물환경 기후변화 통합영향평가 수립체계 구축(I)

Abstract

□ 연구목적 및 필요성 ○ 물환경에 대한 중장기적 기후변화 영향평가를 위해서는 “기후적 요소”와 “비기후적 요소(non-climate factor)”를 모두 고려해야 함 ○ 다수의 질소관련 민감도 연구에서 수문학적 영향보다 토지이용변화 등의 오염원 변화가 수질 및 수생태에 미치는 영향이 더 크다는 결과를 보고하고 있으며, IPCC 보고서(2007)에서도 기후변화 시나리오만 고려한 기존의 연구들이 비기후적 요소를 고려하지 않음을 연구의 한계로 인정함 ○ 최근 비기후적 요소를 고려한 수질 및 수생태계 영향평가 연구가 진행되고 있지만 국내외 기후변화 영향평가 연구는 대부분 수문학적 영향 및 부유물질 영향평가에 치중되어 있는 실정이며, 영양염류를 포함한 국내 수질 및 수생태계 영향평가 연구는 제한적임 ○ 국립환경과학원은 “지면모델을 이용한 기후변화 물환경 통합 영향평가 모델 개발” 연구를 통해 미국 프린스턴 대학과 P-GFDL에서 공동으로 개발한 지면모형 LM3V-N을 우리나라에 적용하여 기후변화에 따른 수질 및 수생태계 영향평가 연구를 진행하고 있음. 이에에 따라 LM3V-N와 함께 사용될 수 있는 미래 오염원(질소 및 인)의 정성적·정량적 시나리오를 개발하고자 함 ○ 신(新) 기후 시나리오 체계에 따른 미래 토지이용변화 전망을 근거로 도출된 미래 오염원 전망 시나리오를 통해 기후변화 영향을 고려한 수질 및 수생태계의 효율적 관리방안을 제시하고자 함 □ 연구개발의 내용 및 범위 ○ 신(新)기후 시나리오 체계에 따른 영양물질 오염원 시나리오 개발 1) 미래 영양물질 오염원 시나리오 개발방법론 고찰 - 미래오염원 발생 예측기법 고찰 - 국내 적용 가능한 방법론 고찰 2) 영양물질 오염원과 관련 있는 사회경제 전망 시나리오 개발 - 영양물질 배출원(sources) 및 감소원(sinks)을 결정하는 핵심인자 파악 - 핵심결정인자 별 세부전망 시나리오 개발 3) 신기후 시나리오를 고려한 영양물질의 정량적 시나리오 개발 - RCP8.5에 대응하는 사회상을 반영한 영양물질의 정량적 시나리오 개발 ○ 관리정책 도입에 따른 영양물질 오염원 시나리오 개발 1) 국내 영양물질 관리 시나리오 개발 - 국내 부문별 영양물질 관리정책 인벤토리 구축 - 미래 영양물질 관리정책 시나리오 개발 2) 미래의 사회경제 및 정책 시나리오를 동시에 고려한 영양물질 전망 시나리오 산정 - 사회경제 시나리오를 적용한 영양물질의 정량적 시나리오와 관리정책 시나리오를 반영한 정량적 시나리오 개발 □ 연구 결과 ○ 지면모형 LM3V-N과 함께 사용될 수 있도록 1) 신(新)기후 시나리오 체계에 따른 질소 및 인 오염원의 정성적 및 정량적 시나리오를 개발, 2) 환경관리정책 별 영양물질 오염원 전망 시나리오를 도출, 3) 최종적으로 RCP8.5 사회에 대한 국내 질소 및 인 오염원 전망 시나리오를 개발함 - 동인 접근법(driver-based approach)을 이용하여 영양물질 오염원 시나리오를 개발함 - 미국 PNNL의 GCAM 통합영향평가모델의 한국 결과(RCP8.5와 부합하는 SSP5의 사회경제 발전 미래상)를 이용하여 질소와 인 오염원 시나리오를 산정함 - 질소 오염원은 5가지의 시나리오(대기침적, 비료, 분뇨, 점오염원, 녹비식물 질소고정), 인 오염원은 3가지 시나리오(비료, 분뇨, 점오염원)에 대해 정량적 시나리오 결과를 도출함 ○ 국가 수준의 질소오염원 시나리오 도출 결과 가축사육에 의해 분뇨로부터 유입되는 영양물질의 양이 매우 크게 나타났으며, 타 국가에 비해 대기오염에 의한 질소 침전이 상당히 큰 부하량을 차지함 ○ 질소 오염원 관리를 위해 양분총량제 등을 통한 가축사육 및 분뇨의 관리가 필요하며 기술발전 및 정책개선으로 질소관련 대기오염 제어가 필요함 - 질소 비료시비량(kg/km2/yr): 2020년 1,655 → 2050년 1,791 → 2090년 1,661 - 질소 분뇨발생량(kg/km2/yr): 2020년 3,286 → 2040년 3,705 → 2090년 2,448 - 질소 고정량(kg/km2/yr): 58~59 정도의 값을 보이다가 2080년도 이후부터 급감함(2090년도 48로 감소됨) - 질소 대기침적량(kg/km2/yr): 약 2,100~2,300(2020~2090년도) - 점오염원(kg/km2/yr): 2040년도까지 증가한 후, 감소하여 2090년에는 675로 산정 ○ 국가 수준의 인오염원 시나리오 도출 결과 농·축산 부문에서의 관리가 중요하다고 분석됨 - 인 비료시비량과 인 분뇨발생량이 전체 인 오염원 발생량의 약 98%를 차지 - 인 비료시비량(kg/km2/yr): 2020년 1,377 → 2050년 1,522 → 2090년 1,370 - 인 분뇨발생량(kg/km2/yr): 2020년 1,201 → 2040년 1,347 → 2090년 908 - 점오염원(kg/km2/yr): 약 50~60의 범위 내 발생 ○ 전국 수준으로 질소 및 인 오염원을 감축하기 위한 관리정책 도입 시나리오 결과를 도출함 - 대기침적량: 2015년 NOx 감축량 목표가 2050년까지 유지된다고 가정(매년 158,610 ton/yr 감축), 암모니아 배출량은 SSP5 시나리오를 유지한다고 가정함 - 질소고정량: 2015년부터 2050년까지 녹비작물 재배면적이 매년 10 km2를 유지. 질소고정량이 높은 헤어리베치의 질소고정 능력 값(17,800 kg/km2) - 비료시비량: 질소와 인 비료량의 30%가 정책을 적용했을 시 감축되는 것으로 가정 - 분뇨발생량: 분뇨 자원화를 퇴비와 액비에서 에너지로 점점 전환하는 정책 시나리오를 개발 (자원화율: 2020년 85% → 2030년 80% → 2040년 75% → 2050년 70%) - 점오염원: 총인(T-P)은 0.2 mg/L, 총질소(T-N)는 선진국의 방류수 수질기준인 5 mg/L로 맞추는 강력한 정책시나리오 적용 ○ 모든 관리정책을 도입 시 감축되는 질소 및 인 오염원 배출량을 산정한 결과, 정책적용 전에 비해 관리정책 도입 후의 2050년도 질소오염원은 22%, 인 오염원은 27% 감축됨 - 질소오염원: 2050년도 기준, 6,770 kg/km2/yr - 인오염원: 2050년도 기준, 2,108 kg/km2/yr □ 연구결과 활용에 대한 건의 ○ 본 연구를 통해 중장기적으로 오염원의 변화가 전혀 없다거나 단순 감소비율을 적용하는 비현실적 가정이 아니라 미래 사회경제발전 변화 및 토지이용변화 전망을 근거로 정량적 질소와 인의 오염원 시나리오를 작성함 ○ 본 연구의 결과를 LM3V-N과 같은 지면모형에 적용한다면 더욱 고도화된 수질 및 수생태계의 기후변화 영향평가를 수행할 수 있을 것이며, 효율적인 수질 및 수생태계 관리방안을 제시할 수 있을 것으로 기대됨