Assessment of groundwater depletion rate by numerical modelling: a case study of Johar town Lahore, Pakistan

남아시아의 북적이는 도시들에서는 거리 아래에서 조용한 위기가 전개되고 있습니다. 지하수, 즉 땅속에 숨겨진 거대한 담수 저장고가 자연이 채워주는 속도보다 더 빠르게 뽑혀 나가고 있습니다. 이 숨겨진 자원은 끝이 없는 우물이 아닙니다. 이는 인출량이 예치량보다 많은 은행 계좌와 같습니다. 비가 내리면 토양으로 스며들어 지하 층을 보충하기 위해 천천히 흘러 내려가는데, 이 과정을 '충전(recharge)'이라고 합니다. 그러나 도시가 확장됨에 따라 콘크리트와 아스팔트가 지면을 덮어 비가 아래의 대수층에 도달하는 것을 차단합니다. 동시에, 성장하는 인구와 산업은 가속화된 속도로 물을 퍼 올리고 있습니다. 균형이 깨지면 지하수위가 낮아져 사람들은 더 깊은 우물을 파야 하고, 이는 비용을 증가시키며 남은 수질을 위험에 빠뜨립니다. 특정 지역에서 이 물이 정확히 얼마나 빨리 사라지고 있는지 이해하는 것은 도시가 메마르지 않는 미래를 계획하는 데 매우 중요합니다.

파키스탄 라호르의 조하르 타운(Johar Town)이라는 밀집된 도시 경관 속에서, 연구자들은 이 보이지 않는 감소를 측정하기 위해 디지털 도구에 주목했습니다. 소니아 안와르(Sonia Anwar)가 이끄는 연구팀은 이 지역의 지하수 시스템을 가상 쌍둥이로 만들기 위해 정교한 컴퓨터 프로그램을 사용했습니다. Visual MODFLOW라고 알려진 이 소프트웨어는 물이 토양과 암석 층을 통해 어떻게 이동하는지를 시뮬레이션하는 상세한 지도 역할을 합니다. 이 모델을 구축하기 위해 연구진은 얼마나 많은 물이 우물에서 뽑혀 나갔는지에 대한 기록, 지하수 수위, 지난 10년간의 강우 패턴 등 현지 당국으로부터 얻은 실제 데이터를 수집했습니다. 그들은 모든 양수장의 위치와 물이 토양을 얼마나 쉽게 통과할 수 있는지를 나타내는 물리적 특성인 투수계수(hydraulic conductivity)를 매핑했습니다. 이 정보를 컴퓨터에 입력함으로써, 그들은 시뮬레이션 속에서 시간이 지남에 따라 수위가 어떻게 변하는지 관찰할 수 있었으며, 사실상 지난 6년의 역사를 디지털 환경에서 실행하여 지하에서 실제로 어떤 일이 일어나고 있었는지 확인할 수 있었습니다.

이 디지털 조사의 결과는 명확하고 꾸준한 추세를 드러냈습니다. 2015년에서 2021년 사이, 조하르 타운의 지하수 수위는 매년 평균 거의 0.88미터씩 하락했습니다. 6년 동안 전체 지하수위는 2미터 이상 떨어졌습니다. 이러한 감소는 단순히 차트 위의 숫자가 아닙니다. 이는 환경의 실질적인 변화를 의미합니다. 물이 물러남에 따라 추출 비용은 상승하고, 물 자체는 지표면으로부터의 오염에 더 취약해집니다. 연구진은 이러한 하락의 주요 원인이 지역의 급격한 도시화라는 것을 발견했습니다. 농지와 개활지가 건물과 도로로 대체됨에 따라 지면은 빗물을 흡수하는 능력을 상실합니다. 비가 대수층을 충전하기 위해 땅속으로 스며드는 대신, 단단한 표면을 따라 흘러내려 지하 저장고를 비게 만듭니다. 이 문제는 성장하는 인구와 산업의 요구를 충족하기 위해 퍼 올리는 엄청난 양의 물로 인해 더욱 심화됩니다.

연구진은 결과의 정확성을 보장하기 위해 자신들의 모델을 실제 관측값과 대조하여 테스트했습니다. 그들은 토양을 통해 물이 얼마나 쉽게 이동하는지에 대한 설정값, 특히 투수성을 조정하여 시뮬레이션된 수위가 현장의 우물에서 측정된 실제 수치와 일치하도록 했습니다. 그들은 물이 지면을 통해 이동하는 속도가 수위를 결정하는 가장 결정적인 요인임을 발견했습니다. 모델이 현실과 일치하도록 조정된 후, 연구진은 감소율이 일관되고 유의미하다는 것을 확인했습니다. 또한 연구는 강우가 대수층을 채우는 데 도움이 되기는 하지만, 이 지역에 내리는 강우량은 제거되는 엄청난 양의 물을 상쇄하기에는 충분하지 않다는 점을 강조했습니다. 폭우가 내린 해에도 순 효과는 여전히 지하 시스템의 수량 손실이었습니다.

이러한 연구 결과의 함의는 단일 지역을 넘어 확장됩니다. 이 연구는 현재 라호르의 물 관리 방식이 지속 불가능함을 시사합니다. 연구진은 단순히 비를 기다리는 것만으로는 더 이상 실행 가능한 전략이 아니라고 제안합니다. 대신, 도시가 물 순환과 상호작용하는 방식의 변화를 권고합니다. 여기에는 빗물을 포착하여 땅속 깊은 곳으로 유도하도록 설계된 구조물인 침투식 우물(inverted wells) 설치와, 토양이 숨을 쉬고 물을 흡수할 수 있는 녹지 공간 조성 등이 포함됩니다. 또한 그들은 더 엄격한 모니터링을 촉구하며, 문제를 조기에 포착하기 위해 수위를 연 단위가 아닌 월 단위로 점검해야 한다고 제안합니다. 나아가, 새로운 주택 개발 단지는 자신들이 사용하는 물과 다시 채워 넣는 물의 균형을 맞춰야 합니다. 목표는 도시가 단순히 물 공급원을 소비하는 것이 아니라, 물을 보충하는 데 적극적으로 참여하여 미래 세대를 위해 수도꼭지가 마르지 않도록 하는 시스템을 만드는 것입니다.