Current Issue

본 연구를 위해 1980년부터 2020년 까지 출간된 문서 중 peer review된 논문 및 문서(book chapter, conference proceeding, policy report, and consulting report)를 Scopus 검색(키워드: “marine environment”, “wind farm”, “offshore wind”, “anthropogenic noise”, “marine noise”, “noise pollution”, “offshore industry”, “pile driving”, “underwater noise”, “electromagnetic field”, “electrosensitive”, “magnetosensitive”, “submarine cable”, “dredging”, “aggregate dredging”, “aggregate extraction”, “gravel extraction”, “sand extraction”, “sand mining”, “suspended solid”, “suspended particulate matter”, “suspended organic matter”, “flocculation”, “turbidity”)을 통해 총 4,077개의 문헌을 수집하였다. 해당 메타데이터는 저자, 저널, 제목, 출판연도, 저자의 소속 및 전문분야가 포함되었으며, 통계적 방법을 통해 시대, 중심국가 별 주요 주제어와 연구 흐름의 변화를 평가하는데 활용하였다.

해양환경영향평가의 시대적 흐름과 분야별 상호관계를 분석하기 위해 VOSviewer software (Van Eck and Waltman[2014])를 이용하여 키워드 네트워크 분석(또는 계량서지학 분석, Bibliometric analyses)을 수행하였다. 해당 분석방법은 특정키워드가 출간된 문서 라이브러리 안(문서의 제목, 초록, 키워드 목록을 포함)에서 복수 검색 되었을 때 상대적으로 큰 심벌로 표기된다. 또한 특정 키워드들이 함께 중복 검색될 수록 각 키워드들 간의 관계(네트워크)가 굵은 선으로 표시되어, 키워드 간 상대적 연결성을 정량적으로 확인할 수 있다.

과거 40년 간 해양분야 환경영향평가 관련 연구논문 수는 총 4,077건으로 집계되었다. 상위 5개국(미국, 영국, 중국, 호주 및 캐나다 순)의 연구논문 수는 2,578건으로 전체 연구의 63% 차지하였다(Fig. 1). 우리나라의 경우 81건으로 전세계 21위 수준이었으며, 인접국가인 중국(357건, 3위), 일본(126건, 12위)에 비해 상대적으로 매우 부족한 수준으로 확인되었다(Fig. 1).

Fig. 1. 
Cumulative number of publications on marine environmental impact assessment from 1980 to 2020.

주요 연구의 흐름은 2000년대 초반부터 무분별한 해역이용에 의한 환경문제를 관리하기 위한 방안으로 해양환경영향평가가 대두되었으며, 초기에는 해양 퇴적물과 수질오염이 주된 평가 대상이었다(Fig. 2A). 이후 2000년대 후반에는 해양환경영향 평가를 위한 항목으로 해양생물과 해양생태계 관련 연구가 증가하면서 환경변화에 따른 서식생물과 생태계의 건강성 평가가 연구의 주류로 자리잡았다. 해상풍력과 같은 재생에너지의 활용에 따른 환경영향평가 연구는 2010년대 후반이 되면서 활발하게 진행된다. 특히, 해양공간계획(marine spatial planning) 연구는 해양에서 발생하는 분쟁이 급격하게 늘어남에 따라 지속가능한 해역이용 및 개발을 화두로 최근 선진국 중심으로 증가하고 있었다(Fig. 2A). 해상풍력 단지 조성에 따른 잠재적 환경변화 요인 관점에서 살펴보면 환경영향평가연구에서 가장 우선시되는 키워드는 ‘수중소음’ 이었으며, 2010년대 후반 들어 ‘전자기장’ 연구가 활발히 진행되고 있는 것으로 나타났다(Fig. 2B).

Fig. 2. 
Keyword network based on co-occurrence analysis. A) Size of node shows to frequency of occurrences in the literature based on full network analysis, B) Network showing top 25 keywords (link strength) linked to “Dredging”, “Environmental impact assessment”, and “Wind farm” highlighted.

해상풍력와 해양환경영향평가로 검색어(키워드: “marine environment impact assessment”, “offshore windfarm”)를 한정하여 확인한 결과(n=101), ‘소음’(키워드: “noise”, n=55, 55%), ‘전자기장’(키워드: “electromagnetic field”, n=19, 19%), ‘해저교란’(키워드: “bottom disturbance”, n=13, 13%) 및 ‘부유사’(키워드: “suspended sediment”, n=7, 7%) 순으로 연구가 많이 수행된 것으로 확인되었다. 해양환경영향평가 생물은 ‘어류’(키워드: “fish”, n=63, 63%), ‘포유류’(키워드: “mammal”, n=57, 57%), ‘바닷새’(키워드: “bird”, n=48, 48%)가 주요 대상종으로 선택되었으며, 상대적으로 ‘저서생물’(키워드: “benthos”, n=18, 18%), ‘갑각류’(키워드: “crustacean”, n=10, 10%), ‘플랑크톤’(키워드: “plankton”, n=5, 5%), ‘이매패류’(키워드: “bivalve”, n=3, 3%)에 대해서는 비교적 연구가 적게 수행되었다(Fig. 3).

Fig. 3. 
Cumulative number of publications related to offshore wind farm and marine environmental impact assessment from 1980 to 2020.

종합해보면, 해상풍력 해양환경영향평가를 위한 다양한 요소 중 전자기장에 의한 해양생물 영향 연구 및 해저교란에 의한 해양생물 영향 연구 수준이 가장 취약한 것으로 확인되었다. 특히 자기장은 어류, 무척추동물 및 해양포유류 등 해양생물의 유영 능력 및 방향설정에 영향을 주는 것으로 알려져 있지만(Ӧhman et al.[2007]; Woodruff et al.[2012]; Bailey et al.[2014]; Bergström et al.[2014]; Albert et al.[2020]), 이에 관한 국내 연구는 전무한 실정이다. 더불어 국내 해상풍력 설치 대상 지역이 대부분 서·남해에 집중될 것으로 예상되는 바, 해저교란(세굴)에 의한 갯벌생태계 위해 영향 연구가 반드시 필요할 것으로 판단된다. 이외에도 군사작전이 빈번하게 이뤄지는 동해의 경우, 해상풍력단지 조성으로 인한 레이더 간섭 피해 등의 문제도 함께 고려되어야 할 것이다(Kim et al.[2014]).

상기 연구결과는 해상풍력에 특화된 평가항목 설정 및 환경변화에 의한 생태계 반응을 종합적으로 파악하기 위한 진단·예측기술 고도화의 필요성을 시사한다. 더불어 해양환경 변화를 진단·예측하기 위한 기초조사 자료의 축적 및 통합이 매우 중요하며 이를 위해 기존 조사자료를 통합하고 관련 연구의 기초자료를 지속적으로 업데이트 할 수 있는 시스템 체계도 마련되어야 할 것이다. 법정조사와 같은 기초조사 결과(예, 국가 해양생태계 종합조사)의 통합을 통해 해양환경 변화를 평가하기 위한 배경농도 및 자연상태의 임계값을 산정 가능할 것 이다. 해당 결과를 토대로 본 연구에서는 과학적인 해역이용영향평가를 위한 기술동향을 4개 범주(진단, 예측, 평가기준, DB시스템)에서 분석 후, 이에 대한 시사점을 아래에 기술하였다.

해상풍력 선진국인 유럽(영국, 벨기에, 스웨덴 등)의 경우, 해상풍력단지 공사 중 발생하는 부유사 및 유속 변화에 의한 수질영향과 더불어, 퇴적물 침퇴적 특성 변화에 따른 생태계 영향평가도 종합적으로 실시하고 있다. 과거 Baeye and Fettweis[2015] 연구에 의하면 해상풍력에 세굴현상을 방지하기 위해 보호시설을 설치하였음에도 불구하고 운영에 의해 구조물 주변 부유사 농도가 배경 농도(3 mg/L) 보다 최대 5배까지 증가하였으며, 이로 인한 장기 생태계영향의 모니터링이 필요함을 시사한 바 있다. 뿐만 아니라, 건설 후 해저케이블 주변에서 발생되는 전자기장의 어류, 갑각류, 다모류 등에 대한 장기 모니터링 결과, 행동-내분비장애에 되한 누적 영향을 확인한 바 있다(Scott et al.[2018]; Jakubowska et al.[2019]; Hutchison et al.[2020]). 이는 해상풍력에 의해 발생가능한 생태계 위해 요소는 풍력단지 건설 전, 중, 후로 구분되며, 피해 양상 또한 상이할 수 있음을 시사한다(Fig. 4). 하지만 국내 해역이용협의 제도는 획일적인 조사항목과 구체성이 결여되어 있어 해양생태계 영향에 대한 과학적 평가체계가 어려운 실정이다. 기존 해역이용협의 제도의 평가항목의 경우 해양물리, 해양화학, 해양지형지질, 해양퇴적물, 부유생태계, 저서생태계, 어류/수산자원, 경관/위락, 보호종 및 보호구역의 9개로 나누어져 있으며, 해역이용영향평가의 경우 기존 해역이용협의 제도 평가항목(9개) 외 기상, 어란 및 자치어, 해양식물, 조간대동물, 산업을 포함하는 총 14개의 평가항목이 존재한다(Table 1). 선진국들의 경우에는 해역이용이 이루어지는 해역에 따라 특정 해양생물에 중요도를 두고 영향평가가 이루어지는 것이 특징적이다. 미국은 생물학적 중요도가 높은 구역을 선별하여 멸종위기종, 특별관심종, 주요 어류서식지에 대해 별도로 조사하고 있다. 덴마크의 경우에는 해상풍력에 가장 큰 영향을 받는 것으로 알려진 어류, 고래, 조류와 같은 민감종에 대해 최소 2년 이상의 장기 연구를 시행하고 있다는 점은 주목할 만 하다. 특히, 고래나 물범과 같은 대형포유류의 경우 국내 해역에도 넓게 상당수가 서식하고 있는 것으로 알려져 있으나(Sohn et al.[2012]) 해역이용영향평가에 제대로 반영이 되지 않고 있다(Table 2).

Fig. 4. 
A) Impacts of offshore wind farm on marine ecosystem and B) Environmental issues on offshore wind farm construction.

예측 분야 기술동향을 살펴보면 해상풍력 설치 지역의 수리환경 및 생태계 변화를 예측하기 위해서 기계학습 기반의 예측 모델 개발이 활발하게 연구되고 있다. 미국(NOPP) 및 유럽(HYCOM)의 경우 3차원 해양수치모델을 활용한 예측방법과 더불어 Sentinel, MODIS, Landsat 등 다분광, 초분광 위성을 활용한 기계학습 모델을 연구가 활발히 수행되고 있다(Jung et al.[2020]). 이는 국지적인 모니터링을 통해 축적된 현장자료가 가지는 공간적 분포 한계를 극복하기 위한 방안으로, 수시로 현장자료를 통해 데이터를 검보정을 함으로써 예측정확도를 향상을 목적한다. 최근에는 다양한 환경인자들을 광학 신호를 구분하고, 환경 변수 간의 비선형성을 효과적으로 예측하기 위해 차원축소법(PCA)이나 인공지능 기법들을 활용한 알고리즘 연구가 활발하게 진행되고 있다. 이외에도 미국의 경우 해상풍력 발전지구 건설 및 운영에 따른 영향을 예측하기 위한 환경 민감도 연구를 수행하여 생물학적 중요도가 높은 구역을 도출한 바 있다. 반면 우리나라의 경우 물리, 수리 및 퇴적분야의 경우 예측 모의는 시행하고 있지만 실제 영향의 대상인 생태계에 대한 예측 모의는 시행하지 않고 있다. 이는 생태계의 복잡한 인과관계(물질순환, 무생물-생물 및 생물-생물 간의 상호작용 등)를 수치화하여 정확한 예측이 어렵기 때문인데, 이를 극복하기 위한 로지스틱회귀모델(logistic regression model) 및 인공위성 자료와 해양생물(식물 플랑크톤) 간의 관계를 추정하는 신경망 기법 등이 활발히 연구되고 있다(Kim et al.[2015]). 향후 정확한 환경영향 예측을 위해서는 기존 격자체계를 통일하고 장기 관측을 통한 빅데이터 구축과 함께 관측기반의 현장자료을 활용한 입력계수 산정이 반드시 고려해야할 중요 요소이다(Table 2).

선진국(영국, 독일, 스페인, 스웨덴 등)의 경우, 과학적 평가기준안을 도출하기 위해 실제해역에서 영향받을 것으로 예상되는 해양생물을 대상으로 메조코즘 실험 등을 적극적으로 활용하여 수중소음, 전자기장, 부유사, 해저교란에 대한 과학적인 평가기준안을 도출하고 있다. 해상풍력 건설과 운용 중에 발생하는 전자기장·소음은 최대 80 km 거리에서도 해양생물의 영향을 줄 수 있는 것으로 알려져 있지만(Betke et al.[2004]; Mueller-Blenkle et al.[2010]; Duarte et al.[2021]), 국내 관련연구는 전무한 실정이다. 더불어 국내 해안에 광범위 하게 서식하는 바닷새나 해양포유류에 대한 기준안 마련도 시급하다. 특히 해상풍력 신규 입지 예정지역은 상괭이(Neophocaena phocaenoides), 남방큰돌고래(Tursiops aduncus) 등의 고래가 서식하는 지역이고, 해상풍력 터빈이 해상 100 m 이상 높이에 설치되었을 때 바닷새에 직접적인 영향을 줄 수 있음에도 이에 대한 평가 기준은 마련되어 있지 않다(Oh et al.[2020]) (Table 2). 뿐만 아니라 수중소음, 전자기장, 부유사, 해저교란은 해상풍력단지 건설, 운영 중에 동시에 복합적으로 일어날 수 있기 때문에 이에 관한 연구도 필요하다. 더불어 생물-생물 간 상호작용에 따른 개체군 영향은 단일 종에 대한 영향기준과 매우 다를 수 있기 때문에 이를 확인하기 위한 메조코즘 연구 등도 시급할 것이다(Lee et al.[2020]).

평가기준과 더불어 해양환경 영향을 정확히 평가할 수 있는 평가항목 설정도 중요한 이슈이다. 관련 선행연구를 살펴보면 미국이나 일본의 경우 대기, 수질, 소음, 해양생물, 문화자원뿐만 아니라 사회·경제적 영향을 포함한 인간환경(human environment)까지 고려하여 환경영향평가를 수행하고 있는 추세이다(Yoon and Park[2013]). 특히 평가항목을 법률로 미리 규정하지 않고 스코핑 절차를 통해 사업의 특성에 맞게 평가항목을 유동적으로 정하고 있는데, 이는 정부와 주민 등 이해관계자를 참여시킴으로써 상호간의 갈등을 최소화하기 위함이다. 우리나라도 과학적 평가기준 및 평가항목 설정을 통해 해양환경영향평가제도를 체계화하기 위한 노력을 하고 있는 바, 추후 우리나라의 해역별, 유형별 특성을 적절하게 평가할 수 있는 제도개선이 이루어질 것으로 보인다.

선진국(독일, 아일랜드 등)의 경우 해양환경영향평가의 지속성을 위해 DB시스템 구축이 핵심임을 과거부터 인지하고 이를 위한 개발에 힘써왔다. 독일의 경우 지리 객체 관계형 DB 시스템(독일 연방 해양수로국 제공)을 구축하여 사용자가 필요할 때 모든 지리 데이터를 검색할 수 있다(Stelzenmüller et al.[2017]). 아일랜드는 해양 부표, 조위계 및 선박에서 수집한 데이터를 관측 후 한 시간 내에 중앙 저장소로 보내어 실시간으로 공유할 수 있는 해양환경 모니터링 서비스를 제공하고 있다. 해당시스템은 예측 모델에 의해 생성된 일부 매개 변수에는 해양 온도, 염도, 해류 및 파도가 포함되며 활동 영역별(해양환경, 어업 및 생태계, 어류 건강, 해산물 안전, 양식업, 해저매핑, 해양학, 해운, 해상 및 항구 등) 정보까지도 조회 가능하다(Table 2).

우리나라도 이처럼 해양환경영향평가를 통해 얻어진 해양정보를 수집·제공할 수 있는 해역이용정보 시스템이 조속히 구축되어야 할 것이다. 국내 해상풍력 해양환경영향평가 역사가 선진국에 비해 짧고 진행된 사업의 규모가 작기 때문에 관련 DB를 구축하는데 어려움이 있지만, 기존 활용 가능한 국가해양생태계종합조사 등의 법정조사 자료를 디지털화 및 통합한다면 추후 이용자들의 편의성도 증대될 것이다. 이를 통해 정보 제공의 신속성, 평가절차의 투명성 및 공정성도 확보할 수 있어 평가과정에서 야기되는 이용자간의 갈등도 완화할 수 있을 것으로 보인다.