지난 9월 한국을 방문해 2주 동안 사대강공사를 현장에서 조사한 바 있는 알폰스 헨리히프라이제(Alfons Henrichfreise) 박사가 2009년 도나우 국제학술대회에서 발표한 학술보고서. 헨리히프라이제 박사는 33년간 독일연방 자연보호청의 ‘하천·범람원 생태계 부서’에서 일하며 독일의 사대강에 해당하는 주요 강과 그 지류에 대한 실무적 조사와 이론적 연구를 병행했다. 국가 공무원으로서 그의 주 업무는 보 건설과 준설 등 하천공사에 따르는 환경 후유증을 조사·연구하는 것이었다. 박사는 이를 바탕으로 독일 연방의회가 국책사업을 결정하는 데 필요한 자료를 작성했다.
헨리히프라이제 박사는 이 발표문에서 “모든 점을 고려할 때” “보들을 철거하는 공사를 자연이 감당할 수 있는 수준에서 진행하는 것 이외에는 어떠한 대안도 없다는 것이 확실하다”고 말한다.
제17회 도나우 국제학술대회 발표문(니데랄타이히/도나우 바이에른 주 자연보호협회 발간), 뉘른베르크, 2009
기후변화 관점에서 접근한 도나우, 라인, 엘베 강의 대형 인공구조물에 대한 대안 - 알폰스 헨리히프라이제(Alfons Henrichfreise) 박사
#####서언
아래 글은 2008년 12월 13일 니데랄타이히/도나우(Niederalteich/Donau)에서 열린 제 17회 국제학술대회에서 본인이 발표한 보고서이다. 이 보고서는 단순한 학술 보고서가 아니라 그 이상의 의미를 지니고 있다. 필자가 독일 연방환경보호청에서 수십 년 간 해오던 강과 강 유역에 대한 자연보호 정책에 관한 일을 정년퇴임한 후에야 비로소 더 심층적이고도 다각적으로 접근할 수 있었다. 그리하여 관련 정책에 관해 일보전진한 결론과 지속적인 자연보호에 대한 제안을 도출해 내게 되었다.
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#####2 지하수를 고갈시키는 홍수방지책이 이대로 진행되어야 하는가? #####2.1 지하수와 홍수방지책의 관계
식물이 뿌리내릴 수 있는 지표의 토양층에 대해 지하수와 지하수에서 올라오는 수분은 식물의 배양 및 성장에 절대적인 의미를 갖는다. 다시 말하면 그 땅에서 자랄 수 있는 식물의 다양성과 생물학적 다양성 그리고 그에 따른 경제성에 지하수가 미치는 영향이 매우 크다.
그런데 기존 제방을 더 높히고 넓혀서 튼튼하게 새로운 제방을 쌓을 경우 (가두어 놓은 물의 수위가 올라감에 따라) 하류 지역에 홍수 위험이 높아질 뿐 아니라 인근 하천수 및 지하수 체계에 변화가 생겨 기존의 평형상태를 흐뜨린다. 기존의 홍수 방지책은 강변 범람원 지대의 지하수위를 고정시킨다는 사실이 간과되고 있다. 자연스럽게 놓아둘 경우 범람원 지역 지하수위의 높낮이는 연중 반복해서 변하는데, 이런 범람원의 자연스러운 특성을 없앰으로써 식물이 뿌리를 내릴 수 있는 토양층까지 지하수가 도달할 기회나 시간이 대폭 줄어든다. 미래지향적 홍수방지책은 이래서는 안된다. 특히 기후변화가 갈수록 심각한 예후를 보이므로 하천수 및 지하수 평형이 더 이상 악화되지 않도록 모든 노력을 기울여야 하며 조심스러운 개선이 필요한 시점이다.
토양환경에 중요한 지하수 유지를 위한 적절한 조치들은 다음과 같다:
1) 엘베 강 중류에서와 같이 제방을 철거하여 강폭을 확장한다.
2) 인공제방을 뒤로 물리거나 철거하여 강폭을 넓히고 인공제방 설치로 형성됐던 마른 저지대에 다시 강물이 드나들도록 한다.
3) 그 주변 자연이 감당할 수 있는 정도의 속도와 규모로 조절하여 측방침식 (경사가 완만한 하류에서 강물이 측면 토양을 깎아내는 작용 -역자주), 운반토사 추가, 하상을 높이는 작업등을 통해 본래 그 자리에서 강이 지니고 있던 높이까지 강바닥을 높인다.
강바닥의 대규모 침식으로 하천 지형이 크게 바뀌어 지하수면이 낮아진 곳은 무엇보다 우선 그 지하수 수면을 원래대로 높여야 한다. 따라서 엘베 강과 라인 강의 여러 구간에서 대규모로 제방을 철거하고 범람을 통해 지하수면이 원래대로 자주 높이도록 하는 것이 필요하다. 이 방식이 앞에 언급한 주변 토양환경 개선과 홍수예방이라는 장점을 갖는 것은 물론이다. 일반적으로 보(댐)는 다음 3장에서 설명하겠지만 이와는 반대로 강 주변 수자원관리에 악영향을 미친다.
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#####3 보를 건설함으로써 최근 기후변동에 의해 심각해진 수자원관리 문제가 해결되는가?
#####3.1 강 주변 수자원관리에 보가 미치는 영향
흔히들 수자원관리라고 하면 흐르는 물인 하천에 보를 가능한 많이 만들어 물을 되도록 많이 가두어 놓는 것이라 여긴다. 이렇게 ‘될수록 많은 물을 가둬놓는’ 방식은 언뜻 생각하면 농업용수니 생활용수로 유용할 것 같아 보인다. 연 강수량이 낮을 경우 특히 지하수로 흘러들어갈 겨를이 없는 집중호우를 가두어 지표수의 저장을 늘리는 이러한 방식이 적당해 보이기도 한다.
이런 보편적 견해에 대해 전문적 의견을 제시하기에 앞서 보의 건설이 주변 수자원균형에 미치는 물리적, 화학적 변화를 우선 설명하겠다.
(1) 보를 만들면 물이 저장되면서 하천의 수위가 높아지는데, 이에 따라 저장된 물의 표면적도 넓어진다. 물의 표면적이 넓어지는 현상은 상류 쪽의 깊은 계곡을 막을 때보다 하류 쪽에 넓고 평평한 곳을 막았을 때 더 뚜렷하다. 이렇게 비교적 얕게 고인 물은 부피에 비해 표면적의 비율이 매우 높아지므로 같은 햇빛을 받아도 더 많이 가열된다. 즉 수온이 더 많이 오르고 물의 표면적도 전보다 훨씬 넓어져 물의 증발 또한 훨씬 심해진다.
기온이 높고 물이 부족한(비가 적은) 때 인공적으로 가두어 놓은 물과는 달리 자연스럽게 흐르는 하천은 물의 표면적이 상대적으로 훨씬 작으므로 물의 증발량이 적다.
(2) 보 건설 후 물이 장기간 한 곳에 고여있음으로 생기는 현상 - 클로깅 현상
지표나 하천 바닥에는 물이 스며들 수 있는 작은 구멍이 무수히 많고, 거기로 들어간 물이 지하수를 형성한다. 그러나 보에 흐르는 하천이 막혀 물이 고이면 물속의 작은 입자들이 가라앉아 진흙층을 형성하고 이에 섞여 있는 중금속 광물들이 화학변화를 일으켜 금속 산화물과 황화물이 구멍들을 완전히 막아버린다(클로깅 현상). 즉 저수지 바닥을 통해서는 지하수가 더 이상 공급되지 못함을 뜻한다. 이렇게 하여 낮아진 지하수면을 끌어올리기 위해 인위적으로 저수호 뒤쪽에 작은 만(Altarm)을 만드는 추가 공사를 하기도 하지만 지하수면 상승에는 여전히 도움이 되지 않는다. 물이 흐르지 않는 이상 새로 건설된 만에서도 똑같은 클로깅 현상이 발생하기 때문이다 (휘긴 1980, 크라우제 1987, 휘긴. 헨리히프라이제 1992). 이로 인한 결과는 다음과 같다.
a. 보의 건설로 그 일대 지하수면이 낮아져 식물의 뿌리가 뻗어있는 토양층에 지하수가 공급되지 않을 때 생길 수 있는 피해는 다음과 같다. 강에서 강변으로 스며들어 여과되는 지하수 수량 감소, 이에 따른 그 일대 토양, 숲, 농경지의 토질 악화, 이에 따라 홍수에 대해 저항력을 갖춘 수종과 생물 다양성의 감소, 보에 갇힌 물 속과 그 주변의 생물 다양성 감소
사진 1. : 라인강 상류 타우버기센(Taubergießen) 지방의 보 유역에서 고사한 참나무-느릎나무 숲 (1982년 여름 헨리히프라이제 촬영)
b. 용수로 사용하고자 하는 물의 뚜렷한 수질악화와 이에 따른 생물종 감소
(3) 특히 강을 따라 보가 여러 개 설치된 경우, 홍수 때 물을 방류하면 유속이 자연상태일 때보다 빨라진다. 가속화된 방류에 따라 강 유역에서 자연스럽게 발생하던 범람이 줄고 따라서 지하수로 유입되는 수량은 더욱 줄어든다.
(4) 보는 강이 주변 지역으로 자연스럽게 범람하는 현상을 방해한다. 보를 설치하기 전에는 소규모 홍수 때마다 강변이 수없이 침수되던 현상이 보를 설치하면 사라진다. 강둑을 넘는 광범위한 범람도 필요한 현상임에도 불구하고 이것이 가능한 곳 또한 보 설치로 인해 한층 제한된다. 즉 지하수 형성에 꼭 필요한 잦은 범람이 없어지는 것이다. 보 건설 이후 발생하는 범람은 짧은 시간 내에 끝나고 소규모이며, 이에 따라 강변으로 스며드는 수량도 줄어든다.
(5) 보 바로 뒷부분(하류쪽) 강은 강바닥이 낮아져서 지하수층 아래에 놓이게 되므로 지하수가 유출된다. 이로 인해 보 하류구간 유역에 위치한 토지의 지하수 뿐만 아니라 보 상류구간 유역 토지의 지하수도 강으로 빠져나가 버린다.
일단 보로 물을 가두면 보 아래쪽에 수자원을 공급하기 위해 방류하는 일도 간단치 않다. 전력생산의 측면과 배가 다니기 위한, 법정 최소수위 유지를 고려해야 하기 때문이다. 그렇다고 보를 더 높여 갇힌 물의 수위를 높이면 앞서 설명한 생태적 문제들이 더 심각해진다.
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이 모든 점을 고려할 때, 도나우 강이 자유롭게 흐르는 강의 성질을 온전히 지니도록 하기 위해서는 보들을 철거하는 공사를 자연이 감당할 수 있는 수준에서 진행하는 것 이외에는 어떠한 대안도 없다는 것은 확실하다.
#####3.3 보 건설에 대한 대안책
흔히 알려져 있는 것과는 반대로 보를 건설하면 그 주변에 대한 수자원관리가 다음과 같이 여러 경로로 심각하게 악화된다:
보는 지속적인 클로깅 현상을 일으키고 잦은 범람을 인위적으로 제한하며 홍수 때 방류하는 물의 양이 늘어나 보 아래쪽 주민들에게 손해를 입히고 물의 증발을 촉진하여 지하수의 양과 질 유지가 어렵다.
보통 보로 물을 가둔 곳의 물의 양은 보 아래쪽에 물을 공급하기에 부족하다. 보에서 물을 방류하는 것은 수력발전이나 선박운항 때문에라도 상당히 어려운 일이다.
따라서 특히 기후변화에 대응하는 물관리 차원에서 보라는 구조물은 하천과 그 주변 수자원을 관리하는 방법으로 적합하지 않다. 애초의 좋은 의도와는 달리 반대효과를 초래한다.
기후변화의 징후가 증가하는 상황에서 보의 설치는 오히려 그 어느 때보다도 피해야 하며, 기존의 보들은 홍수위험 감소와 지하수의 지속적 상태개선에 적합한 조처들을 통해 다시 허물어야한다. 기후변화로 인해 (이상고온으로 인한 증발로 인해) 낮아진 수위는 보로 인한 클로깅을 줄임으로써 자연스럽게 지하수로 유입되는 강물을 늘려 유지하는 방식으로 해결해야만 한다. 이렇게 지하수위를 자연상태에 가깝게 해주면 주변 식물들이 뿌리를 내리고 각종 영양분을 공급받는 일을 촉진시켜 범람원이 갖는 자연적인 생물다양성을 되찾을 수 있다(찰하이머 1979, 찰하이머 1991).
그러므로 엘베, 라인, 도나우 등의 강에 보를 계속 건설하는 것은 특히 기후변화 문제를 고려할 때 시대착오적인 일이다.
보를 계속 건설하는 대신 강을 자연상태로 되돌려 물을 지표면과 토양에 (지하수로서) 자연스럽게 가둘 수 있는 여러가지 대안을 실행해야 한다. 예컨대 토양이 빗물에 침식되지 않고 빗물을 잘 흡수하도록 땅을 관리하고, 강 주변 범람원을 늘리며, 하천에서 떨어져 나온 호수(Altarm)들을 다시 강에 연결하거나 인공적으로 쌓은 강둑을 철거하고, 강바닥을 적절히 넓혀 바닥의 침식을 줄이는 것 등이다.
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Originaltext
Vortrag zum 17. Internationaler Donaukongress, Niederalteich/Donau, Veröffentlicht durch Bund Naturschutz in Bayern e. V., Nürnberg 2009
Alternativen zu großen Bauvorhaben an Donau, Elbe und Rhein unter Berücksichtigung des Klimawandels (Dr. Alfons Henrichfreise)
Vorbemerkung
Der nachfolgende Beitrag beinhaltet meinen Vortrag zum 17. Internationalen Donaukongress am 13. Dezember 2008 in Niederalteich/Donau. Er geht in einigen Bereichen aber deutlich darüber hinaus. Denn nach Erreichen der Altersgrenze und dem Ausscheiden aus dem öffentlichen Dienst im Bundesamt für Naturschutz ergibt sich nun der Anlass, aus der jahrzehntelangen Naturschutzarbeit für Flüsse und Auen tiefer gehende Folgerungen zu ziehen und weiter führende Überlegungen zur dauerhaften Sicherung dieser Naturschätze zu unternehmen.
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2 Darf Hochwasserschutz weiter zu Lasten des Grundwasserhaushaltes betrieben werden?
2.1 Zur Bedeutung von Hochwasserschutzmaßnahmen für das Grundwasser
Das Grundwasser und die aus ihm in der durchwurzelbaren Bodendeckschicht aufsteigende Bodenfeuchte sind von herausragender Bedeutung für die Landeskultur und somit für die Wuchsbedingungen, d. h. die Artenzusammensetzung, die biologische Vielfalt und den wirtschaftlichen Ertrag.
Wenn neue Deiche aber auf den alten flussnahen Deichlinien errichtet und diese noch höher, breiter, verdichteter und somit weniger durchlässig werden, nimmt man nicht nur die Verschärfung der Hochwassergefahr für die unterliegende Strecke in Kauf, sondern verändert auch den Landschaftswasserhaushalt. Verkannt bleibt bei derartig bis heute praktiziertem Hochwasserschutz, dass vor allem die auetypischen großen Schwankungen des Grundwassers nachlassen und die - bislang häufig hohen - Grundwasserstände nicht mehr oder wesentlich kürzer in die durchwurzelbare Bodendeckschicht gelangen können. Dies ist kein zukunftsweisender Hochwasser-schutz.
Im Zeichen des sich weiter verschärfenden Klimawandels ist es daher dringend geboten, alles für die Vermeidung von Beeinträchtigungen des Landschafts-wasserhaushaltes zu tun und ihn sogar vorsorglich zu verbessern.
Geeignete Maßnahmen zur Erhaltung des landeskulturell bedeutsamen Grundwasserhaushalts sind u. a.:
1) Großräumige Rückdeichungen wie an der Mittleren Elbe,
2) Vermeidung von Staupoldern zugunsten von Fließpoldern und Rückdeichung,
3) Anhebung der Flusssohle entsprechend dem natürlichen Gefälle durch kontrollierte Seitenerosion, Geschiebezugabe, Grundschwellen u. a. natur-verträgliche Maßnahmen.
Das Grundwasser muss vor allem dort wieder angehoben werden, wo infolge großer Tiefenerosion große Flusslandschaften beeinträchtigt worden sind. Deshalb sind in vielen Flussabschnitten der Elbe und des Rheins großräumige Rückdeichungen für häufigere Grundwasseranstiege durch Überflutungen nötig mit all ihren Vorteilen für die Landeskultur und den Hochwasserschutz. Staustufen hingegen verschlechtern den Landschaftswasserhaushalt, wie im Kap. 3 näher erläutert wird.
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3 Lösen Staustufen die infolge Klimawandels verschärften Probleme des Wasserhaushalts?
3.1 Staustufen und ihre Wirkung auf den Landschaftswasserhaushalt
Für Flusslandschaften wird häufig angenommen, dass möglichst viele Staustufen mehr Wasser in der Landschaft zurückhalten. Dieses augenscheinlich vermeintliche Mehr an Wasser sollte dann für landeskulturelle Zwecke und für die verstärkte Gewinnung von Uferfiltrat genutzt werden. Gerade angesichts der zunehmenden Starkniederschläge, die kaum noch grundwasserwirksam sind, scheint zunächst eine Speicherung des zusätzlichen Oberflächenwasserabflusses in mehr Stauhaltungen vor allem bei geringerem Jahresniederschlag ein geeignetes Mittel zu sein.
Bevor zu dieser verbreiteten Meinung fachlich fundierte Aussagen getroffen werden können, sind zuvor diejenigen physikalischen und chemischen Veränderungen durch den Staustufenbau darzulegen, die den Wasserhaushalt betreffen. Diese sind im Wesentlichen:
(1) Staustufen heben oft den Wasserspiegel zwar derart dauerhaft an, dass große Dauerwasserflächen entstehen. Diese sind allerdings im Gegensatz zu Talsperren vergleichsweise flache Gewässer. Flache Gewässer jedoch werden aufgrund ihres ungünstigeren Verhältnisses von Volumen zur Oberfläche besonders im Rahmen des Klimawandels stärker erwärmt. Mit ihrer größeren Oberfläche begünstigen sie - vor allem bei den zu erwartenden höheren Temperaturen - einen erheblichen Wasserverlust durch gesteigerte Verdunstung.
Im Gegensatz zu diesen großen künstlichen Dauerwasserflächen wird ein Wasserverlust bei frei fließenden Gewässern besonders in heißen, wasserarmen Zeiten dadurch gemindert, dass die offenen Wasserflächen dann bereits natürlicherweise wesentlich kleiner sind.
(2) Staustufen bewirken aufgrund des Dauerstaus die bekannte dauerhafte Abdichtung des Flussbettes (Kolmation). Dabei werden die Poren des Gewässerbettes durch physikalische Vorgänge wie Schlammablagerung sowie durch chemische Prozesse (Bildung von Schichten aus Schwermetallsulfiden und –oxiden) gleichsam verschlossen. Schließlich kann der Fluss kein Wasser mehr in das Grundwasser einspeisen. Eine zusätzliche Einleitung von Flusswasser in Altarme mit der Absicht, den Grundwasserstand wieder anzuheben, schlägt ebenfalls fehl, weil sich auch die dauerhaft beschickten Auegewässer dichten (HÜGIN 1980, KRAUSE, W. u. a. 1987, HÜGIN und HENRICHFREISE 1992). Die Folgen dieser Kolmation sind:
a. der Wegfall oder die erhebliche Kappung der nötigen Anstiege des Grundwasserstandes in der durchwurzelbaren Bodendeckschicht entlang der meisten Stauhaltungen mit einhergehenden erheblichen Einbußen bei der Uferfiltratgewinnung, mit Beeinträchtigungen in Forst- und Landwirtschaft, in der Hochwasserresistenz von Arten und Lebensgemeinschaften sowie in einer Verödung und Verarmung der natürlichen Biodiversität im Gewässer selbst, im Wechselwasserbereich und auf der Landfläche,
Foto 1: Toter Eichen-Ulmenwald im Staustufenbereich am Oberrhein Taubergießengebiet, Aufn.: A. Henrichfreise, Sommer 1982
b. eine wesentliche Verschlechterung der Wasserqualität, was insbesondere für die Wassergewinnung und die Artenvielfalt beeinträchtigend wirkt.
(3) Besonders durch Staustufenketten wird der Hochwasserabfluss beschleunigt. Die Folge des beschleunigten Abflusses ist u. a. eine Abnahme der Überflutungen und damit der Grundwasserbildung.
(4) Staustufen durchkreuzen die natürlichen Voraussetzungen für geländeparallele Überflutungen beträchtlich. Nicht nur frühere zahlreiche Zuläufe, die vor Staustufenbau bereits bei kleinen Hochwassern ansprangen, sind im Uferbereich verfüllt. Auch die erforderliche breitflächige Überströmung des Uferbaus ist nur noch in wenigen Bereichen möglich. Damit entfallen vor allem die entscheidenden häufigen Überflutungen mit ihrer günstigen Wirkung für das Grundwasser. Die verbleibenden Überflutungen sind kürzer und niedriger, was die Infiltration in den Boden nochmals mindert.
(5) Der tief gelegene Unterwasserbereich direkt abwärts der Wehre wirkt drainend. Er zieht das Grundwasser nicht nur aus der Unterwasserstrecke ab, sondern selbst noch aus dem aufgestauten Bereich (HÜGIN 1980, S. 686).
Abstaue von Stauhaltungen zur Versorgung der Niederung mit Wasser stoßen aufgrund der vergleichsweise geringen Wassermenge in Stauhaltungen sowie aus Gründen der Gewinnung von elektrischer Energie als auch wegen der gesetzlich zu gewährleistenden Sicherheit und Leichtigkeit der Schifffahrt auf unüberwindbare Schwierigkeiten. Bei höheren Stauhaltungen dagegen würden noch größere ökologische Probleme auftreten als bislang.
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Somit steht fest: Zum naturverträglichen Ausbau der Donau unter vollständiger Wahrung ihres frei fließenden Charakters gibt es keine Alternative.
3.3 Die Alternativen zu Staustufen
Entgegen landläufigen Annahmen verschlechtern Stauhaltungen auf verschiedene Weise den Landschaftswasserhaushalt erheblich:
Staustufen führen zur dauerhaften Abdichtung des Gewässerbetts (Kolmation), verschlechtern die häufigen Überflutungen, beschleunigen den Hochwasserabfluss zu Lasten der Unterlieger, begünstigen die stärkere Wasserverdunstung und beeinträchtigen somit den Grundwasserhaushalt in Güte und Menge.
Die Wassermengen in Stauhaltungen sind für eine etwaige Versorgung der Niederung mit Wasser zu gering. Abstaue stoßen bereits aus Gründen der Energiegewinnung und der Schifffahrt auf erhebliche Schwierigkeiten.
Somit sind Staustufen besonders im Rahmen des Klimawandels nicht das geeignete Mittel zur Minderung der wachsenden Probleme im Landschaftswasserhaushalt. Sie bewirken das Gegenteil einer gut gemeinten Absicht.
Umgekehrt sind Staustufen gerade im Zeichen des Klimawandels mehr den je zu vermeiden und im Zusammenhang mit jeweils geeigneten Maßnahmen rückzubauen, um die Hochwassergefahr zu mindern und den Grundwasserhaushalt nachhaltig zu verbessern. Die im Rahmen des Klimawandels gehäuft auftretenden sehr niedrigen Wasserstände können nur ohne Stauhaltung die nachteilige Kolmation tief greifend vermeiden und so durch Verbesserung der Grundwasserstandsdynamik die Durchwurzlung und die Mineralstoffversorgung fördern und so die auetypisch biologische Vielfalt ungewöhnlich bereichern (ZAHLHEIMER 1979 und ZAHLHEIMER 1991).
Deshalb wäre eine Weiterführung des Staustufebaus an Elbe, Rhein, Donau und anderen Flüssen im Rahmen des Klimawandels ein besonders schädlicher Anachronismus.
Anstelle weiteren Staustufenbaus sollten die zahlreichen Möglichkeiten zur naturnahen Rückhaltung von Wasser in der Fläche wahrgenommen werden wie schonende Bodenbearbeitung zur Verbesserung der Infiltration von Niederschlägen und zur Vermeidung der Bodenerosion, Vergrößerung der Überflutungsflächen, Anschluss von Altarmen, Abtragen künstlich erhöhter Uferwälle, Verminderung der Eintiefung durch angemessen.
(하략)
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17._Donaukongress_Veroff._ENDGULTIG_7.doc