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연구과제명 기후변화 적응 관리를 위한 도시 수문/생태 향상기술 
성명 강호정  소속 연세대학교 
E-mail hj_kang@yonsei.ac.kr 
연구실명 생태공학연구실  연구실홈페이지 http://eel.yonsei.ac.kr 
구분 제 3 총괄  1 세부 

연구의 당위성 및 필요성

  • 전세계 인구의 1/3 이상이 연안지역에 집중되어 있으며 특히 해발 10m 이내에 전세계 인구의 10% 이상이 집중(UNEP, 2006). 또한 2008년을 기점으로 전세계 인구의 50%가 도시에 집중되어(IMF, 2007) 도시화에 따른 문제는 더 이상 국지적 문제가 아닌 전지구적인 문제로 발전됨.

  • 도시화가 미치는 악영향은 불투수층 면적 확대, 물순환 저해 및 가속화, 인구과밀, 도시열섬현상 및 대기오염, 소음공해, 수질악화 등 각종 공해가 있음. 이로 인하여 도시 면적의 확대는 인간 삶의 질 저하 뿐만 아니라 다양한 동식물상의 생존권까지 위협하기에 이름.

  • 기후변화가 도시생태에 미칠 악영향(극한강수 및 강수량 증가, 해수면 상승, 도시열섬 현상 등)을 해결할 수 있는 대응책은 기후변화에 적응 및 대응할 수 있는 수자원 관리기술 개발이며, 우리나라는 반도국 특성상 주요 도시가 연안에 위치하거나 대형 하천 주변에 위치하여 해수면 상승 및 집중호우 발생시 기존의 홍수 방지책, 제방시설 등으로는 적절한 대응관리가 불가능한 실정임.

  • 도시부 수자원 관리 기술의 문제점 및 향후 기후변화에 따른 악영향을 예측하고 대응할 수 있는 방안이 요구됨. 자연의 순환 체계를 모방하여 도시부의 물질순환 특히, 수자원 측면의 순환이 원활하게 이루어지도록 하여 열섬현상 및 홍수피해 등을 방지하고 도심에서 발생한 오염물질(강설증가로 인한 도로염 사용 증가)이 외부생태계(수생태계 등)로 유출되지 않거나 자연 정화될 수 있는 도시순환시스템을 개발해야 함.

  • 이를 위해서는 전지구적 기후변화뿐만 아니라 우리나라의 국지적 기후변화를 예측가능하고 도심에 있어 기후변화 취약요소를 파악 및 개선할 수 있는 연구가 필요함.
    해당 연구의 결과물은 기존 도시 및 신설도시에 모두 적용가능하며 각 특성에 따라 경제적이며 효과적인 적응 전략이 선정되어야 할 것임.


국내외 연구현황 및 한계점

  • 도시수문 관련 시설은 홍수 방지, 강수의 신속한 배출 및 오염수 처리가 주목적으로 기존 도시수문학의 접근 방식에 따른 시설은 도시의 물순환 속도를 가속화시킴.

  • 도시열섬현상 및 비점오염 관리를 위해 환경부는 2008년에 비점오염저감시설 관련 매뉴얼 및 법 제정을 통한 비점오염 관리를 시작하고 신도시 등에 생태하천 기술 등 하천 복원 및 물순환 개선관련 기술 접목함.

  • 향후 강수패턴은 극한 강수가 증가할 것으로 예측되어(Allan and Soden, 2008) 기존 홍수방지책으로는 향후 강수패턴변화 및 해수면 상승에 적응할 수 없을 것으로 판단됨.

  • 전지구적 기후변화에 따른 생태계의 반응을 예측할 수 있는 다양한 기술이 개발되어 이용 중이거나 지속적으로 개선 중이나 불투수층 면적 증가로 인한 강수 침투 저해, 열섬현상 문제를 해결할 수 있는 근본적인 해결방안 부재. 또한 해당 연구 대다수가 기후변화에 따른 도시 생태의 특성 변화를 반영하지 못함.

  • 해수면 상승 대응 전략의 경우 구조물 크기 변경이나 특정 식생(맹그루브)에 제한되어 적용성이 매우 한정적임. 

차별성

  • 기후변화 관련 연구를 지속적으로 수행하여 생태계 변화 기작 규명이 용이. 특히 습지, 연안, 호소 및 하천 등의 수생태계 관련 연구를 집중적으로 수행하여 도시 수문 생태계 변화 영향 연구에 적합함.

  • 제설염 사용량의 증가는 주로 북미에서 진행되고 있어 국내에 직접 도입이 불가함. 우리나라만의 독자적인 연구진행이 필요하며 제설염사용에 따른 생태적 특성 변화 분석에 적합한 연구진 보유.

  • 도시부 수자원 관리 기술의 현 문제점 및 향후 기후변화에 따른 악영향 예측하고 대응할 수 있는 방안 제시 가능. 

연구과제 추진방법 및 추진체계

  • 본 연구의 목적을 성공적으로 달성하기 위하여 다음과 같은 핵심요소기술을 확보해야 하며, 구체적인 핵심기술의 개발전략은 다음과 같음.


    • 도심 물순환 회복을 위한 Bio-swale 시스템 구축 기술 
      • 기후변화에 따른 도시부 수문·생태 특성 파악 및 기존 수문모델 변형, 새로운 형태의 도심 수문모델 해석 
      • 도시표면 특성에 의한 물순환 저해 및 열섬현상 유발 방지기술 개발
      • 도심지에 습지(Bio-swale) 구현을 통한 도심 물순환 향상 기술 개발

    • 해수면 상승 대응을 위한 Bio-barrier 복원기술 
      • 해수면 상승 및 담수 염도 증가에 대비할 수 있는 기반시설 또는 자연형 방재시설 기술 개발 
      • 관련 국내외 연구기관과 긴밀하게 협력하여 국내 시범대상지 선정 및 시설 적용 연구 
      • 탄소증대에 따른 연안식생 및 토양 유기물 축적 기작 규명 기술 개발

    • 고농도 제설염의 영향 평가 및 저감기술 
      • 기후변화에 따른 북반구의 강설 증가는 북반구 도시부의 제설염 사용량 급증 유발함.
      • 지형특성, 토지이용도별로 대상지를 선정하여 가장 적절한 적응 전략 제시 
      • 제설 관련연구가 활발히 진행되고 있는 북미의 연구 결과 활용 및 비교분석을 통한 국내 적용방안 도출 
      • 호염성 식생, 특정미생물 기반의 토양 및 하천 염농도 저감형 염처리 습지 개발


            <연구추진체계 (제 3 총괄 1 세부)>

기대효과

  • 건설프로젝트 수행체계 상 설계단계에서 적용 가능하며 향후 기후변화에 적합한 국내 도시부의 도로 식수대, 비점오염처리시설, 연안/하천지대의 설계기준안의 기초자료로 사용 가능
  • 도시생태특성 변화규명이 가능하며 동시에 기후변화 특성을 반영한 도시 수문모델 개발이 가능함.
  • 국내에 적합한 Bio-swale 설계 기법 개발 가능하며 기술 적용시 지하수 충진율 증가로 인한 수자원 확보 가 가능하고 수위상승 및 집중호우시 침수피해 저감이 가능함.
  • 또한 Bio-swale 내 물의 비열을 이용, 도심내 온도 상승폭 저감을 통한 에너지 사용량 증가 억제 가능. 동시에 수질 오염 정화 시설 기능을 포함하여 비점오염물질 처리를 통한 수처리 비용 저감 가능. 특히 제설제 사용량이 증가할 것으로 예상되는 바 염처리 기술 접목을 통한 도로부 주변 토양 및 수생태계 보호가능
  • Bio-barrier는 국내외에서 연구개발초기 단계로써 해수면 상승 대응 기술 개발의 선두주자로 설 수 있는 발판 마련 가능. 즉 Bio-barrier 설계 기술 최초 제시 가능. 이를 통해 해수면 상승으로 인한 국토면적 축소율을 감소시킬 수 있으며 해수면 상승 대응 기술 해외 판매 가능하여 경제적 가치가 매우 높은 기술임.
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