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그린인프라는 강우유출수 관리 및 비점오염저감과 같은 다양한 기능을 제공하는 녹지 공간 및 녹지 네트워크를 의미하며, 녹색기반시설, 저영향개발기법(Low Impact Development; LID) 등으로도 불린다. 그린인프라에 대한 다양한 정의들이 존재하지만, 통상적으로 그린인프라는 “자연 생태계의 가치와 기능을 보전하고 인간에게 이와 관련된 혜택들을 제공하는 상호 연계된 녹지의 네트워크”를 의미한다(Benedict & McMahon, 2002).

그린인프라는 자연 상태의 토지가 대기 및 수자원의 질 개선, 토착종과 자연 자원(natural resources)의 보전 및 지속, 생태계 프로세스의 유지, 커뮤니티와 거주민의 건강과 삶의 질 개선 등의 혜택을 제공할 수 있다는 점에 주목하며 이러한 효과를 위해 토지의 보전과 복원을 적극적으로 활용하려는 개념이다(McMahon, 2000; McDonald et al., 2005).

녹지·산림·야생동물 서식지·공원·녹도·수로·습지·작업 농장·목장·숲·황야·기타 보전토지 등 자연상태의 토지들 또는 이와 유사한 기능을 하도록 인공적으로 조성된 옥상녹화, 식생수로 및 화단, 투수성포장/투수성블럭, 침투도랑 및 트렌치, 나무여과상자, 빗물정원 등이 그린인프라에 해당한다.

그린인프라 기법은 크게 기 존재하는 자연 상태의 토지의 기능을 적극적으로 보전 및 복원하고 훼손을 최소화하는 비구조적 그린인프라 기법과 자연의 식생 및 토양 상태와 유사한 환경을 가진 인공적인 녹지시설을 조성하는 구조적 그린인프라 기법으로 구분한다. 비구조적 기법은 주로 토지이용구상 및 계획 단계에서 적용될 수 있으며 개발이 미치는 영향면적을 최소화하는 방법과 자연적 상태를 보호하는 방법, 그리고 자연 기능을 유지하는 방법 등이 있다. 구조적 기법들은 녹지계획 및 설계·배치 단계에서 적용 가능한 시설들로 침투·저류·빗물재이용 등의 기작을 가짐으로써 자연상태의 토지와 유사한 기능을 수행하고 단지 내에 분산적으로 배치될 수 있는 물리적인 기술들이다(김동현 외, 2014; 김동현과 최희선, 2013).

그린인프라 기법은 개발과 보전의 적절성을 체계적으로 고려하는 방법이며, 과거의 전통적인 녹지 보전 및 확보 계획에 녹지의 기능성에 대한 전략적인 고려를 통합한 토지보전 전략으로 도시 스프롤과 녹지개발 가속화 및 파편화가 유발하는 생태적·사회적 영향을 저감한다(McMahon, 2000; Benedict & McMahon, 2002, McDonald et al., 2005). 그린인프라와 전통적인 녹지 계획의 차이점은 그린인프라 기법은 단순히 녹지의 보전 또는 조성만을 도모하는 것이 아니라 토지 개발, 성장 관리, 그리고 건조환경(built-environment) 계획과 조화를 이루어 보전 가치를 고려한다는 점에 있다(Benedict & McMahon, 2002).

이미 그린인프라 기법의 적용사례들이 누적되고 그 효과 검증이 이루어지고 있는 국외 사례들과 비교할 때, 국내에서의 그린인프라 기법 적용은 아직 도입 단계로 볼 수 있다. 그린인프라 기법이 적용되기 시작한 것은 매우 긍정적인 일이나, 그린인프라 기법이 대상지역 전반의 물순환·생태 네트워크·종다양성·심미성·레크리에이션 기능 등 종합적인 환경의 질을 제고할 수 있는 방법이라는 것을 감안할 때 파주·광교·아산신도시의 사례들은 적용된 그린인프라 기법들이 구조적 시설 위주로 한정되었다는 아쉬움이 있다.

이러한 결과는 다음과 같은 문제점들에 의한 것으로 보인다. 첫 번째로는 그린인프라가 국내에 도입될 때 비점오염원 저감을 위한 최적관리기법(BMPs)과 유사하거나 이를 대체할 시설물로서 인식되었기 때문이다(최지용·신창민, 2002). 이에 따라 그린인프라 관련 국내 연구들도 종합적인 토지이용구상 및 계획 단계에 반영되는 비구조적 기법보다는 식생 및 침투도랑, 식생여과대, 투수성 포장, 인공습지 등 개별 구조적 기법들의 기능 및 효율성 분석 위주로 진행되었다.

두 번째로는 그린인프라 기법이 토지이용 구상 및 계획단계에서의 보전을 강조함에도 불구하고 기존 계획 내에서 비구조적 그린인프라 기법을 적용하고 그 적정성을 평가할 방법이나 기준이 부재하기 때문이다. 전통적인 종합계획 내에서 그린인프라 기법이 적용될 수 있는 대표적인 부문으로는 녹지계획과 우수관리계획을 들 수 있으나 녹지의 확보가 우수관리의 효과까지 포함하는 그린인프라 기법의 개념과는 달리 우리나라의 도시기본계획 및 지구단위계획에서는 두 가지 부문이 별도로 다뤄지고 있다. 녹지계획의 경우 공원·녹지의 보전 및 배분을, 우수관리의 경우 관거 확보를 주 내용으로 하고 있어 두 가지 부문별 계획의 연계성을 높이고 종합적인 구상을 도출하기 어려운 실정이다. 또한 기존의 개발계획 내의 보전 및 녹지 배치계획은 개별 토지 특성에 대한 별도의 분석 없이 주로 생태자연도 등에 의존하여 생태등급이 높은 토지들을 배제하는 방식으로 이루어진다. 이는 역으로 높은 등급에 해당하지 않는 토지들은 토지의 특성에 관계없이 일괄적으로 개발이 가능하다는 판단을 유도할 위험이 있으며 개발할 토지를 우선 지정 후 자투리땅에 녹지를 조성하는 등 개발편의 위주의 계획을 조장하기도 한다. 그린인프라의 적용은 보전하지 않아도 되는 토지는 모두 개발 가능하다는 이분법적인 사고방식이 아니라 토지의 특성에 따라 보전과 개발의 강도와 유형을 분류함으로써 보전을 하더라도 자연 상태의 토지의 기능을 적극적으로 활용하고, 개발을 하더라도 개발이 가져오는 녹지의 기능 저하를 최소화하며 저하된 기능을 보완하고자 하는 원칙하에 실현될 수 있으나 기존 계획 내에서는 그린인프라와 관련된 토지의 특성 및 이에 따른 이용을 구분하고 검증할 수단이나 기법이 없는 실정이다.

따라서 기존 그린인프라 적용의 한계를 극복하기 위해서는 토지의 특성에 따라 구조적 기법과 비구조적 기법의 적용 적정성을 고루 분별할 수 있는 방법을 통한 그린인프라 적용이 필요하며, 녹지 및 우수관리에 대한 통합된 접근을 통해 토지의 특성을 분석하고 이에 기반하여 계획 구상 단계에서 그린인프라 적용을 위한 구분 기준을 제시할 수단이 요구된다. 이러한 수단은 토지이용 구상 단계 및 계획 초안단계에서 그린인프라의 개념과 원칙을 적용할 수 있도록 지원할 수 있다.

그린인프라 적용의 한계들을 보완하기 위해 본 연구에서는 강우유출특성과 녹지의 파편화특성을 분석하고 이를 통합하기 위한 방법론을 고안하였다. 고안된 방법론은 토지이용 매트릭스를 이용하여 토지 특성별 구조적·비구조적 그린인프라 기법 적용의 기준을 제시하고, 이를 토지이용구상 단계에서 반영하거나 토지이용계획 초안 단계에서 보완을 위해 활용할 수 있도록 한다. 다음 장에서는 그린인프라 적용을 위해 토지 특성을 평가하는 방법론을 상세히 살펴보도록 한다.

분석 대상지로는 그린인프라 기법을 적용한 계획 사례지역 중 아산신도시를 선정하였다. 아산신도시는 충남 아산시와 천안시 일원을 대상으로 계획된 제2기 신도시로, 전국 최초 분산식 빗물관리 시스템을 도입하여 물순환 신도시 조성을 계획하고 있다는 특징을 가지고 있으나 상대적으로 그린인프라 기법의 다양성이 떨어지고 구조적 기법 중심의 계획이 적용된 것으로 검토되어 그린인프라 기법 적용의 개선이 필요하다.

분석 단위로는 아산시 비오톱 지도에서 적용 가능한 기법이 구조적 기법으로 한정되는 도시화 토지를 제외한 비도시화 토지패치를 채택하였다. 이에 따라 각 토지패치별 적절한 구조적/비구조적 그린인프라 기법이 도출되도록 한다.

분석의 범위는 토지이용구상 및 계획의 측면에서 그린인프라의 적정성을 도출하기 위해 아산신도시 계획지구를 포함한 아산시 전체를 포괄하였다. 이때 아산 신도시는 계획 구역 내에 아산시 뿐만 아니라 천안시 일원도 함께 포함하고 있으나, 천안시가 차지하는 면적이 상대적으로 적으며 행정구역 간의 비오톱지도 구축 방법의 차이에 따른 분석의 타당성 훼손을 방지하기 위해 아산시 경계 밖의 계획지역은 분석 범위에서 제외하였다.

앞서 살펴본 바와 같이 그린인프라 기법 적용의 문제점들을 개선하기 위해서는 비구조적 기법의 적용을 촉진하고 우수관리를 통한 물순환과 녹지계획을 포괄하는 그린인프라의 개념을 적용할 수 있는 방법론이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 구조적·비구조적 그린인프라 기법을 배분하고, 우수관리와 녹지 체계 배분을 종합하는 그린인프라 기법 적용 및 평가기법을 고안하였다. 고안된 평가기법은 토지이용구상 및 계획단계에서 활용될 수 있도록 직관적인 형태를 취하며 강우유출특성 분석과 파편화지수 분석의 두 가지 방법으로 구성된다.

강우유출특성 분석은 그린인프라의 우수관리기능을 고려하기 위한 분석 방법으로, 강우시 토지가 물을 침투시키지 못하고 지표로 유출시키는 정도를 나타내는 강우유출률을 분석의 준거로 활용하였다. 특정 토지패치에서 강우유출률이 높을수록 토지의 물순환기능이 떨어져 그린인프라를 기법을 통한 관리의 필요성이 높다고 판단한다. 각 토지패치의 강우유출량을 도출하기 위해 토양종류별/토지이용상태별 유출곡선지수를 통해 유역의 특성에 따라 유출량을 측정하는 SCS-CN 모델을 이용하였다(최병수와 안중기, 1997). 국토교통부가 제공하는 우리나라 토지이용 분류기준에 따른 유출곡선지수를 기준으로 대상지역의 비오톱지도와 토양도를 통해 토지패치별 유출계수(CN)와 평년강우량 기준 강우유출률을 도출하였으며, 대상지역의 평년강우량은 1981-2010년 천안관측소 기준 연평년값 1226.5㎜를 활용하였다.

(식 1) 강우유출률 도출 산식

Q_ = 강우유출률
Q = 강우유출량
P = 강우량mm
a = 상수(SCS에서는통상a=0.2)
S = 최대저류량mm
CN = 유출곡선지수

파편화는 전체 경관이 농업 및 기반시설의 개발과 같은 인간의 활동에 의해 작은 조각으로 부서지는 것을 의미한다. 그린인프라 적용에 관한 여러 선행연구들은 파편화수준을 녹지 네트워크의 단절 및 분열을 판단하는 기준으로 활용하였다(La Greca et al., 2011; La Rosa & Privitera, 2013; 김동현 외, 2014). 파편화수준이 높은 토지일수록 인간 활동에 의한 단절 및 분열이 많이 일어난 토지이므로 구조적 기법의 적용을 우선 고려할 수 있으며, 파편화 수준이 낮은 토지일수록 녹지 네트워크가 잘 유지되었다고 판단되어 보전의 가치가 높은 토지로 비구조적 기법의 적용을 고려할 수 있다. 파편화분석은 토지패치의 면적이 넓을수록, 패치 인근의 밀도가 낮을수록 경관이 덜 파편화 되었을 것이라는 가정에 기반한다. 각 토지패치들의 면적과 한 패치로부터 500m 반경 내의 패치 개수를 활용하여 파편화지수가 도출되었다(La Greca et al., 2011; La Rosa & Privitera, 2013; 김동현 외, 2014).

(식 2) 파편화지수 도출 산식

FR = 각토지패치들의파편화지수
PAT = 패치면적
PAT = PAT/PAT_max로패치면적의표준화값
NP = 한패치로부터500m 반경내의패치개수
NP_ = NP/NP_max로패치개수의표준화값
PAT_max = 연구대상지역에서의최대PAT
NP_max = 연구대상지역에서의최대NP

강우유출특성과 파편화지수 분석의 결과들을 통합하여 토지이용구상 및 계획 단계에서 그린인프라 적용의 적정성 평가 기준으로 활용하기 위해 토지이용 매트릭스를 이용하였다. 이는 기존의 개발계획에서 녹지계획이 답습했던 것과 같이 토지를 단순한 개발과 보전의 두 가지 카테고리로 구분하는 것이 아니라 강우유출과 토지의 파편화라는 기준 특성에 따라 그린인프라와 관련된 세분화된 토지이용분류를 제시하기 위함이다.

토지이용 매트릭스는 각각 3개의 등구간으로 분류된 가로축의 강우유출특성과 세로축의 파편화지수로 구성된다. 앞서 분석 방법에서 설명한 것과 같이 가로축의 강우유출특성은 현재의 물순환능을 평가하여 물순환능이 우수한 토지라면 그린인프라 기법을 통한 현재 상태의 보전 및 유지를, 물순환능이 상대적으로 저하된 토지라면 그린인프라 기법을 통한 물순환능의 개선을 필요로 하는 것으로 판단하는 지표가 된다. 세로축의 파편화지수의 경우 파편화지수가 낮을수록 토지가 인간 활동의 영향에 의해 쪼개진 정도가 덜해 토지 간의 네트워크 수준이 높다고 판단되며 이에 따라 그린인프라 기법을 통한 계획 단계에서의 적극적이고 우선적인 보전이 필요하다. 파편화지수가 높은 토지들은 낮은 토지들에 비해 상대적으로 우선적인 개발을 고려해야할 토지들로 판단하되 개발영향을 최소화하기 위해 그린인프라 기법이 적용되어야 한다. 이러한 기준 하에 그림 1과 같이 강우유출특성과 파편화지수에 따라 적절한 비구조적/구조적 그린인프라 기법을 배분하기 위해 크게 5개 카테고리로 분류되는 토지이용 매트릭스를 구축하였다. 구축된 토지이용 매트릭스는 단순히 보전과 개발을 구분할 뿐만 아니라 토지 특성에 따른 그린인프라 기법 유형의 적정성과 달성되어야할 물순환능의 지표를 함께 제시한다. 토지이용 매트릭스를 통해 얻어진 그린인프라 적용 기준은 토지이용 구상의 단계에서 녹지체계와 강우유출관리 계획의 거시적인 축을 정립하는 데 반영될 수 있으며, 토지이용계획의 마스터플랜 수립 단계에서는 수립된 초안과 비교하여 개발지역의 위치와 면적, 녹지시설의 배치와 배분에 있어 초안을 보완하고 발전시키는데 활용될 수 있다.

Figure 1. 
Land-use matrix

그림 1의 토지이용 매트릭스에서 그린인프라를 통해 관리해야할 강우유출량이 많이 발생하는 토지들은 가로축의 HIGH에, 강우유출량이 적은 토지들은 LOW에 해당한다. 잘게 쪼개진 정도가 높아 파편화가 많이 일어난 토지들은 세로축의 HIGH에, 파편화가 덜 일어난 토지들은 LOW에 해당한다. 매트릭스의 각 항목들을 살펴보면, 강우유출률이 낮고 파편화가 적거나 중간 수준으로 일어난 토지의 경우(강우유출률 LOW-파편화지수 LOW/MID) 현재의 녹지 네트워크 수준과 물순환능을 유지하기 위해 계획단계에서 민감한 지역의 보호, 자연 유수 경로의 보호 등 비구조적 기법을 통한 보전을 권장하며, 강우유출률이 높거나 중간수준이고 파편화지수가 낮아 녹지 네트워크는 잘 유지되어 있는 것에 비해 물순환능이 떨어지는(강우유출률 MID/HIGH-파편화지수 LOW) 토지는 네트워크 보호 및 유지를 위해 보전을 우선시하며 강우 단절, 훼손지역 재식생 등 비구조적 기법의 적용을 통해 물순환능을 개선할 필요가 있다. 강우유출률은 낮거나 중간 수준이라 물순환이 원활하지만 파편화지수는 높아 인간 활동으로 이미 파편화가 진행된 토지들의 경우(강우유출률 LOW/MID-파편화지수 HIGH) 필요시 우선적으로 개발할 수 있으며 이때 개발이 기존의 물순환능을 저하시키지 않도록 하기 위해 클러스터 개발 등의 비구조적 기법을 적용하여 유출량의 증가를 최소화해야 한다. 강우의 침투가 잘 이루어지지 않아 유출률이 높고 파편화지수도 높거나 중간인 토지들의 경우(강우유출률 HIGH-파편화지수 MID/HIGH) 우선 개발이 가능한 지역에 해당하며 높은 강우유출량을 처리하기 위해 옥상녹화, 침투저류지 등 구조적 기법을 적용하여 물순환을 개선해야 한다. 마지막으로 강우유출률과 파편화지수 모두 중간(MID-MID)인 토지는 토지이용의 목적에 따라 그 외 4개 카테고리의 방법을 선택적으로 적용하도록 한다.

각 특성별로 적용되어야 하는 그린인프라 기법들은 표 7와 같다. 각각 현재 물순환능 유지를 위한 비구조적 기법, 현재 물순환능 개선을 위한 비구조적기법, 개발시 물순환능 저하를 최소화하기 위한 비구조적 기법, 개발시 물순환능 개선을 위한 구조적 기법에 해당한다.

강우유출특성 분석은 그림 2, 3과 같은 대상지역 토지패치별 토지이용현황과 수문학적 토양유형에 따라 도출된다. 강우유출특성 분석 결과의 통계값은 표 8과 같으며 그림 4에서 토지패치별 유출률의 분포를 확인할 수 있다.

Figure 2. 
Land-use map of the targeted area

Figure 3. 
Patch reclassification map by Hydrological characteristics

Figure 4. 
Patch reclassification map by rainfall-runoff characteristics

강우유출특성 분석결과 대상지는 비도시화 지역임에도 유출률이 상당히 높은 특성을 보였다. 이러한 지역들은 이미 물이 고여 있어 강우가 침투되지 못하는 논이거나(CN = 100), 수문학적 토양분류 등급상 침투속도가 매우 느려 지표로 유출되는 빗물의 양이 많은 토지들이다. 유출률이 높은 토지들은 그린인프라 기법의 적용을 통한 물순환능의 개선이 필요하다.

파편화지수 분석 결과의 통계값은 표 9와 같이 나타났으며 그림 5에서 토지패치별 파편화지수의 분포를 파악할 수 있다. 파편화수준이 높은 토지는 주로 기 개발지에 인접한 토지들이 많으며 인간활동에 의해 작은 면적과 개수로 쪼개어진 지역들이다. 반면 파편화수준이 낮은 토지들은 대부분 산림지역에 해당한다. 파편화수준이 높은 토지들은 개발 필요시 우선 이용될 수 있으며, 파편화수준이 낮은 토지들은 녹지 네트워크가 상대적으로 잘 유지된 것으로 판단되어 보전이 필요하다.

Figure 5. 
Resulting map of the fragmentation assessment

토지이용 매트릭스를 통하 강우유출특성과 파편화지수를 종합한 그린인프라 적정성 평가 결과는 그림 6과 같다. 분석 결과 아산시 대부분의 토지가 현재 물순환능 유지를 위한 비구조적 기법이 필요한 지역과 개발시 물순환능 개선을 위한 구조적 기법이 필요한 지역으로 나타났다. 그림 6의 좌측 붉은 점선으로 표시된 지역이 아산신도시 계획지역으로, 파편화수준은 낮으나 강우유출률이 높은 지역과 파편화수준이 높고 강우유출률도 높은 지역이 혼합된 지역이다.

Figure 6. 
Result of land suitability assessment

연구에서 도출된 그린인프라 적정성 평가 방법론이 실제 신도시 개발 및 도시 재개발의 토지이용구상 및 계획 단계에 적용될 수 있도록 하기 위해, 아산 신도시에 예정된 토지이용계획을 수정 가능한 토지이용계획 초안으로 가정하여 분석 결과와 비교하였다. 그림 7은 그림 6의 붉은 점선 내부를 확대하여 아산 신도시에 예정된 토지이용계획과 비교한 것이다.

Figure 7. 
Comparing Land suitability assessment map for GI with land-use plan in Asan

표 10은 그림 7에 해당하는 번호에 따라 그린인프라 적정성평가 결과와 아산 신도시 토지이용계획 내의 주요 토지패치들을 비교한 것으로, 비교 결과 ‘보전이 우선되며 비구조적 그린인프라 기법을 통한 물순환능 개선’이 필요한 대부분의 토지들이 공원·녹지로, ‘필요시 우선 개발 가능하며 구조적 기법을 통한 물순환능 개선’이 필요한 토지들은 주거·준주거 및 상업지역으로 계획되어 있어 토지이용구상 및 계획의 측면에서 크게 충돌이 나타나지는 않고 있다. 그러나 번호 7과 번호 10과 같은 일부 토지들의 경우에는 보전이 우선되는 토지들이 주거 및 상업지역으로 예정되어 있어 그린인프라 적정성 평가 결과와 토지이용계획이 일치하지 않는 것을 보인다. 이러한 차이는 아산신도시 계획이 전통적인 녹지 계획과 마찬가지로 녹지의 네트워크 및 잔존 산림의 보호는 고려하였으나 강우시 유출특성과 같은 우수관리 요소들은 토지이용구상 단계에 포함시키지 않았기 때문으로 추측된다. 그러나 이러한 차이에도 불구하고 그린인프라 적정성 평가 결과와 기존 토지이용계획 간에 크게 상이한 충돌이 나타나지 않은 것은 본 연구에서 고안된 평가 방법이 전통적인 녹지계획 방식과 동떨어지지는 않되 그린인프라의 기능을 고려하도록 계획 초안을 보완하고 그린인프라의 적용 및 혜택 제고에 있어 계획의 질을 높이도록 해 줄 수 있다는 점을 시사 하여 그린인프라 적정성 평가의 활용 가능성을 기대할 수 있다.