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문제 정의
- 도로계획의 경우 긴 거리의 연속된 선형으로 이루어지는 특성상 일반적으로 계획 시 특정 지점에서의 일부 산림의 훼손면적 증가로 인해 도로 노선을 대폭 수정하기는 어려우며, 계획단계에서 노선 전체지역과 주변 대안 노선범위까지의 모든 지형․지질적 특성을 파악하는 것은 현실적으로 가능하지 않다. 이에 본 연구는 도로계획 시 노선의 미세 조정단계에서 터널입출구부의 조정을 통해 훼손 면적 최소화와 지형훼손 저감을 위한 방향조정이 산림훼손을 어느정도 저감하는지에 대한 실증자료를 제시하고 터널 진출입부의 부분적 위치수정을 위한 기초자료를 제시하고자 하였다.
제안 방법
- 경사면직교형은 주변 등고선이 산림의 사면을 이루고 있고 해당 등고선과 터널입출구부와 연결되는 도로노선이 이루는 각도가 75°이상인 지역을 해당유형으로 구분하였고, 골짜기진입형과 능선평행형은 각각 골짜기, 능선과 터널입출구부 진입 도로노선이 이루는 각도가 15°이하인 지역으로 하였다.
- 본 연구는 현재 조성된 도로에 대해서 터널입출구부와 주변 지형과 관계를 유형화한 후, 조성된 터널입출구부의 훼손 면적을 확인하였다. 이를 바탕으로 지형에 따른 진입 유형별 훼손된 면적의 통계적 비교를 통해 훼손량의 차이를 살펴보았다.
- 산림식생 훼손지에 대한 경관녹지 및 생태적 연결녹지의 조성가능성은 일반적으로 훼손지 면적이 넓을수록 높아지는 경향이 있어 훼손지 면적과의 통계적 유의성과 함께 진입형태별 차이를 살펴보았다.
- 식생도입 가능성은 Lee et al(2012)의 연구결과를 참고하여 전체 대상지를 3개 유형으로 단순화하여 구분하였다. 유형분류는 터널조성이후 확보된 토양층의 유무와 주변의 공사마감결과에 따른다.
- 본 연구는 현재 조성된 도로에 대해서 터널입출구부와 주변 지형과 관계를 유형화한 후, 조성된 터널입출구부의 훼손 면적을 확인하였다. 이를 바탕으로 지형에 따른 진입 유형별 훼손된 면적의 통계적 비교를 통해 훼손량의 차이를 살펴보았다. 도로계획의 경우 긴 거리의 연속된 선형으로 이루어지는 특성상 일반적으로 계획 시 특정 지점에서의 일부 산림의 훼손면적 증가로 인해 도로 노선을 대폭 수정하기는 어려우며, 계획단계에서 노선 전체지역과 주변 대안 노선범위까지의 모든 지형․지질적 특성을 파악하는 것은 현실적으로 가능하지 않다.
- 조성된 터널의 유형분류는 국립지리원 1:5,000 수치지도를 바탕으로 주변 등고선과의 연결관계를 확인하여 분류하였다. 경사면직교형은 주변 등고선이 산림의 사면을 이루고 있고 해당 등고선과 터널입출구부와 연결되는 도로노선이 이루는 각도가 75°이상인 지역을 해당유형으로 구분하였고, 골짜기진입형과 능선평행형은 각각 골짜기, 능선과 터널입출구부 진입 도로노선이 이루는 각도가 15°이하인 지역으로 하였다.
- 일반적으로 급경사 사면일 경우 훼손면적이 줄어들며 완경사 사면일 경우 훼손 면적이 늘어나게 된다. 진입부 훼손면적은 갱문을 기준으로 반경 100m 내 진입부 양측사면, 중앙분리대, 도로 면적 등을 말하며, 상부 훼손면적은 갱문을 기준으로 반경 100m 내 인접 산림지역까지 훼손된 면적으로 설정하였다. 훼손면적의 산출은 2008년부터 2013년까지 제작된 항공사진을 바탕으로 최초 훼손면적이 가장 뚜렷하게 확인되는 지도를 활용하였으며, 이를 1:5,000 수치지도에 중첩하여 Auto CAD program을 이용하여 디지타이징 후 훼손지 면적을 산정하였다.
- 진입유형별 복원가능성의 차이가 나타나는지를 살펴보고자 우선 각 집단의 데이터 등분산성을 검정하였다. Levene의 등분산성 검정결과 유의확률 0.
- 터널조성에 따른 훼손면적은 각 터널별로 터널진입부 훼손면적, 터널상부 훼손면적으로 나눠 산출하였으며, 이 둘의 합을 전체 훼손면적으로 계산하였다. 일반적으로 급경사 사면일 경우 훼손면적이 줄어들며 완경사 사면일 경우 훼손 면적이 늘어나게 된다.
- 진입부 훼손면적은 갱문을 기준으로 반경 100m 내 진입부 양측사면, 중앙분리대, 도로 면적 등을 말하며, 상부 훼손면적은 갱문을 기준으로 반경 100m 내 인접 산림지역까지 훼손된 면적으로 설정하였다. 훼손면적의 산출은 2008년부터 2013년까지 제작된 항공사진을 바탕으로 최초 훼손면적이 가장 뚜렷하게 확인되는 지도를 활용하였으며, 이를 1:5,000 수치지도에 중첩하여 Auto CAD program을 이용하여 디지타이징 후 훼손지 면적을 산정하였다. 평면도를 활용한 훼손지 면적산출은 실제 경사도에 따른 사면면적의 변화를 확인할 수 없다는 수치적 한계를 안고 있으나, 조사의 한계상 경사면 차이에 따른 면적산출은 적용하지 않았다.
대상 데이터
- 연구 대상지는 우선 국토교통통계누리(stat.molit.go.kr)에서 전국에 조성된 국내 도로 터널 현황을 확인한 후 터널이 상대적으로 많이 조성된 지역을 선정하고자 하였다. 우리나라의 경우 백두대간 및 주요 산악지대를 통과하는 상대적으로 최근에 조성된 도로에서 터널분포가 많았는데, 터널분포 빈도가 높은 영동․중부내륙․중앙․남해․대구포항․당진영덕고속국도를 선정하였고, 일반도로로는 부산광역시 및 경상남도의 주요 간선도로의 터널을 중심으로 선정하였다.
- 우리나라의 경우 백두대간 및 주요 산악지대를 통과하는 상대적으로 최근에 조성된 도로에서 터널분포가 많았는데, 터널분포 빈도가 높은 영동․중부내륙․중앙․남해․대구포항․당진영덕고속국도를 선정하였고, 일반도로로는 부산광역시 및 경상남도의 주요 간선도로의 터널을 중심으로 선정하였다. 조사대상지에 조성된 터널은 총 154개소이었는데, 이 중 양방향 터널입출구부가 인접하여 훼손면적에 상호간 영향을 받는 대관령2, 3터널, 문경1터널, 탄부터널을 제외한 150개소, 상행과 하행의 입출구부를 구분하여 총 300개소를 선정하였다.
데이터처리
- 진입유형별 복원가능성의 차이가 나타나는지를 살펴보고자 우선 각 집단의 데이터 등분산성을 검정하였다. Levene의 등분산성 검정결과 유의확률 0.162로 진입유형별 복원 가능성은 집단 간 분산의 동질성이 인정되어 일원배치분산분석(ANOVA)를 실시하였다. 분산분석결과 F통계량이 0.
- 각 진입유형별 훼손지 면적을 비교하기 위해 각 진입유형의 터널 진입부, 터널 상부, 전체로 구분하여 훼손지 면적에 대한 분산분석(ANOVA)을 실시하기 위해 각 집단의 데이터 등분산성을 검정하였다. Levene의 등분산성 검정결과 진입부 훼손면적과 상부훼손면적, 전체 훼손면적 모두 유의도 0.
- 이에 터널 조성에 따른 구체적 훼손면적은 단편적으로 터널이 진입하는 위치만이 아닌 해당 지역의 토양 및 암반 특성, 지형의 경사도, 도로 폭 등이 복합적으로 결합하여 이루어지는 만큼 분산이 동질하지는 않은 것으로 추정되었다. 등분산성의 미충족으로 인해 이에 따른 유형별 차이에 대한 통계적 검증을 위해 비모수검정법인 크루스칼-왈리스(Kruskall-Wallis) 검정을 진행하였다(Figure 1).
- 조사한 결과값을 바탕으로 터널 진입유형과 산출된 훼손 면적을 중심으로 각 진입유형별 훼손면적의 규모 차이를 비교해보고자 일원배치분산분석을 진행하여 각 유형별 차이가 나타나는지를 통계적으로 살펴보았다. 자료의 통계적 처리와 분석은 IBM SPSS Statistics program을 사용하였다.
- 훼손면적에 대한 등분산성이 충족되지 않으므로 훼손면적에 따른 식생도입 가능성에 대한 비모수검정(Kruskall-Wallis)을 실시하였는데(Figure 2), 일반적인 경향과는 달리 진입부와 전체 훼손면적의 크기에 따른 식생도입 가능성의 통계적 차이는 없는 것으로 나타났다. 다만, 터널 상부의 훼손지의 경우 신뢰도 99% 수준에서 식생도입 가능성에 대한 유의성이 인정되었는데 훼손면적이 커질수록 도입가능성은 높아지는 것으로 확인되었다.
성능/효과
- 각 진입 유형은 동일유형 내에서도 훼손 면적의 편차가 비교적 높게 나타났으며 능선평행형을 제외하면 모두 오차범위 밖의 훼손면적을 가진 샘플들이 존재하였다. 이는 진입 유형 외에 터널 조성의 안정성 측면에서 기본적 문제인 해당 지역의 지반특성이 영향을 준 것으로 판단되며, 추가적으로 훼손 면적에 영향을 줄 수 있는 도로 폭, 중앙분리대 넓이, 갱문 상부 사면의 안식각 확보를 위한 성토사면 조성 등 여러 요인이 작용하기 때문이다.
- 각 터널이 산림사면과 만나는 진․출입유형을 구분한 결과(Table 2), 표본수 총 300개 중 경사면직교형 82개소, 경사면경사교차형 81개소, 골짜기진입형 57개소, 경사면평행형 55개소, 능선평행형 25개 순으로 나타났다. 진입부 훼손면적은 경사면직교형, 능선평행형, 경사면경사교차형, 골짜기 진입형, 경사면평행형 순으로 그 면적이 증가되었으며, 경사면직교형에서 최소값을, 골짜기진입형에서 최대값을 보였다.
- 이는 진입 유형 외에 터널 조성의 안정성 측면에서 기본적 문제인 해당 지역의 지반특성이 영향을 준 것으로 판단되며, 추가적으로 훼손 면적에 영향을 줄 수 있는 도로 폭, 중앙분리대 넓이, 갱문 상부 사면의 안식각 확보를 위한 성토사면 조성 등 여러 요인이 작용하기 때문이다. 그럼에도 본 연구에서 제시하는 결과가 실제 시공되어 운영 중에 있는 터널을 대상으로 특정 지역에 국한되지 않고 다양한 지역에서 다수의 표본으로 훼손 면적을 산출한 것으로 진입 유형별 훼손면적의 차이 또한 독립적으로 터널조성 시 훼손면적의 차이를 가져오고 있음을 확인할 수 있었다. 이는 도로설계 시 모든 지역에 대한 지반특성을 면밀히 조사하는 것이 불가능한 상황에서 현실적으로 보다 효과적인 터널 진입부 위치선정을 위한 실증적 자료로서 가치가 있는 것으로 판단되었다.
- 본 연구에서는 능선평행형의 터널진입이 경사면직교형과 함께 다른 유형보다 훼손면적이 매우 적음을 확인하였다. 능선평행형의 경우 지양해야 하는 터널진출입구 위치와 도로노선의 방향이 유사하므로 골짜기진입형이나 경사면평행형의 위치에 노선이 계획될 경우, 이를 인접 능선부로 조정하여 능선평행형으로의 조정을 통해 산림면적 훼손을 대폭 줄일 수 있을 것으로 판단되었다. 실제 훼손면적이 적은 능선평행형의 조성위치는 상대적으로 훼손면적이 넓은 다른 유형에 비해 매우 적음을 확인할 수 있었는데, 향후 도로계획 시 적극적인 조정이 필요한 것으로 판단되었다.
- 훼손면적에 대한 등분산성이 충족되지 않으므로 훼손면적에 따른 식생도입 가능성에 대한 비모수검정(Kruskall-Wallis)을 실시하였는데(Figure 2), 일반적인 경향과는 달리 진입부와 전체 훼손면적의 크기에 따른 식생도입 가능성의 통계적 차이는 없는 것으로 나타났다. 다만, 터널 상부의 훼손지의 경우 신뢰도 99% 수준에서 식생도입 가능성에 대한 유의성이 인정되었는데 훼손면적이 커질수록 도입가능성은 높아지는 것으로 확인되었다. 터널 상부훼손지의 경우 터널 공사 특성상 일반적으로 지반이 안정된 암반의 경우 훼손면적을 상대적으로 적게 할 수 있으며 암반이 나타나지 않거나 안정된 지반이 아닐 경우 경사각을 완만하게 하여 상부 면적이 확대되는 경향이 뚜렷하여 이러한 특성을 보여주는 것으로 판단된다.
- 두 훼손면적을 합한 전체 훼손면적이 가장 적은 경사면직교형은 평균 약 8,300㎡의 산림훼손이 일어나는 반면 가장 많은 훼손면적을 보이는 골짜기진입형은 약 16,200㎡으로 경사면직교형에 비해 훼손면적이 2배 정도 많은 것으로 확인되었다. 본 조사의 훼손면적은 터널의 한쪽 면만을 대상으로 하기 때문에 터널진입면의 적정한 선정으로 터널 1개소당 최대 1.
- 여기서 나타나는 문제는, 일반적인 지형특성상 경사면직교형과 여타의 도로노선 방향은 대부분 일치하지 않아 골자기진입형이나 경사면평행형의 터널위치를 권고하는 경사면직교형으로 조정하기 위해서는 계획노선의 대폭적인 변경이 필요하다는 문제를 안고 있다. 본 연구에서는 능선평행형의 터널진입이 경사면직교형과 함께 다른 유형보다 훼손면적이 매우 적음을 확인하였다. 능선평행형의 경우 지양해야 하는 터널진출입구 위치와 도로노선의 방향이 유사하므로 골짜기진입형이나 경사면평행형의 위치에 노선이 계획될 경우, 이를 인접 능선부로 조정하여 능선평행형으로의 조정을 통해 산림면적 훼손을 대폭 줄일 수 있을 것으로 판단되었다.
- 즉 산림훼손 억제를 목적으로 사전계획 시 터널 진출입부 조정은 충분히 고려하지 않았다. 본 연구에서는 도로계획노선의 대폭적인 수정 없이도 현재의 노선방향에서 입출구부의 부분적 조정을 진행할 경우 산림훼손면적을 대폭 줄일 수 있다는 결과를 확인하였다. 향후 이에 대한 고려가 도로설계 시 반영된다면 도로건설에 따른 산림훼손 영향을 완화시킬 수 있을 것으로 판단된다.
- 두 훼손면적을 합한 전체 훼손면적이 가장 적은 경사면직교형은 평균 약 8,300㎡의 산림훼손이 일어나는 반면 가장 많은 훼손면적을 보이는 골짜기진입형은 약 16,200㎡으로 경사면직교형에 비해 훼손면적이 2배 정도 많은 것으로 확인되었다. 본 조사의 훼손면적은 터널의 한쪽 면만을 대상으로 하기 때문에 터널진입면의 적정한 선정으로 터널 1개소당 최대 1.5ha 이상의 산림훼손을 억제하는 효과를 기대할 수 있다.
- 162로 진입유형별 복원 가능성은 집단 간 분산의 동질성이 인정되어 일원배치분산분석(ANOVA)를 실시하였다. 분산분석결과 F통계량이 0.123 (p=0.974)으로 통계적 유의성이 인정되지 않아 터널 진입유형과 상부 훼손지의 복원가능성은 관계가 없다고 볼 수 있었다.
- 비모수검정의 특성상 사후검정이 진행되지는 않으나 유형별로 살펴보면 경사면평행형과 골짜기진입형의 훼손면적이 진입부 및 상부, 전체 훼손면적 모두에서 여타 유형에 비해 높게 확인되었으며 상대적으로 경사면직교형과 능선평행형의 훼손면적이 낮게 나타남을 확인할 수 있었다(Figure 1). 특히 능선평행형의 경우 상대적으로 표준편차가 작고 모든 값들이 오차범위 내에 분포하고 있어 예외적 현상이 발생하는 경우가 나타나지 않고 있었다.
- 산림의 진입과 도로노선의 방향성을 살펴보면, 지형의 형태적 특성상 경사면직교형을 제외하고 능선평행형의 노선 방향은 나머지 경사면경사교차형, 경사면평행형, 골짜기진입형과 모두 유사한 방향성을 지닌다. 이에 부분적인 노선의 조정을 통해 경사면경사교차형, 경사면평행형, 골짜기진입형의 터널입출구부는 능선평행형이 되도록 하는 것이 산림훼손면적을 평균적으로 약 1/3정도 줄일 수 있는 바람직한 계획방향으로 확인되었다.
- 터널 진입부 조성의 경우 설계단계에서 정밀 지질특성을 확인하기 어려운 관계로 일반적으로 암반이 노출될 때까지 토양층을 제거해 나가면서 터널 위치를 조정하게 된다. 이에 터널 조성에 따른 구체적 훼손면적은 단편적으로 터널이 진입하는 위치만이 아닌 해당 지역의 토양 및 암반 특성, 지형의 경사도, 도로 폭 등이 복합적으로 결합하여 이루어지는 만큼 분산이 동질하지는 않은 것으로 추정되었다. 등분산성의 미충족으로 인해 이에 따른 유형별 차이에 대한 통계적 검증을 위해 비모수검정법인 크루스칼-왈리스(Kruskall-Wallis) 검정을 진행하였다(Figure 1).
- 상부 훼손면적의 경우, 경사면직교형, 능선평행형, 경사면경사교차형, 경사면평행형, 골짜기진입형 순으로 나타났다. 전체 훼손면적은 경사면직교형, 능선평행형, 경사면 경사교차형, 경사면평행형, 골짜기진입형 순으로 나타났다.
- 전체적으로 터널상부보다 주변 진입부의 훼손면적이 약 2배 정도 큰 것으로 조사되었으며, 대부분 유형이 상부와 진입부의 훼손면적비율이 유사하였다. 이러한 경향은 터널 조성 시 기존 산림의 경계를 터널의 시작점으로 설계가 이루어지지 않고, 안정된 암반층이 나타날 때 까지 산림토양을 굴취하는 방식에 의해 공사가 진행되는 데에서 나타난다고 볼 수 있다.
- 각 터널이 산림사면과 만나는 진․출입유형을 구분한 결과(Table 2), 표본수 총 300개 중 경사면직교형 82개소, 경사면경사교차형 81개소, 골짜기진입형 57개소, 경사면평행형 55개소, 능선평행형 25개 순으로 나타났다. 진입부 훼손면적은 경사면직교형, 능선평행형, 경사면경사교차형, 골짜기 진입형, 경사면평행형 순으로 그 면적이 증가되었으며, 경사면직교형에서 최소값을, 골짜기진입형에서 최대값을 보였다. 상부 훼손면적의 경우, 경사면직교형, 능선평행형, 경사면경사교차형, 경사면평행형, 골짜기진입형 순으로 나타났다.
- 골짜기진입형의 경우 훼손면적이 가장 높았는데, 단순히 지형적 측면에서 바라봤을 때 훼손면적이 상대적으로 적을 것으로 판단되었으나 실제 조성결과에서는 훼손면적이 가장 많게 나타나고 있어 지형적 개념과는 달리, 실제 공사에 있어 퇴적토양의 깊이나 지질의 안정성 측면에서 다른 지형과 현격히 다르다고 판단할 수 있다. 훼손면적으로 살펴봤을 때, 지형적으로 산림훼손을 줄이는데 긍정적일 것으로 판단되었던 골짜기진입형이 산림훼손이 오히려 큰 것으로 나타남을 확인할 수 있었다. 골짜기진입형의 경우 산림훼손 면적이 전반적으로 넓음에도 불구하고 적지 않은 곳에서 시공이 이루어진 것을 확인할 수 있었는데, 이는 상대적으로 터널 길이를 최소로 할 수 있는 지점이라는 데에서 고려된 것으로 판단된다.
후속연구
- 능선평행형의 경우 지양해야 하는 터널진출입구 위치와 도로노선의 방향이 유사하므로 골짜기진입형이나 경사면평행형의 위치에 노선이 계획될 경우, 이를 인접 능선부로 조정하여 능선평행형으로의 조정을 통해 산림면적 훼손을 대폭 줄일 수 있을 것으로 판단되었다. 실제 훼손면적이 적은 능선평행형의 조성위치는 상대적으로 훼손면적이 넓은 다른 유형에 비해 매우 적음을 확인할 수 있었는데, 향후 도로계획 시 적극적인 조정이 필요한 것으로 판단되었다.
- 본 연구에서는 도로계획노선의 대폭적인 수정 없이도 현재의 노선방향에서 입출구부의 부분적 조정을 진행할 경우 산림훼손면적을 대폭 줄일 수 있다는 결과를 확인하였다. 향후 이에 대한 고려가 도로설계 시 반영된다면 도로건설에 따른 산림훼손 영향을 완화시킬 수 있을 것으로 판단된다.
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