1. 서 론

우리나라는 국토의 63%가 산악지형, 유역면적이 작고 유로연장이 짧아 단기 유출 발생이 잦은 지형 조건을 가지고 있어 물 관리에 매우 불리하다. 뿐만 아니라 급속한 도시화 및 산업화로 인한 수질 악화 등 물 환경 보전에 취약한 여건을 가지고 있다.

이에 따라 환경부에서는 2013년부터 소규모 분산식 빗물 관리 방식인 ‘그린빗물인프라(Green Stormwater Infrastructure, GSI) 조성 사업’을 추진하여 도시지역의 우수유출 저감, 물순환 구조 개선, 비점오염원 관리 등을 목표로 추진되고 있다. 이 사업이 시작된 이래로 2014년 공공청사 중심에서 2015년 학교, 도서관, 공원 등 적용 범위 및 설치비 지원을 확대하고 있다.

하지만 각 지자체에서는 추진체계 및 가이드라인 부존 등으로 추진 건수가 많지 않고, 서울시의 ｢저영향개발 사전협의제도｣에서 빗물 분담량 산정이 가능한 몇몇 시설을 모방 적용하고 있는 것으로 조사되었다.

국외에서도 GSI 관련 시설의 미국의 경우, 1972년 CWA (Clean Water Act)에 의해 만들어진 국가 오염물질 배출 제거 시스템(National Pollutant Discharge Elimination System, NPDES)을 통해 빗물허가제도(Municipal Regional stormwater Permit, MRP)를 시행하고 있다. 이는 각 관할구역 내 하수도 시스템으로 유입되는 빗물의 오염물질 및 유출량을 제어하여 수질 오염 문제를 해결을 목적으로 한다. 이 허가제도에 의거, 2000년대부터 시작된 최적관리기법(Best Management of Practices, BMPs) 기반의 ‘Green Infrastructure technical assistance program’이 실시되고 있다.

이에 각 지자체에서는 관계자 또는 시민들의 이해도를 높이기 위해 ‘Green Stormwater Infrastructure’ 개념 및 용어의 정의, 시설별 기능 및 적용 효과, 예상 비용, 인센티브, 설치방안, 유지 관리 방안 및 모니터링, 시민참여(홍보 및 교육 성과) 등의 내용을 수록한 가이드라인을 작성·배포하고 있다(DEP, 2010, 2011; PAC, 2015; SCC, 2016; DC, 2019; SJC, 2019; SMC, 2020; PWD, 2022). 여기서 GSI는 빗물 관리 및 수질 개선 외에도 지역사회 미관 조성, 공중 보건 개선, 생태 서식지 조성, 지역 경제 활력 향상과 같은 혜택을 제공하며, 적용 범위의 제약이 없다는 점에서 그린인프라(Green Infrastructure, GI)와 유사한 개념으로 사용되기도 한다.

국내에서는 2000 년대에 접어들면서 빗물이용시설 보급을 시작으로 빗물이용시설 보급 확대를 위한 법/제도, 국외 사례 및 빗물관리시설 적용 사례, 기후변화 적응을 위한 빗물 관리 방안 등의 연구를 실시하였다(Kim and Lee, 2005; Han et al., 2006, 2009; Hyun et al., 2006). 이후 2011년 ｢물의 재이용 촉진 및 지원에 관한 법률｣이 제정되면서 빗물 관리 적용 타당성 분석, 빗물 관리 조례 제정, 시설의 적정 규모 산정, 각 시설별 물순환·물 환경 효과 검증 등에 관한 연구가 진행되었다(Lee et al., 2011; Byeon et al., 2013; Kim and Sim, 2013; Song et al., 2014; Choi, 2014; Lee et al., 2016; Lee and Jung, 2017). 특히 2013년 건전한 도시물순환인프라의 저영향개발(Low Impact Development, LID) 및 구축·운영 기술 연구단의 연구성과 중 일부인 ｢한국 저영향개발 적용 도시계획 및 지구단위계획 지침 개선(안)｣, ｢한국형 저영향개발 지자체 지원 가이드라인｣을 통해 우리나라 최초의 물순환 평가 체계를 마련한 바 있다. 서울시에서는 2014년부터 ｢서울특별시 물순환 회복 및 저영향개발 기본조례｣를 통해 일정 규모 이상의 공공·민간개발사업 시행 시 저영향개발 사전협의를 진행하고 있다. 이후 수도권 외 지역 물순환 선도도시 지정 등 빗물관리가 확 산 되는 추세이나, 서울시에서 제시한 빗물 분담량에 의존하고 있는 실정으로 실질적인 물순환, 물 환경을 고려한 설계 협의가 이루어져야 할 것이다.

국내 GSI 관련 지자체별 조례 제정 현황을 조사한 결과, 수도권 총 20건(서울 5건, 경기 15건), 경북/충남 5건, 광주/경남 4건, 전북 3건, 강원/대전/부산/인천/전남 2건으로 수도권을 포함하여 물순환 선도도시로 선정된 광주, 김해, 대전, 안동, 울산을 중심으로 점차 확산되고 있는 것으로 판단된다.

하지만 2017년~2021년 제2차 경상남도 기후변화 적응대책 세부 시행계획에서 볼 수 있듯이, 경남지역의 빗물 관리 사업의 제반여건 미성숙으로 인해 물 관리 분야 이행률이 가장 낮은 것으로 조사되었다. 이에 경상남도는 행정적 추진체계 및 가이드라인 미흡, 관심 부족 등의 문제를 해결하기 위해 본 연구를 추진하였다. 본 연구에서는 경상남도의 지역적 특색을 고려 한 정성 ·정량적 현황조사 실시, GSI 조성을 위한 공공청사의 범위 및 우선순위를 설정하였다. 우선순위에 따른 시범 구역 2개소(도시형, 농촌형)를 대상으로 적용 규모별 GSI 적용 효과 검증을 수행하였으며, 이를 통합한 추진체계를 구축하고 연구 결과로써 제안하고자 한다.

2. 연구방법

본 연구에서는 경상남도 공공청사 내 GSI 조성 체계 구축을 위해, 현재 개발 사업 인·허가 시 협의가 진행되고 있는 재해영향평가, 환경영향평가, 서울시 저영향개발 사전협의제도 등의 실무 지침에서 주요 검토되고 있는 항목을 참고하여, 공공청사의 적용 범위를 설정하였다. 또한 입지 평가 범주의 우선순위를 선정하기 위해 ｢예비타당성조사 운용지침｣에 의거, 사업 타당성 평가 시 우선순위 선정에 많이 사용되고 있는 계층화분석기법(Analytic Hierarchy Process, AHP)를 활용하여 각 평가항목별 가중치 부여·평가를 통한 시범 구역을 선정하였으며, 상세 연구추진 절차는 Fig. 1과 같다.

Fig. 1.

Research Procedure

3. GSI 적용 공공청사의 범위 설정

공공청사는 ｢도시·군 계획시설의 결정·구조 및 설치기준에 관한 규칙｣ 제94조에 의하면 공공업무를 수행하기 위하여 설치·관리하는 국가 또는 지방자치단체의 청사 등을 말하며, 외교업무수행을 위하여 정부가 설치하여 주한 외교관에게 빌려주는 공관, 교정시설(교도소·구치소·소년원 및 소년분류심사원에 한한다) 포함한다. 또한 ｢정부조직법｣에 근거한 ｢정부청사관리규정｣에서는 국가가 중앙행정기관 및 그 소속기관의 사무용과 공무원의 주거용으로 사용하거나 사용하기로 결정한 건물ㆍ부대시설 및 그 대지로 정의하고 있다. 이를 바탕으로 AURI (2015)에서는 ｢도시·군 계획시설의 결정·구조 및 설치기준에 관한 규칙｣에 의거, 공공청사의 대상 범위를 중앙정부청사, 지방정부청사, 공관, 공공기관 청사, 책임운영기관 청사, 지방공기업 청사 총 6가지로 분류하고 있다. 또한 최근 행정서비스의 중요도 및 비중 확대로 인해 공공청사 계획 시 각 기관의 공공청사의 지역별 인구/방문이용객 규모 및 상주 공무원의 수가 가장 큰 고려요인임을 제시하였다. 공공청사는 국토의 이용 및 도시 조성 시 기능 증진 및 제반 활동을 위한 필수적 요소로 공공청사의 합리적 이용 및 물순환 기능의 강화는 국토의 효율적 이용 및 기후변화 등 미래환경의 대비에 필수 불가결한 요소이다. 하지만 현재의 법·제도적으로는 ｢자연재해대책법｣에서 대지면적 2,000 m²이나 건축 연면적 3,000 m² 이상의 건축물·공공시설 등에 우수유출저감시설 설치만을 의무화하고 있으며, 기타 법·제도들은 토지이용계획, 도시·군 계획 수립 시의 지구단위계획 수준에서 체계적 물 관리를 위한 사항만을 명시하고 있어 공공시설용지 자체에 대한 물 관리 기준이 부족한 실정이다(Lee, 2021).

이러한 문제점을 해결하기 위해 본 연구에서는 청사별 규 모 및 상주 공무원의 수, 시민들의 접근성 등을 고려하여 GSI 적용을 위한 순위를 설정하였다. Table 1은 1순위로 선정된 공공청사의 종류별 특성 을 나타낸 것으로, 본 연구를 통해 제시된 공공청사의 범위, 우선순위 는 ‘GSI 조성 사업’의 확대 적용을 위해 의사결정자의 참고자료로써 지역별 차등을 없앨 수 있을 것이다.

4. 입지 평가 범주별 현황 분석

4.1 토지이용 및 토양특성

경상남도에서 고시하고 있는 공공청사 및 주요기관은 시·군·구청을 포함하여 경찰서, 소방서, 법원·검찰서, 교육청, 우체국, 세무서 등 행정구역별 총 1,589개로 조사되었으며, 이 중 1순위로 설정된 공공청사인 도청, 시·군·구청 25개소를 대상으로 토지이용현황, 토양특성, 수문학적 특성 등 기초현황 조사를 실시하였다. 그 결과 Table 2와 같이 불투수면적은 합천군청, 함안군청이 가장 높은 것으로 조사되었다. 하천과 가장 인접해 있는 청사는 창원시 의창구청으로 조사되었다. 토양특성에 따른 영향 검토를 위해 국가공간정보포털에서 제공하고 있는 배수등급도를 활용하여 각 청사별 평균 배수등급을 산정하였다. 등급은 1~5단계로 구분하였으며, 수치가 높을수록 배수불량상태로 설정하였다. 그 결과, 경남지역은 매우불량에 해당되는 5등급은 없는 것으로 나타났으며, 불량상태인 4등급 청사는 경상남도 서부청사, 김해시청, 통영시청, 거창군청, 하동군청, 창원시 의창구청이 해당된다.

4.2 수문학 및 환경적 특성

대상 후보지의 수문학적 특성 검토를 위해 ｢재해영향평가등의 협의 실무지침(MOIS, 2021)｣에서 제시되고 있는 토지이용 형태에 따른 유출곡선지수(Curve Number, CN), 도시유역의 홍수량 산정을 위해 많이 사용되고 있는 단순 경험공식인 합리식을 활용하여 각 유역별 단위홍수량을 산정·비교하였다. 그 결과 Table 3과 같이 단위홍수량이 가장 높은 청사는 함안군청, CN값이 가장 높은 청사는 합천군청, 창원시 의창구청으로 분석되었다. 환경적 특성 분석에는 국립환경과학원에서 고시하고 있는 ‘토지계 지목별 연평균 발생부하원단위’를 적용하여 각 지목별 생물화학적산소요구량(BOD, kg/km²·일), 총질소(TN, kg/km²·일), 총인(TP, kg/km²·일) 발생부하원단위를 적용하였다.

그 결과, Table 2와 같이 BOD, TN 발생이 가장 높은 청사는 진해구청, TP가 가장 높은 청사는 경상남도(본청)로 나타났다.

4.3 사회적 요인

사회적 요인검토를 위해 Table 4의 항목을 현장답사 및 각 지자체공무원 면담 또는 공보 등을 통해 직접 수집하였다.

먼저 GSI 관련 시설이 설치된 적이 있거나, 설치 예정인 지자체의 우선순위를 후 순위로 선정하였다. 따라서 물순환 선도도시로 지정된 김해시, 농업 비점 집중관리사업에 선정된 창녕군, 합천군, 그 외 GSI 조성 사업이 진행 중인 밀양시청, 진해구청 등을 후 순위로 설정하였다. 경제적 측면에서는 연도별 예산 현황을 조사하였으며, 이 경우 지자체의 예산 현황이 적을수록 GSI 조성 사업에 활용될 수 있는 예산이 적을 것으로 판단하여, 함안군청, 산청군청, 함양군청 등의 순으로 높은 점수를 부여하였다. 특히 본 연구에서는 사회적 요인으로 청사별 공무원 수를 평가하였는데, 이는 청사 내 조성된 GSI 시설을 직접적으로 경험할 수 있는 시민의 한 사람으로서, 교육·홍보 측면에서 중요한 사회적 요인이 될 수 있다. 뿐만 아니라 청사 면적에 비해 상주하고 있는 공무원 수가 많을수록 업무환경 개선을 통한 기분전환 및 스트레스 해소 등의 효과가 있을 것으로 판단하여 평가항목으로 설정하였다. 각 지자체별 시설물 건설수명의 경우 10년 이상, 10년 미만으로 구분하여 최근 청사 내 시설물 유지보수가 시행되었는지에 대 해 조사하였다. 증축/리모델링 계획으로는 창원 의창구청의 경우 최근 신청사 개청으로 이전 후 구청사를 개선하여 다른 목적으로 사용될 계획이다. 함안군청의 경우 인근 고분군의 급경사면에서 발생·유입되는 우수저류, 하류 침수위험지구로의 우수유입량 저감 등 불투수면 개선이 필요하여 본 연구를 통한 결과를 바탕으로 GSI 조성 사업 신청 의사가 있는 것으로 조사되어 평가에 반영하였다.

5. 우선순위 선정 및 대상 후보지 평가

5.1 AHP 적용 및 설계

우선순위 결정에는 ｢예비타당성조사 운용지침｣에 의거, 사업 타당성 평가에 많이 사용되고 있는 계층화분석기법인 AHP (Analytic Hierarchy Process)를 활용하였다. 1972년 Satty에 의해 개발된 AHP 기법은 다기준의사결정(Multi-Criteria Decision Making, MCDM)기법 중 하나로 다수의 속성을 분류하여 각 속성별 중요도를 파악하여 최적의 대안을 선택하는 기법을 말한다. 이를통해 의사 결정에 영향을 미치는 여로 요소들의 상대적 중요도를 기반으로 최적 대안을 선정할 수 있을 것이다.

AHP 기법은 문제 정의 및 목표설정, 계층구조 만들기, 비교 행렬 작성하기, 상대적 중요도 산출, 일관성 검증, 우선 순위 도출과정으로 수행하였다. 앞서 입지 평가 범주별 현황 분석을 통해 조사된 토지이용 특성, 토양특성, 수문학적 특성, 사회적 요인에 대한 각 항목별 주요 인자를 Fig. 2와 같이 세분화하여 설정하였다. 각 세분화된 항목들은 선호도 상대평가를 위해 세부항목별 9점척도의 쌍대비교판단을 수행하였다. 이러한 평가항목들은 복합적으로 상호작용하는 요소로 AHP의 계층구조에 의한 문제 분석, 평가항목에 대한 최적의 정량적 평가 적용, 다양한 이해관계자의 의견을 일관성 있게 검증하여 모형의 신뢰성을 높일 수 있을 것으로 판단된다.

Fig. 2.

Priority selection for the application of GSI in Government offices

AHP에서는 의사결정자의 경험과 주관적 요인도 평가에 고려되기 때문에, 이러한 판단 불완전성의 해결을 위해 일관성 지수(Consistency Index, CI) 평가를 실시하여야 한다.

일관성 지수 평가를 위해 다음 Eqs. (1) and (2)를 활용하였다.

여기서, λmax = 최대고유값, λmax=Y1/W1+Y2/W2+⋯+Yn/Wn/nY=A×W이며, A는 각 항목별 쌍대비교 결과 행렬, W는 가중치 행렬, n은 n×n 행렬의 차수를 말한다.

여기서, CR은 일관성 비율, RI는 무작위 일관성 지수를 나타낸다.

Eq. (2)의 CR 지수가 0.1 미만일 경우 일관성 있음(Reasonable), 0.1 이상 0.2 미만인 경우 용납할 수 있음(Tolerable)으로 구분하였으며, CR 지수가 0.2를 초과하는 경우는 제외하였다.

다음 Table 5는 일관성 평가 결과이다.

5.2 우선순위 선정 가중치 산정 및 대상 후보지 평가

대상 후보 청사 총 25개소의 일관성 지수 평가를 통한 가중치 산정 결과는 Table 6과 같다. 대항목별 우선순위는 사회·경제적 요인이 28%로 가장 높게 나타났으며, 뒤이어 토양특성(27%), 수문학적 특성(24%), 토지이용별 특성(21%) 순으로 산정되었다.

세부 항목별로는 부지 내 녹지면적에 대한 가중치가 가장 높게 나타났으며, 이는 GSI 시설 적용이 용이한 부지 확보를 위해 가장 중요한 요소로 선정된 것으로 판단된다. 반면 중요도가 가장 낮은 10년빈도 1시간 확률강우량의 경우, 국가수자원관리종합정보시스템(www.k-idf.re.kr)에서 고시되고 있는 자료로 최근 강우 사상이 반영되지 않은 것이 원인으로 판단된다. 최종 산정된 가중치는 총 100점 만점으로 표준화하였으며, 각 세부 항목별 가중치를 표준점수에 맞게 배분하고, 적용 범위를 설정하여 정량화하였다. 이를 통해 대상 후보지를 평가한 결과, 농촌복합형 시범 청사는 함안군청, 도시형 시범 청사에는 창원시 의창구청이 각각 84점, 86점으로 최종 선정되었다. 두 시범 구역의 GSI 적용 효과 검증을 위해 본 연구에서는 국내 활용되고 있는 K-LIDM 모형을 활용하여 GSI 적용 규모별 효과를 분석·비교하였다. K-LIDM은 WWHM (Western Washington Hydrologic Model)을 한국 실정에 맞게 개발한 모형으로 HSPF (Hydrological Simulation Program - FORTRAN)을 기반으로 하고 있다. K-LIDM은 도시유출 및 물순환 해석 모델 중 LID 상세 메커니즘을 쉽게 해석할 수 있으며, SWMM-LID의 단점을 보완한 LID 시설의 기하학적 구조와 다층구조의 토양특성을 반영할 수 있는 장점이 있다.

6. 시범 구역 GSI 적용 효과

시범 구역의 GSI 적용 효과 분석을 통해 경남지역 공공청사의 시설 개선을 통한 GSI 적용 방향을 제시하고자 하였다.

본 연구에서는 도시형, 농촌복합형 청사 각 1개소씩을 선정하여 주요 적용 기술 요소 및 적정 위치 선정, 적용 효과 분석을 수행하였다. 이는 시범 구역으로 선정된 지자체의 ‘GSI 조성 사업’ 신청을 위한 기초자료로 활용될 수 있을 뿐만 아니라, 타 지자체의 동일 사업 신청 시, 참고자료가 될 수 있을 것으로 판단된다.

시범 구역의 GSI 적용 규모별 효과 분석을 위해 활용된 강우자료는 ｢확률강우량도 개선 및 보완 연구(MOLIT, 2011)｣의 창원 관측소 확률강우량 및 Huff 분포를 활용하였다. 이는 적용면적에 따른 우수유출 저감 효율 검토가 주된 목적이므로 적용 강우분포의 객관화를 위해 공식적으로 고시된 자료를 활용하였다. 또한 GSI 적용 효과 분석을 통해 시범 구역으로 지정된 지자체의 경제적 여건에 따라 적용 규모를 선택할 수 있도록 100%, 70%, 10%로 나누어 물순환 효과를 검토하였다.

6.1 시범 구역Ⅰ(농촌복합형)

시범 구역Ⅰ은 부지 면적 약 10,811 m², 부지 내 불투수율 99.0%로 물순환 개선이 필요한 농촌복합형 지역이다.

지형적으로 시범 구역Ⅰ은 주변 지역에 비해 지대가 높고, 고분군, 공원 바로 아래 위치하여 고분군이 위치한 남서 측에서 북동 측으로 경사진 지형이다. 특히 상류에 위치한 고분군에서 발생되는 우수는 지표유출을 통해 시범 구역Ⅰ로 유입되고 있었으며, 일부는 측구를 따라 우수관로로 배출되고 있는 것으로 조사되었다. 현장 조사를 통하여 청사 내에는 Figs. 3 and 4, Table 7과 같이 GSI 시설을 계획하였다. 각 시나리오별 홍수 유출량 변화 그래프는 Fig. 5와 같으며, 첨두홍수량 변화는 Table 8과 같이 GSI 적용 전에 비해 Sc.1은72.8%, Sc.2는58.9%, Sc.3은54.0% 저감되는 것으로 분석되었다.

Fig. 3.

Location of GSI facility

Fig. 4.

Input data of GSI facility in K-LIDM

Fig. 5.

Changes in peak flow for each scenario

6.2 시범 구역Ⅱ(도시형)

시범 구역Ⅱ는 부지 내에는 구청, 행정복지센터, 은행, 어린이집, 도서관, 주차장이 위치하고 있다. 인근지역 대부분이 주거 및 상업지역으로 전형적인 도시형 소규모 공공청사로 부지 면적 약 6,957 m², 부지 내 불투수율 92.3%로 물순환 개선이 필요하다. 현장답사 결과 지형적으로는 경사가 거의 없는 평탄 지형이나, 남서 측에 위치한 하천 일부를 복개하여 상부를 주차장으로 활용하고 있는 특징이 있었다. 현장 조사 결과 부지 내 발생되는 우수는 암거를 통해 하천으로 최종 배출 되는 것으로 조사되었으며, 해당 청사 내에는 Figs. 6 and 7, Table 9와 같이 GSI 시설을 계획하였다. 각 시나리오별 홍수 유출량 변화 그래프는 Fig. 8과 같으며,첨두홍수량 변화는 Table 10과 같이 적용 전에 비해 Sc.1은 90.0%, Sc.2는 89.9%, Sc.3은 61.7% 저감효과가 있는 것으로 분석되었다.

Fig. 6.

Location of GSI facility

Fig. 7.

Input data of GSI facility in K-LIDM

Fig. 8.

Changes in peak flow for each scenario

7. 결 론

본 연구는 경상남도 공공청사형 GSI 조성 추진체계 구축을 위해 공공청사의 범위 설정, 기초현황 조사, 대상 후보지에 대한 우선순위 선정, 공무원 인식조사 등 종합적인 현황을 파악하고 이를 토대로 경상남도의 지형 및 기후 특성 등을 고려한 맞춤형 물순환·물 환경 통합관리를 위한 최적의 GSI 적용을 위해 연구의 수행내용을 통합하여 Fig. 9와 같은 추진체계를 제안하였다. 그 결과 공공청사의 범위 설정 및 우선순위 제시, 각 지자체별 우선순위 선정, 표준점수가 가장 높게 나온 2개 청사를 시범 구역으로 선정하였다. 선정된 시범 구역(도시형, 농촌복합형)의 GSI 적용 효과 검 증을 위해 K-LIDM 모형을 활용하여 우수유출저감 효과 분석 을 실시하였다. 시범 구역 두 곳 모두 GSI 적용 규모가 클수록 저감 효율이 높은 것으로 분석되었으며, 적용규모가 넓을수록 우수유출저감 효과가 커지 는 것은 곧 각 지자체의 GSI 시설 도입 필요성 인식, 예산투입 으로 공공부문의 적극적인 노력이 필요함을 시사하고 있다. 또한 GSI 시설의 특성상 유입되는 우수의 일부를 저류 ·침투시킴에 따라 유출되는 우수의 첨두유출량이 감소 되고, 잔류수의 배출 시간이 늘어나는 양상을 보이므로 적용 대상지 내 물 순환 효과가 클 것으로 기대된다. 따라서 본 연구를 통해 작성된 현장 조사, 문헌조사, 모형적용 ·분석과 같은 일련의 과정들을 통합하여 제안된 GSI적용 을 위한 추진체계를 기반으로 각 지역별 특성에 맞는 설계가 이루어져야 한다. 이를 위해 각 지자체별 기후, 지형 특성에 최적화된GSI시설의 적용 가이드라인 작성, 추진체계 마련이 우선되어야 할 것이다. 본 연구는 향후 타 지역의 추진체계 작성시 앞서 제안된 방법이 모범사례가 될 수 있을 것으로 판단되며, GSI 도입을 위한 주체자의 의사결정 과정에 참고자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

Fig. 9.

Method of an implementation system for GSI construction