대상지역인 광주광역시 상무지구 물순환 체계구축을 위하여 「저영향개발(LID) 기법 설계 가이드라인(MOE, 2016a)」제시한 방법 중 기개발된 도시지역에 적용할 수 있는 백분위수 강우사상 관리기법을 적용하였다. 또한, 최근 이상기후 등 기후변화 상황을 고려하여 광주기상대 최근 10개년(2012년 ~ 2021년)의 일 누적 강우자료를 사용하여 백분위수 빗물관리량을 산정하였으며, 산정방법은 다음과 같다.

• ① 대상지역의 최소 10년 이상의 일강우(이벤트 강우) 자료를 수집한다.
• ② 대상 기간의 전체 강우량 중 무강우일은 배제하고, 최소강우부터 최대강우까지 강우사상을 재정렬하여 백분율로 나타내며, 관리하고자 하는 목표 백분위수 80%의 강우량을 결정한다.

대상지역의 물순환 회복을 위한 빗물관리량 백분위수 분석결과는 연간 누적발생빈도 80%에 해당하는 15.0 ㎜로 분석되었으며, 그 결과를 Table 1과 Fig. 3에 제시하였다.

Fig. 3. 
Gwangju Observatory Rainwater management target according to accumulated daily rainfall

본 연구의 대상지역인 광주광역시 상무지구의 도시 물순환 체계구축을 위하여 빗물관리 목표량을 산정하였다.

앞 절에서 백분위수 강우사상 관리기법 적용을 통하여 분석한 빗물관리량 15.0 ㎜와 상무지구의 토지이용도를 활용한 불투수면적 1,870,976 ㎡을 산정하였다. 분석된 이 두 결과 값에 적용하여 빗물관리 목표량을 산정하였으며, 빗물관리 목표량 산정식은 아래와 같다.

산정결과 대상지역의 도시 물순환 체계구축을 위한 빗물관리 목표량은 약 28,065 ㎥으로 분석되었다. 분석된 빗물관리 목표량은 대상지역의 물순환 체계구축을 위한 LID 기법 적용시 각 시설물에서 저감할 수 있는 설계용량 기준으로 적용하였다.

기초자료 분석 및 현장조사 결과를 바탕으로 제안한 토지이용별 적용가능 LID 시설을 최대로 적용하였으며, 대상지역의 경우는 기존 개발도시로 다양한 LID 시설 적용에는 한계점을 나타내었다.

대부분 불투수면적률이 높은 공공기관 부지(주차장 및 조경부지)와 공공부지인 보행자도로 중심의 시설이 적용 가능하여, 보행자 도로 형태(도로인접, 보행자도로 전용) 및 보행자 도로폭을 고려하여 적용이 가능하였으며, 대상지역내에 위치하는 공원(대규모 공원, 소규모 어린이공원)에도 LID 시설을 적용하여 Table 2와 같이 적용시설에 대한 집수면적과 시설면적, 설계용량을 설정하였다.

현장검토(조사)를 통한 전문가 의견 수렴으로 대상지역의 현장여건을 고려하여 LID 적용시설과 배치방안을 검토하였다. 현장검토(조사)에 참여한 전문가 그룹은 학계(교수 2명), 연구기관(연구원 2명), 엔지니어회사(기술자 2명)에서 참여하였다. 현장조사는 1차 의견수렴 결과를 우선순위로 배치가 가능한 공공기관과 주요 보행자도로를 기준으로 시행하였으며, 대상지역의 LID 시설 배치를 위한 현장자문내용을 요약하면 다음과 같다.

1) 대상지역의 상무지구는 보행자도로(인도) 폭이 넓은 곳이 많고, 기존에 식재된 가로수가 많아 기존 가로수를 활용하여 그린네크워크(Green-Network) 형성이 필요

2) 기존 조경시설 설치 공간은 일부 구간이라도 경계석을 제거하여, 빗물이 유입될 수 있게 변경

3) 기존 LID 시설 배치구간(투수포장)은 조경공간 사이에 식생수로 또는 침투도랑 등을 배치하여 조경공간에서의 토사 및 우수유출 방지가 필요

4) 대상지역은 기개발 도시 지역으로 LID 시설 선정(기법)과 배치(적용공간)에 한계가 있으나, 최대한 식생형시설을 배치하여 유출저감을 위한 침투증대외에 증발량이 증대될 수 있도록 식생형시설 배치가 중요

전문가 주요의견과 현장검토(조사) 등 기술적 검토를 통하여 LID 시설 적용방안을 도출하였다. 공공 및 교육기관 중 LID 시설 적용가능한 부지가 협소하거나 단일 건물에 위치하지 않은 공공기관은 제외하였다. 상무시민공원 등 대규모 공원 내에 적용가능한 투수포장은 최소화 하였다. 또한 통행이 적고 보행로가 좁은 곳은 식생형시설을 배치하고, 투수포장 등 침투시설 적용을 최소화하여 적용하였으며, Table 3과 같이 적용시설에 대한 집수면적과 시설면적, 설계용량을 설정하였다.

지자체 · 공공기관 · 주민 의견사항 등 행정적 검토를 통하여 LID 시설 적용방안을 도출하였다. 대상지역의 LID 시설 적용시 일부 안전사고 위험이 있는 식생수로 등을 제외하거나 담수심의 계획고를 낮춰서 반영하였으며, 보행자의 보행안전성을 위하여 보도 폭을 2.0 m를 확보하기 위하여 LID 시설을 식물재배화분에서 투수포장으로 변경 적용하였다. 또한, 소규모 어린이 공원의 노후된 공원바닥 부분을 투수포장으로 반영하였다. 공공기관에서는 총 28개소의 공공 및 교육기관 중 LID 적용부지 협소, 유지관리의 어려움 및 민원발생 등으로 다수의 기관이 참여하지 않았으며, 그 중 7개 기관만 참여하는 저조한 참여율을 나타내었다. 참여한 공공 및 교육기관은 기존 조경시설 변경을 최소화하여 LID 시설을 반영하였으며, 대부분 불투수면적으로 이뤄진 주차장에 반영하였다. 주민의견은 시설의 배치보다 시설에 적용되는 식재식물이라던지 주민편의 시설 적용의 의견이 다수였으며, 지자체 · 공공기관 · 주민의견 등의 행정적 검토사항을 반영하여 Table 4와 같이 적용시설에 대한 집수면적과 시설면적, 설계용량을 설정하였다.

분석된 빗물관리 목표량은 LID 시설 적용을 통하여 대상지역의 물순환 체계구축을 위한 설계용량의 최소기준으로 결정하였으며, 각 시나리오별 설계용량과 비교 · 분석한 결과 모든 시나리오에서 최소기준보다 상회하게 적용되었고, 비교 결과는 Table 5에 제시하였다.

비교결과 LID 최대 적용 시나리오에서는 목표기준대비 약 67% 상회하게 적용되었으며, 전문가 자문의견 수렴을 통한 LID 적용시나리오는 21%, 지자체 및 주민의견 수렴을 통한 LID 적용시나리오는 16%로 목표기준을 모두 상회하게 적용된 것으로 분석되었다.

본 연구에서 구축한 대상지역의 SWMM 모형에 대한 적용성 평가를 위하여 대상유역의 실제 유출량 자료를 활용하여 구축된 SWMM 모형의 모의된 분석유량과 비교하였다. 대상유역의 실제 유출량자료는 「광주광역시 물순환 선도도시 조성사업 기본 및 실시설계」 과업에서 실시한 모니터링 결과자료를 취득하여 활용하였다.

분석한 결과 전체 총 유량은 실측유량 보다 분석유량이 약간 작게 모의되었으며, 모형의 적정성을 평가하기 위하여 상관분석을 수행하였다. 각각의 분석결과에 대한 상관분석 결과는 Fig. 4와 같이 R² = 0.83, R² = 0.62 값을 나타냈었다. 결정계수(R²)는 1에 가까울수록 두변수간의 상관관계가 높다고 해석할 수 있으며, R² 0.5 이상이면 유의한 수준인 것으로 판단할 수 있다.

Fig. 4. 
Correlation analysis of measured flow and analyzed flow (R²)

아래 그림과 같이 1차 분석결과(a)는 R²이 0.8 이상으로 높은 상관성을 나타내었으며, 2차 분석결과(b)는 R²이 0.6 이상으로 약한 상관성을 보이는 것으로 나타났다. 두 개의 상관분석결과 실측 및 분석유량간의 R²이 0.5 이상으로 유사한 경향이 나타난 것으로 판단하여 SWMM 모형의 적용성을 확인하였다.

대상지역의 물수지 변화 분석을 위하여 인근 관측소(광주기상대)의 10개년(2012 ~ 2021) 시간강우자료를 활용하여 유출모의 분석을 수행하였다. 각 시나리오별 물수지 변화 분석결과 표면유출은 LID 적용전 88%에서 시나리오1 38%, 시나리오2 47%, 시나리오3 46%로 저감되는 것으로 나타났으며, 이는 LID 시설의 침투 · 저류로 인하여 표면유출이 저감되는 것으로 판단된다. 침투량에 대해서는 LID 적용전 약 3%의 저조한 침투량을 보였으나, 다수의 침투시설(침투측구, 투수포장 등)의 설치로 인하여 향상된 것을 볼 수 있다. 또한, 증발량의 경우는 LID 적용전 9%의 증발량을 보였으나, LID 시설인 식생형시설의 효과로 인하여 미미하게 향상된 것을 확인할 수 있으며, 분석결과를 Table 6, Fig. 5에 제시하였다.

Fig. 5. 
Water balance change analysis result graph by LID application scenario

발생부하량에 대한 실측조사가 어려울 경우에 지목별 면적과 연평균 발생부하원단위를 이용하여 연평균 발생부하량을 산정할 수 있다. NIER (2006)에서 제시한 토지계 지목별 개발 후 연평균 발생부하 원단위 값을 적용하여 비점오염 발생부하량을 산정하고 LID 요소기술 적용 전 · 후에 따른 비점오염원 저감효과를 분석하였다. 적용된 LID 시설별 비점오염원 저감효율은 NIER (2014b)에 제시된 비점오염시설별 저감효율(BOD, TN, TP, SS)을 적용하였으며, 각 비점오염원시설별 저감효율은 MOE (2016b)에서 제시한 연간 저감효율인 80%를 일괄 적용하여 분석하였다.

가장 많은 LID 시설을 적용한 시나리오 1에서 비점오염원 별로 가장 높은 저감효과를 나타내었으며, 시나리오 2에서는 LID 시설 적용이 공공기관 주차장의 침투시설(투수포장 및 침투측구 등), 보행로에 설치된 식생형시설(식물재배화분 및 식생체류지 등)으로 집수면적이 넓게 적용되어 설치면적은 가장 적게 적용되었지만 두 번째로 높은 비점오염원 저감효과를 나타내었다. 시나리오 3은 LID 시설 설치면적이 시나리오2 보다 약간 크게 적용되었으나, 집수면적이 넓은 공공기관이 많이 배제되었으며, 대부분 집수면적이 좁은 보행로에 투수포장 적용으로 이루어져 비점오염원 처리효과가 약간 낮게 분석되었다(Table 7).

MOE (2016a)에 제시된 빗물관리 목표량 산정방법은 비점오염원 시설의 목표량이나 신도시 개발시에 적용할 수 있는 개발 전후의 수문분석을 통한 빗물관리 목표량 산정방법이 제시되어있다. 기개발되어 토지이용변경이 어려운 기개발 도시지역에는 백분위수 분석을 통한 빗물관리 목표량 산정방법을 적용할 수 있지만 비점오염원 저감, 유출량 감소, 물순환 체계 구축 등과 같이 어떠한 문제 해결을 위한 명확한 목적에 따른 기준 정립이 필요하다. 또한 기개발도시와 같이 토지이용이 결정되있는 지역의 빗물관리 목표량 설정을 위해서는 적용된 토지이용별로 할당하여 빗물관리 목표량 산정이 필요할 것으로 판단된다.

따라서 백분위수 분석을 통한 빗물관리량 산정시 비점오염원 저감, 유출량 감소, 물순환 체계 구축 등 목적에 따른 기준 퍼센타일 수립을 위한 연구와 토지이용별 빗물관리 목표량을 배분하여 적용할 수 있도록 기준정립을 위한 연구를 통해 MOE (2016a)의 개선이 필요할 것으로 판단된다.

현행 법상 물순환 관리를 위한 LID 적용을 위한 대상사업, 대상시설 등은 「물환경보전법 시행령」 제72조(비점오염원의 신고 대상 사업 및 시설)제1항과 제3항에서 정의한다. 각 지자체에서는 물순환 관리시설의 설치대상, 저영향개발기법 설치 대상, 물순환 관리시설 설치 권고대상으로 구분하여 정의하고 있으며, 대상지역인 광주광역시는 「광주광역시 물순환 기본조례」 제23조제1항, 제24조, 제25조제1항에 물순환 관련 시설 설치 대상을 정의하고 있다.

대규모 개발사업의 경우는 현행법(환경영향평가법, 물환경보전법 시행령 등)을 통해 물순환 관리 시설 설치 대상을 규정하고 있으나, 기존 도시의 경우는 대부분 중 · 소규모의 개발사업이나 기개발된 건축물에 적용하는 것이 한계이다.

따라서 중 · 소규모의 개발사업의 물순환 관리시설 설치대상 기준을 강화하고, 기존 건축물 중 공공기관(관공서, 공사, 학교 등)은 물순환 관리시설 설치부지 검토를 통한 의무적용을 통해 규제사항을 강화하여 물순환 체계 구축시 설치 가능한 시설 확대를 제도적 뒷받침이 필요하여, 다음과 같이 연구대상 지자체 조례의 개선방안을 제시하였다.

• ① 「광주광역시 물순환 기본조례」제23조(물순환 관리시설의 설치 대상 등)은 대지면적 1000 ㎡ 이상, 건축연면적 1,500 ㎡ 이상의 개발사업으로 축소하고, 공공기관(관공서, 공사, 학교 등)은 설치 부지를 검토를 통해 의무 적용이 필요하다.
• ② 「광주광역시 물순환 기본조례」 제25조(물순환 관리시설의 설치 권고 등)에서는 현 조례를 동일하게 적용하되, 추가적으로 지자체 단위 물순환 체계 구축 관련사업 시행시 대지면적 1,000 ㎡ 이하의 건축물도 설치부지 검토를 통하여 물순환 관리 시설 설치를 권고대상으로 선정이 필요하다.

국내 적용된 LID 관련 사례는 신도시 개발, 산업단지 조성 등 다양하게 적용되고 있다. 현재 LID 적용을 위한 지침 · 가이드라인은 환경부에서 제안한 MOE (2016a)을 준용하여 설계에 반영하고 있지만, 설계 후 유지관리에 관한 지침 · 가이드라인은 제도적으로 제안된 사항은 없고, 연구적으로만 다뤄지고 있다.

이를 개선하기 위해서 각 지자체에서 제정한 물순환 관련 기본조례에 유지관리에 관한 사항을 보완하여 물순환 관리시설에 대하여 체계적으로 관리 할 수 있도록 제도적 지원이 필요하다. 특히, LID 시설의 유지관리의 주체(관리부서) 선정과 유지관리 방법 · 주기, 유지관리를 위한 가이드라인 개발 등의 내용을 포함하도록 아래와 같이 대상지역인 「광주광역시 물순환기본조례」의 개정이 필요할 것으로 판단된다.

• ① 유지관리주체는 조례 제2조제7호 가목에 따른 “식생형시설”은 공원 · 조경 · 녹지 · 산림 등의 업무를 담당하는 부서에서 관리한다. 조례 제2조제7호 나목에 따른 “침투형시설”은 도로 · 보도 · 도시정비 등의 업무를 담당하는 부서에서 관리한다.
• ② 유지관리 방법은 각 시설물 담당부서는 정기적 유지관리를 위한 점검계획을 수립한다. 시설물 유지관리를 위한 가이드라인을 수립하여 개별 시설물별로 점검 · 관리를 시행한다. 정기 유지관리 점검을 실시한 후 결과보고서를 작성하고 관리한다.

사업관계자(지자체, 공공기관)에 대한 LID 시설의 의식개선을 위하여 LID의 정의 · 기술요소, 각 개별 LID 기술요소의 설계방안(용량산정 및 구조적 검토내용), LID 운영 · 유지관리 방안 등의 전문사항에 대한 정기적 교육과정 수립을 통해 담당자의 LID 기술에 대한 실무적용 이해도 향상방안 마련이 필요하며, 시민들에게는 물순환의 개념과 LID 기술의 정의 · 기술요소 및 효과 등 일반사항을 중심으로 교육 · 홍보를 통해 LID 시설에 대한 필요성과 인식개선이 필요하다.

또한 LID 시설은 주민생활권 속에 포함되는 기술로, 지역내의 불필요한 토지이용(불투수면)이나, 개선이 필요한 조경공간 등의 환경문제는 실제 생활하고 있는 지역주민들이 가장 잘 알고 있기 때문에 지역주민들에게 도시 물순환 체계 구축을 위한 아이디어를 제안받을 수 있으며, 이 경우 계획, 설계 및 관리과정에서 주민의 관심도가 크게 향상 될 수 있다. 즉 도시의 물순환 체계 구축을 위하여 주민들이 직접 지자체에 제안하여 상향식 접근 방법(Bottom-Up)의 도시환경관리를 추진하는 것으로 다양한 LID 시설적용이 가능한 도시환경관리 사업 추진이 가능할 것으로 판단된다(MOE, 2019) 광주광역시는 도시 물순환 회복을 위하여 주민 · 전문가 · 관계 공무원 등이 참여하는 물순환 위원회를 설치 및 운영중으로 LID의 정의와 개념, LID 시설 설치에 따른 인센티브제도 등에 대한 홍보, 교육 등을 통하여 주민참여를 유도함이 적정할 것으로 판단된다.