임진강 유역은 1996년부터 1999년까지 3번의 대규모 홍수가 발생하여 많은 인명피해와 9천억원의 재산피해를 입었다. 우리나라는 기후변화로 인하여 홍수피해가 앞으로 증가할 것으로 예상된다. 본 연구는 기후시나리오를 활용하여 미래의 홍수피해를 예측하고, 실물옵션 기반 경제성분석 방법을 제시하였으며, 임진강유역의 홍수방지시설물 투자사업의 사례연구를 통해 경제성분석을 실시하였다. RCP (Representative Concentration Pathway) 기후시나리오에서 모의된 강수량 자료를 활용하여 홍수피해액을 계산하고, 홍수방지시설물 투자에 의한 저감이익을 분석하였다. 향후 RCP8.5와 RCP4.5 기후시나리오가 실현되는 조건을 가정하여 홍수피해 저감이익의 변동성을 구하고, 2071년에 200년 재현주기에 적응하도록 하는 확장을 위한 투자를 할 수 있는 확장옵션을 적용하여 프로젝트의 옵션가치를 구했다. 옵션가치 분석결과, 두 가지 시나리오 하에서 경제성을 확보하고 있음을 확인하였고, RCP8.5 기후시나리오가 실현될 때가 RCP4.5의 경우보다 홍수피해 저감이익이 더 많이 발생하였다. 본 연구는 정부 의사결정권자가 실물옵션분석방법을 활용하여 홍수방재시설물의 경제성분석에 기후변화 불확실성을 고려할 수 있도록 도와줄 것으로 기대되며, 기후시나리오에서 제공하는 강우자료를 활용하여 기후위험요소를 경제적 가치로 정량화하는 방법을 제시하였다.
임진강 유역은 1996년부터 1999년까지 3번의 대규모 홍수가 발생하여 많은 인명피해와 9천억원의 재산피해를 입었다. 우리나라는 기후변화로 인하여 홍수피해가 앞으로 증가할 것으로 예상된다. 본 연구는 기후시나리오를 활용하여 미래의 홍수피해를 예측하고, 실물옵션 기반 경제성분석 방법을 제시하였으며, 임진강유역의 홍수방지시설물 투자사업의 사례연구를 통해 경제성분석을 실시하였다. RCP (Representative Concentration Pathway) 기후시나리오에서 모의된 강수량 자료를 활용하여 홍수피해액을 계산하고, 홍수방지시설물 투자에 의한 저감이익을 분석하였다. 향후 RCP8.5와 RCP4.5 기후시나리오가 실현되는 조건을 가정하여 홍수피해 저감이익의 변동성을 구하고, 2071년에 200년 재현주기에 적응하도록 하는 확장을 위한 투자를 할 수 있는 확장옵션을 적용하여 프로젝트의 옵션가치를 구했다. 옵션가치 분석결과, 두 가지 시나리오 하에서 경제성을 확보하고 있음을 확인하였고, RCP8.5 기후시나리오가 실현될 때가 RCP4.5의 경우보다 홍수피해 저감이익이 더 많이 발생하였다. 본 연구는 정부 의사결정권자가 실물옵션분석방법을 활용하여 홍수방재시설물의 경제성분석에 기후변화 불확실성을 고려할 수 있도록 도와줄 것으로 기대되며, 기후시나리오에서 제공하는 강우자료를 활용하여 기후위험요소를 경제적 가치로 정량화하는 방법을 제시하였다.
In Imjin River basin, three floods occurred between 1996 and 1999, causing many casualties and economic losses of 900 billion won. In Korea, flood damage is expected to increase in the future due to climate change. This study used the climate scenarios to estimate future flood damage costs and sugge...
In Imjin River basin, three floods occurred between 1996 and 1999, causing many casualties and economic losses of 900 billion won. In Korea, flood damage is expected to increase in the future due to climate change. This study used the climate scenarios to estimate future flood damage costs and suggested a real options-based economic assessment method. Using proposed method, the flood control infrastructures in Imjin River basin were selected as a case study site to analyze the economic feasibility of the investment. Using RCP (Representative Concentration Pathway) climate scenarios, the future flood damage costs were estimated through simulated rainfall data. This study analyzed the flood reduction benefits through investment in the flood control infrastructures. The volatility of flood damage reduction benefits were estimated assuming that the RCP8.5 and RCP4.5 climate scenarios would be realized in the future. In 2071, the project option value would be determined by applying an extension option to invest in an upgrading that would allow the project to adapt to the flood of the 200-year return period. The results of the option values show that the two investment scenarios are economically feasible and the project under RCP8.5 climate scenario has more flood damage reduction benefits than RCP4.5. This study will help government decision makers to consider the uncertainty of climate change in the economic assessment of flood control infrastructures using real options analysis. We also proposed a method to quantify climate risk factors into economic values by using rainfall data provided by climate scenarios.
In Imjin River basin, three floods occurred between 1996 and 1999, causing many casualties and economic losses of 900 billion won. In Korea, flood damage is expected to increase in the future due to climate change. This study used the climate scenarios to estimate future flood damage costs and suggested a real options-based economic assessment method. Using proposed method, the flood control infrastructures in Imjin River basin were selected as a case study site to analyze the economic feasibility of the investment. Using RCP (Representative Concentration Pathway) climate scenarios, the future flood damage costs were estimated through simulated rainfall data. This study analyzed the flood reduction benefits through investment in the flood control infrastructures. The volatility of flood damage reduction benefits were estimated assuming that the RCP8.5 and RCP4.5 climate scenarios would be realized in the future. In 2071, the project option value would be determined by applying an extension option to invest in an upgrading that would allow the project to adapt to the flood of the 200-year return period. The results of the option values show that the two investment scenarios are economically feasible and the project under RCP8.5 climate scenario has more flood damage reduction benefits than RCP4.5. This study will help government decision makers to consider the uncertainty of climate change in the economic assessment of flood control infrastructures using real options analysis. We also proposed a method to quantify climate risk factors into economic values by using rainfall data provided by climate scenarios.
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문제 정의
하지만, 우리나라에서는 홍수방재시설에 대해 실물옵션을 적용한 연구가 거의 없으며, 기후시나리오를 활용한 사례도 많지 않다. 따라서 본 연구는 우리나라 지역에서의 적용 가능한 기후변화를 고려한 홍수방재시설 실물옵션기반 경제성평가 방법을 제시하고자 한다. 제안된 방법은 기후변화로 인해미래에 발생이 예상되는 홍수피해금액을 예측하기 위해 기상청에서 제공하는 우리나라 지역 기후시나리오를 사용하였으며, 이를 통하여 홍수방재시설물 투자사업에 대한 경제적 가치를 산출하였다.
가설 설정
본 연구에서 사용되는 기술적인 요소들은 시설물의 유지관리비용, 기 설치된 시설물의 설계용량, 초기투자비용, 확장비용, 사업기간과 적용 옵션 종류 등이다(Table 4). RCP8.5 시나리오에 의하면 2081년 이후에 강우강도 100년을 넘는 홍수피해를 예상하기 때문에 투자자는 200년 재현주기의 용량으로의 확장옵션을 갖고, 공사기간을 고려하여 옵션의 행사시점은 2071년으로 가정했다. 또한 홍수방지시설의 확장비용은 2071년까지의 물가상승률을 고려하여 약10조 4천억 원으로 가정하였다.
제안된 방법은 임진강 유역의 홍수방지시설물 사례에 적용하여 경제성분석을 실시하였다. 경제성분석에 필요한 경제적, 기술적 요소들은 과거자료를 기반으로 가정하였다. RCP 기후시나리오에서 모의된 강수량 자료를 활용하여 홍수 피해액을 계산하고, 홍수방지시설물에 의한 저감이익을 계산하였다.
5 시나리오에 의하면 2081년 이후에 강우강도 100년을 넘는 홍수피해를 예상하기 때문에 투자자는 200년 재현주기의 용량으로의 확장옵션을 갖고, 공사기간을 고려하여 옵션의 행사시점은 2071년으로 가정했다. 또한 홍수방지시설의 확장비용은 2071년까지의 물가상승률을 고려하여 약10조 4천억 원으로 가정하였다.
정부는 건설비 약 1조 8천억 원을 들여 한탄강댐, 군남홍수조절지, 제방, 천별저류지, 배수펌프장 건설 등을 시행하였다. 본 사례연구의 건설비 1조8천억원은 사업기간 동안 물가상승률을 고려한 가정된 수치이다. Fig.
제안 방법
경제성분석에 필요한 경제적, 기술적 요소들은 과거자료를 기반으로 가정하였다. RCP 기후시나리오에서 모의된 강수량 자료를 활용하여 홍수 피해액을 계산하고, 홍수방지시설물에 의한 저감이익을 계산하였다. RCP8.
RCP 기후시나리오에서 모의된 강수량 자료를 활용하여 홍수 피해액을 계산하고, 홍수방지시설물에 의한 저감이익을 계산하였다. RCP8.5와 4.5 기후시나리오가 실현되는 조건을 가정하여 2071년에200년 재현주기에 적응하도록 하는 확장을 위한 투자를 할 수 있는 권리를 가지는 확장옵션을 적용하여 프로젝트의 옵션가치를 계산하였다. 옵션가치 분석결과 두 가지 시나리오 하에서 경제성을 확보하고 있음을 확인하였고, RCP8.
실물옵션 기반 경제성 평가를 위해서는 투자결정에 영향을 주는 경제적인 요소들과 기술적인 요소들의 정의가 필요하다(Table 4). 경제적인 요소들은 물가상승률과 무위험이자율이며, 과거자료에서 그 값들을 구했다. 무위험이자율(Riskfree Rate)은 통상적으로 미국 재무부 장기채권의 이자율로 결정하는데 본 연구에서는 2001년부터 2015년까지 연평균이자율 4.
본 연구는 기후시나리오를 활용하여 홍수방재시설물 프로젝트의 홍수피해 저감이익의 변동성을 계산하고, 실물옵션기반 경제성분석 방법을 제시하였다. 국내외의 홍수방재시설물의 경제성분석과 관련된 연구 문헌을 검토하였고, 실물옵션기반의 경제성분석 방법을 구체적으로 제시하였다. 제안된 방법은 임진강 유역의 홍수방지시설물 사례에 적용하여 경제성분석을 실시하였다.
기후변화의 불확실성(Uncertainty)을 고려한 홍수 방재시설의 경제성분석을 위해서 본 연구에서는 실물옵션분석(RealOptions Analysis : ROA)을 활용한 경제성분석 방법을 제시하였으며, 사례연구로 임진강유역에 방법론을 적용했다. 본연구의 목적은 두 가지로 나뉜다.
기후시나리오 RCP8.5와 4.5가 실현된다는 가정 하에 식(2)~(4)에 의해 2021년부터 2100년까지 기간동안 홍수피해 저감이익의 변동성, 옵션 값 그리고 순현재가치(NPV)를 구했다(Table 5). RCP8.
본 연구는 기후변화의 변동성을 계산하기 위해서 미래 발생 가능한 홍수 피해액을 불확실성 요소로 선정한다. 다음으로 투자사업에 적용 가능한 옵션모델을 결정하고, 실물옵션분석을 통해 옵션가치를 계산하여 경제성을 평가하게 된다. 본 연구에서 제안한 방법론은 홍수방재시설의 투자 주체인 정부의 의사결정자가 기후변화로 인한 불확실성을 고려하여 홍수 방재시설물의 가치를 평가할 수 있도록 돕는다.
첫째, 정부의 의사결정권자는 본 연구에서 제시된 실물옵션분석방법을 활용하여 홍수방재시설물의 경제성분석에 기후변화의 불확실성을 고려할 수 있다. 둘째, 기후시나리오에서 제공하는 기상자료를 활용하여 기후위험의 크기를 경제적 가치로 정량화하는 방법을 제시하였다.
경제적인 요소들은 물가상승률과 무위험이자율이며, 과거자료에서 그 값들을 구했다. 무위험이자율(Riskfree Rate)은 통상적으로 미국 재무부 장기채권의 이자율로 결정하는데 본 연구에서는 2001년부터 2015년까지 연평균이자율 4.0%로 결정하였다. 물가상승률은 한국은행에서 제공하는 소비자물가 상승률로 1994년부터 2014년까지의 연평균 인플레이션 값인 3.
첫째, 경제적 요소들의 변동성은 충분히 고려하지 못하였다. 무위험이자율과물가상승률은 경제성 투자분석에 매우 중요한 요소이지만 본 연구에서는 과거의 자료의 평균값을 이용하여 사업기간 동안 고정된 값을 사용하였다. 둘째, 미래기상조건을 예측하는 데 기후변화시나리오 RCP8.
본 연구는 기후시나리오를 활용하여 홍수방재시설물 프로젝트의 홍수피해 저감이익의 변동성을 계산하고, 실물옵션기반 경제성분석 방법을 제시하였다. 국내외의 홍수방재시설물의 경제성분석과 관련된 연구 문헌을 검토하였고, 실물옵션기반의 경제성분석 방법을 구체적으로 제시하였다.
본 연구에서 사용되는 기술적인 요소들은 시설물의 유지관리비용, 기 설치된 시설물의 설계용량, 초기투자비용, 확장비용, 사업기간과 적용 옵션 종류 등이다(Table 4). RCP8.
다음으로 투자사업에 적용 가능한 옵션모델을 결정하고, 실물옵션분석을 통해 옵션가치를 계산하여 경제성을 평가하게 된다. 본 연구에서 제안한 방법론은 홍수방재시설의 투자 주체인 정부의 의사결정자가 기후변화로 인한 불확실성을 고려하여 홍수 방재시설물의 가치를 평가할 수 있도록 돕는다. 경제성 평가를 위하여 제시된 실물옵션기반 방법은 계획단계에서 홍수 방재시설물의 기후적응전략 수립에 효과적인 도구가 될 것이다.
제안된 방법을 검증하기 위해 임진강 유역의 홍수방재시설물을 사례연구 대상으로 선정하였다. 본 연구의 연구방법론에서 기후시나리오를 활용하여 실물옵션 기반의 홍수방재시설물 투자사업에 대한 경제성분석 방법을 제시하는 것이며, 결론에서는 연구의 시사점과 기후변화를 고려한 실물옵션 기반 홍수방재 투자전략을 논하였다.
(2014)은 해수면상승의 변동성을 고려하여 적절한 홍수 저감시설용량과 설치시기 결정을 위한 의사결정방법을 제시하였다. 실물옵션분석 및 다목적 유전자 알고리즘을 활용하여 영국 탬즈강 유역 홍수위험을 평가하였다. Gersonius et al.
따라서 본 연구는 우리나라 지역에서의 적용 가능한 기후변화를 고려한 홍수방재시설 실물옵션기반 경제성평가 방법을 제시하고자 한다. 제안된 방법은 기후변화로 인해미래에 발생이 예상되는 홍수피해금액을 예측하기 위해 기상청에서 제공하는 우리나라 지역 기후시나리오를 사용하였으며, 이를 통하여 홍수방재시설물 투자사업에 대한 경제적 가치를 산출하였다. 제안된 방법을 검증하기 위해 임진강 유역의 홍수방재시설물을 사례연구 대상으로 선정하였다.
국내외의 홍수방재시설물의 경제성분석과 관련된 연구 문헌을 검토하였고, 실물옵션기반의 경제성분석 방법을 구체적으로 제시하였다. 제안된 방법은 임진강 유역의 홍수방지시설물 사례에 적용하여 경제성분석을 실시하였다. 경제성분석에 필요한 경제적, 기술적 요소들은 과거자료를 기반으로 가정하였다.
본연구의 목적은 두 가지로 나뉜다. 첫째는 미래 기후시나리오를 활용하여 미래홍수로 인한 피해액을 산정하는 것이고, 둘째는 실물옵션 기반의 경제성평가방법을 이용하여 홍수방재시설물 투자사업을 평가하는 방법을 제시하는 것이다.
대상 데이터
2006년 설계당시 200년 재현기간에 해당하는 시설물로 설계를 하였다. 그러나 국토교통부에 의해 2011년 확률강우량이 상향조정 되었고 현재 설계되어 있는 시설물은 현재기준으로 산정하면 30년 재현주기의 확률강우에 대비한 시설물에 불과하다.
무위험이자율과물가상승률은 경제성 투자분석에 매우 중요한 요소이지만 본 연구에서는 과거의 자료의 평균값을 이용하여 사업기간 동안 고정된 값을 사용하였다. 둘째, 미래기상조건을 예측하는 데 기후변화시나리오 RCP8.5와 4.5을 사용하였다. 기후시나리오의 정확도가 미래 피해를 예측하는 중요한 요소이다.
미래 홍수피해 저감이익을 계산하기 위해서 국민안전처가 발행한 재해연보 1971년부터 2014년까지의 사례연구 대상지역의 과거 강수량과 피해액 자료를 활용하였다(국민안전처,2015). Fig.
본 연구는 기후변화의 변동성을 계산하기 위해서 미래 발생 가능한 홍수 피해액을 불확실성 요소로 선정한다. 다음으로 투자사업에 적용 가능한 옵션모델을 결정하고, 실물옵션분석을 통해 옵션가치를 계산하여 경제성을 평가하게 된다.
우리나라 기상청은 RCP 기후시나리오로부터 각 행정구역별로 2100년까지 기온, 강수량 등 예측기상자료를 제공한다. 본 연구에서는 온실가스 저감정책이 상당히 실현되는RCP4.5 시나리오와 현재 추세 그대로 저감 노력이 없는 상황인 RCP8.5 시나리오를 적용하여 철원군 지역의 일별 강우량자료를 활용하였다(기상청, 2017).
사례연구의 사업기간은 2021년부터 2100년으로 한정을 했다. 홍수피해를 예측하기 위해서 홍수방재시설 설계에 기준이 되는 2일 강우량을 기준으로 식(5)를 이용하여 매 10년 동안의 피해액을 계산하였다(Fig.
제안된 방법은 기후변화로 인해미래에 발생이 예상되는 홍수피해금액을 예측하기 위해 기상청에서 제공하는 우리나라 지역 기후시나리오를 사용하였으며, 이를 통하여 홍수방재시설물 투자사업에 대한 경제적 가치를 산출하였다. 제안된 방법을 검증하기 위해 임진강 유역의 홍수방재시설물을 사례연구 대상으로 선정하였다. 본 연구의 연구방법론에서 기후시나리오를 활용하여 실물옵션 기반의 홍수방재시설물 투자사업에 대한 경제성분석 방법을 제시하는 것이며, 결론에서는 연구의 시사점과 기후변화를 고려한 실물옵션 기반 홍수방재 투자전략을 논하였다.
홍수피해 저감을 목적으로 수공구조물의 설계 및 하천기본계획 수립 등에서 가장 중요한 기준은 해당 지역의 확률 강우량을 결정하는 것이다(국토교통부, 2011). 확률강우량은 국토교통부(2011)가 과거 자료를 이용하여 지속기간별 시계열 자료를 구축한 것으로 사용하였다.
이론/모형
실물옵션을 적용하기 위해서 본 연구는 실물옵션방법에서 흔히 쓰이는 이항격자모형(Binomial Lattice Model)을 사용하고자 한다. 이항격자모형은 옵션적용을 효과적으로 시각화할 수 있는 효과적인 방법이며, Fig.
Seo & Shin (2013)은 조건부 가치측정법과 다차원홍수피해 산정방법을 이용하여 항만에서 발생하는 재난 방재시설의 경제성을 분석하였다. 언급한 연구들은 방재시설의 경제성분석을 위해 전통적 방법인 순현재가치법(NPV)과 비용편익비(B/C) 분석 등을 활용하였다. 그러나 이러한 전통적 분석방법은 과거의 자료를 기반으로 투자전략을 마련하는 것으로서 미래기후변화로 인한 재해 크기와 빈도의 변동성을 고려하지 못한다.
성능/효과
5의 경우보다 홍수피해 저감이익이 더 많이 발생하였다. 따라서 본 연구는 확장옵션이 본사업의 가치를 더 증가시킴을 확인했다.
5 기후시나리오가 실현되는 조건을 가정하여 2071년에200년 재현주기에 적응하도록 하는 확장을 위한 투자를 할 수 있는 권리를 가지는 확장옵션을 적용하여 프로젝트의 옵션가치를 계산하였다. 옵션가치 분석결과 두 가지 시나리오 하에서 경제성을 확보하고 있음을 확인하였고, RCP8.5 기후시나리오가 실현될 때가 RCP4.5의 경우보다 홍수피해 저감이익이 더 많이 발생하였다. 따라서 본 연구는 확장옵션이 본사업의 가치를 더 증가시킴을 확인했다.
하지만, 확장옵션을 적용하여 실물옵션분석으로 평가하면 사업의 가치가 크게 상승하고 프로젝트의 경제성이 확보된다. 즉, 실물옵션분석 방법으로 경영적 유연성을 적용한다면 이 프로젝트의경제성을 크게 향상 시킬 수 있다는 것을 확인하였다.
하지만 본 연구의 한계는 다음과 같다. 첫째, 경제적 요소들의 변동성은 충분히 고려하지 못하였다. 무위험이자율과물가상승률은 경제성 투자분석에 매우 중요한 요소이지만 본 연구에서는 과거의 자료의 평균값을 이용하여 사업기간 동안 고정된 값을 사용하였다.
본 연구는 두 가지의 학문적 가치를 갖는다. 첫째, 정부의 의사결정권자는 본 연구에서 제시된 실물옵션분석방법을 활용하여 홍수방재시설물의 경제성분석에 기후변화의 불확실성을 고려할 수 있다. 둘째, 기후시나리오에서 제공하는 기상자료를 활용하여 기후위험의 크기를 경제적 가치로 정량화하는 방법을 제시하였다.
후속연구
RCP 시나리오가 현재 시점에서 가장 진보된 예측 기법이지만 그 정확도를 파악하기는 쉽지 않다. 향후 더 정밀한 기후시나리오가 개발된다면 홍수피해 정량화 결과의 정확도를 더 높일 수 있을 것으로 기대된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
기후변화의 영향으로 어떤 재해위험이 증가하고 있는가?
기후변화의 영향으로 인해 집중호우, 홍수, 해수면 상승과 가뭄 등에 의한 재해위험이 커지고 있는 추세이다(IPCC,2014). 국지적으로 급격한 폭우가 내리거나 심한 가뭄이 오는 등 강우량의 변동성(Volatility)은 증가하고 있기 때문에 미래기후 패턴을 예측하는 일이 쉽지 않다.
후변화의 변동성을 계산하기 위해서 미래 발생 가능한 홍수 피해액을 불확실성 요소로 선정한 실물옵션분석의 방법은 어떻게 진행되는가?
다음으로 투자사업에 적용 가능한 옵션모델을 결정하고, 실물옵션분석을 통해 옵션가치를 계산하여 경제성을 평가하게 된다. 본 연구에서 제안한 방법론은 홍수방재시설의 투자 주체인 정부의 의사결정자가 기후변화로 인한 불확실성을 고려하여 홍수 방재시설물의 가치를 평가할 수 있도록 돕는다. 경제성 평가를 위하여 제시된 실물옵션기반 방법은 계획단계에서 홍수 방재시설물의 기후적응전략 수립에 효과적인 도구가 될 것이다.
우리나라에 경우 자연재해에 의한 피해 및 복구비용은 어느정도인가?
국지적으로 급격한 폭우가 내리거나 심한 가뭄이 오는 등 강우량의 변동성(Volatility)은 증가하고 있기 때문에 미래기후 패턴을 예측하는 일이 쉽지 않다. 특히 우리나라의 경우, 자연재해에 의해 매년 연평균 6천억 원의 피해가 발생하고, 피해 복구비로 연평균 1조 2천억 원을 쓰고 있다(국민안전처, 2015). 증가하는 기후영향으로 인한 위험에 선제적으로 대응하기 위하여 홍수방재시설의 투자 결정은 매우 중요하다.
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