[논문]지구온난화에 따른 제주도 근해의 해수면 상승과 제주도 동부 지역 지하수의 염수대 변화

김경호; 신지연; 고은희; 고기원; 이강근

지구온난화에 따른 제주도 근해의 해수면 상승과 제주도 동부 지역 지하수의 염수대 변화
Sea Level Rise Around Jeju Island due to Global Warming and Movement of Groundwater/seawater Interface in the Eastern Part of Jeju Island 원문보기

지하수토양환경 = Journal of soil and groundwater environment, v.14 no.3, 2009년, pp.68 - 79

김경호 (서울대학교 지구환경과학부) , 신지연 (서울대학교 지구환경과학부) , 고은희 (서울대학교 지구환경과학부) , 고기원 (제주특별자치도 환경자원연구원) , 이강근 (서울대학교 지구환경과학부)

초록
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제주도는 투수성이 좋은 화산암류로 형성이 되어 지표수의 발달이 빈약하므로 수원의 대부분을 지하수에 의존하고 있다. 따라서 지구 온난화로 인한 해수면 상승이 발생하여 지하수로의 해수 침투가 발생할 경우 매우 심각한 문제에 봉착할 수 있는 취약성을 지녔다. 본 연구에서는 장기 조위 관측 자료를 토대로 한반도 주변과 제주도 근해의 장기적인 해수면 변화를 분석하였다. 그 결과, 최근 40년 간 한반도 주변에서 해수면이 $2.16\;{\pm}\;1.71\;mm/yr$의 속도로 뚜렷한 상승 양상을 보였으며 제주도 해안에서는 더욱 빠른 속도로 해수면이 상승해 왔음을 알 수 있었다. 또한 제주특별자치도의 지하수/해수침투관측망의 지하수 관측 자료를 통하여 갈수기 중 해수면이 연주기적으로 상승하는 4-5개월 정도의 시기 동안 해수면의 상승에 따라 염수대가 육지 쪽으로 확장하여 침투하고 있는 것을 관측할 수 있었다. 이를 통하여 제주도 동부 지역이 장기적으로 해수면의 상승에 따라 염수대가 육지 쪽으로 확장하여 침투하였음을 간접적으로 보였다. 이는 지구 온난화에 의한 해수면의 상승이 그 동안 관찰되어 왔던 제주도 동부 지역의 해수 침투현상의 한 원인이 될 수 있음을 제시하고 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

Groundwater is the main water resource in Jeju Island because storage of surface water in reservoir is difficult in the island due to the permeable volcanic rocks. Because of this reason, the groundwater is expected to be very vulnerable to seawater intrusion by global warming, which will cause sea level rise. The long term change of mean sea level around the Korean Peninsula including Jeju Island was analyzed for this study. The sea level rise over the past 40 years was estimated to be of $2.16\;{\pm}\;1.71\;mm/yr$ around the Korean Peninsula. However, the rising trend around the eastern part of Jeju Island was more remarkable. In addition, the groundwater/seawater intrusion monitoring network operated by the Jeju Special Self-Governing Province shows that seawater intrusion becomes more prominent during dry 4-5 months in a year when the sea level increases. This implies that the fresh groundwater lens in the eastern part of Jeju Island is influenced by the sea level rise due to global warming in the long term scale.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

비록 서구 선진국 수준의 장기적인 관측 자료가 축적이 되지는 못하였지만 우리나라 인근의 해수면 상승에 대한 연구들이 다양한 방법으로 수행되어 왔는데(Table 2) 이들 연구에서는 한반도 주변의 해수면 상승 속도가 최근 40여 년간 약 1-3 mm의 범위에 있음을 보였으며, 대체로 세계 평균 해수면 상승 속도를 약간 상회하는 속도로 해수면이 상승하고 있음을 보였다. 이 연구에서는 국립해양 조사원(NORI, National Oceanographic Research Institute)에서 운영하는 국가 해양 관측망의 조위 관측 자료를 토대로 한반도 근해와 제주도 지역의 해수면 상승 양상을 조사해 보았다.
이 연구에서는 수 십년 전부터 보고되어 온 제주도 동부 지역 지하수 염수대 확장의 원인으로 제주도 외적 인자인 지구 온난화로 인한 해수면 상승이 그 한 원인이 될 수 있는 가능성을 제시하였다. 국립해양조사원(NORI)의 조위 관측 자료를 통하여 한반도 근해의 장기적인 해수면 변화 양상을 분석해 본 결과, 40년 이상의 장기적인 관측 자료가 축적된 7개 지점의 1967-2008년까지의 40년간 연평균 해수면 상승속도는 2.
제주도 동부 지역은 수십 년 전부터 고염분 지하수 부존 현상이 나타나는 지역으로 그 원인에 대한 여러 해석이 있어왔는데 본 연구에서는 한반도와 제주도 인근의 해수면 상승, 제주도 동부 지역 지하수의 염수대 변화 양상에 대한 관측 자료를 그 근거로 지구 온난화에 따른 제주도 근해의 해수면 상승 또한 제주도 동부 지역 지하수의 염수화 현상의 한 원인이 될 수 있음을 제시하고자 한다.
제주특별자치도 환경자원연구원에서 2001년 말부터 운영하고 있는 지하수/해수침투관측망에서의 지하수 관측 자료를 통하여 제주도 동부 해안 지역의 지하수 환경 변화를 분석해 보았다. 해수면 관측 자료는 제주 조위 관측소의 44년 간의 장기 관측 자료를 비롯하여 20년 이상의 서귀포 조위 관측소의 자료 등을 통하여 뚜렷한 해수면 상승 경향을 강력히 추정할 수 있지만, 제주도의 지하수/ 해수침투관측망에서의 지하수 관측 자료는 가장 긴 기간의 자료를 축적하고 있는 관측정에서도 2002-2008년의 7년 간의 자료 밖에 축적되어 있지 않기 때문에 지하수환경 변화에 대한 장기간의 뚜렷한 경향성을 관찰하고 입증하기에는 그 관측 기간이 매우 짧다는 한계가 있다.

제안 방법

해수면은 한동 1호공과 가장 가까운 검조소인 제주, 성산, 서귀포 검조소와의 거리의 역수를 가중치로 한 선형결합을 통하여 결측월의 값을 추정하였다. 강수량은 한동 1호공에서 가장 가까운 기상관측소인 성산, 제주, 서귀포 기상 관측소의 관측 자료를 이용하여 추정하였으며 추정 방법은 해수면과 동일하게 한동 1호공과의 거리의 역수를 가중치로 한 선형결합을 통하여 추정하였다. 강수량을 제외한 해수면과 지하수위는 서로 비교를 용이하게 하기 위하여 각각의 그래프를 평행이동하여 겹쳐서 나타내었다.
결측월이 있는 자료의 경우 흰색으로 표기하였으며, 결측월의 데이터는 해당 검조소에서 가장 가까운 인근의 두 검조소에서의 관측이 이루어진 결측월의 관측값과 직전·직후 월의 관측 값들과의 차의 비율에 검조소와의 거리의 역수를 가중치로 한 선형결합을 통하여 결측월의 값을 추정하였다.
7의 그래프에서 관측된 연평균 해수면 변화 양상을 볼 때에도 2002-2008년의 7년간은 해수면의 상승 또는 하강의 경향성이 나타나지 않는 단기간으로 이 기간의 자료만으로는 지하수 환경 변화를 추정하기에는 부적합하다. 따라서 해수면 상승에 의한 지하수 환경 변화를 간접적으로 관찰할 수 있는 월평균 자료를 이용하여 분석을 수행하였다.
이러한 해수면 변화에 의한 지하수 환경의 변화 양상을 직접적으로 관찰 수 있는 장기적인 지하수 관측 자료가 부재하기는 하나 2001년 말부터 제주특별자치도 환경자원연구원에서 운영하고 있는 지하수/해수침투관측망에서의 지하수 관측 자료를 통하여 제주도 동부 해안 지역의 지하수 환경 변화를 분석해 보았다. 제주도 동부 지역에서는 강수량이 적은 갈수기인 가을에서 이듬해 초여름까지의 8개월 가량은 지하수위가 해수면의 영향을 직접적으로 받는 것으로 보인다.
또한 총 관측 기간이 10년을 넘지 않는 검조소의 관측 자료는 해수면 변동의 추세성을 알아보기에는 그 자료의 수가 너무 부족하므로 제외하였으며 결측치가 있는 월이 포함된 연도가 전체 관측 기간의 50%를 넘는 검조소의 관측 자료 또한 전체적인 추세성에 왜곡이 크므로 제외하였다. 총 37개의 조위 관측 자료 중 위와 같은 과정을 통해 40년 이상 7개 지점, 10년 이상 19개 지점에 대하여 최소자승법을 통한 회귀분석으로 각각 최근 40년간과 10년간의 연평균 해수면 상승 속도를 계산하였다.
결측일이 있는 월의 자료의 경우 흰색으로 표기하였다. 해수면은 한동 1호공과 가장 가까운 검조소인 제주, 성산, 서귀포 검조소와의 거리의 역수를 가중치로 한 선형결합을 통하여 결측월의 값을 추정하였다. 강수량은 한동 1호공에서 가장 가까운 기상관측소인 성산, 제주, 서귀포 기상 관측소의 관측 자료를 이용하여 추정하였으며 추정 방법은 해수면과 동일하게 한동 1호공과의 거리의 역수를 가중치로 한 선형결합을 통하여 추정하였다.

대상 데이터

Fig. 1은 그 분석 대상이 된 한동 1호공의 위치로 제주도의 동북부인 제주특별자치도 제주시 구좌읍 행원리에 위치하고 있으며, 해안에서 822 m 떨어져 있는 심도 175 m의 관측정이다. 한동 1호공은 제주도 동부지역 지하수/ 해수침투 관측망 중 최장기간의 관측자료가 축적된 곳으로 제주도 동부 지역의 지하수 환경 고유의 특징이 잘 나타나는 지역에 위치하고 있다.
제주, 서귀포 검조소 모두 한반도 주변과 세계의 평균 해수면 상승 속도를 크게 상회하고 있었으며 이는 제주도가 해수면 상승으로 인한 지하수 환경 변화가 발생할 가능성이 매우 높음을 시사한다. Fig. 7은 국립해양조사원의 제주도에 설치된 4개 검조소의 조위 관측 자료이다. 각 검조소의 연평균 해수면 관측치는 상호 비교를 쉽게 하기 위해 실제 관측자료를 MSL(Mean Sea Level) 축 방향으로 평행이동하였으며, 제주 관측소의 관측 시작 년도인 1964년의 자료를 0 cm로 두었다.
7은 국립해양조사원의 제주도에 설치된 4개 검조소의 조위 관측 자료이다. 각 검조소의 연평균 해수면 관측치는 상호 비교를 쉽게 하기 위해 실제 관측자료를 MSL(Mean Sea Level) 축 방향으로 평행이동하였으며, 제주 관측소의 관측 시작 년도인 1964년의 자료를 0 cm로 두었다. 결측월이 있는 자료의 경우 흰색으로 표기하였으며, 결측월의 데이터는 해당 검조소에서 가장 가까운 인근의 두 검조소에서의 관측이 이루어진 결측월의 관측값과 직전·직후 월의 관측 값들과의 차의 비율에 검조소와의 거리의 역수를 가중치로 한 선형결합을 통하여 결측월의 값을 추정하였다.
조위 관측 자료는 다음과 같이 처리하였다. 조위 관측 자료는 지구의 공전과 자전, 달의 공전 등에 의한 연, 월, 일 단위의 다양한 주기성을 띈 시계열 자료이다. 이러한 주기적 특성을 상쇄시키기 위해 일평균 해수위의 산술 평균으로 월평균 해수위를 구하였다.
8은 한동 1호공에서의 월평균 지하수위 변화와 해수면, 강수량을 함께 나타낸 그래프이다. 해수면 변화는 제주, 성산, 서귀포 조위 관측소의 자료를 활용하여 추정하였다. 결측일이 있는 월의 자료의 경우 흰색으로 표기하였다.

데이터처리

조위 관측 자료는 지구의 공전과 자전, 달의 공전 등에 의한 연, 월, 일 단위의 다양한 주기성을 띈 시계열 자료이다. 이러한 주기적 특성을 상쇄시키기 위해 일평균 해수위의 산술 평균으로 월평균 해수위를 구하였다. 다음으로 월평균 해수위의 산술 평균으로 연평균 해수위를 얻었다.

성능/효과

7개 지점에서 1968-2007년까지의 40년간 연평균 해수면 상승속도는 2.16 ± 1.71 mm/yr로 나타났다.
국립해양조사원(NORI)의 조위 관측 자료를 통하여 한반도 근해의 장기적인 해수면 변화 양상을 분석해 본 결과, 40년 이상의 장기적인 관측 자료가 축적된 7개 지점의 1967-2008년까지의 40년간 연평균 해수면 상승속도는 2.16 ± 1.71 mm/yr로 나타났으며 7개 지점 모두에서 해수면이 상승하였다.
국립해양조사원(NORI, National Oceanographic Research Institute)의 조위 관측 자료를 통한 우리나라 해안의 연평균 해수면 상승 양상을 조사한 결과에서 제주도는 특히 두드러지게 빠른 해수면 상승 속도를 보였다. 2009년 현재 국립해양조사원은 제주도에 모두 4개의 검조소를 운영하고 있으나, 10년 이상의 장기 관측 자료가 축적이 된 곳은 제주, 서귀포 검조소 2곳뿐이다.
국립해양조사원(NORI, National Oceanographic Research Institute)의 조위 관측 자료를 통하여 한반도 주변의 연평균 해수면 상승 속도를 계산한 결과는 다음과 같다. 먼저 40년 이상의 장기 관측 자료가 축적된 곳은 모두 7개 검조소로 그 결과는 Fig. 5와 같으며 7개 검조소 모두에서 해수면이 상승한 것으로 나타났다. 7개 지점에서 1968-2007년까지의 40년간 연평균 해수면 상승속도는 2.
이와 같이 우리나라의 10, 40년간의 연평균 해수면 상승 속도는 비록 검조소의 개수가 적기는 하나 40년 이상의 자료가 축적된 7개 검조소 모든 지역에서 상승으로 나타났다. 이는 만일 상승과 하강에 아무런 경향성이 없는데 우연히 7개 검조소 모두에서 상승으로 결과가 나타났을 확률은 약 0.
전국적으로 해수면 상승 속도는 세계 평균을 대체로 상회하고 있었으며 제주도 지역은 특히 빠른 해수면 상승 속도를 보였다. 그리고 동해안이 대체로 가장 느린 상승 속도를 보인 반면, 남해안이 가장 빠른 해수면 상승 속도를 보였다.
전체 19개 지점의 평균은 1.84 ± 4.85 mm/yr로 이는 전지구적인 해수면 상승 속도 평균치와 거의 유사한 결과를 보였다.
6과 같이 나타났다. 전체 19개의 해당 검조소의 관측 결과 중 12개 검조소에서 상승, 7개 검조소에서 하강현상이 일어났으며 동해안은 대체로 상승, 남해안은 하강현상이 일어났으나 유독 제주도 인근에서는 두드러진 해수면 상승이 일어났음을 알 수 있었다. 또한 포항, 울산 인근의 해안에서 매우 빠른 속도의 해수면이 상승이 관측되었다.
8 mm/yr의 평균 해수면 상승 속도가 관측되었다. 제주, 서귀포 검조소 모두 한반도 주변과 세계의 평균 해수면 상승 속도를 크게 상회하고 있었으며 이는 제주도가 해수면 상승으로 인한 지하수 환경 변화가 발생할 가능성이 매우 높음을 시사한다. Fig.
또한 전지구적인 규모에서 해수면 변화를 관측한 연구나 한반도 근해의 기존 해수면 변화 양상을 연구한 기존의 연구 결과들을 토대로 볼 때에도 한반도 근해의 해수면 상승 양상은 확실한 추세로 보인다. 특히 연구 대상 지역인 제주도는 우리나라 근해에서도 가장 두드러진 해수면 상승이 발생해 온 지역으로 보이며 이는 특히 해수의 직접적인 영향을 받는 제주도 동부 지역의 기저지하수가 이 영향을 받았을 가능성이 높음을 시사한다.

후속연구

이를 고려할 때, 제주도 동부 지역의 지하수는 해수면 상승의 영향을 직접적으로 받는 지역으로 장기적으로 지속적인 해수면 상승이 발생하였을 때, 그 영향으로 지하수위가 상승하고 염수대가 육지 쪽으로 침투하는 현상이 나타날 가능성이 매우 높을 것으로 보인다. 또한 과거부터 보고되어 왔던 제주도 동부 지역에서 지하수 염수대 확장의 원인 중의 하나로 이러한 전 지구적인 해수면 상승 또한 충분히 고려하여야 할 필요가 있을 것이며 해수면 상승은 앞으로도 지속될 것으로 보이기 때문에 이에 대한 면밀한 관찰과 지속적인 관심이 필요할 것이다.
제주특별자치도 환경자원연구원에서 2001년 말부터 운영하고 있는 지하수/해수침투관측망에서의 지하수 관측 자료를 통하여 제주도 동부 해안 지역의 지하수 환경 변화를 분석해 보았다. 해수면 관측 자료는 제주 조위 관측소의 44년 간의 장기 관측 자료를 비롯하여 20년 이상의 서귀포 조위 관측소의 자료 등을 통하여 뚜렷한 해수면 상승 경향을 강력히 추정할 수 있지만, 제주도의 지하수/ 해수침투관측망에서의 지하수 관측 자료는 가장 긴 기간의 자료를 축적하고 있는 관측정에서도 2002-2008년의 7년 간의 자료 밖에 축적되어 있지 않기 때문에 지하수환경 변화에 대한 장기간의 뚜렷한 경향성을 관찰하고 입증하기에는 그 관측 기간이 매우 짧다는 한계가 있다. 특히 Fig.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	제주도의 수원의 대부분은 어디에 의존하고 있는가?	제주도는 투수성이 좋은 화산암류로 형성이 되어 지표수의 발달이 빈약하므로 수원의 대부분을 지하수에 의존하고 있다. 따라서 지구 온난화로 인한 해수면 상승이 발생하여 지하수로의 해수 침투가 발생할 경우 매우 심각한 문제에 봉착할 수 있는 취약성을 지녔다.
	지하수의 주요한 염수화의 원인 7가지는?	제주도 동부 지역은 과거부터 지하수에 다량의 염분이 함유되어 있어 용수 이용에 많은 불편을 겪어왔으며(고기원, 1997), 그 원인에 대한 다양한 해석이 있어 왔다. 지하수의 주요한 염수화의 원인은 일반적으로 (1) 자연적인 지하수의 염수화, (2) 암염의 용해, (3) 해수의 침투, (4) 가스정이나 유정과 관련된 염수화 (5) 농업으로 인한 유출, (6) 토양의 염분 침투(saline seep), (7) 도로 제설제의 염분 등의 7가지를 들 수 있는데(Richter·Kreitler, 1993), 그 중에서도 제주도 동부 지역에서의 고염분 지하수의 기원은 크게 3가지의 관점에서 다양한 해석이 있었다.
	Intergovernmental Panel on Climate Change에 의한 20세기 전 세계적인 해수면 상승속도는?	지구온난화로 인한 해수면 상승은 전 지구적인 현상으로 지금까지의 많은 연구에서 다양하게 보고되고 있다(Table 1). IPCC(2007)는 20세기 동안 전 세계적인 해수면 상승 속도는 약 1.7 ± 0.5 mm/yr로 추정하였으며, 1961-2003년까지의 최근 40여 년간의 상승 속도는 1.8 ± 0.

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Trupin, A. and Wahr, J., 1990, Spectroscopic analysis of global tide-gauge sea level data. Geophys. J. Int., 100, 441-453

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Wahr, J. and Trupin, A., 1990, New computation of global sea level rise from 1990 tide-guage data. EOS, 71, 1267
Warrick, R. and Oerlemans, J., 1990, Sea level rise. In Climate Change: The IPCC Scientific Assessment, J. T. Houghton, Jenkins and J.J. Ephraums (eds.). Cambridge University Press, Cambridge, 258-281

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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