Corresponding author：Park, Eun-Jin, Department of Environmental Policy, Gyeonggi Research Institute, Tel：+82-31-250-3166, E-mail：[email protected]
Received：25 April, 2008. Accepted：4 December, 2008.
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도시 녹지기반 특성에 따른 강우 유출수 비교 분석
- 성남시 분당신도시를 사례로 -
박은진
1)․강규이
1)․이현정
2)1)
경기개발연구원 환경정책연구부․
2)서울대학교 환경대학원
A Comparative Analysis of Stormwater Runoff with Regard to Urban Green Infrastructure
- A Case Study for Bundang Newtown, SungNam-
Park, Eun-Jin
1)․Kang, Kyu-Yi
1)and Lee, Hyun-Jung
2)1)
Department of Environmental Policy, Gyeonggi Research Institute,
2)
Graduate School of Environmental Studies, Seoul National University.
ABSTRACT
The study was aimed at analyzing the relationship between the characteristics of urban green infrastructure and stormwater runoff in a small urban watershed composed of 22 drainage basins. The green areas of which soils are not sealed and allow water infiltrate, were examined for different types of green spaces. In a comparative study for drainage basins of which green spaces are 15.5% and 34.4%, respectively, runoffs were not different with the size of green space. It was attributed to that the increase of runoff by greater road area offset the advantage of greater green area. Another comparative measurement of runoff for drainage basins with similar green area size showed that runoff decreased with greater permeable area (school ground area) and smaller road area. The runoff measurements could address that runoff rates are affected not only by green area size but also by the type of green area and other land covers related to permeability and flow into drainage. It implicated that the improvement of urban green infrastructure as a functional unit for water infiltration and interception is important for stormwater runoff management.
Key Words：
Urban green area, Soil sealing, Stormwater runoff, Drainage basin.박은진․강규이․이현정
2
I. 서 론
도시화에 따라 불투수면이 확대되고 빗물의 토양 내 침투와 흐름 및 생화학적 처리 등 자연 적인 토양 과정과 기능이 상실됨으로써 도시 유 출수량과 비점오염이 증가되는 문제는 가장 심 각한 도시환경 문제 중 하나이다. 최근 지속 가 능한 도시 또는 생태도시에 대한 관심이 높아지 면서 도시 내에서의 지속가능한 물순환체계 개 선이 중요한 과제로 받아들여져 녹지와 투수면 적 확대가 중요한 과제로 인식되고 있다.
우리나라 도시의 시가화구역은 대부분 고밀도 의 이용에 따라 자연지반 녹지가 제한적으로 존 재하고 불투수율이 매우 높으며 녹지율이 낮다.
시가화구역에서 작은 면적으로 산재하는 녹지와 자연지반 토양은 단일 면적 크기가 작더라도 최 대한 그 총면적을 넓힐 경우 강우를 흡수하고 유 출수를 차단하여 하천의 부하를 줄여주고 도시 물순환 체계에 긍정적인 기능을 할 수 있는 잠재 력을 갖는다.
도시화에 따른 녹지율의 감소는 물순환에 있 어 토양 내로의 침투량과 증발산량을 감소시키 고 유출량을 증가시키는데 Bonsignore(2003)는 도시화에 따라 녹지율이 25%로 감소할 경우 강 우 유출량은 55%이상으로서 녹지로만 구성되 어 있을 때에 비해 5배 이상 증가하는 것으로 추정하였고 이는 토양표면의 불투수성 증가와 토양 내부의 공극 감소가 침투량을 저하시키기 때문인 것으로 보고하였다. 또한, Hörmann 등 (1996)은 토양의 침투를 고려하지 않더라도 온 대림 지역에서 교목의 수관이 직접 빗물을 흡 수하는 양(canopy interception)은 낙엽수의 경우 전체 강우량 중 11-36%, 침엽수의 경우 9-48%
인 것으로 보고하였고, 미국 산타모니카의 도시 내 공원과 가로수 수목이 유출수를 저감시키고 홍수를 조절하는 효과에 대한 연구(Xiao and McPherson, 2002)는도시 내 교목 한 그루 당 6.6㎥의 강우가 흡수되어 전체 강우 중 1.6%가
도시의 교목에 의해 차단되는 것으로 보고하 였다.
도시유역에서 시가화 불투수면의 면적 증가에 따른 유출률 영향 등에 대한 연구는 수문모델 연구를 통하여 많이 이루어졌으나 국내에서 도 시 시가화구역 내의 녹지 기반과 토지이용의 강 우 유출 영향에 대한 직접적이고 실증적인 연구 는 거의 없다. 최근 외국에서 도시 내에 우수침 투 및 저류가 가능한 녹지를 도시의 경관설계요 소로서 분산 배치시켜 도시 강우 유출수를 관 리하는 방안에 대한 관심이 증가하고 있고 (Tice, 2007), 국내에서도 신도시계획 시에 물순 환체계를 개선하기 위한 녹지의 활용에 대한 연 구가 이루어지고 있으며(윤두원 등, 2006; 최인 호 등, 2005) 향후 도시녹지의 물순환 기여 정도 의 파악과 그 기능을 제고하기 위한 연구는 더욱 발전될 필요가 있다.
본 연구는 도시의 시가화구역 내에서 녹지의 주요한 생태적 기능이 물순환 기능이라는 관점에 서 배수구역 단위로 녹지율과 불투수면 요소를 파악하고 강우 유출량과의 상관관계를 분석하여 녹지율 및 녹지 유형, 불투수면 요소의 특성이 도 시의 강우 유출수에 미치는 영향을 살펴보고자 하였다.
II. 연구 내용 및 방법
1. 조사 대상지
본 연구는 우수관망도에 따른 배수구역의 구 분이 분명하고 녹지율이 상대적으로 높고 다양한 유형으로 구성되어 있는 분당천 소유역의 신도시 지역을 대상으로 하였다. 분당천 유역의 전체 면 적은 11.73㎢로서 강우에 따른 유출량의 변화를 관찰하기에 적절하며 각 배수구역별로 한 개의 유출구(토구)가 있어 배수구역 별로 강우 유출을 측정하기 용이하다.
분당천 유역은 22개의 배수구역으로 나뉘고(그
림 1) 산림면적 52.2%, 시가화구역 면적 47.8%
그림 1. 분당천 배수구역도.
로 구성되어 있다. 각 배수구역별로 시가화구역 면적과 산림녹지 면적 분포는 표 1에서 보는 바 와 같으며, 그 중 배수구역 면적과 토지이용특 성, 유량계 설치 용이성 등을 고려하여 4개의 배 수구역(배수구역 코드 04, 07, 10, 12번)을 선정 하고, 배수구역 내의 녹지면적과 유형, 강우 유 출량을 실측 분석하였다. 배수구역 면적이 서로 유사한 04와 07, 10과 12를 상호 비교하여 녹지 면적과 유형에 따른 강우 유출량 특성을 파악 하였다.
2. 토지피복 및 녹지 조사
본 연구에서는 산림녹지를 제외하고 나머지 시가화구역 내에서 녹지 유형별 면적과 분포, 그 밖에 강우 유출과 관련되는 토지피복 요소의 특 성을 파악하기 위해 성남시 비오톱조사 자료(성 남시, 2004) 중 토지피복도를 기본 자료로 활용 하고 현장조사를 실시하였다. 배수구역 내의 녹 지에 대해 공간유형과 물순환 관련 특성을 고려 하여 공원녹지, 수변녹지, 대지(단지) 내 녹지, 가 로변 녹지의 4가지 유형으로 구분하고, 신도시
아파트단지의 특성상 아파트단지 외곽에 차음과 차폐 목적의 완충녹지가 많이 분포하고 있어 가 로변녹지 중에서 완충녹지를 따로 분리하여 조사 분석하였다(표 2). 공원과 대지(단지) 내의 녹지, 수변녹지는 자연토양을 기반으로 한 식재면적을 녹지면적으로 산정하였으며, 가로변 녹지의 경 우, 가로수가 식재된 포장되지 않은 자연기반면 적 부분과 도로의 중앙분리대 녹지의 자연기반도 현장에서 녹지의 폭과 길이를 실측하여 면적을 산출하였다.
물순환에 기여하는 녹지 면적을 다루기 위해
투수가 되지 않는 면적까지 포함하는 오픈스페
이스 개념의 공간이 아니라 실제 식생이 피복되
고물을 흡수할 수 있는 토양기반을 가진 순수 식
생피복 부분을 녹지로 간주하였다. 예를 들어,
가로수와 같이 수관면적이 큰 반면 보도의 포장
에 의해 매우 일부만이 투수가 가능한 자연기반
면적 일 경우 비록 식생의 수관에 의한 강우 차
단이 물순환에 기여하는 효과가 있더라도 지표
면의 자연기반면적을 기준으로 녹지면적을 산정
하였다.
박은진․강규이․이현정
4
배수구역코드 총면적(㎡) 산 림 시가화구역
㎡ % ㎡ %
00 95,196 - 0.0 95,196 100.0
01 5,385,064 4,188,609 77.8 1,196,455 22.2
02 106,587 58,240 54.6 48,347 45.4
03 460,858 337,564 73.2 123,294 26.8
04 163,358 - 0.0 163,358 100.0
05 105,428 31,186 29.6 74,242 70.4
06 1,441,319 599,500 41.6 841,820 58.4
07 62,636 - 0.0 62,636 100.0
08 13,861 - 0.0 13,861 100.0
09 486,000 177,329 36.5 308,672 63.5
10 200,928 51,156 25.5 149,771 74.5
11 5,406 - 0.0 5,406 100.0
12 65,973 - 0.0 65,973 100.0
13 35,142 - 0.0 35,142 100.0
14 18,114 - 0.0 18,114 100.0
15 44,536 - 0.0 44,536 100.0
16 521,615 21,868 4.2 499,747 95.8
17 1,740,654 490,101 28.2 1,250,553 71.8
18 250,818 - 0.0 250,818 100.0
19 287,128 171,319 59.7 115,809 40.3
20 52,099 - 0.0 52,099 100.0
21 185,041 - 0.0 185,041 100.0
합계 11,727,762 6,126,871 52.2 5,600,891 47.8
표 1. 배수구역 면적 특성.
배수구역 배수구역
면적(㎡) 산림녹지
(㎡) 공원녹지
(㎡) 수변녹지
(㎡) 대지내
녹지(㎡) 가로변
녹지(㎡) 완충녹지
(㎡) 계(㎡) 녹지율
(%)
04 163,358 0 5,847 0 16,329 338 2,765 25,279 15.5
10 200,928 51,156 4,309 0 5,828 576 7,145 69,014 34.4
07 62,636 0 5,869 0 7,845 0 1,496 15,210 24.3
12 65,973 0 134 0 9,951 108 2,993 13,186 20.0
표 2. 대상 배수구역의 녹지면적 현황.
또한, 아파트단지의 특성상 배수구역 내에서 녹 지는 아니더라도 부분적으로 투수가 가능한 학교
운동장이 상당 부분 면적을 차지하고 있어 학교
운동장 면적을 따로 분석하였으며, 강우유출을
그림 2. 우수관망도 현황과 강우 유출량 측정 대상 배수구역.
증가시키는 것으로 알려져 있는 포장 도로의 면 적도 별도로 산출하였다.
3. 강우 유량 측정 및 유출률 산정
강우시의 배수구역별 강우 유량은 각 배수구 역별로 하나씩 설치되어 있는 토구의 바닥면에 자동유량 측정계(SIGMA 910 유량계, 초음파 도 플러식)를 설치하여 5분 간격으로 연속 측정하였 다. 일기예보에 따른 강우 예상 시간보다 1일 앞 선 10월 18일에 대상 배수구역 토구에 유량계를 설치하였고 10월 19일 내린 강우에 따른 유량 변 화를 자동 측정하였다. 10월 19일 성남시 분당지 역에는 08：00~12：00에 걸쳐 5.5mm(기상청 수 원측점 기준)의 강우가 내렸다.
강우에 따른 각 배수구역의 강우 유출률은 강 우량 대비 유출량의 비율로서 다음과 같이 산정 하였다. 총유출량은 유출곡선으로부터 강우 사 상에 따라 시간대별로 측정한 유량을 모두 더하 여 구하였고, 강우량은 10월 19일 08：00~12：
00의 기상청 수원측점 기준 강우량 자료에 따라 5.5mm를 적용하였다.
유출률= 총유출량(
m
3)배수구역면적(
m
2) ÷강우량 (m
)III. 결과 및 고찰
1. 배수구역별 녹지기반 특성 분석
면적이 상대적으로 유사한 배수구역 04와 10,
배수구역 07과 12에 대해 강우시의 유출량을 측
정하고 상호 비교하기 위하여 우선 녹지유형 특
성과 그밖에 강우 유출에 영향을 줄 수 있는 요
소로서 도로 및 학교운동장 등의 면적 특성을 파
악하였으며 그 결과는 표 2와 표 3에서 보는 바
와 같다. 연구 대상지는 신도시 아파트단지로서
녹지와 도로, 학교운동장을 제외하고는 모두 아
파트건물과 주차장으로 그 유형이 배수구역마다
비슷하다.
박은진․강규이․이현정
6
배수구역 04 배수구역 07
배수구역 10 배수구역 12
그림 3. 대상 배수구역 토구에 설치된 자동 유량 측정기.
배수구역 배수구역면적(㎡) 학교운동장 도로
면적(㎡) 면적율(%) 면적(㎡) 면적율(%)
04 163,358 6,175 3.8 22,828 14.0
10 200,928 1,639 0.8 42,310 21.1
07 62,636 17,628 28.1 0 0.0
12 65,973 1,265 1.9 9,522 14.4
표 3. 대상 배수구역의 학교운동장 및 도로 면적 현황.
배수구역 04와 10을 비교해보면, 산림을 포함 하고 있는 배수구역 10의 녹지면적이 배수구역 04의 녹지면적보다 2배 이상 많고, 배수구역 04 는 상대적으로 대지 내 녹지가 다른 녹지 유형에 비해 많은 반면, 배수구역 10은 산림녹지를 많이 포함하고 있고, 7차선과 8차선의 광폭 도로를 많 이 포함하여 배수구역 04보다 도로 면적이 1.5배 많으며 도로를 따라 분포하는 완충녹지 또한 상 대적으로 많이 포함하고 있다(표 2).
배수구역 07과 12를 비교하면, 공원면적을 훨
씬 많이 포함하고 있는 배수구역 07의 녹지면적 비율이 배수구역 12보다 상대적으로 높다. 배수 구역 07은 폭이 좁은 보차혼용도로 외에는 차도 를 포함하고 있지 않아 가로수가 차지하는 면적 이 없는 것으로 나타났고, 완충녹지 면적도 배수 구역 12에 비하여 상대적으로 낮게 나타난 반면, 배수구역 12에는 주로 4차선 도로가 있어 약 14.4%의 도로면적을 포함하고 있다.
배수구역별 토지이용을 구체적으로 살펴본 결
과 부분적으로 투수가 가능한 학교 운동장 면적
a) 배수구역 04 b) 배수구역 10
c) 배수구역 07 d) 배수구역 12
그림 4. 대상 배수구역 내 녹지 현황(녹색：녹지, 노란색：학교 운동장, ：토구위치).
배수구역 배수구역
면적(㎡) 강우량
(㎜) 강우
발생시간 첨두
발생시간 첨두유량
(㎥/day) 총유출량
(㎥) 유출률
04 163,358 5.5 08：00 9：50 10,540.8 397.5 0.44
10 200,928 5.5 08：00 9：50 9,331.2 409.2 0.37
07 62,636 5.5 08：00 11：15 538.8 38.2 0.11
12 65,973 5.5 08：00 9：50 6,673.5 317.8 0.88
표 4. 강우시 배수구역 유량 특성.
이 전체 면적 중 상당 면적을 차지하고, 배수구역 간에 차이가 많이 나는 것으로 파악되었다(표 3).
특히 배수구역 07의 경우 학교 운동장 면적이 전
체 배수구역 면적의 1/4 이상을 차지하고 있다.
운동장의 경우 압밀이 되어 있고 인위적으로 배
수되는 경우가 많다는 점에서 완전한 투수면으로
박은진․강규이․이현정
8
그림 5. 강우에 따른 배수구역 04와 10의 시간대
별 유출량 변화. 그림 6. 강우에 따른 배수구역 07와 12의 시간대
별 유출량 변화.
15.5%
34.4%
14.0%
21.1%
3.8% 0.8%
0.44
0.37
배수구역04 배수구역10
녹지면적율 도로면적율 운동장면적율 유출률
24.3%
20.0%
0.0%
14.4%
28.1%
1.9%
0.11
0.88
배수구역07 배수구역12
녹지면적율 도로면적율 운동장면적율 유출률
그림 7. 배수구역 04과 10의 유출률과 영향요인
비교. 그림 8. 배수구역 07과 12의 유출률과 영향요인
비교.
보기 어려우나 부분적으로 투수가 가능하고 대상 배수구역의 경우 학교운동장에 인위적인 배수시 설을 갖추고 있지 않은 것으로 확인되었다. 각 배 수구역 내의 녹지와 학교운동장의 분포 현황은 그림 4에서 보는 바와 같다.
2. 배수구역별 유출량 분석
면적이 서로 유사한 배수구역 04와 10, 배수구 역 07과 12에 대해 배수구역 최종점인 토구에서 강우시 유량을 5분 간격으로 측정한 결과는 그림 5와 그림 6에서 보는 바와 같다. 배수구역 04와 10을 비교해보면 배수구역 10이 산림녹지를 많 이 포함하고 녹지율도 배수구역 04에 비하여 2배 이상 높았으나 첨두유량과 총유출량은 유사하게
나타났으며(표 4), 배수구역 면적과 강우량을 고
려하여 산정한 유출률도 각각 0.44와 0.37로서
녹지율의 차이가 유출률에 큰 영향을 주지 않은
것으로 나타났다(그림 7). 이러한 결과는 두 배수
구역이 포함하는 도로면적과 녹지유형의 차이에
서 비롯된 것으로 판단되었다. 배수구역 10의 경
우 산림녹지를 많이 포함하고는 있으나 7차선과
8차선 등 폭이 넓은 차도를 많이 포함하고 있어
완충녹지 면적이 많고 대지 내 조경면적은 배수
구역 04에 비해 훨씬 작다. 즉, 배수구역 10은 전
체 녹지율은 월등히 높으나 유출에 영향을 많이
주는 것으로 알려져 있는 도로 불투수면의 영향
으로 단위면적 유출량이 배수구역 04와 비교하
여 크게 낮아지지 않은 것으로 해석되었다.
배수구역 07과 12의 녹지율은 각각 24.3%와 20%로서 큰 차이를 보이지 않으나(그림 8) 첨두 유량과 첨두발생시간, 총유출량에서 큰 차이를 보였다(표 4). 특히, 배수구역 07과 12의 유출률 이 각각 0.11과 0.88로서 8배의 큰 차이를 보여 도로와 녹지유형, 학교운동장 등 투수와 관련한 면적들이 복합적으로 유출률에 큰 영향을 준 것 으로 파악되었다. 배수구역 07의 경우는 유출량 증가에 영향을 주는 큰 도로가 없고 공원과 대지 내 조경 면적이 상대적으로 많으며 무엇보다 일 정부분 투수가 가능한 학교 운동장 면적이 전체 면적 중 28%를 차지하여 유출량 감소에 큰 영향 을 준 것으로 해석되었다. 반면, 배수구역 12의 경우 전체가 아파트단지로서 다른 배수구역과 달 리 공원면적을 거의 포함하고 있지 않고, 상대적 으로 도로 면적이 커서 유출량이 큰 것으로 해석 되었다.
녹지면적과 도로면적이 유사한 배수구역 04와 배수구역 12를 비교할 때에도 유출률이 각각 0.44와 0.88로서 2배의 차이가 나는 것은 배수구 역 04의 면적이 2.5배 가량 크고 상대적으로 더 길고 복잡한 우수관로를 따라 빗물이 유입되며, 표 4에서 보는 바와 같이 녹지 유형에 있어 배수 구역 04는 상대적으로 공원을 더 많이 포함하는 반면 배수구역 12는 완충녹지의 비율이 높기 때 문인 것으로 해석되었다. 공원의 녹지는 완충녹 지에 비하여 상대적 단일조각 면적이 넓고, 미지 형적으로도 둔덕을 높게 쌓아올린 완충녹지에 비 하여 물을 더 많이 흡수 저류할 수 있을 것으로 판단된다.
V. 결 론
본 연구는 시가화구역 내에서의 녹지 유형별 면적과 분포가 도시 강우 유출수에 미치는 영향 을 파악하고자 성남시의 분당천 유역을 사례 유 역으로 선정하고 배수구역 내의 녹지 및 기타 투 수 관련 토지피복요소가 강우 유출량에 미치는
영향을 비교 분석하였다.
강우에 따른 배수구역의 유출량은 단순하게 배수구역 내의 녹지율에 영향을 받는 것이 아니 라 녹지의 유형과 녹지 외의 투수면 및 도로와 같이 직접 유출에 영향을 주는 피복 요소가 복합 적으로 영향을 미치는 것으로 파악되었다. 녹지 율이 각각 15.5%와 34.4%로 두 배 이상 차이가 나는 두 배수구역의 사례 비교에서 강우시의 유 출률은 차이가 크게 나지 않았는데 이는 녹지율 이 높더라도 도로 면적이 크고 공원이나 대지 내 녹지 형태보다 완충녹지 형태가 많을 경우 강우 의 흡수나 저류에 낮은 효과를 보이기 때문인 것 으로 해석되었다. 또한, 녹지율에서는 크게 차이 가 나지 않음에도 불구하고 유출률이 8배 차이가 나는 비슷한 면적의 두 배수구역 비교 사례는 유 출률의 차이가 학교 운동장을 포함한 전체 투수 면적의 차이와 도로면적 차이에서 비롯된 것으로 해석되었다. 연속된 광폭의 도로는 빗물을 신속 하게 배제시키고 우수관로를 통해 유출되도록 설 계되어 있어 그 영향이 큰 것으로 판단된다.
본 연구는 최근 도시 물순환체계에 대한 관심
이 고조되고 있고 이를 개선시키기 위한 중요한
방안 중 하나로서 녹지면적 확충이 제안되고 있
는 시점에서 실제 토지이용과 녹지기반 특성이
물순환에 미치는 영향을 실증적으로 검토해보고
자 하였다. 비록 4개의 배수구역에 대한 1회 유
량측정 결과라는 제한점이 있으나 4개 배수구역
에 대한 다양한 비교를 통하여 배수구역 내 녹지
유형, 도로면적, 투수면적 등에 따른 강우 유출량
의 영향이 매우 유의하게 해석되었으며, 도시 내
의 물순환체계 개선을 위하여 유출 도시 녹지의
유형과 배치뿐 아니라 기타의 투수요소 확대 및
도로 유출수 감소 방안이 면밀하게 검토될 필요
가 있음을 시사하였다. 사례 배수구역의 강우 유
출률 비교 결과는, 도로나 학교운동장과 같은 다
른 피복요소에 의한 영향이 더해져 순수하게 녹
지율에 따른 영향만을 따로 분리하여 평가할 수
없으나 강우 유출률이 녹지 외의 다른 피복요소
박은진․강규이․이현정
10
에 의해 크게 좌우된다는 것은 실제 녹지가 강우 를 흡수하고 저류하는 데 크게 기여하지 못하고 있음을 시사한다. 따라서 도시의 물순환체계에 서 녹지의 기능을 제고시키기 위해서는 그 면적 의 확보뿐 아니라 실제 투수와 저류가 가능한 공간으로 기능적인 설계 및 배치를 해야 함을 의미하며, 식생유형, 미지형, 토양특성 등을 포 함하는 도시녹지 유형과 배치에 따른 투수 및 저류 효과에 대한 보다 면밀한 실증 연구가 진 행되어야 한다.
인 용 문 헌
