친수구역의 물순환 회복을 위한 저영향개발 기법 효과 분석

Abstract

기후변화와 도시화로 인한 불투수면은 우수유출량 증가, 첨두유출 도달시간 단축, 침투 및 기저유출 감소, 수온 상승, 수질 악화 등 현상으로 이어지고, 이는 기존의 수순환 체계뿐만 아니라 유역의 생태계에도 부정적인 영향을 미친다. 공학적 처리 위주로 이루어지고 있는 현재의 배수처리 방식은 위와 같은 문제 해결에 한계가 있어, 새로운 우수처리 방법인 저영향개발(LID)을 도입해야 한다. 저영향개발은 발생원에서 우수유출을 저감하는 기법으로서 토양과 식생을 활용하는 생태공학적 방법으로 도시의 왜곡된 물순환을 회복하는 것이 목적이다. 저영향개발 기법을 적용할 경우에는 물순환 모의를 통해 예상효과를 정량화할 필요가 있으며, 미국 EPA에서는 SWMM에 LID 시설을 모의할 수 있도록 모형을 발전시켰다. 한편, 정부는 친수구역법을 통해 국가하천 주변지역을 주거ㆍ상업ㆍ레저 등의 수요에 대응하기 위하여 친수구역 사업을 시행하고 있다. 친수구역은 하천 주변의 미개발지를 대상으로 시행함으로써 불투수면 증가가 미치는 영향이 크게 작용하게 된다. 하지만 기존의 연구를 살펴본 결과 친수구역을 대상으로 한 물순환 회복에 관하여 실시한 연구사례는 전무한 실정이었으며, LID를 통해 관리하고자 하는 물순환 목표량을 정량적으로 제시하고 이를 달성하기 위하여 LID 기법을 적용한 후 정량적 효과를 분석한 선행연구 또한 찾아보기 어려웠다. 이러한 배경에서 친수구역에서의 물순환 회복에 관한 연구가 필요하다고 판단하여, ‘나주 노안지구 친수구역 조성사업’ 지역을 대상으로 LID를 통한 물순환 회복에 관한 연구를 하였다. 본 연구에서는 SWMM을 활용하여 도시개발 전후로 변화된 유출량의 차이를 분석하고, 이 차이를 LID를 통하여 관리해야 할 물순환 목표량으로 설정하였으며, 이를 달성하기 위한 다양한 LID 기법을 적용한 후 그 효과를 분석하였다. SWMM 모형 구축을 위한 강우 자료는 기상청의 시강우 자료를 수집하여 재현빈도별, 지속시간별 확률강우량을 산정하였으며, 산정된 확률강우량은 Huff 4분위법을 근거로 시간분포를 하였다. 또한 유효우량은 유출곡선지수법(SCS-CN)을 적용하였고, 기상청의 증발량 자료를 수집하여 입력하였다. SWMM 모형을 구축한 결과 소유역 56개, 연결점 71개, 관 71개, 유출구 1개로 구성하였다. 연구 대상지인 나주 노안지구는 국가하천인 영산강 인근에 위치하고 있고, 개발전에는 주로 농업용 토지로 이용되었으며, 개발 후에는 주거, 상업지 등으로 변하여 불투수지역 비율이 개발 전 3.4%에서 개발 후 83.0%로 급격하게 증가하는 것으로 나타났다. 이러한 영향으로 개발 전의 수순환 비율은 침투 46.5%, 유출 39.4%, 증발 14.1%의 순으로 나타났고, 개발 후의 수순환 비율은 유출 62.4%, 침투 21.5%, 증발 16.1% 순으로 변화되었다. 분석 결과, 불투수면 증가가 초래하는 부정적인 영향을 파악할 수 있었으며, 이를 해소하기 위한 물순환 목표량은 개발로 인해 증가한 유출량으로써 전체강우량 144,748㎥의 약 23%에 해당하는 33,285㎥로 분석되었다. 본 대상지의 특성을 고려할 때 물순환 목표량을 달성하기 위한 적절한 LID 기법은 빗물정원, 옥상녹화, 식물재배화분, 식생수로, 투수성포장으로 확인되었다. 위 기법을 공공 부문의 토지와 민간 부문의 토지이용에 분산·배치한 면적은 전체면적 대비 36.2%를 차지하며, 투수성포장 21.8%, 식생수로 3.4%, 빗물정원 1.5%, 식물재배화분 0.5%, 옥상녹화 9.0%로 구성된다. SWMM 프로그램을 활용하여 LID 배치에 따른 효과 분석 결과, 유출은 개발 전으로 회복되는 결과를 보였으며 첨두유량은 개발 전 대비 98.7%의 회복 효과를 보였다. 나주 노안지구의 경우 물순환 회복에 필요한 LID 면적은 36.2%인 것으로 확인되었다. LID 배치에 대한 수질개선 효과를 분석한 결과 오염원 발생 저감률은 BOD 30.1%, T-N 78.2%, T-P 57.8%, TSS 43.5%로 분석되었다. 한편, LID 기법은 장기강우뿐만 아니라 단기강우에도 효과가 있는 것으로 나타났으며, LID 기법별 효율성은 식생체류형>투수포장형>옥상녹화형 순서로 높은 것으로 나타났다. 친수구역 내 LID 확대를 위해서 친수구역법 내 물순환 관련 규정 추가, 친수구역 조성지침에 물순환 목표량 설정, 지구단위계획 시행지침에 LID 의무적용 명시, LID 적용에 따른 인센티브 프로그램 활용, 우수유출세 도입 고려 등의 법률적·제도적 개선 전략 등을 제안하였다. 본 연구의 의의는 개발 전후 토지이용을 고려한 수문 분석과 분석 결과를 토대로 물순환 목표량 설정, LID 기법을 통한 물순환 회복 계획수립 등의 절차와방법론은 친수구역 신규 개발사업 추진 시 물순환 계획 수립의 지침이 될 수 있을 것으로 판단된다.