[논문]도시 녹지기반 특성에 따른 강우 유출수 비교 분석 - 성남시 분당신도시를 사례로 -

박은진; 강규이; 이현정

문제 정의

본 연구는 도시의 시가화구역 내에서 녹지의 주요한 생태적 기능이 물순환 기능이라는 관점에서 배수구역 단위로 녹지율과 불투수면 요소를 파악하고 강우 유출량과의 상관관계를 분석하여 녹지율 및 녹지 유형, 불투수면 요소의 특성이 도시의 강우 유출수에 미치는 영향을 살펴보고자 하였다.
본 연구는 시가화구역 내에서의 녹지 유형별 면적과 분포가 도시 강우 유출수에 미치는 영향을 파악하고자 성남시의 분당천 유역을 사례 유역으로 선정하고 배수구역 내의 녹지 및 기타 투수 관련 토지피복요소가 강우 유출량에 미치는 영향을 비교 분석하였다.
본 연구는 최근 도시 물순환체계에 대한 관심이 고조되고 있고 이를 개선시키기 위한 중요한 방안 중 하나로서 녹지면적 확충이 제안되고 있는 시점에서 실제 토지이용과 녹지기반 특성이 물순환에 미치는 영향을 실증적으로 검토해보고자 하였다. 비록 4개의 배수구역에 대한 1회 유량측정 결과라는 제한점이 있으나 4개 배수구역에 대한 다양한 비교를 통하여 배수구역 내 녹지 유형, 도로면적, 투수면적 등에 따른 강우 유출량의 영향이 매우 유의하게 해석되었으며, 도시 내의 물순환체계 개선을 위하여 유출 도시 녹지의 유형과 배치뿐 아니라 기타의 투수요소 확대 및 도로 유출수 감소 방안이 면밀하게 검토될 필요가 있음을 시사하였다.
본 연구에서는 산림녹지를 제외하고 나머지 시가화구역 내에서 녹지 유형별 면적과 분포, 그 밖에 강우 유출과 관련되는 토지피복 요소의 특성을 파악하기 위해 성남시 비오톱조사 자료(성남시, 2004) 중 토지피복도를 기본 자료로 활용하고 현장조사를 실시하였다. 배수구역 내의 녹지에 대해 공간유형과 물순환 관련 특성을 고려하여 공원녹지, 수변녹지, 대지(단지) 내 녹지, 가로변 녹지의 4가지 유형으로 구분하고, 신도시 아파트단지의 특성상 아파트단지 외곽에 차음과 차폐 목적의 완충녹지가 많이 분포하고 있어 가로변녹지 중에서 완충녹지를 따로 분리하여 조사 분석하였다(표 2).

제안 방법

8%로 구성되어 있다. 각 배수구역별로 시가화구역 면적과 산림녹지 면적 분포는 표 1에서 보는 바와 같으며, 그 중 배수구역 면적과 토지이용특성, 유량계 설치 용이성 등을 고려하여 4개의 배수구역(배수구역 코드 04, 07, 10, 12번)을 선정하고, 배수구역 내의 녹지면적과 유형, 강우 유출량을 실측 분석하였다. 배수구역 면적이 서로 유사한 04와 07, 10과 12를 상호 비교하여 녹지면적과 유형에 따른 강우 유출량 특성을 파악하였다.
강우시의 배수구역별 강우 유량은 각 배수구역별로 하나씩 설치되어 있는 토구의 바닥면에 자동유량 측정계(SIGMA 910 유량계, 초음파 도플러식)를 설치하여 5분 간격으로 연속 측정하였다. 일기예보에 따른 강우 예상 시간보다 1일 앞선 10월 18일에 대상 배수구역 토구에 유량계를 설치하였고 10월 19일 내린 강우에 따른 유량 변화를 자동 측정하였다.
배수구역 내의 녹지에 대해 공간유형과 물순환 관련 특성을 고려하여 공원녹지, 수변녹지, 대지(단지) 내 녹지, 가로변 녹지의 4가지 유형으로 구분하고, 신도시 아파트단지의 특성상 아파트단지 외곽에 차음과 차폐 목적의 완충녹지가 많이 분포하고 있어 가로변녹지 중에서 완충녹지를 따로 분리하여 조사 분석하였다(표 2). 공원과 대지(단지) 내의 녹지, 수변녹지는 자연토양을 기반으로 한 식재면적을 녹지면적으로 산정하였으며, 가로변 녹지의 경우, 가로수가 식재된 포장되지 않은 자연기반면적 부분과 도로의 중앙분리대 녹지의 자연기반도 현장에서 녹지의 폭과 길이를 실측하여 면적을 산출하였다.
또한, 아파트단지의 특성상 배수구역 내에서 녹지는 아니더라도 부분적으로 투수가 가능한 학교 운동장이 상당 부분 면적을 차지하고 있어 학교 운동장 면적을 따로 분석하였으며, 강우유출을 증가시키는 것으로 알려져 있는 포장 도로의 면적도 별도로 산출하였다.
면적이 상대적으로 유사한 배수구역 04와 10, 배수구역 07과 12에 대해 강우시의 유출량을 측정하고 상호 비교하기 위하여 우선 녹지유형 특성과 그밖에 강우 유출에 영향을 줄 수 있는 요소로서 도로 및 학교운동장 등의 면적 특성을 파악하였으며 그 결과는 표 2와 표 3에서 보는 바와 같다. 연구 대상지는 신도시 아파트단지로서 녹지와 도로, 학교운동장을 제외하고는 모두 아파트건물과 주차장으로 그 유형이 배수구역마다 비슷하다.
물순환에 기여하는 녹지 면적을 다루기 위해 투수가 되지 않는 면적까지 포함하는 오픈스페이스 개념의 공간이 아니라 실제 식생이 피복되고물을 흡수할 수 있는 토양기반을 가진 순수 식생피복 부분을 녹지로 간주하였다. 예를 들어, 가로수와 같이 수관면적이 큰 반면 보도의 포장에 의해 매우 일부만이 투수가 가능한 자연기반 면적 일 경우 비록 식생의 수관에 의한 강우 차단이 물순환에 기여하는 효과가 있더라도 지표면의 자연기반면적을 기준으로 녹지면적을 산정하였다.
본 연구에서는 산림녹지를 제외하고 나머지 시가화구역 내에서 녹지 유형별 면적과 분포, 그 밖에 강우 유출과 관련되는 토지피복 요소의 특성을 파악하기 위해 성남시 비오톱조사 자료(성남시, 2004) 중 토지피복도를 기본 자료로 활용하고 현장조사를 실시하였다. 배수구역 내의 녹지에 대해 공간유형과 물순환 관련 특성을 고려하여 공원녹지, 수변녹지, 대지(단지) 내 녹지, 가로변 녹지의 4가지 유형으로 구분하고, 신도시 아파트단지의 특성상 아파트단지 외곽에 차음과 차폐 목적의 완충녹지가 많이 분포하고 있어 가로변녹지 중에서 완충녹지를 따로 분리하여 조사 분석하였다(표 2). 공원과 대지(단지) 내의 녹지, 수변녹지는 자연토양을 기반으로 한 식재면적을 녹지면적으로 산정하였으며, 가로변 녹지의 경우, 가로수가 식재된 포장되지 않은 자연기반면적 부분과 도로의 중앙분리대 녹지의 자연기반도 현장에서 녹지의 폭과 길이를 실측하여 면적을 산출하였다.
각 배수구역별로 시가화구역 면적과 산림녹지 면적 분포는 표 1에서 보는 바와 같으며, 그 중 배수구역 면적과 토지이용특성, 유량계 설치 용이성 등을 고려하여 4개의 배수구역(배수구역 코드 04, 07, 10, 12번)을 선정하고, 배수구역 내의 녹지면적과 유형, 강우 유출량을 실측 분석하였다. 배수구역 면적이 서로 유사한 04와 07, 10과 12를 상호 비교하여 녹지면적과 유형에 따른 강우 유출량 특성을 파악하였다.
강우시의 배수구역별 강우 유량은 각 배수구역별로 하나씩 설치되어 있는 토구의 바닥면에 자동유량 측정계(SIGMA 910 유량계, 초음파 도플러식)를 설치하여 5분 간격으로 연속 측정하였다. 일기예보에 따른 강우 예상 시간보다 1일 앞선 10월 18일에 대상 배수구역 토구에 유량계를 설치하였고 10월 19일 내린 강우에 따른 유량 변화를 자동 측정하였다. 10월 19일 성남시 분당지역에는 08：00~12：00에 걸쳐 5.
강우에 따른 각 배수구역의 강우 유출률은 강우량 대비 유출량의 비율로서 다음과 같이 산정하였다. 총유출량은 유출곡선으로부터 강우 사상에 따라 시간대별로 측정한 유량을 모두 더하여 구하였고, 강우량은 10월 19일 08：00~12：00의 기상청 수원측점 기준 강우량 자료에 따라 5.5mm를 적용하였다.

대상 데이터

그림 4. 대상 배수구역 내 녹지 현황(녹색：녹지, 노란색：학교 운동장, ：토구위치).
본 연구는 우수관망도에 따른 배수구역의 구분이 분명하고 녹지율이 상대적으로 높고 다양한 유형으로 구성되어 있는 분당천 소유역의 신도시 지역을 대상으로 하였다. 분당천 유역의 전체 면적은 11.
면적이 상대적으로 유사한 배수구역 04와 10, 배수구역 07과 12에 대해 강우시의 유출량을 측정하고 상호 비교하기 위하여 우선 녹지유형 특성과 그밖에 강우 유출에 영향을 줄 수 있는 요소로서 도로 및 학교운동장 등의 면적 특성을 파악하였으며 그 결과는 표 2와 표 3에서 보는 바와 같다. 연구 대상지는 신도시 아파트단지로서 녹지와 도로, 학교운동장을 제외하고는 모두 아파트건물과 주차장으로 그 유형이 배수구역마다 비슷하다.

성능/효과

강우에 따른 배수구역의 유출량은 단순하게 배수구역 내의 녹지율에 영향을 받는 것이 아니라 녹지의 유형과 녹지 외의 투수면 및 도로와 같이 직접 유출에 영향을 주는 피복 요소가 복합적으로 영향을 미치는 것으로 파악되었다. 녹지율이 각각 15.
강우에 따른 배수구역의 유출량은 단순하게 배수구역 내의 녹지율에 영향을 받는 것이 아니라 녹지의 유형과 녹지 외의 투수면 및 도로와 같이 직접 유출에 영향을 주는 피복 요소가 복합적으로 영향을 미치는 것으로 파악되었다. 녹지율이 각각 15.5%와 34.4%로 두 배 이상 차이가 나는 두 배수구역의 사례 비교에서 강우시의 유출률은 차이가 크게 나지 않았는데 이는 녹지율이 높더라도 도로 면적이 크고 공원이나 대지 내 녹지 형태보다 완충녹지 형태가 많을 경우 강우의 흡수나 저류에 낮은 효과를 보이기 때문인 것으로 해석되었다. 또한, 녹지율에서는 크게 차이가 나지 않음에도 불구하고 유출률이 8배 차이가 나는 비슷한 면적의 두 배수구역 비교 사례는 유출률의 차이가 학교 운동장을 포함한 전체 투수면적의 차이와 도로면적 차이에서 비롯된 것으로 해석되었다.
4%로 두 배 이상 차이가 나는 두 배수구역의 사례 비교에서 강우시의 유출률은 차이가 크게 나지 않았는데 이는 녹지율이 높더라도 도로 면적이 크고 공원이나 대지 내 녹지 형태보다 완충녹지 형태가 많을 경우 강우의 흡수나 저류에 낮은 효과를 보이기 때문인 것으로 해석되었다. 또한, 녹지율에서는 크게 차이가 나지 않음에도 불구하고 유출률이 8배 차이가 나는 비슷한 면적의 두 배수구역 비교 사례는 유출률의 차이가 학교 운동장을 포함한 전체 투수면적의 차이와 도로면적 차이에서 비롯된 것으로 해석되었다. 연속된 광폭의 도로는 빗물을 신속하게 배제시키고 우수관로를 통해 유출되도록 설계되어 있어 그 영향이 큰 것으로 판단된다.
면적이 서로 유사한 배수구역 04와 10, 배수구역 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 많이 포함하고 녹지율도 배수구역 04에 비하여 2배 이상 높았으나 첨두유량과 총유출량은 유사하게 나타났으며(표 4), 배수구역 면적과 강우량을 고려하여 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 차이에서 비롯된 것으로 판단되었다.
배수구역별 토지이용을 구체적으로 살펴본 결과 부분적으로 투수가 가능한 학교 운동장 면적이 전체 면적 중 상당 면적을 차지하고, 배수구역간에 차이가 많이 나는 것으로 파악되었다(표 3). 특히 배수구역 07의 경우 학교 운동장 면적이 전체 배수구역 면적의 1/4 이상을 차지하고 있다.
본 연구는 최근 도시 물순환체계에 대한 관심이 고조되고 있고 이를 개선시키기 위한 중요한 방안 중 하나로서 녹지면적 확충이 제안되고 있는 시점에서 실제 토지이용과 녹지기반 특성이 물순환에 미치는 영향을 실증적으로 검토해보고자 하였다. 비록 4개의 배수구역에 대한 1회 유량측정 결과라는 제한점이 있으나 4개 배수구역에 대한 다양한 비교를 통하여 배수구역 내 녹지 유형, 도로면적, 투수면적 등에 따른 강우 유출량의 영향이 매우 유의하게 해석되었으며, 도시 내의 물순환체계 개선을 위하여 유출 도시 녹지의 유형과 배치뿐 아니라 기타의 투수요소 확대 및 도로 유출수 감소 방안이 면밀하게 검토될 필요가 있음을 시사하였다. 사례 배수구역의 강우 유출률 비교 결과는, 도로나 학교운동장과 같은 다른 피복요소에 의한 영향이 더해져 순수하게 녹지율에 따른 영향만을 따로 분리하여 평가할 수 없으나 강우 유출률이 녹지 외의 다른 피복요소에 의해 크게 좌우된다는 것은 실제 녹지가 강우를 흡수하고 저류하는 데 크게 기여하지 못하고 있음을 시사한다.
특히 배수구역 07의 경우 학교 운동장 면적이 전체 배수구역 면적의 1/4 이상을 차지하고 있다. 운동장의 경우 압밀이 되어 있고 인위적으로 배수되는 경우가 많다는 점에서 완전한 투수면으로 보기 어려우나 부분적으로 투수가 가능하고 대상 배수구역의 경우 학교운동장에 인위적인 배수시설을 갖추고 있지 않은 것으로 확인되었다. 각 배수구역 내의 녹지와 학교운동장의 분포 현황은 그림 4에서 보는 바와 같다.
배수구역 10의 경우 산림녹지를 많이 포함하고는 있으나 7차선과 8차선 등 폭이 넓은 차도를 많이 포함하고 있어 완충녹지 면적이 많고 대지 내 조경면적은 배수구역 04에 비해 훨씬 작다. 즉, 배수구역 10은 전체 녹지율은 월등히 높으나 유출에 영향을 많이 주는 것으로 알려져 있는 도로 불투수면의 영향으로 단위면적 유출량이 배수구역 04와 비교하여 크게 낮아지지 않은 것으로 해석되었다.
3%와 20%로서 큰 차이를 보이지 않으나(그림 8) 첨두 유량과 첨두발생시간, 총유출량에서 큰 차이를 보였다(표 4). 특히, 배수구역 07과 12의 유출률이 각각 0.11과 0.88로서 8배의 큰 차이를 보여 도로와 녹지유형, 학교운동장 등 투수와 관련한 면적들이 복합적으로 유출률에 큰 영향을 준 것으로 파악되었다. 배수구역 07의 경우는 유출량 증가에 영향을 주는 큰 도로가 없고 공원과 대지내 조경 면적이 상대적으로 많으며 무엇보다 일정부분 투수가 가능한 학교 운동장 면적이 전체 면적 중 28%를 차지하여 유출량 감소에 큰 영향을 준 것으로 해석되었다.

후속연구

사례 배수구역의 강우 유출률 비교 결과는, 도로나 학교운동장과 같은 다른 피복요소에 의한 영향이 더해져 순수하게 녹지율에 따른 영향만을 따로 분리하여 평가할 수 없으나 강우 유출률이 녹지 외의 다른 피복요소에 의해 크게 좌우된다는 것은 실제 녹지가 강우를 흡수하고 저류하는 데 크게 기여하지 못하고 있음을 시사한다. 따라서 도시의 물순환체계에서 녹지의 기능을 제고시키기 위해서는 그 면적의 확보뿐 아니라 실제 투수와 저류가 가능한 공간으로 기능적인 설계 및 배치를 해야 함을 의미하며, 식생유형, 미지형, 토양특성 등을 포함하는 도시녹지 유형과 배치에 따른 투수 및 저류 효과에 대한 보다 면밀한 실증 연구가 진행되어야 한다.

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	우리나라 도시의 시가화구역 특징은?	우리나라 도시의 시가화구역은 대부분 고밀도의 이용에 따라 자연지반 녹지가 제한적으로 존재하고 불투수율이 매우 높으며 녹지율이 낮다. 시가화구역에서 작은 면적으로 산재하는 녹지와 자연지반 토양은 단일 면적 크기가 작더라도 최대한 그 총면적을 넓힐 경우 강우를 흡수하고 유출수를 차단하여 하천의 부하를 줄여주고 도시 물순환 체계에 긍정적인 기능을 할 수 있는 잠재력을 갖는다.
	강우에 따른 배수구역의 유출량이 배수구역 내의 녹지율에 영향을 받지 않는다고 말할 수 있는 예로는?	강우에 따른 배수구역의 유출량은 단순하게 배수구역 내의 녹지율에 영향을 받는 것이 아니라 녹지의 유형과 녹지 외의 투수면 및 도로와 같이 직접 유출에 영향을 주는 피복 요소가 복합적으로 영향을 미치는 것으로 파악되었다. 녹지율이 각각 15.5%와 34.4%로 두 배 이상 차이가 나는 두 배수구역의 사례 비교에서 강우시의 유출률은 차이가 크게 나지 않았는데 이는 녹지율이 높더라도 도로 면적이 크고 공원이나 대지 내 녹지 형태보다 완충녹지 형태가 많을 경우 강우의 흡수나 저류에 낮은 효과를 보이기 때문인 것으로 해석되었다. 또한, 녹지율에서는 크게 차이가 나지 않음에도 불구하고 유출률이 8배 차이가 나는 비슷한 면적의 두 배수구역 비교 사례는 유출률의 차이가 학교 운동장을 포함한 전체 투수면적의 차이와 도로면적 차이에서 비롯된 것으로 해석되었다. 연속된 광폭의 도로는 빗물을 신속하게 배제시키고 우수관로를 통해 유출되도록 설계되어 있어 그 영향이 큰 것으로 판단된다.
	도시 유출수량과 비점오염이 증가되는 문제가 발생하는 배경은?	도시화에 따라 불투수면이 확대되고 빗물의 토양 내 침투와 흐름 및 생화학적 처리 등 자연적인 토양 과정과 기능이 상실됨으로써 도시 유출수량과 비점오염이 증가되는 문제는 가장 심각한 도시환경 문제 중 하나이다. 최근 지속 가능한 도시 또는 생태도시에 대한 관심이 높아지면서 도시 내에서의 지속가능한 물순환체계 개선이 중요한 과제로 받아들여져 녹지와 투수면적 확대가 중요한 과제로 인식되고 있다.

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