KIGAM 한국지질자원연구원

지하수연구실 이은희 박사

 세상이 변해도 많이 변했다. 

인간을 대신해 일하는 무인 로봇, 인간의 지능과 대적하는 인공 지능,

 인간이 누빌 수 없는 공간을 활약하는 드론까지.

 기계와 인간의 경계가 없는 이 세상은 그야말로 ‘신(新)세계’이다. 

경계 없는 세상에서 인류는 연구 범위를 확장했다. 

‘드론’은 그러한 인간의 연구 영역을 더욱 넓게 경계 없이 그리고 어디든 가능하도록 만들었다.

이은희 박사는 바다에 드론을 띄운다. 

해저로 유입되는 지하수 즉 ‘해저유출지하수’의 지역을 탐지하고, 

유출된 지하수가 인근 연안에 미치는 영향을 파악하기 위해서다. 

세계적으로 최초로 거행하는 일, 그래서 의미는 깊고 영향은 크다. 

해저로 유출되는 지하수를 규명하는 일

해저유출지하수는 바다와 육지가 만나는 경계에서 바다로 유출되는 지하수다. 또한, 연안 환경에 지대한 영향을 미치는 주요 인자이다. 바다로 유입된 해저유출지하수가 해양에 미치는 영향은 두 가지로 압축할 수 있다. 긍정적이거나 부정적이거나. 육지에서 발생한 오염물질이 해양으로 유입할 수 있는 경로가 바로, 해저유출지하수이다. 따라서 해저유출지하수를 통해 오염된 지하수가 해양으로 유입된다면, 아마도 해양 환경 파괴는 면치 못할 것이다. 수질오염은 물론 생태계 파괴와 같은 문제가 야기될 수 있다. 깨끗한 지하수는 해양 생태계에 긍정적인 영향을 줄 수 있다. 해저유출지하수의 유출 통로를 발견하고 유출량이 파악된 이후의 일이긴 하지만, 도서지역 시민들의 식수로 활용할 가능성도 있다. 따라서 해안에 유출되는 지하수를 탐지할 수 있다면, 지하수가 연안에 미치는 영향을 확인하고 식수로 활용 가능한지에 대한 여부를 판단할 수 있다. 

최근 전 세계적으로 해저유출지하수의 중요성이 주목받는 가운데, 연구가 활발하게 진행되고 있다. 하지만 해저유출지하수는 해저면을 통해 바다로 유출되기 때문에 관측이 매우 어려운 상황. 해저유출지하수가 유출된 지역을 파악하는 일은 가능하지만, 유출되는 과정 그리고 그 특성은 여전히 해결해야 하는 부분이다. 이은희 박사는 해저유출지하수 탐사를 위해 ‘드론(무인항공기)’을 활용한다. 드론에 열화상 카메라를 탑재한 후 바다로 띄운다. 드론은 해안으로 유출하는 지하수를 탐지한다. 지하수와 해수간의 온도차를 이용하는 방식이다. 

“땅속에 저장된 지하수는 대기온도와 태양복사열의 영향을 크게 받지 않는 편이예요. 연중 15℃ 내외를 유지하죠. 지표수와 해수는 계절에 따라 온도의 변화 폭이 커요. 드론을 활용한 탐사 기술은 바로 이 점을 활용하죠. 연중 온도가 일정한 지하수와 그렇지 않은 해수간의 온도차를 이용해 해안으로 유출되는 지하수를 탐지합니다. 예로 들어 여름철 해수의 온도는 지하수보다 높습니다. 만약 온도가 낮은 지하수가 해수로 유입되면, 해수 온도는 낮아지게 되죠. 바로 이때 해수에서 지하수 유입 흔적을 발견할 수 있게 됩니다. 해저유출지하수 지역을 탐지하는 연구는 이미 외국 연구 기관에서 시도된 적이 있어요. 그들은 주로 경비행기를 활용한 ‘항공 탐사’를 진행했죠. 우리 지하수연구실은 세계 최초로 드론을 활용해 해저유출지하수 지역을 탐사하고 있습니다.”

사실 처음부터 탐사에 드론을 활용한 건 아니었다. 다른 외국 연구 기관처럼 경비행기로 항공 탐사를 진행하려고 했다. 그런데 여러 제약이 따랐다. 제일 먼저 비용 문제였다. 그 다음은 날씨였다. 특히 도착 지점 날씨에 따라 변수가 많이 발생했다. 날씨가 좋지 않으면 탐사 일정을 변경해야 했다. 기껏 촬영을 시도하면, 날씨가 급변할 때도 부지기수였다. 띄우긴 해봤지만, 결과는 영 석연찮았다. 고민을 거듭했다. 경비행기 탐사의 단점을 모두 보완하고 싶었다. 그때 든 생각이었다. ‘드론을 띄우자!’ 

“재미있는 연구가 될 것 같았어요. 경비행기를 사용하면 발생할 수 있는 문제점을 해결해줬죠. 우선, 탐사에 드는 비용이 기존에 비해 훨씬 많이 줄었어요. 일정도 좀 더 유연하게 조정할 수 있게 됐죠. 또 경비행기는 한 장소를 여러 장 찍으려면 경로를 많이 바꿔야 해요. 드론을 사용하면서 그런 수고로움을 덜었죠. 촬영 고도도 쉽게 조절할 수 있게 되었어요. 결과적으로 우리가 필요로 한 결과물을 훨씬 쉽게 얻을 수 있게 되었습니다.” 

새로운 기술을 끊임없이 접목해 나갈 예정

드론을 활용한 해저유출지하수 탐사는 기존 연구 방법의 틀을 확실히 깼다. 지하수 유출 지점을 효율적으로 탐지할 수 있게 되었고, 지하수 유출량 변화를 시간과 공간의 제약 없이 파악할 수 있게 됐다. 따라서 드론을 기반으로 한 해저유출지하수 탐지 기술은 지하수의 해저 유입 경로, 유출량, 유출 특성을 파악하는데 도움을 줄 것으로 기대된다.

“현재 지하수연구실은 해저유출지하수가 ‘어디’에서 나오는지 그 유출 경로를 찾아야 합니다. 유출량이 항상 일정하지 않아 유출량이 어느 정도인지 파악하는 것도 중요해요. 유출량에 따라 해저 환경은 어떻게 변하는지 파악하기 위함이죠. 또한 지하수가 우리 연안에 긍정적 혹은 부정적인 영향을 미치는지도 앞으로 조사할 예정이에요.”

최초였고, 처음이었다. 그리고 성공했다. 그만큼 이은희 박사는 기술 완성도에 대한 자신감 또한 높았다. 기술의 우수성을 인정받아, 해외 유수 연구 기관에 기술도 전수했다. 의미 있는 공동 연구를 진행했고 그 과정에서 수많은 연구 결과도 창출했다. 하지만 이은희 박사는 멈추고 싶지 않다. 새로운 기술의 등장과 함께 빠르게 변화하는 연구 현장. 이은희 박사는  발전하는 기술과 함께 호흡하는 방법을 강구할 예정이다. 새로운 기술을 기존 연구에 접목하는 시도도 멈추지 않을 것이다.

높은 곳에서 깊은 바다를 엿보고, 하늘과 바다 위를 누비는 드론. 드론 기술을 통해 이은희 박사의 목표가 한 발 더 앞으로 나아갈 수 있길 바라본다.