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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 대구광역도시권을 대상으로 도시성장에 따른 토지이용과 경관구조의 변화패턴을 분석하여 향후 더욱 광역화되어지는 도시의 개발이 주위의 환경구조에 미치는 영향과 상호관계성을 평가하고, 경관생태학적 원리를 고려한 광역도시계획수립을 위한 기초자료 및 방법론을 제공하고자 한다.
- 본 연구는 대구광역도시권의 지속가능한 광역도시계획 수립을 위한 기초정보를 제공하고자 환경부에서 발행한 토지피복지도와 경관지수를 이용하여 토지피복 및 경관구조의 시·공간적 변화정도와 그 패턴을 분석하였으며, 결과를 요약하면 다음과 같다.
제안 방법
- ArcGIS 9.0(ESRI사)을 이용하여 환경부의 7개 분류기준 중 수역과 습지를 합친 6개 항목으로 재분류된 시기별 토지피복분류도(공간해상도: 30m × 30m)를 생성하였다. 이와 같은 일련의 과정으로 생성된 시기별 주제도를 후분류 비교 변화탐지법을 사용하여, 각 분류군 별로 80년대에는 0, 6, 12, 18, 24, 30을, 90년대에는 0, 1, 2, 3, 4, 5의 고유값을 적용하였다(Jensen 등, 1993).
- 경관지수들의 분석을 통하여 패치면적과 분포의 변화를 살펴보고, 패치간의 연결성 분석을 통하여 경관을 구성하는 각 요소들의 형태와 구조의 변화를 살펴보았다.
- 다음으로 대구광역도시권에서 면적점유율과 시계열적 변화율이 상대적으로 높아 중요한 경관요소로 존재하는 도시지역, 농경지 및 산림의 경관구조와 변화패턴을 경관지수를 이용하여 분석하였다. 경관지수는 일정 공간 규모 내에서 경관요소들에 대한 구조적 패턴 및 변화양상을 규명하는데 있어 수치화된 값을 사용할 수 있다는 용이성으로 인해 많은 연구에서 활용되고 있다(Tischendorf, 2001).
- 대구광역도시권의 토지피복변화 및 특성의 분석을 위해 환경부에서 제작한 토지피복지도를 활용하였으며, 생성된 시기별 주제도는 그림 5 및 6과 같다. 토지피복의 분류 항목은 자료의 공간해상도(30m × 30m)를 고려하여 도시지역, 농경지, 산림, 초지, 나지, 수역으로 분류하였다.
- 즉 산림의 패치 크기는 감소하고 그 수와 밀도는 증가하고 있어 산림의 파편화가 진행된 것을 알 수 있으나(조용현 2000), 이상의 분석만으로는 구조적 안정성, 기능성 등을 판단하기에 다소 부족한 점이 있다. 따라서 패치의 형태, 배치 등에 관한 분석을 수행하였다.
- 연구대상지의 토지피복 및 경관구조와 그 변화패턴의 분석을 위한 과정은 그림 3과 같으며, 환경부에서 제작한 80년대말과 90년대말의 토지피복지도를 활용하여 주제도를 작성하였다. 생성된 주제도를 통해 시계열적인 토지의 변화 양상을 파악할 수 있을 뿐만 아니라, 다양한 경관요소에 대한 지수산출을 통해 경관에 대한 지표로서 활용하는 것이 가능하다.
- 이와 같은 일련의 과정으로 생성된 시기별 주제도를 후분류 비교 변화탐지법을 사용하여, 각 분류군 별로 80년대에는 0, 6, 12, 18, 24, 30을, 90년대에는 0, 1, 2, 3, 4, 5의 고유값을 적용하였다(Jensen 등, 1993). 이러한 고유값이 적용된 토지피복분류도를 중첩하여 0∼35까지의 값을 가지는 결과물을 생성 후 change detection matrix(그림 4)를 이용하여 변화의 양상을 파악하였다.
- 대구광역도시권의 토지피복변화 및 특성의 분석을 위해 환경부에서 제작한 토지피복지도를 활용하였으며, 생성된 시기별 주제도는 그림 5 및 6과 같다. 토지피복의 분류 항목은 자료의 공간해상도(30m × 30m)를 고려하여 도시지역, 농경지, 산림, 초지, 나지, 수역으로 분류하였다.
- 이러한 도시의 성장에 따라 발생하는 토지피복의 변화는 산림의 파편화를 초래하게 되며, 이는 산림의 공간적 분포, 구조적 변화, 연결성 등에 영향을 미치게 된다. 하지만 이를 양적인 토지피복의 변화 양상만으로는 분석하는데 다소 무리가 따르므로 경관지수를 이용한 분석을 수행하였다.
대상 데이터
- 본 연구의 대상지인 대구광역도시권은 대구광역시를 비롯한 경상북도의 2개 시(경산시, 영천시)와 5개 군(고령군, 군위군, 성주군, 청도군, 칠곡군)을 포함하며, 전체 면적은 4,978㎢이다(대구광역시, 2004). 대구광역도시권은 대구·포항권 광역개발계획의 하위계획 단위 지역(건설 교통부, 1999)으로 대구·포항권 광역개발계획권의 경계는 그림 1, 대구광역도시권의 경계는 그림 2와 같다.
- 대구광역도시권은 경부고속도로, 경부선, 구마고속도로 등이 관통하고 있는 교통의 결절점 기능을 수행하고 있으며, 낙동강과 금호강유역 등의 수역, 팔공산과 비슬산 등의 산림과 농경지, 도시지역 등의 경관요소들이 다양하게 혼재하는 지역이다. 분석을 위한 기본단위는 대구광역시의 8개 구와 7개 시·군의 행정경계(2000년 기준)를 기준으로 하여 전체 15개 지역으로 구분하였다.
데이터처리
- 본 연구에서는 복잡한 계산식으로 구성된 경관지수의 분석을 위해 경관분석용 프로그램 중 FRAGSTATS Ver 3.3을 이용하였으며, 사용된 경관지수(NP, PD, MPS, LPI, LSI, IJI, TCA)에 관한 내용은 표 1과 같다.
성능/효과
- Change detection matrix를 이용한 토지피복 변화탐지의 결과에서는 도시화가 진행된 지역은 약 193㎢로써 개발여건이 상대적으로 양호한 농경지(125.27㎢)에서 산림(43.84㎢)보다 더 많은 개발행위가 이루어진 것으로 나타났으며, 이들 지역의 평균표고 및 경사도는 76m, 4°로 나타났다. 또한, 1994년에 준공된 운문댐 등의 영향으로 약 11㎢의 지역이 수몰된 것으로 분석되었다(표 3).
- LSI는 패치형태의 복잡성을 기준으로 경관의 형태를 정량화한 것으로 그림 9에서 볼 수 있듯이 도시, 농경지, 산림 모두에서 약 75%, 100%, 50%가 증가한 것으로 나타났다. 산림의 경우 그 면적이 감소하였음에도 불구하고 LSI가 증가하고 있는데, 이는 타용도지역의 산림잠식으로 인해 패치의 형태를 불규칙적이고 복잡하게 되었다고 판단할 수 있다.
- 경관을 구성하는 요소들 상호간의 구조적 패턴을 파악하기 위한 경관지수 중 패치의 면적과 분포의 변화를 나타내는 MPS, NP, PD, LPI의 경우, 도시지역과 농경지 모두 증가하였으나, 산림에서는 NP, PD는 증가, MPS, LPI는 감소한 것으로 나타났다. 패치의 형태와 그 공간적 인접성을 나타내는 LSI와 IJI의 분석에서는 도시 지역, 농경지, 산림 모두 증가한 것으로 나타났으나, 핵심지역의 면적을 나타내는 TCA의 분석에서는 도시지역, 농경지, 산림 모두 감소한 것으로 나타났다.
- 패치의 위축 정도를 나타내는 MPS는 전체 패치 면적을 패치의 개수로 나눈 것으로, 전체 패치 면적과 수에 따라 변화한다. 그림 8에서 볼 수 있듯이 MPS는 도시지역, 농경지, 산림에서 약 45%, 80%, 55%가 감소했으며, 100ha당 패치의 수를 나타내는 PD는 144%, 295%, 108%가 증가하였다. 또한 NP는 각각 140%, 300%, 100% 증가한 것으로 나타났다.
- 특정 패치형태간의 공간적 분포에 따른 인접도를 수치화한 IJI(패치의 산포성 및 병열성 지수)의 값이 0인 경우에는 특정한 패치가 인접하고 있는 다른 형태의 패치가 단 한 종류일 경우를 의미하며, 100인 경우는 모든 패치 계급들이 다른 모든 패치 계급과 동등하게 인접해 있음을 의미한다. 다시 말해, IJI가 100에 가까울수록 인접하고 있는 패치의 계급이 다양함을 의미하며, 분석결과 도시와 농경지는 약 6% 정도, 산림은 약 9%가 증가한 것으로 나타났다. 이는 산림패치와 다른 계급간의 인접성이 증대되었으며, 산림 주변의 토지피복 패턴이 다양해진 것으로 해석할 수 있다.
- 다음으로 전체 경관에서 가장 큰 면적을 차지하고 있는 패치의 면적률을 나타내는 LPI의 분석에서 산림의 경우 4.4%가 감소한 것으로 나타났다. 이를 토대로 살펴볼 때 산림이 타 용도로 잠식되어감에 따라 작은 패치들뿐만 아니라 큰 산림 패치도 개발되어 파편화되고 그 면적률이 감소한 것으로 판단할 수 있다.
- 행정구역별 토지피복변화를 분석한 결과는 표 4와 같다. 대구광역시의 중구와 남구를 제외한 모든 지역에서 산림보다는 농경지에서 더 많은 면적이 도시지역으로 변화되었으며, 대부분의 지역에서 산림이 도시지역 보다는 농경지로 더 많이 변화한 것으로 나타났다. 농경지의 경우 달서구 등 9개 지역에서는 도시지역으로의 변화가 산림으로의 변화에 비해 큰 것으로 확인되었으나, 나머지 지역에서는 산림으로의 변화가 큰 것으로 나타났다.
- 대구광역도시권의 토지피복량 변화를 분석한 결과는 표 2와 같다. 도시지역과 농경지는 각각 146.1㎢, 88.2㎢가 증가하였으며, 산림은 261.8㎢가 감소한 것으로 나타났다. 이를 행정구역 별로 살펴본 결과 북구, 달서구 등 대구광역시의 외곽지역의 경우 도시지역은 증가하고 농경지와 산림은 감소하는 양상을 나타낸 반면 영천, 경산시 등 경상북도의 지역은 도시·농경지는 증가하고 산림은 감소하는 변화를 보였다.
- 그림 8에서 볼 수 있듯이 MPS는 도시지역, 농경지, 산림에서 약 45%, 80%, 55%가 감소했으며, 100ha당 패치의 수를 나타내는 PD는 144%, 295%, 108%가 증가하였다. 또한 NP는 각각 140%, 300%, 100% 증가한 것으로 나타났다. 즉 산림의 패치 크기는 감소하고 그 수와 밀도는 증가하고 있어 산림의 파편화가 진행된 것을 알 수 있으나(조용현 2000), 이상의 분석만으로는 구조적 안정성, 기능성 등을 판단하기에 다소 부족한 점이 있다.
- 또한, 도시지역이 타용도로 전용된 지역은 약 47㎢로 대부분이 농경지(16.0㎢), 초지(5.1㎢) 및 산림(4.9㎢)으로 변화되어 자연성을 회복한 것으로 분석되었으나, 농경지 및 나지로 존재하는 지역은 개발여건만 성숙된다면 기존에 도시 지역이었던 여건을 살려 재개발될 가능성이 비교적 높다고 할 수 있다. 따라서 이들 지역들에 대해서는 지속적인 모니터링을 통해 도시지역으로 개발될 경우 발생할 가능성이 있는 환경에 대한 영향들을 고려한 토지이용계획이 수립되어야 할 것으로 판단된다.
- 또한, 산림에 대한 잠식과 외부간섭의 증대는 산림생태계에 영향을 줌으로써 주변지역 폭을 증가시키고 광범위한 생물종의 거주지라 할 수 있는 핵심부의 면적을 감소시켜 그 건전성에 영향을 준 것으로 판단할 수 있었다. 향후 개발에 의한 생태계의 부정적인 영향을 평가하고 그 저감방안의 수립을 위해서는 다중시기를 대상으로 한 토지피복, 지형, 도로 등의 물리적 요소와 더불어 지리통계학적 기법을 활용한 택지개발, 산업단지조성 등의 정책적 요소, 인구, 지가 등의 인문·사회적 요소 등에 관한 연구 또한 필요할 것으로 사료된다.
- 이러한 변화양상을 도식화한 그림 7과 통계자료를 토대로 비교해 보면, 도시지역은 대구광역시 달서구의 성서공단, 경상북도 경산시의 자인·진량공단, 옥산지구 등 택지개발과 산업단지 조성이 이루어졌던 지역을 중심으로 증가하고 있는 것을 확인할 수 있으며, 이러한 지역은 대부분이 농경지를 도시지역으로 개발한 지역에 해당한다. 또한, 택지개발이나 산업단지 조성이 없었던 대구광역시에서 다소 이격된 지역에서도 도시지역은 증가를 보이고 있는데, 이상의 지역에서는 도로 및 공장용지가 증가한 것으로 파악되었다.
- 산림이 타용도로 변화된 지역은 455.6㎢로 도시지역으로의 변화가 43.8㎢인데 비해 농경지로의 변화가 324.6㎢로 나타나 가장 큰 비중을 차지하고 있음을 알 수 있었다. 농경지에서는 125.
- 이와 같은 도시지역의 확산은 농경지와 산림을 잠식해 갔으며, 그 과정에서 부족해진 농경지를 확보하기 위한 산림의 잠식 또한 동시에 발생했다. 이러한 개발행위는 산림의 양적인 감소와 동시에 산림의 파편화를 초래하였으며, 파편화는 산림패치의 모양을 복잡하게 하고, 다른 경관요소와의 인접성을 증가시킨 것을 확인할 수 있었다.
- 8㎢ 감소한 것으로 나타났다. 이를 change matrix를 이용한 토지피복 변화탐지와 비교해 보면 산림에서 타 용도지역으로의 변화가 455.6㎢이었으며, 이중 도시지역과 농경지로의 변화가 각각 43.8㎢, 324.6㎢로 나타났다. 또한 농경지에서는 125.
- 8㎢가 감소한 것으로 나타났다. 이를 행정구역 별로 살펴본 결과 북구, 달서구 등 대구광역시의 외곽지역의 경우 도시지역은 증가하고 농경지와 산림은 감소하는 양상을 나타낸 반면 영천, 경산시 등 경상북도의 지역은 도시·농경지는 증가하고 산림은 감소하는 변화를 보였다. 그러나 경상북도의 칠곡군의 변화 양상은 대구광역시의 외곽지역과 같은 변화 양상을 나타내는 것을 확인할 수 있었다.
- 이상의 분석들에서 도시지역과 농경지 인근의 산림들이 개발이나 개간에 의해 잠식되고 또 농경지로부터 산림으로 복원되는 과정에서 패치들의 모양이 더욱 불규칙적으로 복잡해지고 산림 주변의 피복형태들이 변화함에 따라 산림의 파편화가 초래된 것을 확인해 볼 수 있었다.
- 이상의 분석을 종합해 보면, 도시의 성장에 따라 산림의 직접적인 개발을 통한 도시지역으로의 전용보다는 농경지의 도시지역으로의 전용이 큰 영향을 미쳤다고 할 수 있다. 이는 산림에 비해 농경지의 개발 여건이 양호하기 때문인 것으로 판단되어진다.
- 전체 핵심지역의 면적을 나타내는 TCA는 도시지역, 농경지, 산림 모두에서 감소하고 있는 것으로 나타났다. 이를 앞서 분석된 결과들과 비교하여 살펴보면 산림은 면적감소와 다른 계급과의 인접성 증대 등으로 인하여 핵심지역이 감소한 것으로 판단되어진다.
- 토지피복변화에서는 도시지역이 146.1㎢으로 증가한 반면, 산림이 261.8㎢ 감소한 것으로 나타났다. 이를 change matrix를 이용한 토지피복 변화탐지와 비교해 보면 산림에서 타 용도지역으로의 변화가 455.
- 경관을 구성하는 요소들 상호간의 구조적 패턴을 파악하기 위한 경관지수 중 패치의 면적과 분포의 변화를 나타내는 MPS, NP, PD, LPI의 경우, 도시지역과 농경지 모두 증가하였으나, 산림에서는 NP, PD는 증가, MPS, LPI는 감소한 것으로 나타났다. 패치의 형태와 그 공간적 인접성을 나타내는 LSI와 IJI의 분석에서는 도시 지역, 농경지, 산림 모두 증가한 것으로 나타났으나, 핵심지역의 면적을 나타내는 TCA의 분석에서는 도시지역, 농경지, 산림 모두 감소한 것으로 나타났다.
- 또한 도시지역의 경우 약 1% 증가한 것을 확인할 수 있는데 이는 대구광역시의 큰 도시지역 패치가 그 크기가 더욱 커진 것에 기인하는 것으로 판단할 수 있으며, 여기서 도시지역이 외연화한 것을 재확인해 볼 수 있다. 행정구역별 분석에서는 지역면적의 대부분을 도시지역이 차지하고 있는 중구와 서구의 LPI가 감소한 것으로 나타났으며, 이를 통계자료 및 그림 7과 비교해 보면 경상감영공원, 국채보상운동공원 등의 도심지내 녹지 조성으로 인하여 도시지역이 감소함에 따른 것으로 판단되어 진다.
후속연구
- 과거 우리는 경제성장을 위해 집약적으로 도시를 개발해 왔고 이러한 개발정책이 자연생태계에 부정적인 영향을 미쳐왔던 것은 간과 할수 없는 사실이다. 따라서 향후 더욱 광역화되어지는 도시의 개발에 있어 부정적인 영향에 대한 원인규명과 방지가 필수적으로 고려되어야 할 것이다. 또한, 이를 위해 사업의 계획단계에서 개발이 주위의 환경구조에 미치는 영향과 상호관계성의 평가를 통해 광역도시계획수립 지원을 위한 경관생태학적 원리가 고려된 방법론 및 시스템 개발이 이루어져야할 것으로 판단된다.
- 따라서 향후 더욱 광역화되어지는 도시의 개발에 있어 부정적인 영향에 대한 원인규명과 방지가 필수적으로 고려되어야 할 것이다. 또한, 이를 위해 사업의 계획단계에서 개발이 주위의 환경구조에 미치는 영향과 상호관계성의 평가를 통해 광역도시계획수립 지원을 위한 경관생태학적 원리가 고려된 방법론 및 시스템 개발이 이루어져야할 것으로 판단된다.
- 또한, 산림에 대한 잠식과 외부간섭의 증대는 산림생태계에 영향을 줌으로써 주변지역 폭을 증가시키고 광범위한 생물종의 거주지라 할 수 있는 핵심부의 면적을 감소시켜 그 건전성에 영향을 준 것으로 판단할 수 있었다. 향후 개발에 의한 생태계의 부정적인 영향을 평가하고 그 저감방안의 수립을 위해서는 다중시기를 대상으로 한 토지피복, 지형, 도로 등의 물리적 요소와 더불어 지리통계학적 기법을 활용한 택지개발, 산업단지조성 등의 정책적 요소, 인구, 지가 등의 인문·사회적 요소 등에 관한 연구 또한 필요할 것으로 사료된다.
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