옥상습지의탄소흐름시뮬레이션모형구축을위한기초연구 The Basic Study for Building Carbon Flux Stock-Flow Diagram on Rooftop Wetland
pp.37-38
현대사회는 기후변화, 지구 온난화, 생물다양성 감소 등 의 환경문제를 해결하기 위한 일환으로 저탄소사회의 구현 을 지향하고 있으며, 이를 실현시킬 수 있는 저탄소도시가 새로운 패러다임으로 등장하게 되었다(Lee, 2005; Lee, 2012). 저탄소도시는 도시내 탄소 배출량을 감소시키는 것 을 목표로 자원순환, 탄소흡수원 확충, 신재생에너지, 자연 재난예방, 기후계획 등의 다양한 대안을 제시하고 있다 (Koh et al., 2011). 특히 도시내 생태조경공간은 탄소흡수 원으로서의 중요성이 더욱 강조되고 있으며, 이러한 관점에 서 탄소배출을 최소화하여 저탄소사회를 실현가능하게 하 는 요소로 이루어진 저탄소경관의 개념이 등장하게 되었다. 저탄소경관이란 기존 경관의 형성과 관련된 구성자원 중 기후변화, 특히 온실가스인 탄소에 초점을 둔 개념으로 (You et al., 2015), 저탄소경관을 창출하기 위해서는 생태 조경공간 내 시설, 재료, 식재의 탄소흡수와 배출에 대한 복합적인 관계를 시간변화에 따라 동태적으로 파악해야 할 필요가 있다. 옥상습지는 녹지가 부족한 도시에서 탄소를 저감시킬 수 있는 식생, 토양, 습지 등의 요소들로 이루어져 (Lee et al., 2013) 저탄소경관을 창출할 수 있는 공간으로 기대되고 있다. 따라서 본 연구의 목적은 생태조경공간의 탄소흐름 변화에 대한 시뮬레이션 모형을 구축하기 위해, 저탄소경관 구성자원인 시설, 재료, 식재를 활용하여 옥상 습지 내 탄소흐름구조를 모형화하는 것이다. 본 연구에서는 탄소의 흐름에 대한 구조와 시뮬레이션 모형의 구축을 위해, 탄소흐름현상에 대한 인과순환적 분석 과 시간의 흐름에 따른 시스템의 동태적인 분석이 가능한시스템 다이내믹스(System Dynamics) 이론을 적용하였다 (Williams and Richard, 2010). 본 연구의 절차는 3단계에 걸쳐 이루어졌으며 시뮬레이션 모형을 구축하기 위한 기초 연구를 수행하였다. 첫째, 옥상습지의 시설, 재료, 식재에 따른 탄소흐름구조를 파악하고 시뮬레이션 모형에 활용될 식과 데이터를 수집하였다. 둘째, 시뮬레이션 모형에 사용 될 변수 유형을 저량변수(Stock variable), 유량변수(Flow variable), 보조변수(Converter)로 구분하고 수집한 식과 데 이터를 변수의 유형에 맞춰 분류하였다. 셋째, 분류한 변수 를 바탕으로 전체적인 탄소의 흐름을 모형화하였다. 연구의 공간적 범위는 주변의 낮은 녹지율로 인한 생태네트워크의 단절과 지역주민들이 이용 가능한 야외녹지 시설의 부족으 로 인해 2008년 준공된 서울시 강남구청 본관의 옥상습지 로 한정하였다. 강남구청 옥상의 녹지면적(1,477m2)은 전 체 옥상의 면적(1,799.3m2)중 80% 이상의 공간에 조성되었 으며 옥상습지 내부에는 안내판, 파고라, 벤치, 조명등과 같 은 시설과 습지, 데크, 토양, 잔디와 같은 재료로 구성되어 있으며 교목, 관목, 초본류 등 다양한 수목이 식재되어 있어 탄소흐름의 시스템 구조를 파악하기 위한 대상지로서 적합 하다. 연구의 내용적 범위는 옥상습지를 중심으로 하여 일 어나는 탄소의 흐름으로 한정하였다. 먼저 옥상습지의 시설, 재료, 식재에 따라 시뮬레이션 모 형에 활용될 식과 데이터를 수집하여 분석한 결과는 다음과 같다. 저탄소경관의 구성자원 중 시설에 해당하는 건물에서 탄소를 배출하는 요소는 전력, 수도, 가스 등으로 나타났으 며, 강남구청에서 실제로 구축된 전력, 수도, 가스 사용량에 대한 자료와 2006 IPCC 가이드라인(이하 2006 IPCC G/L) 을 기준으로 사용량과 탄소배출계수를 이용하여 탄소배출 량을 산정하였다(Ahn et al., 2012). 또한 저탄소경관의 구 성자원 중 재료에 해당하는 토양에서 탄소를 흡수하고 저장 하는 요소는 토양 자체로 나타났으며 토양의 탄소저장량도 건물에서의 탄소배출량과 마찬가지로 2006 IPCC G/L에 의거하여 토지이용, 관리체계, 유기물 투입에 대한 계수들 과 각 지목의 면적을 곱하여 산정하였다(Hwang et al., 2014). 마지막으로 강남구청 옥상습지의 식재는 소나무, 황 금측백 등의 상록교목과 산수유, 자작나무, 청단풍, 홍단풍 등의 낙엽교목, 눈향나무, 영산홍, 회양목 등의 상록관목과 등나무, 병꽃나무, 백당나무, 산수국, 조팝나무, 황매화 등의낙엽관목 등으로 구성되어 있었다. 식재의 탄소 흡수와 배 출에 관한 식은 기존 교목과 관목류의 수목들을 토대로 임 목축적을 기초로 하거나 상대성장식을 활용하는 방법, 흉고 직경 또는 근원직경을 이용하여 다양하게 탄소저장량이나 흡수량을 산정하는 방법이 있지만, 본 연구에서는 수목의 흉고직경, 근원직경 및 개체수를 이용하여 수목의 탄소흡수 량과 저장량을 산정하였다(Park, 2009; Hwang and Park, 2011). 이후 탄소흐름의 식과 계수를 추정하여 시뮬레이션 모형을 구축하기 위해 시설, 재료, 식재의 변수들을 저량변 수(Stock variable), 유량변수(Flow variable), 보조변수 (Converter)로 구분하였다. 대기 중의 탄소량과 토양에 저 장되는 탄소량, 그리고 식물이 저장하는 탄소량은 물리적으 로 축적이 계속 이루어지므로 저량변수(Stock variable)로 설정하였으며, 건물에서 배출되는 탄소량과 토양과 식생이 흡수하거나 저장하는 탄소량의 변화는 물리적인 축적이 일 어나게 하는 흐름이므로 유량변수(Flow variable)로 설정하 였다. 마지막으로 이러한 흐름변수를 결정짓는 계수나 상수 등의 값들은 보조변수(Converter)로 설정하였다. 이를 통해 강남구청 옥상습지의 시설, 재료, 식재의 탄소흐름 관계 파 악을 위한 변수들 간의 관계를 통합하여 옥상습지 전체의 탄소흐름을 모형화하였다. 본 연구는 생태조경공간인 강남구청 본관 옥상습지에서 저탄소경관 구성자원인 시설, 재료, 식재의 탄소흐름과 그 변수에 투입될 식 또는 계수를 탐색하여 탄소흐름 시뮬레이 션 모형 구축을 위한 기초연구를 수행하였다. 이를 위해 옥 상습지 시설의 탄소 배출량에 대한 산정식을 파악하였고 재료에 해당하는 토양의 탄소 흡수량 및 저장량과 옥상습지 식생의 탄소 흡수량과 저장량을 산정하였다. 아울러 시설, 재료, 식재와 같은 단일 구성자원들 간의 관계를 하나의 모 델로 통합하여 시간에 따른 변화 양상에 대한 모형을 구축 하기 위한 기초연구를 진행하였다는데 의의가 있다. 향후, 본 연구에서 구축한 기초모델에 대한 타당성 검토를 통해 탄소의 흐름이나 패턴, 변화가 모델에서 적절하게 구현되었 는지에 대한 검증작업을 수행할 예정이다. 궁극적으로는 옥 상습지의 탄소흐름 모델링을 통해 저탄소경관 창출을 위한 디자인요소를 개발할 수 있을 것으로 기대한다.