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연구과제명 기후변화 적응형 사회기반시설 
성명 정상섬  소속 연세대학교 
E-mail soj9081@yonsei.ac.kr 
연구실명 기초시스템연구실  연구실홈페이지 http://www.geossil.com 
구분 센터대표과제   

전지구적 기후변화에 따른 사회환경의 변화

  • 기후변화는 인위적, 자연적 원인에 의한 온실가스 증가와 이에 따른 전지구적 기후변동을 의미하며, 평균해수면 상승, 평균기온 및 강수량의 변동 등(그림 1-2) 지속적이며 광범위한 영향을 보이고 있음.

  • 기후변화는 국내에서도 혹서·혹한 등의 기온변동 현상과 폭설, 슈퍼태풍, 집중강우 등의 극심한 기상이변 현상 등이 빈번히 관찰되고 있어(그림 1-3), 직·간접적 사회·경제적 피해가 막대함.

  • 국제사회는 이미 CO2 배출 저감을 통한 기후변화 완화를 위하여 2005년 2월 교토의정서를 발효하였으며, ‘기후변화에 관한 국가 간 정부 협의체(Intergovernmental Panel on Climate Change: IPCC)’는 고위도 지역의 강수량 증가, 폭염 및 급격한 해빙, 집중호우에 의한 사면 파괴 등 기후변화로 인한 자연재해 발생 가능성 증가를 강조한 바 있음.

  • 대한민국의 경우 전 국토의 70%가 산지이며 삼면이 바다로 둘러싸여 있는 지리적인 특성으로 인하여 연안 및 해안지역과 하천유역을 중심으로 대규모의 도시가 집중적으로 발달되어 있음. 주요 국가 인프라 산업의 거점기지로써 연안지역의 활용도가 높아, 해수면 상승, 슈퍼태풍, 폭우 등 전 지구적인 기후변화 현상에 의한 각종 기반시설의 손상 발생 가능성이 매우 높음.

  • 대한민국은 급속한 경제발전으로 도시면적의 양적 확장과 특성적 변화를 경험하고 있으며, 대도시를 중심으로 인구 및 사회기반시설이 집중되어 있음. 기후변화로 인한 도심 기반시설의 기능 상실 피해 규모 및 발생빈도는 지속적 증가 추세임. 일례로 2010년 9월 21일에 발생한 수도권 집중호우는 역대 기상관측 강수량 중 두 번째로 큰 규모였으며 수도권 이재민 발생만 2만여 명에 달하였음. 특히, 여름철 호우 재해 발생빈도는 1940~70년대의 연평균 5.3회에서 1980~90년에는 8.8회 이상으로 증가하였음.

기후변화 관련 국내·외 연구 현황

  • 기후변화와 관련된 국내·외 연구는 기상학적 영향 및 예측 평가기술, 탄소배출 저감을 포함한 각종 대응기술(Mitigation technology)과 적극적 차원의 적응기술(Adaptation technology) 연구로 구분되어 왔음.

  • 미국의 경우 범국가적 차원의 기후변화 과학프로그램(CCSP, 2002년~2008년)을 통해 기후변화의 과학적 영향 예측 및 적응방안 연구를 추진해 왔으며 기술개발프로그램(CCTP, 2002년~현재)으로 온실가스 배출저감 기술 연구를 추진하고 있으며, 이를 위해 47억 달러 이상의 막대한 예산을 투입하고 있음.

  • 호주는 향후 100년 동안의 해수면 상승과 연안침식 대응전략을 위해 ‘연안개발에 관한 위원회(Coast Development Board)’를 구성하였으며, 유럽도 해수면 상승을 고려한 제방 및 방재시설물의 기준을 변경하고 신 설계안을 마련 중임. 이와 더불어 많은 국가에서 CO2 저감과 기후변화 완화를 위한 대응기술과 병행하여, 변화된 환경에 대비한 적응(Adaptation)분야가 새로운 통합 패러다임으로 등장하고 있음.

  • 국내의 경우, ‘저탄소 녹생성장 기본법’이 시행됨에 따라 정부부처 및 지자체를 중심으로 건강, 재난, 수자원, 산림, 농업, 생태 분야 등 기후변화에 대해 직접적이며 단기적 영향성이 확연한 분야에 대해서는 일정수준 이상의 연구가 진행되어 온 반면, 기반시설 관련 제반 산업분야에서의 진행정도는 매우 미흡함.

  • 기후변화와 관련하여, 국토해양부, 환경부, 소방방재청 등 정부기관과 유관학회를 중심으로 다양한 기초연구가 진행되고 있으나, 대상 분야가 한반도내 기후변화 영향의 정량적 평가, 미래 수자원 시스템에 대한 기술경제적 전망 등 제한된 분야에 대한 대응전략 수립에 집중되어 있어, 극한 기후변화 현상에 적극적으로 대비하며 기반시설물의 피해를 최소화 할 수 있는 포괄적 적응기술 개발 노력은 대단히 미흡함.

  • 특히, 각 연구분야가 분산되어 진행되고 있으며, 관련 연구의 전담연구인력 및 시설이 절대적으로 부족하여 한정된 자원기반 연구가 대부분이며, 사회기반시설물 전반에 대한 체계적인 연구는 전무한 상태임. 아울러 특정 연구 분야에 단기간 집중적으로 진행되어 국가차원의 종합적 대책수립이 어려움.

 

표 1-1. 기후변화 관련 연구현황

관련 연구 분야

연구 현황

제한점

기후변화 영향 및 평가분야

온실가스 배출량 변화 및 평균 온도 예측 모델 연구

ENM, BIOMOD 등 생태계 반응 예측연구까지 확대됨.

기후변화 대응대책(1999현재)CO2 저감에 집중

지구물리적 환경변화에 집중

기반시설 관련 기후변화 영향평가모델은 절대 부족

사회기반시설물 대응기술 분야

이상기후로 인한 자연재해 극복 및 산사태 예측 및 피해 저감기술 등 방재 관련 기술이 주류

기후변화 적응 기본계획으로 건강, 수자원, 산림, 농업, 생태계 분야 등에서 일정 수준의 연구가 진행

기후변화에 따른 기반시설의 영향 및 평가기술 부재

기후변화 적응기술의 선제적 적용시도 부재

수자원 및 환경기술 분야

수문 영향분석 및 미래 수자원 시스템과 수생태 전반에 대한 대응전략 수립에 집중

이상기후 대비 시설기준 연구단은 시설물에 대한 안전율과 하중강도 증대 등을 통한 개선책에 집중

기후변화 피해저감 기술 및 대응기술에 집중

설계기준 강화에 국한된 제한된 적응기술이 주류

기후변화에 따른 사회기반시설 적응기술의 필요성

  • 향후 요구되는 기후변화 관련 기술은 완화저감기술로 대변되는 대응기술과 더불어, 기후변화의 감시-예측-영향평가-적응기술에 대한 포괄적 기술과정이 포함되어야 함. 따라서 수문시나리오 구축과 영향평가 등의 추론적 연구뿐만 아니라, 사회·경제적 가치와 직접적으로 연관되어 있는 사회기반시설의 효율적 개발, 안정적 보존 및 유지관리에 요구되는 실질적 기후변화 적응기술이 반드시 확립되어야 함.

  • 태풍, 폭설, 이상파랑 등과 함께 대규모 집중 강수량이 2000년대 들어 급증함에 따라(그림 1-5), 재산 피해액 또한 90년대에 비하여 4.5배 이상 증가하는 양상을 보이고 있음. 또한, 최근 10년간 기후변화 관련 자연재해에 의한 재산피해는 그 현상이 대단히 불규칙하여 미래의 불확실성을 대변하고 있음.

  • 기후변화에 따른 극한기후 발생과 강수량 및 기온의 변동폭 증가는 사회경제활동의 근간이 되는 도로, 항만, 빌딩 등 각종 사회기반시설의 예상치 못한 붕괴를 발생시키고(그림 1-6) 설계기준의 변화를 초래하며, 건설관련 안전사고, 건설비용과 건설품질 등에 있어 큰 위협이 되고 있음.

  • 현재 기후변화 관련 기술은 기후변화의 원인이 되는 탄소배출 저감 방안과 재해방지와 관련된 시나리오 기술에 치중되어 있으며, 기후변화에 따른 사회기반시설 적응기술에 대한 연구는 대단히 미흡한 실정임.
    •  특히 사회기반시설에 미치는 기능적, 환경적, 경제적 영향 평가기준과 실제적 방법론이 부재하며,
    • 기반시설 전반에 대한 적극적 적응기술 개발과 최적전략 도출을 위한 패러다임 전환이 시급함.

  •  기존 기후변화를 바탕으로 일부 사회기반시설의 취약성 평가가 이루어지고 있으나 적용범위가 제한적이므로, 향후 기후변화를 예측 및 평가하여 기후변화에 대한 대기과학적 측면과 경제학·공학·환경과학적 최적화 개념이 포함된 차세대 사회기반시설 적응기술 개발이 절실히 요구되고 있음.

표. 기후변화 관련 사회기반시설 분야별 취약성 및 연구 필요성

분 야

기후변화 관련 취약성

연구의 필요성

기반시설

분야

 강수패턴과 강우강도 변화는 사면구조물의 급격한 거동변화와 파괴 가능성을 증대시킴.

 지하수위 및 해수면 변동은 구조물기초의 지지성능 저하와 급속침하를 야기함.

 수분 포화도를 고려한 사면의 역학적 특성 평가기술 및 파괴 방지기법 개발이 절실

 환경변화 인자를 고려한 조사 및 설계기법과 불확실성을 반영한 신뢰성 평가기법 필요

 반복, 지속적 혹한, 폭염, 이상기온 등은 구조물 재료의 열화 현상을 가속시켜 이상 반응을 유도함.

 온도 저항성과 극한온도 적응형 다기능 재료 개발이 기후변화 관련 안정성 향상을 위해 절실함.

 풍하중 및 유수압 증대에 따라 사회기반시설물의 대형화 문제가 발생함.

 구조물 슬림화 방법으로 최적 부재결정 기술이 적응형 구조물 설계를 위해 시급함.

 도심도로의 불투수성은 도시홍수를 야기하며, 장기적으로 토양의 사막화를 발생시킴.

 기후변화를 고려한 도심도로의 물순환 회복기술 및 현장적용기술 요구

수자원

분야

 호우일수 및 강우량이 증가함에 따라, 설계용량 초과에 의한 피해 발생

 수문자료의 비정상성과 다중결과를 고려하여 미래 변화를 연계한 모델 수립 필요

 해양외력이 증대됨에 따라 다수의 기존 연안구조물의 안정성이 미확보

 해양외력 증대에 따른 기존 연안구조물의 보강방안 수립 필요

환경/생태

분야

 도심지 불투수층은 물순환 저해 및 열섬현상 유발

 강설 및 제설염 증가는 시설부식과 생태교란 발생

 기후변화 적응형 도시기반시설 개발 필요

 염분 농도 증가에 대비한 바이오 방재기술 필요

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