도시 생태네트워크 설정을 위한 공간의사결정지원체계에 관한 연구 ; 경관생태학 이론을 기반으로 A Spatial Decision Support System for Establishing Urban Ecological Network ; Based on the Landscape Ecology Theory원문보기
생태계 회복의 중요성이 부각됨에 따라 생태네트워크 구축을 위한 다양한 연구가 수행되고 있다. 특히 GIS를 이용한 환경정보자료의 구축과 분석기법의 개발은 이를 더욱 효과적으로 수행하게 하였다. 본 연구에서는 경관생태학 이론을 기반으로 도시생태네트워크 구축을 위한 공간의사결정지원체계를 제시하였다. 제시된 공간의사결정지원체계는 다음과 같은 4단계로 구성된다. 첫째, 생태네트워크의 주요 골격을 형성하는 핵심 녹지를 중첩기법을 통해 도출한다. 둘째, 서식지 분포자료를 이용하여 서식녹지를 파악하고, 중력모형을 적용한 연결성 평가를 통해 연결녹지의 도입이 필요한 지역을 도출한다. 셋째, 최소비용경로분석을 이용하여 파편화된 녹지를 연결하기 위한 최적의 경로를 도출한다. 마지막으로 도시 생태네트워크 분석결과와 현재 토지이용간의 비교를 통하여 분석결과의 적정성을 검증한다. 본 연구는 도시 내 생태공간을 증진하기 위한 계획적 도구로서 난개발 방지, 종 다양성 증진 등에 기여할 수 있을 것이다.
생태계 회복의 중요성이 부각됨에 따라 생태네트워크 구축을 위한 다양한 연구가 수행되고 있다. 특히 GIS를 이용한 환경정보자료의 구축과 분석기법의 개발은 이를 더욱 효과적으로 수행하게 하였다. 본 연구에서는 경관생태학 이론을 기반으로 도시생태네트워크 구축을 위한 공간의사결정지원체계를 제시하였다. 제시된 공간의사결정지원체계는 다음과 같은 4단계로 구성된다. 첫째, 생태네트워크의 주요 골격을 형성하는 핵심 녹지를 중첩기법을 통해 도출한다. 둘째, 서식지 분포자료를 이용하여 서식녹지를 파악하고, 중력모형을 적용한 연결성 평가를 통해 연결녹지의 도입이 필요한 지역을 도출한다. 셋째, 최소비용경로분석을 이용하여 파편화된 녹지를 연결하기 위한 최적의 경로를 도출한다. 마지막으로 도시 생태네트워크 분석결과와 현재 토지이용간의 비교를 통하여 분석결과의 적정성을 검증한다. 본 연구는 도시 내 생태공간을 증진하기 위한 계획적 도구로서 난개발 방지, 종 다양성 증진 등에 기여할 수 있을 것이다.
As a result of the current trend towards promoting conservation of the ecosystem, there have been various studies conducted to determine ways to establish an ecological network. The development of analytical methods and an environmental database of GIS has made the creation of this network more effi...
As a result of the current trend towards promoting conservation of the ecosystem, there have been various studies conducted to determine ways to establish an ecological network. The development of analytical methods and an environmental database of GIS has made the creation of this network more efficient. This study focuses on the development of an urban spatial decision support system based on 'Landscape Ecology Theory'. The spatial decision support system suggested in this study consists of four stages. First, landscape patch for the core areas, which are major structures of the ecological network, was determined using the GIS overlay method. Second, a forest habitat was investigated to determine connectivity assessment. Using the gravity model, connectivity assessment at the habitat forest was conducted to select the needed connecting area. Third, the most suitable corridor routes for the eco-network were presented using the least-cost path analysis. Finally, a brief investigation was conducted to determine the conflict areas between the study result and landuse. The results of this study can be applied to urban green network planning. Moreover, the method developed in this study can be utilized to control urban sprawl, promote biodiversity.
As a result of the current trend towards promoting conservation of the ecosystem, there have been various studies conducted to determine ways to establish an ecological network. The development of analytical methods and an environmental database of GIS has made the creation of this network more efficient. This study focuses on the development of an urban spatial decision support system based on 'Landscape Ecology Theory'. The spatial decision support system suggested in this study consists of four stages. First, landscape patch for the core areas, which are major structures of the ecological network, was determined using the GIS overlay method. Second, a forest habitat was investigated to determine connectivity assessment. Using the gravity model, connectivity assessment at the habitat forest was conducted to select the needed connecting area. Third, the most suitable corridor routes for the eco-network were presented using the least-cost path analysis. Finally, a brief investigation was conducted to determine the conflict areas between the study result and landuse. The results of this study can be applied to urban green network planning. Moreover, the method developed in this study can be utilized to control urban sprawl, promote biodiversity.
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문제 정의
그럼에도 불구하고 본 연구는 경관구조와 서식종의 특성을 종합적으로 고려한 GIS분석 기반의 생태네트워크 구축모델을 제시하였다. 이는 향 후 친환경 도시성장관리, 종다양성 증진, 열섬현상 완화를 실현함에 있어 의사결정을 위한 계획적 도구로 활용될 수 있을 것이다.
그러나 두가지 분석방법의 결합을 통해 각 분석방법이 지니고 있는 단점을 보완함으로써 생태네트워크 구축의 목적에 보다 부합한 결과를 도출하게 하였다. 다음으로 본 연구는 다양한 토지이용상충이 발생하는 복잡한 도시공간을 대상으로 GIS 분석기법을 적용하여 생태적으로 반드시 보존되어야 할 지역을 제시 하였다. 이는 도시공간을 대상으로 연결녹지의 구체적 경로를 제시하지 못하거나 녹지네트워크 내 상호 강도만 도출했던 기존의 연구한계를 극복하고 도시공간의 특성을 보다 종합적으로 반영했음을 의미한다.
분석결과와 토지피복도를 비교하여 현재의 토지이용 현황과 어느 정도 부합되는지 살펴보았다. 또한 NDVI 분석결과와 비교하여 실제 식생지수가 높게 나타나는 지역과 분석결과가 어느 정도 일치하는지 확인했다. 본 연구에서 제시된 GIS분석기법을 이용한 도시생태네트워크 설정 체계는 [그림 2]와 같다.
본 연구는 경관생태학이론을 기반으로 도시 생태네트워크 구축을 위한 공간의사결정지원체계를 제시하였다. 본 체계는 과거의 분석방법에 비해 다음과 같은 장점을 가지고 있다.
GIS 분석의 응용가능성을 높이기 위해서는 과학적 연구에서 강조하고 있는 네가지 조건인 반증가능성, 논리적 일관성, 과학적 엄격성, 그리고 충분한 설명력이 보장 되어야 한다(김태진, 2008). 본 연구는 생태네트워크의 연결성 확보에 주안점을 두고 다음과 같이 도시 생태네트워크 구축 방안을 마련하였다.
특히 경관생태학은 GIS분석기법의 발전과 함께 생태학에서 그 활용도가 지속적으로 증가하고 있다. 본 연구에서는 경관생태학 이론을 기반으로 도시생태네트워크 설정을 위한 GIS기반의 공간의사결정지원체계를 제시하고자 한다.
제안 방법
중력모형과 최소비용경로분석 중 한가지 분석방법만 적용할 경우 녹지의 기본 골격과 서식 종의 이동성을 종합적으로 고려할 수 없게 된다. 그러나 두가지 분석방법의 결합을 통해 각 분석방법이 지니고 있는 단점을 보완함으로써 생태네트워크 구축의 목적에 보다 부합한 결과를 도출하게 하였다. 다음으로 본 연구는 다양한 토지이용상충이 발생하는 복잡한 도시공간을 대상으로 GIS 분석기법을 적용하여 생태적으로 반드시 보존되어야 할 지역을 제시 하였다.
본 연구에서 제시된 도시 생태네트워크 구축 방법은 다음과 같은 측면에서 기존 연구와 차별된다. 기존 연구에서는 연결녹지를 도출함에 있어 중력모형과 최소비용분석 중 한가지 분석방법만을 적용하였으나 본 연구에서는 두가지 분석방법의 단계별 적용에 의한 분석방법을 제시하였다. 즉 두가지 분석방법의 결합을 통하여 생태축을 위한 기본 골격과 파편화된 녹지를 연결할 수 있는 실제적 대안을 제시할 수 있다.
앞서 제시된 생태자연도와 녹지자연도 기준 중 한가지 조건만 만족하더라도 핵심녹지로 분류하였다. 다만 녹지의 자기 유지적 최소규모･근린공원 면적기준･최소 핵심녹지 면적 기준(Riess, 1986; 환경부, 2004)을 고려하여 면적 10,000m2 이상의 녹지만을 최종적으로 핵심녹지로 선정하였다[그림 4]. 대상지의 핵심녹지는 총 175개이며 면적은 182.
다음으로 각 특성별 저항값이 고려된 비용표면(Cost surface)을 작성하였다. 비용표면은 각 격자별로 이동에 소요되는 비용을 값으로 나타낸 것으로서, 각 셀별로 저항값이 입력된 도면과 특정 출발 지점으로부터 각각의 격자까지의 거리 값을 합산하여 구축된다.
이를 위해 본 연구에서는 대상지에 서식하고 있는 희귀･멸종 종과 포유류의 서식지를 파악하여 핵심녹지 중 종 공급원의 역할을 수행하는 서식녹지를 추출하였다. 다음으로 각각의 서식녹지에 중력모형을 적용하여 연결성을 평가함으로써 연결녹지의 도입이 필요한 지역을 도출하였다. 연결성지수를 산출하기 위한 녹지간의 거리는 Arcview 3.
첫째, 녹지의 보전가치를 평가하는 단계로서 도시 내 생태적으로 보전되어야 할 녹지를 GIS 중첩 분석을 통해 도출한다. 둘째, 각 핵심녹지간의 연결성을 평가하기 위해 서식종의 서식반경을 고려하여 연결대상 녹지로 도출하고, 중력모형을 적용한 연결성 평가를 통해 연결녹지 도입 지역을 파악한다. 셋째, 단절지역에 연결녹지를 제안하는 단계로서 최소비용경로분석을 적용하여 연결녹지를 위한 최적 경로를 제시한다.
연결녹지를 도출하기 위한 비용표면은 서식녹지 중면적이 가장 큰 네 개의 녹지(10ha 이상)를 중심으로 작성하였다[그림 7]. 또한 이들 녹지에 연결되지 않은 녹지에 대해서는 별도의 비용표면을 작성하여 총 30개 지역을 대상으로 최소비용경로분석을 실시하였다. 한편, 분석된 최소비용경로의 형태는 선형의 형태이기 때문에 생태통로로서의 기능을 제공하기 위해서는 적정한 녹지의 폭이 확보되어야 한다.
비용표면은 각 격자별로 이동에 소요되는 비용을 값으로 나타낸 것으로서, 각 셀별로 저항값이 입력된 도면과 특정 출발 지점으로부터 각각의 격자까지의 거리 값을 합산하여 구축된다. 마지막으로 연결대상지역에 비용표면을 이용한 최소경로분석을 수행하여 토지이용과 상충을 최소화하는 연결녹지 경로를 제시하였다. 최소비용경로분석을 위한 GIS 소프트웨어는 ArcGIS 9.
한편, 분석된 최소비용경로의 형태는 선형의 형태이기 때문에 생태통로로서의 기능을 제공하기 위해서는 적정한 녹지의 폭이 확보되어야 한다. 본 연구에서는 분석된 최소비용경로를 중심으로 포유류의 행동반경을 고려하여 양방향으로 170m의 폭을 연결녹지로 하였다<;표 3>. 최소비용경로분석을 통해 최종 도출된 도시 생태네트워크는 [그림 8, 그림 9]와 같다.
중력모형을 이용한 연결성 지수는 7,106~262,943,997,952로 산출되었다. 본 연구에서는 연결성 지수값의 분포를 비교하여 전체 연결구조가 적합하다고 판단되는 평균값(15,016,813,229) 이상의 30개 지점을 연결녹지 도입이 필요한 지역으로 도출하였다[그림 6]. 연결성 평가에 의한 대상지의 녹지연계망 구조를 살펴보면 대상지 중앙의 녹지를 중심으로 한 가지형 구조를 나타냈다.
분석결과의 검증은 중분류 토지피복도와 NDVI 분석결과를 활용했다. 분석결과와 토지피복도를 비교하여 현재의 토지이용 현황과 어느 정도 부합되는지 살펴보았다. 또한 NDVI 분석결과와 비교하여 실제 식생지수가 높게 나타나는 지역과 분석결과가 어느 정도 일치하는지 확인했다.
둘째, 각 핵심녹지간의 연결성을 평가하기 위해 서식종의 서식반경을 고려하여 연결대상 녹지로 도출하고, 중력모형을 적용한 연결성 평가를 통해 연결녹지 도입 지역을 파악한다. 셋째, 단절지역에 연결녹지를 제안하는 단계로서 최소비용경로분석을 적용하여 연결녹지를 위한 최적 경로를 제시한다.
결과적으로 연결성을 분석하기 위해서는 핵심녹지간의 인접성과 개체이동의 용이성이 종합적으로 고려되어야 한다. 이를 위해 본 연구에서는 대상지에 서식하고 있는 희귀･멸종 종과 포유류의 서식지를 파악하여 핵심녹지 중 종 공급원의 역할을 수행하는 서식녹지를 추출하였다. 다음으로 각각의 서식녹지에 중력모형을 적용하여 연결성을 평가함으로써 연결녹지의 도입이 필요한 지역을 도출하였다.
첫째, 녹지의 보전가치를 평가하는 단계로서 도시 내 생태적으로 보전되어야 할 녹지를 GIS 중첩 분석을 통해 도출한다. 둘째, 각 핵심녹지간의 연결성을 평가하기 위해 서식종의 서식반경을 고려하여 연결대상 녹지로 도출하고, 중력모형을 적용한 연결성 평가를 통해 연결녹지 도입 지역을 파악한다.
대상 데이터
본 연구는 도시공간에 주안점을 두고 있는 바, 도시계획적 측면에서 현 법제상에 지정된 보전지역인 생태자연도 1등급 지역과, 녹지자연도 8등급 이상 지역을 핵심녹지로 선정하였다. 생태자연도 1등급 지역은 자연환경보전 시행령 제 24, 28조에 의거 멸종위기 야생동식물 또는 보호야생동식물의 주된 서식지, 도래지 및 이동통로가 되는 지역, 생물다양성이 풍부한 지역, 자연생태 또는 이에 가까운 하천, 호소, 강하구, 갯벌과 같은 지역을 포함된다.
본 연구는 양호한 산림자원을 보유하고 있으나 높은 개발압력에 의해 녹지 및 자연환경의 관리가 요구되는 남양주시를 사례 대상지로 하였다. 458.
데이터처리
분석결과의 검증은 중분류 토지피복도와 NDVI 분석결과를 활용했다. 분석결과와 토지피복도를 비교하여 현재의 토지이용 현황과 어느 정도 부합되는지 살펴보았다.
이론/모형
즉 최소비용경로분석을 위해서는 대상지의 경관특성이 고려된 저항값이 산정되어야 한다. 본 연구에서는 이동근 등(2008)의 연구에서 제시한 중대형 초식동물의 저항값을 적용하였다. 이동근 등(2008)의 연구에서는 광역적 차원에서의 생태축을 제안하였으나, 그 대상 종이 최희선 등(2008)이 제안한 도시 생태네트워크를 위한 목표종과 대상지에 서식하고 있는 종과 유사하기 때문에 본 연구에 적용 가능하다.
다음으로 각각의 서식녹지에 중력모형을 적용하여 연결성을 평가함으로써 연결녹지의 도입이 필요한 지역을 도출하였다. 연결성지수를 산출하기 위한 녹지간의 거리는 Arcview 3.3 Extension에서 제공하는 Nearest feature 도구를 사용하였다. 또한 녹지간의 거리는 가장자리와 가장자리간의 거리로 산출하였으며 1km 이상 이격되어 있는 녹지는 분석에서 제외하였다.
마지막으로 연결대상지역에 비용표면을 이용한 최소경로분석을 수행하여 토지이용과 상충을 최소화하는 연결녹지 경로를 제시하였다. 최소비용경로분석을 위한 GIS 소프트웨어는 ArcGIS 9.3을 이용하였으며 Spatial analysis의 Cost distance 모듈을 활용하였다.
성능/효과
연결성 평가에 의한 대상지의 녹지연계망 구조를 살펴보면 대상지 중앙의 녹지를 중심으로 한 가지형 구조를 나타냈다. 또한 대상지의 수목이 남북방향으로 발달함에 따라 남북간의 연결성은 양호하게 분석 되었으나 동서간의 연결성은 상대적으로 약한 것으로 나타났다. 이는 대상지의 시가지가 남북으로 길게 형성됨에 따른 결과로 볼 수 있다.
NDVI 분석과 핵심녹지 분석결과를 대조한 결과 대부분의 핵심녹지가 식생지수가 높은 지역에 포함되었다[그림 10]. 토지이용의 경우 녹지가 전체면적의 97.7%로 가장 많은 분포를 차지하고 있는 것으로 분석되었고, 간헐적으로 공공용지, 주거지, 공업지가 포함되는 것으로 나타났다. 따라서 향후 핵심녹지와 상충되는 용도로 사용될 가능성이 높은 지역은 생태적 측면에서의 보전될 필요가 있다.
현재 대상지에 서식하고 있는 희귀종 및 포유류의 발견지점은 총 105개소 인 것으로 나타났다. 또한 앞서 도출한 핵심녹지와 종별 서식반경을 비교한 결과 총 175개의 핵심녹지 중 64개(면적 132.
후속연구
그러나 본 연구결과와 기존방법과의 차별성을 제시함에 있어 기존 연구방법과의 면밀한 비교검토가 이루어지지 못했다. 따라서 향 후 연구에서 이들 간의 우수성을 평가할 수 있는 평가체계를 구축하여 지금까지 제시된 방법들을 보다 다양한 시각에서 평가할 필요가 있다.
73km2)로 사용되고 있는 것이 확인되었다. 따라서 이러한 지역들은 향후 도시계획 수립시 용도변경, 에코브릿지 조성 또는 최소한의 연결을 보장할 수 있는 녹지폭이 확보 되어야 할 것이다. 또한 비교적 많은 분포를 보이고 있는 농지(17.
그러나 본 연구결과와 기존방법과의 차별성을 제시함에 있어 기존 연구방법과의 면밀한 비교검토가 이루어지지 못했다. 따라서 향 후 연구에서 이들 간의 우수성을 평가할 수 있는 평가체계를 구축하여 지금까지 제시된 방법들을 보다 다양한 시각에서 평가할 필요가 있다. 한편, 연결녹지를 도입하기 위한 연결성지수의 명확한 근거 부재로 연결녹지를 도출하는 과정에서 분석가의 주관이 일부 반영되었다.
7%로 가장 많은 분포를 차지하고 있는 것으로 분석되었고, 간헐적으로 공공용지, 주거지, 공업지가 포함되는 것으로 나타났다. 따라서 향후 핵심녹지와 상충되는 용도로 사용될 가능성이 높은 지역은 생태적 측면에서의 보전될 필요가 있다.
따라서 이러한 지역들은 향후 도시계획 수립시 용도변경, 에코브릿지 조성 또는 최소한의 연결을 보장할 수 있는 녹지폭이 확보 되어야 할 것이다. 또한 비교적 많은 분포를 보이고 있는 농지(17.66%)는 농지의 우수성과 서식종의 이동가능성을 면밀히 검토하여 적절한 관리방안이 마련되어야 할 것이다.
이러한 기술･자료적 한계는 다양한 사례를 적용한 후속 연구를 통해 지속적으로 보완되어야 할 것이다. 마지막으로 분석결과의 검증을 현장답사가 아닌 위성영상분석으로 대체한 것도 본 연구의 한계라 할 수 있다.
그럼에도 불구하고 본 연구는 경관구조와 서식종의 특성을 종합적으로 고려한 GIS분석 기반의 생태네트워크 구축모델을 제시하였다. 이는 향 후 친환경 도시성장관리, 종다양성 증진, 열섬현상 완화를 실현함에 있어 의사결정을 위한 계획적 도구로 활용될 수 있을 것이다.
이는 서식종 출현지 자료의 정확도와 데이터 수에 의해 생태네트워크 구축을 위한 연결녹지의 조성 위치가 변경될 수 있음을 의미한다. 이러한 기술･자료적 한계는 다양한 사례를 적용한 후속 연구를 통해 지속적으로 보완되어야 할 것이다. 마지막으로 분석결과의 검증을 현장답사가 아닌 위성영상분석으로 대체한 것도 본 연구의 한계라 할 수 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
도시개발에 의한 녹지의 파편화를 해결하기 위해 경부는 무엇을 제시했는가?
멀어진 경관조각 간의 거리는 종의 이동, 물질의 흐름을 방해하여 도시생태공간에 부정적인 영향을 야기하고 있다. 이러한 문제를 해결하고자 환경부는 국가환경종합계획(2006∼2015)과 자연환경보전기본계획(2006)을 통해 광역생태네트워크를 계획하였고, 이를 기반으로 한반도 생태계의 통합적 제고방안을 제시했다. 그러나 이와 같은 광역생태네트워크는 인간의 일상생활이 주로 이루어지는 도시적 차원으로의 접근이 미흡한 한계가 있다(박창석･오규식 외, 2007).
도시개발에 의한 녹지의 파편화는 어떤 문제를 야기시켰는가?
도시개발에 의한 녹지의 파편화는 서식공간 크기와 생물종의 다양성을 감소시켰다. 멀어진 경관조각 간의 거리는 종의 이동, 물질의 흐름을 방해하여 도시생태공간에 부정적인 영향을 야기하고 있다.
멀어진 경관조각 간의 거리는 무엇을 야기하는가?
도시개발에 의한 녹지의 파편화는 서식공간 크기와 생물종의 다양성을 감소시켰다. 멀어진 경관조각 간의 거리는 종의 이동, 물질의 흐름을 방해하여 도시생태공간에 부정적인 영향을 야기하고 있다. 이러한 문제를 해결하고자 환경부는 국가환경종합계획(2006∼2015)과 자연환경보전기본계획(2006)을 통해 광역생태네트워크를 계획하였고, 이를 기반으로 한반도 생태계의 통합적 제고방안을 제시했다.
참고문헌 (25)
김태진, 2008, "국가GIS 연구를 위한 사례연구방법론의 탐색", 한국GIS학회지 16(1): pp.145-155.
Singelton, P.H., et al., 2002, Landscape Permeability for Large Carnivores in Washington; A Geographic Information System Weighted-Distance and Least-Cost Corridor Assessment. United States Department of Agriculture, Pacific Northwest Research Station.
Tischendorf, L., Fahring. L., 2000, On the usage and measurement of landscape connectivity. Okikos 90:7-19.
van Lier, H.N and Carsjens, G.J., 2007, "Ecological networks to balance development and conservation; examples from landuse planning in the Netherland", USA and Argentina
Wang H., Zhang. L., 2006, "Planning an Ecological Network of Xiamen Island (China) using Landscape Metric and Network Analysis", Landscape and Urban Planning 78 pp.449-456.
Weber, T., Sloan. A., Wolf. J., 2006, "Maryland's Green Infrastructure Assessment: Development of a Comprehensive Approach to Land Conservation", Landscape and Urban Planning, 58: pp.157-170.
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