[POSTECH 감종훈 교수팀, 고급 통계 기술 사용해 미래 지하수 고갈 위험 예고]

지하수는 말 그대로 땅속, 지표면 아래에 있는 물을 말한다. 비나 눈 등 강우가 지반과 강, 호수에 스며들어 지하수가 형성되는데, 우리가 마시는 생수가 바로 이 지하수에서 공급된다. 그런데, 2080년까지 우리나라 미취수 지역 인구 중 약 삼백만 명이 지하수 고갈을 경험할 수 있다는 연구가 발표돼 학계에 충격을 주고 있다.

환경공학부 감종훈 교수 · 환경연구소 박창균 박사 (現 LG에너지솔루션) 연구팀은 표층과 심층 지하수 수위 모니터링 데이터에 고급 통계 기술을 적용해 2009년부터 2020년까지 지하수 수위의 주요 시공간 패턴을 추출하는 데 성공했다. 이번 연구는 환경과학 분야 국제 학술지인 ‘종합환경과학지(Science of the Total Environment)’에 최근 게재됐다.

지하수는 생태계와 사회경제 발전을 위한 주요 자원 중 하나로 수도 시스템이 부족한 산악 지역에서는 그 중요성이 더욱 부각된다. 그러나, 최근 사회 발전과 경제적 활동 증가와 도시 개발 계획으로 최근 지하수 과잉 이용 문제가 심각해지고 있다. 이에 더해, 지표면 온난화는 지역적인 물의 흐름과 공급을 변화시키고 있어 자연과 인간의 영향을 고려하여 기후 변화 대응을 위한 수자원 정책을 수립해야 한다.

이번 연구에서 연구팀은 2009년부터 2020년까지 한반도 남부지역 약 200개의 표층과 심층 지하수 관측소에서 관측한 수위 데이터에 고급 통계 기술인 ‘기정상성 실증 직교 함수 분석(Cyclostationary empirical orthogonal function analysis, CSEOF)’법을 적용해 지하수 수위의 주요 시공간 패턴을 추출했다.

첫 번째와 두 번째 주요성분에서는 수위 패턴이 계절과 가뭄의 반복 패턴과 유사한 특성을 보였다. 특히, 얕은 수심의 지하수가 깊은 수심의 지하수에 비해 강수량 변화에 빠르게 반응했는데, 이는 얕은 수심의 지하수가 지역사회의 물 수요를 맞추고, 가뭄을 완화하는 데 중요한 역할을 했음을 의미한다. 반면, 심층부는 수평 · 수직 층 유입과 유출 등 복잡한 수문학적 영향을 더 많이 받았다.

세 번째 주요 성분에서 연구팀은 2009년 이후 한반도 서부지역 지하수 수위가 계속 감소하고 있다는 패턴을 찾았다. 또한, 연구팀은 이러한 심층 지하수 수위 감소 추세가 계속된다면, 2080년까지 한반도 남서부 지역 중심으로 미취수 지역이나 신도시 개발 지역의 최소 삼백만 명이 지하수 고갈을 경험할 가능성이 있다고 예측했다. 연구팀의 예측이 맞다면 가뭄에 취약한 미취수 지역에서 지하수를 주로 활용하는 만큼, 그 피해가 더욱 크게 나타날 것으로 예상된다.

감종훈 교수는 “오랜 기간 축적된 국내 다층 지하수 수위 빅데이터와 고급 통계 기술을 사용해 심층과 표층 지하수 수위 변화 패턴을 분석하고, 지하수 고갈 위험을 예측하는 데 성공했다”며, “지역적 균형뿐만 아니라 수자원의 지역적 균형을 포함한 통합적인 국토 개발 계획이 필요하다“고 강조했다.

한편, 이 연구는 행정안전부 재난안전 공동연구 기술개발사업과 한국연구재단 기초연구사업의 지원을 받아 수행됐다.

DOI: https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2024.172221