KIGAM 한국지질자원연구원

이현주 지하수환경연구센터 선임연구원

물순환의 경고 신호를 포착하는 데이터 가뭄과 홍수, 수질 악화와 물 부족이 일상이 된 시대. 

눈에 보이는 강과 호수 아래, 조용히 흐르는 지하수는 기후위기의 영향을 가장 먼저, 그리고 가장 오래 기억하고 있다. 

한국지질자원연구원의 지하수환경연구센터는 이 ‘보이지 않는 기록’을 읽어낸다. 

지표수와 지하수가 만나는 경계, 과거와 미래의 물순환이 교차하는 지점에서 데이터를 통해 기후위기에 미리 대응하고 있는 연구원을 만났다.

안녕하세요. 저는 2018년 한국지질자원연구원에 입사해 지하수 관련 연구를 수행하고 있는 이현주 선임연구원입니다. 현재 지하수환경연구센터에서 지하수와 지표수가 상호작용하는 과정을 해석하고, 기후변화가 이러한 물순환 체계에 미치는 영향을 분석하는 연구에 집중하고 있습니다.

지하수는 직접 볼 수 없기 때문에 관측 자료와 모델링을 함께 활용합니다. 지하수위, 수질, 하천 유량, 강수량 같은 장기 관측 데이터를 기반으로 지하수와 지표수가 언제, 어디서, 어떤 방식으로 연결되는지를 수치 모델로 재현합니다. 여기에 기후변화 시나리오를 적용하면, 단순한 현재 분석을 넘어 미래에 물순환이 어떻게 달라질지까지 예측할 수 있습니다. 보이지 않는 지하수를 ‘데이터로 그려보는 작업’이라고 할 수 있겠죠.

KIGAM에 입사해서 수리지질과 지화학 등 다양한 전공 분야 박사님들과 함께 연구과제를 수행하게 되었는데, 하나의 자료를 두고도 서로 다른 시각과 해석, 접근 방향이 나온다는 점이 매우 신선하고 인상 깊었습니다. 같은 데이터를 보더라도 어떤 분은 흐름에 주목하고, 어떤 분은 수질 특성에 주목하는 걸 보면서 제 분석의 폭도 함께 넓어졌습니다.

또한 기존에 해보지 못한 다양한 현장 경험을 하게 되는 점도 기억에 남습니다. 한 번은 하천에 배를 타고 들어가 지표수 샘플링을 진행했는데, 그 과정에서 제가 그동안 접해보지 못했던 다른 분야의 연구 방법을 직접 경험해볼 수 있었어요. 다양한 전공자들과의 협업과 현장 경험이 어우러지면서 연구의 폭과 깊이가 함께 확장되고 있다는 점에서, 연구 생활이 매우 흥미롭고 의미 있게 느껴집니다.

연구 과정에서 다양한 변수와 해상도를 가진 자료들을 확보하고 이를 하나의 일관된 모델로 구축하는 것이 가장 큰 어려움입니다. 정확한 예측을 위해서는 장기적 관측 데이터가 필수인데, 실제로는 해당 지역의 지하수위 자료나 하천 유량 자료가 부족한 경우가 많습니다. 그럴 때는 다양한 기존 자료를 보정하거나 현장 조사로 직접 보완해야 하는데, 여기서 상당한 시간과 에너지가 쓰여요.

또, 불확실성을 줄이기 위한 반복적인 검·보정 과정이 필수적입니다. 현실적으로 짧은 시간 안에 신뢰도 높은 결과를 도출해야 하는 경우가 많아서 시간적 압박에 늘 시달려요. 그러나 모델 예측 결과가 수위 자료뿐 아니라 그 외 수질 자료와도 의미 있는 해석이 가능할 때 큰 보람을 느낍니다. 데이터가 서로 뒷받침하며 유의미한 해석을 만들어낼 때, 모델이 실제 지하수 시스템을 잘 반영하고 있다는 생각이 듭니다. 이러한 모델 기반 예측 결과가 지역의 물관리 정책 수립에 활용될 수 있고, 장기적으로는 사회적 의사결정 과정에도 기여할 수 있겠죠.

기후위기 상황에서는 지하수가 평소보다 더 크게 변동하기 때문에, 우리는 지하수위 예측을 통해 가뭄이나 극한 강우 시 어떤 영향이 나타날지를 미리 살펴봅니다. 지하수위가 크게 하강하면 지하수에 의존하는 하천 구간의 수위도 함께 낮아질 수 있고, 이는 곧 물 공급 불안정으로 이어집니다. 가뭄이 반복될수록 지하수 회복은 느려지고, 생활·농업용수와 먹는 물 안전에도 영향을 주죠. 결국 중요한 것은 비가 얼마나 왔는지가 아니라, 그 물이 땅속에 얼마나 저장됐는지입니다. 이미 잘 마련된 관리 계획과 추정 자료를 바탕으로 효율적으로 대응할 수 있어요. 최근 강릉 가뭄 이후 지하수 저류댐이 주목받는 것도 이런 맥락이고, 앞으로는 지표수와 지하수를 함께 관리하려는 인식이 더 확산되어야 합니다.

기후변화로 인해 물 순환의 불확실성이 크게 증가하고 있습니다. 최근처럼 기후위기 심화로 강수 패턴이 불규칙해지고 가뭄의 빈도와 강도가 증가하면서 안정적인 수원 확보에 대한 관심이 커지고 있는 상황에서, 지하수 환경 변화에 대한 선제적 예측과 관리가 특히 중요합니다. 예측 모델 기반의 분석과 실시간 모니터링 기술이 고도화되면, 가뭄이나 수질 악화와 같은 문제를 사전에 진단하고 대응할 수 있는 기반이 마련될 것으로 생각합니다. 

기술이 점차 완성될수록 예측 정확도가 높아져 빠르고 보다 정확한 의사결정이 가능해질 것입니다. 지역 특성에 맞는 맞춤형 관리 전략도 수립할 수 있습니다. 이 기술은 우리나라뿐 아니라 전 세계적으로 기후위기 영향을 받고 있는 지역에서도 적용할 수 있는 기술로, 지속 가능한 수자원 관리에 중요한 역할을 하게 될 것이라고 생각합니다.

지하수와 지표수는 별개의 것이 아니라 연결된 하나의 통합된 물순환 시스템으로, 기후변화 영향을 평가할 때 두 수체를 함께 고려해야만 강우 변화나 극한 기후 현상이 물 환경에 미치는 영향을 보다 정밀하게 분석할 수 있습니다. 또한 이를 실시간으로 모니터링하는 시스템 구축도 매우 중요합니다. 관측 자료가 축적될수록 예측 결과를 지속적으로 검증하고 보완할 수 있으며, 지하수 순환 특성을 보다 정밀하게 해석할 수 있기 때문입니다. 질소 오염의 경우도 토지 이용과 밀접하게 연관되어 있어, 지하수-지표수 상호작용을 함께 고려할 때 오염 경로와 확산 특성을 보다 정확히 파악할 수 있습니다. 오염물질 거동을 평가할 때도 역시 지하수와 지표수를 통합적으로 접근할 때 실질적인 오염 저감 기술 개발로 이어질 수 있다고 생각합니다.

고품질의 장기 모니터링 체계를 구축해 기술의 실효성을 높이는 것 이외에도, 기관 간에 필요한 데이터가 원활하게 공개 및 공유될 수 있는 환경이 필요합니다. 또한 단기간에 가시적 성과만을 요구하는 구조보다, 충분한 시간을 두고 데이터를 축적하고 검증해 실효성 있고 신뢰도 높은 연구 결과를 만들 수 있는 환경이 무엇보다 중요합니다. 이러한 기반이 갖춰져야 모델 기반 예측 기술이 현장에서 안정적으로 적용되고, 지역사회에 실질적인 도움을 줄 수 있는 결과로 이어질 수 있다고 생각합니다.

최근에는 AI, 딥러닝, 빅데이터 분석 기법이 다양한 분야에서 많은 관심을 받는 만큼, 이러한 기술을 지하수 모델링에 어떻게 효과적으로 활용할 수 있을지에 대해 고민하고 있습니다. 전통적인 지하수유동 모델링은 물리 기반 해석에 강점이 있는 반면, 방대한 관측 자료를 빠르게 학습하고 패턴을 찾아내는 데에는 한계가 있기 때문에, 두 방법을 상호 보완적으로 결합할 수 있는지에 대해 관심을 가지고 있습니다.

아직은 기존 모델에 인공지능 기법을 어떻게 현실적으로 적용할 수 있을지 고민하는 단계지만, 장기 모니터링 자료와 다양한 수문·기상 데이터를 딥러닝 기법과 접목해 모델의 예측 성능을 향상시키는 연구에 관심을 가지고 있습니다. 그리고 이러한 기술을 활용해 지하수 이용·관리와 관련된 최적화 문제를 연구해보고 싶습니다. 

다공질 화산암으로 이뤄진 제주도는 강이 거의 없고 투수성이 높아 생활용수의 대부분을 지하수에 의존하고 있습니다. 제주도에 방문해 산굼부리와 용암동굴 지대를 함께 둘러본다면, 화산암 지대에서 지하수가 어떻게 저장되고 이동하는지를 경험할 수 있습니다. 이런 관광명소에 방문해 해설을 듣는 것도 추천합니다. 제주도 내 생수로 쓰이는 지하수 관련 투어에도 참가한다면 지하수의 형성부터 이용까지 전 과정을 이해할 수 있을 것입니다.

올해 테마는 <지구에서 온 편지>입니다. 땅의 역사를 밝히는 연구자로서 지구에 짧은 편지를 부탁드립니다.

지하수 관측을 통해 과거 변화를 이해하고, 현재 상태를 살펴 미래를 더 정확히 예측할게. 이 기록들이 모여 더 안전한 내일을 준비하는데 작은 도움이 되기를 바라. 

연구만으로 끝나는 것이 아닌, 현장의 문제 해결과 미래 대비에 실제로 도움이 되는 연구를 이어나가고 싶습니다. 그냥 논문이나 보고서로 끝나기 보다는, 이 데이터를 필요로하는 현장에서 쉽게 이해되고 바로 적용될 수 있는 연구를 수행하는 것이 입사 때부터 가져온 목표입니다. 앞으로도 연구 결과가 정책과 현장에서 참고 자료로 활용될 수 있도록, 현장 여건을 고려하면서 연구를 꾸준히 발전시켜 나가는 연구자가 되고 싶습니다.