Issue
도시물순환 정책사례 및 평가기준 고찰 01
1. 도시물순환 시스템의 개념 및 필요성
도시개발로 인하여 대규모 주거시설 및 상업용 건 물, 도로, 주차장 등 각종 교통시설이 구축되면 필연 적으로 강수, 증발, 침투, 유출 등 수문학적 요소들 의 자연적 순환체계가 왜곡된다. 고층건물의 밀집화 로 인하여 대기순환이 정체되므로 열섬효과로 인하 여 기온이 상승하고, 이로 인한 국지성 호우가 증가 할 수 있다. 지난 30년 전국 평균 강우량이 210mm 가 증가한 반면 부산은 310, 서울은 390mm 넘게 증가했다. 동시에 불투수재질의 함수율이 낮은 포장 면적의 증가로 인하여 잠재증발량은 증가하는 반면, 실제증발량은 오히려 감소하게 된다. 침투량의 감소 로 인하여 강수량이 증가함에도 불구하고 지하수위 는 감소하며, 지하철 등 각종 지하공간개발로 인하 여 지하침출수의 펌핑은 지하수위 감소를 가중시킨 다. 이는 주변하천의 건천화를 촉진시킨다. 결과적 으로 강수량 특히, 집중호우는 증가하고, 하천은 점 점 건천화되어가는 과정이 반복되면서 도시는 수재
해에 취약해지고, 도시하천의 수생태환경은 악화되 며, 도시용수자원은 부족해진다.
도시물순환시스템은 도시화가 진행되면서 발생하 는 물순환체계의 왜곡을 인위적으로 회복시켜주는 기술과 시설을 일컫는다. 물순환체계는 매우 복잡하 고 정교한 체계이기 때문에 어느 한가지의 요소만을 다루어서 해결될 문제가 아니고 시스템적 접근이 필 요하다. 도심물순환시스템 문제는 우리나라만의 문 제는 아니고, 서구 선진국 역시 근대 도시화의 과정 에서 우리보다 훨씬 이전에 같은 문제를 겪었고, 따 라서 이를 해결하는 제도와 기술, 시스템을 어느 정 도 갖추고 있다. 하지만 선진국의 사례를 우리나라 에 그대로 적용할 수는 없다. 기후와 환경, 제도, 기 술수준, 경제수준 그리고 시민의식 등이 다르기 때 문이다. 섣불리 선진국의 사례를 수입하기 보다는 우리나라의 여건에 맞는 체계를 수립하여 정착시키 고 개선시켜가는 노력이 필요하다.
2. 해외 도시물순화 정책 및 사례
서구 선진국에서의 도시물순환정책의 사례는 대 표적으로 호주의 Water-sensitive urban design (WSUD), 미국의 Low-Impact Development (LID), 그리고 영국의 Sustainable Drainage System (SuDS) 등이 있다. 이들은 공통적으로 환 경영향을 최소화하고, 주민의 체육과 여가활동을 지 강 부 식
단국대학교 토목환경공학과 교수 bskang@dankook.ac.kr
원하기 위하여 도시홍수, 지하수 및 하수관리를 포 함한 통합적 도시물순환을 위한 도시계획 및 설계를 내용으로 삼고 있다. 선진국에서도 도시계획, 환경, 홍수, 지하수, 하수관리 등을 소관하는 기관과 법령 체계가 다를 수 있으므로 도시물순환정책이 성공하 여 실효적 성과를 거두기 위해서는 관련된 다부처간 조율과 협력이 필수적이라 할 것이다. 몇몇 장치형 기술과 설계기준만 도입해서는 국내에서 성공을 보 장할 수 없다.
흔히 같은 용어를 사용하는 우리나라의 물순환시 스템이 일본의 ‘물순환 정책’에 근거를 둔 것으로 오 해하기 쉬운데 용어만 같을뿐 내용은 많이 다르다.
우선 일본은 2014년 7월 1일에 ‘물순환기본법’을 시 행하였고, 같은해 7월 18일에 ‘물순환 정책본부’를 발족하였으며, 이듬해 7월 10일에 물순환 기본계획 안이 마무리 되었다. 2001년에 ‘물순환기본법’의 초 안이 만들어져 15년만에 통과된 것이고, 물관련 통 합법으로서의 의미를 지닌 법이다. 우리나라에서 최 근에 시행된 ‘물관리기본법’과 같은 위상을 갖는 법 인 것이다. 이법은 총칙에서 물순환형 사회를 형성 하고 나아가 건전한 물순환을 회복시켜 국민의 삶의 질을 향상시키기 위해 제정되었음을 밝히고 있으며, 또한 물순환을 ‘물이 증발, 강하, 유하 또는 침투에 의해 해역 등에 이르는 과정으로, 지표수 또는 지하 수로서 하천의 유역을 중심으로 순환하는 것’이라고 정의함으로써 이 법이 미치는 범위가 물순환계 전체 에 걸친다는 것을 명확히 하였다 (김경민과 김진수, 2014). 우리나라의 물환경보전법에서 규정하는 ‘물 순환’은 비점오염원관리 종합대책의 일부로서, ‘중장 기 물순환 목표를 불투수면적과 이로부터 정의되는 물순환율로 정한다’고만 되어 있어 물순환체계 전반 을 관리하기에는 매우 미흡하다고 볼 수 밖에 없다.
일본의 ‘물순환기본법’과 비교해보면 ‘물순환’에 대한 인식과 정책의 차이를 이해할 수 있다. 이는 우리나 라의 물순환관리가 다부처의 참여와 협력을 통해 통 합적으로 이루어지지 못하고 있다는 것을 단적으로 설명하는 부분이다. 해외 도시물순환정책 사례를 간
단히 소개한다.
2-1 Water-sensitive urban design (WSUD) WSUD정책은 1990년대초 호주의 연방정부에서 시작되어 1994년에 서호주에서 최초로 지침서가 발 간되어 확산되기 시작하였다. 1999년 빅토리아주에 서 BMP(Best Management Practice)가 발표되었 으며, 2004년 6월 연방정부와 주정부, 지역정부에 서 국가물관리계획에 WSUD를 포함키로 서명하였 다. 강수량이 부족한 기후특성상 호주에서는 WSUD 를 통하여 홍수를 자원화한다는 발상의 전환이 가능 하였고, 이를 현실화하려는 범정부적 노력을 통하여 이루어진 제도라 할 수 있다. WSUD에서 사용되는 기법으로 다음과 같은 것들이 있다.
도로 및 시가지 계획 (Road layout and streetscape)
•식생저류시스템 (Bioretention systems)
•식생저류습지 (Bioretention swales)
•식생저류유역 (Bioretention basins)
•침투도랑 (Infiltration trenches and systems)
•모래여과지 (Sand Filters)
•다공성 포장 (Porous paving)
공공개방공간 (Public open space)
•퇴사유역 (Sedimentation basins)
•인공습지 (Constructed wetlands)
•완충습지 (Swales and buffer strips)
•인공호수 (Ponds and lakes)
재이용수 (Water re-use)
•빗물탱크 (Rainwater tanks)
•지하저류지 (Aquifer storage and recovery (ASR))
2-2 Low-Impact Development (LID)
저영향 개발(Low-impact development, LID)은 강우유출 발생지에서부터 침투, 저류를 통해 도시 화에 따른 수생태계를 최소화하여 개발 이전의 상태
에 최대한 가깝게 만들기 위한 토지이용 계획 및 도 시 개발 기법을 말한다. 1990년대 후반에 미국에서 전형적인 친환경 우수관리 실천수단인 BMP's(Best Management Practices)를 기반으로 저영향 개발 에 대한 개념을 확립하였으며, 최근 미국의 북서부 를 중심으로 도시계획 차원에서 배수 시스템을 개선 하는 방향으로 LID가 적극적으로 활용되고 있다. 세 부 적용기준은 지역별로, 그 지역의 기후, 지형 등에 따라 달라지지만 공통적으로는 투수면적을 늘려, 유 출수의 침투를 보다 많이 하여 홍수 및 정화기능을 강화하고, 친환경적인 배수환경을 조성하여 건강한 물순환체계를 구축하는 것을 목표로 한다.
LID 기술의 원리
• 부지 선정 단계에서 부터의 통합 강우유출수 관리 계획 수립
• 종합적인 관점에서의 수문순환 기능 확보
• ‘저감’보다는 ‘방지’의 개념
• 간편하고 비구조적이고 단순하며, 저렴한 비용
• 자연상태와 유사한 유역의 관리
• 유역내 소규모 기술의 적용을 통한 분산식 관리
• 자연상태의 물순환 기능을 유지
• 다양한 형태의 토지 이용을 가능하게 함 요소 기술의 종류
• 우수저류공원(Rain Garden)
• 생태저류지(Bio-retention)
• 지붕층 저류공원(Rooftop Gardens)
• 가로수 저류(Tree box Filter)
• 식생수로(Vegetated Swales)
• 빗물저장탱크(Rain Barrels and cisterns)
• 투수성 포장(Permeable Pavers)
2-3 Sustainable Drainage System (SuDS) 지속 가능한 배수 시스템(SuDS: Sustainable Drainage System)은 자연상태의 빗물 침투 및 저 류를 모방하여 홍수 위험을 줄이고 오염물질을 저감 시키며 도시환경을 개선하는 빗물배수 개념이다. 이 시스템은 홍수와 환경오염으로 지하수가 쉽게 오염 되는 재래식 배수 시스템에 대응하기 위한 것이다.
SuDS는 지하수의 질을 보호하고 향상시키는데 도 움을 줄 수 있다. SuDS 기술의 패러다임은 인간과 그림 1. WSUD의 물순환개념도 (Hoban & Wong, 2006)
환경을 중점으로 적용하되 에너지 사용이 적고, 사 용복원력이 뛰어나며, 도시주변환경을 해치지 않아 야한다. SuDS 기술 적용시 하수구에 유입되는 유량 이 용량을 초과하여 흐를 때, 홍수가 발생 할 수 있
다. 이는 한 지역에만 기술을 적용하지 않고, 모든 지역에 SuDS기술을 통합하여 적용하면 도시 하수 구의 범람은 문제가 되지 않는다.
그림 2. 저영향개발(LID)의 기술의 종류 (Tata & Howard, https://tataandhoward.
com/our-services/stormwater/low-impact-development-lid/)
SuDS의 사용기술
•오염을 야기하는 근원을 제어
•투수성 콘크리트와 같은 투수성 포장
•호우시 빗물 수용
•호우시 빗물 침투
•친환경 지붕에서의 증발
2-4 Sponge City (SPC)
지난 수십 년 동안 급격한 도시화가 진행되는 동 안 중국에서 도시 홍수 침수 및 물 부족 문제 상황 을 완화하기 위해 2014년에 SPC(Sponge City)라는 그림 3. 홍수관리를 위한 저영향개발(LID) 개념도 (Flathead Watershed Sourcebook; http://www.flatheadwatershed.org/
influences/roads_landscaping.shtml)
그림 4. 지속가능한 배수시스템(SuDS)의 개념도 (Hidrologia Sosteible: http://hidrologiasostenible.com/sustainable-urban- drainage-systems-suds/)
도시 물 관리 프로그램을 시작하였다. 중국 정부는 2015년 3월 SPC의 시범 도시로 16개 도시를 선정했 고 향후 3년간 SPC 개발을 위한 보조금 및 재정 지 원을 제공할 예정이다. Sponge City (SPC)는 오염 된 유거수를 줄이기 위해 생태학적이고 친화적인 방 법으로 강우량을 흡수 및 사용하도록 고안된 도시로 서 저탄소 개발의 개념과 관행뿐만 아니라 다양한 종합 도시 물 관리 전략을 구현한다. SPC 개발은 수 자원 확보, 수자원 환경 보호 및 수자원 복원을 촉진 한다. Sponge City가 해결하고자하는 이슈와 이점 그리고 관련된 기술은 다음과 같다.
해결하고자 하는 이슈
(issues the Sponge City wants to solve)
• 도시 및 도시 주변 지역에서의 이용할 수 있는 물 의 양
• 강이나 바다로 배출되는 오염된 물
• 거대화로 인한 도시 생태계와 녹지의 파괴
• 도시 홍수의 빈도외 빈도 증가
이점 (benefits of a Sponge City)
• 도시를 위한 더 깨끗한 물(More clean water for the city)
• 깨끗한 지하수(Cleaner groundwater)
• 홍수 위험 감소(Reduction in flood risk )
• 배수 시스템에 대한 부담 감소(Lower burdens on drainage systems)
• 환경 친화적이고 즐거운 도시공간(Greener, enjoyable urban spaces)
• 풍부한 생물 다양성(Enriched biodiversity)
관련 기술 (Associated techniques)
• 침투성 도로(permeable roads)
• 옥상정원(rooftop gardens)
• 비 정원(rain gardens)
• 도시 홍수의 빈도외 빈도 증가
그림 5. Sponge City의 개요도(Chan et al., 2018)
2-5 Green Infrastructure (GI)
Green Infrastructure(GI)는 많은 지역 사회 이 익을 제공하는 습기가 많은 날씨 영향을 관리하 는 비용 효율적이고 탄력적인 접근 방식이다. 단 일 용도 회색 빗물 인프라(single-purpose gray stormwater infrastructure)는 도시 빗물을 건설 된 환경으로부터 멀리 이동 시키도록 설계된 반면, Green Infrastructure(GI)는 환경, 사회 및 경제적 이점을 제공하면서 빗물을 줄이고 처리할 수 있다. 또 한 물의 양과 질을 관리 할 수 있는 지속 가능한 배수 시스템의 구성 요소일 뿐만 아니라 생물 다양성 및 적 응성을 향상할 수 있다. Green Infrastructure(GI)의 주요 구성 요소는 다음과 같다.
주요 구성 요소
(The main components of this approach)
•빗물관리(stormwater management)
•기후적응(climate adaptation)
•열 스트레스 감소(less heat stress)
•생물다양성(more biodiversity)
•식량 생산(food production)
•공기품질(better air quality)
• 지속가능한 에너지 생산(sustainable energy production)
• 깨끗한 물과 건강한 토양(clean water and healthy soils)
•삶의 질 향상(increased quality of life) 3. 국내 도시물순환 정책
국내의 도시물순환정책은 환경부의 비점오염원 관리정책에 포함되어 추진되고 있다. 2012년 5월에 관계부처합동으로 발표된 제2차 비점오염원 종합 대책은 『물환경관리 기본계획(’06~’15)』의 수질개선 목표달성을 위한 비점오염원관리 대책분야의 구체 적인 추진대책과 『4대강 비점오염원관리 종합대책 (’04.3, 부처합동)』의 보완 및 ‘12~’20년 사이의 세 부 추진계획을 담고 있다.
종합대책 보고서에 따르면 4대강 비점오염원 29~48%정도가 도시지역에서 발생하고 있으나, 토 그림 6. Sponge City의 개요도(Nguyen et al., 2018)
그림 7. Green Infrastructure의 개요도(European Commission, 2013)
지이용의 고밀도화와 불투수면적 증가 등으로 인하 여 비점오염원관리에 애로가 있다고 기술하고 있다.
6개부문별 대책을 제시하고 있는데, 도시부문의 경 우 저영향 개발(LID)기법 적용 확대, 비점오염저감 형 그린빗물인프라(Green Storm Infra) 구축, 하수 저류시설설치 확대를 통한 초기우수 처리강화 등을 주요대책으로 설정하고, 8개의 추진과제를 포함하 고 있다. 2차 비점오염원종합대책 이전에 산발적으 로 진행되던 도시물순환 촉진사업은 이후 체계적으 로 진행된다 <표1> ‘14년 2월에 수질 및 수생태계 보
전에 관한 법률 시행규칙을 개정하여 비점오염원 설 치신고자는 저영향개발방안을 포함하여 비점오염원 저감계획서 및 비점오염저감시설 설치계획 등 신고 서류를 제출토록 하였고, ’15년 5월부터 환경영향평 가서 협의시 도로(보행자도로 포함), 광장, 공원, 주 차장 등 공공시설에 대해 저영향기법을 적용토록 규 정하고 있다. ‘14년부터 청주와 전주에 빗물유출제 로화단지 시범조성 및 개선효과 모니터링사업을 추 진하고 있으며, 또한 유동인구가 많은 관공서, 공원 등에 저영향개발 기법을 적용하여 지자체 및 일반인
인식을 제고하도록 그린빗물인프라 조성 국고보조 사업을 시행하고 있다. ’15년부터 ‘20년까지 행정중 심복합도시(세종시) 저영향개발기법 적용을 위하여 행복도시 6생활권(689만㎡) 조성시 저영향개발기법 적용을 위한 설계가이드라인을 마련하고, 지구단위 계획수립시 반영토록 하고 있다.
비점오염원관리 종합대책은 물환경보전법의 개정 안이 올해(2018) 9월 통과되면서 제53조 5항에 수
록되어 있는데, 대통령령으로 정하는 바에따라 중장 기 물순환목표를 포함하여 5년마다 수립하여야 하 며, 환경부장관은 시․도지사가 제출한 점검자료를 종합하여 대통령령으로 정한바에 따라 매년 물순환 관리 이행평가를 실시하도록 규정하고 있다. 또한 중장기 물순환목표를 시․도별, 소권역별 불투수면 적률과 물순환율로 설정하고 이에 대한 산정방법을 환경부령으로 지정하도록 되어 있다. 앞서 열거했듯 표 1. 국내 도시물순환 촉진정책
정부정책 기관 세부내용
에너지절약형 신도시 조성방안 (2010)
국토교통부 주택토지실
신도시 개발 시 물, 환경 및 에너지 분야의 기후변화 대응 조성 방안을 설정, 도시 내 우수저감
LID 등의 정책적 개념 도입
친수구역활용에 관한 특별법 제정 (2010)
국토교통부 친수사업과
- 국가하천별 친수구역의 체계적 개발 목적
- 친수구역 조성에 따른 우수저감 및 친환경적인 조성의 기술적 방안 제시
친수구역 조성지침 (2010) 국토교통부 친수사업과
- 친수법을 구체호하고 시행하기 위한 세부적인 사항 규정 - LID 기법 적용 관련 내용을 구체적으로 제시
건전한 물순환과 수해방지를 위한 법률 (2012)
국토교통부 수자원정책과
도시 및 국토의 건전한 물순환을 구축하고, 이를 통한 수행방지 기술 개발 규정
물환경관리 기본계획 환경부
물환경정책과
물환경 관리 여건 변화에 따른 계획 수정
LID 기법과 총량관리제와 비점오염정책과 연계 강화 제2차 비점오염관리 종합대책
(2012)
정부합동(국무총리실, 환경부, 국토교통부 등)
건강한 수질확보를 위한 비점오염 관리 필요성 비점오염 저감을 위한 LID기법 적용 및 사업 추진 고려
수질 및 수생태계 보전에 관한 법률
시행규칙을 개정 (2014.2.) 환경부
비점오염원 설치신고자는저영향개발방안을 포함하여 비점오염원저감계획서 및 비점오염저감시설 설치계획 등 신고서류를 제출
환경영향평가제도 개선 (2015.5.~) 환경부 환경영향평가서 협의시 도로(보행자도로 포함), 광장, 공원, 주차장 등 공공시설에 대해 저영향기법을 적용토록 규정 빗물유출제로화단지 시범조성 및
개선효과 모니터링사업(2014~) 환경부 -청주(2014) -전주(2015) 그린빗물인프라 조성
국고보조사업을 시행 환경부 유동인구가 많은 관공서, 공원 등에 저영향개발 기법을 적용하여 지자체 및 일반인 인식을 제고
행정중심복합도시(세종시)
저영향개발기법 적용 (‘15~’20) 국토부 행복도시 6생활권(689만㎡) 조성시저영향개발기법 적용을 위한 설계가이드라인을 마련하고, 지구단위계획수립시 반영
그림 8. 도시물순환 관리제도 도입을 위한 기관별 역할 이 현재 도시물순환관련한 많은 대책과 사업들이 시
행중에 있는데 이러한 사업의 평가기준이 될 수 잇 는 물순환목표를 불투수면적률과 물순환률로 설정 하였으므로 이에 대한 적절한 가이드라인의 수립은 시급하고 중요한 과제이다. 현재 물환경보전법 시 행규칙에서는 불투수면적률 및 물순환률의 구체적 인 산정방법은 산정에 필요한 자료의 갱신주기에 따 른 행정적 용이성과 오염총량관리제도와의 합치성 을 고려하여 환경부장관이 정하여 고시하는 바에 따 른다고 되어 있다. 물환경보전법에서 정한 도시물 순환관리를 위해서는 환경부, 시․도 지자체, 국립환 경과학원 및 한국환경공단 등 많은 기관과 지역정부 의 협조와 역할이 필요하다 <그림 8>. 환경부는 물 순환건강성 평가방법 및 도시별 물순환목표를 제시 하고, 지자체는 물순환 목표 및 물순환 개선조례 마 련, LID 적용 시범사업을 운영하며, 공통적으로 환 경부, 공단, 지자체 및 관계전문가로 구성된 협의체
(도시물순환 포럼)를 구성하여 운영하고 있다.
환경부에서는 현재의 자치법규에 대한 물순환 회 복에 따른 목표량 및 저영향개발 영향분석, 도시별 물순환 상태 평가 후 빗물관리 목표 설정 및 저영향 개발 적용과 확대 방안 마련, 지자체별 지역적, 공간 적 특성을 반영하여 물순환 회복에 따른 목표량 달성 을 위하여 서울시 및 국외사례를 종합하고, 환경부, 국토부, 국민안전처 등의 여러 법률을 고려하여 표준 조례를 작성하였다. 주요 내용으로는 1. 수질개선과 수생태계 분야의 물환경 종합관리계획 수립, 2. 지역 별 특성에 맞는 토지이용 및 공간을 고려한 저영향 개발 계획 수립, 3. 오염물질 배출부하량 관리를 위 한 수질오염총량관리계획 수립, 4. 빗물이용․중수도 시설의 유휴화 방지 및 관리를 위한 지자체별 물재이 용관리계획 수립, 5. 인센티브 제도 활용방안 고려, 6.환경부, 국토부, 국가 안전처를 비롯한 타사업과의 세부수립 기준 일치 등이 있다 <표 2>.
4. 물순환 선도도시 지정 및 운영
환경부는 2차 비점오염원관리대책의 일환으로 2016년 6월부터 광주광역시, 대전광역시, 울산광역 시, 경북 안동시, 경남 김해시 등 총 5개 도시를 ‘물 순환 선도도시’로 선정하여 운영하고 있다. 이를 위 해 2016년 2월부터 4월까지 인구 10만명 이상의 대 도시 74곳을 대상으로 물순환 선도도시를 공모했으 며, 총 9개의 도시가 지원하여 최종 5개도시가 선정 되었다. ‘물순환 선도도시’로 선정된 5개 도시는 환 경부의 국비와 한국환경공단의 기술검토를 지원받아 2017년부터 4년간 총 1,231억원의 규모로 물순환 개 선 시범사업을 추진하고 있다. 물순환도시에는 투수 성포장, 침투통, 옥상녹화, 침투도랑, 식생수로, 식 생저류지, 식물재배화분, 빗물정원, 나무여과상자 등 의 LID기법이 적용되고 있다 <그림 9>. 광주, 김해, 울산 등의 물순환선도도시들은 도시별로 물순환 개 선목표와 실행계획을 담은 기본계획 수립과 조례제 정 등을 거쳐 전문가와 지역주민들이 참여하는 포럼 을 개최하여 의견수렴을 갖고, 2020년까지 물순환 취약지역에 대한 시범사업을 추진하고 있다 <표 3>.
한편 국내의 물순환정책을 우려하는 의견도 있 다. 환경부나 서울시 등에서 물순환선도도시나 물순 환안전국등의 조직체계를 갖추고 왜곡된 물순환체 계를 회복시키위한 목표로서 ‘2050년까지 개발전의 상태로 원상복귀시키는 것’을 추진하고 있는데, 이 에 대한 시행방안으로 ‘구청별, 건물별로 빗물관리 량을 정해서, 새로 짓는 시설은 그에 맞춰 물순환시
설을 만들어야 한다’는 것을 조례로 정하고 있다. 우 선 기존시설에 대한 대책이 포함되어 있지 않기때문 에 신규건물에만 적용해서는 목표달성이 어려울 수 있다. LID시설을 도시홍수방지를 위한 시설로 규정 하고 있음에도 불구하고 정량적인 홍수량배분이 불 가능할 정도로 홍수조절효과에 대한 평가체계가 부 재하다. 홍수량배분은 홍수편익산정과 경제성분석 에 반드시 필요한 요소로서, 이에 대한 평가기준수 립이 이루어지기까지는 지속가능한 도시홍수방지 대안으로서 수용되기 어려울 수도 있다. 현재로서는 도시침수방지대안이라기보다는 조경사업으로서 다 루어질 수 밖에 없는 이유다. 여러 LID기법 각각에 대한 뚜렷한 설계기준이 부재한 것도 문제지만 동시 에 유지관리에 대한 기준이 없기때문에 이를 위한 예산배분도 쉽지않을 것으로 예상된다.
5. 도시물순환 평가기준 및 문제점
개정된 물환경보전법에 의하면 중장기물순환 목 표를 불투수면적률과 물순환율로 정하고, 이에 대한 구체적인 산정방법은 환경부령에서 제시한다고 되 어 있다. 적절한 물순환 목표는 각종 물순환정책 및 물순환선도도시 등 사업의 평가기준이 될 수 있으므 로 지속가능한 정책과 사업추진을 위해서 중요하다.
불투수면적률은 유역면적 중 도로, 주차장 등 유 역내 불투수면적률이다. 현장조사, 토지이용도, 도 로밀도, 인구활용 등의 방법이 있으나, 환경부의 불 투수면적률 산정방법에 의하면 연속수치지도, 연속 표 2. 환경부 도시물순환 개선을 위한 조례(안) 주요내용
이슈사항 관련내용
기본개념 및 원칙 - 물순환 및 물순환 분담량에 대해 용어 정의 물순환 회복 사전 협의제도 - 개발사업 추진시 지자체장과 사전협의
- 비점설치 신고 및 빗물이용시설 대상사업이 해당
강우유출 부담금 - 강우유출로 인한 공공하수도 비용 부과
물순환 회복에 대한 보조금 제도 - 자발적 적용시 지자체장이 지원
기타 - 물순환회복 지구단위계획 수립 및 시민위원회 설치 제시
그림 9. 물순환 선도도시 개념도 표 3. 물순환선도도시 시범사업 개요
구분 시범사업개요
광주
•치평동 상무지구 - 공공기관, 공원, 상업지구 등 밀집
•총 295억원
•배수구역 2.2㎢ (3∼4㎢으로확대 예정)
•옥상녹화, 침투통 및 침투관, 생태주차장, 식생수로 등 적용
대전
•서구 둔산동, 월평동 - 관공서, 학교, 공원 및 주거지역이 밀집
•총 280억
•배수구역 2.8㎢ (3∼4㎢으로확대 예정)
•투수성포장, 식생체류지, 옥상녹화, 식생수로 등 적용
울산
•삼호동 일대 - 고밀도 노후 주거지역, 태화강 철새 서식지 인근
•총 96억원
•배수구역 5.7㎢
•철새 공원조성과 연계하여 우수저류시설, 식생수로, 투수성포장 등 적용
안동
•안동시 중심 시가화 지역 - 문화의거리, 탈춤공원 등
•총 410억원
•배수구역 9.3㎢
•탈춤공원에 침투저류조 설치하고, 물순환 거리에 실개천을 조성하여 물순환 유지용수 공급 - 주변 불투수면 및 건물에 투수포장, 레인가든, 식생여과대 등 설치
김해
•동상·회현·부원 도시재생 사업지구(상업지구)
•총 150억원
•배수구역 2.1㎢(3∼4㎢으로확대 예정)
•도시재생사업 추진 시 침투형시설, 식생형 시설, 생태주차장 등을 적용
지적도, 용도지역․지구도를 중첩하여 산정할 수 있 다. 기본적으로 공장, 학교, 도로, 주차장, 주유소, 창고 용지 등을 불투수면으로 분류하고 있다. ‘대지’
와 ‘체육용지’는 기본적으로 불투수로 분류하지만 용 도지역과 지구도를 이용한 세분류중, ‘대지’ 27개 항 목으로부터 녹지, 보전녹지, 생산녹지, 자연녹지, 도시지역내 미지정지구 등, ‘체육용지’ 11개 항목으 로부터 골프장, 스키장 등은 투수로 분류한다. 문제 는 불투수로 분류한 항목들이 주차장, 도로 등 완전 불투수인 항목들도 있지만 많은 경우에는 부분적으 로 투수성이 있는 경우가 있는데, 그 경우 불투수면 적률과 물순환률에서 이를 어떻게 고려할지에 대한 기준이 명확하지 않다.
물순환률은 전체 강우량대비 빗물이 침투, 저류 및 증발산되는 비율, 즉 ‘1.0 - 직접유출율’로 정의 한다. 직접유출율이란 관리강우중 침투, 증발산 등 손실을 제외하고, 지표면을 통하여 유출이 발생하는 비율이다. 지침상 직접유출량 산정은 유출곡선지수 (CN; Curve Number)를 이용하는 NRCS (Natural Resources Conservation Service) 유효강우법으로 이루어지기때문에 이 방법에 대한 기본적 이해가 필 요하다.
NRCS 유효강우법에서의 강우-유출관계는 <그림 10>과 같은 개념으로 설명된다. 최초 강우가 발생하 는 시점으로부터 일정시간까지는 전량 초기차단(Ia) 되고 유출이 발생하지 않는다. 유출이 발생하는 시점 부터는 (1)식의 관계를 따라 직접유출이 발생한다.
(1)
여기서 P:총강우량, Pe:유효강우량, Q:직접유출 량, S:최대잠재보유수량, Ia:초기차단
(1)식으로부터 직접유출량 (혹은 유효강우량)은 다 음 (2)식과 같이 산정된다.
(2)
(1)식은 강우-유출과정을 설명하는 NRCS의 가 설이며, 그림 10의 유출곡선을 표현하는 식이 된다.
유출과정을 설명하기위해 NRCS는 유역의 최대잠재 보유수량(S)이라는 매개변수를 도입하고 있으며, 유 역의 저류지체효과가 S를 통하여 반영되고 있다. 만 일 P가 S보다 매우 크다면 Q는 P에 수렴하게 된다.
그림 10. 유출지수법(CN)에 의한 총강우(P)와 직접유출량 (Q or Pe)관계곡선 (SCS, 1964)
반대로 불투수면과 같이 S가 매우 작아서 0에 가 까워진다면 Q=P-Ia의 직선을 따르게 된다. <그림 10>에 대한 이해가 부재한채 식(1)을 단순한 대수방 정식으로 해석한다면 NRCS의 유효강우법을 제대로 적용할 수 없다. S=0일때 식(1)의 좌변은 수학적으 로 무한대가 된다. S는 유역의 최대잠재보유수량이 라고 정의하고 있지만 일종의 매개변수이고 물리적 으로 계측할 수 없는 량이므로 올바로 적용하지 못 하는 사례가 많다. S는 토양의 종류와 토지이용, 토 지피복등으로부터 정해지는 값이다. 이를 0~100사 이의 값으로 표준화시킨 환산계수가 유출곡선지수 (CN)이다. 문제는 실제 유역에서 저류가능한 잠재 량은 토양의 심도, 지하대수층의 깊이 등에 따라 가 변적일 수 있지만 NRCS법에서는 그것을 고려하지 않고, 토양의 종류와 토지용도만으로 CN값을 결정 한다. 강우 또한 동일한 총량이라도 지속시간에 따 라 직접유출량이 달라질 수 있지만 NRCS법에서는 강우의 발생총량만으로 유효강우를 산정한다. 이와 같은 기법상의 한계는 분명 직접유출량 산정의 정확 도에 한계를 가져오는 부분이지만 적용의 편리성과 또한 강우량이 매우 큰 경우에는 결국 Q가 P에 수렴
함으로서 최대잠재수량으로 인하여 발생할 수 있는 오차를 상쇄시켜가기때문에 현업에서 꾸준히 활용 되고 있는 것이다. 이와 같은 부분이 있기때문에 작 은 P값에서는 NRCS 유효강우법의 적용에 신중해질 필요가 있다.
NRCS의 유효강우 산정식에서는 유출지수 (CN;
Curve number)를 유역의 잠재보유수량으로 환산 하고 이로부터 유효강우를 산정한다. 즉 토양과 토 지이용 및 토지피복정보로부터 찾은 CN값이 직접 유출율 혹은 물순환율을 결정하는 매개변수가 된 다. NRCS에서는 도시지역의 다양한 토지용도에 해 당하는 CN값을 제시하고 있다 <그림 12>. 여기에 서 보듯이 주차장, 도로, 학교, 공장 등의 토지용도 는 불투수면으로 지정되어 있지만 완전 불투수면과 는 다른 CN값을 갖는다. 완전불투수면조차도 CN이 100이 아닌 98로 설정되어 있다. 실제 아스팔트나 콘크리트 포장재료가 완벽한 방수재료가 아니므로 98 CN값의 설정은 합리적인 값이라 볼 수 있다. 문 제는 국내의 물순환율 산정에서는 토지이용상 불투 수면에 해당하는 토지용도에 대해서는 모두 일괄적 으로 98 CN값을 설정한다는 것이다. 이 경우 실제 그림 11. 유출곡선지수별 직접유출(Q) 산정곡선 (USDA, 1986)
보다 유출율이 크게 나오고, 물순환율은 작게 나올 수 밖에 없다.
또하나의 문제는 관리강우를 25.4mm(1in)로 설 정한 것이다. 관리강우에 대한 국제기준은 존재하 지 않는다. 그러나, 관리강우를 얼마로 설정하는지 는 직접유출율과 물순환율에 매우 큰 영향을 미친다
<그림 13, 14>. 예를들어 1in 관리강우의 경우 CN
#98에 대하여 20.9%의 물순환율을 보인다. 불투수 지역에서 조차 상당한 지표면 침투량이 발생하는 것 으로 산정된다는 의미이다. 만일 2in 강우라면 물순 환율은 11.3%로 떨어지며, 5in강우는 4.7%, 10in강 우는 2.4%에 불과하다. 10in강우의 2.4%는 상대적 그림 12. 도시지역의 NRCS 유출지수 (USDA, 1986)
으로 타당한 수준인반면, 1in 강우의 20.9%는 지나 치게 큰 값으로 볼 수 있다. 반면 1in강우 CN #70의 경우 99.5%의 물순환율을 보인다. 즉 상대적으로 투수성이 큰 지면에서는 거의 대부분 침투되어 지표 면 유출이 발생하지 않는다는 것을 의미한다. 2in강 우라면 물순환율이 88.0%, 5in강우는 59.3%, 10in 강우는 37.8%의 물순환율을 보인다. 이 경우에도 1in강우의 물순환율 99.5%는 지나치게 과다한 값으
로 판단된다. 다시말해 1in 관리강우는 도시침수를 일으킬 수 있을 정도에 못미치는 규모이고, 불투수 면과 투수면에서 지나치게 비현실적인 물순환율을 보이므로 물순환율을 현실적으로 평가하기에는 타 당하지 않은 강우이다.
관리강우의 기준으로 1in를 설절한데에는 LID공 법들이 매우 큰 호우사상에 대한 침수방어대안이 아 닌 소규모 강우에 대한 물순환촉진공법이라는데 이 그림 13. 관리강우의 변화에 따른 직접유출율 변화
그림 14. 관리강우의 변화에 따른 물순환율 변화
유가 있다. 하지만 관리강우는 어디까지나 가상의 강우이므로 물순환율에 대한 실제효과의 스케일과 평가의 스케일이 반드시 일치할 필요는 없다. 종합 적으로 볼 때 토지피복상태를 구분하지 않고 불투수 면의 CN을 일괄 98로 설정한 부분과 관리강우 기준 을 25.4mm(1in)로 설정한 부분은 향후 개선의 여지 가 있다고 보여지며, 면밀히 검토해야 한다.
6. 도시물순환 시스템 개선방향
해외의 도시물순환시스템 구축을 위한 공법사례 는 매우 다양한 반면, 이들이 물순환개선이나 비점 오염감소 측면에서의 효과가 서로 다르기때문에 프 로젝트의 목적에 부합하는 공법을 적절히 선택하여 야 한다. LID공법별 효과에 대한 정성적 분석이 <표 4>에 정리되어 있다.
표 4. LID공법별 물순환 및 비점오염관리 효과 (Slaney, 2016)
BMP (우수관리사례) 총유출감소 오염물질제거
(여과)
총부하량 감소(유출감소)
첨두홍수량 감소 식생여과대 (Sheet flow to vegetated
filter strips) ○ × 부분적 부분적
단순차단 (Simple disconnection) ○ × 부분적 부분적
단순차단과 대안조치 (Simple disconnection
with compensatory
practices)
미세여과
(Micro-infiltration) ○ ○ ○ 부분적 or 완전
우수정원 (Residential Rain
Garden)
○ ○ ○ 부분적 or 완전
우수저류 (Rainwater harvesting)
○ ○ ○ 부분적
도시 생물저류지
(Urban bioretention) ○ ○ ○ 부분적
생물저류지 (Bioretention) ○ ○ ○ 부분적 or 완전
투수성 포장
(permeable pavement) ○ ○ ○ 부분적 or 완전
초원습지 (Grass swales) ○ ○ ○ 부분적
투수대 (Infiltration) ○ ○ ○ 부분적 or 완전
빗물저류 (Rainwater harvesting) ○ × 부분적 부분적
식생지붕 (Vegetative roofs) ○ × 부분적 부분적
여과 (Filtration) × ○ 부분적 ×
저류습지 (Stormwater wetlands) × ○ 부분적 부분적
표 5. 토지용도에 따른 BMP선택 (Slaney, 2016)
BMP 농촌지구
(Rural)
거주지구 (Residential)
도로시설 (Roads and
highways)
상업지구 (Commercial)
공업지구 (Industrial) 식생여과대 (Sheet flow to
vegetated filter strips) 권장 권장 권장 권장 제한적
단순차단 (Simple
disconnection) 권장 권장 비권장 제한적 비권장
단순차단과 대안조치
(Simple disconnection with compensatory practices)
제한적 제한적 비권장 제한적 비권장
생물저류지 (Bioretention) 권장 권장 권장 권장 비권장
투수성 포장
(permeable pavement) 제한적 제한적 제한적 권장 비권장
초원습지 (Grass swales) 권장 권장 권장 제한적 제한적
투수대 (Infiltration) 권장 권장 권장 권장 비권장
재생배수체계 (Regenerative stormwater
conveyance system)
제한적 권장 권장 권장 권장
빗물저류 (Rainwater
harvesting) 권장 권장 na 권장 권장
식생지붕 (Vegetative roofs) 비권장 비권장 na 권장 권장
여과 (Filtration) 제한적 제한적 권장 권장 권장
저류습지 (Stormwater
wetlands) 권장 권장 권장 권장 권장
BMP의 효과는 토지용도에 따라 다르게 나타난 다. 농촌지역, 주거지역, 도로, 상업지역, 공업지역 에서의 BMP별 적정성여부에 대하여 <표 5>에 정리 하였다. 일반적으로 농촌지역에서는 초지의 면적이 지배적이고, 불투수면적이 상대적으로 작지만 넓게 분포하는 경향을 보인다. BMP의 유지관리노력이 작고 비용이 저렴하다는 장점이 있다. 거주지역에서 는 BMP 수요가 높지만 공간의 제약이 있고, 관리에
소흘할 경우 안전과 해충등이 문제가 될 수 있다. 일 반적으로 유지관리비용이 크게 소요된다. 도로는 초 기강우부하량으로 인하 오염물질의 유출이 가장 문 제가 될 수 있다. 초기우수처리시설이 필요하며 교 통안전, 홍수유출량의 원활한 배수, 가용한 공간의 확보여부가 고려되어야 한다. 상업지구의 토지용도 는 매우 가변적이다. 집중형 관리체계가 효과적일 수 있다. 공업지구 역시 상업지구와 같이 가변성이
크다. 공업지수내 시설들은 대부분 호우에 직접 노 출되어 있지 않으므로 업무용 건물과 같은 기준으로 관리한다.
이밖에도 대상지의 토양그룹, 토양심도, 지하수 위, 지표면경사, 집수면적, 대상지의 면적에 따른 기
준들을 면밀히 파악한후 설계기준에 따라 조성되어 야 목적한 성과를 달성할 수 있다. 국내에는 아직 이 러한 기준들이 미비한 실정이므로 향후 해외의 기준 을 참고하여 우리나라 여건에 맞는 기준마련이 시급 하다.
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참고문헌
