1. 머리말
Smart Water Grid의 큰 목표 중 물안보의 구현 을 위해서는 시공간을 반영한 지역의 물부족 위험 평가와 문제 발생 시 비상 용수공급 시스템을 구축 하는 것이 매우 중요하다. 지역의 물부족 위험 평 가 시스템을 구현하기 위해 연구수행 연차별로 공간 적 규모를 고려한 적용이 필요하며, 비상시 용수공 급 시스템은 실제 지역에 대한 적용과 최적화에 대 한 과정이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 물안보 의 확보가 매우 중요한 실제 지역에 대한 적용 시나 리오와 적용 가능성에 대하여 분석하였다.
지역의 물부족 위험 평가 시스템은 실제현장에 적 용되어야 하기 때문에 생활용수, 농업용수 및 공업 용수 수요가 모두 포함되는 대상지역을 선정하여야 하며, 대상지역은 자료수집의 원활성과 지방자치단 체의 협조를 통해 적용이 가능하도록 Smart Water Grid 연구단이 위치하고 있고, 긴밀한 협력을 유지 하고 있는 인천광역시의 여러 유역을 후보로 선정 하고, 상기의 조건들을 만족시키며 연구 2차년도 개 발 목표인 Complex형과 배수권역형에 적합한 지역 을 검토하여 적용하였다. 연구단 주관으로 조성한 Demo Plant 대상지역인 영종도 지역(인천국제공항 포함)을 본 연구 대상지역으로 선정하였다.
본 고에서는 물부족 위험 평가 및 비상시 용수공 급 시스템에 대한 적용 시나리오의 제시와 이를 활
Issue
물안보 개선을 위한 물부족 위험평가 및 02
SWG 운영체계 구축 시나리오의 구성
변 성 준 ●●●
(재)국제도시물정보과학연구원 선임연구원 [email protected]
안 상 진 ●●●
(재)국제도시물정보과학연구원 연구원장 [email protected]
김 주 원 ●●●
(재)국제도시물정보과학연구원 연구실장 [email protected]
안 경 훈 ●●●
(재)국제도시물정보과학연구원 선임연구원 [email protected]
염 경 택 ●●●
SWG연구단 연구단장 [email protected]
용한 시스템 구성에 관하여 서술하고자 한다.
2. 연구개발 접근방법
비상시 용수공급을 위한 Smart Water Grid 운 영체계는 대상지역의 물공급을 포함한 물순환 사이 클의 명확한 분석과 작은 규모를 포함하는 잠재적 가용 수자원의 분석 및 용수 사용 목적별 수요 특성
에 대한 분석을 통하여 시작할 수 있다. 물 사용 목 적별로 활용 가능한 잠재적 수자원에 대하여 우선순 위를 적용하고, 주변시설과의 명확한 연계 가능성에 대한 분석과 비상시 물공급 시나리오를 제시하게 된 다. 비상시는 용수 공급사고 발생에 따라서 단기, 중 기, 장기로 나누어 각각에 대한 피해 예측과 신뢰성 있는 가용수량 예측을 통하여 공급 우선순위 및 공 급 방법을 결정하되 그림 1과 같이 기본 흐름을 구 성하고 이를 기반으로 상세 시나리오를 수립하였다.
그림 1. 다중수원 물수급 (물안보) 기반 기본 운영 흐름도
또한 본 연구를 통하여 개발한 시스템은 유역의 규모나 강우량에 구애받지 않도록 하여 유역규모와 관계없이 어떠한 유역에도 물부족을 분석할 수 있도 록 하였으며, 필요시 타 유역과의 연계를 통하여 명 확한 물부족을 평가할 수 있도록 개발하였다.
3. 시나리오의 개발
영종도에는 유수지, 하천, 농업용저수지, 지하수 등이 있으나 그에 대한 활용은 저조하며, 대부분의 물 수요를 해저관로를 통하여 유입되는 상수도에 의 존하고 있다. 유수지의 경우 북측, 남측 및 동측 유
수지 모두 충분한 수량을 보유하고 있으나 기본적으 로 방재시설로 묶여 있어 이수 측면에서는 한계점이 있을 수 있다. 또한, 남측유수지의 경우 현재 조정연 습 등 친수공간으로도 활용이 되고 있으며, 친수 공 간 활용을 위한 유지용수로 인천공항 중수도 처리시 설로 공급되어 있기 때문에 중수도의 특성상 빗물과 혼합되더라도 활용 용도에 한계가 있을 수 있다. 하 천의 경우 정비공사가 진행 중으로 유량이 작고 수 질이 나쁜 문제가 있으며, 소하천으로 별도의 저장
시설이 있지 않는 이상 치수상의 문제로 물을 모아 두기 어려워 연간 부존량은 60만톤 이상으로 보여 지나 실제 공급 가능량은 매우 작을 것으로 보인다.
운북 저수지는 현재 농업용수로 활용중이며 그 사용 수량이 제대로 집계되고 있지 않고 있으며, 그 외의 은골 및 나룻개 유수지의 경우 수량이 매우 작다. 그 리고 지하수의 경우 매립지역인 운서동에서는 그 양 이 저조하다.
표 1. 수원별 추정 공급 가능량 및 특이사항
수원명 추정 공급가능량
(천톤/년) 특이사항
북측유수지 10,280 방재시설
남측유수지 7,480 방재시설, 친수공간(조정연습), 중수도 유입
동측유수지 2,380 방재시설
운북저수지 237 농업용수
동강천 미량 유량이 작으며 수질 나쁨
전소천 미량 유량이 작으며 수질 나쁨
지하수 5,440 운서동의 경우 개발 불가
하수처리수 2,000 활용성에 제한이 있음
영종도 내 가장 중요한 기간시설이라 할 수 있는 인천국제공항에 적용하기 위한 물안보 시나리오를 예를 들자면, 상수도를 제외하면 인천국제공항에서 활용 가능한 수자원은 중수도와 유수지수가 있다.
그 중 중수도의 경우 현재에도 사용하고 있지만 유 수지수는 아직 사용하지 않고 있으며, 시설의 신규 설치를 고려한다면 해수를 추가로 고려할 수 있다.
그림 2는 인천국제공항을 예로 들은 물안보 시나리 오의 개요를 설명하기 위한 그림이다.
이미 계측이 되고 있는 중수도의 경우를 제외하면 유수지 및 해수의 경우 계측하여 분석하고 공급 가
능량을 산출한다면 잠재적인 수자원으로 활용이 될 수 있다. 이러한 과정은 본 연구단에서 개발한 Flow Control Component 를 이용하여 통합 모델링이 가 능하다. (변성준 등, 2014) 이러한 분석과정을 통하 여 수원별 가용수량을 분석하고 물부족 여부 및 부 족량 등의 정보를 분석하면 공급가능량과 소비량을 비교하여 물부족 평가가 가능하며 부족 시 해결방안 에 대한 최적화를 도출할 수 있다. 그림 3은 위에서 의 가정 사항을 포함하여 개괄적으로 표시한 비상시 물안보 운영 시나리오 이다.
그림 2. 연구대상지역의 물순환 체계와 개선 시나리오의 개요
그림 3. 비상시 물안보 운영 시나리오
현실적인 수준에서의 비상시 물공급 체계는 비상 배수지와 물차의 운영 등을 들 수 있다. 그러나, 본 시스템을 통하여 시나리오를 보강하자면 주변지역 잠재적 수자원에 대한 활용과 공항 내 물 사용량에 대한 연계를 통한 시나리오를 구축 할 수 있으며 실 제 물 사용 흐름에 대한 최적화를 진행할 수 있다.
본 연구를 통하여 개선할 수 있는 물안보 운영 시나 리오는 아래와 같다.
• 현행 인천공항 물안보 시나리오에 가용 수자원 (유수지, 저수지, 하천, 해수, 지하수 적용)을 추 가하여 적용
• 시스템 적용내용: 주변지역 가용 수자원 적용을 통한 비상시 대체용수 공급 적용
• 가용 수자원 및 기타 계측정보에 대한 데이터기반 분석 시나리오 적용
• 데이터기반 분석을 통한 가용수량 및 취수량 도출 을 통한 용수 공급 시나리오 업데이트 및 운영 (실 제-가상 시나리오 혼용)
• 시스템 운영정보에 대하여 DB 전송 이후 대국민 정보표출시스템 운영
그림 4는 이러한 시나리오를 위한 필요해석 내용 및 해석 과정을 나타낸다.
그림 4. 데이터 기반 분석 및 해석 시나리오
공항 주변의 잠재적 수자원은 표 1에서 나타난 바 와 같이 유수지, 저수지, 하천 및 지하수가 있으며 공항의 지리적 여건을 고려한다면 해수 또한 활용할 수 있다. 이를 기반으로 운영 시나리오를 구성하기 위한 분석 과정은 아래와 같다.
•기반 가용수량 분석
- 수자원 계측 (수위, 유량 등 기초자료 취득) - 계측 수자원 상시 모니터링 및 실시간 물수급
평가
- 예측 강우량에 대한 수자원 분석 (모델링) 및 물수급 예측
- 주변 수자원에 대한 현재 및 미래 가용수량 분석
•현행 물공급 시설에 대한 가용수량 분석
- AMI 네트워크 등을 적용한 계측 모니터링 (상 수, 중수, 하수)
- 물차 및 공항배수지 등 비상수자원에 대한 상시 모니터링
- 현재 용수/목적별 사용수량 분석
- 용수/목적별 가용수량 산출 및 비상시 사용 가 능량 비축 대책 수립
•물순환 최적화 방안 구성
- 주요 기반시설 물공급 위기 발생시 주변지역 가 용수량에 대한 취수량 분석
이러한 분석과정을 통하여 문제가 인지되면 SWG 공급체계로 전환이 이루어져야 하며 비상 공급체계 전환 및 운영 시나리오는 그림 5와 같다. 또한 SWG 공급체계를 통하여 충분한 물공급이 이루어지면 다 시 평시 운영체계로 돌아가며 비상시 활용하는 수자 원의 경우 모니터링의 체계로 복귀하게 된다.
그림 5. 물안보 운영 시나리오
본 연구를 통하여 얻을 수 있는 물수급 시나리오 기본요소의 달성을 위한 내용을 Break Down 하여 이를 요약하자면 그림 6과 같다.
이를 시간대별 시나리오로 구성하여 그림 7과 같 이 평시와 비상시의 시나리오로 표현할 수 있다.
그림 6. 다중수원 물수급 시나리오의 기본 요소
그림 7. 다중수원 물수급 시나리오에 따른 평시 및 비상시 운영방안
본 시스템은 수요량을 고려한 물공급 이상을 인지 하고, 지역 내 사용되지 않고 있는 잠재적 다중수원 별 가용수량을 산정하고 예측하며, 이를 토대로 비 상용수 공급 및 대응 기초자료를 제공하게 된다.
4. 맺음말
본 연구는 Smart Water Grid 연구의 일환으로 지역의 물수급 현황을 계측 또는 예측하고, 통합 모 델링을 통하여 지역 내 사용 가능한 다중 수자원의 현황을 제공하여 물부족을 예측하고 SWG 운영체계 를 통하여 비상시 물공급을 할 수 있는 시나리오를 제시하는 것이다. 수요량 기반의 물부족 위험 평가 와 이수 측면에서의 분석을 통하여 지역 내 자급적 인 공급 가능량과 현실적인 시나리오를 통한 운영을 추가하였다.
본 연구에서는 실제 지역을 예를 들어 지역의 현 행 비상시 물공급과 그에 대한 개선방향을 제시하였
고, 수자원 부존량(공급 가능량) 분석을 위하여 본 연구를 통하여 기존에 개발한 해석 모듈을 적용하여 당장 사용가능한 대체수자원에 대한 내용과 비상시 대비의 개념이 모두 가능하도록 진행하였다. 또한 이러한 모든 과정은 해당 지역을 한눈에 볼 수 있는 시스템을 두어 지역 내 물수급 관리를 지능화할 수 있도록 운영자를 지원할 수 있게 하였다.
본 연구에서는 향후 1년간의 잔여 연구를 통하여 모든 시스템을 완성하고, 실제 지역에 대한 데모를 통하여 활용성을 극대화 할 것이며, 각각의 모듈에 대한 상용화를 완성하여 해당 기술에 대한 국산화에 도 기여할 것으로 판단된다.
감사의 글
본 연구는 국토교통부 물관리연구사업의 연구비 지원(12기술혁신C01)에 의해 수행되었습니다.
참고문헌
국토해양부(2011) Water Grid 지능화 기술 기획보고서
맹승진(2012) 하천, 댐관리를 위한 SWG 적용방안, 2012 춘천국제물포럼
최계운, 채수권, 정승권, 변성준, 박효선(2013) 배수권역별 물부족 위험 평가를 위한 물수 급평가 모듈 프로토타입 개발, 한국위기관리논집
변성준, 맹승진, 박효선, 정승권(2014) 지역의 물부족 위험 평가 시스템의 핵심모듈과 정 보 표출 시스템 개발, 물과미래 제 13권
변성준, 장동우, 정재광, 최계운(2013) Smart Water Grid 기술 도입을 위한 지방자치단 체 물정책 개선방향 연구, 한국위기관리논집
한국건설기술연구원(2007) 통합수자원평가계획시스템 개발
한국수자원공사(2002) 기존댐 합리적 용수배분을 통한 수리권 조정 방안 연구 한국농어촌공사(2012) 가뭄백서
