1. 서 론
2. 검증 및 인증 기술 현황
2.1 국내
2.2 국외
3. 결과
3.1 국외 검인증 시설 분석
3.2 GI &LID 검증 및 인증 시스템 개발
3.3 실내 검․인증 시설
3.4 실외 검․인증 시설
4. 결론
1. 서 론
1970년대부터 급속한 도시의 발전은 최근 많은 이슈가 되고 있는 기후변화와 맞물리면서 다양한 환경문제를 발생하고 있다. OECD 국가의 도시화율을 살펴보면, 2012년 기준으로 국내의 도시화율은 87%로서 OECD 국가 중 가장 높은 것으로 나타났다 (OECD 2012). 도시화로 인한 불투수면적의 증가와 기후변화의 영향으로 도심지 침수, 비점오염 증가, 열환경 왜곡 등 다양한 문제가 심각해지고 있다. 또한 기상청의 국내 기후변화 시나리오 보고 (KMA 2012) 에 의하면 21세기 후반기 (2017년 – 2100년)까지 연평균기온은 3.3°C - 4.8°C가 증가하고 호우일수는 0.1일 – 1.9일 증가할 것으로 보고되어 물환경 문제는 보다 심각해질 것으로 보여진다. 이러한 현상은 Fig. 1에서 보는 바와 같이 하천 및 하수관거, 빗물펌프장 등의 인프라시설을 활용한 기존의 우수관리 전략은 기후변화와 높은 도시화율의 복합적인 영향으로 인하여 강우량의 증가 및 이로 인한 다양한 사회환경적 문제를 야기함으로써 새로운 우수관리 분담전략이 필요한 실정이다.
이에 최근 국내에서는 기후변화와 도시화에 적응하면서 환경적으로 지속 가능한 레질리언스가 높은 도시개발을 위한 그린인프라 (green infrastructure, GI) 및 저영향개발 (low impact development, LID)이 관심을 많이 받고 있다. 국토교통부에서는 도시·군계획시설의 결정·구조 및 설치기준에 관한 규칙‘의 개정 (2013년 8월)을 통해 기반시설에 빗물관리시설 설치를 의무화하였으며, 다양한 그린인프라 및 저영향개발 기법을 고려한 도시개발사업을 시행하고 있다. 또한, 환경부에서도 ‘건강한 물순환 체계 구축을 위한 저영향개발 (LID) 기술요소 가이드라인’ 발간 및 배포함으로써 개발로 인한 자연 물순환의 훼손을 최소화하기 위한 노력을 하고 있으며, 저영향개발기법을 고려한 도시개발사업을 추진하고 있다. 수원시, 남양주시, 서울시를 비롯한 여러 지자체도 저영향개발과 관련하여 법제도의 신설 또는 개정을 추진하고 있다.
하지만, 저영향개발기법을 실행할 수 있는 기술을 적용하기 위한 다양한 문제점이 발생하고 있다. 특히 기술의 효율성에 대한 객관적 정보 부재, 국내 실정을 고려하지 않은 무분별한 국외기술 도입, 설계, 시공, 관리를 위한 매뉴얼의 부재 등이 관련 산업 기술확산에 장애요인으로 되고 있으며, 이는 기술에 대한 검증 및 인증시스템 부재로 인한 문제로 귀결됨에 따라 이에 대한 해결방안이 시급한 실정이다. 이에 본 연구에서는 그린인프라 및 저영향개발 기술의 검증·인증 시스템을 개발하였다.
2. 검증 및 인증 기술 현황
2.1 국내
서울시에서는 투수성 포장 적용시 ‘투수성능 지속성 검증시험을 통해 TR 마크 인증시스템을 적용함으로써 등급이 높은 제품으로 우선 사용하도록 하며, 등급 외 제품은 사용할 수 없도록 제도를 2012년부터 시행하였다 (Table 1). 시료의 형태 및 크기에 따라 시험이 가능하고, 실제 도로에서 차량으로 인하여 발생되는 진동을 모사하여 가능한 현장 환경을 모사하도록 장비를 개발하고, 본 시험을 위한 개발된 실험용수를 통해 시험을 시행하고 있다 (Park 2104). 국토교통부의 녹색건축 인증 기준 제도에서는 물순환 관리 항목으로 우수유출 저감시설 설치를 통한 우수부하 절감 및 빗물이용시설의 설치여부에 따라 우수이용 등을 평가항목으로 포함하여 시행하고 있다.
Table 1. Class by permeability of permeable block pavement. | |
Class | coefficient of permeability (cm/s) |
1st | ≥ 0.1 |
2nd | ≥ 0.05 and < 0.1 |
3rd | ≥ 0.01 and < 0.05 |
4th | ≥ 0.005 and < 0.01 |
Unrated | < 0.005 |
2.2 국외
미국과 독일에서 시행되고 있는 사례를 살펴보면, TARP (Technology Acceptance Reciprocity Partnership, 미국), TAPE (Technology Assessment Protocol-Ecology, 미국), WI DRN 규격 (Wisconsin Department of Natural Resources, 독일) 등이 있다. TARP는 비점오염저감기술의 실증법에 대한 표준방법과 성능시험 조건의 인증/검증을 위한 데이터품질 보증방법을 개발하기 위해 미국 캘리포니아, 메사추세스 등 6개주에서 비점오염 저감기술의 객관적인 성능평가를 위해 인정하는 제도 (TARP 2003)이다. 2001년도에 빗물관리 매뉴얼의 일부분으로 개발되어 비점오염저감시설을 통해 TSS 80%를 저감하는 것을 목표로 기술인증을 예상하였으며, 2008년 이후 현장점증 절차를 제시하였다 (MOE 2013). 이 제도는 성능평가 계획, 절차 확립 및 생산 데이터의 품질관리를 통해 잠재적 수요자 (예: 지자체)에게 기술에 대한 객관적인 정보 제공, 개발기술의 성능검증을 통한 시장성, 신규시장 진입 용이하도록 유도하고 있다. TAPE는 수질관리를 위한 강우처리기술에 규제력 있는 증명서를 제공하는데 목적을 두고 있다. 이 제도는 관리기관은 Washington Department of Ecology이며, 워싱턴 주의 빗물관리시설에 대한 성능목표 및 설계기준을 설정하며, 빗물관리시설의 기준에 맞는 시공, 운영, 유지관리 제시하고 있다 (WQP 2011). 또한, 빗물관리시설에 대한 실험실 조건에서 성능을 검증하는 규격을 제시한 WI DNR 규격의 목적은 다양한 유량조건에서 포착되는 유사량을 정량화, 자료의 분석을 통해 장치의 효율을 입경의 크기와 유량의 함수로 제시, 동일한 종류이며 검사하지 않은 장치의 효율을 예측할 수 있는 축척관계식 제시 및 설계 처리유량의 1.2배까지의 유량조건에서 이전에 퇴적된 유사의 재부유가 나타나지 않음을 증명한다 (MOE 2013).
2.3 연구방법
국외의 그린인프라 및 저영향개발 기술에 대한 검증 또는 인증을 위한 시설을 살펴보고, 국내 실정과 주요 적용이 가능한 기술군을 표출하였다. 또한 표출된 기술군을 대상으로 실내 및 실외 실증 시험시설을 설계, 시공을 하였다. 국외의 검〮인증 시설은 미국의 주요 센터를 대상으로 직접 탐방 및 논문, 보고서 등의 자료를 통하여 시험시설의 구축 내용뿐만 아니라 시험방법 등에 대하여 살펴보았다. 또한 국내 및 해외 사례를 통하여 각 토지이용 용도별 적용 가능한 기술군을 정리하여 이를 토대로 시험시설을 계획하였으며, 특히 강우가 발생하지 않는 기간에도 지속적으로 시험이 가능할 수 있도록 실외시험시설 외에 실내시험시설에 대한 개발을 분야별로 도출하고 개발하였다.
3. 결과
3.1 국외 검인증 시설 분석
해외의 GI & LID 검증 또는 인증을 위한 시험시설을 미국을 중심으로 조사하였다. 실내 수환경 및 물순환 효율성 검증시설은 비점오염 및 우수유출수 관리를 위한 효율성 평가가 이루어지고 있으며, San Diego State University와 University of Central Florida가 대표적이다. San Diego State University에서는 모든 개발되는 GI & LID 신기술에 대한 비점오염관리 및 물순환 효과에 대한 평가 및 검증을 하고 있으며, 특히 탄소 배출과 역학의 실험까지 진행하고 있다. 또한, University of Central Florida에서는 도시지역 불투수면에 대한 유출을 조사하고 있다. 불투수면의 구배와 표면재료, 표면상태에 따라 우수유출수에 대한 검토가 이루어지고 있으며, 실제 강우 또는 시뮬레이션 강우를 통해 검증을 하고 있다.
실외 수환경 및 물순환 효율성 검증시설 사례를 살펴보면, 미국 Virginia 주 게인스빌에 있는 Virginia Wetland Studies and Solutions에서는 LID 모니터링 사이트를 구축하고 지속적으로 LID 시설에 대한 연구를 진행하고 있으며, NC State University Water Quality Group에서는 LID 시설의 평가를 위해 Carrboro 시에 약 33,000 m2의 실증단지를 구축하고 수질, 발생원 관리, 우수처리 등에 대한 연구를 수행하고 있다. 특히 2003년에서 2008년까지 구축 전, 구축 중, 구축 후로 기간을 구분하고 모니터링을 수행하였으며, GI & LID 기술의 효율성, 시공성 및 적용성 등에 대한 분석을 통해 설계 및 기술 전파에 활용하고 있다. Riverside County Flood control & Water Conservation District에서는 2011년 통합적인 LID 시설 실증단지를 구축하여 LID 시설의 효율성, 시공성, 유지관리 등에 대한 실증적인 연구를 진행하고 있으며, 주요 대상기술로는 식생화단, 투수포장시스템, 식생여과, 식생저류지 등이 설치되어 수량 및 수질에 대한 통합적인 모니터링을 진행하고 있다.
국외의 GI & LID 검증 및 인증을 위한 시설에 분석결과, 실내 시험시설 또는 실외 시험시설 중 하나만을 구축하여 운영하고 있는 것으로 나타났으며, 대부분 우수유출수의 수질관리에 대한 모니터링이 대부분인 것으로 나타났다. 이는 GI & LID 기술 또는 기법의 우수유출수 관리를 통한 물순환 회복 등 수문학적 효과, 홍수저감 등 방재적 효과, 수자원확보와 열섬저감 등 도시환경개선효과 등을 고려할 때, 일부 분야에 대한 시험이 실시되고 있는 것으로 나타났다. 또한, GI & LID 기술은 각 요소기술의 물순환, 물환경 효율성 성능검증 뿐만 아니라 여러 기술의 연계를 고려한 시스템에 대한 성능 검증도 필요하지만, 대부분 요소기술에 대한 시험시설은 구축되어 운영되고 있으나, 기술의 연계 등을 고려한 실증시험시설은 미미한 실정으로 나타났다. 또한, LID 기법은 토목, 환경, 건축, 조경, 도시 등 다양한 분야에서의 융합이 필요한 기법으로 요소기술의 특성에 맞춰 다양한 분석시험이 필요하지만, 아직까지 각 분야별 GI&LID 기술의 성능분석을 위한 시스템이 부족함을 볼 수 있었다.
3.2 GI & LID 검증 및 인증 시스템 개발
해외의 GI & LID 기술 성능 검증 또는 인증을 위한 시설 및 시스템에 대한 분석을 통해 도출된 개선점을 기반으로 GI & LID 검증 및 인증시스템 개발을 하였다. GI & LID 검증 및 인증시스템은 Fig. 2에서 보는 바와 같이 크게 실내 검·인증 시험시설과 실외 검․인증 시설로 나누어 개발하였다. 실내 검․인증 시험시설은 크게 수리/수문 분야, 지반분야, 수환경분야 등 3개의 분야로 나누어 해당기술에 대하여 성능 평가를 할 수 있도록 구축하였다. 실외 검․인증 시험시설은 크게 건축형, 도로형, 주차장형, 빗물정원형 및 생태공원형으로 나누어 각 구역에 해당하는 기술을 적용 및 모니터링을 통한 성능평가가 이루어질 수 있도록 개발 및 구축하였다 (Table 2).
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Fig. 2. Map of green infrastructure (GI) and low impact development (LID) verification and certification test zones. |
3.3 실내 검․인증 시설
실내 검․인증 시설은 크게 GI&LID 물순환 효율성, 수리적 특성, 수환경 평가를 위한 시설로 구분하여 개발하였다. 물순환 효율성 검증기기는 GI & LID 기술의 지표 및 지표하 수문학적 특성 (유출율, 침투율, 함수율, 보습율 등)을 평가할 수 있는 시설이다 (Fig. 3a). 주요 구성요소로는 강우차집장치, 수위측정 수조, 강우모사기, 데이터로거 등으로 구성되어 있다. 본 시설은 1 m × 1 m에서 2 m × 5 m까지 다양한 규모의 기술을 평가할 수 있으며, 강우강도 200 mm/hr까지 구현하여 모사하고 지형의 특성을 고려하여 15도까지 경사가 이루어질 수 있도록 개발함으로써 다양한 환경에 대한 모사가 가능하도록 하였다.
수리적 효율성 검증기기 (Fig. 3b)는 실제 스케일의 GI&LID 기술의 조합시설을 설치 후 수리 및 침투 특성을 분석하는 시설로서 다양한 목적에 대한 시험이 가능하도록 개발하였다. 유역단위에서 하천을 중심으로 대상 유역모형을 구축하고, 해당 유역에 대하여 LID 기법을 적용할 때 발생하는 현상 관측 및 강우에 따른 유출수 증가에 따른 하천에서의 침식, 세굴, 퇴적과 같은 현상을 관찰할 수 있다. 또한, 침투도랑과 같은 토사로만 이루어진 GI&LID 기술의 경우에는 유입되는 유출수로 인한 하부 지반층의 변화를 관측하고, 침투량과 다짐도 등의 상관관계를 보다 정밀하게 분석할 수 있다. 본 시설은 실험베드와, 집수조, 정류조, 침투조 등으로 구성되어 있으며, 최대 45도까지 기울기를 줄 수 있어 다양한 환경조건에서의 시험이 가능한 시설이다.
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Fig. 3. Indoor green infrastructure (GI) and low impact development (LID) efficiency test facilities. |
수환경평가시설로는 총 5개의 시험베드가 일렬로 배열되어 있으며, 하나의 기술에 대한 비점오염저감 효율성 분석뿐만 아니라 기술의 하부 구조를 분리하여 각 층별로 비점오염저감 효율성 분석을 실시함으로써 층별 비점오염저감 성능을 알아볼 수도 있고 이를 통해 유지관리 시기를 보다 정확하게 분석 및 제시가 가능한 측정 장비를 설계 및 개발 중에 있다. 한편, 투수소재 및 제품에 대한 투수성능 평가할 수 있는 투수성능 지속성 평가 검증장비 (Fig. 3c)를 개발하였다. 본 장비는 30 cm × 30 cm의 시료에 대하여 인공적으로 제조한 시험용수를 공급하여 시간에 따른 침투유출량을 측정함으로써 장기간의 투수성능까지 측정이 가능하며, 이를 통해 유지관리에 대한 제시까지 가능한 장비이다.
3.4 실외 검․인증 시설
실외 검․인증 시설은 GI & LID 기술이 적용 가능한 토지용도별로 구분하여 개발하였다. 건축형, 도로형, 주차장형, 빗물정원형, 생태공원형 등 크게 5구역으로 개발하였다. 각 구역별 주요 기술은 Table 2에서 보는 바와 같다.
건축형 GI&LID 실증시험시설은 9.85 m × 2.15 m, 7 m´× 2.15 m의 콘크리트 박스 구조물 형태의 건물화분이 구축되어 다양한 기술에 대한 수량, 수질에 대한 시험이 가능하며, 이 외 건축물 및 건축물 주변에 적용할 수 있는 우수저류조, 빗물통, 옥상녹화, 빗물체인 등과 연계된 시스템에 대한 검증이 가능하다. 또한, 보도 및 차도에서 발생하는 유출수를 관리하는 기술 (투수블록, 거리화분 등)과 연계가 가능하도록 하였다. 본 실증실험시설의 우수유출수 흐름체계를 GI & LID 기술 중심으로 살펴보면, 건축물 옥상에서 발생한 우수유출수는 옥상녹화 → 홈통, 빗물체인 → 건물화분, 빗물통, 거리화분 → 집수정 → 우수저류조로 유입된다 (Fig. 4a). 우수저류조로 유입된 우수유출수는 실험, 조경, 청소용수로 활용되고, 홈통, 건물화분, 집수정에서 우수유출수의 수량 및 수질을 모니터링하여 요소기술 및 시스템의 효과를 볼 수 있도록 개발하였다.
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Fig. 4. Diagrams of the test system and water-cycles for the various types of green infrastructure (GI) and low impact development (LID). |
도로형 및 주차장 GI & LID 실증시험시설은 차도 및 인도의 포장면에서 발생하는 표면유출수 및 침투유출수에 대한 수량, 수질에 대한 평가가 가능하다 (Fig. 4b, c). 투수성 아스팔트 포장, 투수성 콘크리트포장, 투수성 블록포장 등 크게 3가지의 시험이 가능하도록 하였다. 특히 도로형의 경우에는 전기비저항 탐사 장치를 하부에 구축함으로서 도로 하부층으로 유출수가 유입됨에 따른 토양의 변화 등을 분석함으로서 구조적인 안정성까지 확인 가능하도록 하였다. 또한 도로 포장 표면에서 발생한 우수유출수는 보도에 구축한 트렌치를 통해 거리화분으로 연계함으로써 투수포장에 대한 자체적인 평가뿐만 아니라 주변 식생과의 연계시의 효과까지 확인할 수 있도록 하였다. 주차장 한 면의 크기가 2.3 m × 10 m인 주차장형의 경우에는 총 8면의 시험시설을 구축하였으며, 콘크리트 박스 구조물 형태로 구축함으로서 지표면에서 발생한 우수유출수 및 지표하로 침투된 침투유출수의 수량 측정뿐만 아니라 포장 표층을 통해 침투된 유출수의 수질 측정을 할 수 있도록 유공관을 통해 유출수 차집이 가능하게 하였으며, 투수포장의 구축 면적에 따른 물순환 효과를 측정할 수 있는 시험 프로세스를 개발하였다.
빗물정원형 GI & LID 실증시험시설은 일반적으로 녹지를 활용한 기술에 대한 물순환 및 수환경 성능평가 시설로 개발하였다 (Fig. 4d). 3.6 m × 3.6 m의 규모의 시험시설이 총 4개가 있으며, 그 중 하나는 모래여과시설 등 여과재에 성능에 대한 평가가 가능하도록 개발하였으며, 3개의 시설은 빗물정원뿐만 아니라, 식생수로, 수목여과박스, 식생여과대 등 다양한 기술에 대한 물순환 및 수환경 평가가 가능하도록 개발하였다. 본 시설에서는 기술에 대한 평가 뿐만 아니라 GI & LID 기술에서 중요한 요인 중에 하나인 식생에 대한 평가도 가능하며 이에 대한 시험 프로세스를 개발하고 있다.
생태공원형 GI & LID 실증시험시설은 공원 등의 대규모 녹지 공간을 활용한 기술 적용에 대한 효율성 검증시설로서 건식연못, 습식연못, 투수블록포장, 우수저류조, 침투트렌치, 비점오염저감시설 등에 대한 효과를 분석할 수 있도록 개발하였다 (Fig. 4e). 특히 본 시설은 전체 시험단지 내의 50년 빈도의 강우에 대한 우수유출수를 관리하는 기능을 가지고 있으며, 주변 주차장 및 빗물정원형에서 시험 후 발생한 우수유출수 관리 기능도 부가하였다.
