개발제한구역 훼손지 탐색 및 생태적 연결성을 고려한 자연환경복원 우선순위 평가 = Identifying Degraded Area and Evaluating the Priority of Nature Restoration considering Ecological Connectivity in the Green Belt|RISS 상세보기

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Since the 1960s, industrialization and urbanization have led to a concentration of population in large cities nationwide. To address the uncontrolled expansion of major cities, including Seoul, and the resulting issues related to traffic, housing, and environmental pollution, Development Restriction Zones(Green Belt) were established. Green Belt are designated zones where urban development is restricted to prevent disorderly urban sprawl, preserve the nature surrounding cities, and ensure a healthy living environment for urban residents. As of December 2023, there are seven such zones across the country (the Seoul Metropolitan Area (SMA), Busan, Daegu, Gwangju, Daejeon, Ulsan, and Changwon) covering a total area of 3,789 ㎢. Within these Green Belt, only minor activities related to residents' housing, living convenience, and livelihoods are permitted, while any land use changes, development activities, or urban planning projects that conflict with the designated purpose are prohibited. Activities that align with the designated purpose may proceed, but only with permission from local governments, leading to stricter land use regulations compared to other regions.
Green Belt have played a significant role in managing the growth of major urban areas in South Korea over the past decades. However, the landscape within these zones has become increasingly fragmented due to ongoing urban expansion, rising development pressures, exacerbated by human interference and damage. While the environmental and ecological value of Green Belt may be low in absolute terms, their relative importance can be higher due to their proximity to urban areas. Initially established to curb urban expansion regardless of their ecological attributes, these zones have been subject to ongoing adjustments and deregulations. Therefore, it is crucial to consider the environmental and ecological values of these regions when setting criteria for such actions. Recently, discussions on easing regulations in Green Belt have escalated, leading to the deregulation of certain zones and the institutionalization of new designations for areas that receive high environmental assessment ratings. This necessitates further consideration of the environmental and ecological values both within the Green Belt and in adjacent external regions, as well as the connections and linkages between these areas.
In this study, the SMA Green Belt experiencing nature degradation due to land use changes were identified and alterations in ecological connectivity were assessed quantitatively and spatially. Finally, changes in ecological connectivity resulting from the nature restoration in each degraded area were predicted and evaluated, with the objective of establishing priorities for nature restoration.

Identification of Nature Degraded Areas
In this study, areas that were formerly forests, grasslands, and wetlands of high ecological value but have structurally and functionally degraded due to various factors are classified as areas of diminished ecological value, such as miscellaneous grasslands and barren lands. In the SMA Green Belt, a total of 910 sites covering 5,875,053 ㎡ were identified as degraded areas. This accounts for only 0.45% of the total area, which encompasses 1,317.91 ㎢. It was observed that a large number of degraded areas are distributed along the boundaries and adjacent regions both within and outside the SMA Green Belt, while fewer degraded areas are found in the inner regions where the zones are relatively wide. The average size of each degraded area is 6,456.10 ㎡, with small-scale degraded areas of 10,000 ㎡ or less accounting for 88.79 % of the total number of sites. Based on a large-scale land cover map before degradation, forest areas accounted for 52.49 %, agricultural areas for 24.91 %, and grasslands for 14.64 %. However, due to degradation, the composition shifted to 55.97 % grasslands, 19.78 % barren land, and 14.28 % agricultural areas. Consequently, the proportions of forested and agricultural lands decreased by 48.49 % and 10.62 %, respectively, whereas grasslands and barren land increased by 41.32 % and 17.93 %, respectively. Using the pre-degradation land cover map, the degraded areas can be classified into five types: areas degraded from forest regions (Type 1), areas degraded from grasslands (Type 2), areas degraded from wetlands (Type 3), areas degraded from agricultural regions (Type 4), and areas degraded from other land uses (Type 5). It was observed that (Type 3) areas tend to be relatively large in size, while the extent of damage in the other types varies based on the current intensity of land use and level of management.

Landscape Connectivity Analysis
To assess ecological connectivity, a landscape connectivity analysis was conducted using Omniscape.jl. This analysis accounted for the links between habitats both inside and outside the study area. A 5㎞ buffer zone was established around the study area's boundary, and the entire internal area was set as the study scope. Large-scale land cover maps were created for the periods before degradation (past) and after degradation (present). For the future land cover map (post-restoration), it was assumed that conditions would recover to their pre-degradation state, and the past land cover was overlaid onto the current map to create a predicted cover map. Based on this, resistance surfaces were developed, and the analysis was conducted.
The analysis indicated that due to nature degradation, the cumulative current flow within the Green Belt decreased by approximately 7.78 % (76.158 → 70.238). In the 910 degraded areas, the cumulative current flow decreased by approximately 47.71 % (66.672 → 34.861). Furthermore, when comparing the current landscape connectivity with the future scenario (SC3) in which restoration is implemented across all degraded areas (0.45 % of the total Green Belt), it was found to increase by 0.31 % (70.238 → 70.457). This indirectly confirms that, in addition to nature degradation, legally sanctioned development projects and urban expansion also contribute to damage and fragmentation.
For each future scenario, SC1 implements restoration on 0.075 % of the area, SC2 on 0.375%, and SC3 on 0.45%. However, the overall average cumulative current flow across the entire Green Belt increased by only 0.037 %, 0.268 %, and 0.312 %, respectively, indicating that the effect is relatively minor compared to the restored area. Additionally, the cumulative current flow within the degraded areas increased by 12.289 %, 66.429 %, and 79.518 %, respectively, demonstrating that the effect of restoration varies depending on the area. This suggests that proactive nature conservation is more effective than restoration efforts applied after degradation occurs. Moreover, it highlights the importance of prioritizing the effectiveness of restoration over the mere size of the restored area and emphasizes that selecting restoration sites based on their potential effectiveness is essential.
To verify the results of the landscape connectivity analysis, a correlation analysis was conducted using the comprehensive and connectivity aspects of the environmental/ecological assessment items from the Korean Environmental Conservation Value Assessment Map (ECVAM) and the Kendall rank correlation coefficient. This analysis revealed a strong correlation (0.4≦τ<0.7) with statistically significant results (ρ<0.00), indicating a high correlation with environmental value. Notably, the cumulative current flow exhibited the highest correlation coefficient, suggesting that areas with higher cumulative current flow values are likely to have significant environmental and ecological value. Moreover, a comparison of mammal distributions (including both common and endangered species) with cumulative current flow revealed that regions with endangered species generally exhibited higher cumulative current flow. This finding affirms that areas with high cumulative current flow tend to have relatively higher habitat value.

Prioritization of Nature Restoration Areas
Through an analysis of changes in cumulative current flow across 910 degraded areas, 234 sites that had previously ecological value were identified but have significantly deteriorated due to degradation. Additionally, based on the anticipated level of change from restoration (an improvement to important areas in terms of ecological connectivity), 457 sites were identified. Of these, 26 sites were selected as priority areas for restoration, as they are expected to achieve at least a Channelized status through restoration.
By examining changes and rates of change in cumulative and normalized current flow values across the past, present, and future within and around a 375-meter radius of the 26 prioritized sites, it was quantitatively compared and assessed the future effects of restoration. As a result of restoration, the cumulative current flow values changed by factors of 1.754 to 12.657 times within the sites, and by -1.6% to 11.6% in the surrounding areas. For the normalized current flow values, changes ranged from 1.707 to 12.526 times within the sites and –3.2% to 9.5% in the surrounding areas.

In this study, using environmental spatial information, it was identified degraded areas and conducted a landscape connectivity analysis based on land cover prior to degradation (past), after degradation but before restoration (present), and post-restoration (future). This analysis enabled us to quantitatively predict and evaluate the ecological connectivity of the area, allowing for a comparison of changes across these stages. Based on this research, by quantifying the ecological value of the region in terms of connectivity across temporal and spatial dimensions, it can identify core areas or disconnected areas, providing foundational data for their management. The significance of this research lies in its contribution to proposing alternative strategies for management and adjustment of Green Belt.

Keywords : Land Cover, Secular Change, Circuit Theory, Landscape Connectivity Analysis, Omniscape, Restoration Effects

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국문 초록 (Abstract)

1960년대부터 시작된 산업화, 도시화로 전국에서 대도시로의 인구 집중 현상이 발생함에 따라 서울을 비롯한 대도시의 무분별한 팽창과 그로 인한 교통·주택·환경오염 문제를 해결하고자 개발제한구역이 지정되었다. 개발제한구역은 도시의 무질서한 확산을 방지하고 도시 주변의 자연환경을 보전하여 도시민의 건전한 생활환경을 확보하기 위하여 도시의 개발을 제한할 필요가 있는 지역을 대상으로 지정되어 2023년 12월 현재 전국적으로 7개(수도권, 부산권, 대구권, 광주권, 대전권, 울산권, 창원권) 권역, 총면적 3,789㎢에 이르고 있다. 개발제한구역에서는 주민의 주거·생활 편익·생업을 위한 경미한 행위를 제외하고 지정 목적에 위배되는 토지의 용도 및 형질 변경과 각종 개발행위와 각종 도시계획사업을 시행할 수 없으며, 지정 목적에 지장이 없는 행위에 한하여 지방자치단체로부터 허가를 받아 시행할 수 있어 토지이용규제가 다른 지역에 비하여 강한 지역이다.
개발제한구역은 지난 수십 년간 우리나라 주요 대도시의 성장관리에 크게 기여하였으나, 지속적인 도시의 확산과 개발압력 증가에 따라 인간의 간섭과 훼손으로 인해 경관의 파편화가 급속하게 진행되어 왔다. 개발제한구역은 절대적 측면에서 환경·생태적 가치는 낮을 수 있으나 도시 근교에 위치함에 따라 상대적으로 환경·생태적 중요도는 높을 수 있는 지역이며, 환경·생태적 가치와 무관하게 도시확산을 방지하기 위한 목적으로 최초 개발제한구역이 지정된 이래 지속적으로 해제·조정됨에 따라 이들 행위의 기준에 있어 지역의 환경·생태적 가치에 대한 고려가 필요하다. 특히, 최근 개발제한구역 규제 완화가 활발하게 논의되면서 추가 해제되는 지역 가운데 환경평가 우수지역에 상응하는 면적에 대하여 신규 지정이 제도화됨에 따라 개발제한구역 내부는 물론 인접한 외부 지역의 환경·생태적 가치와 이들 지역간 연결·연계에 대한 추가적인 고려가 필요한 시점이라 할 수 있다.
이에 본 연구에서는 수도권 개발제한구역을 대상으로 자연환경 훼손지역을 탐색하고, 토지이용 변화에 따른 생태적 측면에서의 연결성 변화를 공간적·정량적으로 파악하여, 훼손지역별로 자연환경복원을 통한 생태적 연결성 측면에서의 변화를 예측·평가하여 자연환경복원의 우선순위를 도출하고자 하였다.

자연환경 훼손지역 탐색
본 연구에서는 과거 생태적 가치가 높은 산림, 초지, 습지 등의 자연지역이었으나 다양한 원인에 의해 구조적·기능적으로 저하되어 현재 생태적 가치가 낮은 기타초지·기타나지로 변화된 지역을 자연환경 훼손지역으로 정의하였다. 수도권 개발제한구역에서는 총 910개소, 5,875,053㎡의 자연환경 훼손지역이 도출되었으며, 이는 전체 면적(1,317.91㎢)의 0.45%에 불과한 것으로 파악되었다. 수도권 개발제한구역 내측 및 외측의 경계부와 인접한 지역에서 다수의 훼손지역이 분포하고 있으며, 개발제한구역의 폭이 상대적으로 넓은 내부 지역에서는 훼손지역이 상대적으로 적게 나타나는 것으로 파악되었다. 훼손지역별 평균 면적은 6,456.10㎡이며, 10,000㎡ 이하의 소규모 훼손지역이 전체 개소수의 88.79%를 차지하고 있었다. 대분류 기준으로 훼손 이전의 토지피복을 살펴보면 산림지역이 52.49%, 농업지역이 24.91%, 초지가 14.64%를 차지하고 있었으나, 훼손에 의해 초지로 55.97%, 나지로 19.78%, 농업지역으로 14.28%로 변화되어 산림지역과 농업지역은 각각 48.49%, 10.62%가 감소하였으며, 초지와 나지는 각각 41.32%, 17.93% 증가한 것으로 확인되었다. 훼손 이전의 토지피복을 바탕으로 훼손지역을 유형화하면 산림지역에서 훼손된 지역(유형1), 초지에서 훼손된 지역(유형2), 습지에서 훼손된 지역(유형3), 농업지역에서 훼손된 지역(유형4), 기타 토지이용에서 훼손된 지역(유형5) 등 총 5가지 유형으로 분류되었다. [유형3]의 경우 훼손지역의 면적이 상대적으로 대규모로 나타나고 있으며, 그 이외의 유형에서는 현재 토지의 이용강도 및 관리 수준에 따라 다소 상이하게 나타나는 것을 확인하였다.

경관 연결성 분석
생태적 측면에서의 연결성을 살펴보고자 Omniscape.jl을 활용하여 경관 연결성 분석을 실시하였다. 경관 연결성 분석을 수행하는데 있어 대상지 내·외부 서식처 간 연결을 함께 고려하고자 대상지 외곽으로 5㎞의 버퍼를 설정하고 내부로는 전체 지역을 연구범위로 설정하여 분석을 진행하였다. 훼손 이전(과거)과 훼손 이후(현재)의 대분류 토지피복지도를 마련하였고, 복원 이후(미래) 피복 지도는 훼손 이전으로의 회복을 전제로 과거의 피복 상태를 현재 지도에 중첩하여 피복 예측지도를 작성하여 이를 바탕으로 저항표면을 마련하고 분석을 수행하였다.
분석 결과, 자연환경훼손에 의해 개발제한구역 내부에서는 약 7.78%(76.158→70.238), 910개소의 자연환경 훼손지역에서는 약 47.71%(66.672→34.861)의 누적 전류 흐름이 감소하는 것을 확인하였다. 또한, 자연환경 훼손지역 전체(전체 개발제한구역의 0.45%)에 자연환경복원을 시행한 미래 시나리오(SC3)를 기준으로 현재의 경관 연결성과 비교하였을 때 0.31%(70.457→70.238)가 증가하는 것으로 나타나 자연환경훼손 뿐만 아니라, 비록 합법적으로 시행되었으나 각종 개발사업 및 도시 확산에 따른 훼손과 단절에 기인하고 있음을 간접적으로 확인하였다.
미래 시나리오별로 SC1은 0.075%, SC2는 0.375%, SC3는 0.45%의 면적에 대하여 자연환경복원을 시행하지만, 전체 개발제한구역의 누적 전류 흐름의 전체 평균은 각각 0.037%, 0.268%, 0.312% 상승하는 것으로 분석되어 복원 면적 대비 효과가 상대적으로 미약한 것으로 나타났다. 또한, 훼손지 내부의 누적 전류 흐름은 각각 12.289%, 66.429%, 79.518% 상승하는 것으로 나타나 자연환경복원의 면적과 효과는 다소 상이하게 나타나는 것으로 확인되었다. 이는 훼손 이후의 자연환경복원 보다는 자연환경훼손을 사전에 관리하는 자연환경보전이 더욱 효과적이며, 자연환경복원 시행에 있어 단순 면적의 확보보다는 복원의 효과를 고려한 복원지역의 선정이 중요하다는 것을 시사하고 있다.
경관 연결성 분석 결과의 검증을 위해 국토환경성평가지도의 환경·생태적 평가항목의 종합및 연계성 부문과 켄달 순위상관계수를 통한 상관분석을 실시하여 Strong (0.4 ≦ τ ＜ 0.7) 이상의 강한 상관관계(ρ<0.00)를 갖는 것으로 나타나 환경적 가치와 높은 상관관계를 갖는 것으로 확인되었다. 특히, 누적 전류 흐름이 가장 상관계수가 높은 것으로 나타나 누적 전류 흐름 값이 높은 지역은 환경생태적 가치가 높은 지역으로 이해할 수 있음을 확인하였다. 또한, 포유류(일반종 및 멸종위기종) 분포와 누적 전류 흐름과 비교하였을 때, 멸종위기종 발견 지역이 평균적으로 높은 것으로 나타나 누적 전류 흐름이 높은 지역은 상대적으로 서식처 가치가 높은 지역임을 확인할 수 있었다.

자연환경복원 우선순위 도출
910개소의 자연환경 훼손지역을 대상으로 누적 전류 흐름의 변화를 통하여 과거에는 생태적으로 우수하였으나 훼손으로 인해 생태적 가치가 크게 하락한 234개소를 도출하였으며, 자연환경복원에 의해 생태적 연결성 측면에서 가치가 상승하는 457개소를 도출하였다. 이를 종합하여 자연환경복원에 의해 대상지역이 Channelized 이상으로 변화되는 지역 26개소를 자연환경복원 우선지역으로 도출하였다.
도출된 우선지역 26개소의 내부와 주변 375m 지역을 대상으로 과거와 현재, 미래의 누적 전류 흐름과 정규화된 전류 흐름 값의 변화와 변화율을 살펴봄으로써 자연환경복원을 통한 미래의 효과를 정량적으로 비교·평가하였다. 자연환경복원을 통해 누적 전류 흐름 값의 경우 내부는 1.754~12.657배, 주변 지역은 –1.6~11.6%까지 변화하였으며, 정규화된 전류 흐름 값은 내부의 경우 1.707~12.526배, 주변 지역은 –3.2~9.5%까지 변화된 것을 확인할 수 있었다.

본 연구에서는 환경공간정보를 바탕으로 자연환경 훼손지역을 탐색하고, 훼손 이전의 과거와 훼손 이후(복원 이전)의 현재, 복원 이후의 미래의 토지피복에 따른 경관 연결성 분석을 실시하여 지역의 생태적 연결성을 정량적으로 예측·평가하고 그 변화를 비교할 수 있음을 확인하였다. 본 연구를 바탕으로 연결성 측면에서 지역의 생태적 가치를 시간적·공간적으로 정량화함으로써 중요지역과 단절지역을 파악하고 이를 관리할 수 있는 기초 근거자료를 마련하였으며, 개발제한구역의 관리와 구역 조정을 위한 대안적 방안 마련의 방향을 제시하였다는데 의의가 있다고 할 수 있다.

주요어 : 토지피복, 경년변화, 회로이론, 경관 연결성 분석, Omniscape, 복원 효과

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1960년대부터 시작된 산업화, 도시화로 전국에서 대도시로의 인구 집중 현상이 발생함에 따라 서울을 비롯한 대도시의 무분별한 팽창과 그로 인한 교통·주택·환경오염 문제를 해결하고자 ...