[논문]수자원-경제 통합 물 배분 최적화 모형의 개발 및 적용

정기문; 최시중; 강두선

doi:10.3741/jkwra.2019.52.10.707

수자원-경제 통합 물 배분 최적화 모형의 개발 및 적용
Development and application of hydro-economic optimal water allocation and management model 원문보기

Journal of Korea Water Resources Association = 한국수자원학회논문집, v.52 no.10, 2019년, pp.707 - 718

정기문 (경희대학교 사회기반시스템공학과) , 최시중 (한국건설기술연구원 국토보전연구본부) , 강두선 (경희대학교 사회기반시스템공학과)

초록
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최적화된 물 공급 계획은 물을 둘러싼 이해관계와 사회-경제-환경적 요구사항을 충족시킬 수 있는 합리적이고 경제적인 수자원의 배분 및 활용 방안을 의미한다. 하지만, 전 세계적으로 기후변화와 인구증가 등의 다양한 요인에 의해 물 부족 현상이 심화되고 있다. 최근의 수자원 공급 계획은 수원의 다변화와 더불어 수요 관리 및 물이용 효율을 높이는 방향으로 변화하고 있다. 따라서 한정된 수자원의 이용 효율을 높이고, 물 부족에 따른 분쟁을 해소하기 위한 공학적 도구로써 다양한 물 배분 모형이 개발되어 활용되고 있다. 본 연구에서는 수자원의 용도에 따른 경제적 가치와 물공급 안정성을 기반으로 물 배분 계획을 수립하는 수자원-경제 통합 물 배분 모형을 개발하였다. 개발 모형은 기존 물 배분 모형의 최적화 알고리즘을 개선하고, 목적함수를 다양화함으로써 효율적인 물 배분을 위한 의사결정도구로 활용될 수 있을 것으로 기대한다.

Abstract ▼ AI-Helper

The optimal water allocation pursues a reliable and economic supply of water resources to meet various interests in socio-economic-environmental aspects. The global water shortage has intensified due to climate change and population growth with limited water resources. Thus, the water management scheme has shifted to improve water use efficiency by proper demand management and water allocation planning. Here, a hydro-economic water allocation model, called WAMM (Water Allocation and Management Model) is introduced. The WAMM is equipped with an improved linear programming algorithm for optimal water allocation and estimates economic value of water supply as an objective of water

주제어

표/그림 (10)

그림 Fig. 1. Scheme of water allocation in river basin
그림 Fig. 2. Comparison of long-term optimization framework
그림 Fig. 3. Demand function between WTP and water use (K-water, 2008)
그림 Fig. 4. Schematic diagram of Namhan river basin water supply network
표 Table 1. Water demand of individual sectors in Namhan river basin
표 Table 2. Economic valuation of municipal/industrial water sectors
그림 Fig. 5. Graphical user interface of WAMM
표 Table 3. Water allocation results comparison between SSLP and FSLP
표 Table 4. Storage volume comparison between SSLP and FSLP
표 Table 5. Water allocation results comparison between max. Reliability and max. Economic benefit optimization (with SSLP simulation)

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 국내외 물 배분 모형 및 수자원-경제 통합 모형의 개발 사례와 국내 수자원의 경제적 가치평가 등 선행연구를 바탕으로, 국내 적용에 적합한 수자원-경제 통합 물배분 모형, 이른바 WAMM (Water Allocation and Management Model)을 개발하였다. 개발 모형은 장기간의 물 부족 상황을 고려할 수 있는 최적화 기능의 개선과 수자원의 용도별 경제적 가치를 고려한 물 배분 기능을 추가함으로써 기존 모형의 활용성을 개선하였다.
특히, 수자원은 공공재의 성격을 지니고 있어 일반적인 시장 경제와는 차이를 보이기 때문에 유효한 가치평가 기법의 마련이 어려운 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 수자원의 경제적 가치를 평가하고 적용한 기존 연구사례를 토대로 WAMM의 개발에 반영하고자 하였다.
본 연구에서는 수자원장기종합계획(MLTM, 2011) 수립 시 활용되었던 남한강 유역을 대상으로 개발 모형(WAMM)의 적용 및 개선효과 분석을 수행하였다. 특히, 수자원장기 종합계획의 물 수급 전망 분석 시, 기존 물 배분 모형에서 용수 부족이 발생하는 것으로 분석되었던 1981년 6월의 모의 기간은 비교적 긴 시간동안 여러 수요처에서 물 부족이 발생하였고, 생·공용수 부족과 농업용수 부족이 동시에 나타나고 있어 개발 모형의 개선효과 비교 분석에 적합한 것으로 판단되었다.
용수공급계획을 수립하는 경우, 이처럼 물 공급 방안에 따라 다양한 사회-경제적 영향이 발생하게 되므로, 보다 합리적인 용수공급계획을 수립하기 위해서는 폭넓은 목적함수의 산정이 요구된다. 본 연구에서는 용수 공급원으로부터 각 수요처까지의 공급 과정 및 수요처에서의 용수 사용 분류를 통해 지속가능성, 공급안정성 등의 사회적 지표 또는 공급 편익, 공급 비용 등의 경제적 지표를 최적 물 배분 모형의 목적함수로 고려할 수 있는 것으로 판단하였다. 그러나 현재까지 이와 같은 물 배분의 다양한 특성을 정량화하기 위한 이론적 배경은 미흡한 실정이며, 따라서 본 연구에서는 용수공급의 안정성과 경제적 편익에 따른 최적 물 배분을 수행할 수 있는 물 배분 목적함수를 구성하고 적용하였다.
개발 모형은 기존 물 배분 모형에서 주로 활용하였던 SSLP (Single Step Linear Programming) 방식의 단일기간 최적화 기법을 개선하여 전체 모의기간을 한번에 고려하는 FSLP (Full Step Linear Programming) 방식을 제안하였다. 이를 통해 유역 내 시공간적으로 발생 가능한 물 부족을 사전에 탄력적으로 대비할 수 있는 용수계획 및 물 배분이 가능하도록 하였다. 또한, 개발 모형은 수요처의 공급 안정성을 최대화하기 위한 물 배분뿐만 아니라, 용수공급의 경제적 편익을 극대화할 수 있는 경제성 기반 최적 물 배분 기능을 추가하였다.

가설 설정

공업용수 및 농업용수의 경우, 실제 생산물의 시장가치를 반영한 한계생산가치를 통해 경제적 편익을 산정하였으므로 용수의 공급은 직접적인 편익 창출로 연결된다. 따라서 공급 부족이 발생할 경우 작물 및 상품의 생산과 판매가 감소하게 되어 경제적 편익이 감소하므로, 본 연구에서는 이를 경제적 손실로 가정하여 공업용수 및 농업용수의 공급량 부족에 대한 별도의 잠재 피해액은 적용하지 않았다.
가정에서 대체하기 쉬운 용수는 음용수이며, K-water에서 제공하는 “물정보포털(MyWater, 2019)”에 따르면 국내 가정용수의 약 21%가 음용수에 해당하는 것으로 조사된 바 있다. 본 연구에서는 생활용수의 공급 부족이 발생하는 경우, 부족량을 생수 구매를 통해 대체하는 것으로 가정하여 잠재 피해액을 산정하였다.

제안 방법

Fig. 2(a)에 표현한 것과 같이, 구분된 모의 간격 중 시간상으로 앞선 모의시간부터 최적화를 수행하며, 댐 저수율 등의 앞선 물 배분 결과를 다음 모의시간의 초기값으로 적용하여, 최적화를 연속적으로 수행한다. 이러한 모의 방법은 앞선 모의시간의 결과를 수정할 수 없기때문에, 모의 후반으로 갈수록 물 부족이 발생하거나, 댐의 저수율 유지를 위한 탄력적인 물 배분 계획을 수립할 수 없는 단점이 있다.
본 연구에서는 국내유역의 적용에 적합한 수자원-경제 통합물 배분 모형인 WAMM (Water Allocation and Management Model)을 개발하고 적용하였다. 개발 모형은 기존 물 배분 모형에서 주로 활용하였던 SSLP (Single Step Linear Programming) 방식의 단일기간 최적화 기법을 개선하여 전체 모의기간을 한번에 고려하는 FSLP (Full Step Linear Programming) 방식을 제안하였다. 이를 통해 유역 내 시공간적으로 발생 가능한 물 부족을 사전에 탄력적으로 대비할 수 있는 용수계획 및 물 배분이 가능하도록 하였다.
본 연구에서는 국내외 물 배분 모형 및 수자원-경제 통합 모형의 개발 사례와 국내 수자원의 경제적 가치평가 등 선행연구를 바탕으로, 국내 적용에 적합한 수자원-경제 통합 물배분 모형, 이른바 WAMM (Water Allocation and Management Model)을 개발하였다. 개발 모형은 장기간의 물 부족 상황을 고려할 수 있는 최적화 기능의 개선과 수자원의 용도별 경제적 가치를 고려한 물 배분 기능을 추가함으로써 기존 모형의 활용성을 개선하였다. 본 연구에서는 개발 모형을 국내 남한강 유역에 적용하여 검증 및 시나리오 기반 모의를 실시하고 결과를 분석하였다.
국내 남한강 유역을 대상으로 개발 모형을 적용하고, 제안된 2가지 추가기능의 개선점을 정량적으로 분석하였다. 첫째, FSLP 방식의 최적 물 배분은 기존의 SSLP 방법 대비 시공간적으로 용수공급 안정성을 극대화하는 효과적인 물 배분 방안을 제시할 수 있음을 확인하였다.
본 연구에서는 용수 공급원으로부터 각 수요처까지의 공급 과정 및 수요처에서의 용수 사용 분류를 통해 지속가능성, 공급안정성 등의 사회적 지표 또는 공급 편익, 공급 비용 등의 경제적 지표를 최적 물 배분 모형의 목적함수로 고려할 수 있는 것으로 판단하였다. 그러나 현재까지 이와 같은 물 배분의 다양한 특성을 정량화하기 위한 이론적 배경은 미흡한 실정이며, 따라서 본 연구에서는 용수공급의 안정성과 경제적 편익에 따른 최적 물 배분을 수행할 수 있는 물 배분 목적함수를 구성하고 적용하였다.
이러한 모의 방법은 앞선 모의시간의 결과를 수정할 수 없기때문에, 모의 후반으로 갈수록 물 부족이 발생하거나, 댐의 저수율 유지를 위한 탄력적인 물 배분 계획을 수립할 수 없는 단점이 있다. 금회 개발한 WAMM에서는 이러한 단점을 개선하여 전체 모의시간을 동시에 고려한 최적 물 배분을 수행하도록 알고리즘을 수정하였다(Full Step Linear Programming, FSLP). 즉, Fig.
단, 생활용수와 공업용수의 경우, 동일한 용수공급 과정을 거쳐 공급되는 관계로, 모형 내 생·공용수 수요처는 함께 고려되며, 이에 따른 물 배분 및 경제적 가치는 Table 2에 나타난 것과 같이 각 수요처의 생·공용수 사용 비중을 고려한 단위용수당 잠재적 가치 및 피해액을 산 정하여 적용하였다.
특히, 수자원장기 종합계획의 물 수급 전망 분석 시, 기존 물 배분 모형에서 용수 부족이 발생하는 것으로 분석되었던 1981년 6월의 모의 기간은 비교적 긴 시간동안 여러 수요처에서 물 부족이 발생하였고, 생·공용수 부족과 농업용수 부족이 동시에 나타나고 있어 개발 모형의 개선효과 비교 분석에 적합한 것으로 판단되었다. 따라서, 해당 기간의 모의 결과에 대하여 유역 내 초기 하천 유량 및 강우-유출량, 인근 수요처에서의 수요량 등 동일한 데이터를 개발 모형에 적용하였으며, 이때 모의 간격은 반순(5일), 총 모의기간은 1981년 6월 1일부터 25일까지 총 25일에 걸쳐 수행되었다. 유역 내 용수 공급원은 하천유량, 지하수, 댐, 농업용 저수지 등이 고려되었으며, 수요처는 유역 내 농업 용수, 생활용수, 공업용수 등을 고려하였다.
이를 통해 유역 내 시공간적으로 발생 가능한 물 부족을 사전에 탄력적으로 대비할 수 있는 용수계획 및 물 배분이 가능하도록 하였다. 또한, 개발 모형은 수요처의 공급 안정성을 최대화하기 위한 물 배분뿐만 아니라, 용수공급의 경제적 편익을 극대화할 수 있는 경제성 기반 최적 물 배분 기능을 추가하였다. 이때 수자원의 용도별 경제적 편익은 국내에서 수행된 연구결과를 토대로 산정하여 모형에 적용하였다.
개발 모형의 최적화 알고리즘 개선효과 분석을 위해, 기존 물 배분 모형에서 주로 적용하였던 SSLP 모의와 본 연구에서 새롭게 제안한 FSLP 모의를 수행하고 각각의 최적화 결과를 비교, 분석하였다. 모의기간은 1981년 6월 1일부터 25일까지 총 25일에 걸쳐 수행하였으며, 최적 물 배분을 위한 목적함수는 경제성을 배제한 수요처의 용수공급 안정성으로 동일하게 설정하였다.
반면, 물을 공급받지 못함으로써 발생할 수 있는 잠재적 피해 또한 용수의 경제적 가치에 해당하는 것으로 판단할 수 있으며, 본 연구에서는 공급 부족으로 인한 생활용수의 잠재 피해액(Penalty cost)을 대체비용을 통해 산정하였다. 가정에서 대체하기 쉬운 용수는 음용수이며, K-water에서 제공하는 “물정보포털(MyWater, 2019)”에 따르면 국내 가정용수의 약 21%가 음용수에 해당하는 것으로 조사된 바 있다.
개발 모형은 장기간의 물 부족 상황을 고려할 수 있는 최적화 기능의 개선과 수자원의 용도별 경제적 가치를 고려한 물 배분 기능을 추가함으로써 기존 모형의 활용성을 개선하였다. 본 연구에서는 개발 모형을 국내 남한강 유역에 적용하여 검증 및 시나리오 기반 모의를 실시하고 결과를 분석하였다.
5(d)는 이와 같은 최적화 모의 설정과정을 나타내고 있다. 사용자는 SSLP와 FSLP 등 2가지 최적화 모의방법, 공급안정성 및 경제성 등 2가지 목적함수를 조합하여 총 네 가지 조합의 최적 물 배분 모의를 수행할 수 있다.
또한, 개발 모형은 수요처의 공급 안정성을 최대화하기 위한 물 배분뿐만 아니라, 용수공급의 경제적 편익을 극대화할 수 있는 경제성 기반 최적 물 배분 기능을 추가하였다. 이때 수자원의 용도별 경제적 편익은 국내에서 수행된 연구결과를 토대로 산정하여 모형에 적용하였다.
따라서 앞서 소개한 물 부족 기간인 1981년 6월 1일부터 25일까지의 모의기간을 동일하게 적용하였다. 이때, FSLP 방식의 물 배분을 수행하는 경우 해당 기간의 물 부족이 모두 해소되는 것으로 나타나기 때문에, 용수부족이 발생하는 SSLP 방식의 물 배분을 수행하였다. Table 5는 두 가지 목적함수를 각각 적용한 SSLP 물 배분 결과 각 수요처에서 발생한 물 부족량을 기간별로 정리한 표이다.
일반적인 물 배분 모형에서는 주로 수요처의 용수공급 안정성을 극대화하기 위한 목적으로 용수공급이 이루어졌으나, 본 연구에서는 국내 용수의 경제적 가치 산정 결과를 토대로 경제성을 고려한 물 배분을 수행하였다. 공급안정성 및 경제성 기반의 물 배분 결과를 비교, 분석하기 위해서는 경제적 편익이 상이한 다수의 수요처에서 물 부족이 발생하는 경우를 선정해야 한다.

대상 데이터

공급안정성 및 경제성 기반의 물 배분 결과를 비교, 분석하기 위해서는 경제적 편익이 상이한 다수의 수요처에서 물 부족이 발생하는 경우를 선정해야 한다. 따라서 앞서 소개한 물 부족 기간인 1981년 6월 1일부터 25일까지의 모의기간을 동일하게 적용하였다. 이때, FSLP 방식의 물 배분을 수행하는 경우 해당 기간의 물 부족이 모두 해소되는 것으로 나타나기 때문에, 용수부족이 발생하는 SSLP 방식의 물 배분을 수행하였다.
본 연구에서 개발된 WAMM 모형의 사용자 편의를 위해 GUI (Graphic User Interface) 구조를 갖춘 플랫폼을 구성하였다. 사용자는 물 공급 시스템의 자료 입력을 위해 WAMM 전용 입력모듈 파일(엑셀 시트 형태)을 이용할 수 있다.
적용 대상 유역은 10개의 농업용수 수요처 및 14개의 생·공용수 수요처 등 총 24개의 수요처에서 물을 이용하고 있으며, 공급원의 경우 남한강을 본류로 평창강, 달천, 섬강 등 3개의 지류가 합류하는 구조로 이루어져 있다.

데이터처리

개발 모형의 최적화 알고리즘 개선효과 분석을 위해, 기존 물 배분 모형에서 주로 적용하였던 SSLP 모의와 본 연구에서 새롭게 제안한 FSLP 모의를 수행하고 각각의 최적화 결과를 비교, 분석하였다. 모의기간은 1981년 6월 1일부터 25일까지 총 25일에 걸쳐 수행하였으며, 최적 물 배분을 위한 목적함수는 경제성을 배제한 수요처의 용수공급 안정성으로 동일하게 설정하였다.

이론/모형

본 연구에서는 국내유역의 적용에 적합한 수자원-경제 통합물 배분 모형인 WAMM (Water Allocation and Management Model)을 개발하고 적용하였다. 개발 모형은 기존 물 배분 모형에서 주로 활용하였던 SSLP (Single Step Linear Programming) 방식의 단일기간 최적화 기법을 개선하여 전체 모의기간을 한번에 고려하는 FSLP (Full Step Linear Programming) 방식을 제안하였다.
K-water (2008)에서는 가격에 의해 수요량이 결정되는 것과 마찬가지로, 단위 수요량에 대한 사용자의 지불의사액 (Willingness To Pay, WTP)을 추정함으로써 사용자에게 공급된 생활용수의 편익을 산정한 바 있다. 지불의사액은 수요자가 특정 재화에 얼마만큼의 가치를 부여하는지를 나타낸다고 할 수 있으며, 본 연구에서는 K-water (2008)의 연구에서 측정한 지불의사액과 추정된 수요함수를 통해 생활용수의 공급편익을 산정하였다. 여기서, 수요함수(Demand function) 란 가격과 수요량 사이의 관계를 정의하는 함수로서, 재화의 가격 수준에 따라 소비자들이 구매하고자 하는 수량의 변화를 나타낸다.
한편, 수자원의 경제적 가치를 고려한 최적 물 배분 모형인 수자원-경제 통합 모형으로는 Howitt et al. (1999)의 연구를 통해 개발된 CALVIN 모형이 가장 대표적이며, CALVIN 모형은 미국 캘리포니아를 대상으로 50년에 달하는 자료 수집을 통해 수자원의 경제적 가치를 고려하였다. 수자원-경제 통합 모형은 주로 용수 공급을 위해 소비되는 비용을 최소화하거나, 용수 공급의 편익을 최대화하기 위한 물 이용 방안을 제시하기 위해 활용되어 왔으며, Newlin et al.

성능/효과

섬강 합류 이후, 남한강 하류에는 강천보, 여주보, 이포보 등 3개의 보가 설치되어 운영중에 있다. 각각의 농업용수 수요처는 본류와 지류에 걸쳐 별도의 농업용 저수지를 통해 용수를 공급받으며, 따라서 적용유역에는 총 6개의 주요 저수시설(댐 및 보 각각 3개소) 및 10개의 농업용 저수지를 통해 용수를 미리 확보할 수 있도록 대비하고 있음을 알 수 있다.
그러나, 경제적 편익을 목적함수로 설정한 모의에서는 생·공용수 부족량을 해소하는 대신 해당 부족량만큼 농업용수의 부족량을 가중시키는 물 배분 결과를 제시하는 것으로 나타났다.
둘째, 경제적 편익을 고려한 물 배분에서는 공급안정성 기반의 물 배분에 비해 생·공용수 부족을 선제적으로 해소하려는 경향이 높았으며, 따라서 상대적으로 경제성이 낮은 농업용수의 공급 부족을 가중하는 양상을 보였다.
따라서, 보다 합리적인 용수공급을 위해서는 각 수요처별 최소공급량을 제약조건으로 설정함으로써 공급 안정성과 경제적 편익을 동시에 고려한 모의가 가능할 것으로 판단된다. 마지막으로, 합리적 물 배분 계획수립을 위해 개발된 WAMM 모형은 사용자 편의성 확보를 위해 GUI 기반 플랫폼으로 개발되었다. 해당 모형은 데이터 입력 및 물 배분 결과 와 공급 구조에 대한 이해가 쉽도록 개발되었으므로, 향후 물 분쟁 및 갈등 해소를 위한 의사결정도구로 활용될 수 있을 것으로 기대한다.
0만 m³의 용수 부족이 발생하여, 기간별 수요처 간 상이한 용수부족 양상을 보였다. 반면, 개발 모형의 FSLP를 적용한 물 배분 결과 적용 유역 내 모든 수요처에서 물 부족이 발생하지 않는 것으로 나타났다. 즉, 1002 소유역과 1004 소유역에 위치한 수요처의 용수 수요량이 모두 충족되었으며, 이는 FSLP 방법이 물 배분 시 전체 모의기간을 고려함으로써 물 부족이 발생하는 수요처 인근 상류에 위치한 저수시설을 보다 탄력적으로 활용하기 때문인 것으로 분석되었다.
이러한 결과는 하류 지역의 용수공급에 영향을 미치지 않는 범위에서 용수부족이 발생하는 상류지역에 우선적으로 용수를 공급을 하기 때문인 것으로 분석되며, 시공간적으로 용수공급 안정성을 극대화하기 위한 용수배분 계획을 수립하는 것으로 나타났다. 비교 분석을 통해, 단위 모의기간만을 고려하는 SSLP 방법 대비, 전체기간을 고려하는 FSLP 방법의 물 배분이 장기 물 배분 시 보다 효과적인 물 배분 방안을 제시할 수 있음을 알 수 있다. 즉, FSLP 기반 물 배분에서는 전체 모의기간에 대한 물 부족 발생을 최소화하기 위해, 다양한 저수시설을 활용한 탄력적인 물배분을 수행하였으며, 따라서 SSLP에 비해 용수공급의 안정성을 개선시킬 수 있을 것으로 판단된다.
즉, 보다 높은 경제적 편익을 확보하기 위해 농업용수 공급을 우선적으로 포기하는 양상을 보였다. 시스템 전체 용수공급량이 동일한 상태에서 이러한 물 배분은 공급안정성을 목적함수로 설정한 물 배분에 비해 약 9,600만원의 추가적인 경제적 편익이 발생하는 것으로 분석되었다. 이러한 물 배분이 자칫 상대적으로 경제성이 낮은 농업용수의 공급을 위축하는 결과를 유도할 수 있으나, 각 수요처별 최소공급량을 제약조건으로 설정한다면, 공급안정성과 경제적 편익을 동시에 고려한 물 배분 모의가 가능할 것으로 판단된다.
반면, 개발 모형의 FSLP를 적용한 물 배분 결과 적용 유역 내 모든 수요처에서 물 부족이 발생하지 않는 것으로 나타났다. 즉, 1002 소유역과 1004 소유역에 위치한 수요처의 용수 수요량이 모두 충족되었으며, 이는 FSLP 방법이 물 배분 시 전체 모의기간을 고려함으로써 물 부족이 발생하는 수요처 인근 상류에 위치한 저수시설을 보다 탄력적으로 활용하기 때문인 것으로 분석되었다. 이때, 저수지에서 사전에 물을 확보하고자 하는 양상은 물 부족 발생 전후 저수량의 증감을 통해 파악할 수 있다(Table 4).
)에서는 2차 물 부족 기간(6월 16일~20일)에 앞서 약 460만 m³의 용수를 추가로 저수하는 등 충분한 저수량을 확보하고 있음을 알 수 있다. 즉, FSLP에서는 전체기간 모의를 한 번에 수행함으로써 추후 발생할 수 있는 용수부족을 미연에 방지하기 위한 용수공급 계획을 수립하는 것으로 분석되었다. 흥미로운 결과는, 상류에 위치한 농업용 저수지의 저류량은 FSLP의 결과가 SSLP에 비해 모두 증가한 반면, 남한강 하류에 위치한 강천보, 여주보, 그리고 이포보의 저류량은 모든 기간에서(용수부족이 해소된 6월 21일~25일 기간은 제외) FSLP의 결과가 SSLP에 비해 감소하는 것으로 나타났다.
그러나, 경제적 편익을 목적함수로 설정한 모의에서는 생·공용수 부족량을 해소하는 대신 해당 부족량만큼 농업용수의 부족량을 가중시키는 물 배분 결과를 제시하는 것으로 나타났다. 즉, 보다 높은 경제적 편익을 확보하기 위해 농업용수 공급을 우선적으로 포기하는 양상을 보였다. 시스템 전체 용수공급량이 동일한 상태에서 이러한 물 배분은 공급안정성을 목적함수로 설정한 물 배분에 비해 약 9,600만원의 추가적인 경제적 편익이 발생하는 것으로 분석되었다.
국내 남한강 유역을 대상으로 개발 모형을 적용하고, 제안된 2가지 추가기능의 개선점을 정량적으로 분석하였다. 첫째, FSLP 방식의 최적 물 배분은 기존의 SSLP 방법 대비 시공간적으로 용수공급 안정성을 극대화하는 효과적인 물 배분 방안을 제시할 수 있음을 확인하였다. 둘째, 경제적 편익을 고려한 물 배분에서는 공급안정성 기반의 물 배분에 비해 생·공용수 부족을 선제적으로 해소하려는 경향이 높았으며, 따라서 상대적으로 경제성이 낮은 농업용수의 공급 부족을 가중하는 양상을 보였다.
특히, 수자원장기 종합계획의 물 수급 전망 분석 시, 기존 물 배분 모형에서 용수 부족이 발생하는 것으로 분석되었던 1981년 6월의 모의 기간은 비교적 긴 시간동안 여러 수요처에서 물 부족이 발생하였고, 생·공용수 부족과 농업용수 부족이 동시에 나타나고 있어 개발 모형의 개선효과 비교 분석에 적합한 것으로 판단되었다.
즉, FSLP에서는 전체기간 모의를 한 번에 수행함으로써 추후 발생할 수 있는 용수부족을 미연에 방지하기 위한 용수공급 계획을 수립하는 것으로 분석되었다. 흥미로운 결과는, 상류에 위치한 농업용 저수지의 저류량은 FSLP의 결과가 SSLP에 비해 모두 증가한 반면, 남한강 하류에 위치한 강천보, 여주보, 그리고 이포보의 저류량은 모든 기간에서(용수부족이 해소된 6월 21일~25일 기간은 제외) FSLP의 결과가 SSLP에 비해 감소하는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 하류 지역의 용수공급에 영향을 미치지 않는 범위에서 용수부족이 발생하는 상류지역에 우선적으로 용수를 공급을 하기 때문인 것으로 분석되며, 시공간적으로 용수공급 안정성을 극대화하기 위한 용수배분 계획을 수립하는 것으로 나타났다.

후속연구

둘째, 경제적 편익을 고려한 물 배분에서는 공급안정성 기반의 물 배분에 비해 생·공용수 부족을 선제적으로 해소하려는 경향이 높았으며, 따라서 상대적으로 경제성이 낮은 농업용수의 공급 부족을 가중하는 양상을 보였다. 따라서, 보다 합리적인 용수공급을 위해서는 각 수요처별 최소공급량을 제약조건으로 설정함으로써 공급 안정성과 경제적 편익을 동시에 고려한 모의가 가능할 것으로 판단된다. 마지막으로, 합리적 물 배분 계획수립을 위해 개발된 WAMM 모형은 사용자 편의성 확보를 위해 GUI 기반 플랫폼으로 개발되었다.
시스템 전체 용수공급량이 동일한 상태에서 이러한 물 배분은 공급안정성을 목적함수로 설정한 물 배분에 비해 약 9,600만원의 추가적인 경제적 편익이 발생하는 것으로 분석되었다. 이러한 물 배분이 자칫 상대적으로 경제성이 낮은 농업용수의 공급을 위축하는 결과를 유도할 수 있으나, 각 수요처별 최소공급량을 제약조건으로 설정한다면, 공급안정성과 경제적 편익을 동시에 고려한 물 배분 모의가 가능할 것으로 판단된다.
비교 분석을 통해, 단위 모의기간만을 고려하는 SSLP 방법 대비, 전체기간을 고려하는 FSLP 방법의 물 배분이 장기 물 배분 시 보다 효과적인 물 배분 방안을 제시할 수 있음을 알 수 있다. 즉, FSLP 기반 물 배분에서는 전체 모의기간에 대한 물 부족 발생을 최소화하기 위해, 다양한 저수시설을 활용한 탄력적인 물배분을 수행하였으며, 따라서 SSLP에 비해 용수공급의 안정성을 개선시킬 수 있을 것으로 판단된다.
마지막으로, 합리적 물 배분 계획수립을 위해 개발된 WAMM 모형은 사용자 편의성 확보를 위해 GUI 기반 플랫폼으로 개발되었다. 해당 모형은 데이터 입력 및 물 배분 결과 와 공급 구조에 대한 이해가 쉽도록 개발되었으므로, 향후 물 분쟁 및 갈등 해소를 위한 의사결정도구로 활용될 수 있을 것으로 기대한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	각 수요처별 최소공급량을 제한해야 하는 이유는 무엇인가?	첫째, FSLP 방식의 최적 물 배분은 기존의 SSLP 방법 대비 시공간적으로 용수공급 안정성을 극대화하는 효과적인 물 배분 방안을 제시할 수 있음을 확인하였다. 둘째, 경제적 편익을 고려한 물 배분에서는 공급안정성 기반의 물 배분에 비해 생·공용수 부족을 선제적으로 해소하려는 경향이 높았으며, 따라서 상대적으로 경제성이 낮은 농업용수의 공급 부족을 가중하는 양상을 보였다. 따라서, 보다 합리적인 용수공급을 위해서는 각 수요처별 최소공급량을 제약조건으로 설정함으로써 공급 안정성과 경제적 편익을 동시에 고려한 모의가 가능할 것으로 판단된다.
	수자원의 관리란 무엇인가?	수자원의 관리란, 이용자에게 용수를 안정적으로 공급하기 위한 예측, 계획, 운영, 분석, 평가 등 일련의 과정을 의미한다. 물 자원은 인류 생존에 필수적이며, 따라서 안정적인 수자원의 확보와 합리적인 배분이 이루어져야 한다.
	물분쟁이 심화되는 이유는 무엇인가?	물 자원은 인류 생존에 필수적이며, 따라서 안정적인 수자원의 확보와 합리적인 배분이 이루어져야 한다. 용수 사용량은 인구 증가, 생활 패턴의 변화 등의 영향으로 점차 증가하는 반면, 빈번히 발생하는 가뭄과 한정된 공급 가능량으로 인해 사용처간 물분쟁이 심화될 것으로 전망된다. 전 세계적으로 이러한 물 분쟁을 중재하기 위해 사회, 공학적 측면에서 많은 연구가 수행되어 왔으며, 이들 중 공학적 해결 방안의 일환으로 다양한 형태의 물 배분 모형(Water allocation model)이 개발된 바 있다.

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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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