[논문]패널 분위수회귀 모형을 사용한 우리나라 지방 상수도 생활용수 수요의 가격탄력성 추정

김형건

doi:10.15266/kerea.2018.27.1.195

패널 분위수회귀 모형을 사용한 우리나라 지방 상수도 생활용수 수요의 가격탄력성 추정
Estimating Price Elasticity of Residential Water Demand in Korea Using Panel Quatile Model 원문보기

자원·환경경제연구 = Environmental and resource economics review, v.27 no.1, 2018년, pp.195 - 214

김형건 (강원대학교 경제.정보통계학부)

초록
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우리나라에서도 최근 잦아진 가뭄으로 물 부족에 대한 경각심이 높아졌다. 특히, 2015년의 가뭄은 경제적으로 큰 피해를 야기하였고 적극적인 물 수요 관리의 필요성을 부각시킨 계기가 되었다. 경제학적 측면에서 수요관리 정책을 설계하기 위해 선행되어야 될 점 중 하나는 신뢰성 있는 가격탄력성의 추정이다. 그러므로 본 연구에서는 기존 국내 선행연구들에 비해 강건한 생활용수 수요의 가격탄력성을 추정하고자 한다. 이를 위해 2010년도에서 2013년도까지 지방 상수도 공급지역 161개의 자료를 패널 분위수회귀모형을 사용해 추정하였고 이를 패널자료 회귀모형의 결과와 비교 분석하였다. 분석 결과, 생활용수 수요의 가격탄력성은 -0.156에서 -0.189 사이의 값을 갖는 것으로 추정되었다. 또한 본 연구에서는 조건부 평균 회귀를 사용하는 경우 왼쪽꼬리가 길고 오른쪽 분포가 두꺼운 우리나라 생활용수 수요량 분포의 특징으로 수요량이 많은 지역들의 성향이 추정결과에 상대적으로 크게 반영된다는 점을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study estimates the price elasticity of residential water demand in Korea. For that, annual panel data from the year of 2010 to 2013 for 161 local water services is estimated by using panel quantile model. As a result, the price elasticities of residental water demand in Korea are estimated to be between -0.156 and -0.189 depending on its quantile. In addition, the study finds that the estimated elasticity of residential water demand by traditional conditional mean regression is relatively more influenced by high demand areas because the distribution of residental water demand in Korea is left-skewed.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

그러므로 본 연구에서는 분위수회귀모형을 사용하여 생활용수 수요의 가격탄력성에 대해 보다 강건한 추정결과를 도출해보고자 한다. 분위수회귀모형을 사용하면 생활용수 수요 분포의 모든 부분을 전반적으로 관찰할 수 있다.
하지만 아직까지 우리나라 생활용수 수요의 가격탄력성 연구는 해외에 비해 상대적으로 미진한 상황이다. 본 연구에서는 아직 선행연구에서 시도되지 않았던 패널분위수 회귀모형을 사용하여 우리나라 생활용수 수요의 가격탄력성을 보다 강건하게 추정하고자 한다.
연구의 순서는 다음과 같다. 우선, II장에서 지금까지 진행되었던 선행연구에 대해 검토한다. III장에서는 생활용수 수요 추정에 사용되는 분위수회귀모형과 사용된 자료를 설명하고 기초통계량에 대해 분석한다.

가설 설정

주: 1. 고령자는 65세 이상을 뜻한다. 2.
주: 1. 시간더미는 지면상 생략한다. 2.

제안 방법

사용 자료의 기간은 우리나라 가뭄이 본격화 되는 2014년 이전의 자료로 국내 소비자들의 행태를 안정적으로 관찰할 수 있는 시기로 판단된다. 그리고 가계 수준의 자료가 수집이 불가능하여 사용한 공급 지역별 자료는 시간 불변의 지역적 특성을 제거할 수 있는 고정효과 모형을 사용하여 내생성을 최소화하였다.

대상 데이터

고령자는 65세 이상을 뜻한다. 2. 추정에는 총 640개의 관찰값이 사용되었다.
본 연구에서 가격탄력성의 추정을 위해 사용된 자료는 대부분 환경부에서 공개하는 각 연도의 상수도통계 자료이다. 이 자료에는 지방 상수도 생활용수의 가격탄력성 추정에 필요한 용수의 수요, 가격, 해당 지역의 급수보급률 등 가장 기본적인 자료들이 포함되어 있다.
분위수회귀를 사용한 추정에는 2010년에서 2013년까지 161개 국내 공급 지역별 자료가 사용되었다. 사용 자료의 기간은 우리나라 가뭄이 본격화 되는 2014년 이전의 자료로 국내 소비자들의 행태를 안정적으로 관찰할 수 있는 시기로 판단된다.
분위수회귀를 사용한 추정에는 2010년에서 2013년까지 161개 국내 공급 지역별 자료가 사용되었다. 사용 자료의 기간은 우리나라 가뭄이 본격화 되는 2014년 이전의 자료로 국내 소비자들의 행태를 안정적으로 관찰할 수 있는 시기로 판단된다. 그리고 가계 수준의 자료가 수집이 불가능하여 사용한 공급 지역별 자료는 시간 불변의 지역적 특성을 제거할 수 있는 고정효과 모형을 사용하여 내생성을 최소화하였다.
⁵⁾ 결과적으로 161개 지역의 4년간 자료 644개를 사용하였고, 추정에는 지역 정합이 안된 4개 관찰값을 제외, 총 640개의 관찰값이 사용되었다. 상수도 관련 이외 각 지역에 대한 특성은 통계청, 에너지경제연구원 등을 통해 수집되었다.
이 자료의 공급지역은 2013년을 기준으로 세종시를 포함한 8개의 광역시와 154개의 시군이 포함되어 있다. 연구에는 사용 자료의 기간 중 행정구역의 변화가 발생한 지역을 조정하고 세종시를 제외하여 161개의 지역을 포함하였다. 환경부의 상수도 통계는 오래 전부터 작성되어 왔고, 2018년 1월 현재, 2015년까지의 자료가 공개되어 있다.
(1997)에서는 미국 생활용수 수요의 가격탄력성을 추정한 선행연구들을 자료로 방법론, 자료, 변수 등이 가격탄력성 추정에 미치는 영향을 연구하였다. 이 연구에는 1967년에서 1993년까지 학술지에 개재된 논문에서 124개의 추정값들을 자료로 사용하고 있다. 자료로 사용된 가격탄력성 추정값들은 -0.
이 자료에는 지방 상수도 생활용수의 가격탄력성 추정에 필요한 용수의 수요, 가격, 해당 지역의 급수보급률 등 가장 기본적인 자료들이 포함되어 있다. 이 자료의 공급지역은 2013년을 기준으로 세종시를 포함한 8개의 광역시와 154개의 시군이 포함되어 있다. 연구에는 사용 자료의 기간 중 행정구역의 변화가 발생한 지역을 조정하고 세종시를 제외하여 161개의 지역을 포함하였다.
환경부의 상수도 통계는 오래 전부터 작성되어 왔고, 2018년 1월 현재, 2015년까지의 자료가 공개되어 있다. 하지만, 본 연구에서 추정에는 2010년에서 2013년까지의 자료가 사용되었다. 가뭄이 가장 심하였던 2014년과 2015년간에는 비정상적인 소비자의 행태가 나타날 가능성이 높아 추정에서 배제하였다.

이론/모형

내생성을 감안한 패널자료 고정효과모형 이외에 본 연구에서는 추정 결과의 강건성을 확보하기 위해 패널 고정효과 분위수회귀모형을 사용하고자 한다. Koenker and Basset (1978)의 연구 이후 크게 발전해오고 여러 분야에 사용되고 있는 분위수회귀모형은 극단치(outlier)를 배제하기 어렵고 분포의 전체적인 모습을 감안할 수 없는 고전선형모형의 좋은 대안이 되고 있다.
, 2011; Rosen, 2012; Powell, 2016 등). 본 연구에서는 Koenker (2004)의 페널티 고정효과 분위수회귀모형(Penalized Quantile Regression with Fixed Effects)을 사용하고자 한다.
본 연구에서는 지방 상수도 생활용수 수요에 대한 가격탄력성의 추정을 위해 일반적으로 사용하는 패널자료 회귀모형과 함께 패널 분위수회귀모형을 사용하고자 한다. 그리고 가격변수가 야기할 수 있는 내생성을 어느 정도 제거하기 위해서는 패널자료 회귀모형과 패널 분위수회귀모형에서는 모두 고정효과 모형을 사용한다.

성능/효과

가뭄이 가장 심하였던 2014년과 2015년간에는 비정상적인 소비자의 행태가 나타날 가능성이 높아 추정에서 배제하였다.⁵⁾ 결과적으로 161개 지역의 4년간 자료 644개를 사용하였고, 추정에는 지역 정합이 안된 4개 관찰값을 제외, 총 640개의 관찰값이 사용되었다. 상수도 관련 이외 각 지역에 대한 특성은 통계청, 에너지경제연구원 등을 통해 수집되었다.
뿐만 아니라 사용량이 가격을 결정하기 때문에 내생성이 발생할 수 있는 문제까지 야기한다.⁶⁾ 결론적으로 이와 같은 점을 모두 고려한다면, 공급지역 내에서의 총량 자료 역시 강건한 가격탄력성의 추정에 상대적으로 유리한 장점들을 갖고 있는 것으로 보인다.
148의 값을 나타낸다. 가격 이외에 통계적으로 유의한 변수들을 살펴보면, 사업체의 수, 면적, 인구밀도가 높을수록 생활용수의 수요를 증가시키는 반면, 고령비중, 전력수요, 강수량은 수요를 감소시키는 것으로 나타났다.
분위수회귀모형을 사용하면 생활용수 수요 분포의 모든 부분을 전반적으로 관찰할 수 있다. 그러므로 기존 연구에서 사용하는 조건부 평균 회귀에 비해 상대적으로 강건한 결과를 확인할 수 있을 것이다.
마지막으로 추정의 강건성을 강화하기 위해 사용한 패널티 고정효과 분위수회귀 모형에서는 10%, 25%, 50%, 75%, 90%의 분위수에서 모두 통계적으로 유의하게 각각 -0.189, -0.189, -0.175, -0.156, -0.178의 가격탄력성이 추정되었다. 이와 같은 결과는 연구에 사용된 지역들 생활용수 수요량의 분포가 오른쪽이 훨씬 두터운 형태를 가졌기 때문인 것으로 판단된다.
모든 추정결과를 종합해보면, 변수를 거의 통제하지 않은 고전선형모형에서의 결과를 제외하고, 가장 작은 가격탄력성은 지역더미만을 포함한 통합선형모형에서 나타난 -0.136이었다. 반면 가장 큰 가격탄력성은 분위수회귀 모형 10%와 25%의 분위에서 추정된 -0.
그러므로 조건부 평균회귀를 사용하는 대부분 선행연구는 수요량이 많은 대도시의 비탄력적인 성향을 상대적으로 많이 반영하여 보다 비탄력적인 결과를 추정할 가능성이 높다. 본 연구의 결과로 봤을 때, 우리나라 지방 상수도 생활용수 수요의 가격탄력성은 -0.156에서 -0.189의 사이인 것으로 판단된다.
각 국가별로 개별 연구를 몇 개 살펴보자면, Pint (1999)는 미국 캘리포니아 주에서 발생한 가뭄에 대한 가계의 반응을 살펴보기 위해 1982년에서 1992년까지 알라메다 카운티 599개의 독신 가계를 대상으로 가격탄력성을 분석하였다. 분석 결과, 생활용수의 가격 탄력성은 상당히 비탄력적이지만 가뭄 기간의 요금 상승은 가계의 용수 수요를 약 16% 감소시킨 것으로 추정되었다. Nauges and Thomas (2000)은 1988년에서 1993년까지의 프랑스 116개 지자체의 자료를 통상최소제곱(OLS), 일반최소제곱(GLS), 도구변수(IV) 등의 방법을 사용하여 용수에 대한 가격탄력성이 약 -0.
일반적으로 소비량이 많은 경우의 가격탄력성이 낮게 추정되는 성향이 있고 조건부 평균을 회귀하는 모형에서는 이 계층의 가격탄력성을 상대적으로 많이 반영하게 된다. 분위수회귀모형의 결과를 바탕으로 봤을 때, 수요량이 적은 하위 10%, 20%의 지역은 대략 -0.19의 가격탄력성을 나타내고 있어 이들 지역에 대한 가격 정책은 다른 지역에 비해 상대적으로 높게 나타날 수 있다.
189이었다. 분위수회귀모형의 중위값에서의 가격탄력성은 -0.175로 고전선형모형의 결과보다 조금 더 탄력적인 것으로 추정되었다. 이는 생활용수 수요량의 분포가 중간값을 기준으로 오른쪽이 두꺼워 수요가 많은 지역의 빈도가 낮은 지역의 빈도보다 높기 때문이다.
종합적으로 봤을 때, 우리나라 지역 자료를 사용한 지방 상수도 생활용수 가격탄력성의 추정에서는 수요량과 무관하게 모두 비탄력적인 수요를 보이고 있다. 때문에 가격 정책을 통한 수요 관리를 위해서는 상당히 높은 수준의 요금 인상이 필요할 것으로 예측된다.
추정 결과, 우리나라의 지방 상수도 생활용수 수요의 가격탄력성은 사용된 모형에 따라 아주 미세한 차이를 보인다. 통합선형모형에서는, 가격과 GRDP만을 사용한 단순모형을 제외하고, 더미변수의 통제여부에 따라 -0.
일반 재화의 가격탄력성인 경우 우하향하는 수요 함수의 일반적인 모습에 따라 수요량이 많은 계층일수록 가격탄력성이 비탄력적인 성향을 가지게 된다. 하지만, 생활용수 수요는 수요량과 거의 무관하게 일정한 가격탄력성을 보이는 것으로 나타났다. 지자체의 수요량과 무관한 가격탄력성을 보인다는 점은 상당히 강건하고 현실적인 결과라고 판단된다.

후속연구

앞서 설명한 바와 같이, 모형과 자료의 특성상, 시간 불변의 지역 특징들을 통제하는 경우 내생성을 상당 부분 제거할 수 있다. 때문에 본 연구에서는 고정효과 모형이 확률효과 모형에 비해 상대적으로 현실적인 결과를 추정하고 있을 것으로 기대한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	우리나라의 1일 1인당 평균 물사용량은 어떠한가?	53, 일본의 1.01 등에 한참 미치지 못하는 반면 우리나라의 1일 1인당 평균 물사용량은 2012년 기준 275리터로 주요국 중 가장 높다(국토교통부, 2016). 무리한 비용 없이 여유롭고 안정적인 물의 공급이 가능하다면 낮은 가격과 높은 소비는 문제가 되지 않는다.
	경제학적 측면에서 수요관리 정책위해 선행되어야 하는 것은?	특히, 2015년의 가뭄은 경제적으로 큰 피해를 야기하였고 적극적인 물 수요 관리의 필요성을 부각시킨 계기가 되었다. 경제학적 측면에서 수요관리 정책을 설계하기 위해 선행되어야 될 점 중 하나는 신뢰성 있는 가격탄력성의 추정이다. 그러므로 본 연구에서는 기존 국내 선행연구들에 비해 강건한 생활용수 수요의 가격탄력성을 추정하고자 한다.
	우리나라에서 지속되고 있는 가뭄을 극복하기위해 실시된 방법은?	당시 이지역의 물 공급을 담당하는 보령댐의 저수량은 역대 최저치를 기록하였고 공급 중단의 위기까지 발생하였다. 이때 위기를 극복하기 위해 실시된 대응방법으로는 누수 저감 사업, 절수 캠페인, 급수체계 조정 등이 있었다. 그리고 흥미로운 대응 중 하나는 가격을 통해 가계의 물소비 절감을 유도하기 위해 절수 지원제가 함께 동원되었다는 점이다. 전년 동월 대비 물 사용량이 적은 가구에 대해서는 절감량에 해당되는 인센티브를 지급하였다.

참고문헌 (25)

국토교통부, 통계로 보는 한국의 수자원, 국토교통부 수자원정책국, 2016.
곽승준.이충기, "서울시 생활용수 수요 추정-오차수정모형을 적용하여-", 자원.환경경제연구, 제11권 제1호, 2002, pp. 81-98.

원문보기 상세보기
김종원.한동근, "계량경제모형을 통한 물 수요분석의 유용성과 한계", 국토계획, 제37권 제4호, 2002, pp. 201-216.

상세보기
노상환, "상수도 사용량 결정요인 분석 - 기초지자체의 요인분석을 중심으로 -", 환경정책, 제15권 제1호, 2007, pp. 5-21.
박두호.최한주, "패널자료를 이용한 생활용수 수요의 가격탄력도 분석", 상하수도학회지, 제20권 제4호, 2006, pp. 527-534.

원문보기 상세보기
유승훈.정군오.양창영, "가구 서베이 자료를 이용한 서울시 생활용수의 수요 분석", 서울도시연구, 제6권 제1호, 2005, pp. 1-16.
유승훈.양창영, "무응답 자료를 고려한 대도시 상수도 사용량의 결정요인 분석", 경제연구, 제23권 제1호, 2005, pp. 223-246.
Arbues, F., M. Garcia-Valinas, and R. Martinez-Espineira, "Estimation of Residential Water Demand: A State-Of-The-Art Review", Journal of Socio-Economics, Vol. 32, Issue 1, 2003, pp. 81-102.

상세보기
Espey, M., J. Espey, and W. D. Shaw, "Price Elasticity of Residential Demand for Water: A Meta-Analysis", Water Resources Research, Vol. 33, No. 6, 1997, pp. 1369-1374.

상세보기
Espey, M., "Gasoline Demand Revisited: an International Meta-Analysis Elasticities", Energy Economics, Vol. 20, Issue 3, 1998, pp. 273-295.

상세보기
Galvao Jr., A., "Quantile Regression for Dynamic Panel Data with Fixed Effects", Journal of Econometrics, Vol. 164, Issue 1, 2011, pp. 142-157.

상세보기
Grafton, R. Q., M. B. Ward, H. To, and T. Kompas, "Determinants of Residential Water Consumption: Evidence and Analysis from a 10-Country Household Survey", Water Resources Research, Vol. 47, Issue 8, 2011, W08537.

상세보기
House-Peters, L. A. and H. Chang, "Urban Water Demand Modeling: Review of Concepts, Methods, and Organizing Principles", Water Resources Research, Vol. 47, Issue 5, 2011, W05401.

상세보기
Hung, M. F. and B. T. Chie, "Residential Water Use: Efficiency, Affordability, and Price Elasticity", Water Resources Research, Vol. 27, Issue 1, 2013, pp. 275-291.
Koenker and Basset, "Regression Quantiles", Econometrica, Vol. 46, No. 1, 1978, pp. 33-55.

상세보기
Koenker, "Quantile Regression for Longitudinal Data", Journal of Multivariate Analysis, Vol. 91, Issue 1, 2004, pp. 74-89.

상세보기
Lamarche, C., "Robust Penalized Quantile Regression Estimation for Panel Data", Journal of Econometrics, Vol. 157, Issue 2, 2010, pp. 396-408.

상세보기
Martinez-Espineira, R., "An Estimation of Residential Water Demand Using Co-Integration and Error Correction Techniques", Journal of Applied Economics, Vol. 10, No. 1, 2007, pp. 161-184.

상세보기
Marzano, R., C. Rouge, P. Garrone, L. Grilli, J. J. Harou, and M. Pulido-Velazquez, "Determinants of the Price Response to Residential Water Tariffs: Meta-Analysis and Beyond", Environmental Modelling & Software, Vol. 101, Issue 3, 2018, pp. 236-248.

상세보기
Nauges, C., and A. Thomas, "Privately Operated Water Utilities, Municipal Price Negotiation, and Estimation of Residential Water Demand: The Case of France", Land Economics, Vol. 76, No. 1, 2000, pp. 68-85.

상세보기
Powell, D., "Quantile Regression with Nonadditive Fixed Effects", Working Paper, Available at: http://works.bepress.com/david_powell/1/, 2016.
Pint, E. M., "Household Responses to Increased Water Rates during the California Drought", Land Economics, Vol. 75, No. 2, 1999, pp. 246-266.

상세보기
Rosen, A. M., "Set Identification via Quantile Restriction in Short Panels", Journal of Econometrics, Vol. 166, Issue 1, 2012, pp. 127-137.

상세보기
Sebri, M., "A Meta-Analysis of Residential Water Demand Studies", Environment, Development and Sustainability, Vol. 16., Issue 3, 2014, pp. 499-520.

상세보기
Schleich, J., and T. Hillenbrand, "Determinants of Residential Demand in Germany", Ecological Economics, Vol. 68, Issue 6, 2009, pp. 1756-1769.

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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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