지하수 인공함양

왜 배우는가: 지하수 인공함양은 과다 양수로 줄어든 지하수를 회복하고 기후 변화에 따른 물 부족에 대응하는 수단이다. 시험에서는 정의, 목적, 방법, 설치 고려사항을 반복해 묻기 때문에 이 절의 정의와 원리 정리가 답안의 바탕이 된다.

출제 이력: 제126회 4교시 3번, 제111회 4교시 6번, 제110회 2교시 5번, 제99회 1교시 5번, 제98회 3교시 5번, 제92회 2교시 4번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

지하수 인공함양은 여유 수자원을 대수층에 인위적으로 주입하거나 침투시켜 지하수를 보충하는 기술이다.

답안 첫 줄은 위 정의로 쓰고, 이어서 아래 키워드를 본문에 배치한다.

• 인공함양: 자연 함양을 사람이 관리하여 지하 수자원을 늘리는 행위이다.
• 대수층: 물을 저장하고 흘려보낼 수 있는 투수성 지층이다.
• 직접 함양: 여유 수자원을 외부에서 대수층에 바로 주입하는 방식이다.
• 간접 함양: 지표수가 지층을 통과하며 여과와 흡착을 거치는 방식이다.
• 주입정: 펌프로 물을 대수층에 밀어 넣는 우물형 함양 시설이다.
• 침투지: 웅덩이나 연못의 물을 지층에 스며들게 하는 함양 시설이다.
• 강변여과수: 하천 옆 충적층을 거쳐 취수하는 간접 함양형 지하수이다.

2. 개념 풀이

인공함양은 관리형 대수층 함양(MAR)이라고도 하며, 지하수를 적절한 대수층에 의도적으로 보내 이후 회수하거나 환경적 효과를 얻는 행위이다. 주입정으로 물을 통제된 방식으로 넣거나 침투지로 지표수를 스며들게 하는 것이 대표적인 방법이다. 함양된 물은 대수층을 지나며 자연 정화를 받으므로, 원수의 수질에 따라 전처리가 필요하다.

인공함양의 원리는 대수층이 물을 담는 공간이라는 데 있다. 물이 남는 시기에 대수층에 저장해 두고 수요가 많은 시기에 양수하면, 대수층 자체가 지상 저수지와 같은 역할을 한다. 함양량이 양수량을 웃돌면 수위가 회복되고, 반대이면 수위가 계속 낮아진다. 침투지는 바닥이 막히면 침투율이 시간에 따라 줄어드는 문제가 있어, 함양 설계는 대수층의 저장 능력과 주입 속도, 바닥 막힘을 함께 고려해야 한다.

함양 방법은 직접 함양과 간접 함양으로 구분한다. 직접 함양은 협의의 인공함양으로, 여유 수자원을 대수층에 바로 주입하는 방식이다. 간접 함양은 지표수가 지층을 통과하는 동안 대수층의 여과와 흡착 같은 물리적 특성과 자정 작용 같은 생화학적 특성을 활용하는 방식이다. 강변여과수 취수가 간접 함양의 대표적인 예이다.

함양원수는 상황에 따라 다르다. 홍수 시 흐르는 빗물과 하천수, 처리된 하수가 대표적인 원수이다. 하수 처리수를 함양할 때는 대수층의 자연 처리에만 기대지 않고, 원수의 수질을 유지하거나 개선할 수 있도록 전처리가 필요하다.

인공함양의 핵심 목적은 지하 저장을 통한 수자원 확보와 지하 수위 회복이다. 물리적 목적은 지하 저장을 통한 수자원 확보, 지하 수위 회복, 지반 침하 방지, 지하수 염수화 방지, 대수층 축열 이용, 수온 조절로 나뉜다. 화학적 목적은 관개용수 개선, 수질 개선, 지하 오염원 제어이다. 한 시설이 여러 목적을 동시에 가질 수 있으므로, 답안에서는 주 목적과 부차 목적을 구분해 쓴다.

수위 회복은 양수로 낮아진 지하수위를 함양으로 되돌리는 것이다. 수위가 회복되면 지반 침하 위험이 줄어든다.

해수침투 방지는 해안 대수층의 담수 수위를 높게 유지해 바닷물이 내륙 지하로 들어오는 것을 막는 것이다. 담수 수위가 해수 수위보다 낮아지면 바닷물이 대수층 안으로 밀려 들어오므로, 함양으로 담수 수위를 유지하는 것이 필요하다.

3. 등장 배경과 필요성

인공함양이 필요해진 가장 직접적인 배경은 지하수의 과다 양수이다. 지하수를 필요 이상으로 퍼 올리면 대수층의 수위가 낮아지고 저장량이 줄어들며, 국지적으로 양수가 집중되면 지반 붕괴가 일어날 수 있다. 자연 함양만으로는 줄어든 수량을 회복하기 어려운 지역에서 인위적 함양이 요구되는 이유이다.

국내에서 지하수를 고갈시키는 가장 큰 용도는 농업이다. 지하수 사용량의 절반 이상이 농업용수이며, 노지재배가 빗물에 의존하던 것과 달리 비닐하우스 재배는 인공관수가 필요해 지하수 사용을 늘린다. 비닐하우스 지붕에 떨어진 빗물은 지하로 스며들기 어려워, 도시의 포장도로처럼 불투수면이 늘어나는 효과도 낸다.