[논문]경제성 분석에 의한 강변저류지 최적위치 선정에 대한 연구

안태진; 변천일; 노희성; 백천우

doi:10.3741/jkwra.2010.43.8.681

경제성 분석에 의한 강변저류지 최적위치 선정에 대한 연구
Study on Optimal Location of Washland Based on Economic Analysis 원문보기

韓國水資源學會論文集 = Journal of Korea Water Resources Association, v.43 no.8, 2010년, pp.681 - 694

안태진 (한경대학교 공과대학 토목공학과) , 변천일 ((주)한국방재안전기술원) , 노희성 (한경대학교 공과대학 토목공학과) , 백천우

초록
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본 연구에서는 경제성분석에 의한 강변저류지의 최적위치 선정기법을 제안하였다. 강변저류지 설치에 소요되는 비용을 크게 건설비용과 토지매입비용으로 나누어 산정하였으며, 강변저류지 설치로 인해 발생하는 이익을 홍수피해저감액과 습지설치로 인한 연간이득으로 구분하여 산정하였다. 홍수량-홍수피해액 관계를 간접적으로 도출하는 방안을 제시하였으며, 강변저류지의 습지활용 시에 발생하는 이익은 인공습지의 가치평가기법을 도입하여 평가하였다. 경제성평가 기법으로는 편익-비용분석을 적용하였으며, 안성천 유역의 13개 후보강변저류지에 대한 경제성평가를 수행하였다. 또한 강변저류지의 최적 위치와 규모를 결정하기 위해 홍수저감효과를 이용한 기존의 모형을 보완하여, 경제성평가기법을 이용한 의사결정기법을 제안하였다. 제안된 의사결정기법을 안성천유역의 13개 후보강변저류지를 대상으로 적용하였으며, 기존에 홍수저감효과만을 이용한 모형의 결과와 비교분석하였다. 그 결과 홍수저감량만을 고려한 기존의 결과와 비교할 때 보다 높은 경제성을 제공할 수 있는 최적조합선정이 가능하였고, 경제성을 고려하는 것이 보다 실질적인 의사결정의 기준으로 사용될 수 있다는 것으로 나타났다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, methodology to determine optimal location of washlands based on economic analysis is presented. Install costs of washlands are calculated by construction cost and land compensatory cost and benefits of washlands are calculated from flood damage reduction and befit from using washland as wetland. Indirect approach for runoff-flood damage relationship is suggested and benefit-cost analysis is used for economic analysis. Economic analysis is added to existing models that used only flood reduction effect to determine optimal location of washlands. Suggested methodology is applied to 13 potential washlands in Anseong River basin to examine its applicability. Applied result of new methodology is compared with that of existing model. As the application results, it is possible to determine the optimal combinations of washlands can provide more economic benefit compared to existing studies. It is determined that considering economic analysis can be better option for decision making problem searching for optimal location of washlands.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구에서는 강변저류지 설치계획 수립을 위한 기준으로 사용할 수 있는 강변저류지의 경제성평가 방안에 대해 제시하였다. 강변저류지 설치에 소요되는 비용을 크게 건설비용과 토지매입비용으로 나누어 산정하였으며, 강변저류지 설치로 인해 발생하는 이익을 홍수피해 저감액과 습지설치로 인한 연간이득으로 구분하여 산정하였다.
본 연구에서는 강변저류지 설치계획 수립을 위한 기준으로 사용할 수 있는 경제성평가 기반의 최적위치 선정 방안에 대해 제시하였다.
본 연구에서는 경제성분석에 의해 강변저류지의 최적 위치를 결정하기 위한 방안을 제시하였으며, 안성천 유역을 대상유역으로 제안된 방법의 적용성을 검토해보았다. 안성천 유역의 면적은 1,658 km²이며, 유로연장은 59.
본 연구에서는 기존의 강변저류지 제원을 이용하여 강변저류지 설치 수별로 최대의 경제적 효과를 내는 조합을 선정해 보았다. 다만, 경제적으로 우수한 강변저류지 최적 조합 선정을 위해 사용된 첨두홍수저감효과 정량화 방법, 인공습지의 가치 정량화 방법 등은 일반화된 방법이 아니므로 실시설계단계에서의 적용에는 무리가 있지만, 기본 계획 단계에서 경제성을 고려하여 강변저류지 최적위치 조합을 선정할 때 유용한 정보를 제공할 수 있을 것으로 판단된다.

가설 설정

월류부 폭이 상대적으로 넓어 수면과 월류부상단이 평행하지 않을 경우 Eq. (1)의 유량계수 C를 계산하기 위해 Hager의 횡월류유량공식(Hager, 1987)을 적용할 수 있으나, 본 연구에서는 안태진 등(2008) 및 백천우와 안태진(2009) 및 백천우 등(2010)의 연구에서와 같이 횡월류부에서의 수면과 월류부 상단이 평행하다고 가정하여 USACE (2008)가 추천한 1.11을 횡월류계수 C값으로 적용하였다.
다만, “안성천수계 유역종합치수계획 (건설교통부, 2007)”에서 계획 중인 13개 강변저류지의 인공습지 기능요소별 가중치 결정을 위한 구체적인 자료가 없는 관계로, 본 연구에서는 체류시간 48 hr 미만의 자연형 인공습지로, 도심에서 접근이 용이치 않으며 생태공원과 함께 추진하고, 식생면적이 습지총면적의 60%, 인근에 멸종위기 조류의 서식처가 없다고 가정하여 강변저류지를 습지로 활용할 경우 발생하는 편익을 산정하였다.

제안 방법

또한 안태진 등 (2008) 및 백천우와 안태진 (2009) 등의 연구에서는 Off-line형식의 강변저류지가 보다 국내 현실에 적합하다고 하였으며, 다음 Eq. (1)과 같은 횡월류 위어의 월류량 산정식을 이용하여 강변저류지로의 분기유량을 계산하였다.
인공습지의 경제적 가치를 평가하기 위해서는 Eq. (10)에 나타나 있는 각 기능요소별 단위가치와 가중치를 산정해야 하며, 본 연구에서는 한국건설교통기술평가원 (2009)의 연구결과를 바탕으로 648 , 644, 18 및 210 원/m²/년을 각각 수질오염 저감부분, 생물 서식처 부분, 온실가스 저감부분 및 심미적 가치부분의 단위가치로 적용하였다. 또한 인공습지의 기능요소별 가중치는 Table 5 (한국건설교통기술평가원, 2009; 및 국가환경정보센터, 2009)를 이용해 산정할 수 있다.
Eq. (2)와 같이 산정되는 강변저류지의 B/C비를 계산하기 위해 본 연구에서는 강변저류지 설치를 위해 소요되는 비용을 크게 건설비용과 토지매입비용으로 나누어 산정하였으며, 강변저류지 설치로 인해 발생하는 이익은 홍수피해저감액과 습지설치로 인한 연간이득으로 구분하여 산정하였다. 각각의 비용과 편익의 산정방법 및 과정은 3.
Eq. (4)와 같이 표현되는 적합도함수와 유전자알고리즘을 이용하여 최적의 강변저류지 위치를 선정하였으며, Fig. 2는 본 연구에서 제안한 의사결정기법의 구조를 나타내고 있다.
“안성천수계 유역종합치수계획 (건설교통부, 2007)”에서 산정한 재현기간 50, 100 및 200년에 해당하는 빈도별 총강우량 (278, 307 및 328 mm)과 Eq. (7)을 이용하여 50, 100 및 200년 빈도에 해당하는 홍수피해액을 산정하였고, 최종적인 강변저류지 설치로 인해 발생하는 홍수저감량을 홍수저감편익으로 환산하기 위해, 재현기간 50, 100 및 200년에 해당하는 첨두홍수량 (5840, 6695 및 7546 m³/sec)과 홍수피해액을 이용하여 첨두홍수량(Q_p)-홍수피해액(D)관계를 다음 Eq. (8)과 같이 도출하였다.
1) 강변저류지 설치에 소요되는 비용을 크게 건설비용과 토지매입비용으로 나누어 산정하였으며, 강변저류지 설치로 인해 발생하는 이익을 홍수피해저감액과 습지설치로 인한 연간이득으로 구분하여 산정하였다.
3) 제안된 방안을 이용하여 안성천 유역의 13개 후보 강변저류지에 대한 경제성평가를 수행하였다. 그 결과, 기존의 연구에서와 같이 홍수저감량만을 고려하여 강변저류지의 위치를 결정하는 것이 아닌, 경제성을 고려하는 것이 보다 실질적인 의사결정의 기준으로 사용될 수 있다는 것으로 나타났다.
4) 홍수저감효과를 이용한 안태진 등 (2008), 백천우등 (2009) 및 백천우와 안태진 (2009)의 모형을 보완하여, 경제성평가기법을 이용한 최적위치 선정 방안을 제안하였다. 제안된 의사결정기법을 안성천유역의 13개 후보강변저류지를 대상으로 적용하였으며, 기존에 홍수저감효과만을 이용한 모형의 결과와 비교분석하였다.
5) 하지만 본 연구에서는 자료부족으로 인해 낙동강유역의 자료를 이용하여 강변저류지 설치비용을 산정하였으며, 과거 홍수피해실적을 이용한 간접적인 방법을 적용하여 강변저류지의 홍수저감편익을 산정 하였다. 간접적인 방법을 이용할 경우 홍수량감소에따른 홍수피해액 경감액 산정에 있어서 차이가 발생 할 수 있을 것이다.
제안된 기법을 이용하여 안성천 유역의 13개 후보강변저류지에 대한 경제성평가를 수행하였다. 각 저류지를 단독으로 설치했을 때 발생하는 편익과 비용을 산정하였으며, 단 저류지의 홍수저감편익은 유역출구 홍수저감량을 기준으로 하였다. Table 7에 산정된 각 저류지의 B/C비가 나타나 있다.
따라서 본 연구에서는 강변저류지 설치계획 수립을 위한 기준으로 사용할 수 있는 강변저류지의 경제성평가 방안에 대해 제시하였다. 강변저류지 설치에 소요되는 비용을 크게 건설비용과 토지매입비용으로 나누어 산정하였으며, 강변저류지 설치로 인해 발생하는 이익을 홍수피해 저감액과 습지설치로 인한 연간이득으로 구분하여 산정하였다. 실제 자료부족과 같은 이유로 인해 실질적인 관계도출이 어려운 홍수량-홍수피해액 관계를 간접적으로 도출하는 방안을 제시하였으며, 강변저류지의 습지활용 시에 발생하는 이익은 인공습지의 가치평가기법을 도입 하여 평가하였다.
습지는 동·식물 및 미생물에게 다양한 서식환경을 제공하는 생물다양성의 보고이며, 오염물질의 정화, 홍수조절기능, 국지적인기후조절기능, 여가활용 기능, 심미적 기능 등 환경적으로 사회·문화·경제적으로 그 가치가 매우 높다 (국가습지보전사업관리단 2008). 강변저류지는 비홍수기에 습지로의 활용이 가능하며, 본 연구에서는 강변저류지의 성격과 유사한 인공습지의 가치평가 기법 (한국건설교통기술평가원, 2009)을 도입하여 강변저류지를 습지로 활용할 경우 발생하는 편익을 산정하였다.
제안된 방안을 이용하여 안성천 유역의 13개 후보강변저류지에 대한 경제성평가를 수행하였다. 또한 강변저류지의 최적 위치와 규모를 결정하기 위해 홍수저감효과를 이용한 안태진 등 (2008), 백천우 등 (2009) 및 백천우와 안태진 (2009)의 모형을 보완하여, 경제성평가기법을 이용한 의사결정 기법을 제안하였다. 제안된 의사결정기법을 안성천유역의 13개 후보강변저류지를 대상으로 적용하였으며, 기존에 홍수저감효과만을 이용한 모형의 결과와 비교분석하였다.
하지만 이를 위한 홍수 피해지도 등의 직접적인 자료가 부족할 경우 홍수저감편익의 정량화가 어렵게 된다. 본 연구에 대상유역인 안성천 유역도 제작된 홍수피해지도가 없는 관계로, 과거 홍수피해실적을 이용한 간접적인 방법을 적용하여 홍수저감편익을 산정하였다.
강변저류지 설치에 소요되는 비용을 크게 건설비용과 토지매입비용으로 나누어 산정하였으며, 강변저류지 설치로 인해 발생하는 이익을 홍수피해 저감액과 습지설치로 인한 연간이득으로 구분하여 산정하였다. 실제 자료부족과 같은 이유로 인해 실질적인 관계도출이 어려운 홍수량-홍수피해액 관계를 간접적으로 도출하는 방안을 제시하였으며, 강변저류지의 습지활용 시에 발생하는 이익은 인공습지의 가치평가기법을 도입 하여 평가하였다. 산정된 비용, 편익자료를 이용한 경제성 평가 기법으로는 편익-비용분석을 적용하였다.
하지만 전술한 바와 같이 강변저류지는 홍수저감목표 이외에도 다양한 용도로 활용할 수 있으며, 강변저류지 계획에 있어서 이와 같이 다양한 용도로 활용할 경우 발생하는 효과는 반드시 고려되어야 할 것이다. 이를 위해 각 용도로 활용할 경우 발생하는 효과를 정량적으로 평가할 필요가 발생하며, 본 연구에서는 경제성 분석을 이용하여 정량적 평가를 수행하였다.
인공습지는 그 규모나 목적에 있어 자연 습지와는 다소차이가 있으므로, 습지로 활용할 때 발생하는 기능을 결정하고, 각 기능의 항목별 가치를 평가하여 직접적인 경제적 가치를 평가한다. 한국건설교통기술평가원 (2009)은 인공습지의 대표적인 기능을 크게 ① 수질오염 저감 기능, ② 생물 서식처 기능, ③ 온실가스 저감 기능, ④ 심미적기능의 네 가지로 구분하였으며, 인공습지의 경제적 가치를 다음 Eq.
제안된 기법을 이용하여 안성천 유역의 13개 후보강변저류지에 대한 경제성평가를 수행하였다. 각 저류지를 단독으로 설치했을 때 발생하는 편익과 비용을 산정하였으며, 단 저류지의 홍수저감편익은 유역출구 홍수저감량을 기준으로 하였다.
산정된 비용, 편익자료를 이용한 경제성 평가 기법으로는 편익-비용분석을 적용하였다. 제안된 방안을 이용하여 안성천 유역의 13개 후보강변저류지에 대한 경제성평가를 수행하였다. 또한 강변저류지의 최적 위치와 규모를 결정하기 위해 홍수저감효과를 이용한 안태진 등 (2008), 백천우 등 (2009) 및 백천우와 안태진 (2009)의 모형을 보완하여, 경제성평가기법을 이용한 의사결정 기법을 제안하였다.
현재 국내에는 설치된 강변저류지가 없으며, 강변저류지 설치비용 산정을 위한 명확한 기준도 미비한 관계로, 본 연구에서는 “낙동강 유역종합치수계획 (건설교통부, 2004)”에서 산정한 낙동강 유역의 20개 강변저류지 후보지의 예상건설비용을 유효저류량과 연계하여 강변저류지 설치비용을 산정하였다.

대상 데이터

본 연구에서는 연평균 비용 산정을 위해 연평균 유지관리비를 제외한 총설치비용만을 고려하였으며, 2007년 이후 적용되고 있는 한국개발연구원 (2004)의 자료로부터 이자율과 내구연한을 각각 5.0%와 50년을 적용하였다. Eq.

데이터처리

또한 강변저류지의 최적 위치와 규모를 결정하기 위해 홍수저감효과를 이용한 안태진 등 (2008), 백천우 등 (2009) 및 백천우와 안태진 (2009)의 모형을 보완하여, 경제성평가기법을 이용한 의사결정 기법을 제안하였다. 제안된 의사결정기법을 안성천유역의 13개 후보강변저류지를 대상으로 적용하였으며, 기존에 홍수저감효과만을 이용한 모형의 결과와 비교분석하였다.

이론/모형

안성천 유역의 경우 13개 저류지에 대한 모든 경우의 수가 8,192회에 해당하므로 상기한 바와 같이 물리적인 방법으로 모든 경우의 수에 대한 분석을 수행하기에는 부담이 있다. 따라서 본 연구에서는 안태진 등 (2008)의 모형에 경제성 부분을 결정변수로 추가 하여 강변저류지 조합 개수별로 최적의 조합을 산정하는 방법을 이용하였다.
실제 자료부족과 같은 이유로 인해 실질적인 관계도출이 어려운 홍수량-홍수피해액 관계를 간접적으로 도출하는 방안을 제시하였으며, 강변저류지의 습지활용 시에 발생하는 이익은 인공습지의 가치평가기법을 도입 하여 평가하였다. 산정된 비용, 편익자료를 이용한 경제성 평가 기법으로는 편익-비용분석을 적용하였다. 제안된 방안을 이용하여 안성천 유역의 13개 후보강변저류지에 대한 경제성평가를 수행하였다.

성능/효과

2) 홍수량-홍수피해액 관계를 간접적으로 도출하는 방안을 제시하였으며, 인공습지의 가치평가기법을 도입하여 강변저류지의 습지활용 시에 발생하는 이익을 정량화 하였다.
3) 제안된 방안을 이용하여 안성천 유역의 13개 후보 강변저류지에 대한 경제성평가를 수행하였다. 그 결과, 기존의 연구에서와 같이 홍수저감량만을 고려하여 강변저류지의 위치를 결정하는 것이 아닌, 경제성을 고려하는 것이 보다 실질적인 의사결정의 기준으로 사용될 수 있다는 것으로 나타났다.
본 연구에서 선정된 결과로는 강변저류지 10개소 조합까지 B/C비가 ‘1’ 이상으로 투자대비 효율이 있다고 판단되며, 11개소, 12개소 13개소는 B/C비가 ‘1’ 이하로 투자대비 효율이 좋지 못한 것으로 판단된다.
제안된 의사결정기법을 안성천유역의 13개 후보강변저류지를 대상으로 적용하였으며, 기존에 홍수저감효과만을 이용한 모형의 결과와 비교분석하였다. 비교 결과, 홍수저감량만을 고려한 기존의 결과와 비교할 때 보다 높은 경제성을 제공할 수 있는 최적조합선정이 가능하였고, 이는 강변저류지 최적위치조합을 선정할 때 보다 유용한 정보를 제공할 수 있을 것으로 판단되었다.
홍수저감량을 기준으로 선정된 최적조합은 Table 7에 산정된 ΔQ_p가 높은 강변저류지 위주로 최적 조합에 선택되었으나, 이들의 경제성은 Table 8에서 결정된 조합들보다 낮은 경제성을 보이고 있으며, 강변저류지를 6～8개 선택하는 경우를 제외하고는 모두 1보다 낮은 B/C비 값을 나타내고 있다. 즉, 보다 효율적인 강변저류지 위치를 결정하기 위해서는 홍수저감량만을 고려하기 보다는 홍수저감효과도 고려하되 다른 편익을 모두 고려한 경제성 분석이 보다 적합할 것으로 판단된다.

후속연구

본 연구에서는 기존의 강변저류지 제원을 이용하여 강변저류지 설치 수별로 최대의 경제적 효과를 내는 조합을 선정해 보았다. 다만, 경제적으로 우수한 강변저류지 최적 조합 선정을 위해 사용된 첨두홍수저감효과 정량화 방법, 인공습지의 가치 정량화 방법 등은 일반화된 방법이 아니므로 실시설계단계에서의 적용에는 무리가 있지만, 기본 계획 단계에서 경제성을 고려하여 강변저류지 최적위치 조합을 선정할 때 유용한 정보를 제공할 수 있을 것으로 판단된다.
간접적인 방법을 이용할 경우 홍수량감소에따른 홍수피해액 경감액 산정에 있어서 차이가 발생 할 수 있을 것이다. 또한 강변저류지의 습지로서의 가치평가를 위한 연구도 아직은 초기단계이므로, 관련된 연구가 진행되고 충분한 자료가 축적될 경우 실질적인 홍수량-피해액 관계 정립과 습지가치의 평가가 가능할 것이며, 본 연구에서 제안한 기법의 적용성도 증가할 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	경제성평가 기법은 무엇을 적용하였는가?	홍수량-홍수피해액 관계를 간접적으로 도출하는 방안을 제시하였으며, 강변저류지의 습지활용 시에 발생하는 이익은 인공습지의 가치평가기법을 도입하여 평가하였다. 경제성평가 기법으로는 편익-비용분석을 적용하였으며, 안성천 유역의 13개 후보강변저류지에 대한 경제성평가를 수행하였다. 또한 강변저류지의 최적 위치와 규모를 결정하기 위해 홍수저감효과를 이용한 기존의 모형을 보완하여, 경제성평가기법을 이용한 의사결정기법을 제안하였다.
	강변저류지는 어떤 특징이 있는가?	특히 기존 하도내에 수공구조물을 설치하거나 하도개선 등으로 홍수조절효과를 얻는 방식이 아닌, 하도주변의 하천변 공간을 이용한 홍수량 분담을 통해 하천의 부담을 줄이고 하천 범람으로 인한 홍수피해의 잠재성 경감을 위한 시설로 첨두홍수조절 효과가 확실하고 그 효과가 즉시 나타나는 특징이 있다. 또한 강변저류지는 일정량 이상의 수위에만 홍수를 저감하는 특징이 있으므로 6월에서 9월까지 강수가 집중되고 있는 우리나라의 경우 평수기시 습지, 농경지, 생태시설, 스포츠시설 등으로 활용할 수 있어서 비홍수기시 활용적측면에서 잠재적 가치가 큰 자연친화적인 시설이다. 하지만 저류수심이 높지 않아 많은 강변부지를 필요로 하기 때문에 하천변의 국공유지 비율이 높지 않은 우리나라의 특성상 2000년대 이전에는 강변저류지에 대한 관심이 높지 않았지만, 최근 자연친화적인 수공구조물에 대한 관심이 증가하면서, 2000년대 중반부터 ‘천변저류지’, ‘생태천변저류지’ 등의 명칭으로 관련된 연구가 수행되기 시작하였으며, 최근 관련분야 전문가들의 협의를 통해 ‘강변저류지’로 명칭을 통일하고 본격적인 연구가 진행 중에 있다.
	강변저류지는 규모가 비교적 작은 수공구조물로, 저류지를 단독으로 설치할 경우 홍수저감효과가 미비할 수 있으므로 무엇이 필요할 수 있는가?	전술한 바와 같이 강변저류지는 규모가 비교적 작은 수공구조물로, 저류지를 단독으로 설치할 경우 홍수저감효과가 미비할 수 있다. 따라서 목표하는 홍수저감량을 얻기 위해 단독이 아닌 저류지군을 설치할 필요가 발생하며, 이 때 각각 저류지의 직하류부에서 발생하는 홍수저감효과가 아닌, 전체 저류지군을 네트워크로 간주하고 각각의 저류지군이 조합에 의해 발생하는 홍수저감효과를 고려하는 접근방식이 필요로 한다. 이는 특정 위치에 존재하는 저류지가 직하류부의 첨두홍수를 낮추고 첨두홍수 도달시간을 지체시킬 수 있다하더라도, 이 결과는 대상저류지의 하류부에 위치한 다른 지점의 첨두홍수를 증가시킬 수도 있기 때문이다.

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저자의 다른 논문 :

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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