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문제 정의
- 본 연구에서는 장래에 발생할 수 있는 여러 수자원현황을 평가하기 위해 한국건설기술연구원과 SEI-US가 공동으로 개발한 K-WEAPq 모형을 이용하였으며, 여러 대안을 비교, 분석하여 순위를 결정하기 위해 다기준의사결정기법을 이용하여 낙동강권역의 장래 발생할 수 있는 물 부족을 해소시키기 위한 최적의 대안을 제시하였다.
제안 방법
- K-WEAP(Korea-Water Evaluation And Planning System) 모형은 한국건설기술연구원과 SEI-US와의 공동연구로 기존의 WEAP(Water Evaluation And Planning System) 모형의 기능을 개선하여 우리나라 여건에 적합하도록 수정하여 개발한 통합수자원평가계획모형이다. K-WEAP 모형은 국내에서 사용이 적합하도록 WEAP 모형의 모의형태 개선과 평가방법 개선, 한글화 등을 이룩하였으며, 기존의 WEAP 모형에 없는 하천 수질 모의 기능을 개발하여 추가하였다. 하지만 K-WEAP 모형에 내장되어 있는 수질관련 함수들은 BOD 모형, DO 모형, 1차감소함수, 수온모의, 보존성 물질에 대한 것이기 때문에 보다 정확하고 다양한 수질 분석을 위해서는 여러 오염원(pH, 질소, 인, 수온, BOD, 병원균, 조류 등)을 고려해야만 한다.
- 대안들에 대한 점수를 부여한 후에는 의사결정에 대한 상대적 중요도를 반영하기 위해 각각의 기준들에 가중치를 할당해야 한다. 가중치를 부여하는 방법에는 여러 가지가 있으며, 본 연구에서는 부적절한 가중치의 적용으로 인해 평가결과의 왜곡을 초래할 수 있다는 판단하에 동일한 가중치를 적용하였다. 각각의 기준에 대한 각 대안의 점수와 동일한 가중치를 결합하여 전체 결과값을 유도하였다.
- 가중치를 부여하는 방법에는 여러 가지가 있으며, 본 연구에서는 부적절한 가중치의 적용으로 인해 평가결과의 왜곡을 초래할 수 있다는 판단하에 동일한 가중치를 적용하였다. 각각의 기준에 대한 각 대안의 점수와 동일한 가중치를 결합하여 전체 결과값을 유도하였다. 그림 3은 각 대안들의 점수와 가중치를 결합한 전체 결과값을 도시한 결과이다.
- 장래 2011년에 낙동강 유역에 발생할 수 있는 물부족을 해소하기 위해 8가지 방안을 제시하였으며, 이들 대안들의 조합으로 7가지의 대안을 제시하였다. 각각의 대안을 평가하기 위해 3 분야(경제, 환경, 사회)에 대해 4가지 기준에 따라 각각의 대안의 영향을 평가하였으며, 이를 무차원화 시키고 합산함으로써 최적의 대안을 제시하였다. 분석을 통해 제시된 대안은 물부족이 예상되는 지역에 지하수개발을 하고 수요관리를 통해 물부족을 해소해야 하며, 만약 물부족이 발생할 경우는 정부에서 지원해 주어야 한다는 대안이였다.
- 제시된 7가지 대안 이외에도 여러 방안의 결합을 통해 더 많은 대안을 제시할 수 있지만 본 연구에서는 7가지 대안만으로 분석을 수행하였다. 다기준의사결정분석을 위해서는 각 대안의 결과에 관련된 가치를 반영하는 기준들을 설정해야 하며 본 연구에서는 사회, 경제, 환경 3가지 분야에 대한 기준을 고려하였고, 각각의 분야에 대한 세부기준을 제시하였다. 여러 세부기준 중 정성적인 분석의 어려움 때문에 정량적인 분석이 가능한 기준만을 제시하였다.
- 그림 2는 본 연구를 통해 최적의 물부족 해소대안을 제시하기 위해 수행된 다기준의사결정 분석에 대한 가치구성도를 나타내었다. 다기준의사결정을 위한 최종 목적은 물부족 해소이며, 기준으로는 경제, 환경, 사회 분야에 대해서 고려하였고, 세부 기준으로는 건설비용, 예상피해액, 지표수 수질, 물부족기간을 선정하였으며, 대안으로는 7가지를 제안하였다.
- 하지만 K-WEAP 모형에 내장되어 있는 수질관련 함수들은 BOD 모형, DO 모형, 1차감소함수, 수온모의, 보존성 물질에 대한 것이기 때문에 보다 정확하고 다양한 수질 분석을 위해서는 여러 오염원(pH, 질소, 인, 수온, BOD, 병원균, 조류 등)을 고려해야만 한다. 따라서 최근 수질 모의 모형인 QUAL2E 모형을 업그레이드시킨 QUAL2K 모형을 기존의 K-WEAP 모형과 연계시킨 K-WEAPq 모형을 개발하였다. K-WEAPq 모형은 기존의 K-WEAP 모형의 기능을 그대로 유지하면서 수질 모의를 강화시킨 모형으로써 보다 통합적인 수자원평가 및 계획에 유용할 것으로 기대된다.
- 본 연구에서는 통합수자원평가계획모형인 K-WEAPq 모형을 이용하여 미래에 발생할 수 있는 다양한 물수급 전망을 분석하였으며, 물 부족을 해소시킬 수 있는 여러 대안에 따른 물 수급 변화를 분석하였다. 또한 수자원 계획 및 개발 분야에서 여러 상반된 기준들에 대해 최적의 대안들을 찾고 이를 결정하기 위해 다기준의사결정 분석을 이용하였다. 장래 2011년에 낙동강 유역에 발생할 수 있는 물부족을 해소하기 위해 8가지 방안을 제시하였으며, 이들 대안들의 조합으로 7가지의 대안을 제시하였다.
- 가치 평가를 위해 서로 단위가 틀린 영향 평가 결과들을 무차원화할 필요가 있다. 무차원화를 위해서 원자료 및 대수값을 최대값으로 나누는 방법, 표준화를 이용하여 산정하는 방법, 확률분포형의 누가확률밀도함수를 추정한 무차원화 방법이 있으며, 본 연구에서는 표준화를 이용하여 각각의 영향평가 결과를 무차원화 하였다. 각각의 기준에 대한 영향평가 결과치는 물부족 해소를 위한 최적대안 선정에 악영향을 미치기 때문에 (예를 들어, 기준 a, b, c, d는 건설비용, 예상피해액, 수질, 물부족기간이기 때문에 크면 클수록 나쁜 영향을 줌) 무차원화를 위해 100 × (zmax - zi)/(zmax - zmin)식을 이용하였으며, zmax 와 zmin은 각각의 기준에 대한 영향평가 결과치의 최대치와 최소치이고, zi는 각각의 기준에 대한 대안들의 영향평가 결과치를 나타낸다.
- 본 연구에서는 수자원 개발 및 관리를 위한 여러 대안들을 평가할 수 있는 분석도구로서 수량-수질을 동시에 모의할 수 있는 K-WEAPq 모형의 활용성을 제시하였으며, 물부족 해소를 위한 대안들의 직관적이고 투명한 비교를 수행할 수 있는 다기준의사결정분석 방법론을 제안하였다. 또한 지금까지의 수자원계획 및 평가가 주로 경제적인 분야만을 고려하여 수행되었기 때문에 앞으로는 경제 분야 이외에도 사회, 환경 분야에 대한 고려가 필요하다는 점을 언급하였다.
- 본 연구에서는 통합수자원평가계획모형인 K-WEAPq 모형을 이용하여 미래에 발생할 수 있는 다양한 물수급 전망을 분석하였으며, 물 부족을 해소시킬 수 있는 여러 대안에 따른 물 수급 변화를 분석하였다. 또한 수자원 계획 및 개발 분야에서 여러 상반된 기준들에 대해 최적의 대안들을 찾고 이를 결정하기 위해 다기준의사결정 분석을 이용하였다.
- 앞에서 제시한 4개의 기준에 대한 7가지 대안들의 기대 성능을 분석하였다. 이는 각 대안의 결과값들을 평가하기 위해 대안들에 대한 점수를 부여한 것이다.
- 또한 수자원 계획 및 개발 분야에서 여러 상반된 기준들에 대해 최적의 대안들을 찾고 이를 결정하기 위해 다기준의사결정 분석을 이용하였다. 장래 2011년에 낙동강 유역에 발생할 수 있는 물부족을 해소하기 위해 8가지 방안을 제시하였으며, 이들 대안들의 조합으로 7가지의 대안을 제시하였다. 각각의 대안을 평가하기 위해 3 분야(경제, 환경, 사회)에 대해 4가지 기준에 따라 각각의 대안의 영향을 평가하였으며, 이를 무차원화 시키고 합산함으로써 최적의 대안을 제시하였다.
- 대안 A는 현재시스템(⑦)과 정부지원(⑧), 대안 B는 수요관리(⑤)와 정부지원(⑧), 대안 C는 도수(①)와 수요관리(⑤)와 정부지원(⑧), 대안 D는 광역상수도신설(②)와 수요관리(⑤)와 정부지원(⑧), 대안 E는 농업용저수지건설(③)과 수요관리(⑤)와 정부지원(⑧), 대안 F는 지하수개발(④)과 수요관리(⑤)와 정부지원(⑧), 대안 G는 수요관리(⑤)와 농지감소(⑥)와 정부지원(⑧)의 결합으로 구성하였다. 제시된 7가지 대안 이외에도 여러 방안의 결합을 통해 더 많은 대안을 제시할 수 있지만 본 연구에서는 7가지 대안만으로 분석을 수행하였다. 다기준의사결정분석을 위해서는 각 대안의 결과에 관련된 가치를 반영하는 기준들을 설정해야 하며 본 연구에서는 사회, 경제, 환경 3가지 분야에 대한 기준을 고려하였고, 각각의 분야에 대한 세부기준을 제시하였다.
- 하지만 본 연구에서는 2011년 낙동강유역 물부족을 해소하기 위해 실제 수자원시스템에 적용가능한 방안만을 고려하여 8가지 방안을 제시하였다. 제시된 물부족 해소를 위한 방안으로 ① 안동댐, 합천댐에서의 도수, ② 대청댐, 임하댐으로부터의 광역상수도 신설, ③ 소규모 농업용저수지 건설, ④ 지하수 개발, ⑤ 수요관리 정책, ⑥ 농지 감소, ⑦ 현재 시스템 유지, ⑧ 정부 지원 등 총 8가지 방안을 제시하였으며, 물부족 해소를 위한 대안으로는 제시된 8가지 방안 중 몇 개씩을 결합하여 결정하였다. 대안 A는 현재시스템(⑦)과 정부지원(⑧), 대안 B는 수요관리(⑤)와 정부지원(⑧), 대안 C는 도수(①)와 수요관리(⑤)와 정부지원(⑧), 대안 D는 광역상수도신설(②)와 수요관리(⑤)와 정부지원(⑧), 대안 E는 농업용저수지건설(③)과 수요관리(⑤)와 정부지원(⑧), 대안 F는 지하수개발(④)과 수요관리(⑤)와 정부지원(⑧), 대안 G는 수요관리(⑤)와 농지감소(⑥)와 정부지원(⑧)의 결합으로 구성하였다.
- 물부족 해소를 위해서는 여러 가지 방안이 제시될 수 있다. 하지만 본 연구에서는 2011년 낙동강유역 물부족을 해소하기 위해 실제 수자원시스템에 적용가능한 방안만을 고려하여 8가지 방안을 제시하였다. 제시된 물부족 해소를 위한 방안으로 ① 안동댐, 합천댐에서의 도수, ② 대청댐, 임하댐으로부터의 광역상수도 신설, ③ 소규모 농업용저수지 건설, ④ 지하수 개발, ⑤ 수요관리 정책, ⑥ 농지 감소, ⑦ 현재 시스템 유지, ⑧ 정부 지원 등 총 8가지 방안을 제시하였으며, 물부족 해소를 위한 대안으로는 제시된 8가지 방안 중 몇 개씩을 결합하여 결정하였다.
대상 데이터
- K-WEAPq 모형을 통해 수량-수질을 연계하여 낙동강유역을 모의하였다. 목표연도는 2011년으로 하였으며, 각종 수요량, 공급시설, 하천유출량 자료 등은 수자원장기종합계획(2006-2020)에서 사용하였던 자료를 그대로 이용하였다. 수질모의를 위해 사용된 각종 수질 관련 자료는 유역조사사업보고서(2004)에 수록된 자료를 이용하여 분석하였다.
- 목표연도는 2011년으로 하였으며, 각종 수요량, 공급시설, 하천유출량 자료 등은 수자원장기종합계획(2006-2020)에서 사용하였던 자료를 그대로 이용하였다. 수질모의를 위해 사용된 각종 수질 관련 자료는 유역조사사업보고서(2004)에 수록된 자료를 이용하여 분석하였다. 1967～2003년에 대해 반순별로 모의한 결과 1994년(최대갈수년)에 물이 가장 많이 부족한 것으로 분석되었으며, 목표연도 2011년에 대한 낙동강유역의 물부족량은 그림 1과 같이 나타났다.
이론/모형
- K-WEAPq 모형을 통해 수량-수질을 연계하여 낙동강유역을 모의하였다. 목표연도는 2011년으로 하였으며, 각종 수요량, 공급시설, 하천유출량 자료 등은 수자원장기종합계획(2006-2020)에서 사용하였던 자료를 그대로 이용하였다.
- 각각의 기준에 대한 영향평가 결과치는 물부족 해소를 위한 최적대안 선정에 악영향을 미치기 때문에 (예를 들어, 기준 a, b, c, d는 건설비용, 예상피해액, 수질, 물부족기간이기 때문에 크면 클수록 나쁜 영향을 줌) 무차원화를 위해 100 × (zmax - zi)/(zmax - zmin)식을 이용하였으며, zmax 와 zmin은 각각의 기준에 대한 영향평가 결과치의 최대치와 최소치이고, zi는 각각의 기준에 대한 대안들의 영향평가 결과치를 나타낸다.
성능/효과
- 그림 3은 각 대안들의 점수와 가중치를 결합한 전체 결과값을 도시한 결과이다. 결과적으로는 대안 F(지하수개발(④)과 수요관리(⑤)와 정부지원(⑧))가 최적의 대안으로 선정되었다. 그 다음으로는 대안 C, 대안 G 순으로 결정되었다.
- 각각의 대안을 평가하기 위해 3 분야(경제, 환경, 사회)에 대해 4가지 기준에 따라 각각의 대안의 영향을 평가하였으며, 이를 무차원화 시키고 합산함으로써 최적의 대안을 제시하였다. 분석을 통해 제시된 대안은 물부족이 예상되는 지역에 지하수개발을 하고 수요관리를 통해 물부족을 해소해야 하며, 만약 물부족이 발생할 경우는 정부에서 지원해 주어야 한다는 대안이였다. 본 연구를 통해 제시된 대안은 최적의 대안이라고 말할 수는 없다.
- 표 1은 대안들의 기준에 대한 영향 평가 결과를 제시하고 있다. 영향 평가 결과 기준 a(건설비용)에 대해서는 대안 C가 가장 높게 평가되었으며, 기준 d(물부족기간)에 대해서는 대안 A가 가장 큰 값을 얻었다. 다기준의사결정을 위해서는 이들 영향평가 결과에 대해서 각각의 가치를 평가해야 한다.
후속연구
- 또한 지금까지의 수자원계획 및 평가가 주로 경제적인 분야만을 고려하여 수행되었기 때문에 앞으로는 경제 분야 이외에도 사회, 환경 분야에 대한 고려가 필요하다는 점을 언급하였다. 앞으로 수자원계획과 관리에 관한 정책 수립 시 최적의 방안을 제시하기 위해서 다기준의사결정기법은 정책결정자에게 유용한 정보를 제공할 수 있을 것으로 기대된다.
- K-WEAP 모형은 국내에서 사용이 적합하도록 WEAP 모형의 모의형태 개선과 평가방법 개선, 한글화 등을 이룩하였으며, 기존의 WEAP 모형에 없는 하천 수질 모의 기능을 개발하여 추가하였다. 하지만 K-WEAP 모형에 내장되어 있는 수질관련 함수들은 BOD 모형, DO 모형, 1차감소함수, 수온모의, 보존성 물질에 대한 것이기 때문에 보다 정확하고 다양한 수질 분석을 위해서는 여러 오염원(pH, 질소, 인, 수온, BOD, 병원균, 조류 등)을 고려해야만 한다. 따라서 최근 수질 모의 모형인 QUAL2E 모형을 업그레이드시킨 QUAL2K 모형을 기존의 K-WEAP 모형과 연계시킨 K-WEAPq 모형을 개발하였다.
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