Comparative Analysis of Blue Carbon Stock Spatial Data in the Estuaries and Coastal Areas of the Geum and Nakdong Rivers

금강 및 낙동강 하구·연안의 블루카본 저장량 공간정보 비교

Abstract

As extreme weather events caused by climate change are occurring around the world, blue carbon has recently been gaining attention as a carbon sink. Blue carbon has been officially recognized by the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) as a means of reducing greenhouse gases, and various studies are underway to discover new blue carbon sources both domestically and internationally. Domestic blue carbon research is centered on carbon absorption and storage in tidal flats, which account for most of the coastal wetlands, but there is a lack of research on spatial information. This study utilized the carbon storage of tidal flats from previous studies and converted it into location and spatial information for each basin of the Geumgang and Nakdong rivers. In addition, a proxy value of carbon storage per area by basin was calculated to compare and analyze the total carbon storage of various tidal flats in Korea and abroad. As a result of the analysis, both the Geumgang and Nakdong River basins showed different amounts of carbon storage depending on the tidal flats data, with the highest amount in the Geumgang basin coming from the National Ocean Survey (469,810.1 Mg C) and the highest amount in the Nakdong River basin coming from the Ministry of Environment (217,145.01 Mg C). The results of this study can be used as a basis for future research on the establishment of domestic blue carbon spatial information.

기후변화로 인한 이상기후 현상이 전 세계적으로 발생함에 따라 최근 탄소흡수원으로써 블루카본(Blue carbon)이 주목받고 있다. 블루카본은 기후변화에 관한 정부간 협의체(Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC)에 논의되어 온실가스 감축 수단으로 공식 인정되었으며, 국내·외로 신규 블루카본을 발굴하기 위해 다양한 연구가 진행중이다. 국내 블루카본 연구는 연안 습지 중 대부분을 차지하는 갯벌을 중심으로 탄소흡수 및 저장에 대한 연구가 진행되고 있으나, 이를 공간정보로 구축한 연구는 미비한 실정이다. 본 연구는 선행연구의 갯벌 탄소 저장량을 활용하여 금강과 낙동강 유역별 위치 및 공간정보로 전환하였다. 또한, 유역별 면적당 탄소 저장량의 대푯값을 산정하여 국내·외 다양한 갯벌 면적의 전체 탄소 저장량을 비교하였다. 분석 결과, 금강 및 낙동강 유역 모두 갯벌 데이터에 따라 탄소 저장량이 다르게 나타났으며, 금강 유역은 국립해양조사원(469,810.1 Mg C), 낙동강 유역은 환경부(217,145.01 Mg C) 자료가 가장 높게 나타났다. 본 연구의 결과는 향후 국내 블루카본 공간정보 구축 연구에 대한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 사료된다.

1. 서론

기후변화로 인한 폭염, 폭우 등 이상기후 현상이 전세계적으로 발생하고 있으며, 국제사회는 기후위기의 심각성을 인식하여 온실가스 배출량 감축을 목표로 교토의정서(1997)와 파리협정(2015)을 채택하였다(World Laws Information Center, https://world.moleg.go.kr/web/main/index.do). 기존에는 아마존과 같은 대형 산림이 주로 탄소를 흡수하는 역할로 주목받았으나, 최근 해양 생태계가 흡수하는 탄소인 블루카본(Blue carbon)의 중요성이 커지고 있다(Macreadie et al., 2019). 블루카본은 식물과 퇴적물을 포함한 해양 생태계가 격리 및 저장하고 있는 탄소로 정의되며(Pörtner et al., 2019), 기후 변화에 관한 정부간 협의체(Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC)의 「해양 및 빙권 특별보고서(The Ocean and Cryosphere in a Changing Climate)」에 논의되어 블루카본 중 염습지(salt marsh), 잘피림(seagrass), 맹그로브(mangrove)가 온실가스 감축 수단으로 공식 인정되었다. 해양 생태계의 탄소흡수 능력은 육상생태계의 최대 50배 이상을 보유하는 것으로 평가받고 있으며(United Nations Environment Programme, 2009), 그 중 염습지는 해양 표면의 0.2%를 차지하지만 퇴적물 내 탄소 저장량의 약 50%를 기여한다(Kelleway et al., 2016).

블루카본 생태계는 전 세계적으로 양식업 및 도시화로 인해 면적이 급격히 감소하여(Lovelock et al., 2015) 원격탐지를 통한 블루카본 생태계 매핑 및 모니터링을 통해 보호 및 복원하려는 연구를 진행 중에 있다(Hossain et al., 2015).국외 블루카본 모니터링은 광학, Light Detection nd Ranging (LiDAR) 및 Synthetic Aperture Rader (SAR)를 통해 원격 탐지 및 센서 유형별 분류된 현장 측정 자료를 비교·검증하는 방법으로 진행되고 있다(Pham et al., 2019). 그러나 국내 블루카본 연구는 현장조사 기반으로 연안 습지(2,482 km²)의 대부분을 차지하는 갯벌(2,447 km²)의 코어 퇴적물을 채취하여 탄소 흡수 및 저장량을 측정하고, 이를 공간정보로 구축한 연구는 미비한 실정이다. 또한, 갯벌 분포에 대한 공간정보는 국내·외 조사 기관 및 연도별로 다양하게 분포하고 있어 이를 비교·분석하는 연구가 필요하다. 본 연구는 국내 연안습지의 대부분을 차지하는 갯벌을 대상으로 선행연구 기반 실측조사 값을 국내·외 다양한 공간정보 데이터에 적용하여 공간정보로 구현하고, 이를 비교·분석하여 블루카본 공간정보 구축 기초자료에 기여하고자 한다.

2. 연구 지역

본 연구는 금강 및 낙동강 유역의 하구·연안 습지 중 대부분의 면적을 차지하고 있는 갯벌을 대상으로 한다(Fig. 1). 국내 블루카본 연구는 습지 연안 중 대부분의 면적을 차지하고 있는 갯벌을 중심으로 이루어지고 있으며(Lee et al., 2021), 하계 밀도 및 위치 등의 유역 특성에 따라 갯벌의 공간적 분포는 다르게 나타난다(Roh, 2007). 국가 차원의 유역경계는 유역 특성을 고려하여 대권역, 중권역, 표준유역으로 구분된다(Baek et al., 2013). 대권역은 산맥을 따라 형성된 대하천을 중심으로 분할하며, 중권역은 자연하천이 합류하는 지점을 유역의 출구지점으로 설정한다. 표준유역은 중권역을 기준으로 수자원 시설물 및 주요 통제지점을 유역의 출구 지점으로 한다. 본 연구는 하구·연안 갯벌의 공간적 분포를 고려하기 위해 자연하천이 합류하는 중권역을 기준으로 유역을 구분하였다.

Fig. 1. Tidal flats within (a) mid-watershed, (b) Geum River, and (c) Nakdong River watershed.

금강 및 낙동강유역은 바다에 인접하여 갯벌 및 염습지가 발달하였으며, 금강 수계는 하천연장 401 km, 유역 면적 9,858 km²로 크고 작은 20여개의 지류하천이 합류되며, 하구는 수심이 얕고 파랑의 에너지가 리아스식 해안에 분산되면서 넓고 완만한 갯벌이 형성되었다(Ock et al., 2020). 낙동강 수계는 하천연장 510.3 km, 유역면적 23,384 km²이며, 하구는 해수와 담수가 만나 삼각주(river delta)와 사주(shoal)가 잘 발달되어 크게 하중도와 사주섬 및 간석지 등 다양한 하천 및 해안지형으로 구성되어 있다(An et al., 2006).

3. 연구 방법

3.1. 연구 방법

국내·외 블루카본 중 갯벌 공간정보는 기관 및 연도별로 다양하게 분포하고 있으며, 이에 대한 탄소 저장량을 비교·분석한 연구는 부족한 실정이다. 이에 본 연구는 선행연구의 현장조사 실측 값을 바탕으로, 금강 및 낙동강 하구·연안의 탄소 저장량에 대한 위치정보를 구축하고, 갯벌 면적을 고려하여 공간정보별 탄소저장량을 비교·분석한다.

Fig. 2. Study flow.

이를 위해 첫째, 블루카본의 국내·외 공간정보 현황을 분석한다. 둘째, 갯벌의 국내·외 조사기관 및 연도별 공간정보 데이터를 비교·분석한다. 셋째, Lee et al. (2021)의 실측 값을 바탕으로 금강 및 낙동강 유역 내 조사 지점을 지오코딩(geocoding)하여 위치정보 구축 및 탄소 저장량을 시각화 한다. 넷째, 실측 값을 바탕으로 유역별 단위 면적당 탄소 저장량의 대푯값을 선정하여 국내·외 다양한 갯벌 공간정보의 탄소 저장량에 적용 후 비교·분석한다.

3.2. 탄소 저장량 산정

Lee et al. (2021)은 갯벌 코어 퇴적물의 단위 면적당 유기 탄소 저장량을 추정하는 방법으로 Howard et al. (2014)의 식을 활용하여 퇴적물 연대 측정, 건조밀도, 유기탄소 함유량 등을 통해 탄소 저장량을 산정하였다. 이를 바탕으로 유역별 단위 면적당 대표 탄소 저장량(Mg/ha)을 산정하는 방법은 식(1)과 같다.

\(\begin{aligned}\bar{P}_{i}=\frac{1}{n} \sum_{i=1}^{n} P_{i}\end{aligned}\)       (1)

\(\begin{aligned}\bar{P}_i\end{aligned}\): 유역 내 대표 단위 면적당 유기탄소 저장량(Mg C/ha)

P_i: 유역 내 갯벌 조사 지점의 단위 면적당 유기탄소 저장량(MgC)

n: 유역 내 갯벌 조사지점의 수

유역 내 갯벌 면적에 따른 전체 탄소 저장량을 산정하기 위해 식(1)에서 얻은 단위 면적당 탄소 저장량의 대푯값(Mg C/ha)에 대해 각 갯벌 면적(km²)과 단위 환산값을 곱하였다(식 2).

\(\begin{aligned}\text {Organic carbon stock}(M g C)=\text {Main organic}\\ \text {carbon stock per unit area}(\mathrm{Mg} \mathrm{C/ha}) \times\\ \text {Tidal flat area}( \text {km}^{2}) \times \frac{100 \mathrm{ha}}{1 \mathrm{~km}^{2}}\\\end{aligned}\)       (2)

4. 연구 자료

4.1. 국내·외 갯벌 공간정보 데이터

블루카본 중 갯벌의 공간적 분포와 범위에 대한 데이터는 조수 간만의 차이로 인한 밀물과 썰물로 갯벌이 가려지고 분산되어 갯벌의 생태계를 정확히 원격탐지 하는 연구는 미비한 실정이다(Murray et al., 2014). 국내 갯벌의 공간 자료도 동일 지역에 대해 국내·외 기관에서 다양한 분포를 보이고 있어 이를 비교·분석하는 연구가 필요하다. 본 연구에서는 국외 자료로 유엔환경계획 산하기관인 세계보전모니터링센터(UN Environment Programme World Conservation Monitoring Centre, UNEP-WCMC)에서 제공하는 ‘갯벌 분포도’를 활용하였다. UNEP-WCMC의 ‘전 세계 갯벌 분포도’는 1984년부터 2016년까지 60°N, 60°S 사이의 전 세계 해안선 1 km 내에서 획득한 모든 Landsat 4, 5, 7 및 8 위성영상 이미지(n=707,528)를 머신 러닝을 통해 갯벌의 공간정보를 구축하였으며(Murray et al., 2019), Raster 형식으로 제공되어 Feature class로 변환 후 분석하였다. 국내 갯벌 공간 정보의 경우, 국립해양조사원에서 제공하는 Vector 형식의 ‘1/25,000 연안정보도’, ‘2018년 갯벌면적조사’ 및 환경부의 ‘토지피복도 세분류’를 사용하였다(Table 1).

Table 1. Status of national and international spatial data in tidal flats

국내의 갯벌 면적 조사는 5년마다 전국적으로 실시하며, 갯벌을 약최고고조면(이하 해안선)과 약최저저조면(이하 저조선) 사이로 규정한다(법제처 국가법령정보센터, https://www.law.go.kr/). 해안선 자료는 축척 1/75,000 또는 1/50,000의 전자해도 접근도(KR3) 자료에서 해안선을 나타내는 육지 레이어(LNDARE)를 추출 및 항공레이저 측량을 활용하여 구축한다. 토지피복도 세분류의 경우, 작성지침에 따라 해상도가 1 m보다 높은 영상자료를 기초자료로 활용하여 축척 1:5,000의 지도를 제작한다(환경공간정보서비스, https://egis.me.go.kr/intro/intro.do).

갯벌 면적은 국내·외 갯벌 공간정보 데이터에 따라 다르게 나타났으며, 금강 유역의 갯벌은 각 88.62 km², 110.64 km², 111.48 km², 108.38 km², 낙동강 유역의 갯벌은 10.28 km², 28.70 km², 33.26 km², 37.26 km²로 데이터 제공 기관 및 연도에 따라 차이가 있었다. 유역 내 갯벌 공간정보의 차이가 보이는 지점을 확대한 결과는 Fig. 3과 같다.

Fig. 3. Comparison of tidal flat areas. (a) Geum River and (b) Nakdong River mid-watershed.

4.2. 갯벌의 탄소 저장량 및 위치정보 구축

본 연구는 선행연구의 갯벌 현장조사를 통한 탄소 저장량 실측 값을 연구데이터로 활용하였다. Lee et al. (2021)은 국내 7개 도(경기, 충남, 전북, 전남, 경남, 경북, 강원)의 21개 갯벌을 대상으로 코어 퇴적물의 진흙 함량에 따른 표본 채취 및 식생 유무에 따른 유기탄소 저장량(Organic carbon stock)을 산정하였다. 갯벌의 공간 정보는 QGIS를 통해 조간대 Polygon 데이터를 11,905개 격자 크기(0.9 × 0.9 km²)로 구성하여 2018년 국립해양조사원의 갯벌 면적 자료를 중첩 후, 교차 알고리즘(Intersection algorithm)을 통해 계산하였다. 갯벌의 단위 면적당 탄소저장량은 2018년부터 2019년까지 21개 지역에서 퇴적물 깊이 60~100 cm를 5 cm 간격으로 조사 후, 1 m 깊이로 정규화 하여 산정하였다.

Lee et al. (2021)은 시·도 행정구역을 기준으로 갯벌 경계를 구분하였으나, 본 연구에서는 하구·연안의 공간적 특성을 고려하기 위해 이를 중권역 유역경계로 재분류 하였다(Table 2). 금강 하구·연안은 ‘금강 서해’ 유역에 해당하며, 선행연구의 충청남도 오천 및 비인지점 자료를 활용하였다. 낙동강 하구·연안은 ‘낙동강 남해’ 유역으로 경상남도 낙동강 하구 자료를 분석하였다.

Table 2. Tidal flat survey points and carbon stock within Geum and Nakdong River watershed^a)

갯벌 표본조사 지점의 위치정보를 구축하기 위해 위·경도를 ArcGIS 프로그램의 Convert coordinate notation을 활용하여 좌표로 변환 후 갯벌 조사 지점별 Point feature class를 생성하였다. 이를 중권역 유역경계와 중첩하여 금강 및 낙동강 유역 내 갯벌 조사지점의 위치 정보 구축 및 탄소 저장량을 시각화 하였다(Fig. 4).

Fig. 4. Tidal flat survey points within (a) Geum River and (b) Nakdong River mid-watershed.

5. 연구결과 및 분석

5.1. 유역 내 단위 면적당 탄소 저장량 대푯값 산정

금강 및 낙동강 유역의 단위 면적당 탄소 저장량 대푯값을 선정하기 위해 유역 내 조사지점에 따른 단위 면적당 탄소 저장량의 평균을 산정하였다(식 1). 그 결과, 금강 유역은 갯벌 조사지점 총 7개, 전체 단위 면적당 탄소 저장량은 295 Mg C/ha로 대푯값은 42.14 Mg C/ha가 도출되었다. 낙동강 유역은 조사지점 총 10개, 전체 단위 면적당 탄소 저장량은 582.7 Mg/ha로 평균값 58.27 Mg C/ha가 대푯값으로 산출되었다. 금강 및 낙동강 유역 모두 식생과 비식생 지역에 따라 탄소 저장량에 차이가 있었으며, 식생지역이 탄소 저장량을 약 2배 이상 저장하는 것으로 나타났다. 낙동강 유역의 N1-1 및 N1-2는 동일한 지점임에도 불구하고 식생지역(N1-1)이 비식생(N1-2)보다 탄소 저장량은 약 6배 이상 높게 나타났다.

5.2. 하구·연안 퇴적물의 탄소 저장량 공간정보 비교

금강 유역의 단위면적당 탄소 저장량의 대푯값(42.14 Mg C/ha)을 국내·외 갯벌 공간 데이터의 갯벌면적에 적용하여 제공 기관별 전체 탄소 저장량을 산정하였다(Table 3). ‘전 세계 갯벌 분포도’의 금강 유역 전체 탄소 저장량은 373,509.3 Mg C, ‘1/25,000 연안 정보도’는 466,89.7 Mg C, ‘2018년 갯벌 면적조사’는 469,810.1 Mg C, ‘토지피복도 세분류’는 456,761.8 Mg C로 나타났으며, ‘전 세계 갯벌 분포도’가 가장 낮게, ‘2018년 갯벌 면적조사’가 가장 높게 나타났다(Fig. 5). 이와 같은 국내·외 공간정보의 차이는 영상 처리에 사용된 영상의 시기적 불일치 및 분류 방법에 따라 발생한 위치오차 등으로 사료된다. 전 지구 측정 데이터인 UNEP-WCMC는 60°N, 60°S 사이의 전 세계 해안선 1 km 내에서 획득한 모든 Landsat 4, 5, 7 및 8 위성영상 이미지를 머신 러닝을 통해 갯벌의 공간정보를 구축한다. 그러나 국내 갯벌면적조사 및 연안정보도는 5년마다 전국적으로 실측 값 갱신 및 축척(1/75,000, 1/50,000)에 따른 연안 전자해도(KR3)를 활용하여 데이터를 제작한다. 토지피복도 세분류의 경우, 해상도 1 m보다 높은 영상자료를 활용하며 국내·외 공간정보에 따른 원격탐사 및 실측 방법에 대한 표준화가 필요하다고 판단된다.

Table 3. Comparison of tidal flat spatial data in the Geum River mid-watershed

Fig. 5. Total carbon stock in the Geum River mid-watershed. (a) Global distribution of tidal flat ecosystems. (b) 1/25,000 Coastal data. (c) 2018 Tidal flat data. (d) Subdivision land cover map.

낙동강 유역의 단위면적당 탄소 저장량의 대푯값(58.27 Mg C/ha)을 국내·외 갯벌 공간 데이터의 갯벌면적에 적용하여 제공 기관별 전체 탄소 저장량을 산정하였다(Table 4). ‘전 세계 갯벌 분포도’의 낙동강 유역 전체 탄소 저장량은 59,994.79 Mg C, ‘1/25,000 연안 정보도’는 167,247.76 Mg C, ‘2018년 갯벌 면적조사’는 193,807.21 Mg C, ‘토지피복도 세분류’는 217,145.01 Mg C로 나타났으며, ‘전 세계 갯벌 분포도’가 가장 낮게, ‘토지피복도 세분류’가 가장 높게 나타났다(Fig. 6).

Table 4. Comparison of tidal flat spatial data in the Nakdong River mid-watershed

Fig. 6. Total carbon stock in the Nakdong River mid-watershed. (a) Global distribution of tidal flat ecosystems. (b) 1/25,000 Coastal data. (c) 2018 Tidal flat data. (d) Subdivision land cover map.

낙동강 유역에서의 갯벌 면적은 금강 유역보다 전 지구적 측정 결과 값과 국내 갯벌 면적 값에서 약 3배 이상 차이가 나타났다. 이에 따른 블루카본 저장량은 국내 갯벌 면적이 국외 자료보다 4배 이상 높았다. 위성영상의 해상도, 축척, 연도 등에 따라 갯벌의 공간분포는 다르게 측정되며, 다양한 데이터의 출처 및 수집 방법은 블루카본의 탄소 저장량 산정에 영향을 미칠 수 있다고 사료된다.

6. 결론 및 토의

6.1. 블루카본 저장량 공간정보 비교

국내 블루카본 연구는 연안 습지의 대부분을 차지하는 갯벌을 대상으로 현장조사 실측을 통해 이루어지고 있으나 갯벌의 공간정보 구축에 대한 연구는 미비한 실정이다. 갯벌의 공간정보 데이터는 기관 및 연도별로 다양하게 분포하고 있으며, 본 연구에서는 국내·외 4개의 갯벌 공간정보 데이터를 금강 및 낙동강 유역에 적용하여 비교·분석하였다.

선행연구의 실측 자료를 위치정보로 구축하고, 유역 별 단위면적당 탄소 저장량의 대푯값을 식(1)을 통해 선정하였다. 금강 유역 42.14 Mg C/ha, 낙동강 유역 58.27 Mg C/ha가 대푯값으로 도출되었으며, 이를 국내·외 다양한 갯벌 면적 자료에 적용하여 유역 별 전체 탄소 저장량을 분석하였다. 분석 결과, 금강 유역의 전체 탄소 저장량은 국립해양조사원의 ‘2018년 갯벌 면적조사’(469,810.1 Mg C), 낙동강 유역에서는 환경부의 ‘토지피복도 세분류’(217,145.01 Mg C)가 가장 높게 나타났다. 금강 및 낙동강 유역에서 모두 UNEP-WCMC의 ‘전 세계 갯벌 분포도’에서 갯벌 면적이 가장 낮게 나타났다. 본 연구를 통해 데이터의 출처 및 수집 방법에 따라 블루카본의 탄소 저장량 산정에 영향을 미칠 수 있음을 파악하였다.

Ministry of Oceans and Fisheries (2021)는 ‘해양수산 분야 2050 탄소중립 로드맵’을 수립하여 해양수산업 분야는 2018년 406.3만 톤에서 2050년 42.2만 톤으로 감축하고, 블루카본 분야는 2018년 0톤에서 2050년 136.2만 톤의 탄소를 순흡수하는 것을 계획하였다. 이를 기반으로 ‘제4차 기후변화대응 해양수산부문 종합계획(2022~2026)’을 마련하였으며, 본 연구는 블루카본 탄소 흡수량 구축에 대한 기초 자료를 마련할 수 있을 것이라 사료된다.

6.2. 연구의 한계점 및 향후 연구방향

본 연구는 현장조사 기반의 탄소 저장량 실측 값을 광범위한 지역의 탄소량으로 대략적으로 추정하였다. 현장조사는 정밀위치기반이라는 장점이 있으나, 표본의 수가 적어 이를 공간정보의 대푯값으로 선정하기에 대략적인 값을 추정한다는 단점이 있다. 추후 연구 시, 추가 데이터 확보 및 현장조사의 단점을 보완할 원격탐사 기법 등을 활용한다면 더욱 발전된 연구가 될 수 있을 것으로 사료된다. 또한, 국내·외 갯벌의 공간정보는 국내·외 기관 및 연도별로 다르게 나타나 이를 탄소 저장량의 공간 정보로 나타내는 것에 차이가 있었다. 이러한 차이를 줄이기 위해 지속적인 모니터링을 통한 공간정보 구축에 대한 향후 연구가 필요하다.