“미래에 더 중요한 지하수, 오염방지·보전 노력없이 미래도 없다” 이강근 서울대 지구환경과학부 교수
물은 한 번 사용하면 수명이 다하는 자원이 아니라 쓰고 또 쓸 수 있는 자원으로 석탄이나 석유같은 자원과는 다르다. 따라서 조금이라도 있으면 계속 재이용할 수 있으므로 물 부족에 대한 문제가 없을 것 같은데, 현실은 그렇지 않다.
전 지구적으로 물을 다 모으면 선사시대나 지금이나 양적으로 변한 것이 없을 것인데도 시간이 갈수록 물에 대한 수요를 공급이 따라가지 못해서 지역마다 사정이 다르지만 전지구적으로는 물 부족에 대한 압박에 직면하고 있다. 그 이유는 무엇일까? 그 이유는 바로 우리 주변에 깨끗한 물의 양이 점점 줄어들고 있고 물을 필요로 하는 인구와 산업은 팽창되어 왔기 때문이다.
특히 우리나라는 인구 한명당 가용 수자원이 1천500㎥/인 이하로 세계적으로 국가별 비교에서도 물이 부족한 국가로 구분되는데, 이는 UNESCO의 세계 수자원 현황 보고서의 분석 (그림 1)에서 잘 나타난다.
미래 물 문제 해답은 없을까?
국제연합(UN)의 기구인 세계기상기구(WMO)에 의하면 세계 인구의 급격한 팽창과 함께 물에 대한 오염이 많아지고 깨끗한 수질의 수자원에 대한 관리가 제대로 이루어지지 못하므로 해서 앞으로 50년 내에 심각한 물 부족 문제가 나타나게 될 우려가 크다고 한다. 1900년 이래 약 100년동안 전지구적 물 사용량은 약 6배 증가하였고 2025년이 되면 한 사람당 이용할 수 있는 수자원의 양이 현재의 절반으로 감소할 수 있다고 경고하고 있다(그림 2).
멀리 화성과 수성에 탐사선을 보내고 물의 흔적을 찾는 21세기의 과학의 시대에 우리가 살고 있는 지구의 물 부족에 대한 획기적 대안은 없는 것일까? 불행하게도 현 시점에서 인류에게 주어진 숙제는 제한된 양의 수자원으로 필요한 물을 자급자족하라는 것이다. 이러한 상황에서 우리는 사용할 수 있는 물의 양을 더 많게 하고, 다시 사용하는데 용이하도록 물을 깨끗하게 잘 관리하는데 우리의 과학적, 사회적 노력을 기울여야 한다.
그렇다면 우리가 이용하는 물의 양을 어떻게 더 많게 할 수 있는가? 바닷물을 담수화하여 사람이 이용할 수 있는 물로 만드는 기술을 범용화한다면 어떨가? 또는 빙산을 끌어다 녹여 이용하면 되지 않을까? 이러한 방법들도 나름대로 인류에게 에너지 이용이나 지구환경과 관련된 부담이 있기 때문에 우리가 찾고 있는 미래 물 문제의 시원한 대답이 되기 어렵다는 의견이 지배적이다.
그렇다면 아직 잠재적인 물 공급 능력에 비해 그 이용율이 높지 않은 지하수는 어떨까? 앞으로의 논의에 앞서 결론적인 면을 말한다면 우리의 과학적 및 사회문화적 보전 노력에 따라서 지하수가 미래의 물 문제 해결에 큰 역할을 할 수 있다는 것이다.
<그림 1 designtimesp=8782> 인구 한명당 가용 수자원의 분포도(단위 1,000㎥/인, UNESCO 자료)
수자원에서 지하수의 중요성
1992년 제47차 유엔 총회에서 매년 3월 22일을 ‘세계 물의 날’로 제정, 선포하고 점차 심각해지는 물 부족과 수질 오염을 방지하기 위해 각종 회의, 전시회, 홍보물 제작 등 물 관련 행사를 주선하고 있다. 물에 대한 전지구적 관심을 불러일으키고 있는 세계물의 날(매년 3월 22일) 행사에서 1998년의 주제는 ‘지하수: 눈에 보이지 않는 자원’으로 선정될 정도로
지하수는 전지구적 관심의 대상이 되었다.
UN에 의해 미래 세대의 수자원 문제를 분석하고 대비하는 임무를 부여받고 전지구적인 물 문제의 심각성을 홍보하고 물의 올바른 사용과 효율적인 보전 노력을 지원하는 사업을 수행하도록 임무를 부여받고 있는 세계기상기구(WMO)는 지하수를 지구상에서 가장 중요한 수자원중의 하나라고 선언하고 있다.
그러나, 불행하게도 지하수는 눈에 잘 보이지 않기 때문에 중요성에 합당한 관심을 받지 못했다. 이러한 상대적인 무관심이 누적되어 인류는 지구상에서 가장 중요한 수자원 중의 하나인 지하수를 효율적으로 관리하고 이용하는데 벌써 국지적인 지하수 고갈에 의한 수위강하나 지하수 오염 범위의 확대 등과 같은 여러 가지 문제가 전 세계적으로 드러나고 있다.
지하수가 왜 인류에게 가장 중요한 수자원중의 하나이며, 미래에 그 중요성이 더 커질 것이라고 말할 수 있는지는 다음의 기초 통계량들에 잘 나타난다. 지구상의 수자원 중에서 대부분 바닷물과 같은 짠물로 97.5% 있고, 우리가 바로 사용할 수 있는 민물의 형태나 녹이면 민물이 되는 수자원(빙하나 만년설의 형태로 존재하는 것 포함)으로 존재하는 것은 총 부피
의 2.5%에 불과하다.
이 2.5%의 담수 수자원만을 떼어서 보면, 이 중에서 69.9%는 빙하나 계속 눈으로 존재하는 만년설의 형태로 있고, 담수호나 강물은 놀랍게도 불과 0.3%에 불과한데 우리 인류는 지금까지 이 수자원에 크게 의존해 왔다. 토양수분이나 습지 등의 형태는 약 0.9%에 해당한다. 나머지 전체 담수 수자원의 약 1/3에 해당하는 28.9%가 땅속에 지하수로 존재한다.
그리고 극히 일부분이 대기 중의 수증기와 인체나 생물체내의 물로 존재한다. 액체상 물의
형태로 존재하는 수자원만 대상으로 하면 그것의 96% 가량이 지하수의 형태로 존재한다. 빙하나 만년설이 인류가 생활하는 공간과 많은 거리를 두고 있음을 생각하면 우리 주변의 거의 대부분의 담수 수자원은 놀랍게도 우리 눈에는 보이지 않는 땅속에 있다는 말이 된다(그림 3).
<그림 2 designtimesp=8799> 1950년을 기준으로 사람 한명당 가용 수자원의 감소 추이와 예측(선진국, 습윤지역 개발도상국, 건조 지역 개발도상국의 3 범주로 나누어 분석, UNESCO 자료)
‘땅속의 물’ 부존량·이용가능량
지하수는 이 지구상에 살고 있는 모든 인류를 통틀어 불과 몇 미터에서 몇 십 미터 정도의 거리에 있는 가장 가까운 수자원이다. 우리나라의 평지에서는 지표에서 불과 몇 미터만 파고 내려가면 지하수면을 만날 수 있다. 서울시내에서 지하수위가 지표에서 대부분 10m 이내의 깊이에 있기 때문에, 지하 몇 십 미터 정도에 있는 지하철 터널의 구조적 안전을 확보하기 위해 퍼 내야하는 지하수량이 서울시내 총 1만4천702개(2003년 건설교통부 지하수 조사연보)의 지하수 이용시설에서 양수하는 지하수량 3천965만㎥ 보다 많다는 것을 생각해 보라. 이렇게 지하철 터널과 관련해서 퍼내는 지하수만을 서울시민에게 공급한다면 1인당 하루 약 20ℓ 또는 그 이상(2기 지하철 신규 구간의 통계가 합산될 경우)이 될 정도이니 얼마나 많은 물이 바로 우리 발밑에 있는 셈인가?
우리가 살고 있는 행성 지구의 표면 아래의 땅속에는 물이 어디에 얼마나 있을까? 이 물음에 대한 대답이 쉽지는 않다. 왜냐하면 땅속은 너무나 가깝지만 그러나 아직은 첨단 과학으로도 잘 보이지 않는 신비의 세계이기 때문이다. 땅 속에는 물도 있고, 석유도 매장되어 있으며, 무수히 많은 미생물들이 살아가고 식물의 성장 터전이 되는 또 하나의 복잡하고 다양한 세계이다.
땅 속 세상을 더 다양하게 만드는 것이 바로 땅의 구조이다. 다양한 색깔과 크기와 구조를 가진 토양, 거의 절리가 없는 암반의 형태를 이루지만 어떤 지점에서는 마구 깨져서 물을 많이 품고 있는 암석, 시원하고 담백한 생수를 만드는 지층, 오색약수와 같이 떫은 물을 만드는 지층, 초정약수와 같이 탄산수를 만드는 지층 등 땅 속의 물을 담는 그릇에 따라서 지
하수의 수질도 달라지고 저장하고 있는 물의 양도 달라지게 된다.
지구상에 있는 물의 총량에 대한 추정량은 분석 자료의 종류와 방법에 따라 어느 정도의 오차가 있는 편이다. 전체적으로 종합해서 지구상의 물 부존 상태를 보면 바닷물은 약 1.35×109㎦, 빙하는 약 2.75×107㎦, 지하수는 약 9.7×106㎦(심도 750m 이하의 상부지하수 약 4.2×106㎦ 심도 750m∼4천m의 하부지하수 약 5.3×106 ㎦)의 물이 저장되어 있다.
저장공간으로 보면 바닷물, 빙하(만년설 포함), 지하수가 전지구상의 물 99.9% 이상을 차지하며, 호수나 강, 대기, 생물체에 있는 물은 모두 합쳐도 0.1%에도 미치지 못한다. 그러나 인류에게 물을 이용할 수 있게 만드는 것은 태양에너지를 원천으로 각 저장 공간에 있는 물이 계속 순환하기 때문이다. 바닷물의 상태로는 인류가 바로 먹는 물이나 생활용수로 이용이 어렵지만 이것이 태양에너지에 의해서 증발되어 구름이 되고, 그 구름이 대륙 쪽으로 이동하여 비나 눈으로 내려지면 바로 우리가 이용할 수 있는 물의 형태가 된다. 따라서 이용가능한 물의 양을 추정하는 데에는 지구상에서 물이 어디에 얼마나 저장되어 있는냐의 문제보다는 물이 얼마나 순환하고 있는가의 문제를 살펴보는 것이 더 중요하다.
물의 순환량을 기초로 분석한 항목이 바로 ‘연간 이용 가능한 수자원 총량’의 개념이다. 전지구적 규모에서 물의 순환 과정에 기초하여 그 양을 분석하면 전지구상에서 1년 중 땅에 내리는 강우량은 약 11.1×104 ㎦ 정도로 이 양의 약 는 육지에서 증발된 물이고 나머지 4.0×104㎦는 바다에서 증발하여 구름으로 대륙 쪽으로 이동하여 강우로 발생한 것이다.
인류가 이용하는 물의 형태가 주로 하천이나 호수의 물과 같은 지표수나 땅속의 지하수로 본다면 연간 대륙 쪽의 강우량 11.1×104㎦ 중에서 약 1.4×104㎦ 는 지하로 침투하여 지하수로 보충되고 2.6×104㎦ 는 강이나 하천을 통해 흐르게 되고 7.1×104㎦은 대기 중으로 증발하여 구름으로 돌아간다. 따라서 지표수나 지하수로 보충되는 연간 약 4.0×104 ㎦ 정도를 연간이용가능한 수자원으로 볼 수 있다. 주변에서 쉽게 얻을 수 있는 하천이나 강물의 이용 확대가 거의 한계에 도달하고 있다는 점을 감안하면 미래에 지하수를 어떤 형태로 어떻게 잘 이용하고 보전하느냐가 물 문제의 중요 이슈가 될 것임은 분명하다고 하겠다.
그렇다면, 우리나라의 땅속에 있는 지하수의 총량과 이용가능한 지하수는 얼마나 될까? 이것을 계산하기 위해서는 지층에서 물을 저장할 수 있는 미세한 빈틈인 공극의 비율과 깊이에 따른 변화, 암석의 종류 등을 고려하여야 하며, 땅속으로 깊이 들어갈수록 지중 압력의 증가에 따른 공극의 닫힘 현상들도 고려해야 한다.
우리나라의 경우 지하 매질에 대한 심도별 정보가 아직 많이 확보되지 못해서 정확도가 떨어지는 추정값이긴 하지만 지하수 평균 체류시간을 100년으로 잡으면 약 1조 5천억㎥ 내외의 물이, 500년으로 잡으면 약 7∼8조㎥의 물이 지하에 저장되어 있다고 볼 수 있다. 적게 잡아도 1조㎥ 이상의 지하수 부존량을 산정할 수 있다. 우리나라 소양호의 저수량이 약 29억㎥인 것을 참고하면 얼마나 많은 물이 우리나라의 땅속에 있는지 짐작할 수 있다.
그런데 여기서 오해하지 말 것은 지하수의 저장량은 우리가 개발해서 이용할 수 있는 양이 아니라는 것이다. 지하수는 땅 속에서 고체상의 암석이나 퇴적물과 상호 협력하여 그 상부의 지층이나 구조물을 지탱하는 역할을 하고, 하천수나 강물과 상호 교환되면서 저장량을 주고받는 역할을 하며, 대부분은 우리가 뽑아내기도 어렵다. 즉, 땅 속에 있는 물은 땅을 지
탱하는 중요한 요소라고 생각하면 된다.
2002년 발행된 건설교통부의 지하수기본관리계획상의 분석에 의하면 땅을 지탱하는 이러한 지하수 고유의 기능을 유지시키면서 개발, 이용할 수 있는 개발 가능량은 총 저장량의 1%에 못 미치는 1천167억㎥ 정도로 분석된다. 여하튼 2003년 현재 우리나라 수자원 총 이용량이 331억㎥, 지하수 이용량이 37억㎥인점을 감안하면 앞으로 지하수가 물의 부족시대에 얼마나 중요한 역할을 할 수 있으며, 물의 부족을 해결할 수 있는 가장 중요한 대안 중의 하나임을 짐작할 수 있다.
지하수, 미래의 중요한 자원인가?
전지구적으로나 우리나라의 입장에서 21세기는 물의 위기를 겪을 것으로 예상되는 시기이다. 21세기를 여는 전망에서 많은 언론 매체나 해외의 전략적 분석가들은 물과 관련된 국가간의 전쟁을 예상하기도 하였다. 이런 시대적 상황에서 지하수는 인류에게 어떤 의미를 가지고 있는지를 살펴볼 필요가 있다.
IAH(국제수리지질학자연맹)의 지하수 비전에 의하면 지하수의 일반적인 중요성을 다음과 같이 언급하고 있다. 첫째, 앞에서도 언급한 것이지만, 빙하로 갇혀 있는 담수자원을 제외하면 액체의 형태로 존재하는 전세계 민물의 96%가량이 지하수이다.
둘째, 지하수는 현재 약 15억 또는 그 이상의 지구촌 주민들에게 물을 공급하는 수원이 되고 있다. 셋째, 상수도 관로 설치가 용이하지 않거나 비용 경제적이지 못한 농촌지역이나 시골지역에서 지하수는 적은 비용으로 물을 공급하는 수원으로서 유일한 대안이다.
넷째, 대규모나 소규모의 관개 농업에 이용이 증대되고 있으며, 지구상의 인구 증가와 더불어 앞으로 관개 농업에서 지하수의 수요는 계속 증대될 것으로 예상된다. 다섯째, 지하수는 대규모의 저장 능력 때문에 가뭄기간에 물 공급을 의존할 수 있는 수자원이다. 여섯째, 지하수는 전 지구적으로 대부분의 지역에 부존되어 있고 수질도 비교적 양호하므로 값싸게 개발, 이용할 수 있는 수자원이다.
일곱째, 지하수는 예기치 못한 비상사태(대규모 댐이나 수도의 수질 오염 사고 등)에 물을 확보할 수 있는 대안이다. 이러한 이유들로 인해 지하수는 21세기에도 그 중요성이 증대될 수 밖에 없으며, 우리나라도 국가적으로 지하수 자원의 보전, 관리에 가일층 노력해 나가야 한다.
미래에 더욱 중요한 지하수
지하수는 물분자를 형성하는 수소원자와 산소 원자만 가지고 있는 것이 아니라 자연적으로 용해된 대기 중의 가스와 땅속을 지나는 동안 용해된 광물질 성분 등을 포함하고 있다. 이 중에는 지하수의 이용에 장해가 되는 오염물질들이 포함되어 있는데 이러한 오염물질을 배출하는 오염원은 아주 다양하다.
가정의 하수나 빨래를 위해 이용하는 세제에서부터 산업시설에서 나오는 유출수나 폐수, 대기 오염물질이나 산업 및 가정에서 나오는 쓰레기의 침출수, 도로상의 오염물질, 축산 시설, 농약, 광산 시설, 유류나 독성 물질의 저장용기, 유류나 하수의 지하 배관 등 땅 속으로 오염물질을 유출시키거나 빗물에 용해되어 오염물질을 땅 속으로 들여보낼 수 있는 우리 주변의 여러 시설이나 물질들이 다양하게 오염원 역할을 한다.
우리 주변에 이미 다양한 오염원이 존재하기 때문에 이러한 잠재적인 오염원이 과연 지하수를 오염시키는데 얼마나 작용하고 있는지 그 현황에 대한 정보가 보전관리 노력에 선행해 파악되어야 할 것이다. 개략적으로 현재 세계적으로 지하수의 상태는 어떠할까? 현재의 상태로라도 계속되면 앞으로 지구상의 인류에게 가장 많은 수자원을 제공할 능력을 가진 지하
수가 깨끗한 채로 잘 보전될 수 있을까?
그러나 그 답은 현재의 상태와 기술로는 아주 희망적이지는 않다. 2000년 12월에 미국 워싱턴시에 소재한 월드워치연구소(Worldwatch Institute)에서 최초로 전지구적 규모로 실시한 지하수 오염도 조사의 결과는 그 심각성을 말해 준다.
전세계적으로 사람이 주거하면서 살아가고 있는 땅의 아래에 있는 지하수는 독성 화학물질로 오염이 계속 진행되고 있고, 앞으로 지구상에서 맑은 물의 가장 중요한 공급원이 될 지하수 자원이 위험에 처해 있다는 조사 결과를 발표하였다. 지하수를 오염시키는 물질로는 살충제나 제초제와 같은 농약류, 농사를 짓기 위해 사용하는 거름이나 비료에 있는 질소 화합물, 산업지역이나 광산에서 주로 배출되는 유기화학물질과 중금속류들이다.
전지구상에서 일어나고 있는 지하수 오염 문제는 경중의 차이는 있을지 모르지만 선진국에서부터 미개발 지역에 이르기까지 거의 예외 없이 존재한다. 경제적 선진국에서는 여러 가지 인위적 물질의 사용으로 인해 오히려 더 해결하기 어려운 오염 문제를 만들고 있으며, 미개발이나 개발도상국에서는 그 나름대로 생활 오수나 동물 사육, 농사에서 유래된 오염물질이 지하수 오염 범위를 계속 넓히고 있다.
전지구적 조사에서 발견한 또 하나의 문제점은 이러한 지하수 오염이 아이러니컬하게도 물이 가장 필요한 지역에서 오염이 가장 심하다는 것이다. 월더워치의 Payal Sampat라는 사람은 이러한 문제를 ‘Deep Trouble: The hidden threat of groundwater pollution’이라는 책으로 출간하였는데, 이 책에서 “지하수 오염은 거꾸로 되돌릴 수 없는(즉, 다시 깨끗하게
되돌릴 수 없는) 것으로, 이것이 계속된다면 미래 세대의 생존에 가장 기본적인 자원 중의 하나를 빼앗아 버리는 결과를 초래하게 될 것이다“라고 기술하고 있다.
월더워치는 아울러서 향후 50년 동안 지구상에 현재보다 30억명의 인구가 더 추가되어 살아갈 것이고, 따라서 먹는 물과 농업, 공업을 위한 물의 수요도 대폭 증대될 것으로 예상하였다. 그런데 우리가 바로 주변에서 가장 손쉽게 얻을 수 있는 미래의 수자원을 계속 오염시키고 있는 것이다. 그러나 다행히도 아직까지는 지구상의 많은 지하수가 오염물이 많이 유입되지 않은 자연상태의 깨끗한 수질을 유지하고 있다고 할 수 있으므로, 지금 당장 이를 보호, 보전하기 위한 조치와 노력이 적극적으로 펼쳐진다면 지하수가 미래의 중요한 수자원이 될 수 있다.
그렇지만 현재와 같이 지하수의 국지적 고갈 및 오염이 계속 진행된다면 앞으로 “인류가 가장 수자원을 필요로 하게 될 때 깨끗한 지하수가 우리 주변에 없을 수 있다”고 경고하고 있다.