본 연구에서는 비점오염물질 관리를 위한 적정 수변완충폭의 산정 방안과 산정된 수변완충지역에 식재되는 식생 유형에 따른 탄소 축적 효과를 비교하여 수변지역을 친환경적으로 관리하기 위한 방안을 제시하였다. 낙동강 중.하류지역인 낙본 K 유역을 대상으로 수행한 연구 결과 대상 하천에 30~600 m 범위의 수변 폭이 필요한 것으로 분석되었으며, 산출된 수변완충지대 조성 지역에서 논, 밭, 초지, 나대지 등 수변 조성이 용이한 지역은 총 1,776.51 ha로 산출된 지역의 약 50%로 나타났다. 조성이 용이한 1776.51 ha에 활엽수림으로 수변완충지역을 조성할 경우 약 14,526 ton, 혼효림으로 조성할 경우 11,826 ton, 침엽수림으로 조성할 경우 8,382 ton, 다년생 초지로 조성할 경우에는 3,349 ton의 탄소가 각각 매년 축적되는 것으로 나타났다. 본 연구의 결과 산정된 수변완충지역에 매년 흡수하는 이산화탄소량은 자동차 약 5천대에서 배출되는 이산화탄소량과 비슷하며, 4인 기준 가정 약 2만 가구에서 나오는 이산화탄소량과 유사한 양으로 파악되었다.
본 연구에서는 비점오염물질 관리를 위한 적정 수변완충폭의 산정 방안과 산정된 수변완충지역에 식재되는 식생 유형에 따른 탄소 축적 효과를 비교하여 수변지역을 친환경적으로 관리하기 위한 방안을 제시하였다. 낙동강 중.하류지역인 낙본 K 유역을 대상으로 수행한 연구 결과 대상 하천에 30~600 m 범위의 수변 폭이 필요한 것으로 분석되었으며, 산출된 수변완충지대 조성 지역에서 논, 밭, 초지, 나대지 등 수변 조성이 용이한 지역은 총 1,776.51 ha로 산출된 지역의 약 50%로 나타났다. 조성이 용이한 1776.51 ha에 활엽수림으로 수변완충지역을 조성할 경우 약 14,526 ton, 혼효림으로 조성할 경우 11,826 ton, 침엽수림으로 조성할 경우 8,382 ton, 다년생 초지로 조성할 경우에는 3,349 ton의 탄소가 각각 매년 축적되는 것으로 나타났다. 본 연구의 결과 산정된 수변완충지역에 매년 흡수하는 이산화탄소량은 자동차 약 5천대에서 배출되는 이산화탄소량과 비슷하며, 4인 기준 가정 약 2만 가구에서 나오는 이산화탄소량과 유사한 양으로 파악되었다.
This study suggests the riparian area management measures that can control nonpoint source pollution and optimal carbon sequestration. 30~600 m ranges of riparian buffer width are estimated for controlling diffused pollutants in Nakbon K watershed in the Nakdong River. The area that can be easily re...
This study suggests the riparian area management measures that can control nonpoint source pollution and optimal carbon sequestration. 30~600 m ranges of riparian buffer width are estimated for controlling diffused pollutants in Nakbon K watershed in the Nakdong River. The area that can be easily restored to the riparian buffer zone considering current land use type is the 1,776.51 ha and it is the 50% of estimated buffer area. About 14,526 tC/yr, 11,826 tC/yr, 8,382 tC/yr and 3,349 tC/yr of carbon can be sequestered in the restoration of riparian buffer zone with broad leaved forest, mixed forest, coniferous forest and perennial grass, respectively. It is equivalent amount of carbon dioxide that emitted from 5,000 cars or 20,000 homes as a family of four.
This study suggests the riparian area management measures that can control nonpoint source pollution and optimal carbon sequestration. 30~600 m ranges of riparian buffer width are estimated for controlling diffused pollutants in Nakbon K watershed in the Nakdong River. The area that can be easily restored to the riparian buffer zone considering current land use type is the 1,776.51 ha and it is the 50% of estimated buffer area. About 14,526 tC/yr, 11,826 tC/yr, 8,382 tC/yr and 3,349 tC/yr of carbon can be sequestered in the restoration of riparian buffer zone with broad leaved forest, mixed forest, coniferous forest and perennial grass, respectively. It is equivalent amount of carbon dioxide that emitted from 5,000 cars or 20,000 homes as a family of four.
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문제 정의
24) 하지만 기준완충지대의 선정 시 필요한 변수 값을 특정지역의 평균값으로 사용하고 기준완충지대 산정에 따른 주관적인 판단으로 인하여 모형의 불확실성이 커질 수 있다.26) CREAMS 모델은 수변폭에 따른 유출수와 토사량 등을 고려하는 모형으로 유역에서의 비점오염원을 평가하기 위한 목적으로 개발되었다.25) 본 연구에서는 VFSMOD에 비하여 비교적 간단한 모형인 RBDE를 수정 보완한 Xiang의 수변완충 폭 산정모형을 사용하였다.
본 연구에서는 비점오염물질의 유입관리를 위한 적정 수변완충폭의 산정 방안과 산정된 수변완충지역에 식재되는 식생 유형에 따른 탄소 축적 효과를 비교하여 비점오염물질의 제어뿐만 아니라 탄소의 축적도 가능한 수변완충 지역을 친환경적으로 이용하고 관리하기 위한 효율적인 방안을 제시하였다.
본 연구에서는 비점오염물질의 유입관리를 위한 적정 수변완충폭의 산정 방안과 산정된 수변완충지역에 식재되는 식생 유형에 따른 탄소 축적 효과를 비교함으로써 비점오염물질의 제어뿐만 아니라 탄소의 축적도 가능한 수변완충 지역을 친환경적으로 이용하고 관리하기 위한 효율적인 방안을 제시하고자 하였다.
가설 설정
임상에 따른 식물 생장량은 임상별 연간 생장량 자료를 활용하여 침엽수림과 활엽수림, 혼효림 별로 계산하였다.30) 단 수변완충지대의 조성에 따른 탄소축적량을 산출하기 위하여, 20년 동안 일정한 면적을 수변으로 조성하며, 1년생 목본을 식재하여 20년간 성장하는 것을 가정하여 계산하였다.
33) 따라서 본 연구에서는 비점원 오염물질 관리를 위한 수변폭 산정을 위하여 초본식물을 기본완충지대에 주로 분포하는 식물로 가정하여 적용하였다. 한편 국내 관련 식물의 Manning 조도계수 값을 적용 할 수 없어 외국의 유사연구에서 사용한 초본류 중 버뮤다 그라스의 조도계수 값인 0.
비점원 오염물질 관리를 위하여 산정한 수변폭에 대하여 수변완충지대를 조성하였을 경우 최적 탄소축적량을 산출하기 위하여 본 연구에서는 대상 수변지역을 활엽수림, 침엽수림, 혼효림, 초지로 조성하였을 때를 가정하여 탄소축적량을 추정하였다.
토지이용변화에 따른 토양 내 탄소 변화량은 무기토양내의 탄소저장량 변화에 따른 이산화탄소 배출량을 대상으로 하였으며, 20년 동안 수변 조성 가능 면적인 약 1,776.51 ha를 수변식생대로 조성하는 것을 가정하여 계산하였다. 낙본 K 유역에서 수변식생대를 조성할 경우 유역내 논, 밭, 초지 및 나지의 면적은 각각 2,539 ha에서 1,756 ha, 2,199 ha에서 1,440.
제안 방법
17,33) 하천의 수변완충지대 조성에 따른 식물 생체량의 변화는 식 (2)에 의하여 낙동강 중 · 하류권에 분포하고 있는 갈대, 애기부들, 줄, 물억새 4가지의 초본류와 침엽수림, 활엽수림, 혼효림으로 분류하여 임업통계연보35)를 참고하여 3년 동안의 목본류 생장량의 평균값을 이용하여 연간 바이오매스 순증가량을 계산하였다.
24,28) 본 연구에서는 수변완충지대 폭 산정 모형에서 실제 대상지의 완충효과율(p)이 기준완충지대의 완충효과율에 상응하는 값을 가지도록 완충효과율을 1로 두고 기준완충지대의 각 인자 값을 대입하여 모형과 결합시켜 계산한 후 대상지역의 지도 중첩을 실시하였다.
26) CREAMS 모델은 수변폭에 따른 유출수와 토사량 등을 고려하는 모형으로 유역에서의 비점오염원을 평가하기 위한 목적으로 개발되었다.25) 본 연구에서는 VFSMOD에 비하여 비교적 간단한 모형인 RBDE를 수정 보완한 Xiang의 수변완충 폭 산정모형을 사용하였다. Xiang의 완충폭 모델은 1995년 미국 North Carolina 주 Mountain Island Lake 유역의 법규상 규정된 식생완충지대의 적정성을 평가 하기 위한 연구에 사용되었으며, 다음 식 (1)을 이용하여 목표 완충효율(p)에 도달하기 위한 완충지대의 적정 폭인 Lp를 계산하게 된다.
일반적으로 탄소 축적량의 변화는 토양 탄소 축적량이 새로운 평형 상태에 근접할 때까지 수년에서 수십 년에 걸쳐 나타나므로, 일반적으로 20년 단위의 자료가 필요하며, 토양단면 상부 30cm 만을 근거로 산출하고 있다.29) 본 연구에서는 대상 토지를 논과 밭, 산림과 기타 4가지의 토지이용으로 구분한 후 1978년도와 1998년도의 토양내 탄소량을 비교하여 토지이용에 따른 토양탄소량을 산출한 이경학 등31)의 자료를 사용하여 수변완충지대의 토지이용변화에 따른 토양 유기탄소축적량을 추정하였다.
36) 잔재 바이오매스의 부후는 대부분의 경우 10년에 걸쳐 일어나며 전용면적을 토대로 추정하게 되는데,29) 본 연구에서는 IPCC 가이드라인을 기초로 전용전과 전용 후의 바이오매스량을 이경학 등의 자료31)를 이용하여 분석하였으며, 전용에 따른 탄소배출 및 흡수량은 전용 후 잔존 바이오매스가 방치되어 서서히 부식하면서 방출되는 이산화탄소만을 대상으로 하였다.36) 분석결과 타 용도로의 토지 전용에 따른 바이오매스의 부후는 식생별로 보면 활엽수림에서 가장 큰 변화가 일어나는 것으로 나타났으며, 경작지에서 초지(다년생 초본지역)로 전용되었을 경우에 탄소의 배출이 일어나는 것으로 나타났다(Fig.
경사도, 포화수리전도도, 토양수분함량도 등을 식 (1)에 적용하여 완충효과(p)가 1인 수변완충지대의 폭을 구하기 위하여 지도 중첩을 실시하였다. 이때 구해진 각 셀의 값은 완충효과를 만족하기 위하여 필요한 완충폭(Wc)이며 다음의 식 (4)를 이용하여 계산하였다.
대상 지역의 특성을 파악하기 위하여 국립지리원에서 제공하는 1:25000 수치지형도를 이용하여 대상지역의 등고선과 표고점을 추출하여 30 m×30 m 크기의 DEM을 생성한 후 경사도를 분석하였다(Fig. 3).
3). 또한 Manning 조도계수분포도와 토양 포화수리전도도 및 토양수분보유함량도는 환경부와 농업과학기술원에서 제공하는 토지피복도와 정밀토양도를 이용하여 작성하여 수변 폭 산정에 활용하였다(Fig. 3).
수변완충지대에 식생대를 조성한 후 식물 생장으로 인한 연간 생체량 축적의 증가는 다음의 식 (2)를 이용하여 줄기재적의 순증가량 축적으로 계산되며, 측정된 줄기재적의 순증가량과 전건비중, 지상바이오매스 대 줄기바이오매스 비율, 전체 바이오매스 대 지상바이오매스 비율과 탄소전화인자를 곱하여 탄소흡수량을 계산한다. 임상에 따른 식물 생장량은 임상별 연간 생장량 자료를 활용하여 침엽수림과 활엽수림, 혼효림 별로 계산하였다.30) 단 수변완충지대의 조성에 따른 탄소축적량을 산출하기 위하여, 20년 동안 일정한 면적을 수변으로 조성하며, 1년생 목본을 식재하여 20년간 성장하는 것을 가정하여 계산하였다.
대상 데이터
본 연구대상지인 낙본K 유역 중 본류에서 1 km, 제 1지류로부터 500 m, 제 2지류로부터 300 m를 경계로 비점원오염물질 관리에 필요한 기준완충지대를 선정하였다. 대상지역에서 배수가 양호하고 하천변을 따라 가장 넓게 분포하는 토양의 종류는 무등통으로 나타났는데, 무등통의 포화수리전도도(K)는 50 cm/hr로, 토양수분보유함량은 4.
본 연구에서 활용한 대상지역은 낙동강 수계의 경상남도 김해시와 양산시에 위치하고 있는 낙본 K 유역으로 낙동강수계 구간 중 밀양강 합류점 후부터 양산천 합류점 전까지 전 구간으로, 대상하천의 유로연장은 26 km, 유역면적은 약 253.5 km2이다(Fig. 1). 낙본 K 유역은 부산시민의 식수원인 매리와 물금 취수장이 위치한 지역으로 이들 취수장을 통하여 본류에서 1일 약 250만 톤의 물을 취수하고 있다.
성능/효과
1,2) 인간에 의한 하천의 인위적 간섭은 오염물질의 유입을 저감할 수 있는 수변지역에 오히려 오염원을 위치하게 함으로 하천 수질의 악화를 초래할 수 있다.3) 뿐만 아니라 수변지역의 토지이용변화로 인하여 기존 식물과 토양이 보유하고 있는 탄소저장량의 변화 또한 초래할 수 있다.
51 ha로 산출된 지역의 약 50%로 나타났다. 1776.51 ha 면적에 해당하는 수변완충지역을 활엽수림으로 조성할 경우 14,526 ton, 혼효림으로 조성할 경우 11,826 ton, 침엽수림으로 조성할 경우 8,382 ton, 다년생 초지로 조성할 경우에는 3,349 ton의 탄소가 매년 축적되는 것으로 나타났다.
23~25) VFSMOD모델은 수문과 토사, 오염물질이 식생여과대를 통과하는 것을 시뮬레이션 한 모형으로, 다양한 조건에서 수변 완충폭을 산정할 수 있다는 장점은 있지만, 많은 매개 변수와 입력 자료를 필요로 하며 고도의 기술력을 요하므로 사용하기 어려운 단점 또한 가지고 있다.22) RBDE모델과 CREAMS 모델 등은 VFSMOD모델에 비하여 비교적 간단한 모형이다. Phillips에 의해 연구된 RBDE모델은 토양 특성과 경사도, 그리고 표면의 거칠기 등을 이용하여 기준 완충지대와 연구대상지를 비교하여 수변폭을 산정하는 모형이다.
36) 잔재 바이오매스의 부후는 대부분의 경우 10년에 걸쳐 일어나며 전용면적을 토대로 추정하게 되는데,29) 본 연구에서는 IPCC 가이드라인을 기초로 전용전과 전용 후의 바이오매스량을 이경학 등의 자료31)를 이용하여 분석하였으며, 전용에 따른 탄소배출 및 흡수량은 전용 후 잔존 바이오매스가 방치되어 서서히 부식하면서 방출되는 이산화탄소만을 대상으로 하였다.36) 분석결과 타 용도로의 토지 전용에 따른 바이오매스의 부후는 식생별로 보면 활엽수림에서 가장 큰 변화가 일어나는 것으로 나타났으며, 경작지에서 초지(다년생 초본지역)로 전용되었을 경우에 탄소의 배출이 일어나는 것으로 나타났다(Fig. 7). 토지전용에 따른 토양 탄소(C)의 변화량은 활엽수림에서 2,785 ton, 혼효림에서 1,984 ton이, 침엽수림에서 1,184 ton 순으로 축적되는 것으로 나타났다.
낙동강 중 · 하류지역인 낙본 K 유역을 대상으로 연구를 수행한 결과 대상 하천에 30~600 m 범위의 수변 폭이 필요한 것으로 분석되었으며, 산출된 수변완충지대 조성 필요 지역에서 논, 밭, 초지, 나대지 등 수변 조성이 용이한 지역은 1,776.51 ha로 산출된 지역의 약 50%로 나타났다.
낙본 K 유역에 수변완충지역 조성 가능지역인 1,776.51 ha를 각각 침엽수림, 활엽수림, 다년생 초본지로 조성한다면, 침엽수림으로 조성 할 경우에는 연간 8,382.48 ton, 활엽수림의 경우 14,525.97 ton, 혼효림의 경우 11,825.92 ton, 다년생 초지로 조성하면 3,348.73 ton의 탄소를 각각 저감되는 것으로 나타났다(Table 3). 이러한 탄소 저감량은 2003년 기준으로 우리나라 1인당 배출하는 이산화탄소량은 평균 0.
본 연구대상지인 낙본K 유역 중 본류에서 1 km, 제 1지류로부터 500 m, 제 2지류로부터 300 m를 경계로 비점원오염물질 관리에 필요한 기준완충지대를 선정하였다. 대상지역에서 배수가 양호하고 하천변을 따라 가장 넓게 분포하는 토양의 종류는 무등통으로 나타났는데, 무등통의 포화수리전도도(K)는 50 cm/hr로, 토양수분보유함량은 4.44 cm이다.32)또한 대상 하천주위의 경사도는 0~15%, 지류는 1~3%로 분석되었으며, 2% 경사가 가장 많이 나타나는 것으로 분석되었다(Table 1).
본 연구에서 산정한 수변완충지대의 적정폭은 하천경계로부터 완충 여과효과기여도를 합하여 총 완충효과기여도가 1이 되는 지역까지의 폭으로서 산정된 비점오염원 관리를 위한 수변 폭은 30~600 m 범위이며 일부구간을 제외하고는 평균 34 m의 범위가 가장 적합한 것으로 분석되었다(Fig. 4).
17,33) 하천의 수변완충지대 조성에 따른 식물 생체량의 변화는 식 (2)에 의하여 낙동강 중 · 하류권에 분포하고 있는 갈대, 애기부들, 줄, 물억새 4가지의 초본류와 침엽수림, 활엽수림, 혼효림으로 분류하여 임업통계연보35)를 참고하여 3년 동안의 목본류 생장량의 평균값을 이용하여 연간 바이오매스 순증가량을 계산하였다. 분석 결과 수변완충지대의 조성에 따른 이산화탄소 순 흡수량은 활엽수림, 침엽수림, 혼효림, 초본 식재 지역에서 각각 연간 56 tC/ha, 30 tC/ha, 45.34 tC/ha, 13 tC/ha 인 것으로 나타났다(Fig. 6).
비점원 오염물질 관리를 위하여 필요한 수변폭을 고려하여 이들 지역 내에 수변조성이 비교적 용이한 논, 밭, 초지, 나지를 추출하여 중첩한 결과, 총 대상 면적 3,529.26 ha 중 수변완충지대로 조성이 가능한 지역은 1,776.51 ha로 수변 완충지대로 추출된 지역의 약 50%로 나타났으며, 조성이 불가능한 시가화 · 건조지역은 약 14%, 그 외 지역은 산림이나 습지 등 수변완충지대로의 조성이 필요 없는 지역으로 나타났다(Fig. 5).
73 ton의 탄소를 각각 저감되는 것으로 나타났다(Table 3). 이러한 탄소 저감량은 2003년 기준으로 우리나라 1인당 배출하는 이산화탄소량은 평균 0.62톤, 자동차 1대가 배출하는 이산화탄소량은 7.9톤이라 보고된 국립산림과학원의 자료20)와 비교할 때 본 연구의 결과 산정된 수변완충지역에 매년 흡수하는 이산화탄소량은 자동차 약 5천대에서 배출되는 이산화탄소량과 비슷하며, 4인 기준 가정 약 2만 가구에서 나오는 이산화탄소량과 유사한 양으로 파악되었다.
02 tC로 감소하게 된다. 하지만 전용되는 면적만큼 목본류를 우점으로 하는 수변식생대를 조성할 경우 총 1,786.71 tC가, 초본류를 우점으로 하는 수변식생대를 조성할 경우 1,129.40 tC이 더 축적되는 것으로 나타났다(Table 2). 초본류보다 목본류에서 탄소축적이 더 많이 일어나는 것으로 분석되어 다른 국내연구와 유사한 경향을 나타내었다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
수변지역은 어떤 지역인가?
육역과 수역의 전이지대인 수변지역은 강턱을 안정화시키고, 유역으로부터 들어오는 영양염류와 토사를 여과함으로써 수질을 향상시키는 지역이다. 또한 육역과는 다른 식물과 토양 특성을 가짐으로 인하여 높은 종 다양성과 종밀도 및 생물학적 생산력을 보유하고 있으며 탄소보유능력 또한 뛰어난 것으로 보고되고 있다.
인간에 의한 하천의 인위적 간섭이 수변지역에 어떤 문제를 야기하는가?
산업화와 도시화 과정 중에 우리나라의 하천과 수변지역은 치수와 이수 등 홍수의 예방과 하천의 이용을 위하여 지속적으로 개발되어왔다.1,2) 인간에 의한 하천의 인위적 간섭은 오염물질의 유입을 저감할 수 있는 수변지역에 오히려 오염원을 위치하게 함으로 하천 수질의 악화를 초래할 수 있다.3) 뿐만 아니라 수변지역의 토지이용변화로 인하여 기존 식물과 토양이 보유하고 있는 탄소저장량의 변화 또한 초래할 수 있다.
우리나라는 수변구역 관리를 위해 어떤 노력과 제도를 시행하고 있는가?
우리나라는 1990년대 후반부터 수변지역에 관한 관심이 증가되었는데, 1998년 수립된 팔당 등 한강상수원 수질개선대책을 지원하기 위한 “한강수계 상수원수질 개선 및 주민지원 등에 관한 법률”에서 처음으로 수변지역에 관련한 법적 규정이 마련되었고, 2003년 이후 4대강을 중심으로 기존 수변지역에 입지한 오염원을 제거하고 오염을 유발 할 수 있는 토지이용을 미리 방지하여 상수원의 수질 개선을 도모하기 위한 수변구역 제도를 실시하였다. 현재 수변구역 관련 제도에서는 하천에서 가장 인접한 지역을 보전지역으로 조성하고 이들 지역에 대하여 오염원의 철저한 배제와 수변관리를 위한 토지매수 및 생태벨트 조성을 도모하고 있다. 특히 하천 양안 50~100m 구역을 절대보전지역으로 지정하고 식생을 연결하여 녹지조성을 하는 녹지조성 권고지역으로 계획하고 있다.11,12) 또한, 서식 생물종에게 공간, 먹이, 물, 은신처 등을 제공하는 생물의 이동통로 및 종과 오염물질의 여과 기능 그리고 유입물질의 보유기능을 담당하는 수변생태벨트를 조성하기 위한 매수토지관리계획 또한 수립하고 있다.11,12)
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