수자원의 효율적 이용을 위한 거버넌스, 계획, 관리, 배분기법 개선(부제: 유역단위 물 관리를 위한 최적 물 배분 메커니즘 연구)

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Issue

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수자원의 효율적 이용을 위한 거버넌스, 계획, 관리, 배분기법 개선 06

(부제: 유역단위 물 관리를 위한 최적 물 배분 메커니즘 연구)

1. 서론

수자원의 효율적 이용이란, 다양한 목적의 물 수 요를 충족시키기 위해 물을 배분하고, 관리함에 있

어 중요할 것으로 고려되는 사항들이 제대로 반영된 이용 방안을 의미한다. 일반적으로 잘 준비된 수자 원 관련 계획 및 정책은 용수공급의 경제적 효율성, 용수 공급의 지속가능성, 물 배분의 형평성을 합리 적으로 갖추고 있어야 한다. 그러나 최근 기후변화 및 생활패턴의 변화 등으로 인해 수자원의 공급과 수요간 시·공간적 불균형이 발생하거나, 이용 가능 한 수자원량이 감소하여 점차 물 공급 안정성이 위 협받고 있다. 이러한 상황임에도 인구증가 및 생활 수준의 향상으로 인해 물 수요는 계속해서 증가 추 세에 있어, 효율적인 용수공급 방안이 그 어느때보 다 중요하게 여겨지고 있다.

이와 같이 수자원의 효율적인 이용은 다양한 측면에서 그 중요성이 요구되므로 이를 만족하 지 못할 경우, 크고 작은 경제적 피해 및 가용수 자원의 고갈 상황을 초래할 수 있으며 최악의 경 우 기본적인 생활용수의 공급까지 위협받을 수 있 다. 우리나라를 포함한 세계 각지에서는 이미 다 양한 형태의 물 분쟁 사례가 보고되고 있으며, 합 리적인 해결 방안을 마련하기 위해 다양한 물 배 분 모형을 개발하여 관련 정책 수립 시 이를 활용 하고 있는 것으로 알려지고 있다. 우리나라 역시 일찍이 수자원 관리의 중요성을 인지하여 미국의 SEI(Stockholm Environmental Institute)에서 개 발한 WEAP(Water Evaluation And Planning) 모 형을 기반으로 국내 실정에 맞게 개선한 K-WEAP 정 기 문 ●●●

경희대학교 사회기반시스템공학과 석·박사 통합과정

gimoon1118@gmail.com

Albert Wicaksono ●●●

경희대학교 사회기반시스템공학과 박사과정

albert.wcso@gmail.com

정 건 희 ●●●

호서대학교 토목공학과 교수 gunhuic@gmail.com

강 두 선 ●●●

경희대학교 사회기반시스템공학과 교수 doosunkang@gmail.com

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수자원의 효율적 이용을 위한 거버넌스, 계획, 관리, 배분기법 개선 Special Issue

모형을 개발하였고, 이를 수자원장기종합계획에 활 용하고 있다.

본 연구팀은 국제수문개발계획(International Hydrological Programme, IHP) 제8단계(2차년도

~4차년도) 연구의 일환으로 유역단위의 효율적인 물 관리를 위한 용수배분 메커니즘을 연구하고 있 다. 이를 위해 국내에서 사용 중인 K-WEAP 모형

을 기반으로 보다 개선된 최적화 기법을 추가하고, 다양한 이해관계자의 참여를 유도할 수 있는 공영시 각모형(Shared Vision Model, SVM)을 결합함으로 써 합리적인 물 배분 및 관리 정책 수립을 지원하는 의사결정 도구를 개발하고자 한다. 각 연차별 세부 연구주제 및 개발 단계는 [그림 1]과 같다.

그림 1. 연차별 세부 연구내용(2015년~2017년, 3개년)

2. 기존 수자원계획 및 관리 기법

우리나라의 수자원계획 및 의사결정 체계는 국가 계획의 가장 큰 배경이 되는 국토종합계획을 바탕으 로, 관련된 정부부처의 구조 및 유역의 물리적 특성 에 따라 높고 큰 범위에서 점차 낮고 좁은 단계의 과 정으로 수립된다. 그러나 수자원 관리를 포함한 대부 분의 물 환경 실행 계획은 주로 행정기관 또는 관련 분야의 전문가와 정책 결정자의 주도로 수립되고 있 으며, 실질적으로 영향을 받게 되는 다양한 이해관 계자의 정책 참여가 다소 제한적이었다. 이러한 특 징으로 인해 수자원 이용을 둘러싼 이해관계자와 관 련기관 또는 각 이해관계자 간의 상호 이해도가 낮아 지고, 이는 물 분쟁 및 갈등을 불러일으키는 구조적 인 문제로 지적되고 있다. 한국환경정책·평가연구원

에서는 이미 「물 환경 거버넌스를 위한 의사결정체계 구축(2010.12)」 연구를 통해, 이해관계자의 정책참여 도가 의사결정 과정에 미치는 영향을 구조적으로 모 식화하여 효율적인 수자원 계획의 수립을 위한 거버 넌스 개선의 중요성을 제시하였다[그림 2].

한편, 물이용과 관련된 갈등을 해소하기 위해서 기술적 차원의 대책을 수립하고, 기술 수준을 향상 시키는 것 또한 비구조적으로 수자원 계획의 효율을 증대시키며 구조적 대책 마련을 가속화시킬 수 있는 중요한 역할을 차지한다. 본 연구에서는 세계 각국 에서 활용중인 다양한 물수지/물배분 모형의 특징에 대해 조사하고, 공영시각모형을 통한 수자원 갈등 해소 사례를 조사하는 등 기술적 도구의 활용사례를 분석하여 최적 물 배분 모형의 효과적인 개발 방향 을 알아보았다.

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2.1 국내외 물 배분 모형 분석

국내외에서 개발된 주요 물 배분 모형으로는 CWMS, HEC-ResSim, RiverWare, MODSIM, WEAP, RIBASIM, AQUARIUS 등이 있으며, 이 중 대표적으로 국내 수자원 환경에 맞추어 한국형 버전으로 개발된 바 있는 WEAP, MODSIM 모형과 외국에서 널리 활용 중인 AQUARIUS, RIBASIM 등의 물 배분 모형에 대하여 [그림 3]에서 간략한 모 형 개요를 소개하였다.

다양한 물 배분 모형의 모의 기능을 사용자 작업 환경, 수요지 모의, 저수지 운영, 지하수 모의, 물 배분 및 관리 기능, 수력 발전 모듈, 수질 모의, 모 의 결과 출력방식 등을 기준으로 평가하여 비교 분 석한 결과, K-WEAP 모형의 물수지/물배분 모의 기능이 다른 모형들에 비해 광범위하고, 다양한 물 관리 시뮬레이션 및 시나리오 관리가 가능하다고 판 단하여, 본 연구에서 개발하고자 하는 최적 물 배분 모형의 기준모형으로 선정하였다.

그림 2. 이해관계자의 참여도에 따른 의사결정 시스템의 구조 (한국환경정책·평가연구원, 2010)

그림 3. 국내외 물 배분 모형의 개요

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2.2 공영시각모형의 적용 사례

공영시각모형은 미국에서 최초로 개발된 모형으 로 기존의 시스템을 객체 지향적으로 단순화하고, 직관적으로 시각화하여 나타내기 때문에 관련 분야 의 비전문가라 할지라도 내용을 알아볼 수 있고, 필 요한 정보를 손쉽게 취사 습득할 수 있다는 장점이 있다. 이러한 공영시각모형의 장점으로 인해 정책 및 각종 대안 계획자가 다양한 기준을 고려한 효과 적인 해결방안을 도출할 수 있도록 도와주는 접근법 을 제시한다. 국내외의 다양한 연구자들은 효율적인 수자원 관리를 위해 공영시각모형을 활용한 많은 연 구를 수행해 왔으며, 공영시각모형을 통해 분쟁 및 갈등을 해소하거나 관련 계획을 수립하는 대표적인 방법으로 SVP(Shared Vision Planning)가 있다.

SVP는 여러 가지 기술과 개념이 통합된 합동접근법 으로 그 핵심적인 구성요소는 다음과 같다.

1) 전통적 수자원 계획(traditional water resources planning)

2) 구체화된 대중 참여(structured public participation) 3) 협력적 컴퓨터 모의(collaborative computer

modelling)

국내에서도 수자원 관련 갈등을 해소하기 위해 정 상만 등(2003), 이주헌 등(2008), 정하옥 등(2012) 과 같은 연구에서 STELLA, Vensim 등의 시뮬레이 션 모형을 기반으로 공영시각모형을 개발하여 활용 한 사례가 다수 존재한다[그림 4]. 모형을 이용하여 이해당사자들이 함께 합의점을 도출하고, 다양한 의 견을 수렴하여 모형에 반영함으로써 보다 현실적인 갈등 조정이 가능하다는 결론을 얻은 바 있다.

그림 4. 공영시각모형의 사용자 화면(정상만 등, 2003) 및 임진강 적용 유역(정하옥 등, 2012)

3. 최적 물 배분 및 관리 모형의 개발

본 연구에서는 최적 물 배분 및 관리 모형을 개발 하기 위해, 현행 수자원 계획 수립의 구조적, 비구 조적 분석 방법 및 그 개선 방향을 분석하였다([그림 5] 참조).

먼저, 기존 모형들이 물 배분 및 공급량 결정 시 공통적으로 활용하고 있는 선형계획법(Linear Programming, LP)의 단점 개선이다. 선형계획

법은 목적함수 및 제약조건 등의 수립에 있어서 선 형 관계만을 고려할 수 있기 때문에 유역 내외에 위 치한 요소와의 비선형 관계를 고려할 수 없고, 모 의 가능한 대안 역시 제한적이다. 개발 모형에서 는 비선형 최적화기법인 유전자 알고리즘(Genetic Algorithm, GA)과 LP를 결합한 최적화 모듈을 통 해, 보다 다양한 구조적/비구조적 대안을 제시할 수 있는 물 배분 알고리즘을 수행할 수 있도록 계획하 였다([그림 6] 참조).

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또한, 개발 모형은 각 수요처의 물 부족을 최소화 하는 공급 만족도 차원의 목적함수뿐만 아니라, 경 제적 효율성 및 공급원의 지속가능성을 고려하는 등 수자원의 계획 및 관리 목적에 따라 보다 광범위한 용도로 활용될 수 있을 것이다.

마지막으로 공영시각모형과의 결합을 통해, 요소 별 객체 지향적 계통도 및 모의 결과 제시를 통해 비 전문가의 모형 이해를 도울 수 있도록 계획하였다 ([그림 6] 참조).

4. 결론

본 연구에서 개발하고자 하는 최적 물 배분 모형 을 이용하여 기대되는 효과는 다음과 같다.

• 유역단위 물 할당, 공급을 위한 의사결정시스템 마련

• 수자원의 올바른 가치평가 및 이용방안 제시

• 모형 확장을 통한 지표수-지하수 연계, 재이용수 활용 모의 등 다양한 섹터 고려

• User-Friendly Interface를 이용한 이해관계자 의 직접적인 정책 참여 유도

그림 6. 개발모형의 최적화 모듈 구조(Ahn and Kang, 2014) 및 사용자 화면 그림 5. 기존 모형의 적용성 분석결과 및 개선방향

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• 국내외 적용을 통한 국가 간 연구협력 및 기술 교류

특히, 최근 수자원 관련 갈등이 전 세계적으로 다 양한 형태로 발생함으로 인해, 해외에서는 효율적 인 수자원 계획 및 관리 기술 연구가 공개적으로 활 발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 인도네시아와의 해외 연구협력 체계를 갖추고, 개발 모형의 국외 적 용유역으로 인도네시아의 West Tarum Canal 유역 을 선정하여 정보 및 기술을 교류 중에 있다. 모형 개발과 더불어 이와 같은 국제 연구 협력 체계를 통 해 모형의 적용성을 개선하고 확장한다면 국제적인 물 관리 기술 역량을 확보함과 동시에, 장래 활발한 국가 간 연구협력 및 기술교류가 가능할 것으로 기

대된다.

금번 제8단계 IHP연구는 총 3개년(2015년~2017 년)으로 진행되므로, 앞으로 지속적인 모형 개발 및 국내외 적용을 통해 성능을 검증하고 그 결과를 논 문, 학술발표 등 다양한 방법으로 국내외 전문가와 공유하고자 한다.

감사의 글

본 논문은 국토교통부의 2015년 국제수문학프로 그램(IHP) 연구지원 사업에 의한 것임.

참고문헌 이주헌, 김형수, 홍일표, 강부식, 김광훈 (2008). “수자원과 관련된 분쟁 및 갈등의 조정을

위한 거버넌스”, 한국습지학회지, 한국습지학회, 제10권, 제2호, pp. 97-103

정상만, 류재현, 이주헌, Palmer R.N (2003). “유역의 최적 물 배분을 위한 공영시각모형의 개발” 대학토목학회논문집, 대한토목학회, 제23권, 제3B호, pp. 191-199

정하옥, 한재익, 박상우 (2012). “댐 건설 갈등 조정을 위한 수문학적 공영시각모형의 개발”

한국수자원학회논문집, 한국수자원학회, 제45권, 제10호, pp. 1009-1022.

최시중, 이동률, 문장원, 강성규 (2010). “통합수자원평가계획모형 K-WEAP의 적용성”, 한 국수자원학회논문집, 한국수자원학회, 제43권, 제7호, pp. 625-633

환경정책·평가연구원 (2010). 물 환경 거버넌스를 위한 의사결정체계 구축

Ahn, J., and Kang, D. (2014). “Optimal planning of water supply system for long- term sustainability.” Journal of Hydro-environment Research, 8(4), 410-420.

Diaz, G. E., and Brown, T. C. (1997). “AQUARIUS, a modeling system for river basin water allocation.”

Labadie, J. W., Baldo, M. L., and Larson, R. (2000). “MODSIM: Decision support system for river basin management.” Documentation and user manual. Department of Civil Engineering, Colorado State Univ., Ft. Collins, Colorado.