2016-20
정휘철 | 윤정호 | 김근한 | 이은정
원격탐사를 이용한 자연환경성 우수지역 평가
북한 환경정보 구축 및
참여연구원 윤정호 (한국환경정책·평가연구원 선임연구위원) 김근한 (한국환경정책·평가연구원 연구원) 이은정 (한국환경정책·평가연구원 위촉연구원) 외부참여진 강병진 ((주)제티엔) ❚연구자문위원 (가나다 순) 김경민 (국립산림과학원 임업연구사) 김광은 (한국지질자원연구원 연구위원) 김충환 (환경부 주무관) 박경원 (APCC 선임연구원) 이동근 (서울대학교 교수) 전성우 (고려대학교 교수) 최재용 (충남대학교 교수) 김오석 (한국환경정책·평가연구원 부연구위원) 박용하 (한국환경정책·평가연구원 선임연구위원) 이수재 (한국환경정책·평가연구원 선임연구위원) ⓒ 2016 한국환경정책･평가연구원 발행인 박 광 국 발행처 한국환경정책･평가연구원 (30147) 세종특별자치시 시청대로 370 세종국책연구단지 과학･인프라동 전화 044-415-7777 팩스 044-415-7799 http://www.kei.re.kr 인 쇄 2016년 12월 26일 발 행 2016년 12월 31일 등 록 제17-254호 (1998년 1월 30일) ISBN 979-11-5980-076-4 93530 이 보고서를 인용 및 활용 시 아래와 같이 출처를 표시해 주십시오. 정휘철 외(2016), ｢북한 환경정보 구축 및 활용방안 연구(Ⅱ): 원격탐사를 이용한 자연환경성 우수지역 평가｣, 한국환경정책･평가연구원. 값 7,000원
평화적 통일을 대비하여 한반도의 국토 관리를 위한 지속적인 노력이 요구되며, 이를 위해서는 적합한 환경계획 기반의 국토 계획이 수립되어야 합니다. 환경계획 기반의 국토계 획 수립을 위해서는 북한 지역 자연환경 정보의 구축이 필수적이며 자연환경 정보를 활용하 여 자연환경 우수지역의 관리와 보전 기준의 수립이 필요합니다. 특별한 관리와 보전되어야 할 자연환경 우수지역의 평가방법과 관리방안이 준비된다면 한반도의 국토발전에 기여할 수 있는 체계적인 로드맵을 제시할 수 있을 것으로 사료됩니다. 하지만 접근 불능 지역인 북한 지역의 자연환경을 평가하기에는 아직 많은 한계점이 있습 니다. 이런 한계점을 조금이나 극복하고자 ‘북한 환경정보 구축 및 활용방안 연구 Ⅱ: 원격 탐사를 이용한 자연환경성 우수지역 평가’가 진행되었습니다. 본 연구는 접근 불능 지역인 북한의 환경 정보 구축과 자연환경 평가의 방법론 개발인 2가지 방면에서 큰 의미를 갖습니 다. 향후 제시된 방법론을 이용하여 북한 지역의 자연환경 우수지역 파악과 우수지역의 보 전 계획 수립 면에서 중요한 기초 자료가 될 것으로 기대합니다. 끝으로 본 연구를 수행한 한국환경정책·평가연구원 국토환경정보센터의 정휘철 박사, 윤 정호 박사, 김근한 연구원, 이은정 연구원과 ㈜제티엔의 강병진 과장에게 감사를 표합니다. 바쁘신 와중에도 자문을 통해 연구에 도움을 주신 국립산림과학원 김경민 연구사, 한국지질 자원연구원 김광은 연구위원, 환경부 김충환 주무관, 서울대학교 이동근 교수, 고려대학교 전성우 교수, 충남대학교 최재용 교수, APCC 박경원 연구원께 깊은 감사를 드리며, 또한 우리 원의 김오석 박사, 박용하 박사, 이수재 박사의 자문에도 감사를 표합니다. 2016년 12월 한국환경정책·평가연구원 원 장
박 광 국
통일 이후 급격한 국토개발로 인한 핵심 자연환경 우수지역의 파괴를 미연에 방지하고 균형 있는 국토의 보전 및 관리를 위해서는 환경계획을 고려한 종합적인 국토발전 전략의 수립이 필수적이며, 이러한 종합적인 국토계획의 수립을 위해서는 객관적인 북한 지역 국토 의 환경성을 평가한 자료의 구축이 필수적이다. 하지만 북한 지역의 국토계획 및 환경계획 에 활용할 수 있는 자연환경성을 평가한 환경공간정보가 구축되어 있지 않다. 따라서 환경 보전계획 정책 수립에 활용할 수 있는 북한 지역의 환경공간정보 구축방안과 이러한 환경공 간정보를 이용한 자연환경성 우수지역 평가방안 연구가 필요한 실정이다. 본 연구에서는 원격탐사기법을 이용한 북한 지역의 자연환경성 우수지역의 평가항목들의 구축과 이러한 평가항목을 이용한 평가방법을 제시하였다. 우선 북한 지역의 자연환경성 우수지역을 선정하기 위해 자연환경성과 관련된 선행연구 사례를 통해 북한 지역의 자연환 경성 우수지역 평가에 요구되는 지표 및 DB 항목과 자연환경성 평가방안을 검토하였다. 또한 북한 지역의 자연환경성 평가를 위해 환경성 평가와 관련된 평가방법을 검토하여 북한 지역에 적용할 수 있는 자연환경성 평가방안을 고려하였다. 자연환경성 평가에 사용한 평가항목은 DEM 자료와 Sentinel-2 영상으로부터 추출한 30개의 평가항목으로 선정하였으며, 자연환경성 우수지역을 평가하기 위한 방법론은 동식 물의 서식처 평가 및 산사태 위험지도 작성에 주로 이용되고 있는 로지스틱 회귀분석을 이용하였다. 로지스틱 회귀분석을 통한 자연환경 우수지역 평가를 위해 종속변수로 자연환 경성 대표 우수지역을 식생보전 등급 1,2등급 지역과 임상도 5영급 이상 지역을 선정하였으 며, 두 지역의 교집합 지역과 합집합 지역으로 구분하여 실험하였다. 평가항목별 독립성 분석을 통해 선정된 평가항목을 이용하여 로지스틱 회귀분석을 이용하여 자연환경성 우수 지역 확률 지도를 구축하였으며 교집합과 합집합 로지스틱 회귀분석의 적합성 모형은 각각 89.4%와 79.0%의 분류 정확도가 나타났다. 자연환경성 우수지역 평가 결과와 샘플링을 통한 ROC분석에서는 교집합 지역의 자연환경성 평가와 정확도가 96.1%로 상당히 높게
비교분석을 실시하였으며, 비교 결과 환경생태적 평가 1등급 지역은 본 연구에서 제시한 자연환경성 우수지역 평가 결과 상위 60% 지역에 84%를 차지하였다. 이러한 결과는 북한 지역의 자연환경성 우수지역 평가에 충분히 활용 가능할 것이라고 판단되었으며, 비교분석 을 통하여 자연환경성 우수지역 평가 결과 상위 40% 이상을 자연환경성 핵심 우수지역으로 지정하고, 60%까지의 완충 자연환경성 우수지역은 추후 단계적으로 핵심 자연환경성 우수 지역으로 확장할 수 있도록 정책을 설정하는 것이 바람직할 것으로 판단하였다. 본 연구에서 제시한 자연환경성 평가 결과는 통일을 대비한 국토환경관리 및 통일 대비 각종 개발 목적의 계획 수립 시에 이용될 수 있으며, 사전환경성 검토와 같이 개발 관련 초기 계획 수립 시 입지의 타당성 및 환경보전 방안 마련의 계획 수립에 활용할 수 있을 것이라 기대된다. 또한 DMZ의 생태적 지속가능성 평가와 한반도 산림공간정보 구축에도 본 연구에서 수행한 자연환경성 우수지역 평가방안을 적용한다면 상당한 부분에서 기여할 수 있을 것으로 판단된다. 본 보고서의 제2장에서 자연환경성 평가항목 선정을 위한 국내외 환경성 평가 관련 선행 연구를 검토하였으며, 크게 국제적 환경 관련 지표, 공간 기반 자연환경관리, 보전지역 자연 환경성 평가의 분야로 나누어 선행연구를 정리하였다. 제3장에서는 북한 지역에 적용 가능 한 지표와 방법론을 도출하기 위해 북한 지역의 환경 관련 선행연구를 검토하였으며, 원격 탐사기법을 사용한 선행연구를 검토하였다. 제4장에서는 ASTER GDEM과 Sentinel-2 위 성영상을 기반으로 수집 및 구축한 북한 지역의 평가항목 자료를 제시·설명하였다. 제5장에 서는 북한 지역의 자연환경성 우수지역 평가를 위한 로지스틱 회귀분석 방법론과 자연환경 성 평가 결과를 제시하였으며, 평가 결과의 정확도 검증을 실시하였다. 이러한 결과를 바탕 으로 제6장에서는 정책적 활용 및 이용 방안을 제시하였다.
제1장 서 론 ···1 1. 연구 배경 및 목적 ···1 2. 연구 내용 및 수행 체계 ···2 제2장 자연환경성 평가항목 선정을 위한 선행연구 ···4 1. 국내외 환경성 평가 관련 선행연구 ···4 2. 자연환경성을 포함한 국제적 지수 ···5 3. 공간 기반 자연환경관리 관련 선행연구 ···16 4. 보전지역 자연환경성 평가 선행연구 ···33 5. 소결 ···47 제3장 북한 지역 자연환경성 평가 관련 선행연구 ···52 1. 북한 지역 환경성 평가 관련 선행연구 ···52 2. 식생지수를 이용한 환경성 평가 관련 선행연구 ···60 3. 소결 ···67 제4장 북한 지역 자연환경성 평가를 위한 환경공간정보 구축 ···69 1. 북한 지역 자연환경성 평가를 위한 고려사항 ···69 2. 북한 지역 자연환경성 평가를 위한 평가항목 선정 ···70 3. 자연환경성 우수지역 평가항목 DB 수집 및 구축 ···72 제5장 북한 지역 자연환경성 우수지역 평가 및 정책적 관리방안 ···112 1. 북한 지역 자연환경성 평가방법론 ···112 2. 로지스틱 회귀분석 결과를 이용한 자연환경성 평가 결과 ···128
제6장 결론 및 제언 ···145
1. 연구요약 ···145
2. 발전방안 ···147
참고문헌 ···149
<표 2-1> 국내외 활용된 환경성 평가 관련 지수/체계 ···5 <표 2-2> 환경성과지수(EPI)의 지표별 적용 가능한 자료 ···6 <표 2-3> CBI의 지표별 적용 가능한 자료 ···7 <표 2-4> 환경지속성지수 지표 ···8 <표 2-5> 2007년에 UNCSD에서 발표한 지속발전가능 발전 지수 ···10 <표 2-6> OECD의 SDI 구분과 지표 항목 ···12 <표 2-7> EU에서 제시한 SDI의 분야와 운용 지표 ···14 <표 2-8> 국제적 지수·지표에서 도출한 평가항목 및 구축방안 ···15 <표 2-9> 환경적 평가기준 ···17 <표 2-10> 환경생태평가를 위한 비오톱 유형분류 기준 ···19 <표 2-11> S. sphenanther 종의 서식처 적합성 평가를 위한 지표 체계 ···21 <표 2-12> 생태 취약성 평가지표시스템 ···24 <표 2-13> 도시 생태계 건강 평가를 위한 지표 체계 ···25 <표 2-14> 홍콩 내 녹지공간의 경관생태평가를 위한 지표 체계 ···27 <표 2-15> 공간 기반 자연환경 평가지표 체계 ···32 <표 2-16> 환경성 평가 평가항목에 관한 국내외 선행연구 ···34 <표 2-17> 자연환경성 평가 선행연구 중 규모 항목 ···35 <표 2-18> 자연환경성 평가 선행연구 중 다양성 항목 ···36 <표 2-19> 자연환경성 평가 선행연구 중 자연성 항목 ···37 <표 2-20> 자연환경성 평가 선행연구 중 희귀성 항목 ···38 <표 2-21> 자연환경성 평가 선행연구 중 허약성 항목 ···39 <표 2-22> 함평만 연안육역의 보전가치평가를 위한 항목과 기준, 점수 부여 ···40 <표 2-23> 평가항목별 사용 지표 및 데이터 ···44 <표 2-24> 육상생태계의 평가항목 체계 ···45
<표 3-1> 1979년과 1998년 평양시와 남포시의 산림·비산림 면적 변화 ···53 <표 3-2> 환경관리·보호 관련 북한 연구 목록 ···55 <표 3-3> 백두산생물권 보호구의 생태평가를 위한 지표 및 등급 체계 ···57 <표 3-4> 지형 및 지리조건을 반영한 지리정보자료 ···59 <표 4-1> 평가항목의 도출 ···71 <표 4-2> 영상 밴드별 특성 및 자료변환 방법 ···81 <표 4-3> 자연환경성 평가에 이용된 식생지수와 계산식 ···83 <표 4-4> NDVI 값의 범위에 따른 토지피복도 ···89 <표 4-5> 토지피복별 NDSI 값 ···91 <표 5-1> 종속변수 교집합의 다중공선성 수행 결과 ···120 <표 5-2> 종속변수 합집합의 다중공선성 수행 결과 ···121 <표 5-3> 종속변수 교집합의 로지스틱 회귀분석 수행 결과 ···122 <표 5-4> 종속변수 교집합의 로지스틱 회귀분석 수행 결과 적합성 모형 분류 정확도 ···123 <표 5-5> 종속변수 교집합의 로지스틱 회귀분석 수행 결과 변수별 계수 ···124 <표 5-6> 종속변수 합집합의 로지스틱 회귀분석 수행 결과 ···125 <표 5-7> 종속변수 합집합의 로지스틱 회귀분석 수행 결과 적합성 모형 분류 정확도 ···126 <표 5-8> 종속변수 합집합의 로지스틱 회귀분석 수행 결과 변수별 계수 ···127 <표 5-9> 로지스틱 회귀분석 수행 결과 북한 지역의 자연환경성 우수지역 등급별 비율 ···129 <표 5-10> 국토환경성 평가지도의 환경·생태적 평가항목 ···134 <표 5-11> 자연환경 우수평가 결과와 국토환경성 평가지도의 비교·분석 ···135 <표 5-12> 전체 실험대상 지역 중 북한 지역의 자연환경성 우수지역 등급별 비율 ···140
<그림 1-1> 연구 흐름도 ···3 <그림 2-1> 자연환경성 평가항목 선정을 위한 선행연구 분석 ···4 <그림 2-2> 경관패턴을 만드는 요인 ···16 <그림 2-3> 환경생태평가 평가체계 ···19 <그림 2-4> 중국 창사 도시의 환경생태적 질의 통합적 평가 지도 ···20 <그림 2-5> 인도의 Chanoli 호랑이 보호구역 내 Gaur의 서식처 적합성 지도 ···22 <그림 2-6> (a) 1990년 (b) 2000년 (c) 2010년도의 환경 취약성 지도 ···23 <그림 2-7> 생태 취약성 평가 결과 분류 지도 ···24 <그림 2-8> 서식처 품질 평가 지도 ···28 <그림 2-9> 보전가치평가등급 적용방법 ···29 <그림 2-10> 경관생태학적 방법을 적용한 생태축 분석 연구 순서도 ···30 <그림 2-11> 개별 비오톱 종합등급 산정 방법 ···31 <그림 2-12> 연안육역의 보전가치 평가를 위한 평가도 및 중첩 과정 ···41 <그림 2-13> 도시생태계 평가 및 계량화의 흐름도 및 평가 종합도 ···42 <그림 2-14> 자연생태 가치평가도 구축을 위한 평가항목 및 흐름도 ···43 <그림 2-15> 국제적 지표, 공간 기반 자연환경관리, 환경성 평가의 관계 ···47 <그림 3-1> 북한의 평양과 남포 지역의 산림피복 변화 ···54 <그림 3-2> 북한 개마고원과 백무고원의 위치 및 월별 NDVI ···54 <그림 3-3> 무감독 분류를 수행한 토지피복지도와(위) NDVI를 이용한 토지피복지도(아래) ·· 62 <그림 3-4> 바이오매스와 식생지수 사이의 상관관계 ···63
<그림 3-5> NDVI, TGSI, 알베도를 이용한 사막화 등급화 Decision Tree ···64
<그림 3-6> 습윤토양과 건조토양 조건의 식생면적 비율에 따른 NDWI ···66
<그림 3-7> 식생피복 비율과 NDVI, GNDVI, VARI 지수의 관계 ···66
<그림 3-11> 상록활엽수림 지역의 NDVI와 FVC의 비교 ···67 <그림 4-1> 시범구축 대상 지역의 범위 ···73 <그림 4-2> 시범구축 대상 지역의 지형 및 국립공원 ···73 <그림 4-3> Sentinel-2를 이용한 위성영상 자료 처리 및 구축 흐름도 ···74 <그림 4-4> Sentinel-2와 LANDSAT 영상 간 밴드 비교 ···75 <그림 4-5> Sentinel-2 각 밴드별 파장대 및 공간해상도 ···76 <그림 4-6> 대상 지역의 위성영상 검색 화면 ···77 <그림 4-7> 수집 영상자료에 대한 천연색 및 위색합성을 통한 영상생성 및 검토 ···78 <그림 4-8> 대상 지역 전체의 영상자료에 대한 위색합성 결과 ···79 <그림 4-9> 영상 모자이크를 통한 통합 밴드별 영상 ···82
<그림 4-10> Tasselled Cap Transformation(Brightness)의 공간분석 화면 ···84
<그림 4-11> 분석영상과 오픈플랫폼 영상·지도 간 중첩화면 ···85
<그림 4-12> 감독 분류를 위한 훈련지역 추출 화면 ···86
<그림 4-13> 대상 지역의 감독 분류를 통한 토지피복 분류결과 ···86
<그림 4-14> 연구대상지의 DEM(Digital Elevation Model) ···87
<그림 4-15> 연구대상지의 향 ···88 <그림 4-16> 대상 지역의 NDVI 분석결과 ···89 <그림 4-17> 대상 지역의 GNDVI 분석결과 ···90 <그림 4-18> 대상 지역의 NDSI 분석결과 ···92 <그림 4-19> 대상 지역의 NDWI 분석결과 ···93 <그림 4-20> 대상 지역의 MNDWI 분석결과 ···94 <그림 4-21> 대상 지역의 EVI 분석결과 ···95
<그림 4-22> TSGI(Top Soil Grain Size Index)와 (a) 잔모래 비율 (b) 점토와 양토 비율과의 관계 ···96
<그림 4-23> 대상 지역의 TSGI 분석결과 ···97
<그림 4-27> 대상 지역의 IPVI 분석결과 ···101 <그림 4-28> 대상 지역의 LAI 분석결과 ···102 <그림 4-29> 대상 지역의 TVI 분석결과 ···103 <그림 4-30> 대상 지역의 Brightness 분석결과 ···104 <그림 4-31> 대상 지역의 Greenness 분석결과 ···104 <그림 4-32> 대상 지역의 FAPAR 분석결과 ···105 <그림 4-33> 대상 지역의 FVC 분석결과 ···106 <그림 4-34> 감독 분류를 수행한 연구대상지의 토지피복지도 ···107 <그림 4-35> 산림피복으로부터의 거리 분석결과 ···108 <그림 4-36> 하천으로부터의 거리 분석결과 ···108 <그림 4-37> 연구대상지의 산림패치 면적 분석결과 ···109 <그림 4-38> 연구대상지의 산림패치의 둘레 분석결과 ···110 <그림 4-39> 연구대상지의 산림패치 면적과 둘레의 비율 ···110 <그림 4-40> 시가화 지역으로부터의 거리 분석결과 ···111 <그림 5-1> 북한 지역의 자연환경성 우수지역 평가 흐름도 ···115 <그림 5-2> 식생보전 등급 1, 2등급 ···116 <그림 5-3> 임상도 5영급 이상 지역 ···117 <그림 5-4> 식생보전 등급 1, 2등급과 임상도 5영급 이상 지역의 교집합 지역 ···117 <그림 5-5> 식생보전 등급 1, 2등급과 임상도 5영급 이상 지역의 합집합 지역 ···118 <그림 5-6> 종속변수 교집합의 자연환경성 우수지역 확률 ···128 <그림 5-7> 종속변수 합집합의 자연환경성 우수지역 확률 ···129 <그림 5-8> 등급별 종속변수 교집합의 자연환경성 우수지역 ···130 <그림 5-9> 등급별 종속변수 합집합의 자연환경성 우수지역 ···130 <그림 5-10> 북한 지역 종속변수 교집합의 자연환경성 우수지역 ···131 <그림 5-11> 북한 지역 종속변수 합집합의 자연환경성 우수지역 ···131 <그림 5-12> 종속변수 교집합의 ROC ···132
<그림 5-15> 정확도 검증을 위한 지도 및 영상 비교: 사례 1(경원선 복원 지역-월정리) ····137 <그림 5-16> 정확도 검증을 위한 지도 및 영상 비교: 사례 2(경기도 연천군 백학면 일대) · 138 <그림 5-17> 시범 지역의 자연환경성 우수지역 ···141 <그림 5-18> 경원선 복원사업 계획 수립에 환경성 평가 결과 활용 ···141 <그림 5-19> DMZ 일원의 환경생태적 취약지역 ···143 <그림 5-20> 동부산악권역 일대의 대우산코스 ···143
제1장
서 론
1. 연구 배경 및 목적
2015년 통일 준비 업무 보고에서 통일을 대비한 한반도 국토발전 방향과 발전전략이 포함된 ‘한반도 국토개발 마스터플랜’의 필요성이 제시되었다. 이전까지 철도 및 도로와 같은 개별적인 남북협력 검토는 있었으나 한반도 전체에 대한 종합적인 국토개발의 전략적 검토는 미흡하였다. 이러한 문제점을 인식하고 국토교통부는 통일된 한반도 국토발전계획 을 포함한 ‘한반도 국토개발 마스터플랜’을 수립하여 한반도와 유라시아 지역 간 연계를 고려한 종합적이고 장기적인 한반도 국토발전 방향을 제시하였다. 특히 국토발전 시나리오 를 바탕으로 분야별 발전전략을 지역·공간적으로 종합하여 단계별 개발전략과 발전방향 등 분야별 발전전략을 제시하는 국토발전 로드맵이 ‘한반도 국토개발 마스터플랜’의 핵심이 다. 하지만 이러한 ‘한반도 국토개발 마스터플랜’에서 국토개발계획과 연계할 수 있는 환경 분야에 대한 추진과제는 미흡한 실정이다. 우리나라의 경우 급격한 도시개발로 인하여 막대 한 삼림 및 농지, 습지가 훼손되거나 단절이 발생하는 등 환경 문제가 대두하였으며, 이렇게 훼손된 자연환경을 복원하기 위해 막대한 예산이 소요되었다. 하지만 막대한 예산을 투입하 고도 복원이 불가능한 경우도 많았다. 따라서 통일 후 급격한 국토개발이 예상되는 북한 지역의 주요 개발 대상지를 대상으로 급격한 개발로 인한 훼손을 막기 위해 국토개발과 환경보전이 조화를 이룰 수 있도록 환경보전계획과 연계된 국토개발 마스터플랜 수립이 필요하다. 한반도 국토개발 마스터플랜에서는 개발과 보전이 조화된 지속가능한 국토발전계획을 수립하여, 선개발, 후보전 문제를 미연에 방지하고, 국토개발과 환경보전이 조화된 한반도국토종합계획을 수립해야 된다. 이러한 지속가능한 국토관리를 위한 국토종합계획에서 환 경 분야의 정책수립 및 적용이 요구됨에 따라 객관적이고 과학적 방법의 정책 수립을 위한 국토환경정보의 구축이 필요하다. 이러한 환경정보를 이용하여 환경보전계획 정책 수립에 활용할 수 있는 북한 지역의 자연환경성 우수지역 평가방안 연구가 필요하다. 지속적인 국 토 관리를 위해 자연환경성 우수지역 평가로부터 도출된 자연환경성 우수지역의 지속적인 모니터링이 필요하다. 현재 농업 분야는 논·밭 등 북한의 농경지에 대한 모니터링을 지속적 으로 수행하고 있으며, 산림 분야에서는 북한의 산림황폐화에 대한 지속적인 모니터링을 수행하고 있으나 환경 분야에서는 환경현황과 변화를 모니터링하기 위한 공간정보로 환경 부의 대분류 토지피복지도와 개별적인 인공위성 영상 등이 제한적으로 활용되고 있다. 따라서 북한 지역의 지속가능 발전을 위한 국토개발계획 수립 및 자연환경 우수지역에 대한 모니터링에 이용할 수 있는 환경공간정보의 구축과 자연환경 우수지역 평가방법 마련 을 위한 기반 연구가 요구된다. 본 연구에서는 현장 접근이 곤란한 북한 지역의 특수성을 고려하여 원격탐사 및 GIS 기반의 북한 환경정보 구축방안을 제시하고, 구축한 환경정보를 이용한 자연환경성 우수지역 평가방법을 제안하고자 DMZ 인근 시범 지역의 자연환경성 우수성 평가 연구를 수행하고자 한다. 자연환경 우수성 평가를 위한 평가지표와 자료 선정 을 위한 사례연구를 수행하고, 북한 지역 자연환경 DB 구축 및 자연환경 우수지역 평가방법 론 제시, 시범 지역 대상으로 자연환경성 우수지역 평가를 수행하였다. 끝으로 자연환경성 우수지역 평가 결과의 정책적 활용방안을 모색하고자 한다.
2. 연구 내용 및 수행 체계
본 연구에서는 북한 지역 자연환경성 우수지역을 선정하기 위해 자연환경성과 관련된 선행연구 사례 조사를 통해 북한 지역 자연환경성 우수지역 평가에 활용 가능한 지표 및 DB 항목을 검토하였다. 특히 원격탐사자료 및 GIS 기반으로 구축할 수 있는 환경공간정보 의 구축방안을 살펴보고 적용 가능한 평가항목을 선정하였다. 북한 지역의 자연환경성 평가 에 적용 가능한 방법 선정을 위해 환경성 평가 선행연구들을 분석하였고, 로지스틱 회귀분 석을 통해 자연환경 우수지역들과 평가항목 DB들 간의 상관관계를 분석한 후 시범 지역을대상으로 관련 자료를 구축하고 자연환경성 우수지역을 평가하였다(그림 1-1). 자연환경성 우수지역 평가 결과의 신뢰성과 활용성 검토를 위해 샘플링을 통한 ROC 분석과 환경부 국토환경성 평가지도의 환경생태적 평가 등급 분석결과와 비교·검토하고 자연환경성 우수지역 등급화를 통한 정책적 관리방안을 제시하였다. 자료: 저자 작성. <그림 1-1> 연구 흐름도
제2장
자연환경성 평가항목 선정을 위한
선행연구
1. 국내외 환경성 평가 관련 선행연구
자연환경성 우수지역 평가 관련 평가항목을 선정하기 위해 토지환경성 평가, 서식처평가, 생태계취약성, 환경영향평가, 보전지역 설정 등 기존 환경성 평가 관련 국내외 연구들을 검토한 결과, 자연환경을 고려한 환경성 평가 연구는 국제적 환경 관련 지표 연구, 공간 기반 자연환경관리를 위한 환경성 평가 연구, 보전지역 설정 중심의 토지환경성 평가 등으 로 구분할 수 있었다. 이러한 자연환경성 평가 관련 연구들의 사례를 기반으로 자연환경성 우수지역 평가를 위한 분류체계 구분을 통해 각각의 평가항목과 평가방안을 살펴보았다. 또한 제시된 평가항목들과 평가방법론의 북한 지역 자연환경성 우수지역 평가에 적용 가능 성을 검토하여 최종적인 자연환경성 우수지역 평가항목과 평가방법을 선정할 수 있도록 하였다. 자료: 저자 작성. <그림 2-1> 자연환경성 평가항목 선정을 위한 선행연구 분석2. 자연환경성을 포함한 국제적 지수
자연환경성을 포함하여 국가의 환경을 평가하는 국제적 지수와 지표들을 검토하여, 자연 환경성 우수지역 평가에 고려해야 하는 평가항목들을 도출하고자 하였으며, 본 연구에서는 자연환경성 우수지역 평가와 관련된 지표가 포함된 환경성과지수(EPI: Environmental Performance Index), 도시생물다양성지수(CBI: City Biodiversity Index), 환경지속성 지수(ESI: Environmental Sustainability Index), 유엔 지속개발위원회(UNCSD: UN Commission on Sustainable Development) 지속가능 발전지표(SDIs: Sustainable Development Index), OECD SDIs, EU SDIs와 같은 국제적으로 발표된 지수와 지표를 검토하였다(표 2-1 참조). 이러한 환경성 관련 지표 중 환경생태계(육상생태계)와 연관된 국토의 자연환경성 평가와 연계하여 의미 있는 지표들을 추출하고 자연환경성 평가에서 고려해야 하는 범주와 지표를 도출했다.
환경성 평가 관련 체계/지수 평가 목적
가 EPI
(Environmental Performance Index) 국가별 환경개선 노력을 비교 및 평가
나 CBI
(City Biodiversity Index)
COP 9에서 국가 생물다양성 전략과 실행계획을 도시 단위의 지자체와 협력을 위해 개발
다 ESI
(Environmental Sustainability Index) 국가 단위의 환경 지속가능 평가 라 UNCSD의 SDIs
(Sustainable Development Index)
가입국의 환경성과 평가 및 정부정책 결정의 수단으로 활용
마 OECD의 SDIs
(Sustainable Development Index) 지속가능 발전을 측정할 수 있는 지표 체계 구축 바 EU의 SDIs
(Sustainable Development Index)
지속가능 발전전략(환경보호, 사회적 형평성 및 통합, 경제번영, 국제적 의무 충족) 지표 설정
자료: 선행연구들을 참고하여 저자 작성.
가. 환경성과지수(EPI: Environmental Performance Index)
EPI는 세계경제포럼(WEF: World Economic Forum)의 주관으로 미국 예일대학교와 컬럼비아대학교에서 국가의 환경지속성지수(ESI)를 보완하기 위해 개발된 지표이며, 각국 의 환경개선 정도의 평가를 목적으로 한다. 2016년 EPI 보고서에 따르면, EPI 지표 체계는 크게 9개 분야 내 20개 지표로 나뉘어져 있다(Hsu et al., 2016). 보건, 대기질, 위생 지표 의 환경보건 분야와 기후, 산림, 등 육상생태계의 및 중요 서식지의 보전을 위한 생태계 보호 분류로 나누어진다(표 2-2 참조). 특히 자연환경성 평가와 연관된 생태계 보호 카테고 리를 살펴보면 생물다양성 및 서식지와 관련된 지표에서 종 보전과 서식처의 보전이 중요한 평가항목이며, 산림피복의 손실 또한 평가항목에 포함되어 있다. 이는 서식지의 보전뿐만 아니라 인간의 활동으로 인한 산림의 손실까지 평가항목에 포함하여 생태계 보호 카테고리 를 평가하고 있다. 대분류 소분류 지표 환경보건 보건 영향 환경 위험 노출 대기질 주거지 실내 대기질 대기오염 평균 물질 노출 대기오염 초미세물질 노출 초과량 대기오염 NO2에 대한 평균 노출 물 및 위생 시설 식용수질 불안전한 위생관리 생태계 보호 기후 & 에너지 탄소 강도/kWh 탄소 강도 생물다양성 & 서식지 종 보전(국가적 규모) 종 보전(세계적 규모) 육상 Biome 보전(국가적 규모) 육상 Biome 보전(세계적 규모) 해양 보호 구역 어업 수산자원 산림 산림피복 손실 농업 질소 균형 질소 이용효율 수자원 폐수 처리 자료: Hsu et al.(2016), p.27. <표 2-2> 환경성과지수(EPI)의 지표별 적용 가능한 자료
나. 도시생물다양성지수(CBI: City Biodiversity Index) 도시생물다양성지수(CBI)는 COP 9에서 국가 생물다양성전략과 실행계획을 도시 단위의 지자체와 협력하여 실행하기 위해 개발된 지수로, 토착종 다양성, 생태계 서비스, 거버넌스 및 관리 3개 분야로 나눌 수 있다(윤형두 외, 2015). 도시생물다양성지수에서는 자연지역의 비율, 보호지역의 비율 및 생태적 네트워크 등 서식지와 관련된 평가가 토착종 다양성 항목 에서 주요 평가항목으로 평가되고 있다. 분류 지표 국내 적용 가능 지표 토착종 다양성 도시 내 자연지역의 비율 도시 내 자연지역의 비율 파편화에 대응하기 위한 연결성 측정 또는 생태적 네트워크 파편화에 대응하기 위한 연결성 측정 또는 생태적 네트워크 시가지 내 토착 생물다양성 -자생종의 수 변화 -보호지역의 비율 보호지역의 비율
외래종의 비율 Wildlife Protection Act에서 지정한 외래종의 수
생태계 서비스 수량 규제 수량 속도 기후 규제 탄소저장량 및 식생에 의한 냉각효과 레크리에이션 자연지역 및 보호지역/(인구수*0.001) 교육서비스 -거버넌스 및 관리 생물다양성에 배정된 예산 환경 관련 예산의 비율 매년 시에 의해 실행되는 생물다양성 관련 프로젝트의 수 -정책, 규칙 및 규제: 지역 생물다양성 전략과 실행계획의 수립 지역 생물다양성 전략 기본적으로 생물다양성과 관련된 도시 이용 기능의 수 생물다양성과 관련된 도시이용 기능의 수 생물다양성과 관련된 업무를 수행하는 지자체 기관의 수 -생물다양성과 관련된 협의절차 평가 -생물다양성 활동, 프로젝트, 프로그램을 수행하고 있는 기관의 수 생물다양성 관련 NGO의 수 생물다양성, 자연인식 등의 학교 규정과정에 포함 여부 중학교 규정과정에 포함된 환경 관련 과정의 수 매년 지자체에서 주관하는 생물다양성 관련 공공인식 증진을 위한 행사의 수 -자료: 윤형두 외(2015). <표 2-3> CBI의 지표별 적용 가능한 자료
다. 환경지속성지수(ESI: Environmental Sustainability Index)
환경지속성지수는 세계경제포럼(WEF)의 후원으로 예일대와 컬럼비아대학이 2001년도에 발표한 국가 단위의 지속가능 성장을 계량화하기 위한 국제평가지수이다(World Economic Forum, 2001). 환경지속성지수에서 자연환경성 평가와 관련된 평가항목을 살펴보면 보호관 리 지역의 면적과 산림 지역 중 국제산림관리협의회(FSC: Forest Stewardship Council) 인증 산림 지역의 비율과 같이 서식지와 관련된 평가항목과 인간에 의한 토양 황폐화 정도 와 인간의 활동으로 인해 영향받는 토지의 비율이 관련 평가항목으로 포함되어 있다. 분류 지표 변수 환경시스템 대기질 도시 SO2 농도 도시 NO2 농도 도시 TSP 농도 수량 1인당 내부 재생가능 수량 1인당 수입 수량 수질 용존산소량 농도 인 농도 부유고체물질 전기전도도 생물다양성 위협받는 포유류 비율 위협받는 번식 가능 조류 비율 육상시스템 인간에 의한 토양 황폐화의 정도 인간의 활동으로 인해 영향받는 토지의 비율 환경부하 대기오염 인구밀집지역 면적당 NOx 배출량 인구밀집지역 면적당 SO2 배출량 인구밀집지역 면적당 NO2 배출량 인구밀집지역 면적당 석탄 소비량 인구밀집지역 면적당 차량 수 물 스트레스 경지 1ha당 비료 소비량 농경지 1ha당 살충제 사용량 담수 내 산업 유기오염물 심각한 물 스트레스를 겪고 있는 지역의 비율 생태계 스트레스 1990년에서 1995년의 산림피복 변화율 산성화 초과 면적 비율 폐기물 및 소비량 1인당 소비량 방사성 폐기물 <표 2-4> 환경지속성지수 지표
분류 지표 변수 인구 감소 총 출산율 2000년과 2050년의 추측된 인구변화율 인간집단 취약성 기본 생활 유지 1인당 하루 총 요구량 중 섭취 칼로리 % 개선된 식용수 접근 인구 % 환경보전 호흡기 질환으로 인한 유아 사망률 장 감염 질환으로 인한 사망률 5세 이하 사망률 사회·제도적 역량 과학/기술 백만 명당 R&D 과학자 및 엔지니어 명수 GNP 중 R&D 예산이 차지하는 비율 백만 명당 과학 및 기술규제 수 Capacity for Debate 백만 명당 IUCN 회원 단체 수
시민 및 정치의 자유 규제 및 관리 환경 규제의 강도 및 지속성 환경 규제가 혁신을 촉진하는 수준 보호 관리 면적 비율 세부별 EIA Guideline 수 민간 부문의 반응성 GDP 백만 USD당 ISO 14001 보증된 기업 수 Dow Jones Sustainability Group Index Average Innovest EcoValue’21 Rating of Firms 국제 지속가능 발전 기업협의회 회원 환경 경쟁의 수준 환경정보 국가 단위 지속가능 정보의 가용성 환경계획 및 전략 수립 ESI 변수 중 유효하지 않은 변수의 수 환경효율성 에너지 효율성 총 에너지 소비량 중 재생가능에너지 생산 % reducing 공공선택론 distortion 프리미엄 가솔린 가격 에너지 또는 재료 사용 보조금 비리 축소 국제적 책무수행 국제적 의무 환경 정부 간 조직 가입 수 CITES 보고 요구 조건 충족 % 비엔나 협약과 몬트리올 의정서 참여 단계 환경협약 준수 국제적 규모 투자 및 참여 몬트리올 의정서 다자간 기금 참여 전 세계적 환경 시설 참여 국제 공유지 보호 총 산림 지역 중 FSC 인증 산림 지역 % 생태적 발자국 “손해” CO2 배출량 과거 CO2 배출량 CFC 소비량 SO2 수출
라. UNCSD의 SDIs
UNCSD 가입국의 지속가능 발전 정도를 비교하기 위해 제시된 지속발전지수(SDIs)로 1996년, 2001년 이후 2007년에 <표 2-5>의 영역과 지수 항목을 제시하였다(United Nations, New York, 2007). UNCSD의 SDI 내 자연환경성 평가와 연관된 평가항목으로 관리받는 산림의 면적과 산림의 비율 및 보호지역, 주요 생태계와 서식지의 면적과 같이 동식물의 서식지와 관련된 평가항목과, 토지이용 변화와 황폐화와 같은 인간의 활동으로 인한 영향을 평가항목으로 평가하고 있다. 영역 지표 빈곤 소득 빈곤 소득 형평성 위생시설 식수 에너지 접근성 생활환경 거버넌스 부패 범죄 건강 사망률 주요 보건시설 접근성 영양 상태 건강 수준과 건강 위협 교육 교육 수준 문맹률 인구통계 인구 변화 경제발전 거시경제 이행 지속가능 공공 금융 고용 정보 및 소통 기술 R&D 관광 국제 경제 협력 무역외부 조달 소비/생산 패턴 물질소비 에너지 폐기물 생산 및 관리 운송 <표 2-5> 2007년에 UNCSD에서 발표한 지속발전가능 발전 지수
마. OECD의 SDIs OECD는 지속가능 발전 정책 개발에 경제성과 환경성을 둘 다 고려할 수 있도록 환경지 표와 사회·경제적 지표의 분야로 나누어서 지속가능 발전지표를 제시하였다(표 2-6 참조). 영역 지표 자연재해 자연재해에 대한 취약성 재난 취약 지역 거주 인구 % 재해 준비 및 반응 재난으로 인한 인적 및 경제 손실 대기 기후변화 이산화탄소 배출량 온실가스 배출량 오존층 파괴 오존 파괴 물질 소비 대기질 도시 대기오염물 농도 토지 토지이용 및 상태 토지이용 변화 토지 황폐화 사막화 사막화 영향을 받는 토지 농업 경작에 적합하고 영구적인 경작지 비료 사용 효율 농약 사용 유기 농업 지역 산림 산림 지역 비율 적엽에 의한 산림 목재 손실 지속가능한 산림 관리 받는 산림 면적 해양/연안 연안지역 해안지역 총 인구 비율 목욕물 품질
어업 Safe Biological Limit 내 수산자원 비율 해양 환경 해양 보호 지역 비율 해양 부영양화 지수 산호초 생태계 면적 및 생존율 담수 수량 수자원 총 이용 비율 경제활동으로 인한 물 사용률 수질 담수 내 대장균 밀도 생물학적 산소요구량(BOD) 폐기물 관리 생물다양성 생태계 전체 대비 보호구역 비율 보호구역 관리 효율성 주요 생태계 면적 서식지 구획화 종 위협받는 종의 변화 주요 종 분포 외래종 분포
환경과 사회경제적 지표 내에 15개의 영역, 34개의 지표를 포함한다. 특히 환경 분야의 지표는 환경의 성과를 검토할 때 주로 사용되며, 경제와 환경이 조화된 의사결정을 모니터 링하는 데 가치가 있다(OECD, 2001). 이러한 OECD의 지속가능 발전지표의 자연환경성 평가와 관련하여 산림자원의 산림 및 임야지의 산림자원과 종 다양성 분야의 보호지역이 환경지표에서 환경생태적 우수지역 평가와 관련하여 이용될 수 있을 것이라 판단된다. 구분 지표 분야 영역 환경 지표 기후변화 CO2 배출 수준 온실가스 농도 오존층 파괴 오존층 파괴물질 성층권 오존 대기질 대기배출물 수준 도시 대기질 폐기물 폐기물 발생 폐기물 재활용 수질 강 수질 폐수 처리 수자원 수자원 이용 수준 수도 공급 및 공급 가격 산림자원 산림자원 이용 수준 산림 및 임야지 수산자원 수산 어획 및 소비: 국가 수산 어획 및 소비: 세계 및 지역 종 다양성 위협 종 보호 지역 사회·경제 지표 GDP 및 인구 GDP 인구성장 및 인구밀도 소비 개인 소비 정부 소비 에너지 에너지 수준 에너지 공급 구조 에너지 가격 교통 도로 교통 및 자동차 보유 수준 도로 밀도 연료 가격 및 세금 농업 질소 및 인 비료의 사용 수준 질소 균형 <표 2-6> OECD의 SDI 구분과 지표 항목
바. EU의 SDIs
EU Sustainable Development Strategy(EU SDS)는 2001년, 2006년에 지속가능 발 전 지표를 제시하였으며, Eurostat monitoring report에서는 이 지속가능 발전지표를 기
준으로 2년마다 목표와 해당 목표의 달성을 통계적으로 보여준다.1) <표 2-7>은 2015년에 사용된 지표들이다. EU의 지속가능 발전지표에서는 자연자원에서 생물다양성의 자연환경 성 우수지역의 평가지표와 토지이용의 인간의 활동과 관련된 평가지표 등을 이용하여 자연 자원 분야를 평가하고 있다. 사. 소결 국제적으로 자연환경성을 평가하는 지수, 지표들을 검토하여, 자연환경성 우수지역 평가 에 고려해야 하는 평가항목들을 도출하고자 하였다. 이에 본 연구에서는 자연환경성 우수지 역 평가와 관련된 지표들이 포함된 EPI(환경성과지수), CBI(도시생물다양성지수), ESI(환경 지속성지수), UNCSD(유엔 지속개발위원회)의 SDIs(지속가능 발전지표), OECD SDIs, EU SDIs 등 국제적으로 발표된 지수와 지표들을 검토하였다. 이러한 국제적인 환경성 관련 지표들 중 환경생태계(육상생태계)와 관련 있고 국토의 자연환경성 평가와 관련 있는 평가 지표들을 추출하였으며 자연환경성 우수지역 평가에서 고려해야 하는 카테고리와 평가항목 선정을 검토했다.
검토 결과, 국제적인 환경성 관련 지표에서는 생태계 보호와 관련된 카테고리와 인간의
1) Eurostat, “The Indicator Framework for Monitoring the EU Sustainable Development Strategy”, http://ec.europa.eu/eurostat/web/sdi/indicator-framework, 검색일: 2016.6.30. 구분 지표 분야 영역 가축 밀도 비료 사용 수준 지출 오염 저감 및 통제(PAC) 비용 공식적 발전 지원(ODA) 자료: OECD(2001).
이용으로 인한 생태계 훼손과 관련된 카테고리가 평가지표에 포함되어 있었다. 생태계 보호 와 관련된 평가지표들은 위협받고 있는 멸종위기종, 생물다양성 등 생태계 보호와 중요 서 식처로서의 보호지역, 산림의 면적, 주요 생태계의 면적, 생태 네트워크와 같은 평가지표들 이 이용되고 있었으며, 인간의 활동으로 인한 평가지표는 생태계 파괴 및 황폐화와 토지이 용과 같은 평가지표들이 이용되고 있었다. 분야 운용 지표(Operational Indicators) 사회·경제적 발전 경제발전 혁신, 경쟁력 및 생태 효율성 고용 지속가능한 소비 및 생산 자원 이용 및 폐기물 소비 패턴 생산 패턴 사회적 통합 화폐 빈곤 및 생활 환경 노동 시장 접근성 교육 인구통계 변화 인구통계 노후 소득 적합성 공공 금융 지속가능성 공공 보건 건강 및 건강 형평성 건강 결정 요인 기후변화 및 에너지 기후변화 에너지 지속가능한 교통 교통 및 이동성 교통 영향 자연자원 생물다양성 담수 자원 해양 생태계 토지이용 국제 협력 무역 국제화 지속가능 발전을 위한금융 국제 자원 관리 양호통치 정책 일관성 및 효율성 개방도 및 참여도 경제기구
자료: Eurostat, “The Indicator Framework for Monitoring the EU Sustainable Development Strategy”, http://ec.europa.eu/eurostat/web/sdi/indicator-framework, 검색일: 2016.6.30.
이러한 평가지표들을 평가하기 위해 적용 및 이용할 수 있는 데이터를 검토한 결과, 우리 나라에서는 토지피복지도, 광역생태축, 멸종위기종 조사지점, 다양한 보호지역 DB들과 국 토환경성 평가지도와 생태자연도 등의 DB를 이용할 수 있다. 특히 토지피복지도는 세분류 토지피복지도를 이용하여 세부적인 토지피복 및 토지이용과 관련된 현황을 평가에 이용할 수 있다. 하지만 북한 지역의 자연환경성 평가를 위해서는 환경부에서 구축한 대분류 토지 피복지도밖에 이용할 수밖에 없는 현실이다. 따라서 생태계와 관련된 다양한 평가지표들을 원격탐사기법을 이용해 위성영상으로부터 도출하여 평가 분석을 수행해야 할 것으로 판단 된다. 지표 카테고리 지표 Data(우리나라) EPI 생태계 역동성 육상 보호, 중요 서식지 보호 보호지역 산림피복도 변화 토지피복지도 CBI 토착종 다양성 (생태계) 도시 내 자연지역의 비율 토지피복지도 생태적 네트워크 광역 생태축, 토지피복지도 보호지역의 비율 보호지역 ESI 환경시스템 생물다양성(위협받는 포유류, 조류 비율) 멸종위기종 육상시스템(인간의 활동으로 영향받는 토지비율, 황폐화 비율) 토지피복지도 UNCSD SDIs 토지이용 및 상태 토지이용 변화, 토지 황폐화 토지피복지도 생태계 보호구역 비율, 주요 생태계 면적 보호지역 OECD SDIs 종 다양성 위협종 멸종위기종 보호지역 보호지역 EU SDIs 자연자원 생물다양성 생태자연도, 국토환경성 평가지도 토지이용 토지피복지도 자료: 선행연구들을 참고하여 저자 작성. <표 2-8> 국제적 지수·지표에서 도출한 평가항목 및 구축방안
3. 공간 기반 자연환경관리 관련 선행연구
자연환경의 다양한 요인을 복합적으로 고려하여 공간 기반의 분석을 수행하는 자연환경 성 평가와 관련된 국내외 선행연구들을 검토하였다. 특히 공간 기반 자연환경관리 연구에서 는 인간과 국토를 구성하는 자연적인 요소들 간의 상호관계를 생태학적 관점에서 분석·종 합·평가하고 있었으며, 인간에게 있어 바람직한 지역 환경을 보전하며 창출하는 방법의 분 야인 경관생태학 개념에 기초한 다양한 연구가 수행되고 있음을 확인하였다. 이러한 연구들 은 자연환경의 다양한 요소에 공간적 개념을 적용하여 자연생태계와 인간의 활동을 종합적 으로 평가하는 연구들과 산림식생 패치의 규모, 모양, 밀도, 연결성 등을 고려한 생물 서식 지의 공간 분포 관련 연구들로 구분할 수 있었다. 가. 경관패턴을 만드는 비생물적 & 생물적 요인을 고려한 환경성 평가 경관생태학은 인간과 환경의 관계를 생태학적 관점에서 <그림 2-2>와 같이 공간적인 유 형과 생태계 사이의 상호관계를 복합적인 원인과 결과를 다루는 학문이다(Troll, 1971; Turner, 1990; 전성우 외, 2001; 홍선기 외, 2005). 이러한 다양한 공간적인 유형과 생태 계 사이의 상호관계를 분석하기 위해 다양한 비생물적, 생물적 요인을 이용하여 환경성 평 가를 분석한 국내 연구는 전성우 외(2001), 이동근, 전성우, 이상문(2004), 홍석환, 한봉호 (2009)가 있으며, 국외 연구는 Dai, Lee, and Zhang(2001), Li, et al.(2007), Lu, et al.(2012), Imam and Kushwaha(2013), Nandy et al.(2015), Zhang, Zhu, and Fan(2016), Hong et al.(2016), Zeng et al.(2016) 등 많은 연구에서 환경성 평가와 관련 된 연구를 수행하였다.자료: 저자 작성.
전성우 외(2001)와 이동근, 전성우, 이상문(2004)은 토지의 환경적 가치에 대해 정의하 고, 이를 평가하기 위한 평가기준의 선정 및 사례지역의 적용을 수행하였다. 이를 위해 법제 적 기준과 환경성 기준으로 구분하고, 법제적 기준으로 자연부분, 수질부문, 상하수도부문, 기타 부문 4가지로 구분하였으며, 환경적 기준은 자연부분, 수질부문, 지형부문, 기타 부분 의 4가지로 구분하여 평가인자를 선정하였다(전성우 외, 2001, p.61; 이동근, 전성우, 이상 문, 2004, p.124). 부문 지역·지구 기준 산림 지역 농경지역 도시지역 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 자연 부문 녹지연속성 1등급1) o o 녹지연속성 2등급 o o 토지피복 녹지율 30% 이하 o o 임상도 4등급 o o 임상도 3등급 o o 임상도 2등급 o o 녹지자연도 8등급 o o 녹지자연도 7등급 o o 녹지자연도 6등급 o o 수질 부문 수계(하천, 습지, 저수지) o o o 수계(하천, 습지, 저수지의 상류 5km 이내)2) o o o 지형 부문 경사도(25% 이상)3) o o o 경사도(15~24%) o o o 경사도(10~14%) o o o 경사도(5~9%) o o o 경사도(0~4%) o o o 표고(7부 능선 이상) o o 표고(6부 능선) o o 표고(5부 능선) o o 표고(3~4부 능선) o o 표고(1~2부 능선) o o 도시 표고(200m 이상)4) o 도시 표고(150m 이상) o 도시 표고(90m 이상)5) o <표 2-9> 환경적 평가기준
홍석환, 한봉호(2009)는 택지개발 지역의 종합적 생태계 평가를 위해 성남시 대장동을 사례로 소유역권과 비오톱 개념을 종합하여 식물생태계와 동물생태계를 통합한 자연생태계 평가와 보전공간 설정방안을 연구하였다. 비오톱의 유형평가는 의사결정나무 방법을 이용 하여 대분류 평가와 소분류 평가를 조합하여 생태적 평가를 수행하였으며, 비오톱 유형을 대분류, 중분류, 소분류로 구분하여 평가에 활용하였다. 이때 대분류 비오톱 유형에서는 하천, 늪지, 산림, 경작지, 초지, 시가화 지역으로 평가에 이용하였다(홍석환, 한봉호, 2009, p.205). 부문 지역·지구 기준 산림 지역 농경지역 도시지역 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 토양 (정밀 토양도)6) 토성(사양토) o 토성(양토) o 경사(논-5%) o 경사(논-7%) o 경사(밭-7%) o 경사(밭-15%) o 경사(과수원-15%) o 경사(과수원-20%) o 토양배수(양호) o 토양배수(보통) o 유효토심(100cm 이상) o 유효토심(100cm 미만) o 석력 함량(10% 미만) o 석력 함량(10% 이상) o 주: 1) 특히, 녹지(생태계)의 연속성은 다음과 같은 방법에 의하여 구할 수 있다(이동근, 윤소원, 1998). 2) 사전환경성 검토 업무편람(환경부, 2000). 3) 건교부, 개발제한구역 제도개선을 위한 환경평가 기준연구. 4) 환경부, 친환경적 국토관리방안에 관한 연구. 5) 서울시 비오톱 환경성 평가기준. 6) ① 정밀토양해설도(1/25,000, 농촌진흥청)의 범주를 토대로 하였음. ② 범주는 대상 지역에 따라 달라질 수 있음(특히 토성, 지형 등). ③ 토성: 사양토(세사양토 포함), 양토(미사질양토, 하천범람지 포함). ④ 지형: 곡간지, 구릉지, 산악지. 자료: 이동근, 전성우, 이상문(2004), p.124.
대분류 중분류 소분류 기준 비오톱 유형 기준 비오톱 유형 기준 내용 자 연 성 자연형 비오톱 하천 - 지형훼손 인공구조물에 의한 조성 여부 늪지 - 층위구조 습지성초본류와 목본류의 층위형성 여부 산림 자 생 성 자연림 층위구조 교목, 아교목층(자생종)의 형성 여부 생육지 조건 토지습도(교목우점식생의 호습성) 성상 침엽수/활엽수 생장 정도 흉고직경 인공림 층위구조 교목, 아교목층(자생종)의 형성 여부 성상 침엽수 / 활엽수 생장 정도 흉고직경 근자연형 비오톱 경작지 토 지 습 도 습윤지성 경작지 지표수량 갈수기 경작지 내 지표수 유무 건조지성 경작지 경작형태 재배종 성상, 시설물 유형 초지 자 연 성 자연초지 자생성 우점종 자생 여부 인공초지 - -산림나지 - -평지관목 - -도시화 비오톱 시가화 지역 - - -자료: 홍석환, 한봉호(2009), p.205. <표 2-10> 환경생태평가를 위한 비오톱 유형분류 기준 자료: 홍석환, 한봉호(2009), p.206. <그림 2-3> 환경생태평가 평가체계
Dai, Lee, and Zhang(2001)은 중국 란저우(蘭州) 도시 지역의 토지이용 계획 설립을 위한 환경 평가를 실시하였다. 지형(경사, 고도), 지질학(지표 토양, 지질도), 지하수(지하 수면 깊이, 지하수 상승), 과거의 지질학적 재해(토석류, 산사태, 액상화, 단층으로부터의 거리) 분야의 지표를 이용하여 각 토지이용의 적합성 평가를 수행하였다. 적합성 평가 수행 을 위해 각 지표의 공간정보와 레이어를 조합할 수 있는 GIS 툴을 이용하였다. 구축된 GIS 레이어를 기반으로 다기준 의사결정 분석(Multi-Criteria Analysis)을 통해 각 지표의 순위 가 결정되었고 토지이용 종류에 따른 지표의 가중치가 제시되었다. 제시된 가중치에 따라 각 토지이용 종류에 대한 적합성 지도가 제작되었다(Dai, Lee, and Zhang, 2001, pp.258-269). Li et al.(2007)은 중국 창사(長沙) 도시 지역의 환경생태적 평가를 위해 환경정보 데이터 베이스시스템을 구축하였다. 창사 도시의 생태환경 평가를 위해 생물-수자원, 토지자원, 사회-경제학적, 3가지의 Subsystem으로 나뉘었다. 생물-수자원에는 수자원 밀도, 식생피 복, 토양 투수율의 지표를, 토지자원시스템에는 토양 양분, 지형 경사, 지질학적 조건 지표 를, 사회-경제적 시스템에는 주거밀도, GDP, 인구밀도 항목을 사용하였다. 각 항목에 대한 가중치 설정을 위해 델파이 법과 AHP를 수행하여 최종적으로 환경생태적 평가 등급 지도를 구축하였다(Li et al., 2007, p.544). 자료: Li et al.(2007), p.544. <그림 2-4> 중국 창사 도시의 환경생태적 질의 통합적 평가 지도
Lu et al.(2012)은 멸종위기에 놓인 S. sphenanther 종의 서식처 적합성 평가를 위해 적합한 지표를 선정하였다. 크게 3가지의 분류로 지형·기상·토양의 지표를 선정하였다. Maximum Entropy 모델을 이용하여 각 지표의 가중치가 설정되고 공간적 중첩분석을 통해 서식처 적합성 지도를 제작하였다. 지표를 이용한 모델링 분석결과에 따르면 S. sphenanther 종은 일조시간, 생장시기의 기온, 유기탄소의 비율이 서식처의 적합성의 조 건을 갖추는데 중요한 역할을 하였다(Lu et al., 2012, p.108). 종 서식처의 자격조건과 공간적 분포를 평가하는데 사용된 지표는 <표 2-11>와 같다. 분류 지표 지형 고도 경사 향 기후 가장 추운 달의 최저기온 가장 더운 달의 최고기온 평균 기온 강수량 상대 습도 빛 일조시간 토양 USDA 기준의 표토 질감 분류 표토 유기 탄소 표토 ph 질소 함량 인 함량 철 함량 자료: Lu et al.(2012) p.108. <표 2-11> S. sphenanther 종의 서식처 적합성 평가를 위한 지표 체계
Imam and Kushwaha(2013)는 인도의 Chanoli 호랑이 보호구역에 서식하는 들소 종 인 Bos gaurus(Gaur)의 적합한 서식처를 찾기 위해 Habitat Suitability Index(HSI)를 개발하여 생태정보를 구축하였다. HSI는 원격탐사기술과 지리정보시스템을 이용한 다중 로지스틱 회귀분석을 통해 개발하였다. 위성영상과 지형자료로부터 향, 경사, 고도, 배수, 산림밀도, 임상도, 도로와 도시로부터의 거리 등의 공간 데이터와 Gaur의 발생/미발생 위
치 정보를 결합하여 로지스틱 회귀분석을 수행하였다. 도출된 다중 로지스틱 회귀분석모델 을 이용하여 최종적으로 Gaur 종 서식처의 적합성 분석을 실시하여 5등급의 Gaur 서식처 적합성 지도를 제작하였다(Imam and Kushwaha, 2013, p.196).
자료: Imam and Kushwaha(2013), p.196.
<그림 2-5> 인도의 Chanoli 호랑이 보호구역 내 Gaur의 서식처 적합성 지도
Nandy et al.(2015, p.182)의 연구에서는 인도에 위치한 그레이트 히말라야 국립공원 보존 지역(Great Himalayan National Park) 내 생태개발지역의 환경 취약성 평가를 수행 하였다. 취약성 정량화를 위해 공간 기반 주성분 분석을 이용한 수치 모델을 개발하였다. 본 수치 모델은 토지피복도, 산림 임관(Canopy) 밀도, 산불 위험도, 산사태 민감성, 인구밀 도의 지표를 고려하여 개발되었다. 최종적으로 EVSI(Environmental Vulnerability
Integrated Index)를 계산하여 공원의 환경 취약성을 정량화하고 5개 등급으로 표현하였 다(Nandy et al., 2015, p.190).
자료: Nandy et al.(2015), p.191.
<그림 2-6> (a) 1990년 (b) 2000년 (c) 2010년도의 환경 취약성 지도
Zhang, Zhu, and Fan(2016)은 5가지의 지표로 이뤄진 생태평가모델(EEM: Ecological Evaluation Model)을 구축하여 환경생태적 모니터링 및 정량화를 실시하였다. 사용된 지 표로는 불투수표면, 정규화 식생지수, 지표면 온도, Greenness, Brightness으로, Landsat 5 TM 영상을 이용하여 자료를 구축하였다. 다변량 분석 중 하나인 인자분석을 통한 생태평 가모델을 설정하고 각 지표가 연구 지역의 환경생태에 미치는 영향을 분석하였다. 모델에서 제시한 가중치에 따른 중첩과정을 통해 최종적으로 경관생태학적 평가가 수행되었다 (Zhang, Zhu, and Fan, 2016).
Hong et al.(2016)은 생태 취약성 평가와 취약한 지역 추출을 목적으로 생태 취약성 평가지표시스템을 구축하였다. 구축한 시스템은 총 12개의 지표로 구성되어 있으며 크게 생태적 민감성, 생태적 압력, 생태적 탄력성으로 나눌 수 있다(표 2-12 참조). 생태 취약성 을 정량화하기 위하여 AHP 기법을 이용하여 각 지표에 가중치를 부여하였다. 가중치에 따른 공간적 중첩 분석을 이용하여 생태적 취약성 평가 결과를 도출하였다(Hong et al., 2016, p.544).
1단계 지표 2단계 지표 3단계 지표 생태적 민감성 토양 민감성 토양침식 민감성 토양오염 정도 서식처 민감성 서식처 민감성 지질학적 재해 민감성 지질학적 재해 민감성 해수 침입 민감성 자연-사회적 압력 사회적 압력 인구밀도 경제적 압력 기업 분포 밀도 자원 압력 서식처 황폐화 생태적 탄력성 Vital Index 토양 유기물 함량 Texture Index 습도 식생피복지수 Function Index 물 보존 자료: Hong et al.(2016), p.543. <표 2-12> 생태 취약성 평가지표시스템 자료: Hong et al.(2016), p.544. <그림 2-7> 생태 취약성 평가 결과 분류 지도 Zeng et al.(2016)은 중국 주요 도시의 생태계 건강을 평가하기 위해 총 33개의 지표를 사용하는 지표시스템을 구성하였다. 33개의 지표는 생태적 건강과 사회경제적 항목 이 등급 분류 지표시스템을 구축하였다(표 2-13 참조). 각 도시의 생태계 건강의 등급화를 위해 TOPSIS(Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solution) 기법을 이용한 유클리디언 거리 기반 가중치가 부여되었다(Zeng et al., 2016, p.114).
생태 건강 사회경제적 체계 지표 구조 및 인구 건강 사회체계 인구밀도 비농업인구의 인구밀도 비고용률 인구증가율 구조와 활력 경제체계 1인당 GDP 제3차 산업 비율 제2차 산업 비율 평균 산업 생산량 평균 임금 1km2당 고정자산 투자 기능과 서비스 교통체계 1m2의 도로당 운영 버스 수 도시 내 1인당 도로 면적 1m2의 도로당 운영 택시 수 1인당 물동량 1인당 승객 수 기능과 서비스 시설체계 1인당 물 사용량 1인당 전기 사용량 1인당 가스 사용량 1인당 액화석유가스 사용량 1인당 녹지면적 시가지 녹지율 시가지 면적 비율 구조와 복원력 토지체계 농지 비율 산림 비율 초지 비율 수계 비율 미사용 토지 비율 기능과 유지 관리체계 산업 폐수 처리율 산업 SO2 제거율 산업 매연 제거율 산업 고체 폐기물 이용률 도시하수 처리율 생활쓰레기 처리율 자료: Zeng et al.(2016), p.113. <표 2-13> 도시 생태계 건강 평가를 위한 지표 체계
나. 서식지의 공간적 분포(패치)와 생태계의 영향을 고려한 환경성 평가
자연환경성 평가와 관련된 많은 연구에서 경관생태학의 원리를 적용하고 있으며, 이때 서식처로써의 산림식생 패치의 규모, 형태, 연결성 등을 고려하여 평가에 활용하고 있다 (Heggem et al., 2000; Tian, Jim, and Wang, 2014; Riedler et al., 2015; 이동근 외, 2004; 이상범, 2007; 김한수, 2012).
Heggem et al.(2000)은 Tensas 강 분지 지역에 적용할 경관 생태학적 지표를 선정하였 다. 위성영상과 공간데이터로부터 추출한 자료들을 기반으로 경관 변화를 탐지하고자 하였 다. 연구대상지 내 산림 소유역(Forest Subwatershed)의 피복 변화 탐지, 농지 또는 시가 화 면적 비율을 의미하는 U-index의 계산, 소유역별 경관 통계 지표 추출하여 Tensas 강 유역의 산림경관을 정량화하여 평가하였다. 경관 통계 지표로는 산림패치 면적, 비율, 시가화 지역 면적 비율 등의 지표를 사용하였다(Heggem et al., 2000).
Tian, Jim, and Wang(2014)는 GIS, 원격탐사, 인자분석기술을 이용하여 홍콩 도시 내 녹지공간의 경관 생태평가를 수행하였다. 경관 생태평가를 위해 패치 크기, 형태, 고립 성, 연결성 등을 표현하는 경관지표들을 사용한다. 경관생태평가를 위해 사용된 지표는 <표 2-14>와 같다. Fragstat 소프트웨어를 사용하여 각 지표를 계산하였으며, 각 피복별과 지 역별 경관 지표를 비교하여 인구밀도와 도시 내 녹지공간 사이의 관계를 분석하였다. 또한 경관 생태 지표들의 선형회귀분석을 수행하여 도시 내 녹지공간에 대한 경관 생태를 정량화 하였다(Tian, Jim, and Wang, 2014, p.107).
분류 경관지표 크기 패치 개수 패치 면적 패치 밀도 최대 패치 지수 패치 평균 면적 형태 패치 둘레 대 면적 비 패치 둘레-면적 프랙탈 차원 경관 형태 지수 프랙탈 차원 지수 면적에 따른 평균 Shape Index 면적에 따른 평균 패치 프랙탈 차원 근접성 Euclidean 거리 근접성 지수 패치 고립성 지수 평균 Euclidean 거리 Euclidean 거리 변동 계수 면적에 따른 평균 Euclidean 거리 가장자리 총 가장자리 가장자리 밀도
자료: Tian, Jim, and Wang(2014), p.101.
<표 2-14> 홍콩 내 녹지공간의 경관생태평가를 위한 지표 체계
Riedler et al.(2014)는 하안산림(Riparian Forest) 서식처의 높은 생물다양성의 유지 와 보전이 필요한 지역 설정을 목적으로 효율적인 모니터링 방법을 모색하였다. 수종 구성, 수직적 구조, 수평적 구조, 수역 4개의 항목으로 하안산림 서식처 품질을 평가하기 위해 패치 단계의 7개의 종합지표(수종 특징, 외래 수종, 패치 내 불균형, 형태 지수, 고목, 캐노피 높이, 지형)를 선정하였다. 이 연구에서는 VHR 위성영상과 LiDAR 데이터를 기반으로 자료 를 구축하였으며, 각 지표의 가중치 설정은 전문가 기반의 가중치 설정과 통계적 가중치 설정 기법을 활용하였다. 가중치가 부여된 각 지표는 중첩되어 최종적으로 서식처의 품질을 0부터 1까지의 범위로 정량화하였다(Riedler et al., 2014, p.6).
자료: Riedler et al.(2014), p.6. <그림 2-8> 서식처 품질 평가 지도 이동근 외(2005)는 경관생태학적 지표인 패치의 크기와 연결성 지표를 이용하여 국토의 보전가치를 평가하였다. 이를 위해 인천 서구를 대상으로 도시지역을 제외한 농경지역과 녹지(산림)지역만을 평가하였다. 우선 녹지지역과 농경지역으로 토지를 구분하고, 패치의 크기를 기준별로 구분하여 국토환경성 평가를 기준으로 1차적으로 등급을 산정하고, 추후 경사와 연결성을 검토하여 재등급화 과정을 거친다. 또한 녹지지역의 경우 10ha 이상인 지역은 무조건 절대보전 1등급으로 분류하도록 하였으며, 그 외의 지역은 패치 크기와 국토 환경성 평가등급을 고려하도록 하였다(이동근 외, 2005, p.18).
자료: 이동근 외(2005), p.18. <그림 2-9> 보전가치평가등급 적용방법 이상범(2007)는 경관생태학적 관점을 적용하여 생태축 연결성 분석 방법론을 제시하고 자 하였다. 이를 위해 첫 번째 단계에서는 개별 식생패치의 면적과 패치들 간의 거리만을 고려하여 가장 양호한 패치를 10으로 하여 0~10까지의 범위로 등급을 정하였다. 그리고 두 번째 단계에서는 이렇게 정해진 개별 패치등급과 패치 내 양호한 식생의 면적을 현존 식생도의 식생보전 3등급 이상을 사용하여 패치면적, 패치 간 거리, 패치 내 양호한 식생 등을 고려하여 개별 패치의 보전 우선순위를 3가지 등급으로 나누었다. 마지막으로 세 번째 단계에서는 절대보전패치의 수와 상대보전, 완충녹지 간의 비율에 개별 패치의 보전 우선등 급 구분의 기준을 다르게 하여 3가지 대안을 제시하였다(이상범, 2007, p.46).
자료: 이상범(2007), p.46. <그림 2-10> 경관생태학적 방법을 적용한 생태축 분석 연구 순서도 김한수(2012)는 개별 비오톱의 다양한 측면의 평가를 위해 구조, 기능, 변화 측면에서 평가를 수행하기 위한 지표를 설정하였다. 이러한 지표는 조사한 연구사례를 기반으로 선정 하였으며, 패치와 관련된 구조에서는 면적, 둘레길이, 너비, 형태, 수, 종류, 분포, 배열 등의 연구사례가 있었으나, 정량적 평가 가능성, 평가항목의 독립성 등을 고려하여 면적, 형태, 가장자리를 평가의 지표로 선정하였다. 기능 항목에서는 연결성, 응집성, 다양성의 항목을 이용하여 평가하였으며, 변화 항목에서는 지속기간, 층위구조, 바이오매스를 이용하여 경관 생태학적 개별 비오톱 평가지표별 등급산정에 이용하였다. 이러한 항목들은 각각 1~5등급 으로 등급을 산정하였으며, 경관생태학적 개별 비오톱 종합등급 산정에 이용하였다(김한수, 2012).
자료: 김한수(2012) <그림 2-11> 개별 비오톱 종합등급 산정 방법 다. 소결 공간 기반의 자연환경평가 선행연구를 검토하여 사용된 지표 체계를 살펴본 결과, 이러한 지표 체계는 크게 비생물요인, 생물요인, 패치 관련 지표, 위협요인으로 나눌 수 있었다. 비생물요인으로는 지형, 토양, 수계, 기상 관련 지표와, 산림에서 추출할 수 있는 임상도의 영급, 경급, 산림의 밀도, 녹지면적, 층위구조 등 서식처의 환경과 관련된 항목들을 이용하 고 있었으며, 현장조사 기반의 동물다양성, 식생 종 다양성 등의 항목들을 평가에 이용하고 있었다. 그리고 원격탐사를 이용한 식생지수들 또한 생물 간 상호작용을 평가하기 위해 이 용되고 있었다. 패치와 관련된 지표에서도 패치의 규모와 관련된 면적, 개수, 밀도, 둘레길 이와 같은 항목들과 둘레길이와 면적을 이용한 다양한 형태지수와 같은 패치의 형태에 따른
평가, 그리고 패치들의 연결성을 고려하는 항목들이 패치 관련 평가지표로 이용되고 있었 다. 그리고 위협요소로는 인간의 활동으로 인한 토지이용과 도시와 도로를 포함한 교통시설 로부터의 거리 등 개발 취약지, 인구밀도, 기업분포, 주거밀도 등 다양한 사회적 요소들 또한 위협요소로 평가되고 있었다. 카테고리 지표 Data 비생물요인 지형 고도 경사 향 지질도 토양 지표 토양 토양 투수율 토양 양분 불투수표면 수계 수계망 지하 수면 지하수 상승 수계망으로부터의 거리 기상 기온 강수량 습도 일조시간 지표온도 생물 간 상호작용 서식환경 임상도 영급, 경급 산림 캐노피 밀도 산림밀도 층위구조 녹지면적 식생지수 NDVI
(Normalized Difference Vegetation Index) Greenness Brightness 다양성 동물다양성 식생 종 다양성 Shannon-Weiner Index <표 2-15> 공간 기반 자연환경 평가지표 체계
