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[수생태복원 우수기술 ⑫] 모니터링시스템 연계 생태복원용수 수질·수량 의사결정지원시스템 / 한국건설기술연구원·플러스파운틴㈜·더데일리㈜·성환엔지니어링

생태하천복원 용수수질·수량 의사결정 지원 자동화
모니터링 시스템과 연계…생태하천 사후관리

적합한 수질·수량 정보 제공 및 목표값 근거 제시…사업효과 투명성 높여

용인 오산천·파주 헤이리천에 적용 기술검증

생태복원용수 의사결정 체계 필요

서울의 중심부를 흐르는 청계천 복원사업이 성공을 거둔 후 전국의 지방자치단체들에서 ‘제2의 청계천’ 조성 사업에 앞다투어 나서고 있다. 그러나, 청계천 복원사업의 경우 그 수원의 대부분을 하류의 한강물을 펌핑하여 사용하고 있다는 점이나 하천제방을 콘크리트화하고, 지하수와의 연계를 차단했다는 점에서 여러 비판에 직면하고 있다.

이와 같은 하천복원계획들은 하천 주변의 도심을 활성화하고, 친수성을 높인다는 점에서 긍정적임에도 불구하고, 생태적 건전성에 대한 충분한 고려 없이 대부분 하류의 수원을 활용해 ‘역펌핑’ 방식으로 운영·계획되고 있어서 시민들에게 재정적인 부담을 지울 뿐만 아니라 물순환의 건전성을 제고하는 데에도 많은 한계를 안고 있다.

각 하천에 고유한 하천환경, 생태적 건전성 및 물순환 특성 등에 대해서 충분히 고려하지 않은 상태에서 기존사례들을 단순 모방하거나 공원화된 하천복원을 실시하게 되는 경우에는 시민들의 재정부담 가중, 절약가능한 에너지 자원의 낭비 초래 및 생태적 지속성 저하 등의 문제를 초래할 수 있다.

따라서, 이와 같은 하천복원 계획에서 생태복원용수에 대한 개념을 적극적으로 도입하고, 그 수원으로서 하수처리수 재이용수, 우수, 지하수, 호소수(저수지수), 계곡수 및 하천수 등을 네트워크화하여 복합적으로 활용하는 방안을 도입할 필요가 있다. 이를 위해서는 다양한 수질과 수량의 수원을 적절하게 조합하여 생태계에 최적화된 용수를 공급하는 의사결정 과정이 필요하다.

기존의 생태복원용수 의사결정 과정은 [그림 1]과 같다. 생태종, 특히 담수어종의 선정과 목표 수질·수량을 결정하는 과정이 서로 연계되지 않고 있다. 사업의 효과를 검증하고 사후 관리하는 모니터링 단계에서 일원화된 의사결정 과정이 전무한 실정이다.

생태하천의 건전한 복원을 위해서는 복원하고자 하는 도시하천의 생태적 특성을 고려하여 △ 수질 △수량 △경제성(시설비 및 유지관리비) △물순환 건전성을 동시에 반영하여 계획단계는 물론 운영단계에서의 생태하천 관리를 지원하는 의사결정지원시스템의 구축이 필수적이다.

이에 본 연구에서는 생태복원용수의 최적 확보를 위한 의사결정지원시스템(EcoR3-DSS, Ecological River Restoration and Rehabilitation Decision Supporting System)을 개발했다. 생태복원용수 의사결정지원시스템은 크게 2가지 요소(생태복원용수 의사결정지원프로그램, 생태용수 모니터링시스템)로 구성되어 있다.

생태복원용수 수질·수량 의사결정지원시스템

생태복원용수 의사결정지원시스템(EcoR3 -DSS)은 우수, 지하수, 하천수 및 하수처리수 등 다양한 생태용수원을 선택적으로 취수, 조합하여 생태하천에 공급함으로써 생태적으로 건전한 도시하천의 복원이 가능하도록 지원하는 의사결정 프로그램이다.

생태복원용수 의사결정시스템의 기본 로직은 [그림 3]과 같이 대상하천의 정보를 구축하고, 대상하천에 대한 입력자료 구축 및 모식화, 목표값 설정, 모니터링 자료 수집 및 입력, QUAL2K 연계 수행, 판단로직 평가 및 결과 분석을 수행하는 단계로 구성된다. 생태복원 의사결정시스템을 현장에 적용하기 위해서는 선행되어야 하는 기초 자료조사, 수질·수량 모니터링 자료 수집, 생태복원용수 시나리오 구성, 모의 실행, 가중치 설정 등의 절차가 필요하다.

생태복원용수 의사결정지원시스템(EcoR3-DSS)은 설계단계와 유지관리 단계를 구분하여 제작하였다. 첫째, 설계용 Module 개발은 설계단계에서 필요한 생태복원 의사결정 지원 프로그램 개발, 프로젝트 생성 및 관리 할 수 있는 시스템 구축, 사용자를 고려한 쉬운 프로젝트 관리 시스템 개발, 관리자에 의한 지속적인 데이터베이스 업데이트가 가능하도록 프로그램을 구성했다.

둘째, 유지관리용 Module 개발은 생태복원 이후 유지관리 단계와 설계단계에서 결정한 생태복원 의사결정 결과의 적합성 판단 프로그램 개발, 수질모니터링 시스템과의 데이터 연동, 사용자 친화적인 UI 개발을 목표로 제작했다.

셋째, 생태복원용수 선정에 있어 대표 생태어종에 적합한 수질 및 수량을 우선적으로 고려해야 하지만, 경제성과 물순환 건전성을 무시해서는 생태복원의 의미를 퇴색하게 만들 우려가 있다. 설계용 및 유지관리용 Module 개발에 있어 경제성 정량화 패키지에서는 순현재가치(NPV, Net Present Value), 투자수익률(ROI, Return On Investment), 내부수익률(IRR, Internal Rate of Return) 등의 기법을 활용하여 제작하고 있으며, 물순환 건전성과 정량화를 위하여 Delphi 기법을 활용하여 프로그램의 업그레이드를 수행했다.

수질·수량 의사결정 위한 생태어종 데이터베이스 구축

본 기술에서 생태어종 DB는 생태복원용수 확보를 위한 의사결정지원의 주요한 단계로 우수, 지하수, 하천수 및 하수처리수 등 다양한 생태용수원을 선택적으로 취수·조합하여 생태하천에 공급함으로써 생태적으로 건전한 도시하천의 복원이 가능하도록 지원하는 시스템의 기초 자료를 의미한다.

이를 위해 [표 1]과 같이 우리나라 하천에 서식하는 어류의 생태적 서식지 조건, 물리적 서식지 조건 및 이화학적 서식지 조건에 대한 자료를 정성적·정량적 과정을 거쳐 데이터베이스를 구축했다. 정량화 과정에서는 데이터베이스를 통계처리하여 서식조건 및 최적조건에 대한 가이드라인을 제시했다.

수질·수량 모니터링시스템과

연계 생태하천 유지관리 최적화

생태하천 관리단계에서 생태복원용수의 기준이 되는 대표 생태어종 선정시 수질이나 수량 데이터가 중요한 부분을 차지한다. 대표 생태어종을 선정하고, 이 생태어종이 적당한 수심이나 유속에서 살 수 있는 환경이 마련되기 위해서는 수량과 관련한 항목 등이 자동으로 모니터링 되어야 하며, 생태어종이 살 수 있는 적정범위의 수질을 유지하기 위해서도 수질 모니터링이 필요하다.

이로써 의사결정시스템과 연계하여 생태용수원별 비율을 설정하고, 생태어종이 살 수 있는 환경을 마련할 수 있는 기초 데이터를 제공함으로써 생태하천의 관리방안을 도출할 수 있도록 했다.

EcoR3-DSS 현장적용

본 의사결정지원시스템의 기술 검증은 수생태복원사업단 Test Bed 대상지인 용인시 오산천 일부 구간, 본 과제 Test Bed 대상지인 파주시 헤이리천 및 샛강을 대상으로 수행하였다. 용인시 오산천의 경우 의사결정 결과를 사업내용에 반영하여 진행 중에 있다. 또한, 고양시 도촌천을 대상으로 공공 지원을 수행하고 있다.

향후 많은 생태하천 복원사업의 사후관리 단계인 모니터링이 수반되어야 한다. 이 때 본 모니터링시스템과 연계한 생태복원용수 의사결정지원시스템(EcoR3-DSS)을 도입하면 사업의 설계 단계에서 부터 깃대종(생태어종)에 적합한 수질·수량 정보를 제공하고, 수질·수량 목표값의 논리적 근거를 제시함으로써 사업효과의 투명성을 제고할 수 있을 뿐만 아니라, 스토리텔링에 의한 대시민 사업홍보 효과도 거둘 수 있을 것으로 판단된다.

※ 본 연구는 환경부와 한국환경산업기술원에서 연구비를 지원받은 Eco-STAR project(수생태복원사업단)의 연구과제로 수행된 결과로써 이에 감사드립니다.