지하수 추출로 해안 도시 지반이 예측 보다 훨씬 빨리 가라앉고 있다.

문광주 기자 / 기사승인 : 2022-04-27 10:33:30
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- 전 세계 99개 해안 도시를 2015-2020년까지 2개월에 한번씩 지표 아래 표고 측정 결과
- 99개 도시 중 33개 도시 지역의 일부가 연간 1센티미터 이상 가라앉고 있다.
- 지하수 추출이 주 원인, 지하수 취수 제한 조치로 침하를 완화시킬 수 있어

해안 도시가 전 세계적으로 예측보다 빨리 가라앉고 있다.
무엇보다도 아시아에서 침하가 연안 교역을 위험에 빠뜨린다.


이중 위험:
전 세계의 수 백만이 살고 있는 해안 도시에서 땅속 지반이 위험할 정도로 빠르게 가라앉고 있다. 위성 측정에서 알 수 있듯이 때로는 일 년에 몇 센티미터씩 가라앉고 있다. 그 결과 수백만 명의 사람들이 단순한 해수면 상승이 시사하는 것보다 더 많은 홍수 위험이 있다. 자카르타, 타이페이, 뭄바이와 같은 아시아의 대도시는 특히 심각한 영향을 받고 있고 플로리다의 탬파, 이스탄불, 오클랜드도 심각하게 줄어드는 지역이다. 

▲ 아시아의 많은 대도시(여기 자카르타)는 물 가까이에 건설됐으며 지반 침하로 인해 심각한 영향을 받고 있다. © AsianDream/게티 이미지

*
해안 지역은 지구상에서 가장 인구 밀도가 높은 지역에 속하지만 동시에 두 가지 면에서 홍수의 위협을 가장 많이 받는다. 해수면 상승 외에도 과도한 지하수 추출로 인한 심각한 지반 침하로 많은 곳에서 위험에 처해 있기 때문이다. 영향을 받는 지역에는 아시아의 많은 해안이 포함되지만 캘리포니아와 미국 동부 해안도 예외가 아니다.

1년에 1cm 이상

미국 로드아일랜드 대학의 우 페이친(Pei-Chin Wu)과 그의 동료들은 위성 데이터를 사용해 현재 특히 지반 침하의 영향을 받는 해안 도시를 결정했다. 이를 위해 유럽 지구 관측 위성 Sentinel-1의 InSAR*(간섭계 합성 개구 레이더: Interferometric Synthetic Aperture Radar) 데이터를 평가했다. 전 세계 99개 해안 도시에 대해 2015년부터 2020년까지 2개월에 한번씩 지표 아래 표고를 측정한 결과를 분석했다.

* InSAR : SAR 영상의 위상차Phase 정보를 이용해 고해상도의 위치 정보 및 변위 측정을 하는 방법. 약간 다른 위치에서 대상물을 관측하면 각각의 안테나에서 받는 신호에 위상차가 생긴다는 원리에서 비롯되었으며, 항공기 및 인공위성 SAR를 이용한 연구가 활발히 진행되고 있다.

결과:
"연구된 99개 도시 중 33개 도시에서 적어도 지역의 일부가 연간 1센티미터 이상 가라앉고 있다. 이는 세계 평균 해수면 상승보다 5배 빠른 속도다"고 연구원들은 보고했다. 기후 변화와 녹는 얼음으로 인해 현재 해수면은 연간 약 3mm씩 상승하고 있다.

따라서 이 해안 도시의 지반 침하로 인해 홍수 위험이 증가한다. "지반 침하가 이 속도로 계속되면 이 도시는 현재 해수면 모델이 예측하는 것보다 훨씬 더 일찍 침수 위험에 처하게 될 것이다"고 팀은 기술했다.
▲ 특히 침하율이 높은 도시(위)와 영향을 받는 넓은 지역. © Wu et al./ Geophysical Research Letters, CC-by-sa 4.0 (출처: 관련논문 Subsidence in Coastal Cities Throughout the World Observed by InSAR / Geophysical Research Letters)

영향을 받는 아시아의 백만 대도시

지반 침하 현상은 아시아의 인구 밀도가 높은 일부 대도시 지역에서 가장 강력하다. 인도네시아 자카르타와 세마랑, 중국 톈진, 방글라데시 치타공의 심토가 연평균 3센티미터 이상 가라앉고 있다. 연구원들의 보고에 따르면 최대 침하 속도는 일부 측정 지점에서 최대 30센티미터에 이르렀다.

또 상하이·방콕·하노이·톈진 등 해발 5m도 안 되는 대도시 대부분이 높은 속도로 가라앉고 있는 20개 이상의 대도시가 특히 위험에 처해 있다. 대도시 상하이에서만 1,700평방킬로미터의 저지대 지형이 영향을 받는다. 2천만 명의 인구가 살고 있는 뭄바이도 일부 지역에서는 연간 최대 8센티미터까지 가라앉고 있다.
▲ 선택된 도시에 대한 평균 가시선(LOS) 속도 분포. LOS 속도는 Sentinel-1 A/B 데이터를 사용해 2015년-2020년 사이의 mm/yr 단위다. (-) 부호는 지상이 위성에서 멀어지고 있음을 의미, 대부분의 경우 침하와 동일하다. Circles는 Nevada Geodetic Lab 데이터베이스의 최근 연속 GNSS(Global Navigation Satellite System) 스테이션이다. 붉은색 원은 InSAR(Interferometric Synthetic Aperture Radar) 데이터를 이동하는 데 사용되는 참조 스테이션의 위치를 표시한다.붉은색 삼각형은 GNSS 데이터가 없을 때 InSAR 데이터를 이동하는 데 사용되는 반경 5km 원형 영역의 위치를 표시한다. (출처: 관련논문 Fig 2. Subsidence in Coastal Cities Throughout the World Observed by InSAR)

서부에 위치한 일부 해안 도시

서부 선진국의 일부 해안 도시도 지반 침하로 인한 심각한 위험에 처해 있다.
플로리다주 탬파베이 지역에서는 약 80제곱킬로미터의 저지대가 연간 최대 11센티미터씩 가라앉고 있다. 이스탄불에서는 도시의 서쪽 외곽 지역이 급격한 침하의 영향을 받는다. 뉴질랜드 오클랜드에서는 80제곱킬로미터의 저지대가 매년 평균 1센티미터 이상의 세입자와 함께 여전히 가라앉고 있다.

과학자들은 대책이 마련되지 않으면 가까운 장래에 수 백만 명의 사람들과 전 세계적으로 가장 중요한 경제 중심지 중 일부가 홍수로 위협을 받을 수 있다고 경고했다. 5,900만 명이 넘는 사람들이 치타공, 카라치, 마닐라, 톈진 등 지반 침하로 심각한 피해를 입은 4개 도시에 살고 있다.

지하수 추출이 주요 원인

Wu와 그의 동료들은 사람들 자신을 지반 침하의 주요 원인으로 보고 있다. "이 지구적 문제는 주로 인간 활동, 특히 지하수 추출 형태의 결과다"고 설명했다. 이것은 무엇보다도 산업 플랜트나 주거 지역을 위해 지반에서 특히 많은 양의 물이 취해지는 경우 침하가 특히 크다는 사실에 의해 나타난다. 이것은 하층토를 불안정하게 만들고 가라앉게 한다.
▲ (a), (b) 자카르타와 상하이의 침하 지도. 검은 선 원은 Nevada Geodetic Lab 데이터베이스의 최근 연속 GNSS(Global Navigation Satellite System) 스테이션이다. (c), (d) 자카르타와 상하이의 Google 어스 이미지. 4개의 패널 모두에 있는 검은색 실선은 도시 경계를 표시한다. 붉은색 삼각형은 GNSS 데이터가 없는 경우 간섭계 합성 개구 레이더 데이터를 이동하는 데 사용되는 반경 5km 원형 영역의 위치를 표시한다.(출처: 관련논문 Fig 4)

초기에 긍정적인 소식도 있다. 적어도 일부 대도시 지역에서는 지반 침하를 최소한 늦추는 것이 이미 가능했다. 예를 들어, 자카르타와 상하이의 감소율은 약 20년 전에 상당히 높았다. 그러나 그 이후로 취수에 대한 엄격한 규제가 시행되면서 그 비율은 그 이후로 느려졌다. "이러한 예는 그러한 규제가 침하를 막는 효과적인 도구가 될 수 있음을 보여준다"고 연구자들은 말했다.
(Geophysical Research Letters, 2022, doi: 10.1029/2022GL098477)
출처: Geophysical Research Letters

[더사이언스플러스 The SCIENCE Plus = 문광주 기자]

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