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문제 정의
- 이 방법으로 측정이 불가능한 정성적 요소인 산지습지 가능지역에 대한 평가인자의 상대적 중요도 산출이 가능하다고 판단된다. 따라서 본 연구에서는 산지습지 가능지역을 평가할 수 있는 평가인자별 가능지수를 산출하고, 향후 산지습지조사 등에 필요한 정보를 제공하고자 한다.
- 본 연구에서는 산지습지에 대한 문헌 및 선행연구를 토대로 산지습지의 입지적 환경특성을 분석하여 산지습지의 가능지역을 추출하기 위한 평가인자를 도출하고자 한다. 도출된 평가인자에 기여도는 전문가마다 상당히 주관적으로, 지식·경험·직관적인 의견 및 자료를 가지고도 쌍대 비교(Pairwise Comparison Judgement)를 통해 전문적인 평가로 유도할 수 있는 Saaty(1977) AHP기법을 적용해 보았다.
제안 방법
- 경사도(slope)는 지형면의 발달과 토양 침식, 식생분포, 인간의 토지 이용 등에 미치는 영향이 큰 요소이다. 경사도는 국토지리정보원에서 제공하고 있는 공간해상도 30m의 DEM(Digital Elevation Model)을 ArcGIS 10.1 프로그램에서 제공하고 경사분석 툴을 이용하여 경사도를 나타내는 공간데이터베이스를 구축하였다. 경사 계산방식은 분석 툴에서 제공하는 3×3 격자의 중앙 격자의 고도값을 기준으로 8개 이웃 격자 중 4개의 격자에 가중치를 주어 계산하는 방법을 사용하였다.
- 경사도의 등급척도는 산지특성 평가지표(KFS, 2011)로 제시된 경사도 구분을 적용하여 경사지(경사 20°미만)까지 범위로 하여 5°씩 등간격으로 총 4개로 구분하여 경사도 강도에 대한 상대적 중요도를 분석하였다.
- 그리고 각 평가인자의 최종 우선순위에 1,000을 곱하여 정수값을 가지는 평가인자별 산지습지 가능지수를 가진 GIS도면을 구축하였다. 그리고 각 평가인자 도면을 중첩하여 최종적으로 산지습지 가능지수를 나타내는 산지습지가능지수도(Mountainous Wetland Potential Index, MWPI)을 구축하였다(Figure 9).
- 그리고 각 평가인자의 최종 우선순위에 1,000을 곱하여 정수값을 가지는 평가인자별 산지습지 가능지수를 가진 GIS도면을 구축하였다. 그리고 각 평가인자 도면을 중첩하여 최종적으로 산지습지 가능지수를 나타내는 산지습지가능지수도(Mountainous Wetland Potential Index, MWPI)을 구축하였다(Figure 9).
- 네 번째, 각 평가인자 및 세부항목의 가중치를 부여하여 공간데이터베이스를 구축하고, 레스터 중첩분석을 통해 최종 산지습지 가능지역을 평가하였다.
- 두 번째, 선정된 평가인자에 대한 공간데이터베이스를 구축하고, 38개 산지습지의 조사된 자료와 중첩분석을 통해 산지습지의 공간적인 특성을 분석하였다.
- 국내 연구사례를 보더라도 지형적으로 고위평탄면 또는 경사변곡점에 해당되는 곳과 능선 주위 잘 발달(Koo and Seo, 2007)한다고 하고 있다. 따라서 본 연구에서는 지형적 요소 중 경사도를 공간데이터베이스로 구축하고 습지의 형성과 지표의 중요한 요소로 사용되는 수문, 식생, 토양과 관련된 공간자료를 확보하여 공간데이터베이스를 구축하였다.
- 앞에서 산정한 평가인자에 대한 상대적 중요도와 평가인자의 강도에 대한 상대적 중요도를 곱하여 최종적으로 가중된 상대적 중요도를 산정하였다. 또한 절대측정의 기준으로 사용될 등급적용이 가능하도록 가장 중요도 높은 항목의 중요도가 1이 되도록 각각의 중요도를 정규화하여 우선순위를 작성하였다(Table 13).
- 본 연구지역의 산지습지가 분포하는 위치 자료를 GIS데이터로 구축하고 수치표고모델(Digital Elevation Model, DEM)과 공간분석을 통해 산지습지의 해발고도값을 추출하였다. 총 38개 산지습지 중 36개(94.
- 산지습지 가능지역을 추출하기 위한 습윤지수, 경사도, 토지피복, 토양특성 등 4개의 평가 인자에 대해 AHP분석기법을 이용하여 각 평가 인자에 대한 상대적인 중요도를 결정하고 가중치를 부여하였다.
- 산지습지 가능지역을 추출하기 위한 평가인자로 습윤지수, 경사도, 토지피복, 토양의 특성 등을 사용하였다. 산지습지의 지형적, 환경적 특성을 분석하기 위해 기존 산지습지 위치정보와 각 평가인자에 대한 GIS 공간데이터베이스를 구축 및 중첩분석 한 결과 대부분의 산지습지는 해발고도는 400m이상에 위치하는 것으로 나타났으며, 경사도는 10°이하로 가장 많이 분포하는 것으로 나타났다.
- 산지습지 중 일부는 과거에 농경지로 이용되었으나 방치되면서 자연적으로 습지로 변모해 가면서 초지를 이루는 경우가 많고 본 논문에서는 농경지를 자연초지에 포함시켜 토지피복에 대한 등급척도를 자연초지, 활엽수림, 침엽수림, 혼합림 총 4가지로 구분하고 상대적 중요도를 분석하였다. 그 결과 자연초지가 0.
- 세 번째, 평가인자에 대한 가중치를 검증하기 위하여 전문가를 대상으로 설문조사를 실시하였다. 설문조사는 공간적 분석결과에 설명하고 각 평가인자에 대한 중요도는 계층적 분석방법(AHP, Analytic Hierachy Process)을 이용하였다.
- 이 방법은 지형의 포화정도를 설명한다고 알려져 있으며 자연의 지형 특성을 반영하는 인자로써, 유출 등의 수문 현상을 모의하는데 사용되어 왔다. 습윤지수는 포화성향성 또는 수문학적 상사성을 수치지형 모형에서 구현하는 수문학적 대리지수로써 TOPMODEL, THALES, TOPOG 등의 많은 분포형 수문 모형에서 활용되고 있는데 WI는 식 1과 같은 계산과정을 통해 습윤지수를 나타내는 공간데이터베이스를 구축하였다.
- 앞에서 산정한 평가인자에 대한 상대적 중요도와 평가인자의 강도에 대한 상대적 중요도를 곱하여 최종적으로 가중된 상대적 중요도를 산정하였다. 또한 절대측정의 기준으로 사용될 등급적용이 가능하도록 가장 중요도 높은 항목의 중요도가 1이 되도록 각각의 중요도를 정규화하여 우선순위를 작성하였다(Table 13).
- 연구의 수행과정은 Figure 2와 같이 산지습지 가능지역 추출하기 위해 먼저 가능지역에 대한 평가인자를 선정, 선정된 평가인자에 대한 GIS 공간데이터베이스 구축 및 기존 습지자료와 상관관계 분석, 각 평가인자에 대한 가중치를 부여, 마지막으로 각 가중치가 부여된 GIS 공간데이터베이스의 중첩분석을 통해 산지습지 가능 지역 평가로 4단계로 구성되어 있다(Figure 2).
- 따라서 본 연구에서는 토양의 상태와 수분의 보습력 등을 고려하여 토양의 특성과 배수 등급 등을 파악할 수 있는 정밀토양도를 국립농업과학원으로부터 제공받아 분석하였다(Korean Soil Information System, 2013). 제공 받은 토양도는 토양통의 코드값만 제공하여 토양통에 대한 속성 테이블 구성 및 테이블 조인 작업을 통해 토양의 토성, 배수등급, 퇴적양식 등을 나타내는 공간데이터베이스를 구축하였다.
- 첫 번째, 산지습지 가능지역에 대한 평가인자를 선정하는 단계에서는 문헌 및 선행연구를 토대로 산지습지 가능지역에 영향을 미치는 지형 환경, 수문환경, 습지식생, 토양환경 등 4개 항목을 선정하였다.
- 토양은 산지습지 위치를 나타내는 공간자료와 토양도를 중첩하여 토성, 퇴적양식, 배수등급에 대한 추출하였다. 산지습지의 토성은 ‘양토’와 ‘사양토’지역으로 나타났다(Table 3).
- 식생은 환경부에서 제공하는 중분류 토지피복지도(Land Cover map)이용하였다. 토지피복지도는 내륙습지, 자연초지, 활엽수, 침엽수 등 자연의 피복상태를 나타내는 지도로서 산지습지와 관련된 토지피복을 추출하기 위하여 여 토지피복코드를 속성값으로 갖는 공간데이터베이스를 구축하였다.
- 설문조사는 공간적 분석결과에 설명하고 각 평가인자에 대한 중요도는 계층적 분석방법(AHP, Analytic Hierachy Process)을 이용하였다. 평가인자의 계층구조 및 세부 검토항목의 가중치를 설정하기 위해 습지에 전반적인 지식을 가지고 있는 전문가를 대상으로 설문조사를 실시하였다. 설문조사 대상으로는 전국내륙습지 조사에 참여하고 있는 전문가 11명, 국립습지센터 연구원 6명, 환경관련 학과 교수 및 박사급 8명 등 총 3회의 걸쳐 실시하였으며, 평균 10년 이상의 경력을 가진 전문가를 대상으로 2012년 6월 25일부터 7월 7일까지 설문조사를 실시하였다.
- 환경부에서 조사된 ‘전국내륙습지조사’ 자료로부터 산지습지 위치를 GIS 자료로 구축하고 앞에서 구축한 평가인자에 대한 공간데이터베이스와 공간분석을 통해 상관관계를 분석하였다(Table 7).
대상 데이터
- Figure 6. The land-cover of 38 wetlands.
- Table 6. The soil properties of 38 wetlands.
- Table 3. The soil texture of 38 wetlands.
- , 2004). 따라서 본 연구에서는 토양의 상태와 수분의 보습력 등을 고려하여 토양의 특성과 배수 등급 등을 파악할 수 있는 정밀토양도를 국립농업과학원으로부터 제공받아 분석하였다(Korean Soil Information System, 2013). 제공 받은 토양도는 토양통의 코드값만 제공하여 토양통에 대한 속성 테이블 구성 및 테이블 조인 작업을 통해 토양의 토성, 배수등급, 퇴적양식 등을 나타내는 공간데이터베이스를 구축하였다.
- 또한 환경부에서 조사된 산지습지 목록을 검토한 결과 2010년까지 조사된 산지습지는 총 91개소로, 이중 연구지역 내 분포하는 38개의 산지습지를 본 연구대상으로 선정하였다(Table 1).
- 본 연구에서 제시한 산지습지 가능지수를 검증하기 위하여 지수 600이상인 지역을 대상으로 항공사진과 중첩하여 현장조사 대상지를 선정하였다.
- 본 연구지역으로는 무제치늪, 신불산 고산습지, 화엄늪, 무제치늪, 대성늪, 화엄늪 등 우리나라 대부분의 산지습지 보호지역이 위치하고 있는 경상남도 양산시와 울산광역시 울주군 경계지역 위치한 산지 일대(북위 35°15′56″～35°43′44″, 동경128°52′18″～ 129°28′06″) 1,545km2을 대상으로 하였다(Figure 1).
- 평가인자의 계층구조 및 세부 검토항목의 가중치를 설정하기 위해 습지에 전반적인 지식을 가지고 있는 전문가를 대상으로 설문조사를 실시하였다. 설문조사 대상으로는 전국내륙습지 조사에 참여하고 있는 전문가 11명, 국립습지센터 연구원 6명, 환경관련 학과 교수 및 박사급 8명 등 총 3회의 걸쳐 실시하였으며, 평균 10년 이상의 경력을 가진 전문가를 대상으로 2012년 6월 25일부터 7월 7일까지 설문조사를 실시하였다. 설문지에 대해서는 총 25부를 직접 또는 우편으로 보내 20부를 회수하였고, 설문분석은 엑셀 2010을 이용하여 가중치 분석 및 일관성 분석을 실시하였다.
- 지도(B)지역 석계공원묘원 북동쪽에 위치한 산지습지로 3개소 있는 것으로 예상되나 진입로 없고 접근성이 어려워 1개소만 현장조사를 실시하였다. 규모는 폭 30m, 길이는 약 100m 정도로 나타났다.
- 현장검증지역으로는 경남 양산시 원동면 신불산 고산습지 주변 에덴벨리 리조트, 경남 양산시 상북면 석계공원묘원 북동쪽, 양산시 동면 금정산과 장군봉 사이에 위치하고 있는 장군습지를 대상으로 현장조사를 실시하였다. 지도(A) 지역 신불산 고산습지 보호지역(Ⅲ) 바로 옆에 위치하고 있는 에덴벨리 리조트로, 이 지역을 선정한 것은 토지피복지도를 통해 제거되지 않았던 지역으로 과거 리조트가 건설되기 이전에는 습지가 분포했던 것으로 예상된다.
데이터처리
- 경사 계산방식은 분석 툴에서 제공하는 3×3 격자의 중앙 격자의 고도값을 기준으로 8개 이웃 격자 중 4개의 격자에 가중치를 주어 계산하는 방법을 사용하였다.
- 설문조사 대상으로는 전국내륙습지 조사에 참여하고 있는 전문가 11명, 국립습지센터 연구원 6명, 환경관련 학과 교수 및 박사급 8명 등 총 3회의 걸쳐 실시하였으며, 평균 10년 이상의 경력을 가진 전문가를 대상으로 2012년 6월 25일부터 7월 7일까지 설문조사를 실시하였다. 설문지에 대해서는 총 25부를 직접 또는 우편으로 보내 20부를 회수하였고, 설문분석은 엑셀 2010을 이용하여 가중치 분석 및 일관성 분석을 실시하였다.
이론/모형
- 도출된 평가인자에 기여도는 전문가마다 상당히 주관적으로, 지식·경험·직관적인 의견 및 자료를 가지고도 쌍대 비교(Pairwise Comparison Judgement)를 통해 전문적인 평가로 유도할 수 있는 Saaty(1977) AHP기법을 적용해 보았다.
- 세 번째, 평가인자에 대한 가중치를 검증하기 위하여 전문가를 대상으로 설문조사를 실시하였다. 설문조사는 공간적 분석결과에 설명하고 각 평가인자에 대한 중요도는 계층적 분석방법(AHP, Analytic Hierachy Process)을 이용하였다. 평가인자의 계층구조 및 세부 검토항목의 가중치를 설정하기 위해 습지에 전반적인 지식을 가지고 있는 전문가를 대상으로 설문조사를 실시하였다.
- 수문은 지형의 습윤상태를 정략적으로 계산하기 위하여 Beven과 Kirkby(1979)에 의해 제안된 습윤지수(Wetness Index, WI)를 이용하였다. 이 방법은 지형의 포화정도를 설명한다고 알려져 있으며 자연의 지형 특성을 반영하는 인자로써, 유출 등의 수문 현상을 모의하는데 사용되어 왔다.
- 식생은 환경부에서 제공하는 중분류 토지피복지도(Land Cover map)이용하였다. 토지피복지도는 내륙습지, 자연초지, 활엽수, 침엽수 등 자연의 피복상태를 나타내는 지도로서 산지습지와 관련된 토지피복을 추출하기 위하여 여 토지피복코드를 속성값으로 갖는 공간데이터베이스를 구축하였다.
성능/효과
- AHP기법으로 이용하여 평가인자에 대한 상대적 중요도를 분석한 결과 경사도가 0.550로 가장 높게 나타났으며, 그 다음으로는 습윤지수가 0.249로 나타났다.
- 118로 가장 낮게 나타났다. 각 평가인자에 상대적 중요도 분석한 결과에 대한 일관성지수(CI)와 일관성 비율(CR)을 검토한 결과 모두 0.1이하로 일관성 있는 것으로 나타났다(Table 8).
- 그 결과 5～10°미만일 때 0.507로 가장 높게 나타났으며, 일관성 비율은 0.043로 상대적 중요도가 일관성이 있는 것으로 나타났다(Table 9).
- 산지습지 중 일부는 과거에 농경지로 이용되었으나 방치되면서 자연적으로 습지로 변모해 가면서 초지를 이루는 경우가 많고 본 논문에서는 농경지를 자연초지에 포함시켜 토지피복에 대한 등급척도를 자연초지, 활엽수림, 침엽수림, 혼합림 총 4가지로 구분하고 상대적 중요도를 분석하였다. 그 결과 자연초지가 0.512로 가장 높게 나타났으며, 일관성 비율은 0.007로 토지피복 강도의 상대적 중요도가 일관성이 있는 것으로 나타났다(Table 11).
- 기존 산지습지 위치와 비교분석한 결과 산지습지 가능지수를 검토한 결과 총 38개 중 31개소가 600이상으로 나타났으며, 평균값은 781로 나타났다. 평균값이 높게 나타나는 것은 산지습지는 경사도와 습윤지수에 의해 결정되는 것으로 예상할 수 있다.
- 또한 본 연구지역에 가능지수가 800이상인 지역을 대상으로 현장조사를 실시한 결과 이미 훼손되거나 개발된 지역을 제외하고는 모두 산지습지가 존재하는 것으로 나타났다. 다만, 격자의 크기 최소 3개정도 이상 되어야 습지의 형태를 나타냈으며, 그 이하는 소규모 축축한 땅으로 습지에 해당하나 계곡에서 흔히 볼 수 있는 지역으로 본 연구에서는 제외하였다.
- 마지막으로 (C)지역은 환경부 전국내륙습지 목록에는 들어있지는 않지만 경상남도 람사르 환경재단에서 정밀조사를 실시한 지역으로 본 연구의 가능지수가 장군습지의 위치가 동일하게 나타났다.
- 마지막으로 토양의 배수등급은 ‘불량’할수록 땅이 습하여 불량한 곳에 습지가 더 존재할 것으로 예상하였으나, 불량한 지역의 대부분은 선상지나 하천주변위치하고 있는 하천습지로 나타났다.
- 토양의 토성 및 퇴적양식, 배수등급 등 각 특성으로 산지습지 가능지역의 평가인자로 사용하기에는 제한적이었으나 3가지 특성을 종합하여 산지습지와 관련성을 분석한 결과 전체 4가지로 분류할 수 있었다(Table 6). 배수등급 매우 양호하고 토성은 양토, 퇴적양식은 잔적층인 곳이 38개소 중 19개소로 가장 높게 나타났다.
- 본 연구지역의 산지습지를 대상으로 가능지수를 검토한 결과, 총 38개 중 31개소가 가능지수 600이상인 것으로 나타났으며, 평균값은 781로 나타났다(Table 14). 600이하로 나타난 습지는 7개소로 가능지수가 600이상으로 나타난 지역과는 반경 15m 이내에 인접해 있는 것으로 나타났다.
- 산지습지 GIS데이터와 지형의 경사도를 나타내는 경사분포도를 중첩하여 산지습지의 경사도값을 추출한 결과, 습지의 경사도가 10°미만에서 총 38개소 중 33개소로 86.84%를 차지하는 것으로 나타났다(Figure 4).
- 산지습지의 배수등급은 예상과 달리 전체 38개소 중 31개소가 ‘매우양호’한 곳으로 81.57%로 가장 높게 나타났고, 나머지도 ‘양호’한 지역으로 산지습지의 배수등급은 대부분 양호한 곳에 위치하는 것으로 나타났다(Table 5).
- 산지습지의 지형적, 환경적 특성을 분석하기 위해 기존 산지습지 위치정보와 각 평가인자에 대한 GIS 공간데이터베이스를 구축 및 중첩분석 한 결과 대부분의 산지습지는 해발고도는 400m이상에 위치하는 것으로 나타났으며, 경사도는 10°이하로 가장 많이 분포하는 것으로 나타났다.
- 습윤지수는 5～8사이에서, 토지피복은 자연초지, 활엽수, 혼효림에 분포하였으며, 토양은 배수등급이 ‘매우양호’한 지역에, 퇴적양식은 ‘잔적층’지역에, 토성은 ‘양토’인 지역에 산지습지가 분포하는 것으로 나타났다.
- 산지습지가 분포하는 위치지점에 습윤지수를 추출한 결과, 습윤지수의 값이 5～8사이에 분포하는 것으로 나타났다(Figure 5). 습윤지수는 7～8사이에서 17개소로 가장 많이 분포하는 것으로 나타났고, 습윤지수가 9이상부터 수분이 과포화 되어 계류가 형성되는 것을 확인할 수 있었다.
- 습윤지수의 등급척도는 산지습지가 분포하는 지수 5～9 값을 등간격으로 구분하여 상대적 중요도를 분석한 결과 7～8일 때 0.525로 가장 높게 나타났고, 일관성 비율은 0.007로 습윤지수 강도에 대한 상대적 중요도가 일관성이 있는 것으로 나타났다(Table 10).
- 456로 가장 높게 나타났고, WLR(양호, 양토, 붕적층) 지역이 가장 낮게 나타났다. 일관성 비율은 0.039으로 토양 특성의 강도의 상대적 중요도는 일관성이 있는 것으로 나타났다(Table 12).
- 토양 특성에 대한 등급척도는 Table 12과 같이 각 특성에 철자의 대문자를 따서 ELR, ESR, WLC, WLR 등 총 4가지로 분류하여 상대적 중요도를 분석한 결과, ELR(매우양호, 양토, 잔적층) 역이 0.456로 가장 높게 나타났고, WLR(양호, 양토, 붕적층) 지역이 가장 낮게 나타났다. 일관성 비율은 0.
- 토양의 토성 및 퇴적양식, 배수등급 등 각 특성으로 산지습지 가능지역의 평가인자로 사용하기에는 제한적이었으나 3가지 특성을 종합하여 산지습지와 관련성을 분석한 결과 전체 4가지로 분류할 수 있었다(Table 6). 배수등급 매우 양호하고 토성은 양토, 퇴적양식은 잔적층인 곳이 38개소 중 19개소로 가장 높게 나타났다.
- 평가인자 중 경사도의 상대적 중요도가 가장 높은 것을 나타났으며, 이에 가중치는 0.550으로 나타났고, 토양의 특성이 0.118로 가장 낮게 나타났다. 각 평가인자에 상대적 중요도 분석한 결과에 대한 일관성지수(CI)와 일관성 비율(CR)을 검토한 결과 모두 0.
후속연구
- 따라서 본 연구에서 통해 제시한 산지습지 가능지수를 적용하여 일정규모를 갖는 지수가 600 이상인 지역을 평가하여 습지조사자에게 산지습지 가능지역에 대한 정보를 제공한다면, 아직 조사되지 않은 산지습지를 발굴할 수 있을 것으로 판단된다. 다만, 본 연구에서 사용된 중분류 토지피복지도의 경우 최근 현실을 반영하지 않아 오차의 위험이 가장 높다.
- 그리고 습지 남쪽으로 현재 양산-밀양을 연결하는 송전탑 건설공사 진행되고 있으나 다행히 습지와 서로 멀리 이격되어 훼손되지는 않았다. 향후 전국내륙습지 조사대상지로 선정하여 더욱 정밀한 조사가 필요한 지역으로 판단된다.
- 다만, 본 연구에서 사용된 중분류 토지피복지도의 경우 최근 현실을 반영하지 않아 오차의 위험이 가장 높다. 향후 환경부에서 추진하고 있는 세분류 토지피복지도를 적용한다면 상당히 좋은 결과를 얻을 수 있을 것으로 판단된다.
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