| 논문명 |
LID 빗물관리시설 설치 해설집 작성 및 모니터링 연구 / Installation Manual and Monitoring of LID - Decentralized Rainwater Management Facilities in Asan Tangjung / 아산 탕정지구를 중심으로 |
| 수록사항 |
연구보고서, 2012-41호 (2012-12) |
| 요약1 |
급속한 도시화에 따른 녹지면적 감소, 불투수면적 증가는 도시 자연 수문순환에 많은 영향을 미치고 있다. 또한, 지하수위 저하, 하천수질 악화, 열환경 심화 등의 문제점이 대두되고 있기도 하다. 이에 도심 열섬현상 완화 등 쾌적한 도시환경 조성을 위해 물순환 복원이 이루어질 수 있는 빗물 관리 방안이 필요하다. ‘11년 12월에 착공한 아산탕정 LID 분산식 빗물관리 대지 조성공사 시범지구(턴키공사 지구)에는 LID 분산형 빗물관리시설을 설치하여야 한다. 이에 본 연구에서는 선행 연구시 설치한 식생도랑 등의 장기 영향변화 모니터링과 공사 완료 후 시범지구 주변의 장재천 유량과 수질에 미치는 영향 여부를 공사 전 상태와 비교할 수 있는 비교 자료 확보를 위한 모니터링 연구 등을 수행하였다. 또한, 아산탕정 LID 분산식 빗물관리 대지조성공사 시범지구(턴키공사 지구)는 시범운영구간을 두어 설치 예정인 빗물관리시설(도심형 인공습지, 식생수로 등)을 모니터링 하였다. 이를 통해 ‘16년 준공예정인 아산탕정의 LID 분산형 빗물관리시설 설치화 관리 방안개선에 활용할 필요가 있다. 여기에 LID 분산형 빗물관리 물순환 신도시 조성은 도시 환경, 도시 수자원 등에 전반적인 영향을 미칠 수 있기에 이들 LID 분산형 빗물관리시설의 신도시 개발에 확대적용하기 위한 신도시 계획기준 개정(안) 마련도 필요하다. 또한, 이에 대한 이해를 돕고 적용을 용이하도록 해설집 작성이 필요하다. 연구 내용은 모니터링을 통한 LID 분산형 빗물관리시설의 설치, 관리 개선방안 도출, LID 분산형 빗물관리 확대적용을 위한 “지속가능한 신도시 계획 기준” 개정(안) 수립 및 LID 분산형 빗물관리시설 설치 해설집 작성 및 탄소저감효과 평가 등이다. 연구 내용의 시간적 범위는 다음과 같다. 아산탕정지구 모니터링은 연구기간 내로 한정한다. 공간적 범위는 분산형 빗물관리시설 해설집 작성은 아산탕정지구를 대상으로 한다. 향후 확대적용을 고려하여 “지속가능한 신도시계획기준” 개정(안)을수립하고, 시범운영구간, 기존시설(식생도랑 등) 등을 대상으로 모니터링을 수행하고 탄소 저감효과 등을 분석한다. 식생영향, 기존시설(선행연구에서 설치한 식생도랑 등)의 장기적 지속성 영향변화 모니터링과 시범공사 지구 빗물관리시설 공사 완료 후 장재천 유량과 수질에 미치는 영향 여부를 공사 전 상태와 비교할 수 있는 비교 자료 확보를 위한 모니터링을 실시한다. 빗물 유출수가 빗물관리시설의 주변토양에 미치는 환경영향, 안정성 등의 지속성을 알아보고자 기존에 설치된 아산사업본부 주차장 옆 녹지의 분산형 빗물관리 시설인 식생도랑과 용인시 국도변 식생수로에서 모니터링을 실시하였다. 아산 식생도랑 내 시료를 채취하여 비교분석한 결과 선행연구(2010년)에 비해 표토층에서 대부분의 미량물질들이 증가되었다. 그러나 Cd, Ni의 검출량은 다소 감소되었다. 약 1m의 심토층에서는 Cr6+의 경우는 불검출 되었으며, Hg은 극미량으로 검출되는 것으로 보아 표토층의 미량물질이 심토층까지 영향을 주지는 않는 것으로 보이며, 표토층과 심토층 모두에서 토양오염 우려기준에는 크게 미치지 못하고 있다. 다만, 식생도랑 내 모든 지점에서 주변 토양보다 다소 높게 검출되는 경향을 보이고 있다. 용인시 식생수로 분석 결과 역시 대부분 토양오염 우려기준에 미치지 못하는 값을 나타내고 있다. 초기오염 빗물이 빈번하게 많이 유입되는 첫 빗물유입지점에서 Zn만 미비하게 오염우려 기준을 초과하고 있다. 이는 1회 측정값이고, 기준을 높게 초과하고 있지도 않으며, 국도변에서 8년여 운영된 식생수로라는 측면에서 보면 토양오염을 우려할 수준은 아니라고 보인다. 역시 일반토양인 공원대조군과 비교하였을 때 대부분의 미량물질들이 높게 검출되었다. 토양오염 우려기준에는 크게 못 미치는 수준이다. Pyrosequencing 기법을 이용한 분석결과, 토양미생물군의 개체수(reads count)는 일반토양인 공원 대조군에 비해 적게 분석되었으며, 초기오염 빗물이 빈번하게 많이 유입되는 첫 빗물유입지점에서 가장 적은 것으로 보아 토양 미생물 환경에 영향을 미치는 것으로 보인다. 식물선정은 기존 연구자료들을 토대(농촌진흥청 등)로 빗물정원에 적합하고, 수질정화능력이 있으며 현장 구입이 용이한 수종을 선별하여 갈대, 억새, 수크령, 부채붓꽃, 창포 등 5종을 사용하였다. 식생도랑 내 실험구와 주변 일반토양의 대조구로 구분하여 실험하였다. 실험구와 대조구간의 식물생육상태를 비교분석한 결과, 전반적으로 식생도랑에 설치된 실험구가 일반 나지에 식재된 식물에 비해 상대적으로 생육상태가 우수하였다. 식생도랑이 나지에 비해서 수분함유 조건이 유리한 것에서 원인을 찾아볼 수 있다. 실험 결과를 종합해 볼 때 식생도랑에서 수직생장력이 가장 우수한 수종은 억새와 수크령으로 나타났으며, 부처붓꽃과 창포는 상대적으로 생장상태가 저조한 것으로 나타났다. 실험구와 대조구간의 엽폭 생장상태를 비교분석한 결과, 역시 대체적으로 식생도랑이 설치된 실험구가 일반 나지에 식재된 식물에 비해 상대적으로 우수하게 나타났다. 식생도랑에서의 엽폭 생장력이 가장 우수한 수종은 억새로 나타났으며, 창포는 상대적으로 생장상태가 저조한 것으로 나타났다. 피복상태를 비교분석한 결과, 식생도랑이 설치된 실험구가 일반 나지에 식재된 식물에 비해 피복율이 높게 나타났다. 식물재료 대부분이 호습성 식물이어서 식생도랑의 수분함유량이 나지에 비해 유리하게 영향을 미친 것으로 판단된다. 외부 침입종은 억새와 수크령 식재구에서는 외래 침입종의 발생빈도가 매우 낮았으나 갈대와 부처붓꽃 창포 실험구에서는 외래 침입종의 발생률이 높게 나타났다. 특히, 부처붓꽃과 창포 실험구는 외래 초종들이 점유율이 매우 높아 강아지풀과 돌피, 돌콩 등에게 경쟁관계에서 밀리고 있는 것으로 나타났다. 이러한 점에서 식생도랑 등에 부처붓꽃과 창포 등을 도입할 경우에는 식재 초기 단계에서 외래 침입종을 제거하는 등의 적정한 식재관리가 필요한 것으로 보인다. 아산 신도시 내 현장사무소에 LID 빗물관리시설 중 비교적 쉽게 조성이 가능하고 효율성이 뛰어나다고 판단되는 식생도랑을 조성하였다. 자동측정유량계로 4월부터 유출을관측해온 결과, 2012년6월12일아산지역에 7.5mm 강우가 발생하였으며, 이 때 식생도랑 유출량값이 발생하였다. 6월 12일 이전의 7.5mm 보다 작은 강우의 경우 일반 우수관에서는 유출이 나타났으나, 식생도랑의 경우 유출이 발생하지 않았다. 특히, 도랑내 빗물 저류를 위한 체크댐 설치전과 설치후의 유량은 발생시각 및 발생유량, 수질에서도 상당한 차이가 있었다. 즉, 체크댐 설치 후에 저류효과 증가와 더불어 수질개선효과가 증가하였다. 강우 시작 후 바로 홈통받이와 우수관으로 유출이 시작되었으나 식생도랑은 강우시작 30분 후 끝단에서 유출이 발생하였다. 체크댐과 식생에 의한 도랑에 의한 저류·침투에 의해 유출지연효과를 보이고 있다. 이 모니터링은 본격적으로 분산형 빗물관리 시범지구가 조성되기 전 자료를 획득하여 향후 분산형 빗물관리시설 지구 준공 후 장재천에 미치는 영향을 대조, 분석하기 위한 작업이다. pH는 계절적인 영향없이 7～7.3 정도의 중성상태를 나타내었다. 탁도는 6.5～9.0NUT의 농도범위로 6월에 가장 높은 값을 보였으며, 용존산소는 계절이 여름으로 접어들면서 크게 감소하였다가 9월 이후 다시 증가하였다. 오염물질 가운데 유기물 지표인 BOD5와 CODcr은 각각 5.6～6.8mg/L, 7.1～9.4mg/L 보이며 여름으로 접어드는 7월경 가장 높은 값을 보였다. 총질소, 암모니아염 및 질산염의 농도는 각각 3.8～4.7mg/L, 3.2～4.2mg/L, 0.36～0.6mg/L을 보였다. 한편, 총인과 정인산염은 계절적인 변화없이 약 0.1mg/L의 농도를 보였다. 장재천 상류의 총대장균군은 780～1,800CFU/100mL로 하천으로의 유입이 증가하는 하절기로 갈수록 크게 증가한 후 9월 이후 서서히 감소하였다. 아산탕정 분산형 빗물관리 도시조성공사 지구에 설치할 빗물관리시설(측구형 침투시설, 도심형 인공습지, 식생수로, 침투도랑)에 대한 점검과 본 공사 적용 전 발생할 수 있는 문제점 등을 파악하기 위하여 시범운영 구간을 조성하여 빗물관리시설과 포장면에 대한 실험을 수행하였다. 침투형 측구시설은 총 3회 실험결과 발생강우량 대비 유출저감량은 약 47.5%～68.9%로 평균 60% 이상의 빗물 유출저감 효과를 보이는 것으로 분석되었다. 도심형인공습지는총3회실험결과약46.3%～95.4%로평균 75% 이상의 빗물 유출량 저감 효과를 보이고 있다. 식생수로의 경우 총 2회 강우실험 결과 유역면적에서 발생하는 빗물 전량이 식생수로로 유입되어 유출이 발생하지 않아 100%의 유출량 저감효율을 보였다. 침투도랑이 적용된 구간은 절토구간으로 토양이 점토질을 보여 빗물의 침투 속도가 낮아 강우시 모니터링을 수행하지 못하였다. 아산탕정 분산형 빗물관리 도시조성공사 지구의 공공용지에 설치계획된 LID시설물을대상으로 전과정(LCA; Life Cycle Assessment)을 고려한 분석방법을 통해 각 LID시설물의 탄소배출량과 저감량을 정량적으로 파악하고, 탄소저감효과를 규명하였으며 이를 통해 개선을 도출하고자 하였다. LID 시설물의 탄소배출량은 초기 설치시 배출되는 일회성 배출량이고, 탄소저감량은 매년 저감효과를 나타내는 지속적인 저감량이다. 따라서 시설설치 후 시간이 지남에 따라 탄소저감량이 초기 설치로 인한 탄소배출량을 상쇄하게 된다. 결과적으로는 초기 설치로 인한 탄소배출량보다 위에서 서술한 탄소저감효과로 인한 전체 온실가스 저감량이 많게 됨을 예상할수있다. LID시설설치로인한탄소저감량은4.80×104kgCO2/year이며, 이를 석유환산톤으로 변환하였을 경우 16.702TOE/year이다. 각 LID 시설의 시간변화에 따른 탄소 배출/저감 효과에 대하여 살펴보면, 식생수로 및 침투도랑은 각각 1년과 20년 뒤 탄소저감량이 탄소배출량 보다 더 많아지는 것으로 나타났다. 또한 인공습지의 경우 설치 후 약 86년 지나면 탄소저감량이 더 커짐을 알 수 있다. 본 연구에서의 ‘지속가능한 신도시 계획기준’의 신도시는 기존의 도시, 또는 도시 전체 대상이 아니라 본 연구에서 정의한 일정규모의 국가사업의 진행되는 ‘신도시“라는 공간적 경계를 설정하였다. 따라서 본 연구는 신도시를 건설할 때 기후변화에 적응하는 지속가능한 도시 건설을 유도하기 위하여 신도시를 대상으로 하는 ‘지속가능한 신도시계획 기준’ 개정(안)을 제시하고자 한다. 연구의 내용적 범위는 기존의 ‘지속가능한 신도시 계획기준’에서 도시물순환에 해당된 부분으로 한정하며, 분산식 빗물관리를 중심으로 개정안을 마련하였다. LID 분산형 빗물관리 필요성, 빗물관리 시설 및 토지형태별 적용 방안 등을 해설집에 담았다. 또한, LID 분산형 빗물관리 시설별(홈통받이, 침투통, 침투트렌치, 빗물정원 및 빗물이용시설 등)로 구분하여 개개 시설에 대한 설계, 유지관리 부분 등을 설명하였다. 여기에 이해도를 높이기 위해 적용사진, 개념 및 개요 설명 그림 등을 곁들였다. 토지용도별(단독주택, 공동주택, 공원녹지, 학교및 상업업무용지 등)에 대한 빗물관리 시설의 적용 예시 등을 해설하였다. 또한, 국내외 적용 사례 등을 곁들여 이해를 높이고자 하였다. 아산탕정 제1종 지구단위계획 지침(분산형 빗물관리 분야)도 포함하였다. 해설집은 본 보고서 부록에 일부 부분을 요약하여 수록하였고, 해설집 전체 내용은 별책으로 구성하였다. 선행연구시 설치한 기존 식생도랑의 경우 표토층의 미량물질이 심토층까지 영향을 주지는 않는 것으로 보이며, 표토층과 심토층 모두에서 토양오염 우려기준에는 크게 미치지 못하고 있다. 다만, 도랑 설치 후 시간 증가에 따라 토양미량물질이 증가하는 경향을 보이고 있기는 하므로 계속적인 모니터링이 필요할 것으로 보인다. 용인시 식생수로 분석 결과 역시 대부분 토양오염 우려기준에 미치고 있고, 국도변에서 8년여 운영된 식생수로라는 측면에서 보면 토양오염을 우려할 수준은 아니라고 보인다. 다만, 추가적인 모니터링을 통한 자료 획득으로 관리 방안의 정립을 검토할 필요가 있을 것으로 보인다. 빗물을 일정하게 항상 유지하고 있지 않은 식생도랑 등에 적합한 수종으로 수크령과 억새의 식재 가능성이 높은 것으로 나타났다. 이들 수종은 7월 이후부터 생장상태가 매우 높아져 안정적으로 활착하고 있음을 확인할 수 있었다. 그러나 부처붓꽃과 창포는 생장 상태가 상대적으로 저조한 것으로 나타났다. 창포의 경우 일반적으로 여름철에 생장량이 우수한 수종이나 본 연구에서는 생장량이 저조한 것으로 나타났으며 이는 수분함량이 충분하지 않았던 것에서 원인을 찾아 볼 수 있다. 이러한 점에서 식생도랑 등에 갈대, 붓꽃, 창포 등의 식물을 도입하기 위해서는 적정 수준의 수분함유량을 보유하는 것이 필요하다. 또한, 외래종에 의한 경쟁에 상대적으로 취약한 것으로 나타나 초기 단계에서 적절한 수준의 관리가 필요하다고 볼 수 있다. 물론 본 연구보다 폭넓은 식재 식물의 성장 환경 연구를 통해 LID 시설에 더 적합한 식재 방안 도출이 요구된다. 7.5mm 보다 작은 강우의 경우 식생도랑에서 유출이 발생하지 않았다. 약 8-10mm 강우의 경우에도 옥상 유출수를 식생도랑으로 관리 가능함을 의미한다고 보인다. 물론, 식생도랑의 폭, 깊이 및 공극율 등의 변화로 더욱 많은 강우 관리도 가능할 것이다. 또한, 비점오염원이 주로 분포하는 5mm 이하의 강우의 경우 건물 옥상 유출수 관리가 식생도랑으로 관리가능할 것으로 보인다. 식생도랑 또는 수로에 소량의 빗물 저류 기능을 가지는 체크댐 설치는 유출량 저감과 수질 개선 등에 효과가 좋아 도랑구조 개선에 긍정적으로 고려할만하다. 또한, 식생도랑에서는 강우 시작 30분 후 유출이 발생하면서 유기물과 총질소, 총인의 경우, 유출시간이 경과함에 따라 농도가 감소되는 경향을 보였다. 특히, 식생도랑에 풀이 무성하게 조성된다면 유출농도의 저감효과가 더욱 향상될 것으로 판단된다. 실험결과 빗물관리시설은 강우시 발생한 빗물에 대하여 최소45%, 최대 100%의유출량저감효과를보이는것으로분석되었다. 다만, 강우강도, 강우사상, 배수유역 경사도, 유출특성 등에 따라 변동이 있을 것이다. 또한, 결론적으로 아산에 적용할 실제 시설들은 적용초기 침강지로부터의 월류수의 우수관거 유입방안 필요, 습지부 식물 문제, 침강지와 수로부 경사문제 등에서 개선을 검토할 필요가 있는 것으로 보인다. LID 시설물을 통한 아산탕정 대상 지구의 탄소배출량보다 탄소저감량이 커지는 시점은 설치 후 약 100년이 지난 시점이다. 그러나 LID 시설물이 탄소저감효과 뿐만 아니라 물순환 복원 효과, 열섬저감효과 등 도시와 인근 생태계에 미치는 긍정적인 영향이 있음을 고려한다면 더욱 많은 탄소저감 효과를 기대할 수 있을 것이다. 특히, 식생수로는 1년 뒤 탄소저감량이 탄소배출량 보다 더 많아지는 것으로 나타났다. 이에 다른 빗물관리시설보다 식생수로에 의한 탄소저감량이 상당히 우수한 것으로 나타나 식생수로의 설치 확대를 탄소배출 저감측면에서 적극적으로 고려할만하다. 본 연구는 국내에서 처음 수행되었고, 전 세계적으로 초기단계인 LID 시설에 대한 전과정 연구라는 점에서 접근 방법에 대한 다양한 논의가 필요하다. 또한 선행연구에 대한 기초 자료가 부족과 LCA 수행에 있어서 LCI DB 자료 수집의 한계가 있었다. 연구 이후에 더욱 많은 LID 시설물 및 도시 기반시설에 대한 LCA 연구가 수행되어 지속가능한 도시를 계획 및 건설함에 있어서 기초적인 자료로 사용되어야 할 것이다. 기후변화에 대응한 도시조성방안 수립을 위해 아산탕정지구를 우수유출저감 시설설치 시범지구로 선정하여 분산식 빗물관리를 도입하였다. 이를 통해 신도시계획기준에서 방재중심의 우수관리에서 용수의 침투·저류·이용을 포함하는 종합적 물관리로 전환하는 방안을 본 연구에서 도출하였다. 즉, 지역 내 발생하는 유출수를 빗물이용, 침투, 저류시설 등을 이용하여 강우 지역 내에서 처리하고자 하는 것이다. 분산형 빗물관리, 저영향개발(LID) 용어 등을 제시하고 정의하였다. 분산형 빗물관리는 빗물이 흘러나가는 지점에서 최대한 저류, 침투 및 증발산이 가능하도록 하여 우수관 유입 전에 빗물을 관리함으로써 빗물순환을 복원하기 위한 관리방식이다. 저영향개발(LID)은 개발 이전 빗물순환 수준으로의 최대한 복원을 통해 빗물유출량 및 수질오염 부하량을 줄이고, 도시 내 열섬현상을 완화하며, 미기후 개선 등의 효과를 가지는 자연순응형 저영향 개발 기법을 말한다. 분산형 빗물관리 체계를 활용한 우수유출 억제시설 계획, 주차장의 분산형 빗물관리, 빗물관리(저류, 침투, 이용) 구분, 투수면 증대, 공원녹지와 생태녹지축 계획 등에 분산형 빗물관리 적용계획을 수립하도록 제안하였다. 이러한 안을 바탕으로 국토부와 협의를 통해 신도시계획기준 개정에 반영되었다. 본 개정안의 제시로 저류, 침투 및 이용의 분산형 빗물관리 실천계획을 신도시 개발시 수립하는 기틀을 제공하였다. |
