| 4단계. 수온 산정 | 시나리오별 혼합 수온, 공간분포, 시간변동 산정 | 수온 결과표, 등수온선도, 단면도 |
| 5단계. 기준·생태 영향 평가 | 기준·관리목표 준수 여부, 민감 생물·이용(어장·취수장) 영향 검토 | 적합성 평가표, 영향요약 도면 |
| 6단계. 저감대책·관리방안 제시 | 배출온도 저감, 유량조절, 방류구 위치·형식 개선, 운전관리방안 도출 | 저감대책 리스트, 단계별 실행계획 |
4.2 갈수기·고수온기 고려
수온 영향평가에서 가장 보수적으로 봐야 하는 조건은 “갈수기 + 고수온기” 조합이다. 하천 유량이 작고 기온·일사량이 높은 여름철에는 다음과 같은 조건이 동시에 발생할 수 있다.
- 배경 수온 자체가 이미 높음(예: 25~30℃)
- 유량이 작아 방류수의 상대 비율(Qd/(Qw+Qd))이 증가
- 용존산소 감소, 생물 스트레스 증가
따라서 시나리오 설정 시에는 “연평균”보다는 “고수온 극값(예: 가장 더운 연속 3일 평균, 7일 평균)” 기준으로 보는 것이 일반적이다.
주의 : 갈수기 유량을 실제보다 낙관적으로 크게 잡으면 혼합 수온이 과소평가되어 인허가 후 민원·생태피해로 이어질 수 있다. 유역 유량통계(저유량 빈도곡선 등)를 활용해 적절히 보수적인 설계유량을 선정하는 것이 중요하다.
5. 하천·호소 방류수 수온 영향평가
5.1 혼합구역 개념
하천·호소에서 방류수는 방류구 주변에서 국지적인 고수온 플룸(plume)을 형성한 뒤, 점차 주변수와 혼합되면서 온도차가 줄어든다. 실무에서는 다음 두 구역을 구분한다.
- 초기 혼합구역(near-field mixing zone): 방류구 주변, 고수온·고속 유동, 수온이 기준을 일시적으로 초과할 수 있으나 공간적으로 좁은 구역
- 완전 혼합구역(far-field): 하천 단면 전체가 거의 균질해지는 지점 이후의 구간
많은 환경기관·연구에서는 “초기 혼합구역을 제외한 구간에서 수온 기준·ΔT 기준을 만족하는가”를 중점적으로 본다. 혼합구역의 허용 크기·거리·형태는 개별 계획·협의에서 정해지는 경우가 많다.
5.2 단순 혼합식 적용 요건
하천·저수지에서 단순 혼합식만으로 평가하기 위해서는 다음과 같은 요건을 충족하는지 검토해야 한다.
- 방류구가 충분히 깊거나 횡단방향 난류가 강해 단면 전체로 빠르게 혼합되는 경우
- 배출량이 상대적으로 작고 방류구에서 가까운 거리에 취수구·민감 서식지가 없는 경우
- 수심이 얕고 성층이 약해 수심 방향 온도차가 작게 유지되는 경우
위 조건을 충족하지 못하는 경우에는 1D(종단) 또는 2D/3D 수치모델(예: 하천 수리·수질모델, 호소·저수지 3D 모델)을 사용해 공간적 수온 분포를 모의하는 것이 바람직하다.
5.3 허용 수온·ΔT 기준과 비교
실무에서 사용하는 수온 평가 기준은 크게 세 가지 유형으로 정리할 수 있다.
- 절대 수온 기준: “수역의 수온은 XX℃를 초과하지 않을 것”과 같은 형식
- 온도차 기준(ΔT): “배경수온 대비 +3℃ 이내”, “+5℃ 이내” 등과 같이 수온 상승폭을 제한
- 열부하·면적 기준: “수온이 +X℃ 이상 상승하는 면적이 Y ha를 초과하지 않을 것”과 같은 공간적 기준
특히 해외 환경기관의 사례에서는 “배경수온 대비 2~5℃ 이내” 범위의 ΔT 기준과, “최대 수온 30~35℃ 이내” 등의 절대 기준을 병행하는 경우가 많다. 국내 사업에서도 인허가·협의 과정에서 이러한 국제적 사례를 참조해 기준을 설정하는 경우가 있다.
주의 : 같은 하천이라도 상류 상수원 보호구역, 중·하류 일반 구간, 하구역·하구언 상류 등에서 요구되는 수온 관리 수준이 다를 수 있다. 수온 영향평가 보고서에는 반드시 평가구간별 용도·관리목표를 명시하고, 그에 맞는 기준과 비교해야 한다.
6. 해안·해양 방류수 수온 영향평가
6.1 해양에서의 온배수 플룸 특성
해안·해양에서의 온배수는 하천과 달리 다음과 같은 요인의 영향을 동시에 받는다.
- 조석(만조·간조, 조류 방향·속도)
- 해수 밀도 성층(여름철 수온약층 등)
- 풍·파랑에 의한 혼합
- 배출관·확산기(diffuser)의 위치·방향(저면 배출, 수중 다공분출 등)
온배수 플룸은 일반적으로 배출구 주변에서 높은 ΔT를 보이다가, 수평·수직 방향으로 확산되면서 수온 상승폭이 1~2℃ 수준으로 감소한다. 이때 “플룸의 최대 길이·폭·면적”과 “민감 서식지(예: 어장, 양식장, 산란장, 보호구역)와의 겹침 여부”가 주요 평가 항목이 된다.
6.2 평가 방법
해안·해역 수온 영향평가는 보통 다음 방법으로 수행한다.
- 현장 실측: 조시·조류 조건을 달리한 수온 단면·수직 프로파일 측정, CTD·ADCP 조사
- 수치모델: 3D 수리·수질 모델을 이용한 온배수 확산 시뮬레이션(조석·풍·밀도 성층 반영)
- 원격탐사: 위성 열적외선 영상 등을 이용한 광역 수온 분포 분석(장기 추세·계절변동 파악)
모델 검·보정 시에는 “배출 전·후”, “부하 저·중·고” 등 다양한 운전 조건에서 실측 데이터를 확보해 모델 재현성을 확인해야 한다.
주의 : 해역 온배수의 경우, 수온 기준 초과 여부뿐 아니라 “고수온 플룸이 어류 회유로를 차단하거나, 산란장·휴식장에 미치는 간접 영향”까지 고려해야 한다. 단순히 ΔT 값만으로 평가를 끝내면, 사후에 어업피해·민원이 발생할 위험이 크다.
7. 생태·이용 측면 영향 검토
7.1 수생태계 영향
같은 ΔT라도 수온 영향은 수역·지점·생물군집에 따라 다르게 나타난다. 대표적인 검토 항목은 다음과 같다.
- 냉수성 어종 서식 구간: 산천어·연어류 등 냉수성·냉온수성 어종이 우세한 상류 구간에서는 1~2℃ 상승도 치명적일 수 있다.
- 산란·부화 시기: 어류·저서동물의 산란·부화기에 수온이 기준을 초과하면 유생 생존율이 급격히 떨어질 수 있다.
- 저서성 대형무척추동물 지수: 수온 상승은 저서무척추동물 인덱스(예: BMI 등) 감소로 나타날 수 있으며, 수온 영향평가와 생태조사를 연계하면 평가 신뢰도가 높아진다.
- 조류·식물플랑크톤: 고수온·영양염 증가 조건에서 조류 대발생·적조·저층 빈산소 발생 가능성이 커진다.
7.2 상수원·취수 영향
상수원 취수장, 공업용수 취수구, 양식장 취수구 인근에서의 수온 상승은 다음과 같은 위험을 유발할 수 있다.
- 정수 처리 효율 변화(고수온에서 응집·살균 조건 변경 필요)
- 양식 어종에 대한 직접 스트레스 및 질병 민감도 증가
- 냉각수 취수 온도 상승으로 인한 설비 효율 저하 및 안전여유 감소
따라서 수온 영향평가에서는 “배경수온 + 방류 영향”뿐만 아니라 “취수구 수온 변동”을 별도로 산정하고, 취수구 위치·수심·운영조건과 연계해서 검토하는 것이 바람직하다.
8. 모니터링·운영 관리 방안
8.1 수온 모니터링 체계
수온 영향평가 결과는 실제 운영·모니터링 체계와 연결되어야 한다. 기본적인 모니터링 구성은 다음과 같다.
- 상류(배경) 지점: 방류 영향이 미치지 않는 상류 또는 인접 외해 기준점
- 방류구 인근: 초기 혼합구역의 수온 변동 감시
- 영향권 경계: 기준·ΔT 기준을 만족해야 하는 지점(혼합구역 경계 등)
- 민감 지점: 상수원 취수장, 양식장, 보호구역, 주요 어장 등
데이터는 자동 수온센서·데이터로거·원격감시시스템(SCADA 등)을 활용하여 실시간 또는 주기적으로 수집하며, 이상 시 경보·운전제어와 연계하는 것이 이상적이다.
8.2 설비·운영 측면 저감대책
방류수 수온이 기준에 근접하거나 초과 우려가 있을 경우 적용 가능한 저감대책은 다음과 같다.
- 공정·냉각수 시스템 개선
- 폐열 회수·에너지 효율 개선으로 배출온도 자체를 낮춤
- 냉각탑·열교환기 추가 설치 또는 용량 증설
- 냉각수 배출량·취수량 최적화
- 방류구 구조·위치 개선
- 수중 확산기(diffuser) 도입으로 초기 희석 배율 향상
- 방류 방향·수심 조정으로 성층 교란·혼합 촉진
- 민감 서식지·취수구로부터 충분한 이격거리 확보
- 운영·관리방안
- 갈수기·고수온기 부하 저감(생산량 조절, 계획정비 시기 조정)
- 기상·수문 예보 연계한 사전 대응(극한 고수온·갈수 예측 시 선제적 운전조정)
- 실시간 수온 모니터링에 기반한 자동운전(방류수온이 경보값 도달 시 냉각수량 증대 등)
주의 : 방류수 수온 영향평가는 “평가보고서 제출”로 끝나지 않는다. 모형 결과·시나리오를 기반으로 “어떤 상황에서 어떤 조치를 취할지”가 구체적으로 정의된 운전지침(SOP)·비상대응계획까지 마련해야 민원·사고를 최소화할 수 있다.
FAQ
Q1. 방류수 수온 기준은 법으로 몇 ℃까지 허용되는가?
일반 폐수 배출허용기준에는 온도 상한이 규정되어 있으나, 대규모 온배수(발전소 냉각수 등)는 성격상 “폐수”로 보기 어렵다는 논의가 많으며, 별도의 환경영향평가·인허가 조건으로 관리되는 경우가 많다.
따라서 “전국 공통으로 수온은 XX℃까지 허용된다”라고 단정하기보다는 다음을 반드시 확인해야 한다.
- 해당 사업에 적용되는 개별 인허가서·협의의견에 명시된 수온·ΔT 기준
- 유역·해역 관리계획, 상수원·어장 등 특수 용도 수역에 대한 추가 기준
- 해외·국내 유사 사례에서 통상 사용되는 ΔT 범위(예: +2~5℃)
실무적으로는 “배경수온 대비 몇 ℃까지 상승을 허용할 것인지”를 유역 특성·생태 민감도에 맞게 설정하고, 그에 맞는 방류 설계·운영방안을 마련하는 접근이 필요하다.
Q2. 단순 혼합식만으로 수온 영향평가를 해도 되는가?
소규모 방류, 하천 단면 혼합이 빠른 경우, 배출량이 배경 유량에 비해 매우 작고 민감 서식지·취수구가 멀리 떨어진 경우에는 단순 혼합식으로도 충분한 1차 검토가 가능하다.
그러나 다음과 같은 경우에는 2D/3D 수치모델과 현장조사를 병행하는 것이 바람직하다.
- 대규모 온배수(발전소·대형 공정 냉각수 등)로 ΔT가 수℃ 이상인 경우
- 하천 곡류·보·취수장·합류부 등 복잡한 수리구조가 존재하는 경우
- 해안·해역에서 조석·성층·풍파 영향이 크고, 어장·보호구역 등 민감 지점이 인접한 경우
- 인허가권자 또는 이해관계자가 고해상도 공간적 수온 분포를 요구하는 경우
결론적으로 단순 혼합식은 “최소한의 하한 검토”용으로 활용하고, 중요 사업일수록 보다 정교한 모델·현장조사를 병행하는 것이 안전하다.
Q3. 겨울철에는 따뜻한 방류수가 오히려 생태계에 도움이 되지 않는가?
국지적으로는 겨울철 온배수 주변에 어류·무척추동물이 밀집하는 현상이 관찰되기도 한다. 그러나 이는 단기적으로 “피난처 효과”를 보일 수 있지만, 장기적으로는 다음과 같은 부정적 영향이 우려된다.
- 계절적 수온 리듬 교란으로 산란·회유·휴면 패턴 변화
- 특정 종에 대한 선택적 유리, 종 다양성 감소
- 갑작스러운 설비 정지 시 “급랭 쇼크”로 인한 대량 폐사 가능성
따라서 겨울철이라도 수온 영향은 “장기적인 생태 리듬” 관점에서 평가해야 하며, 단기적인 생물 집중 현상을 긍정적으로만 해석하는 것은 위험하다.
Q4. 수온 영향평가를 위한 실측조사는 어느 정도 기간이 필요할까?
이상적인 경우에는 최소 1년 이상, 사계절을 모두 포함한 수온·유량·수질·생태 조사를 수행하는 것이 바람직하다. 다만 사업 일정·비용 제약으로 인해 다음과 같이 우선순위를 둘 수 있다.
- 고수온기(여름)와 저수온기(겨울)를 포함한 최소 2~3계절 조사
- 갈수기·고수온기 등 “worst-case” 조건을 목표로 한 집중 조사
- 국가·지자체 모니터링 자료(수질측정망, 수온부이 등)를 보완자료로 활용
모델링에 활용할 경우, 모델 검·보정을 위한 최소한의 대표기간(예: 고수온기 2주~1개월, 저수온기 2주~1개월)을 확보하는 것이 중요하다.