1. 서론

 

지난 2010.08.30 부터 09.01 까지 푸에르토리코 산 후안에서 AWRA의 하계 특별 회의가 열렸다. 이 회의의 주제는 「AWRA의 국제하계특별회의」 와 「기후변화에 따른 열대 수문특성 및 수자원의 지속가능성에 대한 8번째 카리브해 연안 도서들의 수자원 회의」이었다. AWRA는 과거 1998년에 푸에르토리코에서 열대 수문특성에 대한 특별 회의를 열었었다. 2010년 회의의 목표는 지속가능성과 기후변화에 주안점을 두었던 1998년 회의의 후속조치를 마련하고, 이러한 중요한 주제에 대한 계속적인 의사소통을 권장하기 위함이다. 『수자원 IMPACT』의 이러한 주요 논의 사안은 곧 있을 회의와 관련이 있으며 열대지방의 수문특성에 대한 기사들과 기후변화의 영향을 고민하는 동안 수자원을 지속시킬 수 있는 방법들을 포함하고 있다. 지속가능성의 원칙에 대해서는 2개의 기사에서 논의되고 있는 반면 다른 4개의 기사들은 푸에르토리코와 다른 국외 지역의 열대 수문특성을 가진 유역에서의 주요 논의 사안들에 대해 다루고 있다.

 

2. 기술검토

 

2.1 기후변화에 대비한 지속가능한 수자원 기술들

 

서론

 

수자원에 대한 전 세계적인 수요 증가는 인구 및 개발 성장, 이용 가능한 공급원들의 고갈, 기후 상황의 변화들, 점점 더 엄격한 규제 요건들, 그리고 노화되고 있거나 또는 불충분한 물 기반시설로부터 기인한다. 수자원에 미치는 점점 더 많은 수요의 영향은 유역들과 생태계의 악화, 물 부족, 그리고 궂은 날씨와 같은 상황을 포함한다. 수자원의 수요 증가는 지역사회들과 정부들 사이에 갈등을 유발할 수도 있고 그것은 경제 성장을 제한할 수도 있기 때문에, 물 공급자들은 자신들의 상수도의 가장 효과적인 이용을 확인하고 공급자들의 수자원을 관리하기 위한 지속가능하고 비용 효율적인, 그리고 정치적으로 수용 가능한 프로그램들을 결정할 필요가 있다. 이 기사의 목적은 우리의 수자원에 미치는 이러한 영향들을 피하고 관리하기 위해서 이용 가능한 지속가능한 기술들을 설명하는 것이다.

 

수자원 기술들에 대한 개관

 

이 기사에서 설명되는 지속가능한 수자원 기술들은 생태계를 향상시키기 위해 유역들에 대한 사전행동적인 관리에 초점을 맞춘다. 게다가, 물 부족과 비오는 날씨 상황의 관리를 위한 지속가능한 기술들이 논의된다. 유역과 생태계 관리는 유역 상황을 보존하기 위해 지표 유출수, 유출량, 그리고 환경을 설명하고 관리하는 것을 포함한다. 유역에서 관리되지 못하는 개발은 더 많은 지표 유출수 유입, 토양침식으로 인한 악화된 표층수질, 그리고 비점오염원에 의한 오염을 유발할 수도 있다. 물 부족은 인구 성장 및 개발 성장에 의해 유발된 경쟁적인 수요에 기인할 수도 있다. 그것은 또한 점점 엄격한 규제 요건들뿐만 아니라 기후 변동성 또는 자정능력에 영향을 받는 안정된 또는 안전한 물 생성량의 감소된 이용가능성의 결과이기도 하다. 한정된 경제적 상황은 상수도를 증가시키기 위해 많은 자본을 필요로 하는 프로젝트들을 이행하기 위한 자금조달의 이용가능성을 제한하거나 또는 배제할 수도 있다.

 

궂은 날씨와 같은 기상 상태는 유출량이 시스템의 저장 용량을 초과할 때 발생한다. 이러한 상황은 폭우로 인한 과도한 유입량에 의해 유발될 수 있으며, 그것은 수자원의 질을 저하시킬 수 있으며, 폐수 집수 시스템들에 무리를 줄 수도 있고, 합류식 하수관 월류수(CSOs)에 대한 연방 및 주의 규정들의 비준수를 유발할 수도 있으며, 그리고 재산피해와 인명 손실의 결과를 낳을 수도 있다. 그림 1은 유역들과 생태계들의 관리, 물 부족 그리고 궂은 날씨의 관리를 위해 이행될 수 있는 지속가능한 주요 수자원 기술들의 예를 제공한다.

 

 

 

유역 및 생태계 관리

 

유역 및 생태계 관리를 위한 기술들은 수량 및 수질 이점들을 제공함으로써 표층수 및 지하수 공급원을 보호하기 위해 유역 규모의 접근방식들과 시행들의 이행을 포함한다. 그러한 접근방식들의 예들은 영향을 최소화한 개발(low impact development / LID) 기법과 최적관리기법들(BMPs)의 이행을 포함한다.

 

LID는 도시의 그리고 개발 중인 유역의 개발 전 유량 변화를 유지하고 향상시키기 위해 설계된 포괄적인 토지 계획 및 엔지니어링 접근방식이다. 대부분의 주 정부들은 배수(로) 조건들 및 상황을 명시하는 법적 요건들을 가지고 있다, 그리고 LID는 그러한 요건들을 충족시키기 위한 많은 수단들을 제공한다.

 

LID는 획일적으로 분포되고 분산된, 미소규모(micro-scale)의 제어를 이용하여 수원에서 그리고 수원 근처에서의 지표 유출수를 관리한다. 이러한 제어들은 BMP들의 형태이며, 그것의 수원 근처의 지표 유출수를 침윤시키고, 거르고, 저장하고 증발시키고 그리고 지체시키는 설계 기법들을 이용하여 어떤 지역의 개발 전 수문특성을 모방하도록 설계된다. BMP들의 예들은 상시저류연못(retention basin), 홍수기와 갈수기의 일시저류연못(detention pond), 식생습지대(vegetated swale), 빗물저류정원(rain garden), 투수성 포장(porous pavement), 그리고 침투 트렌치(infiltration trenches)를 포함한다.

 

BMP들은 LID의 구성요소들이며, 그리고 수원에서 유거수를 제어함으로써 유역들의 하류 끝에 위치해 있는 대규모의 배출구 시설들에서 폭우로 인한 물을 관리하고 옮기고 처리하는 비용을 상당히 줄일 수 있다. BMP들은 표층수와 지하수를 포함하여 상수도를 보호하기 위한 도시의 수자원 계획의 일부로서 유역 규모에서 이행될 수도 있다.

 

물 부족

 

물 부족 문제들을 다룰 때, 시설들은 전통적인 수원인 강, 대수층(지하수를 함유한 다공질 삼투성의 지층), 그리고 호수 이외에도 상수도를 고려해야 한다. 수원에 대한 총체적인 검토는 보존 및 다른 기타의 수요 관리 수단, 음용수로 부적당한 물의 재사용 또는 물의 재생(중수도), 마실 수 없는 물의 간접적 재사용, 손상된 물들(소금기가 있는, 더 낮은 품질의, 또는 짠 물들)의 담수화, 인접한 지역사회들 간의 물 공유(저수지들 간의 이동), 그리고 상수도의 지표수-지하수를 연계한 이용(conjunctive use)을 포함한다.

 

물 부족에 대한 지속가능한 계획 기술들은 수요와 공급 측면의 대안적 상수도 전략들의 포트폴리오 개발을 포함해야 한다. 이러한 전략들은 기존의 표층수 및 지하수 공급의 효율성을 향상시키기 위해 또는 단기저장소와 영구저장소 두가지 모두에 새로운 수원들을 추가함으로써 공급을 증가시키기 위해 이행될 수도 있다. 물 부족 관리를 위한 몇몇 주요한 대표적 기술들은 수요관리, 인공함양회수(Aquifer Storage and Recovery/ ASR), 하수 처리수 그리고 담수화를 포함한다.

 

수요관리

 

수요관리는 이해당사자들 또는 물 공급자에 의한 보다 효율적인 물 사용에 초점을 맞춤으로써 현재의 물 공급원의 생산성을 증가시킨다. 수요관리는 가격책정 접근방식들과 기타의 다른 비-구조적 접근방식들에 의해 영향을 받기 때문에 영구적, 주기적, 또는 임의적인 물 보존 프로그램들을 통해 이행될 수도 있다. 그 프로그램들은 또한 누출 관리 시설 그 자체에 의한 운영상의 변화들도 포함한다. 수요관리 계획들은 유량 조절, 물 손실 조절, 생산 및 소비 계량, 공급 vs 수요 정책 수립, 보존 가격책정 및 요율 구조 개발, 트레이닝, 대중교육, 그리고 보존과 관련한 규정들의 개발을 포함한다.

 

인공함양회수(ASR)

인공함양회수(Aquifer Storage and Recovery)는 다른 수원으로부터 나온 물을 이용해 대수층을 충전함으로써 어떤 대수층 내에서 자연적인 삼출 또는 투과율을 넘어서 총 대수층들로부터 새로운 수원들을 개발하는 기술이다. 받아들여진 물은 소금기가 있거나 아니면 사용할 수 없는 물을 대체하거나 또는 생산성이 낮은 대수층의 일부를 다시 채운다. 이용 가능할 경우에 물은 대수층에 저장되며 운영을 지원하고 대수층 자체를 보호하기 위해 유사한 품질의 물의 도입을 요구하는 대부분의 주 법규들에 따라 처리된 표층수, 빗물, 또는 하수 처리수를 포함한다. 회수된 물은 대중의 소비, 관개, 표층수 증대 또는 습지 촉진을 위해서 이용될 수도 있다. ASR 기술의 장점은 보통은 사용되지 않을 그리고 증발로 손실될 물의 저장을 제공한다는 것이다. 이러한 남는 여분의 물의 저장은 가뭄 기간들 또는 공급이 제한되는 기간 동안에 증가된 물 공급을 제공한다.

 

하수 처리수(Reclaimed Water)

 

하수 처리는 기후 변화, 지리적 위치, 또는 상수도 상황에 의해 제한을 받지 않는 보편적 해결책이다. 하수 처리를 위한 결정적 요소는 최종 사용목적이며, 그것은 수질 요건들을 좌우하며 요구되는 처리 수준을 결정한다. 하수 처리수는 처리된 폐수 유출물이며, 그것은 수자원 함양과 추가 공급을 통한 대안적 물 공급으로서 역학을 한다. 수자원 함양에 대해 사용되는 가장 흔한 용어는 음용수의 간접적 재사용(indirect potable reuse/IPR)이다. IPR은 궁극적으로 음용수의 공급원으로서 이용되는 표층수 또는 지하수 시스템에 고도로 처리된 하수 처리수를 도입하는 것이다. 음용이 불가능한 물의 하수처리는 조경 및 농업용 관개, 산업용도, 지하수 및 표층수 함양, 그리고 환경적 개선들과 같은 목적들을 위해서 광범위하게 이용된다. 이러한 적용사례들에 하수 처리수를 사용하는 것은 마시기 위한 목적의 음용수 공급을 보존해준다. 하수 처리수 사용은 현재의 공급원들을 증대시킴으로서 물 공급 능력을 증가시키며, 그리고 그것은 물이용 수요들에 대한 더 나은 관리를 가능하게 해준다. 관개를 통한 음용 불가능한 물의 하수 처리는 아마도 전 세계에서 이행되는 가장 유력한 하수 처리 형태일 것이다.

 

담수화

 

담수화는 요구되는 품질의 물을 생산하기 위해서 바닷물이나 염분이 있는 물과 같은 수원에서 용해된 고체들을 제거하는 과정이다. 다양한 수원들에서 총 용해된 고체들의 농도(TDS)는 상당히 다양하다. 일반적으로는 1,000 ~ 10,000 mg/L TDS를 포함하고 있는 물은 염수라고 일컬어진다. 대양에 있는 물은 대략 35,000 mg/L TDS를 포함하고 있으며, 반면에 다른 바다들, 강어귀들, 그리고 만에 있는 물의 염도는 10,000 mg/L ~ 50,000 mg/L의 범위이다. 현재 이용되고 있는 담수화 기술들은 크게는 열처리 또는 이온막 교환 방식의 방법으로 분류될 수 있다.

특정한 수원의 처리를 위한 기술 선택은 원천이 되는 물의 수질(주로 염도), 처리된 수질의 목적들, 이용 가능한 에너지원의 유형 및 비용, 반류수 처리 옵션들, 그리고 환경적 문제들을 포함한 수많은 요인들에 달려 있다. 다단증류법(MSF), 다중효용 증발방식(MED), 그리고 증기 압축방식과 같은 열처리 과정들은 일반적으로는 물의 증발과 그 결과로 나오는 증기의 응축을 포함한다. 이러한 과정들은 바닷물과 같이 높은 염도의 수원의 담수화를 위해 흔히 이용된다.

이온막 교환방식의 처리는 전기투석법(ED)과 역삼투법(RD)를 포함한다. ED는 이온교환수지와 함께 끼워진 막들을 관통하여 이온들을 밀어낼 수 있는 전기적 잠재능력을 이용하며 일반적으로는 구체적인 수질 구성요소들이 역삼투 방식의 과정보다 그 이행을 선호할 때 소금기 있는 물의 담수화를 위해서 이용된다. 전기투석법은 또한 바닷물의 담수화를 위해 더 낮은 에너지 소비와 더 낮은 생산 비용 때문에 열처리 방식들보다 점점 더 선호되고 있다. 역삼투 방식은 또한 용해된 유기물 구성물과 비유기물 구성물들 대부분을 제거할 수 있는 능력 때문에 재사용을 위한 도시 오수처리에도 이용된다.

 

궂은 날씨

 

궂은 날씨의 강수량을 관리하기 위한 지속가능한 기술들 또는 접근방식들은 수원 제어 수단들에 대한 폭넓은 평가를 제공하는 것, 현재의 배수 시스템 기반시설 그리고 공급원으로서 처리 및 그 이후의 이용을 위해 여분의 누출수를 포집하기 위해 요구되는 필요한 저장 및 지표 유출수 제어 수단들을 추가하는 것에 초점을 맞출 수 있다. 처리된/다시 포획된 빗물의 2차적 이용들은 대수층 함양을 통해 환경 복원, 건조한 기간 동안에 자연 시스템의 정상적인 흐름을 유지, 환경적이고 휴양 목적의 혜택들 위해 시냇물을 흐르는 유량의 증대와 호수 수위를 다시 채우는 것을 가능하게 해준다. 현재의 역동적인 기후 상황이 계속됨에 따라, 증가된 지표 유출수량을 관리하고 대안적 물 공급원으로서 빗물의 잠재성을 활용하기 위해서는 기존의 배수 시스템 기반시설에 대한 적절한 평가와 계획이 매우 중요하다.

 

배수 시스템의 지속가능성 평가

 

기존의 배수 시스템 기반시설에 대한 적절한 평가는 시스템의 능력(용량)들을 이해하는 것, 증가된 유출 수량을 관리하는 것, 그리고 대안적 물 공급원으로서 빗물의 잠재성을 활용하는 것을 포함한다. 시스템의 상태를 알고 있는 것은 성능을 관리하고 최적화하고, 그것의 비용 효율적인 운용을 촉진하며 그리고 생명과 재산에 대한 위험성들을 최소화하기 위한 정보를 제공해준다. 지속가능성 평가는 구체적으로 문제가 있는 지역들에서 저장 또는 수송 능력을 증가시키는 것과 같이 특정 지역에 맞춘 개선들을 허락하기 위해 그리고 홍수 예방에 있어서 전체적인 개선들을 제공하기 위해서 다양한 기후 상황으로부터 기인할 수 도 있는 시스템의 제약들과 미래의 한계성들을 확인해야 한다. 평가는 저렴한 비용 및 수용 가능한 위험성 수준에서 어떤 요구되는 수준의 서비스를 유지하기 위해 이행될 수도 있는 비용-효과적인 설비개량들을 확인함으로써 현재의 그리고 장기적인 시설 인프라 프로젝트들을 지원하기 위한 대중의 참여를 촉진해야 한다.

 

추가적인 저장/수용력(Additional Storage)

 

초과 유출량을 포함하고 홍수를 예방하기 위해서는 추가적인 저류장치가 필요할 수도 있다. 시스템 저장은 인라인(in-line) 또는 오프라인(off-line) 저수지들 둘 모두를 포함하여 표층수 저수지들 그리고 터널들 또는 파이프라인들을 통해서 제공될 수도 있다. 표층수 저수지들은 땅이 이용 가능한 개발이 제한된 지역들에서 그리고 요구되는 저장 용량을 제공하기에 충분한 지리적 기복이 있는 지역들에서 더욱 적용 가능할 수도 있다. 터널들은 도시의 다운타운과 도시화된 지역들과 같이 매우 개발된 지역들에 가장 적합하다, 그러한 지역들에서는 표층수 저장을 위한 제한된 공간만 있으며 홍수 범람으로 인해 상당한 재산피해와 인명 손실을 유발할 잠재성이 있다.

 

결론

 

수자원 확보에 대한 전 세계적인 수요의 증가는 지속가능한 수자원 해결책들에 대한 필요성을 유발한다. 앞에서 살펴본 몇 가지 해결책들이 총체적으로 고려될 때 환경 보호와 그리고 물 부족 및 궂은 날씨와 같은 기후변화 영향을 완화시킬 수 있는 기술들의 시행을 포함한다.

 

 

2.2 수자원 공급자들이 지속가능성을 달성할 수 있는 방법

 

서론

 

“지속가능성”은 물 공급자들, 그 소비자들, 그리고 그 정책 입안자들에게는 많은 것들을 의미한다. 지속가능성은 수많은 물 공급자들에게 공통의 이니셔티브가 되었지만, 반면에 그것은 또한 장기적인 이점들이 어떻게 성취될 수 있는지 그리고 그 당위성과 관련하여 가장 적게 이해되고 있는 것일 가능성이 있다. 포괄적인 지속가능성 전략 없이 녹색 프로젝트들을 착수하는 것은 요구되는 목적들을 충족시켜 줄 가능성이 적다. 물 공급자들은 자신들의 전통적인 물 관리 책임들을 보다 장기적인 지속가능성 전략 내에서 안전하고, 믿을 만하고 비용 효율적인 서비스들을 제공하기 위한 보다 기업경영적인 접근방식과 결합하는 방법에 대한 이해를 높이고 있다. 경제적 활력 및 성장 잠재성과 더불어 어떤 지역사회에서 환경보호와 삶의 질에 대한 연계는 물 공급원자들에게는 중요한 단계이다, 왜냐하면 그들은 이제는 자원 및 재정적 제약들과 자신들의 서비스 의무들 및 환경적 열망들과 균형을 잡고 있기 때문이다.

 

지속가능성을 지향하는 회사들에 의해 민간 부문에서 이용되는 기업경영식의 접근방식의 핵심 요소들은 물 산업계에 교훈이 될 수도 있다. 민간 부문은 미래의 욕구를 충족시키기 위한 경쟁력과 능력을 제공하는 것뿐만 아니라 생존을 위한 불가피하고 전략적 성장의 이니셔티브로서 지속가능성을 보다 자주 고려한다. 가까운 짧은 기간 내의 지속가능성 단계들은 성과 향상 목표들(에너지 또는 화학약품 소비를 줄이는 것과 같은)과 그리고 전통적인 사업 방식들을 녹색화하는 것을 강조한다. 그런 다음 이러한 초기의 단계들은 조직의 향상 및 예측된 자원 제약들 및 소요 자금을 반영하는 비즈니스 모델을 포함하는 포괄적인 지속가능성 프로그램에 통합되어야 한다. 포괄적인 지속가능성 프로그램은 또한 보다 광범위한 교육 및 의식 프로그램들과 의견일치 형성을 포함하며, 그 곳에서 이해당사자들은 실질적이고 유익한 접근방식들을 확인하고 지원하기 위해서 서비스 제공자들과 협력한다.

 

성과 기반의 결과들을 성취하기 위한 현재의 수많은 접근방식들은 요구되는 목적들을 충족시키기 위한 경로를 설명하는 것과 관련하여 너무 모호하다. 포괄적인 지속가능성 전략의 이점들이 더 잘 이해되고 평가될 때, 물 공급자들은 자신들의 시설 비즈니스 모델을 개혁하는 것뿐만 아니라 보다 완전한 접근방식들, 기술들, 그리고 문제해결책을 이행할 수 있다. 교훈들이 학습되고 이해됨에 따라 포괄적인 지속가능성의 전략적 계획이 조사되고 측정되고 보고되며 끊임없이 향상되어야 한다. 각각의 상황에 대한 규범적인 경로는 없지만, 순응적 관리 접근방식을 필요와 요구에 맞게 고치는 것은 각각의 물 공급자로 하여금 그들의 요구들을 보다 믿을만하게 충족시킬 수 있도록 가능하게 해줄 것이다. 이 기사에는 고려 가능한 다수의 조치 방법들을 설명하고 있다.

 

지속가능성이란 무엇을 말하는가?

 

지속가능성은 지속가능성에 대한 수많은 정치 및 열망 수준의 설명들의 토대를 형성하는 세대 간의 약속들로서 종종 묘사된다(Brundtland, 1987). 그 보고서는 경제적 그리고 사회적 발달의 결과로서 인간의 환경 및 자연 자원의 악화 결과물들을 중점적으로 다룰 필요성을 설명했다. 미국 환경보호국(Environmental Protection Agency)은 바람직하지 못한 환경적 그리고 사회적 결과를 최소화하거나 또는 제거하는 동시에 경제적 성장 또는 활력을 지원할 필요성 뿐만 아니라 어떤 지역사회의 삶의 질과 관련하여 지속가능성을 설명한다. 지속가능성에 대한 실질적 정의들은 충분한 추진력 또는 확인/개선 조치들로 조직의 능력과 효율성을 중점적으로 다룰 수 있는 기능적 적응들과 성과 목표들에 전념해야 한다. 물 공급자들의 역할에 대한 사회적인 그리고 환경적 의식은 역동적이며 가치 중심적이며, 그리고 기반시설과 운영들의 영향이 충분히 완화될 수 있다고 가정한다. 이것은 지속적, 효과적이며 적극적인 대중 참여 접근방식을 필요로 한다. 그리고 그 곳에서 공급자는 이해당사자들이 지원할 수 있고 이슈들, 접근 방식들, 그리고 결과들에 대한 의견일치 관점을 반영하는 프로그램을 요청하고 공동 개발하고 전달한다.

 

그러므로 지속가능한 물 시스템은 의사결정에서 환경적, 경제적, 그리고 사회적 가치들을 반영한다(3가지 기본 요건). 효과적으로 지속가능한 프로그램들은 지역 사회에서 신뢰성 있고 탄력성 있으며, 기능적이고 비용 효율이 높은, 그리고 순응적 물 시스템들의 건설과 운영을 설명해야 한다. 그것들은 기후 변화와 연관되는 것들처럼 변동성과 위험성을 예측하고 관리해야 한다. 그것들은 또한 그 지역사회에서 지원 가능한 가격책정 구조 내에서 효과적인 물 시스템을 운영하고 건설하는데 필요한 재정적 제약들도 또한 다루어야 한다.

 

인상 충격(공공요금 은행 대출 요금 등이 급격히 인상되는 것) 또는 수용 불가능한 서비스 감소들 없이 그리고 폭넓은 지역사회의 지원으로 물 시스템들을 운영할 수 있는 능력은 지속가능한 물 시스템으로부터 나와야 한다. 지속가능성은 공급 체인 및 조달 향상 그리고 조직의 발달뿐만 아니라 수요 측면의 관리와 그리고 보다 효과적인 자원 소비 패턴, 기술 발전, 프로젝트 요소들의 포트폴리오 고려, 보다 효과적인 프로젝트 전달의 조합을 통해서 나올 것이다. 물 공급자들은 투명하고 적극적인 참여 방식으로 고객들, 규제기관들, 정책입안자들, 그리고 이해당사자들과의 효과적인 관계들을 촉진해야 하며, 동시에 복잡한 규제 세계에서 일을 한다. 미래에 대한 헌장(강령)은 효과적인 배관 시스템을 운영하는 것과는 매우 다르다.

 

어떻게 우리는 더 높은 정도의 지속가능성을 성취할 수 있는가?

 

지속가능성은 대규모 물 시스템 운영의 기업운영 측면들과 환경 사이의 거래를 요구는 것이 아니라, 오히려 그것들 사이에 발생해야 하는 시너지 효과를 필요로 한다. 벌어지고 있는 인프라 격차(ASCE, 2009; Urban Land Institute and Ernst & Young, 2009)는 물 시스템과 그리고 다른 기타의 인프라 시스템들은 향후 40년 동안에 1억 명 이상 더 성장할 미국 인구의 욕구는 고사하고 우리의 현재의 욕구들도 충분히 충족시켜주지 못하고 있다는 것을 예증해주고 있다. 미국 환경보호국은 향후 20년 동안에 물과 폐수 인프라에 대한 추가적인 필요성에 7,500억 달러 이상으로 조심스레 확인했으며 이러한 필요성들은 현재의 가격책정 수준에 바탕을 둔 현재의 자금지원 수준들 또는 세입 생산을 훨씬 초과하는 정도이다.

 

보다 지속가능한 접근방식으로 물 공급자들을 유도하기 위한 현재의 이니셔티브들은 그 범위가 전문가들, 산업계 및 특별한 이익 단체들뿐만 아니라 연방정부에 의해 개발된 프로그램들부터 지역의 이니셔티브들에 이르기까지 다양하다. 그러한 프로그램들 각각은 지속가능한 인프라 및 운영들이 무엇을 의미하는지 그리고 그것이 어떻게 성취될 수 있는지에 대한 미래 과정과 기대들을 개별적으로 조사하고 있다. 이러한 도구들과 접근방식들에 대한 최근의 조사는 거의 900개의 개별적인 이니셔티브들을 확인했으며, 그리고 미국토목협회(American Public Works Association)와 미국 엔지니어링 회사 위원회(American Council of Engineering Companies)와 함께 일하고 있는 미국토목공학회(American Society of Civil Engineers)의 파트너십으로 현재 착수되고 있듯이 그러한 이니셔티브들을 최적관리기법(Best Management Practices) 일람에 통합하는 것이 도움이 될 것이다.

 

지속가능성을 성취하기 위한 단계들

 

어떤 효과적인 지속가능성 프로그램의 장기적인 이행을 지원하기 위해서는 최고위자와 이사회 참여로 시작해서 어떤 조직의 전체를 수직적으로 통틀어서 강력하고 적극적으로 참가하는 리더십이 필수적이라는 것이 인정된다. 전체적인 전략적 프로그램은 토대, 계기, 신뢰성, 그리고 수행을 확립하는 환경적으로 민감한 프로젝트들과 프로그램들을 지원해야 한다. 위험성들, 투자에 대한 수익, 그리고 비용 관리를 고려함으로써, 공급자는 소비자들을 위한 가치를 창조할 수 있으며 더 많은 신뢰를 구축할 수 있다. 이러한 초기 단계는 때로는 “옛것들을 새로운 방식으로(old things in new ways)”라고 일컬어져왔으며 생태-효율은 사회적 진술일 뿐만 아니라 고객들과 공급자 조직에게 실질적인 경제적 가치를 가지고 있다는 것을 확인한다. 시스템 전반에 걸친 자동화된 계량, 발생률 제로의 안전 프로그램들, 그리고 에너지 효율성 프로그램들은 모두 그러한 이니셔티브들에 포함될 수 있을 것이다.

 

이러한 성공들이 제도화될 때, 물 공급자도 또한 “옛것들을 새로운 방식으로”를 하는 것을 고려할 수 있다. 이러한 것들은 계획된 간접적인 음용수의 재생 프로그램들, 지역적인 물 공유 및 농업용수 이전 프로그램들 또는 도시 사용에는 부적합하다고 간주되었었던 최저 수질을 처리하기 위해 막 및 생물반응장치의 사용 등을 포함할 수 있다. 보다 계획적인 수준에서, 물 공급자는 그런 다음 전통적으로는 독립적으로 작용해온 지역사회, 규제기관들, 그리고 다른 기타의 단체들과 함께 핵심적인 비즈니스 모델들의 변형과 목적의 통합에 의해 발생하는 잠재적인 가치를 고려할 수 있다. 물 부족, 제한된 재정적 자원, 규모의 경제들, 그리고 환경을 포함한 공익의 지방 분권화된 관리는 물 산업(수도 산업)의 근본적인 재배열을 필요로 한다는 것은 당연하다.

 

지속가능성을 위한 경로 달성하기

 

지속가능성을 성취하기 위한 접근방식들은 연방정부의 이니셔티브들부터 프로젝트 평가들까지 그 범위가 다양하며 다양한 수준들에서 더 나은 환경적 관리에 공헌하고 있다. 이러한 이니셔티브들은 실증적인 그리고 성과 규준들이 개발됨에 따라 결국에는 보다 계획적이고 유익한 프로그램들을 설명할 것이다. 최근 연방의 행정 명령들(E.O. 13423- 연방의 환경적, 에너지, 그리고 운송 관리, 2007년, 1월 25일; 그리고 E.O. 13514 - 환경적, 에너지, 그리고 경제적 실행에서 리더십, 2009년 10월 8일)은 연방 시설들과 운영들의 자원이 차지하는 공간을 관리하고 줄이기 위한 구체적인 목표들을 설정했다. 이러한 행정명령들은 연방기관들이 에너지 효율성을 높이고, 연료 소비를 줄이고, 물을 보존하고, 물 소비를 줄이고, 지속가능한 지역사회들을 지원하며, 그리고 환경적으로 책임 있는 제품들과 기술들을 촉진하기 위해 상품과 서비스 부문에서 연간 5천 달러 이상의 연방 구매에 차입 자본을 이용하도록 하는 목표들을 설명한다. 온실가스 방출량의 감축은 이제 연방차원의 우선사항이며 비용 효율성이 높은 프로젝트들과 프로그램들을 확인하는 지속가능성 계획들의 개발을 통해 성취될 것이다. 연방 프로그램들의 에너지, 물, 그리고 쓰레기 감축 목표들은 다음을 포함한다.

 

● 2020년까지 차량용 연료부문에서 30% 감축

● 2020년까지 물 효율성에서 26% 개선

● 2015년까지 50% 재활용 및 쓰레기 전환

● 모든 적용 가능한 계약들의 95%는 지속가능성 요건들을 충족

● 2030 넷 제로-에너지 빌딩(net zero-energy building)요건의 이행,

● 2007 에너지 독립 및 안보 법(energy Independence and Security Act, 2007)의 홍수관련 조항들 이행

● HUD 및 USEPA에 의해서 개발된 거주성 원칙들(Livability Principles)과 제휴하는 지속가능한 연방 건물 위치들을 위한 지침

 

각각의 연방 기관은 투자에 대한 라이프-사이클 수익에 바탕을 둔 조치들을 확인하고 우선순위를 정하는 통합된 ‘지속가능성 시행 계획(Sustainability Performance Plan)을 개발하고 있다.

이러한 프로그램들과 접근방식들은 지속가능성 투자들을 위한 보다 강력한 비즈니스 사례로 이어질 수많은 주요한 조치들을 설명해 주며 현재의 수많은 시행들을 넘어설 것이다. 그것은 결과 중심의 목표 없이 그리고 요구되는 결과가 성취될 경로 조사 없이 전통적인 설계에 친환경적 특성을 추가한다. 이 프로그램 설명은 더 많은 생태-효율성을 위한 시행 목표들의 설정을 예증한다. 지속가능성 시행 계획들은 그러한 목표들을 성취할 프로그램들과 경로들을 확인해야 하며 최고의 성과가 성취되고 있는 적응들을 포함할 가능성이 많다.

 

요약

 

 

물 공급자들이 직면하고 있는 도전들은 고객의 욕구를 충족시키기 위한 우리의 전통적인 접근방식들에서 근본적인 변화들을 요구할 것이다. 자연 자원, 재정적 한계들, 점점 복잡해지고 있는 규제 기준들과 요건들, 그리고 투명하지만 생산적인 설정에 있어서 의사결정과 관련한 제약들은 서비스들이 제공되는 방식에 영향을 미칠 것이다. 지속가능성 원칙들의 개념들과 적용은 물 공급자들이 불확실하고 위험성이 더 많은 미래에도 신뢰성 있고 안전하며 그리고 효과적인 물 서비스들을 계속해서 제공할 수 있는 도구들과 경로들을 제공할 수 있다.

 

 

2.3 고립된 지역사회를 위한 음용수 공급: 푸에르토리코에 대한 환경적 사법 명령

 

1991년 1월, 아시아에서 출발한 배 한 척이 페루의 항구 Chimbote에 도착했다. 그 배는 수산물 가공 공장의 부두에 정박해 있는 동안에 선박평형수(ballast water/선박의 평형을 잡기 위해 안에 채워지는 물)를 버렸다. 1월 23일, Dr. Jaime Uribe은 지역 병원에서 Daniel이라는 16살 소년을 치료하고 있었다. Daniel은 계속해서 구토를 하고 있었고 심각한 설사 증세를 보였다. Doctor Uribe는 들리는 바에 의하면 그 아시아 선박에서 나온 선박평형수 때문일 수도 있는 이것이, 남쪽으로는 아르헨티나와 북쪽으로는 멕시코에 이르기까지 남미 전역에 영향을 준 콜레라 역병의 첫 번째 사례였다는 것을 상상할 수 없었을 것이다. Daniel은 살아났지만 며칠 내로 페루는 1만 명의 콜레라 감염 사례들과 100명의 사망자들을 기록했다. 1991년 말까지 페루는 297,672건의 콜레라 감염 사례들과 2,892명의 사망자들을 기록했다.

 

1991년과 1995년 사이에, 남미에서는 1백만 명 이상의 사람들이 콜레라와 접촉했으며 대략 11,000명의 사람들이 그것 때문에 사망했다. 왜 그러한 질병사고가 전염병으로 발전했는가? 범 미주 보건 기구(Pan-American Health Organization)의 결정대로 그 이유는 폐수처리장이 소독을 제공하지 않았거나 또는 염소와 같은 소독제들이 매우 적게 적용되었다는 것이었다. 적절한 소독이 이루어지자마자 그 전염병은 통제되었다. 푸에르토리코에는 상하수도 당국(Puerto Rico Aqueduct and Sewer Authority)에 의한 서비스를 받을 수 없는 고립된 지역사회들 때문에 21세기 동안에도 콜레라 발병 또는 다른 수인성 질병의 발병의 위험성이 상당히 높다. 이러한 지역사회들 대부분은 충분한 하수 처리 시설들이 없다.

 

푸에르토리코 전역에서 252개의 지역사회들이 여과과정 및 소독이 매우 부족한 제대로 발달하지 못한 시스템으로부터 식수를 얻고 있다. 게다가 그 시스템들 대부분은 기본적인 파라미터들의 규정 준수를 확인하기 위해 미연방 및 영연방 규정들에 의해 마련된 최소 회수로 모니터링 되지 않고 있다. 푸에르토리코 보건당국으로부터 나온 최근의 통계수치들에 따르면, 고립된 지역사회들 중 95%는 식수 안전 법(Safe Drinking Water Act)을 상당히 위반하고 있다. 미국 환경보호국 조사원들은 많은 지역사회들이 소독을 제공하지 않는다는 것을 알아냈다.

푸에르토리코 인구 중 단지 60%만이 위생적인 하수도 서비스를 받고 있다. 나머지 인구로부터 나오는 하수 오물은 강가 같은 지류로 직접 버려지거나 또는 부적절하게 만들어지고 운영되는 정화조에 의해서 처리된다. 정화조들의 대부분은 강과 냇물들로 이어지는 측관(側管)들을 가지고 있다. 내륙의 냇물들은 매우 제한된 자정능력을 가지고 있기 때문에 상황은 더욱 악화된다. 예를 들어, 푸에르토리코에서 가장 많은 유량을 가지고 있는 강인 ‘Rio Grande de Loiza’강은 베네수엘라의 Orinoco River 또는 미국 내륙의 미시시피 강에 비하면 샛강에 불과하다. 분명히, 과도한 오염부하 때문에 그리고 푸에르토리코의 강들과 냇물들의 제한된 자정능력 때문에, 식수를 만들기 위한 원수의 수질이 매우 빈약하다.

 

이러한 문제들을 다루기 위해서 미국 환경보호국(USEPA), 푸에르토리코 보건당국(PRDOH) 그리고 푸에르토리코의 제약 산업 분야(Pharmaceutical Industry Sector of Puerto Rico)는 1992년에 깨끗한 물을 위한 파트너십(Partnership for Pure Waters)을 체결했다. 이 이니셔티브는 2006년까지 지속되었다. 이 기간 동안에 60만 달러가 하수 처리 시스템의 개선을 위해 투자되었고 기본적인 염소처리가 148개 지역사회들에 제공되었다. 1997년 이후로, 미국 환경보호국(USEPA)은 푸에르토리코 보건당국(PRDOH)에게 ‘Safe Drinking Water Act Revolving Funds’를 제공해오고 있다. 그 보건국은 이러한 몇몇 지역사회들을 PRASA 식수 시스템으로 연결하기 위해 이 기금 중 일부를 사용해오고 있다. 게다가 푸에르토리코 보건당국(PRDOH)은 지역사회 대표들에게 물 처리 시스템을 운영하는 방법을 교육하기 위해서 이러한 기금들 중 일부를 사용했다.

 

푸에르토리코의 ‘Interamerican University’ 대학교는 물 처리 시스템의 운영과 유지에 지역사회 대표들을 교육했으며, 그들에게 운영자 자격증을 준비시켜 주고 있다. 대부분의 지역사회 대표들은 자격증을 획득했다. 게다가 ‘Interamerican University’는 그들에게 식수를 제공해 주는 물 처리 시스템들을 운영하고 유지하기 위한 협동조합을 설립하는데 7개의 지역사회들을 원조했다.

 

미국 환경보호국(USEPA)은 처벌 대신에 ‘Clean Water Act’법의 위반들에 대한 집행 사례들에서 ‘Supplemental Environmental Projects’를 협상했다. 그 기금들은 6개의 지역사회들을 PRASA 시스템에 연결하기 위해 그리고 18개의 지역사회 시스템들에서 기본적인 염소처리를 설치하기 위해서 사용되었다. Mayaguez에 있는 University of Puerto Rico(UPRM)는 학부 학생들이 식수 처리를 포함하여 다양한 측면들에서 지역사회들을 도울 수 있는 프로그램을 수행해 왔다. 게다가 UPRM은 미국 환격보호국이 San German에 있는 Rio Piedras 병동에 설치한 저속모래여과시스템(slow sand filtration system)을 운영해오고 있다. 그 시스템은 위성에 의해 도움을 받는 원격 센서 시스템에 의해 모니터링 될 수 있다.

 

그러나 고립된 지역사회들의 노력은 문제를 해결하기에 충분하지 않다. 연방 정부, 독립과도정부, 지자체들, 학계 그리고 민간 부문의 노력들을 통합할 통일성 있는 프로그램을 개발하고 이행하는 것이 필요하다. 이 도전을 성공적으로 다루기 위해 우리는 매우 강력한 사회적 구성 장치들을 필요로 하는데, 자금과 기술만으로는 충분하지 않기 때문이다.

다음의 권고사항들을 이행하는 것은 섬에 있는 고립된 지역사회들의 보건상태를 매우 향상시킬 수 있을 것이다.

 

1. 안전한 식수와 위생의 필요성에 대해 지역사회들을 교육하기

2. 푸에르토리코 토지 사용 계획(Land Use Plan for Puerto Rico)을 채택하고 이행하기

3. 무허가 주택을 최소화하기 위해 가난한 사람들에게 충분한 주택을 제공하기

4. 기술적으로 그리고 경제적으로 실행 가능한 지역사회들(모든 지역사회들 중 50%)을 PRASA 물 공급 시스템 안에 통합하기

5. 고립된 지역사회들을 위해 ‘Safe Drinking Water Act’ 회전 자금 내에 의무적인 예비 기금 마련하기

6. 지역사회들이 연방 보조금을 받을 수 있도록 지역사회들을 조직하고 통합하기

7. 물 처리 시스템의 운영 및 유지에 대해 지역사회 대표들을 교육하기

8. 물 처리 시스템들과 관련하여 지역사회들을 지속적으로 지원하기 위해 관할구역 순회 시스템 마련하기

9. PRASA에 연결될 수 없는 지역사회들을 위해 적절한 기술(낮은 비용, 쉬운 유지보수) 개발하기

10. 안전한 식수, 하수구 설비 그리고 위생을 위해 사회 마케팅 시행하기

 

푸에르토리코의 모든 주민들이 안전한 식수를 받을 가치가 있다. PRASA로부터 물을 받지 못하는 지역사회들의 주민들도 예외여서는 안 된다. 게다가 푸에르토리코 보건 당국의 예방책은 섬 전체의 인구에 대한 잠재적인 전염병의 원인을 빨리 중점적으로 다루어야 한다고 요구한다. 이것은 지역적인 문제만이 아니다. 미국 동부 해안이 취약할 것이다, 왜냐하면 푸에르토리코와 그리고 뉴욕, 마이애미, 보스턴과 같은 도시들 사이에는 실질적으로 대기상 가깝게 연결되어 있기 때문이다. 합의된 노력의 부재는 결국 푸에르토리코에 있는 이러한 고립된 지역사회들을 21세기의 침보테(앞에서 전술한 페루 지역)로 만들 수도 있다. 수일간에 우리 모두는 그 섬 전역과 그리고 그 이상으로 피할 수 없는 죽음들에 깊이 슬퍼하며 수인성 질병에 노출될 수도 있을 것이다. 

 

2.4 열대성 유역과 산호초 보호를 위한 홍수 BMP 기법의 변형

서론

 

해양 생물이 다양한 인도-태평양의 중심과 가깝기 때문에, 괌과 북 마리아나 제도 연방(Commonwealth of the Northern Marianas Islands)에 있는 산호초 환경은 미국의 관할구역들 중에서 가장 풍요로운 생태계들 중 일부를 가지고 있다. 그러나 산호초 생태계에 미치는 기존의 섬 개발의 부정적인 영향은 이미 명백하게 알려져 있다. 홍수와 건설 활동들로부터 나오는 오염, 노화되고 있는 인프라들의 문제(예, 하수도 범람), 남획, 그리고 지나친 여가활동은 모래톱 침전, 과도한 해조류 성장, 산호 탈색현상(coral bleaching), 그리고 산호 질병에 일조했다. 그 결과는 산호초 생태계의 건강에 상당한 쇠퇴를 초래하였다. 해양야생자원국 괌 지부(Guam Division of Aquatic and Wildlife Resources)에 따르면, 산호초와 연관되는 어류 개체 수가 1987년부터 2002년까지 70% 감소했다.

 

미군기지의 통폐합 (BRAC) 활동들의 일환으로, 괌은 약 4만 명의 군인과 그들의 가족들 그리고 향후 몇 년에 걸쳐서 추가적으로 2만 명의 민간인들을 받을 것으로 예상하고 있으며, 이것은 현재 기존의 인구보다 약 30%가 늘어나는 것이다. 이 재배치의 결과로서, 그 섬은 매우 짧은 기간에 걸쳐서 급속한 발전을 겪을 것이다. 미래에 섬 내륙에서 나오는 오염원들로부터 민감한 산호초 생태계를 더 잘 보호하기 위해서, 미국 유역보전 센터(Center for Watershed Protection)와 ‘Horsley Witten Group’은 열대 기후에서 적절하게 이용 가능한 혁신적이고, 섬과 관련하여 향상된 BMP 관리 방법들을 설계하고 확립하는데 대한 지침을 마련하기 위해 ‘괌 해안관리 프로그램(Guam Coastal Management Program)’, ‘괌 환경 보호국(Guam Environmental Protection Agency)’, 그리고 ‘국립 해양 대기청의 산호 프로그램(National Oceanic and Atmospheric Administration Coral Program)’과 함께 공조했다.

 

섬들은 지역 재료들의 제한된 이용 가능성, 열대성 강우 패턴, 습윤 계절 및 건조한 계절, 그리고 토양의 기초가 되는 석회암과 화산암 때문에 홍수 BMP 설계에는 도전적인 환경이다. 섬의 내륙이 개발되면서 산호초 생태계를 보존하도록 도울 수 있는 BMP 설계 기법들을 증진하는 것이 가장 중요하다. 이것은 해당되는 오염원들(침전물, 영양, 박테리아, 온도)을 중점적으로 다루고 가까운 연안 환경과 그 지류들에서 방출되는 오염물질들의 양과 질을 조절하는 것을 포함한다.

 

원래의 ‘CNMI and Guam Stormwater Design Manual’은 2006년에 ‘Horsley Witten Group’에 의해서 만들어졌다. 그 매뉴얼은 “건설 후의” 빗물 기준들을 충족시키기 위한 표준들과 세목들의 개요을 보여준다. 이러한 기준들은 일단 부지 건설이 완료되면 영구적으로 마련되는 시행들에 대한 자료 축척 요건들을 다룬다. 다양한 기준들이 지하수 함양, 수질 보호, 하류의 바닥 침식 보호, 그리고 홍수 제어에 적용된다. 그 매뉴얼이 만들어진 이후로, BMP들을 그 섬들에 대한 정책 및 시행에 통합하기 위해 다양한 노력들이 이루어졌다.

 

현재의 노력은 몇몇 혁신적인 시행들을 포함하도록 BMP 목록을 확대하는 것과 그리고 그 섬의 환경에 적합하게 설계기법을 변형하는 것을 포함한다. 새로운 BMP들은 다음과 같다. (1)다중-셀 저류지(multi-cell ponding basin), (2)섬 생태저류지(bioretention), (3)투수성 주차장, 그리고 (4)빗물 집수. 새로운 설계 기법들은 BMP 실행 가능성, 시설물의 규격 계산, 설계 과정들, 재료들, 건설 지침, 조경, 유지보수, 그리고 표준 세부사항들에 대한 정보를 포함한다.

현재 그 섬에서 범용되고 있는 설계 BMP 기법들은 주로 물을 침윤시키기 위해 설계된 대규모의 배출구 상시 저류지이다. 빗물이 지하의 식수원으로 급속히 침윤됨에도 불구하고 이러한 기법들 중에서 사전 처리를 염두에 두고 설계된 것들은 거의 없다. 이러한 저류지 중 다수가 섬의 침윤 및 수질 기준을 충족시키지 못할 수도 있다.

 

이 과정의 초기에, 그 프로젝트 팀은 부지 계획과 계획 평가에 적극적인 설계 전문가들, 건축가들, 그리고 기술자들을 포함하는 설계 팀을 도와주었다. 그 팀의 목적은 아이디어들을 찾아서 괌에 사용하기에 가장 적절한 BMP들에 투입하는 것이었다. 그 팀으로부터 나온 피드백은 네 가지 BMP 세부 기법들의 개발을 촉진하기 위해서 사용되었다. 이러한 세부 기법들과 자료 표들이 그 매뉴얼에 통합될 것으로 예상되며, 그 설계 기법들은 그 매뉴얼과 그리고 침식 제어 규정들에 대한 괌이 제안한 개정안들에 있는 건설 후 빗물 기준들을 지원할 것이다.

기타 다른 열대성의 BMP들과 더불어 이러한 설계 세부 기법들이 카리브 해와 비슷한 다른 열대성 지역들에 적합하게 변형되어 시행할 수 있다. 지역의 자재들과 강우 패턴들을 설명하기 위해서는 변형이 필요할 것이다. 아래에 있는 각각의 섹션은 전형적인 세부 설계 기법의 사례들과 더불어 그 시행 방법, 그리고 섬에 적합하게 변형된 사항들을 간략하게 설명한다.

 

PRACTICE NO. 1: 다중-셀 저류지(MULTI-CELL PONDING BASINS)

 

이 설계기법은 매뉴얼 상의 수질 요건들을 충족시키기 위해서 CNMI 및 괌의 석회암 지역들에서 가장 흔하게 이용되는 홍수 대책 상황에 맞게 변경한다(그림 1의 ‘저류지’ 참조). 변형 방법들은 요구되는 모든 시설물 규격 기준들을 관리하기 위해 다중-셀들을 짜 넣는 것을 포함한다. 석회암에 만들어진 저류지는 일반적으로는 (막힘이 발생할 때까지)함양을 제공하고 대규모의 폭우에 대해 지표 유출수량을 조절하지만, 반면에 수질 처리를 할 수 없으며, 매뉴얼의 요건들 하에서는 독립 시스템으로 인정되지 않는다. 그러나 이 시스템에 사전 처리와 필터를 추가함으로써 모든 요건들이 충족될 수 있다.

그림 1. 취수지를 가진 괌의 실제 저류지 사례

 

 

이 시스템은 모든 홍수 관리 목표들을 충족시키기 위해 침윤뿐만 아니라 생태저류지의 개념들을 조합한다(그림 2의 표준상세도 참조). 다중 셀들이 다른 개발 현장들에 맞게 다양한 기하학적 모양으로 설계될 수 있기 때문에 다중-셀 저류지들은 매우 다방면으로 용도가 넓다. 배수 지역이 최대 약 10 에이커로 제한되는 한, 이 시스템은 일반적으로 대부분의 내륙 사용에 적합하다.

 

그림 2. 다중셀 저류지의 평면도 및 단면도

 

PRACTICE NO. 2: 섬 생태저류지(ISLAND BIORETENTION)

 

생태저류지는 미국 대서양 중부 본토에서 개발되었으며 원래는 숲 생태계의 오염원 제거 메커니즘을 재현하기 위해서 설계되었다. 그 때 이후로, 이 개념은 다른 지역들과 기후들에 적합하게 변경되었다. 이 설계 기법은 상지저류녹지의 개념을 CNMI와
 괌의 열대성 섬 환경에 적절하게 변경한다. 변형 방법들은 이용할 수 없고 수입하기에는 비싼 여과상 재료들에 대해서 현지 재료들로 대체하는 것, 습윤 및 건조한 기후를 반영하기 위해 설계 기법을 변경하는 것, 그리고 지역적으로 이용 가능한 식물 재료들을 사용하도록 명시하는 것을 포함한다(그림 3 참조).

 

그림3. 고마의 산호석 필터 사례

 

“섬 생태저류지”에 대한 기본적인 설계 변경 기법들이 있다. (1)침투 설계 : 토양 시험 결과 적절한 침투율, 비교적 낮은 지하수면, 지하수 오염의 낮은 위험성이 나오는 지역들에 대해서는 암거배수가 없는 설계 기법이다. 그림 4는 그러한 표준 세부사항들의 사례를 제공한다, 그리고 (2)여과 설계 : 해당 지역의 토양이 쉽게 스며들지 않는 지역들(시간당 0.5인치 이하)에는 암거배수가 있는 설계 기법. 이러한 설계 방법들은 특히 건기 동안에는 암거 파이프 밑에 오수를 모으는 돌 웅덩이를 제공함으로서 여전히 어느 정도의 침투 수준을 구체화한다.

 

그림4. 섬 생태저류지 침투 구조물의 평면, 단면 설계도 사례

 

 

PRACTICE NO. 3: 투수성 주차장과 보도(PERMEABLE PARKING AND WALKWAYS)

 

투수성 주차장과 보도들은 전통적으로 포장된 도로의 대안들이며 홍수 유출수가 포장 표면에 있는 공극들을 통해 하부 지반층으로 침투되도록 해준다, 반면에 그것은 일시적으로 저장되거나 스며든다(그림 5). 모든 투수성 포장들은 유사한 구조를 가지고 있으며, 표면 포장 층, 기반 층, 하부 지반층, 여과 층 그리고 맨 밑에 설치된 토목 섬유로 구성된다. 비록 침투 가능한 다양한 포장 재료들이 이용 가능하지만, 이 설계 기법은 투수성 교합 콘크리트 포장재들(permeable interlocking concrete pavers (PICP))과 콘크리트 그리드 포장재들(concrete grid pavers (CGP))의 사용에 초점을 맞추며, CNMI와 괌에서 흔히 볼 수 있다(그림 6 참조).

 

그림 5. CNMI의 투수성 주차장 사례

 

그림6. PICP 투수 구조물 설계 횡단면도

 

 

 하부 지반층의 두께는 구조적이며 수문학적인 설계 해석을 통해 결정된다. 이 층은 빗물을 잡아두는 역할을 하며 또한 포장에 대한 설계 교통하중(traffic loads)을 지탱한다. 섬 생태저류지와 마찬가지로 투수성 주차장과 보도들에도 두 가지 기본적인 변경 방법들이 있다 - 침투 설계와 여과 설계. 발생되는 홍수량을 줄이고 지하수 함양을 촉진하기 위해 이러한 유형의 시스템이 CNMI, 괌 그리고 다른 기타의 열대성 지역들에 권고된다. 이러한 설계 기법들의 시행은 또한 홍수가 토양/배합토 혼합 층을 통과하여 여과되기 때문에 어느 정도의 수질 측면의 이점도 제공해준다.

 

PRACTICE NO. 4: 빗물 집수(RAINWATER HARVESTING)

 

빗물 집수 시스템은 장래에 사용하기 위해서 빗물을 가로막고, 전용하여 저장한다(그림 7 참조). 지붕으로 떨어지는 빗물은 집수되어 음용 불가능한 물의 재사용을 위해 그리고 해당 지역의 빗물 침투에 사용될 수 있는 지상 또는 지하의 저장 탱크로 보내진다. 빗물의 비음용 용도들은 지역 당국에 의해 승인된다면 건물 안에 있는 대소변기의 세척, 조경 관개, 실외 세척(자동차 세차, 건물 정면, 보도, 도로 청소, 소방차, 등등), 스프링클러 시스템, 냉수 냉각탑에 공급, 먼지 제어, 인공폭포와 분수를 다시 채우고 운영, 세탁 등을 포함할 수 있다. 규제 당국에 의해 적절하게 승인될 때 특별 조치들이 취해진다면 수영장을 다시 채우는 것도 기준에 맞출 수도 있다.

 

그림 7. 괌의 빗물집수시설 사례

 

특정한 경우에 있어서 만약 규제 당국에 의해 적절하게 승인된다면 집수된 빗물은 소규모의 음용 가능한 물 공급에 사용될 수도 있다. 물을 음용 가능한 기준들에 맞게 처리하는 적절한 처리 시스템들이 빗물 시스템 구성요소에 추가될 필요가 있을 것이다. 많은 열대 지역들은 빗물 집수의 역사적 그리고 문화적 전통들을 가지고 있다. 그러므로 현재 세부 설계 방법은 그 관습을 부활시키고 그것을 빗물 관리에 맞게 특별히 변형하기 위한 시도이다. 이러한 유형의 시스템은 CNMI, 괌, 그리고 다른 열대성 환경들에 추천되며, 그 목적은 (1)발생되는 빗물의 양을 줄이기 위해 그리고 (2)음용 가능한 물 공급에 대한 부담을 경감시키기 위해서이다. 이것은 부분적으로는 괌 북부의 대수층 지역에 적절하며, 그곳에서는 수자원에 대한 증가된 수요를 고려할 때 지하수 함양과 빗물을 감소시키는 것이 중요한 목표들이다. 빗물 집수(그림 8 참조)는 우기 동안에는 탱크를 배수하도록 돕기 위해 ‘soakaway’ 밸브를 추가함으로써, 또는 그 빗물의 실내 및 실외 용도들을 조정함으로써 습윤 계절과 건기 계절 상황에 맞게 변형될 수도 있다.

 

그림 8. 섬 빗물집수시스템 일반설치도

 

 

 결론

열대지역의 섬들은 지역 재료들의 제한된 이용 가능성, 열대성 강우 패턴들, 우기 및 건기 시즌들, 그리고 토양의 근간을 이루는 석회암 및 화산암 때문에 홍수의 최적 관리 기법들(BMP) 설계에 도전적인 환경이다. 섬이 개발됨에 따라 산호초 생태계를 보호하는데 도움이 될 수 있는 BMP 설계 방법들을 촉진하는 것이 무엇보다 중요하다. 이것은 중요한 오염원들(침전물, 영양, 박테리아)을 중점적으로 관리하고 연안 환경과 그 지류들에 방출되는 오염원들의 특징과 양을 제어하는 것을 포함한다. 열대의 관할구역들은 해당 지역의 상황과 적용들에 맞게 빗물의 최적 관리기법 설계 방법들을 계속해서 탐구하고 변경해야 한다. 이 기사에서 제시된 네 가지 시행 방법들이 좋은 시작점이 될 수도 있을 것이며 기타 “열대성 기후에 적합한” 최적관리기법(BMP) 변형 방법들이 또한 권고된다.

 

 

2.5 토양 침식을 토사 퇴적과 연계하기 위한 개념적 기본 틀 개발

: 카리브 해의 연안 생태계 패턴들

 

서론

 

산림 벌채, 농업, 도시화, 그리고 강 유역들에서의 채광과 같은 인간의 활동이 내륙의 수질과 물 공급에 영향을 미칠 뿐만 아니라 연안의 생태계 건강에도 영향을 미칠 수도 있다는 것은 점점 더 명백해지고 있다. 카리브 해에서, 토양 침식 결과 촉진된 퇴적작용은 냇물, 저수지들, 그리고 해양 생태계들에 영향을 미친다. 큰 강어귀에서 토양 침식과 퇴적작용의 원인들은 이러한 현상들을 원인(토양 침식)과 결과(퇴적작용)의 관계로 평가하기보다는 종종 별개로 따로따로 다루어진다. 어떤 시스템에서 각각의 구획들(육지와 연안)이 어떻게 작용하는지에 대한 철저한 이해를 구할 필요성이 있지만, 반면 우리는 이러한 환경적 이슈들이 총체적으로 다루어질 수 있는 포괄적인 계획과 모형들을 개발하기 위해서 여러 전문분야들을 통합하는 쪽으로 나아갈 필요가 있다. 이 기사는 육지 및 연안 관리자들, 계획자들, 그리고 의사결정자들에게 본보기의 역할을 할 수 있는 카리브 해의 내륙/강어귀 상호작용들을 설명하는 개념적 기본 틀을 제시한다.

 

토양 침식과 퇴적작용의 문제

 

침식은 자연스러운 지질 작용이다. 그러나 산림파괴, 농업, 광업, 그리고 기타 다른 유형의 개간과 같은 인간 활동들은 그 자연 작용을 가속화시켜왔다. 가속화된 토양 침식은 전 세계적으로 주요한 환경 문제들 중의 하나였으며 지금도 그러하다. 두 가지 주요한 유형의 토양 침식은 물과 바람에 의한 침식이지만, 물에 의한 침식이 오래 동안에 의사결정자들 뿐만 아니라 토지 관리자들 및 계획자들이 주된 초점으로 여겨왔다. 그러나 토양 침식 장소와 멀리 떨어진 지역의 영향 요인들이 더 이상 무시될 수는 없다. 토양 침식 장소와 멀리 떨어진 부지 밖의 영향 요인들로는 증가된 혼탁도, 토양 입자들에 흡수된 영양물질과 오염물질의 운반, 그리고 퇴적작용을 포함한다. 토양침식과 마찬가지로, 퇴적작용은 해안선들의 침하를 막고 해안선을 따라 맹그로브 숲이 증식할 수 있도록 해주는 자연 작용이다. 반면에 연안으로의 증가된 퇴적물 운반은 주요한 생산성을 감소시킬 수도 있으며, 영양물질들과 독성 물질들을 이입시킬 수도 있다. 유역과 연안의 생태계 건강 모두에 미치는 영향 이외에도, 토양 침식과 퇴적 작용의 경제적 비용은 엄청날 수도 있다.

 

카리브 해의 전망

 

대 앤틸리스 제도(the Greater Antilles)의 섬들은 일반적으로 산지가 많은 산악지형이다. 소 앤틸리스 제도(the Lesser Antilles)의 섬들은 일반적으로는 표고가 낮은 연안 섬들이거나 또는 산악 지형의 화산섬들이다. 카리브 해의 날씨는 미기후(특정 좁은 지역의 기후)에 영향을 미치는 기복 양상이 있어 비록 섬들마다 강수량은 다양하지만 북동 무역풍에 매우 많은 영향을 받는다. 카리브 해에 있는 유역들은 생태계 종의 다양성이 중요한 활기 넘치는 곳들이라고 간주되지만, 인구성장과 그리고 천연자원의 경제적 개발 때문에 주요한 환경적 변화들을 겪을 수도 있다. 세계의 다른 개발도상국들과 마찬가지로 경제 개발이 카리브 해의 사람들에게 주요 우선사항이라는 것을 기억하는 것이 중요하다. 자연 식생지역들은 숲이 개간되고 있고 농업, 산업, 광업, 도시화 그리고 다양한 용도로 사용된다. 조망과 경관에 대한 이러한 변화들은 토지 피복의 시각적인 변화들을 넘어서 확장된다, 그리고 생물의 다양성, 토질, 그리고 수문 순환에 부정적인 영향을 미칠 수 있으며, 지역의 수문학적 시스템에 영향을 주고 수질과 물 공급에 영향을 미칠 수 있다. 현재로서, 토양 침식과 같이 지속적이지만 관리 불가능한 환경적 이슈들을 다룰 때에는 토지 피복된 지표수의 시각적인 변화들을 보는 것만으로는 충분하지 않다.

 

카리브 해의 연안

 

“연안”은 해안선으로부터 100km 이내의 지역으로 정의된다. 섬들이 연안 지역들을 가지고 있는지 또는 섬 전체가 연안 시스템으로 간주되어야 하는지에 대해 지속적이 논쟁이 있다. 이 논쟁은 매우 중요한데, 왜냐하면 그것은 경관과 연안 사이의 연결성 수준을 규정할 것이기 때문이다. 섬들이 연안 지역을 가지고 있다고 주장하는 것은 고지대 지역들과 해안 지역 사이에 뚜렷한 구분이 있다는 것을 암시한다. 반면에 섬 전체가 하나의 연안 시스템이라고 주장하는 것은 육지와 바다 사이의 상호 연결성을 인정하는 것이다. 조사와 관리를 함에 있어 암시하는 내용은 만약 우리가 내륙에서 토양 침식과 강어귀의 시스템에서 퇴적작용 비율들과 같은 환경적 문제들을 다룰 때 육지와 연안을 별개의 “거의 관련이 없는” 실체들로 간주한다면 우리는 그 둘 사이의 연결성을 인식하지 못할 수도 있다는 것을 인정하는 것이다. 다른 한편으로는, 만약 섬 선체가 하나의 연안 시스템으로 취급된다면 우리는 토양 침식과 그리고 강어귀 시스템들에서의 퇴적작용 비율과 같은 복잡한 환경적 이슈들을 다루기 위해 지식을 통합할 필요가 있다.

연안 자원들의 관리는 계속해서 변화하고 있는 세계에서 지속적이고 역동적이야 한다. 연안통합관리(Integrated Coastal Zone Management(ICZM))는 연안의 저하와 연안 자원의 관리를 다루기 위해서 개발된 개념이다. ICZM는 “통합 시 연안 구역을 정의하는 역동적인 연안 시스템들 내에서 그리고 그것들 사이에 물리적, 사회경제적, 그리고 정치적 상호 연결성에 바탕을 둔 방식으로 연안 자원들과 환경들에 대한 통합된 계획 및 관리”라고 정의된다. 연안 구역은, 앞 절에서 해안선으로부터 100km라고 정의되어 있고, 이 정의에서도 포함된, 내륙 활동들의 영향에 대한 어떠한 평가도 “연안 구역”으로 한정될 것이며 그리고 수문학적 경로들을 통해서 연안 구역과 연결되어 있는 육지 활동들의 영향을 다루지 못할 것이다. 카리브 해에 있는 군소 도서국가들( Small Island Developing States (SIDS))에 대해서 생각해 볼 때, 연안통합관리(ICZM)는 섬 전체를 포함해야 하는 것처럼 보인다. 수문학 분야에 흔한 속담 하나가 있다. “상류에서 일어나는 모든 것은 하류에서도 목격될 것이다.” 이것은 지류들이 유입물들을 연안으로 운반하는 경우에는 유역 전체를 고려하는 것이 중요하다는 의미이다.

 

연결하기

 

내륙과 바다 사이의 연결은 주로 담수 경로들을 통해서이다. 내륙과 강어귀 사이의 상호 연결성을 더 잘 이해하기 위해서는, 결정적인 침전물의 원천이 되는 지역들, 운송 경로들 그리고 유역 퇴적물들의 침전에 대해 개념화하는 것이 매우 중요하다. 이것은 쉬운 일이 아닌데, 각각의 유역은 자체의 토양, 지형 상태, 식생, 강우 그리고 수문 순환의 작용이기 때문이며, 이것들 자체로 매우 복잡한 방식들로 상호 작용한다. 그리고 이것은 시간과 공간에 있어서 매우 변화무쌍한 독특한 침식 특성을 만들어 낸다.

 

“개념적 기본 틀”

 

우리는 토양 침식과 침전 현상을 지배하는 폭넓은 생각들과 원리들을 설명하고 평가하기 위한 개념적 기본 틀을 제안한다. 이 개념적 기본 틀은 유역에서의 여러 작용들과 그리고 연안의 생태계에서 침전물 퇴적 패턴들뿐만 아니라 토양 침식에 미치는 영향을 더 잘 이해하기 위한 도구로서 사용되어야 한다. 이 도구는 대규모 유역 관리 상황에 상당히 공헌할 수 있다. 예를 들어, 만약 유역의 여러 작용들에 대해 많이 이해하게 된다면, 우리는 토양 침식이 어떻게 발생하게 되는지에 대해서 아는 것뿐만 아니라 또한 물이 어떻게 이동하는지 그리고 육지에서 그것이 어디에 저장되는지에 대한 귀중한 통찰력을 얻을 수도 있다. 연안 생태계에서의 침전물 퇴적 패턴들을 평가하는 것으로부터 얻어진 정보는 우리가 유역으로부터 발생하는 물질의 잠재적인 침전들을 확인할 수 있도록 가능하게 해줄 것이다. 전체적으로, (1)카리브 해의 열대성 생태계에 대한 연구와 지식의 격차들을 확인하기 위해, (2)지역 내 유역의 물수지를 계산하기 위해, 그리고 (3)퇴적물의 원인 지역들과 소규모 거주지들을 확인함으로써‘퇴적물 수지’를 계산하기 위해 정보를 개발하고 조직하기 위해 사용될 여러 전문분야에 걸친 기본 틀을 구성할 수 있다.

 

위에서 열거한 이점들 이외에도, 개념적 기본 틀은 토양 침식 및 퇴적작용과 같은 환경적 이슈들을 다루기 위해 상호 협동의 중요성을 설명하는데 도움이 될 수도 있다.

 

강은 유역의 특징들과 어귀의 퇴적작용 사이의 연결이다. 강들은 유역 내 고지대의 물질이 이동되고 어귀와 같은 하류의 연안 생태계에서 퇴적될 수 있는 주요한 도랑이다. 폭풍이나 홍수가 발생하는 동안, 강들은 유역들과 소하천의 퇴적 지역들로부터 막대한 양의 침전물을 운반할 잠재력을 가지고 있으며, 운반할 수 없다면 침전물은 어귀 쪽의 강바닥에 저장될 수도 있다. 토양 침식을 퇴적작용과 연관시킬 때 배출 비율을 측정하고 어귀에서의 퇴적물 운반을 예측하는 것은 무시되어서는 안 될 노력의 중요한 일부이다. 배출 비율을 측정하고 침전물 운반을 예측하는 것은 주된 한계성이 있는 것으로 보이는데, 왜냐하면 카리브 해 지역에는 미 측정된 수많은 강들이 있으므로 조사와 지식 사이에 차이가 나타난다.

 

지리 정보 시스템(GIS), 원격 탐사, 그리고 침식 과정에 바탕을 둔 모형들의 개발과 같은 특정 지역과 관련된 기술들의 향상은 통합 과정을 촉진하는데 도움이 될 수 있다. 그러나 내륙 및 연안 관리자들, 수문학자들, 그리고 해양학자들은 협동이 필요한 문제 해결을 통해 우리의 지식을 통합하는 도전에 계속해서 직면한다.

 

2.6 파나마 운하 유역의 실험: AGUA SALUD 프로젝트

 

‘AGUA SALUD PROJECT’는 열대우림에 의해 제공되는 생태계 서비스들에 세계 산업분야에서 관심을 집중시킬 수 있는 파나마 운하의 중심적 역할을 활용한다. 그 운하는 세계에서 가장 거대한 토목 설계 프로젝트들 중의 하나였다. 거의 10년 동안의 건걸 기간 이후인 1914년에 완공되어, 80㎞ 길이에 달하는 운하는 대서양과 태평양 사이의 항해를 대대적으로 줄여주었다. 파나마 운하를 통과할 수 있는 최대수치의 선박인 Panamax는 운하 통과로 운반될 수 있는 화물의 양을 최대화하기 위해서 만들어졌다. 오늘날의 용어로, 파나마 운하는 “녹색” 운영인데 주로 물에 의해서 동력을 얻는다(표 1. 참조). 운하 양쪽 끝에 27m 높이로 올라갈 수 있는 세 쌍의 수문들은 중력을 이용한다. 대양에서 대양으로 옮겨지는 화물의 1톤에 약 13톤의 물이 이용된다. Gatun 호수가 그 운하를 횡단하여 상당 수의 수로를 형성하고 있다. 여분의 물이 있을 때마다 Gatun 댐에서 수력전기가 발전되며, 그리고 Madden 댐(1936년 완공)에서는 물이 Lake Alhajuela에서 Lake Gatun으로 옮겨질 때 수력발전이 이루어진다. 운하의 유역은 양쪽 끝에 있는 Panama City와 Colon City에게 그리고 그 사이에 있는 수많은 마을들에게 식수원이기도 하다.

 

표 1. 파나마 운하의 평균 물수지

 

파나마 운하 관리청(Panama Canal Authority(ACP))이 운하에 있는 모든 물을 관리하며, 공급 시 계절적 변동에 중점을 두고 있다. 4개월 동안의 건기 동안(1월부터 4월) 물의 공급을 가능하게 하기 위해서는 8개월 동안의 우기 동안(5월부터 12월) 충분한 물이 저장되어야 한다. 불행히도 1년 중 가장 집중적인 폭우는 건기의 마지막에 온다. 따라서 호수들은 가능한 한 빨리 완전하게 물을 채울 수 없는데, 우기후반의 홍수를 대비해 어느 정도의 저장 용량이 유지되어야 하기 때문이다. 호수 최상단까지 채우는 것은 기상 예측을 통해 허용하는 우기 마지막에 이루어진다. 비가 충분히 내리지 않는 년도에는 또 다른 문제를 안겨주는데, Lake Gatun의 부족한 물 문제이며, 그것은 선박의 흘수(吃水)제한 그리고 화물 횡단량의 감소를 유발한다. Lake Alhajuela에서 충분한 물이 없으면 식수 공급에도 문제를 유발할 수 있다. 비가 충분히 내리지 않는 해에는 물을 보존하기 위해서, 화석 연료 또는 국가 전력망으로부터 전기가 수력발전을 대신한다.

 

파나마 운하 관리청은 현재 파나마 운하를 통과할 수 있는 최대보다 더 큰 배들을 운영하기 위해 세 번째 수문을 건설하고 있다. 이러한 수문들도 또한 중력으로 작동될 것이지만 물을 보존할 수 있는 유사한 도크를 가지고 있어서 한 번 수문의 개폐에 소비되는 물을 갑실 용량의 절반까지 감소시켜 준다. 그 아이디어는 1:13 또는 그 이상으로 물 사용의 효율성을 증가시키는 것이며 이용 가능한 더 많은 물이 운송에 이용될 수 있도록 가능하게 해준다. 파나마 운하 유역의 절반 정도의 숲이 개간되었으며, 운하 유역에서의 공식적인 법안 (Law 21)은 생태계 서비스들을 다시 회복시키는 것을 예상하고 다시 식림하는 것이다. 토양을 피복하는 공정은 긍정적 부정적인 요인 두가지 모두에 영향을 줄 수 있거나 또는 계량할 수 없을 수도 있다. 긍정적인 영향들은 “생태계 서비스”라고 일컬어지며, 탄소 저장, 수량과 수질, 생태계 다양성, 환경 복원력, 그리고 아직 밝혀지지 않은 신약 개발 등이 포함된다. 물 낭비, 토양 침식, 산사태, 산불, 그리고 멸종들과 같이 몇몇 영향들은 긍정적이지 않다. 유역의 일부를 다시 식림하는 것은 야생 사탕수수의 침입에 의해 특히 어려워진다.

 

대부분의 지구 식물의 광합성을 통한 탄소 발생은 생리학적 메커니즘들을 통해 물 소비와 직접적으로 연결된다(균형). 숲은 토지의 다른 피복들보다 더 많은 물을 필요로 하며, 숲이 다른 유형의 식생을 대체할 때에는 지표 유출수가 일반적으로는 연간 150-600mm 감소된다. 이것은 물 사용자들의 관점에서는 엄청난 양이며, 다시 식림을 겪고 있는 일부 지역들에 있는 강들을 완전히 말려버릴 만큼 충분한 양이다. 파나마 운하 유역에서, 건기 동안에 호수 물의 사용은 우기 동안 침투된 물로부터 나오는 지하수 흐름에 의해 보충된다. 그리고 사실 그 운하는 숲이냐? 물이냐? 하는 논쟁에 중심이 되어 왔다. 세계은행에 의해 위촉된 보고서들은 다시 식림하는 것은 운하에 손해가 될 것이라고 주장한다. 이 논쟁은 이코노미스트지[2005- 04-21] 그리고 뉴욕타임스 신문[2005-05-25]의 기사들에 의해서 대서특필되었다.

 

AGUA SALUD PROJECT

 

Agua Salud Project(프로젝트)(그림 1)는 운하 중심부의 경관에 초점을 맞추고 있으며, 그 곳에서는 생태계 서비스들, 경제적 소요 비용의 수많은 근본적인 측면들이 경관 규모의 연구들을 이용하여 엄격하게 정량화될 수 있다 - 수문 순환 과정들, 탄소 순환, 생태계 다양성, 지역 경제, 생태관광, 그리고 글로벌 무역 및 투자에 미치는 영향. 그 지역은 보호된 잘 발달된 숲들과 그리고 파나마 국부 지역에 전형적인 다양한 토지 이용들을 모두 포함하고 있다. 이 프로젝트는 비슷한 특성의 산림 관리, 수문학-생물지구화학, 과거, 현재, 미래의 조건들에 적합하도록 엄격하게 모형화 될 수 있고, 사용 가능한 데이터를 이용하여 그 운하 유역 전체에 포함시킬 수 있는 과정들을 충분히 자세하게 설명하려고 추구하는 생태계-서비스 경제 이니셔티브들을 포함한다. 이러한 접근방식이 임의 시스템의 새로운 상황들에 대한 예측을 할 수 있을 것이며, 운하 유역 전체에 적용되어야 한다고 기대한다. 동시에, 우리는 파나마 운하 유역, 파나마 국가, 그리고 세계적으로 생태계와 경제에 미치는 예측들의 영향에 대해서 질문한다. 한 가지 중요한 초점은 나무들을 키우는 것과 그리고 그 나무들에 의한 물 소비 사이의 균형에 있다.

 

이 프로젝트는 현재 HSBC 기후변화 공동협력프로그램(HSBC Climate Partnership)에 의해 자금이 지원되고 있으며 파나나 운하 관리청과 밀접하게 협력하여 ‘스미소니언 열대림 연구소(Smithsonian Tropical Research Institute(STRI))에 의해 운영되고 있다, 그것은 재식림의 상당 부분과 그리고 일부 기상 연구, 그리고 파나마 환경청(Panama Environmental Authority (ANAM))에 자금을 지원해 왔다. 현재 핵심 공동 연구자들은 미국지질조사국(U.S. Geological Survey (USGS)), 포츠담 대학교 지리-생태 연구소(Institute of Geoecology University of Potsdam), 그리고 와이오밍 대학교 토목-건축학과이다.

 

우리는 이 프로젝트의 처리 효과들과 그리고 몇 년마다, 그리고 장기적인 기후 변동성의 영향을 구별하는데 도움이 되는 네 가지 유형의 재식림 공정들과 세 가지 유형의 조절 방법들을 포함하는 저수지 규모의 실험들을 수행하고 있다. 우리는 다음과 같은 질문들을 한다, (1)경관의 조정과 그리고 탄소 저장, 수질 및 수량, 건기의 물 공급, 그리고 생태계 다양성과 같은 관리 접근방식들이 어떻게 생태계 서비스들과 비용에 영향을 미치는가? (2)재식림 기간 동안에 생태계 서비스들 및 경제적 비용과 더불어 숲 만들기를 최적화하기 위한 관리 기법들이 설계될 수 있는가? (3)다른 식림 처리들과 경관 관리 접근방식들이 건기의 물 흐름을 유지하는데 매우 중요하다고 간주되고 그러므로 건기 동안에 운하의 완전한 작동을 보증하는 지하수 저장에 영향을 미치는가? (4)이러한 경관에서 불이란 도구의 생물학적, 수문학적 그리고 생물지구화학적 역할들은 무엇인가? 불은 야생 사탕수수의 지배를 확고히 하는 지역 농업 종사자의 경관 도구를 위해 중요한 구성요소이기도 하다. (5)우리가 전통적인 관리를 넘어서 요구되는 생태계 서비스들을 촉진할 수 있는 처리 접근방식을 확인할 수 있는가? 추가적인 연구에서는 이러한 숲들의 생태계 다양성, 사회적 그리고 경제적 가치들을 중점적으로 다룰 것이다.

파나마 운하 유역 규모에서, 우리는 다음과 같은 질문을 한다. (6)서로 다른 주요 토지 피복들, 수면 피복들, 그리고 유역 전체의 토지 사용들에 대해서 물과 탄소가 어떻게 처리되는가? 그리고 운하 전체의 규모에서 운영상의 생태계 서비스들과 소요 비용들은 무엇이며, 이것들은 그 운하 유역 내의 인구, 운하의 지역적인, 또한 글로벌적인 운영, 그리고 파나마의 지역적 그리고 국가적 경제와 어떻게 관련되는가?

 

그림 9. 파나마운하 유역도

 

비록 파나마 운하 유역은 고작 3,313㎢에 불과하지만, 우리는 그 지역 전체에 걸쳐서 모든 토지 피복을 자세하게 조사할 수는 없다. 미국은 오늘날 ACP와 STRI에 의해서 운영되는 돋보이는 수문학적 기반시설을 세웠다. 비할 데 없는 최고 품질의 조사와 수문학적 데이터는 미국이 강우량과 하천 유량을 측정하기 시작했던 1905년으로 거슬러 올라간다. 1934년에, 현재의 운하 유역 상류의 상당수 하천 관측이 완료되었다. 나머지 하천 관측 네트워크는 1947년 완료되었으며 강우 측정 네트워크가 1965년에 18개 지역에 추가되었다. 지금은 운하 유역 전체는 30개의 하천 관측소, 10개의 호수 관측소, 70개 이상의 강우 관측소, 20개의 완전한 기상 관측소들, 그리고 기상 레이더와 함께 하루에 두 번 기상관측 기구를 포함한 수문학적 모니터링 관측소들로 구성된 chacha한 네트워크에 포함되어 있다. 고품질의 지형조사 데이터가 다양한 출처들로부터 활용할 수 있다. 최소 식별거리 30m에서 운하 유역 내 토지 피복에 대한 정기적인 평가가, 거의 1년에 한 번, 파나마운하 관리청에 의해서 만들어지고 있다.

 

파나마 운하 유역의 식물 및 동물의 생태계 다양성은 STRI을 포함하여 다양한 환경 조직들에 의해서 특징이 밝혀져 왔다. 미국 국제개발부(AID)가 산림벌채 및 도시화의 영향을 모니터링 하는 것에 초점을 두고 파나마 정부 운하 유역에서 환경 모니터링 프로그램인 ‘Canal Basin Monitoring Project (PMCC)’를 설치하도록 돕기 위해 1996년 STRI에 자금을 지원했다. 이러한 데이터가 파나마 운하 유역 규모 내 우리 연구의 모든 분야들의 근간을 이룬다.

 

두 가지 유형의 현장-대-지역 스케일링이 이행될 것이다. 하나는 수문학적 네트워크를 통해서 이루어질 것이며, 조그만 저수지 규모 연구들부터 시작해 데이터가 풍부한 소유역들 그리고 운하 전체 대유역 까지 이를 것이다. 나머지 다른 하나는 토양과 식생에 대한 소규모의 토질 예비 조사부터 파나마 전역을 횡단하는 규모로 이용 가능한 조사 및 원격 탐사를 이용할 것이다. 업-스케일링(up-scaling)은 실질적인 방식으로 영향을 주지 않고 구분되어 연결되는 ‘물리학 기반의’ 수문학적 모형들을 필요로 한다. 각 섹터들은 현장 관측과 실험을 통한 세심한 특징화에 바탕을 둔 물리학적 특성, 생물학적 특성, 그리고 화학적 특성을 엄격하게 나타내려고 노력한다.

 

연구 설정, ‘AGUA SALUD’프로젝트

 

우리의 수문 실험들은 8-400 헥타르 규모에 달하는 전체 저수지들에 대한 것이고, 기타 토지 이용을 위한 물 및 탄소 목록들과 교환들을 완벽하게 가능하게 할 것이다. 저수지들의 실험은 세 가지 처리 공정으로 구성된다, 토착 종 식림, 토착종 2차 성장, 그리고 티크(teak)나무 식림. 또한 세 가지 유형의 실험대조 저수지들을 유지할 것이며, 잘 발달된 숲, 목초지, 그리고 침투성 풀. 대조 그룹들은 숲의 성장 영향들과 경년-기후 변동성 사이를 구별하는 역할을 한다. 실험의 장기적인 활용 가능성을 보증하고 처리 공정들을 반복할 수 있도록 약 650 헥타르 규모의 황폐화된 땅을 구입하였다. 프로젝트 전역에서 채취된 400개 이상의 토양 샘플들은 특징(95% 이상이 진흙으로 분류된다)과 색깔에 있어서 거의 차이를 보이지 않는다.

Agua Salud 조사 지역은 첨두홍수량이 산림이 벌채된 경관에 비하여 식림된 지역에서 감소되었는지 알아보기 위한 목적으로 1980년대 초 파나마운하위원회(Panama Canal Commission (PCC))의 기상 및 수문 부서에 의해서 마련되었다. 제방 3개가 설치되었고 데이터가 수집되었지만, 자금 지원은 1983년에 끝났다. 그 연구는 1997년부터 1999년까지 PCC에 의해서 다시 활성화되었다. 2007년, STRI는 ‘Agua Salud Project’를 위한 4백만-5백만 달러를 포함하여 HSBC 기후변화 공동협력프로그램(HSBC Climate Partnership)으로부터 5년 동안의 자금 지원을 받았다. 와이오밍 대학, 포츠머스 대학, ‘스미소니언 열대림 연구소(STRI), 미국지질조사소(USGS), 그리고 미군 연구 사무소(U.S. Army Research Office)는 인력 및 주요 장비 조달을 위해 추가적인 자금을 지원했다. 개인 기부자들은 연구 부지를 매입하여 그것을 20년 동안 STRI에게 임차해주었으며 40년까지도 연장 가능하다. 파나마 운하 관리청(ACP)은 파나마 운하 유역에서 자신들의 전체적인 재식림 계획의 일환으로 토착 종 재식림과 자신들 네트워크의 일부가 되는 완벽한 기상 관측소에 자금을 지원했다. 민간 개인 기부자들은 티크나무 식림에 자금을 지원하는데 도움을 주었다. HSBC 기후변화 공동협력프로그램(HSBC Climate Partnership) 자금지원은 2011년 12월 31일에 끝날 예정이다.

 

2007년 11월부터 현재까지, 우리는 15만 그루 이상의 나무들을 심었으며 우리의 땅에 2차 천이 예비조사의 25년 차이에 의한 연대성토양연속계(chronosequence)에 1080.1 헥타르 규모의 예비조사들을 조사하고 설명했다. 수문 순환을 위해, 제방이 있는 12개 저수지들로 구성된 네트워크를 가지고 있으며, 또한 한 개의 강우 측정 네트워크, 두 개의 에디 공분산 방법을 이용한 플럭스 관측 기둥들, 한 개는 숲에 그리고 나머지 한 개는 토착종 식림지에, 한 개의 지표면 에너지-균형 스테이션(surface energy-balance station), 그리고 지하수 모니터링을 위한 10개의 천부 지하수를 가지고 있다. 화학적 수문학(hydrochemistry)을 위해 우리는 자동화된 시료 채취 장치를 사용하여 하천 유량, 빗물, 수관통과우량, 지표수, 그리고 지하수의 견본을 추출하고 있다. 2010년에 화학수문학 연구실이 완성되고 있으며, Agua Salud 조사 프로그램은 완벽하게 가동되고 있다. 마지막으로 탄소 모델링, 생태계 다양성 모니터링, 미생물 생물학, 그리고 생태계 서비스의 연구들을 하고 있는 기타 여러 연구 단체들의 관심을 끌고 있다.

 

현재까지 완료된 연구들은 수관통과우량 연구들과 토양 분석, 108개의 2차 천이 예비조사들에서 25년 차이에 의한 연대성토양연속계(chronosequence), 그리고 Lidar 측량을 위한 항공측량들을 포함한다. 진행 중인 연구는 지상 및 지하 탄소 분석, 모든 수문 순환, 그리고 기상학상의 변수들에 대한 모니터링, 그리고 전기 비저항 토모그래피(electrical resistivity tomography)를 이용해 언덕 경사지 규모에서의 얕은 저류 흐름에 대한 관찰뿐만 아니라 추적물질들을 이용한 추적자 연구들을 포함한다. 우리는 파나마의 대학들과 협력하여 열대지방 수문 순환의 중요 분야에서 다수의 학부생들, 대학원생들, 그리고 박사학위 취득 후의 학생들을 교육하고 있다.