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문제 정의
- 이처럼 한번 훼손된 해안사구 면적은 회복되기 어렵기 때문에 해안사구의 면적을 유지 하기 위한 노력이 지속적으로 필요할 것이다(UNEP, 1995: 80). 따라서 본 연구의 목적은 시스템 다이내믹스(System Dynamics) 모델을 활용하여 신두리 해안지역의 토지이용 변화 패턴을 파악하고, 해안사구의 면적 유지를 위한 관리방안을 제시하는 것이다. 시스템 다이 내믹스를 이용한 연구는 시간의 흐름을 반영한 정량적 분석이 가능하기 때문에 신두리 해안사구의 현상 추이를 반영한 보다 자세한 분석을 통해 효율적인 관리방안 제시를 가능하게 할 것이다.
- 본 논문에서는 석영선 외(2014)의 연구에서 작성된 인과순환지도를 바탕으로 신두리 해안사구의 면적 유지를 위한 정량적 분석을 위해 다음과 같은 순서로 연구를 진행하였다. 첫째, 시뮬레이션을 위한 기본 모형을 작성하였다.
- 본 연구는 지속적인 훼손문제가 대두되고 있는 신두리 해안사구의 면적 유지 관리방안을 제시하기 위해 대상지의 토지이용 변화 양상을 분석하고 적정 방풍림 벌채 면적을 제시 하였다는 데에 의의가 있다. 연구의 한계는 방풍림 벌채에 따른 해안사구 면적 유지 방안을 제안함으로써, 방풍림 벌채 후 시간지연에 따라 발생하는 다양한 문제 및 방풍림을 서식지로 하는 동·식물들의 생태환경을 고려하지 못하였다는 점이다.
- 본 연구에서는 생태·경관보전지역으로 지정된 신두리 해안사구의 보전을 위해 신두리 해안지역의 토지이용에 대한 면적 변화를 시스템 다이내믹스 모형을 통해 추정하였다.
제안 방법
- 논문에서 제시한 수준변수는 크게 해안사구, 개발지역, 방풍림, 기타지역 4부문으로 구분 하였으며 수준변수에 영향을 주는 변화율변수는 해안사구에서 개발지역, 방풍림, 기타지역 으로 변화된 비율과 개발지역에서 해안사구, 방풍림, 기타지역으로 변화된 비율, 방풍림에서 해안사구, 개발지역, 기타지역으로 변화된 비율, 기타지역에서 해안사구, 개발지역, 방풍림으로 변화될 비율로 보았다. 각 변화율변수에 영향을 미치는 보조변수는 2002년부터 2007년, 2007년부터 2013년까지 변화된 각 면적의 증가율을 이용하여 산출하였다.
- ” 라는 가정을 토대로 작성하였으며, 신두리 해안지역의 면적 변화를 시스템 경계로 설정하였다. 기본 모형의 주요 변수는 실제 데이터 및 객관적 검증이 가능한 데이터만을 반영하기 위해 해안사구, 개발지역, 방풍림, 기타지역으로 단순화하였으며 자세한 데이터 및 수식은 [부록]으로 제시하였다.
- 셋째, 기본 모형 작성, 행태 분석 및 구축된 시계열 데이터와의 비교를 통해 기본 모형의 타당성을 확인하였다. 넷째, 시나리오 작성 및 시뮬레이션을 통해 해안사구의 면적 유지를 위한 관리방안을 제시하였다.
- 논문에서 제시한 수준변수는 크게 해안사구, 개발지역, 방풍림, 기타지역 4부문으로 구분 하였으며 수준변수에 영향을 주는 변화율변수는 해안사구에서 개발지역, 방풍림, 기타지역 으로 변화된 비율과 개발지역에서 해안사구, 방풍림, 기타지역으로 변화된 비율, 방풍림에서 해안사구, 개발지역, 기타지역으로 변화된 비율, 기타지역에서 해안사구, 개발지역, 방풍림으로 변화될 비율로 보았다. 각 변화율변수에 영향을 미치는 보조변수는 2002년부터 2007년, 2007년부터 2013년까지 변화된 각 면적의 증가율을 이용하여 산출하였다.
- 먼저 신두리 해안지역의 토지이용 변화에 대한 기본 모형을 작성하고 시계열 데이터를 수집하여 신두리 해안지역 토지이용 변화에 대한 행태 및 타당성을 분석하였다. 다음으로 해안 사구의 면적 유지 방안으로써 적정 방풍림 벌채 면적을 제안하기 위해 시나리오를 작성한후 시뮬레이션을 실시하였다.
- 4(isee systems, 2014)를 이용하였다. 둘째, 신두리 해안지역의 토지이용 변화에 대한 시계열 데이터를 구축하였다. 신두리 해안지역의 토지이용 시계열 데이터를 구축하기 위해 ArcMap Ver.
- 마지막으로 기본 모형의 행태분석 및 시뮬레이션을 위한 시간적 범위는 데이터의 축적과 모델이 안정화(Steady-state)되는 상태를 고려하여 2040년까지를 추론하였으며, 신두리 해안사구가 생태·경관보전지역으로 지정된 2002년을 중요 시점으로 하여 신두리 해안사 구의 면적 변화를 분석하였다.
- 본 연구에서는 생태·경관보전지역으로 지정된 신두리 해안사구의 보전을 위해 신두리 해안지역의 토지이용에 대한 면적 변화를 시스템 다이내믹스 모형을 통해 추정하였다. 먼저 신두리 해안지역의 토지이용 변화에 대한 기본 모형을 작성하고 시계열 데이터를 수집하여 신두리 해안지역 토지이용 변화에 대한 행태 및 타당성을 분석하였다. 다음으로 해안 사구의 면적 유지 방안으로써 적정 방풍림 벌채 면적을 제안하기 위해 시나리오를 작성한후 시뮬레이션을 실시하였다.
- 시나리오에서 제시한 방풍림 벌채 면적은 산림청 ｢기준벌기령 및 벌채․굴취기준｣의 한계 벌채 면적을 참고하여 작성하였다. 시나리오1은 2014년~2040년까지 매년 10만㎡의 방풍림을 벌채 하였을 경우의 해안사구 면적 변화를 분석하였다. 시나리오2는 2014년~2040년까지 매년 15만㎡ 의 방풍림을 벌채하였을 경우를, 시나리오3은 2014년~2040년까지 매년 20만㎡의 방풍림을 벌채하였을 경우를 가정하여 신두리 해안사구의 면적 변화 양상을 파악하였다.
- 시나리오1은 2014년~2040년까지 매년 10만㎡의 방풍림을 벌채 하였을 경우의 해안사구 면적 변화를 분석하였다. 시나리오2는 2014년~2040년까지 매년 15만㎡ 의 방풍림을 벌채하였을 경우를, 시나리오3은 2014년~2040년까지 매년 20만㎡의 방풍림을 벌채하였을 경우를 가정하여 신두리 해안사구의 면적 변화 양상을 파악하였다.
- 신두리 해안사구의 면적에 영향을 주는 변수는 ‘개발지역’, ‘방풍림’으로 설정하였으며 이외의 지역은 ‘기타지역’으로 분류하였다.
- 즉 방풍림은 생물다양성을 높이고 해안경관을 구성하며 자연재해로부터 지역을 보호하는 중요 자원이지만 주변 자연자원에 부정적인 영향도 줄 수 있는 것으로 나타남에 따라 적합한 관리방안 마련이 이루어져야 될 것으로 사료된다. 이에 따라 본 연구에서는 신두리 해안사구의 면적을 중심으로 방풍림 관리 면적에 대한 시뮬레이션 모형을 구축하였다.
- 신두리 해안지역의 토지이용 변화에 대한 시계열 데이터를 구축하기 위해 환경부에서 제공하는 2002년, 2007년, 2013년 중분류 토지피복지도(1:25,000 축척) 자료를 수집하여 분석하였다. 중분류 토지피복지도는 해상도가 5M급이기 때문에 지리정보시스템(Geographic Information System, GIS)을 활용해 5m로 래스터(Raster)화하여 정확성을 높인 후 점격자법 분석을 통해 면적을 산출하였으며, 선행연구(서종철, 2002)와 위성지도를 기반으로 분석 내용을 확인하였다.
- 본 논문에서는 석영선 외(2014)의 연구에서 작성된 인과순환지도를 바탕으로 신두리 해안사구의 면적 유지를 위한 정량적 분석을 위해 다음과 같은 순서로 연구를 진행하였다. 첫째, 시뮬레이션을 위한 기본 모형을 작성하였다. 기본 모형의 작성은 STELLA Ver.
- 신두리 해안지역의 방풍림은 대부분 사구 뒤편에 위치해 있으며 해안지역 보호 및 생물 다양성을 유지시키는 중요 자연자원으로 벌채, 벌목 등에 제약이 있다. 하지만 방풍림이 선행연구 및 기본 모형 시뮬레이션 분석을 통해 신두리 해안사구에 영향을 미치는 주요 요인 으로 대두됨에 따라(석영선 외, 2014), 방풍림 벌채 면적에 따른 사구 면적의 추이를 분석하기 위해 기본 모형을 토대로 3가지 시나리오를 제시하였다<;표 3>. 시나리오에서 제시한 방풍림 벌채 면적은 산림청 ｢기준벌기령 및 벌채․굴취기준｣의 한계 벌채 면적을 참고하여 작성하였다.
대상 데이터
- 신두리 해안지역의 토지이용 변화에 대한 시계열 데이터를 구축하기 위해 환경부에서 제공하는 2002년, 2007년, 2013년 중분류 토지피복지도(1:25,000 축척) 자료를 수집하여 분석하였다. 중분류 토지피복지도는 해상도가 5M급이기 때문에 지리정보시스템(Geographic Information System, GIS)을 활용해 5m로 래스터(Raster)화하여 정확성을 높인 후 점격자법 분석을 통해 면적을 산출하였으며, 선행연구(서종철, 2002)와 위성지도를 기반으로 분석 내용을 확인하였다.
- 연구의 공간적 범위는 충남 태안 신두리 해안지역으로 생태·경관보전지역 및 천연기념 물로 지정된 신두리 해안사구가 위치해 있다[그림 1].
- 연구의 내용적 범위는 선행연구(석영선 외, 2014)에 따라 신두리 해안사구의 보전방안중, 면적 보호 방안 마련에 목적을 두고자 ‘신두리 해안지역의 토지이용’으로 한정하였다.
- 신두리 해안사구의 면적에 영향을 주는 변수는 ‘개발지역’, ‘방풍림’으로 설정하였으며 이외의 지역은 ‘기타지역’으로 분류하였다. 특히 방풍림은 현재 신두리 해안지역의 우점종인 곰솔(pinus thunbergii) 단일수종으로 범위를 한정하였다.
데이터처리
- 신두리 해안지역의 기본 모형에 대한 타당성 검증을 위해 시계열 데이터와 기본 모형의 시뮬레이션 결과 값을 비교, 분석하였다<;표 2>. 분석 결과, 실제 시계열 데이터와 시뮬레이션 결과 값이 근사치를 보임에 따라 구축된 기본 모형이 비교적 안정된 모델이라 판단하였다.
이론/모형
- 첫째, 시뮬레이션을 위한 기본 모형을 작성하였다. 기본 모형의 작성은 STELLA Ver. 10.0.4(isee systems, 2014)를 이용하였다. 둘째, 신두리 해안지역의 토지이용 변화에 대한 시계열 데이터를 구축하였다.
- 하지만 방풍림이 선행연구 및 기본 모형 시뮬레이션 분석을 통해 신두리 해안사구에 영향을 미치는 주요 요인 으로 대두됨에 따라(석영선 외, 2014), 방풍림 벌채 면적에 따른 사구 면적의 추이를 분석하기 위해 기본 모형을 토대로 3가지 시나리오를 제시하였다<표 3>. 시나리오에서 제시한 방풍림 벌채 면적은 산림청 ｢기준벌기령 및 벌채․굴취기준｣의 한계 벌채 면적을 참고하여 작성하였다. 시나리오1은 2014년~2040년까지 매년 10만㎡의 방풍림을 벌채 하였을 경우의 해안사구 면적 변화를 분석하였다.
- 신두리 해안지역의 토지이용 변화에 대한 시뮬레이션은 석영선 외(2014)의 ‘신두리 해안 지역의 토지이용과 경관가치에 대한 인과순환지도’를 기초로 하였다[그림 2].
- 둘째, 신두리 해안지역의 토지이용 변화에 대한 시계열 데이터를 구축하였다. 신두리 해안지역의 토지이용 시계열 데이터를 구축하기 위해 ArcMap Ver. 10.2.2(ESRI, 2014)을 이용하여 점격자법(Dot-grid method) 분석을 적용하였다. 점격자법은 일반적으로 지도상의 지역, 항공사진의 면적을 산출할 때 이용하는 방법으로, 일정 간격을 점(Point)으로 변환한 후 변환된 점의 수로 면적을 구하는 방법을 의미한다 (Bellhouse, 1981: 303-304).
성능/효과
- 한편 2026년의 신두리 해안지역은 개발지역의 면적이 방풍림 면적보다 더 증가되는 것으로 나타났다. 결과적으로 2026년에 태풍, 해일 등이 발생할 경우, 방파제 역할을 해주던 방풍림의 기능이 축소되어 논, 밭, 주거, 상업시설 등의 개발지역이 큰 피해를 받을 것으로 예측된다. 따라서 방풍림 벌채에 있어 무계획적인 시도보다는 정확한 관리 면적의 산정과 위치, 기간 조절 등의 체계적이고 분석적인 기준이 마련되어야 하며, 해안사구와 방풍림 간의 비교, 분석에 대한 연구도 추가적으로 수행되어야 할 것이다.
- 결과적으로 시스템 사고적 측면에서의 접근을 통해 개발지역의 증가뿐만 아니라 해안경관 구성요소인 방풍림이 해안사구에 부정적인 영향을 미치는 요인임을 확인할 수 있었다. 즉 방풍림은 생물다양성을 높이고 해안경관을 구성하며 자연재해로부터 지역을 보호하는 중요 자원이지만 주변 자연자원에 부정적인 영향도 줄 수 있는 것으로 나타남에 따라 적합한 관리방안 마련이 이루어져야 될 것으로 사료된다.
- 연구의 한계는 방풍림 벌채에 따른 해안사구 면적 유지 방안을 제안함으로써, 방풍림 벌채 후 시간지연에 따라 발생하는 다양한 문제 및 방풍림을 서식지로 하는 동·식물들의 생태환경을 고려하지 못하였다는 점이다. 또한 시뮬레이션이 면적 단위에서만 이루어지면서 해안사구 시스템에 영향을 줄 수 있는 방풍림의 수고, 식재 간격, 성장률, 번식률, 관광객 수 등의 변수들을 반영하지 못하여 실제 데이터와 시뮬레이션 데이터 간의 차이가 미흡한 것으로 나타났다. 따라서 추후 연구에서는 위 변수를 활용하여 보다 복합적인 시스템 분석이 이루어져야 할 것이다.
- 방풍림 벌채 면적을 20만㎡로 변화시킨 시나리오3에 대한 시뮬레이션 결과, 목표 연도인 2040년을 기점으로 해서 해안사구와 방풍림의 면적이 안정화될 것으로 예측되었다[그림 7]. 특히 해안사구는 2015년 이후 면적이 증가, 2017년을 기점으로 2002년의 면적을 회복하는 것으로 나타났다.
- 신두리 해안지역의 기본 모형에 대한 타당성 검증을 위해 시계열 데이터와 기본 모형의 시뮬레이션 결과 값을 비교, 분석하였다<표 2>. 분석 결과, 실제 시계열 데이터와 시뮬레이션 결과 값이 근사치를 보임에 따라 구축된 기본 모형이 비교적 안정된 모델이라 판단하였다.
- 점격자법은 일반적으로 지도상의 지역, 항공사진의 면적을 산출할 때 이용하는 방법으로, 일정 간격을 점(Point)으로 변환한 후 변환된 점의 수로 면적을 구하는 방법을 의미한다 (Bellhouse, 1981: 303-304). 셋째, 기본 모형 작성, 행태 분석 및 구축된 시계열 데이터와의 비교를 통해 기본 모형의 타당성을 확인하였다. 넷째, 시나리오 작성 및 시뮬레이션을 통해 해안사구의 면적 유지를 위한 관리방안을 제시하였다.
- 특히 곰솔 방풍림의 경우에는 2014년 1,454,053㎡에서 2040년 1,759,285㎡로 약 21% 가까이 면적이 증가될 것으로 나타나 면서 방풍림 관리를 통한 해안사구의 면적 관리가 이루어져야 될 필요성이 있음이 시사되었다. 시나리오에 대한 시뮬레이션 결과, 매년 10만㎡의 방풍림 면적을 벌채하는 경우(시나리오1)에는 2040년까지 신두리 해안사구가 생태․경관보전지역으로 지정된 당시의 면적 으로 회복되지는 못하였지만 근사값을 보일 것으로 예측되었다. 또한 매년 15만㎡를 벌채할 경우(시나리오2)에는 2019년을 기점으로 하여 해안사구의 면적이 2002년 당시로 회복될 것으로 나타났다.
- 즉 신두리 해안지역 남쪽의 개발지역과 북쪽의 생태‧경관보전지역은 행정적으로 경계가 구분 되어있을 뿐, 사실상 연결되어 있는 공간이기 때문에 해안사구가 보호지역으로 지정이 되어 있다 하더라도 남쪽지역에서 나타나는 개발행위에 영향을 받는 것이다(환경부, 2011). 신두리 해안사구 면적 변화의 두 번째 원인은 해안사구 내에 인공식재 된 곰솔(Pinus thunbergii) 방풍림에 의한 것으로 나타났다. 과거 곰솔 방풍림은 자연재해로부터 해안사구 등의 자연자원과 주변의 주거지, 상업지, 논, 밭 등의 개발지역을 보호하기 위해 조성되었다(전근우 외, 2005: 197-198; 산림청 2006: 4-7).
- 신두리 해안지역의 구축된 기본 모형을 통해 2002년부터 2040년까지의 토지이용에 대한 추세를 분석한 결과, 특별한 관리방안이나 정책대안이 제시되지 않고 현상이 유지된다면 2007년부터 2022년까지 해안사구의 면적은 급감하는 것으로 분석되었다[그림 4]. 반면 해안사구의 훼손원인인 방풍림의 면적은 2007년을 기점으로 면적이 급증하는 것으로 나타났다.
- 연구결과, 신두리 해안지역에 특별한 관리방안이나 정책대안 없이 현상이 유지될 경우, 해안사구의 면적은 지속적으로 감소될 것으로 분석되었다. 즉 해안사구의 면적이 2014년 852,605㎡에서 2040년 697,279㎡로 18%나 감소될 것으로 예측됨에 따라 해안사구 면적 유지를 위한 관리방안 마련이 시급한 것으로 나타났다.
- 특히 2030년 이후 해안사구의 면적이 2002년 생태·경관보전지역 지정 당시의 면적(1,239,550㎡)과 유사한 수치를 보여 결과적으로 신두리 해안지역의 토지이용 변화는 안정화될 것으로 예측되었다.
후속연구
- 결과적으로 2026년에 태풍, 해일 등이 발생할 경우, 방파제 역할을 해주던 방풍림의 기능이 축소되어 논, 밭, 주거, 상업시설 등의 개발지역이 큰 피해를 받을 것으로 예측된다. 따라서 방풍림 벌채에 있어 무계획적인 시도보다는 정확한 관리 면적의 산정과 위치, 기간 조절 등의 체계적이고 분석적인 기준이 마련되어야 하며, 해안사구와 방풍림 간의 비교, 분석에 대한 연구도 추가적으로 수행되어야 할 것이다.
- 또한 시뮬레이션이 면적 단위에서만 이루어지면서 해안사구 시스템에 영향을 줄 수 있는 방풍림의 수고, 식재 간격, 성장률, 번식률, 관광객 수 등의 변수들을 반영하지 못하여 실제 데이터와 시뮬레이션 데이터 간의 차이가 미흡한 것으로 나타났다. 따라서 추후 연구에서는 위 변수를 활용하여 보다 복합적인 시스템 분석이 이루어져야 할 것이다. 특히 방풍림 벌채에 따른 생태 환경 변화 및 수용력 등에 대한 이해를 바탕으로 분석이 이루어져야 될 것으로 판단된다.
- 이를 통해 해안사구 주변의 자연 수목에 대한 관리뿐만 아니라 인공조림 시 적합한 수종 선정과 관리방안 마련이 이루어질 수 있다. 또한 갯그령, 갯쇠보리, 통보리사초, 갯완두와 같은 사구식물의 관리 및 연구도 함께 이루어져야 한다. 이외에도 해안지역의 산림, 녹지를 보호하고 해안사구 주변 지역의 인공경관 개선, 인공 시설물 지양, 해안사구의 중요성 홍보와 교육활동은 결과적으로 해안사구의 훼손 방지 및 면적 보호뿐만 아니라 경관적 가치와 생물다양성을 높이는 방안이 될 것이다.
- 특히 방풍림 벌채에 따른 생태 환경 변화 및 수용력 등에 대한 이해를 바탕으로 분석이 이루어져야 될 것으로 판단된다. 본 연구의 결과는 향후 해안지역 관리 및 해안사구 면적 유지, 보호를 위한 가이드라인을 마련함에 있어 방풍림 관리 분야에 기여 할 수 있을 것이다.
- 따라서 본 연구의 목적은 시스템 다이내믹스(System Dynamics) 모델을 활용하여 신두리 해안지역의 토지이용 변화 패턴을 파악하고, 해안사구의 면적 유지를 위한 관리방안을 제시하는 것이다. 시스템 다이 내믹스를 이용한 연구는 시간의 흐름을 반영한 정량적 분석이 가능하기 때문에 신두리 해안사구의 현상 추이를 반영한 보다 자세한 분석을 통해 효율적인 관리방안 제시를 가능하게 할 것이다. 연구의 결과는 해안사구의 면적 유지를 위한 관리방안을 제안함으로써 해안 사구의 보전, 지형 안정화, 해안 생태계 건강성 증진에 기여할 수 있을 것이다.
- 시스템 다이 내믹스를 이용한 연구는 시간의 흐름을 반영한 정량적 분석이 가능하기 때문에 신두리 해안사구의 현상 추이를 반영한 보다 자세한 분석을 통해 효율적인 관리방안 제시를 가능하게 할 것이다. 연구의 결과는 해안사구의 면적 유지를 위한 관리방안을 제안함으로써 해안 사구의 보전, 지형 안정화, 해안 생태계 건강성 증진에 기여할 수 있을 것이다.
- 연구의 한계는 방풍림 벌채에 따른 해안사구 면적 유지 방안을 제안함으로써, 방풍림 벌채 후 시간지연에 따라 발생하는 다양한 문제 및 방풍림을 서식지로 하는 동·식물들의 생태환경을 고려하지 못하였다는 점이다.
- 또한 갯그령, 갯쇠보리, 통보리사초, 갯완두와 같은 사구식물의 관리 및 연구도 함께 이루어져야 한다. 이외에도 해안지역의 산림, 녹지를 보호하고 해안사구 주변 지역의 인공경관 개선, 인공 시설물 지양, 해안사구의 중요성 홍보와 교육활동은 결과적으로 해안사구의 훼손 방지 및 면적 보호뿐만 아니라 경관적 가치와 생물다양성을 높이는 방안이 될 것이다.
- 결과적으로 시스템 사고적 측면에서의 접근을 통해 개발지역의 증가뿐만 아니라 해안경관 구성요소인 방풍림이 해안사구에 부정적인 영향을 미치는 요인임을 확인할 수 있었다. 즉 방풍림은 생물다양성을 높이고 해안경관을 구성하며 자연재해로부터 지역을 보호하는 중요 자원이지만 주변 자연자원에 부정적인 영향도 줄 수 있는 것으로 나타남에 따라 적합한 관리방안 마련이 이루어져야 될 것으로 사료된다. 이에 따라 본 연구에서는 신두리 해안사구의 면적을 중심으로 방풍림 관리 면적에 대한 시뮬레이션 모형을 구축하였다.
- 따라서 추후 연구에서는 위 변수를 활용하여 보다 복합적인 시스템 분석이 이루어져야 할 것이다. 특히 방풍림 벌채에 따른 생태 환경 변화 및 수용력 등에 대한 이해를 바탕으로 분석이 이루어져야 될 것으로 판단된다. 본 연구의 결과는 향후 해안지역 관리 및 해안사구 면적 유지, 보호를 위한 가이드라인을 마련함에 있어 방풍림 관리 분야에 기여 할 수 있을 것이다.
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