가로수는 도시의 미관을 아름답게 할 뿐만 아니라, 미세먼지 저감, 우수 유출의 감소, 열섬현상 저감 등 도시 환경을 개선하는 역할을 수행한다. 그러나 가로수에서 발생하는 구조적인 피해는 사회 · 경제적 피해의 원인이 될 수 있다. 이렇듯 가로수는 2차 피해를 야기하는 잠재적 위험요인을 내포하고 있으나, 이와 관련된 국내 · 외 선행연구는 부족한 실정이었다. 따라서 본 연구에서는 선행연구를 고찰하여 도시 내에 식재된 가로수에서 발생하는 구조적 피해 유형을 정의하고, 피해가 발생하는 원인을 통계적으로 규명하고자 하였다.
본 연구는 문헌연구와 현장연구로 진행하였다. 연구의 대상이 되는 가로수에서 발생한 구조적 피해 사례는 인터넷 검색을 통해 수집하였다. 선행연구 고찰을 통해 수집한 피해 사례를 '구조적 결함이 존재하는 지제부의 부러짐', '가지 부러짐', '지제부 부러짐', '줄기 부러짐', '흙의 전단파괴로 인한 도복', '흙과 뿌리의 분리로 인한 도복', '뿌리의 부러짐으로 인한 도복'의 7개 피해 유형으로 분류하였다. 이후 가로수 피해가 발생한 대상지에 대한 현장 답사를 진행하였다.
현장 답사를 통해 수집한 데이터를 바탕으로 PLS-SEM과 ANOVA 분석을 진행하였다. PLS-SEM 분석을 위해 가로수에서 발생한 구조적 피해 유형을 7점 리커트 척도로 정의하였다. 이후 외생잠재변수로 기후, 가로수 규격, 식재 환경과 관리 방법을 정의하고 내생잠재변수로 가로수의 구조적 피해 유형을 정의하여 PLS-SEM 분석을 진행하였다. 이후 ANOVA 분석과 사후검정을 통해 가로수에서 발생한 구조적 피해 유형별 측정변수의 차이를 고찰하였다.
본 연구의 결과는 다음과 같다. 첫째, PLS-SEM 분석 결과 측정모델과 구조모델 모두 타당하다고 나타났다. PLS-SEM 분석을 위해 설정한 측정모델은 내적 일관성 타당도를 측정하는 크론바흐 알파, 신뢰도 계수, 구성개념 신뢰도의 수용기준을 만족하였다. 잠재변수를 측정하는 측정변수의 외부적재치는 모두 0.6 이상으로 도출되었으며, 외생잠재변수의 AVE 분석 결과 또한 수용기준을 만족하였으므로 설정한 측정모델은 집중타당도를 만족하는 것으로 판단하였다. 교차적재치 분석과 FL-Criteria, HTMT 또한 모두 수용기준 이상의 값이 도출되었으므로, 측정모델은 판별타당도를 확보한 것으로 판단하였다. 측정모델의 적합도 평가 이후 구조모델에 대한 적합도를 평가하였다. 모든 잠재변수의 VIF 값이 5 미만으로 도출되었으므로, 구조모델은 다중공선성이 존재하지 않는다고 판단하였다. 설정한 구조모델의 경로계수는 모두 p-value와 t-stastics의 수용기준을 만족하였고, 신뢰구간에 0을 포함하지 않았으므로 외생잠재변수인 기후, 가로수 규격, 식재 환경과 관리 방법이 구조적 피해 유형에 미치는 영향력을 설명하기에 적합한 것으로 판단하였다. 효과크기의 경우 가로수 규격은 중간, 기후와 식재 환경과 관리 방법은 낮음으로 도출되었다. 구조모델의 결정계수(R²)는 0.487로 도출되었으며, 예측 적합성은 높다고 나타났다. 따라서 설정된 구조모델은 구조적 피해 유형을 설명하기에 적합한 것으로 판단하였다.
둘째, PLS-SEM 분석을 통해서 도출된 경로계수와 효과크기에 대한 고찰을 진행하였다. 도출된 각각의 외생잠재변수별 경로계수는 다음과 같다. '기후 → 가로수 피해 유형'의 경로계수는 0.295, '가로수 규격 → 가로수 피해 유형'이 0.379, '식재 환경과 관리 방법 → 가로수 피해 유형'이 0.259로 도출되었다. 구조적 피해 유형에 미치는 외생잠재변수의 효과크기는 기후 잠재변수가 0.147, 가로수 규격이 0.201, 식재 환경과 관리 방법이 0.083으로 도출되었다. 도출된 경로계수와 효과크기를 바탕으로 판단한 결과 구조적 피해 유형에 미치는 영향력은 가로수 규격, 기후, 식재 환경과 관리 방법 순으로 큰 것으로 나타났다. 이러한 양상이 나타나는 이유는 구조적 피해 유형의 척도가 증가함에 따라 가로수 규격, 기후, 식재 환경과 관리 방법 순으로 측정변수가 증가하는 경향이 뚜렷하기 때문이다.
셋째, 구조적 피해 유형별 측정변수의 차이를 고찰하기 위해 ANOVA 분석과 사후검정을 진행하였다. 측정변수가 등분산성 가정 여부를 만족하는 경우 One-Way ANOVA와 Scheffe 사후검정을 진행하였고, 등분산성 가정을 만족하지 못하는 경우 Welch's ANOVA와 Games-Howell 사후검정을 진행하였다. 측정변수 중 누적 강우량과 엽밀도는 등분산성 가정을 만족하지 못하였으므로, Welch's ANOVA와 Games-Howell 사후검정을 진행하였다. 엽밀도와 누적 강우량을 제외한 측정변수는 모두 등분산성 가정을 만족하였으므로, One-Way ANOVA와 Scheffe 사후검정을 진행하였다. One-Way ANOVA와 Welch's ANOVA 분석 결과 모든 측정변수는 구조적 피해 유형별 유의한 차이가 존재하는 것으로 나타났다. Scheffe 사후검정 결과 측정변수 중 순간 최고풍속, 일평균풍속, 강우 지속시간, 흉고직경, 수고, 수관의 높이, 수관의 폭, 수관의 폭과 수관의 높이 비가 피해 유형별로 유의한 대소관계가 있는 것으로 나타났다. Gmaes-Howell 사후검정 결과 일 누적 강우량은 구조적 결함이 있는 지제부 부러짐에 비해 흙과 뿌리의 분리로 인한 도복과 줄기 부러짐이 발생하는 경우에 유의미하게 더 많은 것으로 나타났고, 엽밀도는 흙의 전단파괴로 인한 도복이 발생한 가로수에 비해 가지 부러짐이 발생한 가로수가 유의미하게 큰 것으로 나타났다.
넷째, ANOVA 분석과 사후검정 결과를 바탕으로 구조적 피해 유형별 측정 변수의 차이에 대하여 고찰하였다. '구조적 결함이 존재하는 지제부 부러짐'은 도시기반시설과 가로수의 상충을 막기 위해 진행하는 강전정과 같은 부적절한 관리 방법으로 인해 발생한 부후와 수피 결함이 주요한 원인인 것으로 판단된다. '흙의 전단파괴로 인한 도복'과 '흙과 뿌리의 분리로 인한 도복'은 바람에 투영되는 면적이 작은 가로수에서 발생하였으므로, 구조적 안정성이 낮음에도 불구하고 빠른 풍속에 의해 발생하였다. '뿌리의 부러짐으로 인한 도복'과 '지제부 부러짐'이 발생한 가로수는 피해 유형 중 가로수 규격이 큰 편에 속하였다. 그러므로 다른 구조적 피해 유형에 비해 상대적으로 느린 속도의 바람에 의해 발생하는 것으로 판단된다. '가지 부러짐'은 수관의 폭과 높이가 큰 가로수에서 발생하였다. 이는 수관이 발달하면서 가지에 가해지는 부하가 증가하여 가지가 부러질 가능성이 높아지기 때문으로 판단된다. '줄기 부러짐'은 목질부의 강도 이상의 모멘트가 가로수 줄기에 가해지는 경우 발생하므로, 보통 이상 규격의 가로수에 빠른 속도의 바람과 많은 양의 비가 올 때 발생하였다.
PLS-SEM과 ANOVA 분석 결과에 대한 고찰을 바탕으로 구조적 피해 예방을 위한 관리 방법을 제안하였다. 도복에 대한 안정성은 근계의 발달에 의해 결정되므로, 근계의 활착을 촉진시키고 주근과 측근이 모두 발달할 수 있도록 유도해야만 한다. 그러므로 지속적인 토양 상태를 모니터링하고, 적절한 비료를 이용해야 한다. 또한, 식재 기반을 조성할 때 표토를 적극적으로 이용하여야 한다. 식재 기반 토양이 충분한 통기성과 투수성을 확보하기 위해 가로의 규모에 적합한 답압 예방 방법이 필요하다. 가로의 폭이 넓은 경우 답압을 예방하고 가로 경관을 향상시킬 수 있는 띠녹지를 조성하여야 한다. 폭이 좁은 경우 수목 보호시설을 설치하거나 도로 다이어트를 통해 식재 기반의 면적을 증가시켜 띠녹지를 조성하는 것이 근계 발달에 도움이 될 것으로 판단된다. 추가적으로 주근이 발달할 수 있는 충분한 토심을 확보하고, 측근이 발달할 수 있는 충분한 면적의 식재 기반을 확보한다면 도복에 대한 가로수의 구조적 안정성이 높아질 것으로 예상된다. 줄기와 지제부 등의 목질부가 부러지는 피해 유형은 강한 바람과 많은 양의 강우에 의해 발생하였다. 그러므로 태풍과 같이 극한적 기상 상황이 예상되는 경우 수관 다듬기를 통해 수관의 중량을 줄이고, 바람에 투영되는 면적을 축소하여 가로수에 가해지는 모멘트의 크기를 감소시켜야 한다. 특히, 가지 부러짐은 구조적 피해 유형 중 수관이 가장 발달한 수목에서 발생하였다. 따라서 수관의 편향이나 가지 분기점에서 부후와 같은 결함이 관측되는 경우 잔가지와 잎을 제거하여 가지에 발생하는 부하를 감소시키면 가지가 부러지는 피해를 예방할 수 있을 것으로 예상된다. 가로수가 도시기반시설과 인접하게 식재된 경우 상충을 방지하기 위해 강전정을 수행하는데, 이러한 강전정은 수목의 활력도를 저하시키므로 부후와 같은 구조적 결함을 야기한다. 따라서 가로수 식재 계획을 수립하는 단계에서 가로수와 도시기반시설과의 거리를 고려한다면, 구조적 결함에 의해 발생하는 피해를 예방할 수 있을 것이다.
본 연구의 의의는 다음과 같다. 첫째, 가로수에서 발생하는 구조적 피해 유형을 구조적 안정성 측면에서 7점 리커트 척도로 정량화하였으며, 통계적으로 척도의 타당성을 규명하였다. 둘째, 기후와 가로수 규격, 식재 환경과 관리 방법이 가로수에서 발생하는 구조적 피해 유형에 미치는 영향력을 PLS-SEM을 이용하여 분석하였다는 의의가 있다. 셋째, ANOVA 분석과 사후검정을 이용하여 가로수에서 발생한 피해 유형별 측정변수의 차이를 규명하였다는 의의가 있다. 마지막으로, 통계 분석 결과를 바탕으로 가로수에서 발생하는 구조적 피해 유형을 예방하기 위한 관리 방법을 제안하였다는 의의가 있다.
본 연구의 한계는 다음과 같다. 첫째, 수집한 피해 사례의 시간적 범위가 2017년부터 2022년으로 한정되어 있어 모든 피해 양상을 고려하지 못하였다. 둘째, 가로수가 식재된 식재 기반 토양의 이화학적 특성을 고려하지 못하였다. 셋째, 사진을 통해 관측할 수 없는 구조적 결함요인을 고려하지 못하였다. 마지막으로, 도시의 구조에 의해 달라지는 바람의 속도를 고려하지 못하였다. 앞서 언급한 연구의 한계점들을 보완한다면, 구조적 피해가 발생하는 원인에 대하여 심도있는 이해가 가능할 것으로 예상된다. 또한, 더욱 구체적인 피해 예방 대책을 수립할 수 있을 것으로 판단된다.