지하수
지하수(地下水)는 지하의 지층(地層)이나 암석 사이의 빈틈을 채우고 있거나 흐르는 물을 말한다.
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개요[편집]
- 지하수는 지표면 아래인 지하에 존재하는 물을 말한다. 이때, 일반적인 지하수는 대수층을 따라 지하 내부를 흐르지만, 때때로 한 곳에 고여서 정체된 상태로 있을 수도 있다. 지하 암반에 있는 아주 작은 크기의 무수히 많은 기공과 틈에 물이 꽉 채워져 있는 형태이며, 압력차에 의해 대수층을 따라 아주 천천히 이동한다. 상하수도처럼 땅속 동굴에서 강을 이루고 물이 흐르기보다는 정수기 필터같이 틈이 있는 암석 사이로 압력에 의해 밀려가는 모습에 가깝다. 자연적으로 물이 땅 위로 흘러나오기도 하며, 인공적으로 땅을 파서 대수층에서 이것을 직접 뽑아 쓸 수도 있다. 지하수로 대수층이 가득 찬 공간의 표면을 '지하수면(water table)'이라고 하는데 사막 등의 환경에서 이 지하수면이 지표에 노출된 지점이 바로 오아시스다. 지하수는 지구상에 존재하는 담수의 총량 중 30.1%를 차지하는 것으로 알려져 있다. 참고로, 지표수 (하천, 호수 등)는 이 총량 중 단 0.3%만 차지한다. 다시 말하자면, 빙하 및 적설 형태로 존재하는 담수는 총량 중 69.6%이므로, 담수이면서, 액상으로 존재하는 물의 99%가 바로 지하수이다. 그러나 일정한 대수층에 차있어 유출량과 유입량이 매우 적으므로 하구 혹은 해안을 통해 유출되는 양은 지표수(강)과 비슷한 수준에 불과하다. 해수에 미치는 영향력을 대략 1:1로 보고 있으며 지하수에 풍부한 특정 이온들과 퇴적 유기물은 강보다 많을 수 있다.[1]
- 지하수는 지표면 밑을 흐르는 물을 이르는 말이다. 지구의 외부는 암석으로 이루어진 지각으로 덮여있고, 식물이 자라는 지표면 바로 밑에는 암석을 관통하여 물이 흐르고 있다. 대부분의 지하수는 흙 속으로 스며든 비와 눈이 녹은 물이 모여서 형성된다. 물은 암석에 도달하면 암석 사이의 열려 있는 틈을 통해 흐른다. 지하수가 흐르는 속도는 지하의 환경에 따라 일정하지 않아서 하루 평균 1.5m 정도로 흐르는 곳도 있지만, 어떤 곳의 지하수는 연평균 약 1.5m의 속도로 아주 천천히 흐르기도 한다. 지하수는 전 세계 민물에서 20% 정도를 차지하며 이는 바다와 영구적인 얼음을 포함한 전 세계 물의 0.76%에 해당한다. 지하수는 남북극을 포함하여 눈과 얼음주머니에 저장된 민물의 양과 거의 맞먹는다. 가뭄 기간에 지표수의 부족을 메꾸어 줄 수 있는 천연 보고의 역할을 하므로 중요한 자원이다. 지하수는 강수, 개울, 강으로부터의 지표수로 자연스레 채워진다. 지하수는 자연적인 물의 순환에서 저수지로 표현할 수 있다. 이와 반대되는 것으로 대기와 깨끗한 지표수(반응 시간이 수분에서 수년이 걸림)가 있다. 이 수치는 얼마나 지하수가 깊은가에 따라 물 순환을 마치는 데 매우 긴 시간이 걸릴 수도 있음을 말해 준다.[2]
- 지하수는 땅속의 지층이나 암석 사이의 빈틈을 채우고 있거나 흐르는 물이다. 하지만 지하에 있는 물을 모두 지하수라고 하지는 않으며, 지하 깊은 곳의 마그마에서 유래된 처녀수(處女水)나 암석 중에 있는 결정수(結晶水)와는 구별된다. 지하수는 물이 지하에서 어떤 상태로 존재하느냐에 따라서 크게 간극수(間隙水)와 열극수(裂隙水)로 나뉜다. 자갈·모래·점토나 이들의 혼합물로 이루어진 미고결된 암석에는 고결된 암석보다 틈새가 많아 다량의 지하수를 함유하고 있는데, 이를 간극수라고 한다. 지하수라 하면 보통은 간극수를 의미한다. 또한 고결된 암석 중에는 큰 절리(節理)·열극·용암터널 등의 공동이 있어 그곳에 물이 괴 있는 경우가 있는데, 이를 열극수라고 한다. 특히 석회암의 공동에 괸 물을 동혈수(洞穴水)라 하기도 한다. 간극수나 열극수의 기원은 눈이나 비 등의 천수(天水)로부터 유래한다. 지하에 스며든 천수는 암석의 표면에 피막을 만들고, 피막이 어느 정도 두꺼워지면 물은 보다 깊은 곳으로 이동한다. 그러다가 어느 정도의 깊이에서는 그 하부에 있는 불투수층(不透水層)에 막혀서 하강을 중지하고 그곳에 정체된다. 지하수는 이와 같이 집적된 물을 말한다.[3]
지하수의 위치[편집]
- 땅속으로 들어간 빗물은 아래로, 아래로 흙과 암석 사이를 흘러내려간다. 빗물은 이렇게 더 깊은 땅속으로 스며들다가 더 이상 스며들 수 없는 곳에 모이게 된다. 이렇게 물이 통과되어 지나간 곳을 '통기대'라고 하는데, 이곳은 흙과 암석 사이가 주로 공기로 채워져 있고, 매우 적은 양의 물이 포함되어 있다. 물이 가득 차 있지 않다는 뜻에서 '불포화대'라고도 한다. 통기대를 지나, 물이 모이게 되는 곳을 '포화대'라고 하는데, 이곳은 물이 통과하지 못하는 '불투수층'위에 존재하는 곳으로, 흙과 암석 사이의 공간이 모두 물로 채워져 있어 '대수층'이라고도 한다. 물이 통과하지 못하는 '불투수층'은 주로 암반으로 되어 있다.
- 물이 통과하여 흘러내려가는 통기대와 물이 가득 차 있는 포화대의 경계를 '지하수면'이라고 하는데, 물이 더 이상 통과하지 못하는 암반으로부터 이 지하수면까지 지하수가 차 있는 것이다. 우물은 이 지하수면 아래까지 파내려가, 고인 물을 얻는 것이다. 그런데 땅속으로 흡수된 물이 계속 땅속에만 있는 것은 아니다. 이 지하수면이 지표면으로 드러나게 되는 곳에서 지형에 따라 지하수가 샘으로 솟아나기도 하고, 주변의 물이 몰려들어 하천이 되기도 하는 것이다.
지하수의 형성[편집]
- 지하에서 지하수로 포화된 투수층(透水層)을 대수층(帶水層)이라 하며, 이 대수층의 표면을 지하수면이라 한다. 한편, 지하수면 상부의 투수층에도 포화상태를 이루지 않은 지하수가 존재한다. 투수층이 두꺼워서 중간에 다소 수평한 불투수층이 끼어 있는 경우, 불투수층 상부에 대수가 이루어지기도 하는데, 이를 주수(宙水)라고 한다.
- 지하의 지층은 투수층만 연속된 것이 아니라, 투수층과 불투수층이 교대로 겹쳐 있는 경우가 많다. 이러한 경우에 불투수층과 불투수층 사이의 투수층에는 피압지하수(피압수)가 생긴다. 피압지하수는 주위보다 높은 압력을 받고 있어서 이러한 곳을 판 우물의 수두(水頭)는 지하의 얕은 곳까지 상승한다. 경우에 따라서는 지상으로 분출되기도 하는데, 이를 자분수(自噴水)라고 한다. 피압지하수의 압력은 지층이 경사져 있을 때 더욱 커진다.
- 자유지하수나 피압지하수는 모두 천수에 의하여 생기지만, 지상에 호수나 하천 등이 있을 경우, 서로 관계를 맺게 된다. 하천수에 의하여 지하수가 생기는 현상을 복류(伏流)라고 하며, 그 물을 복류수라고 한다. 일반적으로 하천수는 지하수와 연결되어 기존의 지하수면에 영향을 미친다. 자유지하수는 천수에 의하여 그 수면이 높아지고, 지하수면에 연결된 모세관대에서의 증발이나 식물의 흡인, 우물의 양수 등으로 수면이 낮아진다(수직이동). 이는 곧바로 자유지하수의 증감을 의미하지만, 피압지하수에서는 수두의 변동이 반드시 지하수의 증감을 의미하는 것은 아니다. 피압지하수는 대수층이 지표에 노출된 경우 또는 지표 가까이에 있는 경우 그 부분에서만 천수의 영향을 받는다. 이러한 경우 천수로 인한 지하수의 증가는 압력의 상승을 가져온다. 피압지하수의 수두변화에는 조석(潮汐)과 대기압도 큰 영향을 미친다. 조석의 영향은 대개 정비례 관계로 나타나며, 대기압은 반비례 관계로 나타난다.
- 그 밖에도 피압지하수의 수두 변화는 우물의 양수에도 영향을 받는다. 우물의 양수는 피압지하수의 수두를 낮추는데, 그 영향이 시간적으로 빨리 전파되며 그 범위도 크다. 지하수를 대량으로 양수하면 주변에서 수평이동에 의한 지하수의 보급과 상하의 불투수층에서 수직보급이 이루어진다. 따라서 점토층의 물은 강제로 배출하면, 지층이 수축을 일으키며 지반침강(地盤沈降)를 유발하는 일도 생긴다.
지하수의 분포[편집]
- 지하수는 산지·구릉·저지 등 어디에나 존재하며, 지질학적인 면에서도 충적층(沖積層)·홍적층(洪積層)의 신생대 제4기 지층을 비롯하여 제3기 지층, 중·고생대에 생성된 고결암·화성암 등에도 존재한다. 이 중에서도 제4기 지층은 가장 많은 지하수를 포함하고 있으며, 그 양은 오래된 지층일수록 감소된다. 다만, 석회암으로 이루어진 카르스트 동굴, 화산지대의 용암터널에서는 지하 하천이나 샘을 이룰 정도로 그 양이 많은 경우도 있다. 또한 큰 단층이 발달한 경우, 단층파쇄대를 따라 다량의 지하수가 축적되어 있어 터널을 뚫을 때 갑작스러운 출수로 사고가 일어나는 예도 있다.
- 한국의 지하수는 평야지대에 발달한 것이 많이 이용되고 있다. 특히, 분지나 산록에 발달한 선상지 말단에는 자유지하수와 피압지하수가 공존하고 있어서 지하수의 이용이 편리하다. 세계적으로는 주로 화산산록의 용천과 카르스트 지역의 용천이 그 양이 많은 것으로 알려져 있다. 지하수의 온도는 지온(地溫)과 직접적인 관계가 있으며, 기온으로부터는 간접적인 영향을 받고, 위도·고도 등에 따라서도 다소 변화가 있다.
- 한국의 지하수 수온은 지하 100m에서는 17∼18℃, 200m 깊이에서는 19∼20℃이다. 일반적으로 얕은 곳의 지하수는 기온의 영향을 많이 받아 그 온도가 여름에는 높고 겨울에는 낮지만, 토지의 연평균기온보다 2℃ 정도 높다. 그러나 장소에 따라서는 얕은 곳의 지하수이면서 겨울에는 온도가 높고 여름에는 낮은 경우도 있다.
지하수의 성분[편집]
- 지하수의 성분은 지질의 영향을 많이 받으며, 용해물질의 양은 일반적으로 지표수보다 많으나 그 변화는 대단히 적다. 지표수에 비해 나트륨·칼륨·칼슘·마그네슘·황산·철·탄산수소나트륨·규산 등이 많으며 산소는 적다. 또한 깊이에 따라 용해물질의 양이 증가하며, 수소이온농도는 약산성에서 알칼리성으로 변한다. 일반적으로 천층(淺層) 지하수보다 심층지하수가, 자유지하수보다 피압 지하수가 용존물질을 많이 함유하고 있다.
- 지하수의 성분에 염소·탄산수소나트륨·암모니아 등의 양이 증가하는 것은 사람들이 수질을 오염시킨 데 따른 것이다. 특히, 인간의 활동으로 인하여 오염되기 쉬운 천층 지하수는 근래에는 산업폐수로 오염이 급속히 눈에 띄게 되었다. 한편, 해안 부근의 지하수는 양수가 대량으로 이루어질 경우, 그 수위(피압 지하수에서는 수두)가 해면 이하로 낮아지면 해수가 침입하게 된다. 이러한 과잉양수에 따른 해안 지하수의 염수화 역시 최근 중요한 문제점이 되고 있다.
- 지하수는 수온·수질에 따른 특성이나 취수·관리의 용이성과 저렴한 비용이라는 점에서 볼 때에 지표수와 비교될 수 없는 장점을 가지고 있다. 이 때문에 상수도용수·공업용수·농업용수·도시용수 등으로서 매우 중요한 자원이다. 지구상의 수자원으로서는 해수(海水) 다음으로 그 양이 많으며, 육지에서는 빙산 다음으로 그 양이 많지만, 순환속도가 느려 인공지하수 등의 방법을 이용할 필요가 있다.
지하수의 수온[편집]
- 지하수의 수온은 주위의 지중온도와 거의 같다. 지표면 부근의 지온은 일사(日射) ·기온 등의 영향으로 일변화 ·연변화가 있으므로 지표면 가까운 지하수온도의 일변화 ·연변화를 나타낸다. 어느 정도의 깊이부터는 지온의 연변화가 없어지고(대략 8∼15 m보다 깊은 깊이), 지중온도는 깊이와 함께 상승하며, 지하수온은 지중증온율(地中增溫率)에 따라 상승한다.
- 심층지하수의 수온의 연변화는 거의 없지만, 항온층보다 얕은 곳의 지하수온에서는 연변화가 몇 ℃의 폭으로 변화한다. 하천수가 복류(伏流)하여 생긴 지하수에서는 하천수온보다는 연변화가 작지만 지하수 중에서는 수온의 연변화가 크다. 지하수온은 일반적으로 우물물 수온으로 측정하는데, 우물물의 수온이 반드시 지하수의 수온과 같지는 않다. 온천의 온도는 매우 변화가 크고, 10∼100 ℃까지 분포한다. 지하수온은 일반적으로 수온이 낮고 연변화가 작기 때문에 음료수 ·공업용수로 적합하다.
지하수의 오염[편집]
- 지하수에 유해광물질·중금속·미생물·유기화합물 등이 유입되어 오염되는 현상이다.
- 지하수는 약수(藥水), 간이·전용수도와 대부분의 양조(釀造)용·청량음료수용 수원(水源)으로 이용되므로 위생적으로 안전한 상태를 유지하여야 한다. 물은 비와 눈의 형태에서 지하수·지표수를 거쳐 대기 중으로 돌아가는 순환과정에서 자연에서 발생된 물질 및 인위적으로 생성된 물질들을 포함하게 된다. 물이 토양층을 지나 지하수가 되는 과정에서 물에 포함되어 있던 각종 자연발생 유기화합물이나 세균 등은 흙에 달라붙거나 생분해되어 걸러지기도 하지만 염분 등은 반대로 흙에 포함되어 있던 것이 녹아들거나 수분이 증발하면 농도가 짙어지기도 한다.
- 자연적인 특정 성분이 필요 이상으로 많이 녹아 있는 지하수는 인체에 해로우므로 오염되었다고 말한다. 질병 치료를 목적으로 특정 성분이 많이 함유된 물을 마시는 경우도 있으나 이는 어디까지나 예외적인 경우이다. 질산염이 포함된 지하수를 복용한 갓난아기에게는 혈액중의 산소 부족을 일으키는 청색증(靑色症)이 나타난다. 일반 성인보다 적은 양의 질산염이 함유된 지하수를 임신부가 섭취하면 태아에게 영향을 끼칠 수도 있다는 연구보고가 발표되기도 하였다.
- 인위적인 원인에 의한 오염은 더욱 심각한데, 그 이유로는 인간의 의도적인 행위나 예기치 않은 사고 또는 눈에 보이는 지표수에 비하여 지하수에 대한 무관심 등을 들 수 있다. 오염원은 생활하수·산업폐수·축산폐수 등과 같이 배출지점이 뚜렷하고 한정된 점오염원(點汚染源)과 농경지·목초지·산림지·사육장·건축현장·광산·벌채지·폐기물처리장·쓰레기매립지·도심지·도로 등과 같이 배출지역이 광범위한 비점오염원으로 나눌 수 있다. 이들 오염원에서 배출되는 오염물질로는 중금속·병원성미생물·유기화합물·방사성물질·유독물질·염류 등 다양한데, 이러한 물질이 지하수에 지나치게 많이 녹아 있으면 생태계를 약화, 파괴시키고 인간의 건강을 위협하게 된다.
- 인간에 의한 지하수오염의 근본적인 원인은 공해·환경대책을 중요하게 여기지 않은 경제성장 우선 위주의 산업·농업활동 등에 있다. 또한 지하수 형성 지대 위에 폐기물처리장 등 오염원 시설을 무분별하게 설치한 것도 원인이다. 지표수에 비하여 지하수의 흐름은 매우 느리기 때문에 오염물질이 확산하는 속도도 극히 작아서 일단 지하수가 오염되고 희석되기까지는 200년 이상의 아주 긴 시간이 필요하다.
- 지하수오염에 대한 근본적인 대책을 세우기가 어려울 뿐만 아니라, 처리하기가 매우 어렵게 되며, 처리하여야 할 오염된 지하수의 양도 많아지게 된다. 이처럼 지하수오염은 사전방지 및 조기대책을 세우지 않으면 점점 그 오염 처리에 필요한 비용은 증가하게 된다.
관련 기사[편집]
- 제주특별자치도는 지하수 행정 선진화와 체계적인 보전·관리를 위해 도내 모든 지하수개발에 대한 변동 이력 관리시스템을 구축했다고 2022년 11월 28일 밝혔다. 지하수개발·이용시설에 대한 변동 이력 관리는 기존 보유자료를 토대로 현재 운영 중인 지하수정보관리시스템에 허가사항·이용현황·행정처분 사항 등을 추가 입력해 한 눈에 볼 수 있도록 한 것이다. 제주도는 지하수정보관리시스템에 지하수개발 변동이력 자료를 포함할 수 있도록 기능을 개선했으며, 2022년 7월부터 입력을 시작해 2013년 이후 자료의 입력을 모두 마쳤다고 설명했다. 종전 수기로 관리된 민원처리대장, 지하수영향조사서 등의 자료를 수집·입력해 지하수 행정의 기초자료로 활용할 예정이다. 진기옥 제주특별자치도 물정책과장은 '지금까지 지하수개발·이용시설 관련 자료가 전산화되지 않아 자료를 찾기가 매우 어려워 변동사항 전산화를 추진하게 됐다'며 '앞으로 신속하고 정확한 자료를 바탕으로 체계적인 지하수 보전·관리가 한 단계 더 도약할 것으로 기대한다'고 말했다.[4]
- 더불어민주당 강준현 의원(세종시을)이 체계적인 지하공간의 개발·이용 및 관리를 위한 보완조사가 신속히 이뤄질 수 있도록 하는 지하수법 일부개정법률안을 대표발의 했다고 2022년 11월 28일 밝혔다. 강 의원에 따르면, 최근 크고 작은 싱크홀 사고가 자주 발생하면서 대책 마련이 필요한 상황이다. 지반침하를 발생시키는 주요원인으로 지하수의 흐름 변동이 지목되고 있지만, 이에 대한 조사가 부실하다는 지적이다. 현행 지하수법에는 지자체가 최초 기초조사를 한 이후 10년마다 지하수의 흐름을 비롯해 수질 특성, 개발가능량에 대한 보완조사를 진행하고 있다. 그러나 최근 신도시 건설이나 건축물의 대형화, 지하 공간 개발이 활발해지면서 지하수의 수량, 수질 및 흐름 양상이 급격하게 변화될 가능성이 크다는 의견이 나오면서 조사주기 단축 필요성이 제기되고 있다. 이에 강준현 의원은 지하수 기초조사 후 시행되는 보완조사 주기를 10년에서 5년으로 단축해 체계적인 지하 공간의 개발 및 관리는 물론 국민의 안전에 대비하고자 하는 내용을 담은 개정안을 마련했다.[5]
동영상[편집]
각주[편집]
- ↑ 〈지하수〉, 《나무위키》
- ↑ 〈지하수〉, 《위키백과》
- ↑ 〈지하수(groundwater/underground water/subsurface water,地下水)〉, 《두산백과》
- ↑ 윤철수 기자, 〈제주도, 지하수개발‧이용시설 변동이력 관리시스템 구축〉, 《헤드라인제주》, 2022-11-28
- ↑ 김미성 기자, 〈강준현 의원, '지반침하 대비' 지하수법 대표발의〉, 《노컷뉴스》, 2022-11-28
참고자료[편집]
- 〈지하수〉, 《나무위키》
- 〈지하수법〉, 《법령》
- 〈지하수(groundwater/underground water/subsurface water,地下水)〉, 《두산백과》
- 진유한 기자, 〈“제주 개인오수처리시설 대부분 관리 부실에 수질 기준 초과”〉, 《제주일보》, 2022-12-01
- 윤철수 기자, 〈제주도, 지하수개발‧이용시설 변동이력 관리시스템 구축〉, 《헤드라인제주》, 2022-11-28
- 황원희 기자, 〈유독성 지하수 오염을 일으키는 석탄재 저장소 심각〉, 《이미디어》, 2022-11-28
- 김미성 기자, 〈강준현 의원, '지반침하 대비' 지하수법 대표발의〉, 《노컷뉴스》, 2022-11-28
- 환경부, 〈지하수, 보이지 않는 것을 보이도록… 지하수 행사 개최〉, 《대한민국 정책브리핑》, 2022-11-22
같이 보기[편집]
