유역관리 효율화를 위한
투수면적률 제도 도입방안 연구
2012. 11
환 경 부
한국환경공단이사장 귀하
본 보고서를『유역관리 효율화를 위한 투수면적률 제도 도입방안 연구』의
최종보고서로 제출합니다.
2012년 11월
한국환경정책ㆍ평가연구원장
이 병 욱
한국환경정책ㆍ평가연구원
참 여 연 구 진
연구책임자
소 속 / 직 위 최 지 용 한국환경정책․평가연구원 선임연구위원연 구 원
소 속 / 직 위 안 종 호 한국환경정책․평가연구원 부연구위원 조 을 생 한국환경정책․평가연구원 부연구위원 한 대 호 한국환경정책․평가연구원 전문연구원 신 지 윤 한국환경정책․평가연구원 연구원 김 정 원 한국환경정책․평가연구원 연구원 서 현 주 한국환경정책․평가연구원 연구원자 문 위 원
위 원
소 속 / 직 위 김 이 형 공주대학교 환경공학과 교수 김 영 란 서울시정개발연구원 연구위원 민 경 석 경북대학교 환경공학과 교수 어 성 욱 우송대학교 환경공학과 교수 장 정 렬 농어촌연구원 책임연구원 현 경 학 토지주택연구원 수석연구원제1장 서 론 ···1
1-1. 연구의 필요성과 목적 ···1 1-2. 연구내용 및 방법 ···2제2장 불투수면과 수환경 영향 및 관리실태 ···5
2-1. 유출·수질 영향 ···5 1. 중소규모 유역 ···5 2. 4대강 유역 ···14 2-2. 수생태계 영향 ···22 1. 어류 ···22 2. 저서성대형무척추동물 ···25 2-3. 국내⋅외 관리제도 ···29 1. 국내 사례 ···29 2. 국외 사례 ···45제3장 투수면적률 산정방법과 관리기준 ···75
3-1. 투수면적률 산정방안 ···75 1. 산정방법 검토 ···75 2. 총 불투수면 산정 사례 ···81 3. 유효 및 총불투수율 산정비교 ···93 4. 산정방법 제안 ···102 3-2. 투수면적률 관리기준 ···109 1. 투수면적률 적용 필요성 ···109 2. 투수면적률 적용사례 고찰 ···110 3. 불투수율 관리기준 도출 ···1144-1. 시범지역의 선정 ···117 1. 유역관리를 위한 경우 ···117 2. 빗물요금 산정 ···126 4-2. 투수면적률 관리를 위한 기법 ···131 1. 도시유역 ···131 2. 농촌유역 ···139 4-3. 투수면적률 적용성 검토 ···147 1. 투수면적률 향상에 따른 유역수환경 평가 ···147 2. 불투수면 규모 및 형태에 따른 수환경 영향 ···153
제5장 유역의 투수면적률 관리 방안 ···159
5-1. 투수면적률 관리지침 ···159 1. 관리를 위한 불투수면 기준 ···160 2. 투수면적률 관리지침(안) ···161 3. 빗물요금제 연계 방안 ···165 5-2. 투수면적률 관련제도 개선 방안 ···170 1. 제도개선사항 도출 ···170 2. 부문별 제도개선 사항 ···190제5장 결 론 ···219
참고문헌 ···224<표 2-1> 각 유역의 면적과 해당지역 ···6 <표 2-2> 각 유역 내 불투수면 비율 변화 ···6 <표 2-3> 복하천, 경안천, 안양천의 유출량 ···7 <표 2-4> 유역별 평균유출계수 ···8 <표 2-5> 분석에 이용된 변수 ···9 <표 2-6> 전체 유역의 수질영향 인자 분석 ···12 <표 2-7> 임계치 도출을 위한 소유역 그룹 분석결과 ···13 <표 2-8> 한강유역 분석결과 ···15 <표 2-9> 낙동강유역 분석결과 ···16 <표 2-10> 금강유역 분석결과 ···17 <표 2-11> 금강유역 분석결과 ···20 <표 2-12> 어류 모니터링 결과 종합 ···23 <표 2-13> 저서성대형무척추동물 모니터링 결과 종합 ···26 <표 2-14> 저서성대형무척추동물을 이용한 생물등급의 판정 ···27 <표 2-15> 한강 대권역 불투수면 비율 ···31 <표 2-16> 공동주택의 빗물이용시설 현황과 용도 ···31 <표 2-17> 상업건물 및 교육시설 등에서의 빗물이용시설 현황 및 용도 ···32 <표 2-18> 단독주택의 빗물이용시설 현황과 용도 ···33 <표 2-19> 장소별 적용가능한 빗물침투시설 ···34 <표 2-20> 남양주시 물관리 및 물순환 기본조례안 주요내용 ···35 <표 2-21> 수원시 물순환 관리에 관한 조례 ···35 <표 2-22> 녹지관련법 ···37 <표 2-23> 녹지의 세분 ···38 <표 2-24> 녹지별 설치기준 ···38 <표 2-25> 생태면적률 평가지표 ···41 <표 2-26> 자연지반녹지율 평가지표 ···42 <표 2-27> 재해영향평가제 대상사업의 종류 및 범위 ···43 <표 2-28> 에비가와(海老川)유역의 물순환 회복을 위한 기본방침과 계획목표 ···46 <표 2-29> 에비가와(海老川)유역의 물순환 회복을 위한 시책안 ···47 <표 2-30> 물순환계의 문제점, 요인 분석 결과, 과제의 정리 예 ···48 <표 2-31> 에코빌딩 정비사업의 예 ···49 <표 2-32> 일본의 저류침투시설의 기준의 개요와 전체 구성 ···51 <표 2-33> LID의 단계 ···57 <표 2-34> LID IMP의 예와 주요 기능 ···58
<표 2-37> 주거지역에서의 빗물이용사례 ···63 <표 2-38> 상업 및 산업시설에서의 빗물이용사례 ···63 <표 2-39> 불투수율 감소를 위한 규정 ···65 <표 2-40> 침투시설의 운영 방침 ···72 <표 3-1> 토지이용에 따른 불투수면 비율 ···77 <표 3-2> 미래의 불투수면 면적 추정 ···77 <표 3-3> 불투수면을 평가하기 위한 방법 비교 ···78 <표 3-4> 유효 불투수면 산정을 위한 실험식의 예 ···80 <표 3-5> 환경부 토지피복도를 이용한 안양천 토지피복 현황 ···82 <표 3-6> 환경부 토지피복 중분류도를 이용한 불투수면 산정결과 ···83 <표 3-7> 성남시 토지이용 분류기준 ···85 <표 3-8> 성남시 토지피복 분류기준 ···85 <표 3-9> 성남시 토지이용별 불투수면 비율(중분류) ···87 <표 3-10> 3대강 토지지목별 면적 및 발생부하량 변화 결과 ···89 <표 3-11> 학의천 일대 토지이용 분류기준 ···95 <표 3-12> 학의천 일대 토지피복 분류기준 ···95 <표 3-13> 환경부 토지피복 중분류도를 이용한 학의천 일대 피복현황 ···97 <표 3-14> 강우계급별 / 토지피복별 EMC ···106 <표 3-15> 미네소타주 Minnehaha 유역 불투수율 제한규정 사례 ···111 <표 3-16> 위스콘신주 불투수율 관리사례 ···113 <표 4-1> 불투수면 산정 자료 ···117 <표 4-2> 토지피복지도 제작현황 ···118 <표 4-3> 토지피복지도의 분류항목(세분류) ···118 <표 4-4> 토지피복지도의 분류항목 ···119 <표 4-5> 토지피복지도를 이용한 분석 결과 ···119 <표 4-6> 코드분류 ···121 <표 4-7> 수치지형도를 이용한 분석 결과 ···123 <표 4-8> 지목 분류 ···124 <표 4-9> 연속지적도를 이용한 분석 결과 ···126 <표 4-10> 공간 자료 ···127 <표 4-11> 필지별 분석결과 ···128 <표 4-12> 필지별 분석결과 ···129 <표 4-13> LWE 기법의 기본 개념과 내용 ···132 <표 4-14> 일반적인 지역지구제 요소 ···133
<표 4-17> 비점오염원 관리 기법 ···137 <표 4-18> 경사도별 필터스트립 최소 폭 ···143 <표 4-19> 경사도별 최대 작물대상폭 ···144 <표 4-20> 위성영상을 이용한 경안천 상류 유역 토지피복 면적변화분석 ···149 <표 4-21> 위성영상을 이용한 경안천 상류 유역 불투수면 면적변화 분석 ···150 <표 4-22> 경안천 상류 유역 2020년 하수관거 현황 예측 ···151 <표 4-23> 경안천 상류 유역의 불투수율 변화에 따른 수질변화 분석 ···153 <표 4-24> 불투수지역 (주거용지)의 유량가중 평균농도 ···154 <표 4-25> AGNPS 모형에 적용된 강우사상 ···154 <표 5-1> 단독주거지역 불투수비율 적용(예) ···164 <표 5-2> 경사도와 불투수면 하용비율 관계 ···165 <표 5-3> 녹지기반의 편익 ···166 <표 5-4> 불투수 단위 면적에 따른 요금제의 장점/단점 ···167 <표 5-5> 자산 가치 평가에 따른 요금제의 장점/단점 ···167 <표 5-6> 빗물 관련제도 및 관리내용 ···171 <표 5-7> 빗물관리시설 종류와 관련제도 ···172 <표 5-8> 빗물침투 및 유출저감시설 종류와 관련제도 ···173 <표 5-9> 빗물저류시설 종류와 관련제도 ···173 <표 5-10> 빗물이용시설 종류와 관련제도 ···173 <표 5-11> 빗물관리시설 관련자료 비교 ···174 <표 5-12> 중앙집중형과 분산형 빗물관리의 비교 ···176 <표 5-13> 민간시설의 경우 업무분담 ···180 <표 5-14> 공공시설의 경우 업무분담 ···180 <표 5-15> 빗물이용시설 규정사항 ···181 <표 5-16> 2020년 기준, 가뭄 정도에 따른 물 부족량 전망 ···183 <표 5-17> 빗물저류시설 효율평가인자 ···184 <표 5-18> 녹지를 포함하는 공간유형과 관련법규 ···189 <표 5-19> 녹지관련법에서 고려되어야 할 사항 ···189 <표 5-20> 환경영향평가서 작성방법 ···192 <표 5-21> 생태면적률 공간유형 구분 및 가중치 ···193 <표 5-22> 환경영향평가대상 ···194 <표 5-23> 소규모 환경영향평가대상 ···194 <표 5-24> 토지이용유형에 따른 생태면적률 적용 ···196 <표 5-25> 친환경건축물 물순환 관련부분의 설계지침 ···196
<표 5-28> 하수도법 보완사항 ···199 <표 5-29> 낙동강수계 물관리 및 주민지원 등에 관한 법률 보완사항 ···199 <표 5-30> 수질 및 수생태계 보전에 관한 법률 보완사항 ···200 <표 5-31> 용도지역안에서의 건폐율과 용적율 규정 ···204 <표 5-32> 도시·군계획시설의 결정․구조 및 설치기준에 관한 규칙 ···205 <표 5-33> 건축기본법 및 건축법 보완사항 ···207 <표 5-34> 주택건설기준 등에 관한 규칙 보완사항 ···207 <표 5-35> 도로와 다른 도로 등과의 연결에 관한 규칙 보완사항 ···208 <표 5-36> 도시공원 및 녹지 등에 관한 법률 보완사항 ···208 <표 5-37> 녹지 세부사항에 대한 보완사항 ···209 <표 5-38> 개발계획규모별 도시공원 또는 녹지의 확보기준 ···211 <표 5-39> 도시공원및녹지등에관한법률에서의 저류시설 ···212 <표 5-40> 조경기준 및 시방서 ···213 <표 5-41> 잔디식재 관련 보완사항 ···213 <표 5-42> 도로공사 표준시방서 ···214 <표 5-43> 지침 및 기준의 보완사항 ···214 <표 5-44> 재해영향평가 관련 보완사항 ···215 <표 5-45> 자연재해대책법 보완사항 ···216
<그림 1-1> 주요 연구내용 및 연계도 ···3 <그림 2-1> 불투수면 비율에 따른 수질농도의 변화 ···10 <그림 2-2> 한강유역의 단위유역도 ···14 <그림 2-3> 낙동강유역의 단위유역도 ···16 <그림 2-4> 금강유역의 단위유역도 ···18 <그림 2-5> 영산강·섬진강 유역의 단위유역도 ···19 <그림 2-6> 불투수면 비율과 등급별 출현종수 ···28 <그림 2-7> 서울시의 단지계획에서 생태면적률 적용 사례 ···30 <그림 2-8> 서울시 빗물침투 및 이용시설 계획절차 ···34 <그림 2-9> 저영향 개발기법(LID) 작용전․후 비교 ···53 <그림 2-10> 독일의 공간계획체계 ···64 <그림 2-11> 프랑크푸르트의 에코하우스 전경과 식물여과조 ···67 <그림 2-12> Emscher Park 의 선형의 빗물침투저류시설 ···69 <그림 2-13> 도로변 빗물침투지 ···69 <그림 3-1> 안양천 유역의 환경부 토지피복 중분류도 ···81 <그림 3-2> 환경부 토지피복 중분류도를 이용한 불투수면 현황도 ···81 <그림 3-3> 성남시 토지이용도 ···84 <그림 3-4> 성남시 토지피복도 ···84 <그림 3-5> 성남시 불투수면 현황도 ···86 <그림 3-6> 환경부 토지피복도 구축 체계도 ···89 <그림 3-7> 환경부 세분류 토지피복도 구축 현황 ···90 <그림 3-8> 세분류 토지피복도 구축사례(학교용지) ···90 <그림 3-9> 공부상 지목에 의한 5개 지목 분류 결과 ···91 <그림 3-10> 세분류 토지피복도에 의한 5개 지목 분류 결과 ···91 <그림 3-11> 공부상 지목과 세분류 토지피복도 면적차이 원인 사례(학교용지) ···92 <그림 3-12> 공부상 지목과 세분류 토지피복도 면적차이 원인 사례(전, 답) ···92 <그림 3-13> 학의천 일대 토지이용도 ···94 <그림 3-14> 학의천 일대 토지피복도 ···94 <그림 3-15> 학의천 일대 불투수면 현황도 ···96 <그림 3-16> 학의천 일대 환경부 토지피복 중분류도 ···96 <그림 3-17> 주거지역 분포현황 ···98 <그림 3-18> 상업지역 분포현황 ···98 <그림 3-19> 공공용도지 분포현황 ···99 <그림 3-20> 도시녹지 분포현황(묘지 제외) ···99
<그림 3-23> 학의천 일대 유효 불투수면 산정결과 ···101 <그림 3-24> 토지피복도를 이용한 불투수면적 산정 ···103 <그림 3-25> 수치지형도를 이용한 불투수면적 산정 ···103 <그림 3-26> 지적도를 이용한 불투수면적 산정 ···104 <그림 3-27> 색상별 대분류-중분류-세분류 구분 ···105 <그림 3-28> 수치지형도를 이용한 불투수면 산정방법 ···107 <그림 3-29> 항공사진을 이용한 불투수면 산정방법 ···107 <그림 3-30> 불투수율과 수질인자 변화 ···115 <그림 3-31> 불투수면 모델 ···115 <그림 4-1> 유역별 토지피복 현황 및 불투수 지역 ···120 <그림 4-2> 수치지형도에 의한 유역별 불투수 지역 ···122 <그림 4-3> 지적도의 지목분류에 의한 유역별 불투수 지역 ···125 <그림 4-4> 시범지역 ···126 <그림 4-5> 불투수면 산정 방법 및 중첩결과(건물∪지적도) ···127 <그림 4-6> 중첩결과(건물∪지적도) ···130 <그림 4-7> 시설재배지의 간접배수 형태 ···140 <그림 4-8> 항공사진 및 시설재배지 분석결과 ···148 <그림 4-9> Landsat 위성영상을 이용한 경안천 상류유역 토지피복변화 ···149 <그림 4-10> Landsat 위성영상을 이용한 경안천 상류유역 불투수면변화 ···150 <그림 4-11> 경안천 상류 유역의 투수/불투수면 변화추이 ···150 <그림 4-12> 시나리오Ⅰ에 따른 물수지 분석 ···152 <그림 4-13> 시나리오 Ⅱ에 따른 물수지 분석 ···152 <그림 4-14> 불투수면 면적변화 가상 시나리오 ···155 <그림 4-15> 불투수면 면적 변화 가상시나리오에 따른 수문․수질변화 ···155 <그림 4-16> 토지이용 변화 가상 시나리오 ···156 <그림 4-17> 토지이용 변화 가상시나리오에 따른 수문․수질변화 ···156 <그림 4-18> 토지이용 변화 가상 시나리오 ···157 <그림 4-19> 토지이용 변화 가상시나리오에 따른 수문․수질변화 ···158 <그림 5-1> 덱크와 투수성 블록 ···160 <그림 5-2> 생태면적률 적용절차 ···195
제1장 서 론
1-1. 연구의 필요성과 목적
토지이용 고도화로 인한 불투수면의 증가로 유역이 가지고 있던 원래의 물순환이 크 게 왜곡되었다. 원래 빗물은 유역에 강하하여 일부는 지표유출로 하천에 도달하고, 일 부는 토양, 웅덩이, 식생 등에 머물러 있다가 지하수를 거쳐 하천으로 유입되거나 증발 하여 대기로 들어가 다시 빗물로 떨어지는 순환을 반복한다. 그러나 도시의 경우 건축 물과 도로 건설에 따른 불투수면 증가로 인해, 농촌의 경우 시설영농 등 각종 인위적 시설을 위한 지표면 포장 혹은 기계화 영농에 의한 토양의 압밀로 인해 강우의 자연스 러운 순환에 장해가 발생하고 있다. 불투수율1) 변화에 따른 유역차원에서의 변화는 홍 수피해의 증가, 평시 하천유량의 감소, 수질오염과 건천화 발생, 도시기후의 변화 증가 등이 있다. 이와 같이 불투수율은 유역의 수환경에 큰 영향을 끼치나 토지이용과 개발에 있어 유역 차원에서 전체를 조율하고 관리하기란 쉽지 않다. 따라서 물관리의 기본단위인 유역의 물순환 문제를 파악하고 관리하기 위한 종합적이고 관리가능한 지표를 마련하 는 일이 매우 중요하다. 일관성있고 효율적인 유역관리가 이루어지기 위해서는 우리나 라에 맞는 적용 가능한 유역관리지표가 필요하다. 이와 관련하여 불투수면은 수환경에 영향을 끼치는 대표적인 지표로서 물의 순환, 유출형태 및 시간, 질적 및 양적문제와 상관관계를 갖는다. 특히 불투수율은 비점오염원의 유출량과 부하에 가장 상관성이 있 는 지표로서 효율적인 비점관리지표로서도 매우 중요하다(US EPA, 2005; MWCOG, 2011; NRDC, 2011). 본 연구에서는 불투수면이 수환경에 끼치는 전반적 영향을 검토하고 이를 바탕으로 구체적인 관리방안을 도입하고자 한다. 구체적 방안 도입을 위해 투수면적률을 산정하 기 위한 방법을 검토하고 우리나라의 자료여건에 적합한 산정방법을 제안하고자 한다. 그리고 국내 및 해외의 불투수율 관리실태 분석을 바탕으로 우리나라 유역의 특성별로 투수면적률 관리기준(안)을 제시하고 그 적용방안을 마련하고자 한다. 1) 본 연구는 “투수면적률” 제도 도입방안 연구로 투수면적률은 (1-불투수면적률)로 나타낼 수 있다. 기존 물순환 관련 기존 연구는 주로 “불투수율”이란 용어를 사용하였으나 여기서는 긍정적인 용어로 투수면적률을 사용하고자 한다. 그러나 이해의 용이성을 고려해 본문에서는 필요시 불투수율을 중심 으로 논리를 전개하고, 제도화 등 측면에서는 투수면적률을 사용토록 하겠다. 즉, “투수면적률”과 “불 투수율”을 각각 언급되는 문장의 특성에 따라 이해를 돕고자 혼용하였다.1-2. 연구내용 및 방법
본 과제는 크게 세 가지로 구분할 수 있다. 첫째, 유역의 불투수율에 따른 수질 및 수생태 영향을 조사하여 불투수율 관리의 당위성을 도출하고자 한다. 두 번째는 생태 면적률 등 국내 투수면적 관련 제도분석 및 투수면적률과의 연계방안을 검토하고자 한 다. 더불어 투수면적 관리를 선행적으로 도입하고 있는 외국사례 분석 등 투수면적률 관련 국내․외 제도 및 관리사례를 조사하고자 한다. 세 번째로는 우리나라에 투수면 적률 관리제도를 도입하기 위한 투수면적률 산정기법 개발, 투수면적률에 따른 유역관 리기준 개발, 투수면적률 적용을 위한 관련법 검토 및 개정방안 마련, 유역형태별 사례 지역을 선정하여 투수면적률 시범 적용 및 평가, 유역관리에 있어 투수면적률 적용방 안 등을 마련하는데 있다. 이를 위한 연구내용은 유역의 불투수율과 수환경 연계영향 조사, 투수면적률 관련 국내외 제도 및 관리사례 조사, 투수면적률 산정방법과 관리기준 개발, 유역관리 지표 로서의 투수면적률 관리기준(안) 제시, 시범 적용지역 선정 및 적용성 검토, 유역관리에 있어 투수면적률 적용방안 마련 등으로 구성되고 세부 사항은 다음과 같다. □ 유역의 불투수율과 수환경 영향 조사 ◦ 유역의 불투수율에 따른 수질 및 수생태영향 조사 ◦ 유역의 개발 등으로 인한 불투수율 증가에 따른 영향조사 ◦ 투수면적률 관리제도 도입 필요성 고찰 □ 투수면적률 관련 국내외 제도 및 관리사례 조사 ◦ 유럽, 미국 등 투수면적 관리를 선행적으로 도입하고 있는 외국사례 분석 ◦ 생태면적률 등 국내의 투수면적관련 제도 분석 및 투수면적률과의 연계방안 검토 □ 투수면적률 산정방법과 관리기준 개발 ◦ 투수면적률 산정기법 개발 ◦ 투수면적률에 따른 유역관리기준 개발 □ 유역관리지표로서의 투수면적률 관리기준(안) 제시 ◦ 투수면적률 관리기준(안) 마련 ◦ 투수면적률 적용을 위한 관련법 검토 및 개정방안 마련 □ 시범 적용지역 선정 및 적용성 검토 ◦ 유역형태별 사례지역을 선정하여 투수면적률 시범 적용 및 평가 ◦ 환경영향평가 협의시 반영방안 마련주요 과업수행방법은 기존 유역의 불투수율과 수환경과의 영향을 분석해 투수면적 률 적용의 당위성 제시, 외국, 특히 불투수율을 적용하고 있는 미국과 유럽 등의 외국 의 관리제도와 적용방안 등을 중점 검토하고자 한다. 그리고 투수면적률을 산정하기 위한 방법을 검토하고 우리나라의 자료 및 유역관리 여건에 적합한 산정방법과 투수면 적률 관리기준을 제시하고자 한다. 이를 바탕으로 유역관리지표로서의 투수면적률 기 능을 제고하기 위해 유역 특성이 반영된 관리기준을 마련하고자 한다. 또한 도시, 농촌, 혼합유역 등과 같이 우리나라 유역이용 특성을 고려하여 투수면적률 적용성을 검토하 고자 한다. 그리고 환경영향평가 협의 시 반영방안 마련 등 각종 개발사업 또는 유역관 리에 있어 구체적 적용방안을 제시하여 실효성 있는 관리지표로서 기능을 하도록 하고 자 한다. 유역의 불투수율과 수환경 영향조사 유역의 불투수율과 수질, 수량, 수생태 등 연계성 분석 국내외 투수면적률 관련 제도 및 관리사례 조사 투수면적률 산정방법과 사례지역 적용성 검토 투수면적률 산정방법 검토 투수면적률 산정방안 제안 유역관리용도 및 빗물요금용 사례지역 적용 투수면적률의 유역관리 활용방안 제시 투수면적률 관리기준 개발 유역관리를 위한 투수면적률 적용방안 마련 투수면적률 적용을 위한 법 및 제도(운영지침 등) 제시 <그림 1-1> 주요 연구내용 및 연계도
제2장 불투수면과 수환경 영향 및 관리실태
지구는 크게 대기, 수계, 지각, 생물권으로 나눌 수 있는데 이 중 수계에 속하는 물순 환계는 수문학에서 가장 기초적인 원리이다. 물은 수증기의 형태로 대기를 순환하고 지구 전체를 이동하며 바다와 육지로부터 증발한다. 이 중 일부는 식물이나 나무에 의 해 차단되지만 다시 눈이나 비의 형태로 육지로 떨어진다. 이렇게 육지로 떨어진 물은 지표면 위에서 유출을 발생시키고 흙 안으로 침투하고 또 침루하여 지하수를 보충한 다. 즉, 물순환은 크게 증발산, 지하로의 침루, 표면 유출이라는 세 가지 과정에 의해 지속된다. 그러나 유역에서는 다양한 인위적 행위에 따른 투수면 감소 때문에 물순환 이 훼손되어 수량, 수질, 수생태에 다양한 악영향을 미치고 있다. 최근에는 이러한 물순 환의 왜곡이 도시지역에 한정되지 않고 농업유역에까지 확산되어 국토의 전반적인 수 환경에 영향을 끼치고 있다. 특히 불투수면 증가는 강우 시 표면 유출력을 증가시켜 비점오염원의 유출력을 증가시킴으로써 수환경 악화의 주요 원인으로 작용하고 있다. 본 장에서는 불투수면이 수환경에 미치는 영향을 검토히고 불투수면 관리의 필요성을 확인하고자 한다.2-1. 유출·수질 영향
2) 불투수율은 지표 중 불투수면이 차지하는 비율로, 불투수율 변화가 수환경에 미치는 영향을 중소유역과 대유역으로 구분하여 살펴보기로 한다. 중소 유역은 한강의 경안천, 안양천 등 유역을 중심으로 살펴보았고, 대유역은 4대강 자료를 활용해 분석하였다. 그 리고 중소유역과 대유역의 자료를 종합해 불투수율을 모형화하여 유역에 미치는 영향 을 정리하여 제시하였다.1. 중소규모 유역
유출․수질분석을 위해 한강수계에서 개발정도를 기준으로 미개발 지역으로 분류되 는 복하천, 개발이 진행 중인 경안천, 개발이 완료되었다고 생각되는 안양천을 대상유 2) 최지용(2004). "유역관리 효율화를 위한 불투수면 지표 개발과 적용Ⅱ", 장수환 외(2005). “불투수 지표 면 비율 증가와 하천수질농도 상승의 연관성에 대한 사례 연구“, 한강수계관리위원회(2006). ”유역관리 지표적용을 위한 기초조사 2년차 보고서“를 중심으로 작성역으로 선정하였다. 각 유역은 안양천의 경우 안양천 1, 안양천 2, 안양천 3, 안양천 4, 복하천의 경우 복하천 1, 복하천 2, 복하천 3, 경안천의 경우 경안천 1, 경안천 2, 경안천 3, 경안천 4로 세분하여 분석에 적용하였다. 각 유역면적과 유역에 해당하는 지역은 <표 2-1>과 같다. 유역의 면적은 환경부 표준유역도에 근거하여 Arcview 상에서 면적 을 자동 추출하였다. 유역구분 면적(㎢) 해당지역 복하천1 136.8 용인, 이천, 여주, 광주 일부 복하천2 167.3 이천, 여주, 광주 일부 복하천3 33.7 여주군 일부 경안천1 202 용인, 광주 일부 경안천2 88.9 광주, 성남 일부 경안천3 162.7 광주, 여주, 이천 일부 경안천4 107.9 하남, 양평, 성남, 광주 일부 안양천1 121.4 광명, 과천, 군포, 성남, 수원, 시흥, 안양, 의왕시 일부 안양천2 50.4 부천, 시흥, 서울 포함 안양천3 47.5 과천, 안양, 서울 일부 안양천4 60.1 광명, 부천, 서울 일부 <표 2-1> 각 유역의 면적과 해당지역 1992～2002년의 11년 동안 각 유역의 불투수면 비율 변화는 <표 2-2>와 같다. 행정구 역 단위로 되어있는 지목에 따른 토지이용 면적은 면적비율에 근거하여 11개 유역단위 에 맞게 산정하고, 24개 지목 중 도로, 학교, 공장, 대지를 불투수면으로 가정하여 불투 수면 비율을 산정하였다. 지목자료는 통계연보를 참고하였다. 유역구분 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2010*) 복하천1 4.2 5.1 5.4 5.9 6.2 6.7 8.6 복하천2 5.1 6.0 6.4 7.1 7.7 8.4 10.9 복하천3 4.5 4.4 5.1 5.6 6.0 6.6 8.3 경안천1 5.4 5.7 6.5 7.0 7.6 8.7 11.0 경안천2 5.0 5.3 8.5 9.5 10.5 17.0 23.5 경안천3 3.6 3.8 4.0 4.9 5.0 5.7 7.3 경안천4 4.0 4.4 4.6 4.8 5.3 6.2 7.5 안양천1 24.0 26.5 28.7 29.9 31.1 32.0 38.9 안양천2 33.1 35.0 36.1 35.3 35.5 36.4 38.4 안양천3 38.2 40.6 41.1 42.5 42.7 43.0 47.2 안양천4 44.0 45.6 46.2 46.9 47.2 47.5 50.5 <표 2-2> 각 유역 내 불투수면 비율 변화 (단위: %) 주*) 2010년은 trend 함수를 이용한 예측치임
가장 높은 증가율을 보인 지역은 경안천 2 지역인 성남시 분당동․수내동과 용인시 수지읍 등의 지역으로 1992년 5%에서 2002년 17%로 증가하는 등 300% 이상의 불투수 면 증가율을 보였다. 안양천 유역은 4개의 유역이 모두 도시화된 유역으로 불투수면의 비율이 2002년 30% 이상으로 나타났다. 특히 서울시, 안양시 등을 포함하는 안양천 3, 4 지역은 불투수면 비율이 가장 높았다. 반면, 복하천 1, 3 지역인 광주읍, 이천읍 일부 지역과 경안천 3, 4 지역인 광주시, 양평군 등의 지역은 다른 유역에 비하여 불투수면 비율이 낮은 지역으로 나타났다.
가. 유출분석
각 유역을 대상으로 유역관리지표인 불투수면 비율이 수문에 미치는 영향을 조사하 였다. 유역의 유출분석을 위해 WMS(Watershed Modeling System, 유역모델링 시스 템)을 사용하였다. 기초 자료로 유역별 해당 동사무소나 면사무소에서 보유하고 있는 1992년부터 2002년까지의 통계자료를 사용하였다. 통계자료는 행정구역이 변함에 따 라 1992년을 기준으로 분할, 통합, 삭제하였다. 먼저, 유역 내 토지특성에 관련된 관리지표의 변화율과 연계하여 유출량의 변화율을 비교 검토하기 위해 WMS 프로그램을 이용하여 유역출구에서 유출량을 산정하였다 (<표 2-3>). 이때, 입력값은 해당년도 소유역의 유출계수(CN)와 불투수면비율(%)을 사 용하였고, 강우량은 1997년 7월 29일 경기도 지방에서 관측된 실측 강우량으로 총 자료 의 개수는 24개, 실제 강우기간은 6일, 총강우량은 1,096.7㎜인 단순강우를 사용하였다. 연도 복하천 경안천 안양천 복하천1 복하천2 복하천3 경안천1 경안천2 경안천3 경안천4 안양천1 안양천2 안양천3 안양천4 1992 1,031 1,377 1,419 3,732 2,969 3,531 3,732 849 425 1,810 1,950 1994 1,036 1,385 1,427 3,747 2,976 3,539 3,747 853 426 1,815 1,956 1996 1,040 1,393 1,435 3,762 2,982 3,547 3,762 856 427 1,821 1,963 1998 1,045 1,400 1,442 3,777 2,989 3,556 3,777 860 429 1,826 1,969 2000 1,049 1,408 1,450 3,792 2,995 3,564 3,792 863 430 1,832 1,976 2002 1,054 1,416 1,458 3,807 3,002 3,572 3,807 867 431 1,837 1,982 2010*) 1,072 1,447 1,489 3,867 3,028 3,605 3,867 881 436 1,859 2,008 <표 2-3> 복하천, 경안천, 안양천의 유출량 주*) 2010년은 trend 함수를 이용한 예측치임다음으로 유출계수3)를 산정하였다. 유출계수는 유역의 지형 및 지질 등에 의해 결정 된다. 먼저 지목별 평균유출계수를 구하고 유역 내 해당지목에 적용하여 유역의 평균 유출계수4)를 산출하였다. 구분 소유역 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2010*) 불투수면 비율 변화 복하천1 5.728 5.948 6.107 6.625 7.122 7.775 9.202 복하천2 6.397 6.377 6.739 7.332 7.869 8.712 10.329 복하천3 4.533 4.006 5.173 5.520 5.908 6.707 8.451 경안천1 5.018 5.086 5.986 6.305 6.937 7.656 9.705 경안천2 3.940 4.343 5.057 5.744 6.344 7.538 10.078 경안천3 3.270 3.531 3.907 4.303 4.822 5.503 7.089 경안천4 3.677 4.103 4.512 4.879 5.336 6.224 7.909 안양천1 24.0 26.5 28.7 29.9 31.1 32.0 38.9 안양천2 33.15 35.01 36.13 35.27 35.45 36.41 38.35 안양천3 38.19 40.60 41.06 42.50 42.74 43.04 47.32 안양천4 44.0 45.6 46.2 46.9 47.2 47.5 50.5 유출계수 변화 복하천1 0.416 0.417 0.416 0.418 0.421 0.423 0.428 복하천2 0.411 0.411 0.410 0.412 0.415 0.419 0.423 복하천3 0.410 0.408 0.404 0.405 0.407 0.411 0.408 경안천1 0.434 0.436 0.438 0.439 0.44 0.445 0.451 경안천2 0.427 0.428 0.432 0.435 0.435 0.442 0.452 경안천3 0.429 0.43 0.431 0.432 0.433 0.437 0.441 경안천4 0.434 0.436 0.438 0.439 0.44 0.445 0.451 안양천1 0.489 0.499 0.506 0.51 0.514 0.517 0.541 안양천2 0.514 0.523 0.527 0.527 0.522 0.530 0.538 안양천3 0.547 0.557 0.559 0.564 0.564 0.566 0.582 안양천4 0.563 0.57 0.572 0.574 0.575 0.577 0.588 <표 2-4> 유역별 평균유출계수 주*) 2010년은 trend 함수를 이용한 예측치임 분석결과 유역의 형상, 면적, 기후특성, 하상경사 등이 같다고 가정할 경우 불투수면 비율이 클수록 유출량 증가에 미치는 영향이 크다는 사실을 확인할 수 있었다. 그러므 3) 일정한 유역상에 일정 기간동안 내리는 강수량으로 인해 그 유역의 출구를 통과하는 유출량의 총 강수량에 대한 비율로 다음의 관계를 갖는다. R=C*P (R: 하천유량, C: 유출계수, P: 강수량) 4) 평균유출계수 = ∑(해당 지목의 유 출계수×해당 지목의 면적) ∑(지목의 면적)
로 도시화가 진행중인 유역의 유출량 증가 완화를 위해서는 불투수면의 관리가 필요하 다.
나. 수질분석
수질오염 영향 인자에 따른 유역별 오염차이를 확인하기 위해 안양, 복하, 경안천의
11개 소유역을 구분하고 1994～2002년의 9년간 패널 데이터5)를 구축한 후 One-Way
Error Component Regression Model을 적용하여 분석하였다. 분석에 이용된 독립변수 (유역 내 인자)와 종속변수(수질항목)의 내용은 <표 2-5>와 같다. 강우일자 자료는 기상 청과 한강유역관리청의 자료를 이용하였으며, 수질조사 날짜는 환경부 내부 DB자료를 이용하였다. 수질조사를 위한 샘플링(sampling)일자와 강우일자가 같은 경우는 총 1,080의 사례 중 139일이었다. 항 목 내 용 단 위 비 고 출 처 독 립 변 수 (설 명 변 수) 불투수면 비율 유역총면적에서 대지, 공 장용지, 도로용지, 학교용 지가 차지하는 비율 % 불투수면 비율은 범위로 제시(대지, 공장용지, 도로용지는 100% 불투수 면으로 가정, 학교용지는 학교 내 건 폐율 등을 고려하여 불투수면 산정) 시․군별 통계연보이용 (1994～2002) 인구밀도 인구수/총유역 면적 인/㎢ . ＂ 하수처리량 유역 내 있는 하수처리장에 근거, 일별 하수처리량 산정 톤/일 . 하수도 통계 이용 가변수 D 수질조사일자 중 비가 오 지 않은 날과 비가 온 날 0과 1 . 환경부 기초 자료 DB 및 정보서비스 시스템 종 속 변 수 BOD 생물학적 산소요구량 ㎎/L . 환경부 수질측정망 COD 화학적 산소요구량 ㎎/L . ＂ SS 부유고형물 ㎎/L . ＂ TN 총질소 ㎎/L . ＂ TP 총인 ㎎/L . ＂ <표 2-5> 분석에 이용된 변수 5) 패널데이터는 횡단면적인 데이터와 시계열데이터에서 획득할 수 있는 정보를 모두 가지고 있다. 패 널데이터의 연구 상 장점은 미시적인 단위의 동태분석이 가능하고, 사회․경제적인 변수들의 상호 연관성을 설명함에 있어서 관찰 불가능한 변수들을 효과적으로 제어할 수 있다는 것이다. 따라서 본 연구에서 도시화가 진행 중인 유역에서 수질에 영향을 미치는 결정인자를 파악하는 데 모형에 반영 되지 않은 누락변수를 통계적으로 적절히 처리하여 최적의 모형이 도출될 수 있도록 해준다.
패널분석을 시행하기에 앞서 불투수면 비율과 수질 간 상관관계 여부를 파악하기 위 하여 OLS(Ordinary Least Squares, 최소제곱법)를 이용한 회귀분석을 시행하였다. 그 결과 TP를 제외한 4개의 수질항목에 대해 불투수면 비율과 수질농도 증가가 관련이 있는 것으로 나타났으며 이를 그래프로 나타내면 <그림 2-1>과 같다.
<그림 2-1> 불투수면 비율에 따른 수질농도의 변화
그러나 이와 같은 OLS 분석결과는 불투수 지표면 변수에 내재된 다른 도시화 속성 을 구분하여 고려하는 데 미흡하기 때문에 패널분석을 실시하였다. One-way Error Component Regression Model의 Fixed Effect Model을 통해 독립변수(불투수면, 인구 밀도, 산림면적, 하수처리량)에 따른 사례지역의 수질오염항목(BOD, COD, TP, TN, SS)의 변화를 분석하였다.
11개 유역하천수질에 영향을 주는 유역 내 인자에 대한 패널분석 결과의 각 변수별 회귀계수 추정치와 t값은 <표 2-6>에서 나타낸 바와 같으며, 다음 해석은 95% 신뢰수
준을 전제로 한다. BOD의 경우 임야면적 비율을 제외한 모든 인자들이 BOD에 유의한 영향을 준 것으로 나타났으며, 불투수면 비율과 유역면적이 커질수록 BOD 농도가 높 아지는 것으로 나타났다. 특히 불투수면 비율의 추정치가 10.98로 다른 인자들보다 하 천수의 BOD 농도증가에 대한 탄력성이 큰 것으로 나타났다. COD에 대하여는 연구에 서 고려한 모든 유역 내 인자가 유의한 추정치를 보였으며 COD의 농도를 낮추는 영향 을 보인 하수처리량을 제외한 다른 인자들은 COD 농도 상승과 관련된 것으로 나타났 다. 인자 중 COD 농도에 대한 탄력성은 불투수면 비율>유역 면적>인구밀도>임야 면 적 비율 순이었다. TN의 경우 인구밀도를 제외한 모든 인자의 추정치가 유의하게 나왔다. BOD, COD 와 같이 불투수면이 TN 농도를 높이는 것으로 나타났으며, 임야면적과 유역면적보다 탄력성이 높게 나타났다. 한편, 하수처리량의 TN에 대한 추정치는 -0.5로 탄력성은 낮 지만 TN의 농도를 낮추는데 유의한 영향을 미친 것으로 나타났다. TP의 경우, 모든 유 역 내 인자가 유의한 추정치를 보였으며, 인구밀도와 하수처리량, 임야면적은 TP의 농 도를 낮추는 데 영향을 주었다. 보통 인의 발생원은 비료나 가축의 배설물로 축산업이 나 농업 지역에서 유출되고 있는 것으로 알려져 있다. 그러나 연구결과 불투수면 비율 이 증가함에 따라 총인의 농도가 증가하는 것으로 나타났으며, 이는 Schueler(1987)의 연구결과와도 일치한다. MWCOG(1983)에서도 도시지역에서의 질소와 인의 유출 원인 을 불투수면에 적재된 영양물질들이 강우 시 씻겨나간 것으로 보고 있다. SS의 경우도 연구에서 고려한 영향요인이 모두 유의하게 나왔으며, 인구밀도와 하수 처리량의 증가는 SS의 농도를 낮추는 영향을 준 것으로 나타났다. 반면 불투수면 비율, 임야면적, 유역 면적은 SS 농도를 높이는 영향을 준 것으로 나타났다. 다음으로 수질농도를 증가시키는 불투수면 비율의 임계치(threshold)를 도출하였 다. 임계치를 찾기 위하여 복하천 유역과 경안천 유역의 7개 소유역에 대하여 불투수면 비율을 다르게 조합하여 세 가지 유역그룹으로 분류하여 분석하였다. 첫 번째 그룹은 불투수면 비율이 3～7%인 유역으로 복하천 1, 3, 경안천 3, 4 유역이다. 두 번째 그룹은 불투수면 비율이 8～17%인 유역으로 복하천 2와 경안천 1, 2 유역이다. 세 번째 그룹은 불투수면 비율이 9% 이하인 지역으로 복하천 유역과 경안천 1, 3, 4 유역이다. 불투수 면 비율에 따른 소유역별 그룹 분석결과는 <표 2-7>에 나타낸 바와 같다.
종속변수(수질항목) 독립변수 추정계수(t 검정통계량) BOD Intercept(절편) -18.760(-6.38)** 불투수면 비율 10.981(12.63)** 인구밀도 -1.470(-3.31)* 하수처리량 -0.221(-4.73)** 임야 면적 비율 0.277(1.00) 유역 면적 3.618(10.78)** R² 0.76 COD Intercept(절편) -16.626(-1218.4)** 불투수면 비율 3.327(1715.83)** 인구밀도 1.759(877.86)** 하수처리량 -0.272(-1512.8)** 임야 면적 비율 0.6133(1529.8)** 유역 면적 2.131(3884.69)** R² 0.99 TN Intercept(절편) -25.899(-6.39)** 불투수면 비율 6.378(4.76)** 인구밀도 0.187(0.25) 하수처리량 -0.506(-9.81)** 임야 면적 비율 2.784(11.82)** 유역 면적 4.027(9.45)** R² 0.99 TP Intercept(절편) -1.219(-109.48)** 불투수면 비율 0.619(398.12)** 인구밀도 -0.068(-55.36)** 하수처리량 -0.026(-306.4)** 임야 면적 비율 -0.066(-92.71)** 유역 면적 0.311(612.24)** R² 0.77 SS Intercept(절편) -8.603(-2.80)* 불투수면 비율 14.621(34.26)** 인구밀도 -4.340(-14.58)** 하수처리량 -0.786(-16.24)** 임야 면적 비율 6.578(19.04)** 유역 면적 2.418(19.11)** R² 0.95 주: *는 5% 수준에서 유의성을 가짐 **는 1% 수준에서 유의성을 가짐 <표 2-6> 전체 유역의 수질영향 인자 분석
구 분 독립변수 추정계수(t 검정통계량) BOD COD TN TP SS 그룸1 불투수면 비율 3~7 % Intercept(절편) 8.289(2.15)* 9.054(0.82) 1.136(0.29) -3.172(-2.55)* 234.963(3.11)* 불투수면 비율 -0.047(-0.05) 0.642(0.56) 1.6(1.34) 0.734(3.13)* 31.015(1.68) 인구밀도 1.321(3.6)* 1.886(6.05)** 1.595(3.76)* -0.268(-2.12)* -12.908(-1.36) 하수처리량 0.058(1.93) 0.022(0.83) 0.205(5.93)** 0.043(0.78) -22.398(-4.46)** 임야 면적 비율 -1.097(-2.35)* -1.895(-4.68)** -1.023(-2.38)* -0.211(-2.23)* 6.429(2.2)* 유역 면적 -1.63(-5.51)** -1.752(-6.29)** -1.07(-3.16)* 1.144(4.29)* 26.644(1.69) R² 0.66 0.81 0.77 0.47 0.57 그룹2 불투수면 비율 8~17 % Intercept(절편) 0.654(0.05) 482.998(3.02)* -491.408(-1.14) 138.559(6.32)* -3.070(-0.03) 불투수면 비율 10.153(3.44)* 35.053(2.42)* -105.394(-2.89)* 12.535(4.73)** -5.805(-0.58) 인구밀도 -3.632(-1.82) -24.445(-4.1)* 71.812(2.68)* -6.141(-2.9)* -6.591(-0.76) 하수처리량 0.037(0.59) -0.036(-0.26) -0.704(-1.06) -0.165(-3.89)* -0.460(-2.33)* 임야 면적 비율 0.795(0.71) -31.117(-10.19)** -4.722(-0.46) -0.212(-0.28) -4.624(-1.13) 유역 면적 1.458(1.83) -54.035(-1.56) 54.502(0.71) -22.605(-7.73)** 16.910(1.22) R² 0.54 0.99 0.56 0.96 0.38 그룹3 불투수면 비율 9 % 이하 Intercept(절편) -9.173(-0.55) 0.186(0.01) -12.11(-1.56) 0.291(0.65) 5.017(0.42) 불투수면 비율 8.60(1.82) 3.877(0.69) -4.367(-1.5) 0.581(4.3)* 9.279(-2.56)* 인구밀도 -0.832(-0.34) -0.526(-0.14) 5.089(2.92)* -0.191(-2.82)* 7.203(5.87)** 하수처리량 0.003(0.04) -0.345(-2.59)* -0.401(-4.37)* -0.01(-1.75) -0.263(-2.64)* 임야 면적 비율 -0.369(-0.49) -0.241(-0.17) 0.028(0.06) -0.116(-3.17)* -0.525(-0.4) 유역 면적 0.705(0.51) 0.800(0.3) 1.082(1.95) 0.130(3.04)* -2.705(-1.64) R² 0.76 0.49 0.31 0.42 0.47 주: *는 5% 수준에서 유의성을 가짐 **는 1% 수준에서 유의성을 가짐 <표 2-7> 임계치 도출을 위한 소유역 그룹 분석결과 불투수면 비율이 3～7%인 유역에서 불투수면에 의한 수질농도 상승은 TP의 경우에 서만 볼 수 있었다. TP를 제외한 수질 항목에서는 인구 밀도나 임야면적에 의해 영향을 받는 것으로 나타났다. 불투수면 비율이 8～17%인 유역의 경우 BOD, COD, TP 농도의 상승에 영향을 미치는 것으로 나타났다. 인구밀도는 COD와 TP, 하수처리량은 TP와 SS의 농도를 떨어뜨리는 것으로 나타났다. 불투수면 비율이 9% 이하인 유역에서는 TP 를 제외하고는 불투수면에 의한 수질 농도 상승이 나타나지 않았다. BOD에 대한 불투 수면 비율의 계수 추정치를 비교해보면, 불투수면 비율 3~7% 유역에서는 음의 값이었 던 반면 불투수면 비율이 9% 이하인 유역에서는 양의 값으로 변화되었으나 통계적으 로 유의미하지는 않았다. 이상의 분석 결과에서 수질농도의 증가에 영향을 미치는 불
투수면의 임계치는 10～20% 정도인 것으로 판단된다. 이러한 임계치는 Schueler(1994), CWP(1998) 등에서 제안하고 있는 불투수면의 10% 임계치와 유사한 결과이다.
2. 4대강 유역
6) 앞에서 경안천, 복하천, 안양천 유역을 대상으로 불투수면과 수환경과의 상관관계를 살펴보았다. 하지만 연구대상 지역이 한정적이기 때문에 일반화시키기에는 부족하다. 따라서 4대강 유역의 오염총량관리를 위해 지정한 단위유역으로 확대 적용하였다. 불 투수면은 ArcGIS를 이용하여 환경부의 토지피복 중분류도에 나타난 시가화지역의 면 적을 구한 다음 단위유역 면적으로 나눈 값이다. 수질자료는 2004년 수역별 수질/수량 관측망 설치 및 운영자료를 토대로 4대강 유역이 공통적으로 가지고 있는 BOD, TN, TP 측정자료를 사용하며, 각 단위유역의 여러 측정지점 중 가장 높은 값, 즉 가장 나쁜 상태의 수질을 사용하였다. 분석방법은 MS-Excel 프로그램을 이용하여 단순회귀분석 으로 불투수면 지표와 수질영향의 상관관계를 알아보았다.가. 한강
한강 유역은 강원도, 경기도, 서울특별시, 충청북도 등 4개의 행정구역을 포함하고 있으며, 총 35개의 단위유역으로 구분된다. <그림 2-2> 한강유역의 단위유역도 6) 한강수계관리위원회(2006). “유역관리 지표적용을 위한 기초조사 2년차 보고서”, pp.80-109수질 측정자료와 불투수면 지표 사이의 상관관계를 분석한 결과, 한강유역에서는 불 투수면 면적이 수질농도에 영향을 미치고 있다. 구체적으로 BOD에는 어느 정도 강하 게 영향을 미치고 있는 것으로 나타났지만, 기타 수질항목에 대해서는 BOD의 경우와 같이 강하게 영향을 미치지는 않는 것으로 나타났다. 구 분 (종속변수) 회귀분석 결과 결정계수 (R2) 상관계수 (r) X값 계수 표준 오차 t 통계량 P-값 BOD 0.3672 0.61 34.23035 7.82213 4.37609 0.000114 TN 0.2769 0.53 51.78072 14.56653 3.554773 0.001167 TP 0.3019 0.55 2.76182 0.731049 3.777886 0.000629 <표 2-8> 한강유역 분석결과 BOD는 결정계수 0.3672, 상관계수가 0.61로 불투수면적비가 BOD의 증가에 큰 영향 을 미치는 것으로 나타났으며, 이러한 판단이 틀릴 확률을 나타내는 P값이 0.000114로 불투수면적비와 BOD의 상관관계가 높은 것으로 판단된다. 일반적으로 X값(불투수면 적비)의 계수는 1에서 멀어지면 멀어질수록 Y값(BOD)와 관계가 있다고 판단하며, 34.23035로 상당히 높아 불투수 면적이 넓을수록 BOD가 높아진다고 볼 수 있다. t 통 계량 값은 일반적으로 2에서 멀어질수록 X와 Y의 상관관계가 맞을 확률이 점차 증가 하는 것으로 보며, 4.37609로 불투수면적비와 BOD의 상관관계가 높다. TN의 경우, 결정계수 0.2769, 상관계수 0.53으로 불투수면적비가 TN의 증가에 영향 을 미치고 있는 것으로 보인다. 이러한 판단이 틀릴 확률을 나타내는 P값이 0.001167로 불투수면적비와 TN의 상관관계가 있는 것으로 판단된다. X값의 계수가 51.78072로 상 당히 높아 불투수 면적이 넓을수록 TN이 증가한다고 볼 수도 있다. 그러나 X값의 표준 오차가 크고 t 통계량 값이 2에 가까운 것으로 보아 상관관계가 강하지는 않다. 한편, 회귀분석 결과의 여러 값을 검토해본 결과, 결정계수의 값이 약 0.28로 낮지만, 상관계 수가 0.5 이상으로 불투수면 지표와 TN은 상관관계가 있는 것으로 판단된다. TP의 경우, 상관계수가 0.55로 낮지 않으며 결정계수도 0.30으로 설명력이 있어 불투 수면적비와 TP 사이에는 상관관계가 있는 것으로 나타났으며, P값이 0.000629로 불투 수면적비와 TP의 상관관계가 있는 것으로 판단된다. 그러나 X값의 계수가 2.76182로 낮은 편이고 t 통계량 값이 2에 가까운 것으로 보아 상관관계가 약한 것으로 판단된다. 결론적으로 한강유역에서의 불투수면지표와 TP의 상관관계가 있지만 강하지는 않다.
나. 낙동강
낙동강 유역은 강원도 일부, 경상북도와 경상남도, 대구광역시와 부산광역시 등 5개 의 행정구역을 포함하고 있으며, 41개의 단위유역을 가지고 있다. <그림 2-3> 낙동강유역의 단위유역도 분석결과, 낙동강 유역에서는 불투수면적이 유역의 수질상태에 영향을 미치고 있었 다. 특히 BOD 농도와 강한 상관관계를 가지고 있는 것으로 나타났다. 구 분 회귀분석 결과 결정계수 (R2) 상관계수 (r) X값 계수 표준 오차 t 통계량 P-값 BOD 0.635413 0.79 23.69717 2.87433 8.244413 4.48E-10 TN 0.19152 0.44 25.14168 8.271613 3.039514 0.004218 TP 0.366015 0.60 2.539535 0.535195 4.745066 0.0000279 <표 2-9> 낙동강유역 분석결과BOD는 상관계수 0.79, 결정계수가 0.6354로 불투수면적비가 BOD의 증가에 영향을 미치는 것으로 판단된다. 또한 X값의 계수가 23.69717로 높은 편이고, t 통계량 값이 2에서 먼 8.244413으로 불투수면적비와 BOD의 상관관계가 강한 것으로 나타났다. 다 만 X값의 표준오차가 2.87433으로 0과 가깝지 않아 상관관계가 높다고 단언하기는 어 렵다. 회귀분석 결과의 여러 값을 검토해본 결과, 결정계수의 값이 0.5 이상으로 설명력 이 있고 상관계수가 0.79로 높은 편에 속하여 낙동강 유역에서의 불투수면 증가는 BOD의 증가를 초래하는 것으로 판단된다. TN의 경우, 상관계수 0.44, 결정계수이 0.19152로 불투수면적비가 TN의 증가에 미미 하게 영향을 미치는 것으로 나타났으며, 이러한 판단이 틀릴 확률을 나타내는 P값이 0.00042로 불투수면적비와 TN의 상관관계가 약한 것으로 판단된다. X값의 계수가 25.14168로 상당히 높아 불투수면적이 넓을수록 TN이 증가한다고 볼 수도 있다. 그러 나 X값의 표준오차가 크고 t 통계량 값이 2에 가까운 것으로 보아 상관관계가 약한 것 으로 판단된다. 회귀분석의 여러 통계값을 검토해본 결과, 결정계수의 값이 낮아 설명 력이 부족하고 상관계수가 0.44로 낙동강 유역에서의 불투수면지표와 TN의 상관관계 가 약하다. TP의 경우, 상관계수 0.6, 결정계수가 0.366015로 불투수면적비와 TP 사이에는 상관 관계가 있는 것으로 나타났다. 결정계수가 0.5 미만으로 설명력이 부족하나, X값의 표 준오차가 0에 가깝고 t 통계량이 높아 상관관계가 전무하다고 단언하기는 어렵다. 따라 서 낙동강 유역의 불투수면 증가는 TP의 농도를 극적으로 증가시키는 요인은 아니지 만 잠재적으로 영향을 미치고 있어 상관관계가 있는 것으로 판단된다.
다. 금강
금강 유역은 충청북도와 충청남도, 대전광역시, 전라북도 등 4개의 행정구역을 포함 하고 있으며, 총 32개의 단위유역으로 구분된다. 구 분 회귀분석 결과 결정계수 (R2) 상관계수 (r) X값 계수 표준 오차 t 통계량 P-값 BOD 0.4135 0.64 82.54429 17.94727 4.599266 7.21E-05 TN 0.309614 0.56 63.81526 17.39802 3.667961 0.000943 TP 0.202763 0.45 6.100634 2.208581 2.762241 0.009707 <표 2-10> 금강유역 분석결과분석결과, 금강유역에서는 불투수면 면적이 BOD의 농도에는 영향을 미치고 있으나 기타 수질항목에 대해서는 큰 영향을 미치고 있지 않았다. <그림 2-4> 금강유역의 단위유역도 BOD는 상관계수 0.64로 불투수면적비가 BOD의 증가에 큰 영향을 미치는 것으로 나 타났으며, 이러한 판단이 틀릴 확률을 나타내는 P값이 0.00007205로 불투수면적비와 BOD의 상관관계가 높은 것으로 판단된다. 일반적으로 X값(불투수면적비)의 계수는 1 에서 멀어지면 멀어질수록 Y값(BOD)와 관계가 있다고 판단하며, 82.54429로 상당히 높 아 불투수면적이 넓을수록 BOD가 높아진다고 볼 수 있다. t 통계량 값은 일반적으로 2에서 멀어질수록 X와 Y의 상관관계가 맞을 확률이 점차 증가하는 것으로 판단하며, 4.599266으로 불투수면적비와 BOD의 상관관계가 높은 것으로 보인다. 회귀분석 결과 의 여러 값을 검토해본 결과, 원천적으로 표본수가 32개에 불과하여 확정적으로 상관 관계 여부를 판단하기 어렵지만 결정계수의 값이 0.41로 설명력이 있고, 상관계수의 값, t 통계량을 고려할 때 금강유역에서의 불투수면 지표와 BOD의 상관관계가 높은 것으로 판단된다. TN의 경우, 상관계수가 0.56으로 불투수면적비가 TN의 증가에 영향을 미치고 있는 것으로 보인다. 이러한 판단이 틀릴 확률을 나타내는 P값이 0.000943으로 불투수면적 비와 TN의 상관관계가 있는 것으로 판단된다. X값의 계수가 63.81526으로 상당히 높아
불투수면적이 넓을수록 TN이 증가한다고 볼 수도 있다. 그러나 X값의 표준오차가 크 고 t 통계량 값이 2에 가까운 것으로 보아 상관관계가 강하지는 않다. 회귀분석 결과의 여러 값을 검토해본 결과, 결정계수의 값이 약 0.31로 낮고 X값의 표준오차가 커 금강 유역에서의 불투수면지표와 TN의 상관관계는 있지만 강하지는 않다. TP의 경우, 상관계수가 0.45로 낮고 결정계수도 0.202763으로 낮아 불투수면적비와 TP 사이에는 상관관계가 약한 것으로 나타났으며, P값이 0.05244로 불투수면적비와 TP의 상관관계가 강하지 않은 것으로 판단된다. 또한 X값의 계수가 6.100634로 낮은 편이고 t 통계량 값이 2에 가까운 것으로 보아 상관관계가 약한 것으로 판단된다. 결론 적으로 금강유역에서의 불투수면 지표와 TP의 상관관계는 약하다.
라. 영산강·섬진강
영산강·섬진강 유역은 전라북도와 전라남도, 광주광역시 등 3개의 행정구역을 포함 하고 있으며, 23개의 단위유역을 가지고 있다. <그림 2-5> 영산강·섬진강 유역의 단위유역도 분석결과, 영산강·섬진강 유역에서는 불투수면이 유역의 수질상태에 큰 영향을 미치 는 것으로 판단된다. 특히, TN, TP와 상당히 높은 상관관계가 있는 것으로 보여, 향후 영산강·섬진강 유역의 관리를 위한 지표로 활용할 수 있을 것이다.구 분 회귀분석 결과 결정계수 (R2) 상관계수 (r) X값 계수 표준 오차 t 통계량 P-값 BOD 0.507249 0.71 52.50769 11.57207 4.537449 0.0002 TN 0.697995 0.84 59.2638 8.716757 6.798836 1.31E-06 TP 0.774296 0.88 6.040959 0.729301 8.283215 6.78E-08 <표 2-11> 금강유역 분석결과 BOD는 상관계수 0.71, 결정계수 0.507249로 불투수면적비가 BOD의 증가에 상당한 영향을 미치는 것으로 나타났으며, 이러한 판단이 틀릴 확률을 나타내는 P값이 0.0002 으로 불투수면적비와 BOD의 상관관계가 높은 것으로 판단된다. 또한 X값의 계수가 52.50769로 상당히 높고, t 통계량이 4.537449로 높은 편이어서 영산강·섬진강 유역의 불투수면적이 넓을수록 BOD가 높아진다고 볼 수 있다. 그러나 X값의 표준오차가 11.57207로 비교적 높아 불투수면적비와 BOD 간의 상관관계가 높다고 확언할 수는 없 다. 종합적으로 검토한 결과, X값의 표준오차가 높아 상관관계가 적은 것으로 보이지 만, 결정계수의 값이 0.5 이상으로 설명력이 있고 상관계수가 0.71로 높아 영산강·섬진 강 유역에서는 불투수면적비와 BOD가 높은 상관관계를 갖고 있다. TN의 경우, 상관계수 0.84, 결정계수가 0.697995로 불투수면적비가 TN의 증가에 상 당한 영향을 미치는 것으로 나타났으며, 이러한 판단이 틀릴 확률을 나타내는 P값이 0.0000013으로 불투수면적비와 TN의 상관관계가 강한 것으로 판단된다. 또한 X값의 계수가 59.2638로 상당히 높고, t 통계량 값이 2에서 먼 7.279047로 불투수면이 증가함 에 따라 TN의 농도가 증가하는 것으로 볼 수 있다. 결론적으로 X값의 표준오차가 큰 편에 속하여 상관관계가 높다고 확신할 수는 없지만, 결정계수의 값이 0.69로 설명력이 높고 상관계수도 0.84로 높아 불투수면과 TN의 상관관계가 높음을 보여주고 있다. 따 라서 영산강·섬진강 유역에서의 불투수면적의 증가는 TN의 농도를 상당히 증가시킬 수 있을 것으로 판단된다. TP의 경우, 상관계수 0.88, 결정계수가 0.774296으로 불투수면적비와 TP 사이에는 상 관관계가 높은 것으로 나타났으며, P값이 6.78E-08로 불투수면적비와 TP의 상관관계가 강하다는 주장이 기각될 확률은 아주 낮다. 또한 X값의 표준오차가 0과 가깝고 t 통계 량이 8.283215로 높아 불투수면과 TP 간 상관관계가 높은 것으로 보인다. 비록 X값의 계수가 6.040959로 아주 높은 값이 아니어서 불투수면과 TP의 상관관계가 확실하다고
말할 수는 없지만, 결정계수의 값이 0.7 이상으로 설명력이 높으며, 상관계수가 0.88이 므로 영산강·섬진강 유역에서의 불투수면은 TP의 농도에 상당한 영향을 미치고 있는 것으로 판단된다.
2-2. 수생태계 영향
본 절에서는 그동안 안양천 유역 내 하천을 대상으로 기존에 수행된 연구결과를 참 고하여 안양천 유역의 생태현황을 조사하였다. 하천생태계의 상태현황을 파악하기 위 해서는 하천생태계의 주요 입지를 차지하고 있는 수서곤충 및 기타 저서생물을 살펴보 는 것이 중요하다. 또한 이동성이 있는 수서동물의 분포를 파악함으로써 수계의 오염 정도나 서식환경 조사에 도움을 얻을 수 있다. 안양천 유역의 하천의 경우, 안양천 유역의 하천기능을 살리고 회복시키기 위한 계 획수립, 모니터링, 복원사업 등으로 이루어진 ‘안양천살리기’ 운동이 추진되면서 이 일 대를 중심으로 많은 연구가 이루어져 왔기 때문에 다른 하천에 비해 상대적으로 많은 생태 조사자료가 구축되어 있다. 참고문헌으로는 “한강 지류천 생태계 조사연구Ⅱ(서 울시 보건환경연구원, 2000)”, “한강지류천 생태계 조사연구Ⅳ(서울시 보건환경연구원, 2002)”, “안양천 생태환경 모니터링(안양시, 2003)”, “안양천 생태환경 모니터링(안양 시, 2004)”, “2005년 안양천 모니터링(이기영 외, 2006)”, “2006년 안양천 모니터링 연구 (최정권 외, 2007)”, “양재천 외 2개 하천 하천정비기본계획(변경)에 따른 사전환경성검 토서(과천시, 2002)”, “수암천 자연형하천 조성공사 실시설계 보고서(안양시, 2007)” 등 이 있다.1. 어류
가. 조사기간 및 공간범위
불투수면 비율과 하천 내 어류 현황을 연계하여 살펴보기 위해 안양천 일대에서 수 행된 기존의 어류 모니터링 자료를 공간적 범위를 고려하여 정리하였다. 각 연도별로 공통된 조사구간으로는 학의천과 안양천 합류지점, 안양대교 인근, 산본천, 당정천과 안양천 합류지점, 안양과 서울 경계지점의 안양천일대 등을 들 수 있다.나. 조사결과
연도별 조사결과를 종합한 결과는 <표 2-12>과 같다. 어류의 분포는 수질 및 서식환 경 등에 영향을 받으며, 조사 횟수, 조사지점수가 많을수록 종수 및 개체수가 높게 나 올 수 있다.유역명 불투수면비율 1999 2001 2002 2003 2005 2006 산본천 10.3 ②3/7/60 당정천 5.3 오전천 4.3 ①1/1/2 왕곡천 3.8 갈현천 4.1 1과3종* ③2/2/49 청계사천 6.9 ①1/1/332 ②1/1/26 ⑤4/5/252 학의천 33.6 ②없음 ③1/2/10 ④1/6/26⑤2/5/50 ①5/8②5/8 ④3/9/259③5/10/237 ①4/9/263②5/8/251 안양천 상류 15.3 ⑤없음 ①1/1/1 ③3/6 ①3/5/146 ④3/7/83 가학천 3.0 계수천 5.1 목감천 28.6 ④없음 ⑩4/6/104⑨없음 삼막천 5.4 삼봉천 4.6 ⑦3/3/103 삼성천 7.8 ⑤1/1/67 수암천 8.1 ⑥2/2/24 ⑥1/1/54 1/1/9** 시흥천 3.3 역곡천 13.1 오류천 6.6 안양천 중류 49.8 ③1/1/6④1/1/6 ⑥없음⑦1/1/13 ⑧1/1/4 ②1/1/15 ③1/8/21 ④4/8⑤1/5 ⑥3/6 ⑦3/11/277 ⑧1/8/100 ⑧4/9/238⑨3/6/89 ⑩2/9/110 대방천 8.9 ⑫2/3/50⑪1/2/6 도림천 23.4 ⑪1/2/6 봉천천 9.3 안양천 하류 26.6 ⑤1/3/9⑥1/4/16 ⑨1/2/16 주: 1/1/2는 1과1종2개체를 의미함(단, 1/1은 1과 1종을 의미함). *: 과천시(2002) **: 안양시(2007) <표 2-12> 어류 모니터링 결과 종합 모니터링 결과, 초반에 비해 점차 출현어종과 개체수가 다양해지고 증가하는 경향을 보이고 있는데, 이는 조사연도별 조사기법에서 오는 차이를 감안하더라도 기본적으로 안양천 복원사업과 환경개선 사업이 영향을 미친 것으로 추정된다. 1999년과 2001년 조사결과를 살펴보면 각각 5종, 6종 출현하였다. 2001년에 조사지점이 추가된 점을 고
려할 때 비슷한 출현종수를 보여주고 있다고 말할 수 있다. 한편 2002년 모니터링 시에 는 11종이 확인되었으나 2003년에는 17종이 확인되어 2003년에 새로 추가된 ⑤충훈부 지역을 제외하더라도 15종으로 전년에 비해 좀 더 많은 종수가 출현하였다. 2006년에 는 2005년에 비해 출현어종의 수와 종이 소폭 감소하였는데, 이는 2005년에 일부에서 물고기 방류를 하였기 때문으로 추정된다고 보고하고 있다. 1999～2002의 조사결과를 살펴보면 출현 어류의 종수만을 기준으로 했을 때, 안양천 본류의 상류지역의 수질 오염이 심각하여 학의천 및 지류에서는 몇몇 종이 관찰되나 안양천 본류와 학의천 합류후 지점에서는 어종이 관찰되지 않거나 1종만 발견되는 등 감소하였다. 이후 다시 삼성천, 삼막천, 수암천, 삼봉천과 같은 지류천이 합류하면서 안 양천 중류의 중간지점부터는 다시 몇몇 어종이 발견되는 추세이다. 그러나 하류로 갈 수록 잉어와 붕어와 같은 오염에 내성을 가진 종들이 주를 차지한다. 2003년 이후에는 안양천 전반에 걸쳐 출현 어종이 증가하였고 상류의 출현어종도 6종 가량 늘어났다. 전반적으로 살펴보면 학의천과 안양천 중류 중간지점에서 출현하는 어종과 개체수가 가장 많았으며 안양천 상류와 목감천 유역은 수질이 좋지 않아 발견되는 개체수가 매 우 적었다. 출현종에 따라 살펴보면 잉어과에 속하는 종이 가장 많았는데 이는 한강본류를 포함 한 수계에서 일반적으로 나타나는 현상이다. 수질오염에 내성이 강한 잉어, 붕어는 안 양천 하류, 안양천 중류, 학의천 하류부에서 나타나다가 점차 다른 유역에 확대 분포하 는 경향을 보인다. 1999년에는 안양천 중류와 하류에 붕어만 6개체 출현하였고, 2001년 에는 안양천 중류 및 하류에 잉어와 붕어가 압도적으로 출현하였으며 학의천에서는 총 10개체 중 붕어 6개체와 참붕어 4개체가 발견되었다. 2002년에는 안양천 상류에서 붕 어 1개체만이 관찰되었고 학의천 말단부와 중류 초반부 어류의 대부분을 붕어, 잉어, 피라미 등이 차지하였다. 2005년에는 목감천 상류유역과 안양천 하류유역에서, 2006년 에는 ⑧지점인 안양천 중상류에서 붕어의 출현이 두드러졌다. 수질오염에 대한 적응력 이 약하며, 수온이 낮고 용존산소가 풍부한 산간계류에서 서식하는 버들치는 안양천의 지류인 청계사천에서 가장 많이 출현하였으며, 삼성천, 수암천, 갈현천, 삼봉천 등 학의 천과 안양천 중류 유역의 지천들에서 관찰되었다. 특히 2005년과 2006년에는 학의천 하류를 제외한 전 조사지점에서 버들치가 관찰되었다. 안양시(2004)에 따르면 버들치 가 학의천에서 발견된 것은 지천에서 서식하던 버들치가 우기에 본류로 유입되어 일시 적으로 서식하는 것이 아니라 버들치가 서식하기 유리한 조건으로 하천 수질상태가 개 선됨에 따라 서식처를 확보하고 생활하는 것으로 추정된다고 밝히고 있다. 청정지역에 사는 갈겨니는 2005년 한차례 청계사천에서 발견되었다.
유역별로 살펴보면, 학의천을 제외한 남서부의 안양천 상류지역은 수량이 적고 하상 에 다량의 유기물이 퇴적되어 있으며 수질이 좋지 않은 관계로 출현어종도 단순하고 미미하였다고 보고되고 있다. 이 지역은 자연형 하천으로 복원은 되었으나 아직 주변 공단의 영향을 무시할 수는 없을 것으로 짐작된다. 이러한 상류의 영향은 학의천 및 기타 지천의 합류 후에도 어느 정도 지속된다고 할 수 있다. 한편, 학의천으로 유입되 는 지천을 포함한 학의천 유역의 경우, 청계사천과 갈현천의 청정수 유입이 학의천에 긍정적인 영향을 주고 있으나, 안양천 본류와 합류하는 지점 인근에서는 도시지역을 관통하면서 수질이 저하되는 경향을 보인다. 먼저 청계사천은 수량이 적은 소하천으로 하상구조의 자연성이 양호한 편이다. 그러나 주택단지개발과 하도정비의 영향에 따른 서식지 질 저하가 다소 있을 것으로 보인다. 학의천은 하도정비 후 수로의 안정으로 1999년에 비해 2001년 조사에서 몇몇 어종이 나타났으며, 하천복원과 어류 방류로 인 해 2002년부터 다양한 어종과 비교적 많은 개체가 출현하였다. 안양천 중류의 경우, 삼 성천과 삼막천이 합류하는 안양대교 인근에 다양한 미소서식지가 형성되어 있고 지천 의 합류 등으로 인해 출현어종이 다양하였다. 그러나 수질상태가 심각한 목감천과 합 류하는 지점 및 도림천, 대방천 등이 합류하는 안양천 중류 말단 및 하류 초입부는 수 질악화로 다양한 어류의 서식을 기대하기 어려운 것으로 보인다.
