수자원·환경분야 미래기술 개발을 위한 특화전략연구

(1)

KICT 2018-147

수자원·환경분야 미래기술 개발을 위한 특화전략연구

Strategic research for future technology development in water resources and environment

2018.12.

(2)

수자원·환경분야 미래기술 개발을 위한 특화전략연구

Strategic research for future technology

development in water resources and environment

2018.12.

KICT 2018-147 2018년도 주요사업 1차년도 보고서(기관고유임무형)

한국건설기술연구원 연구책임자/ 김원

연구수행자/ 김영택, 김일호, 강성원, 김지성, 강성규, 김석구, 김이호, 이삼희, 장춘만, 정일문, 윤광석, 오현제, 김영석, 김원재, 이두한, 홍일표, 이정우, 황태문, 김형석, 윤영한, 이찬주, 지운, 장선우, 오혜철, 김성중, 윤상린, 최준석, 문장원, 신상희, 우윤철, 이상문, 지상훈, 박인환, 이재엽, 임현만, 김종민, 김시내, 구정은, 정우식

(3)

요 약 문

I. 연구 제목

수자원·환경분야 미래기술 개발을 위한 특화전략연구

II. 연구개발의 목적

본 연구에서는 수자원·환경분야의 세계적 수준의 연구역량 확보와 핵심 대표기술 발굴 및 지속가능한 발전을 위한 특화전략을 수립하고자 함.

III. 연구개발의 필요성

○ 전통적인 수자원·환경 관련 연구분야에서 확장하여 ICT 등 첨단기술과의 접목, 기후 변화, 미세먼지, 미세플라스틱, 대하천 자연화, 녹조 등 사회 현안에 적극적인 대응을 위한 혁신전략 수립이 필요함.

○ 또한, 지속가능한 국민생활환경 확보를 위해 수자원·환경분야의 핵심 기반기술 개발과 세계최고기관(WCI)으로 도약·발전하기 위한 세부전략 수립 및 실행계획이 필요함.

○ 한편, 세계적 수준의 연구기관 달성을 위한 연구역량 강화, 국제 네트워크 구축을 위 한 R&D 중심의 국제협력기반이 마련되어야 하며, 국제사회의 Opinion Leading Group 진입을 위한 국제협력활동 강화도 요구되고 있음.

○ 마지막으로, 정부의 물관리 일원화에 따른 통합 물관리를 위한 기반기술 기획연구와 하천시설 노후화에 따른 시설물 안전도 감소 및 홍수피해 잠재능 증가에 대한 대응 또 한 요구되고 있음.

IV. 연구개발의 내용 및 범위

금년도에는 전체 3년간의 연구기간 중 1차년도 연구를 수행하였으며, 그 연구내용 및 범 위는 다음과 같음.

(4)

○ 국토보전연구본부 발전전략 및 중장기 로드맵 수립

○ 국가 및 사회문제 대응 가변형 연구그룹 운영을 통한 전략적 기획연구 수행

○ 국토보전연구본부의 대내외적 역량 확보 및 강화 활동 추진

○ 특임센터의 운영방향 설정 및 로드맵 구축

○ 국토보전연구본부 조직 문화 및 체질개선 방안 마련 및 실행

V. 연구결과

○ 국토보전연구본부 발전전략 및 중장기 로드맵 수립

○ 4대 전략목표(안전한 국토조성, 쾌적한 국토보전, 편리한 생활환경 구현 및 신시장 및 물산업 창출)를 토대로 “물과 사람의 조화”라는 본부 비전 및 운영 기본방향 수립 - KICT2030 및 KICT R&R에 연계하여 물 문제와 관련된 본부 주력 연구분야 설정 및

추진전략과 연구수행 로드맵 구축

○ 국가 및 사회문제 대응 가변형 연구그룹 운영을 통한 전략적 기획연구 수행 - 사회문제 발굴 및 솔루션 개발을 위한 가변형 연구그룹 운영 및 아이디어 발굴 - 가뭄, 홍수, 하천 그린인프라, 녹조 및 유해물질, 통합물관리 분야 등을 중심으로 한 전

략적 기획연구 주제 도출 및 기획 추진

- 기획연구를 통한 주요사업 및 국가 R&D 사업 확보

○ 국토보전연구본부의 대내외적 역량 확보 및 강화 활동 추진

- 네덜란드 Deltares, 인도네시아 Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia, Indonesia Institute of Science(LIPI), 베트남 Key Laboratory of River and Coastal Enginneirng(KLORCE)와 국제협력체계 구축

- European-Korean Confernece 2018 물환경 연구분야 KICT-재유럽한인과학자 간 담회 개최 및 국제수리학회(IAHR) 아시아태평양 지회 사무국 운영

- EU Horizon 2020 연구 사업 발굴 및 컨소시엄 제안서 공동작업 추진

- 호주 CSIRO와 국제공동연구(Australia-Korea Foundation 프로젝트 및 IoT 기반 스마트 도시 물·에너지 Living Lab 구축기술 기획연구) 수행

○ 특임센터의 운영방향 설정 및 로드맵 구축

- 본부내 3개 센터(하천실험 실증센터, 도시물순환 연구센터, 돌발홍수 연구센터) 운영 - 특임센터로서의 각 센터의 비전 및 운영방향 수립과 로드맵 구축 추진

○ 국토보전연구본부 조직 문화 및 체질개선 방안 마련 및 실행 - 실질 참여율 관리 등 연구조직 유연화 세부 실행방안 마련

(5)

- 이슈타임, ICE Breaking, 비정상 모임을 통한 조직문화 활성화 추진

VII. 결론

○ KICT2030, KICT R&R 및 물 분야 대내외 여건변화를 고려한 국토보전연구본부 발 전전략을 수립하였음.

○ 물 관련 다양한 분야의 기획연구가 가변형 연구그룹에 의해 유기적으로 추진되어 일부 는 주요사업 및 국가 R&D 기획연구사업으로 확장되었음.

○ 네덜란드, 호주, 인도네시아, 베트남 등과의 국제협력체계를 지속적으로 유지해 오고 있으며, 특히 호주 CSIRO와는 실질적 국제공동연구를 수행하고 있어 물환경분야 기 술개발 역량 강화를 위한 기회가 되고 있음.

○ 본부내 3개 센터 운영 및 특임센터로서의 각각의 역할 정립이 완료되었음.

○ 이슈타임, ICE Breaking 등을 통해 본부 관련 현안 및 문제점을 공유하고, 연구이슈 에 대해 연구자간 자유로운 의견교류가 가능하여 본부 조직의 체질개선이 이루어지기 시작한 것으로 판단됨.

(6)

Executive Summary

I. Title

Strategic research for future technology development in water resources and environment

II. Objectives

This study aims to establish a specialized strategy for securing world-class research capacity in water resources and environment field for discovering core representative technologies and developing sustainable development.

III. Necessities

○ It is necessary to expand the field of traditional water resources and environment-related research included advanced technology such as ICT and to establish an innovation strategy to actively respond to current issues such as climate change.

○ Besides, in order to secure a sustainable public life environment, it needs to develop core technology for water resources and environment and to establish and implement a detailed strategy for leaps and bounds to become the world's top institution (WCI).

○ Meanwhile, R&D-centered international cooperation for enhancing research capacity and international network for achieving world-class research institutes should be established and strengthening of international cooperation activities for entering into the opinion leadership group of international society is also required.

○ Finally, there is a need to enhance infrastructure technology planning research for integrated water management as a result of the unification of

(7)

water management by the government and to improve old facilities’ safety due to deterioration of river facilities, and response to increasing flood damage talent.

IV. Contents and Scopes

In this year, the first year of research was conducted during the entire three-year research period. The content and scope of the research are as follows.

○ Development strategy and a mid-long term roadmap for the Department of Land, Water, and Environment Research

○ Conduct strategic planning research through variable group management for national and social problems

○ To improve internal and external capacities and strengthening activities of the Department of Land, Water, and Environment Research

○ Establishment of specialized centers and their roadmap

○ Development and implementation to improve organizational culture and constitution for the Department of Land, Water, and Environment Research

V. Results

○ Development strategy and a mid-long term roadmap for the Department of Land, Water, and Environment Research

- To Establish the basic vision and operation direction of "Harmony of water and people" based on the four strategic objectives (safe land development, comfortable national land conservation, convenient living environment creation, and new market and water industry creation).

- Establishment of the main research field in relation to water issues in connection with KICT2030 and KICT R&R and establishment of a roadmap for implementation strategy and research.

○ Conduct strategic planning research through variable group management

(8)

for national and social problems

- Establishment of a flexible research group and finding ideas for finding social problems and developing solutions

- Strategic planning research focusing on drought, flood, river green infrastructure, algae, and harmful substances, integrated water management

- Securing major projects and national R&D projects through planning research.

○ To improve internal and external capacities and strengthening activities of the Department of Land, Water, and Environment Research

- Establishment of international cooperation system with Deltares in the Netherlands, Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia and Indonesia Institute of Science (LIPI) in Indonesia, Key Laboratory of River and Coastal Engineering in KLORCE in Vietnam

- Water Environment Research Seminar KICT-Korean European Scientists Meeting at European-Korean Conference 2018 and operation of Asia Pacific Branch Office in International Association of Repairers (IAHR) - To develop a research project for EU Horizon 2020 and to push ahead

with a joint proposal of consortium proposal

- To investigate an international collaborative research project with CSIRO in Australia (Australia-Korea Foundation Project and IoT-based Smart Urban Water & Energy Living Lab Construction Technology Planning)

○ Establishment of specialized centers and their roadmap

- Operates three centers in the Department (River Experimental Verification Center, Urban Water Circulation Research Center, Sudden Flood Research Center).

- To establish visions and directions of each center as a special center and establishing a roadmap

○ Development and implementation to improve organizational culture and constitution for the Department of Land, Water, and Environment Research

(9)

- To establish detailed implementation plans for a flexible organization of research organizations including management of the actual participation rate

- Promoting organizational culture through abnormal meetings like Issue time and ICE Breaking.

VI. Conclusion

○ Establishment of the development strategy for the Department of Land, Water, and Environment Research, which takes into account changes in both internal and external conditions in the water sector, KICT 2030, and KICT R&R.

○ Planning research in various fields related to water has been organically promoted by the variable research group, and some have been extended to internal projects and external national R&D projects.

○ The department has been carrying out substantial international joint researches with the Netherlands, Australia, Indonesia, and Vietnam.

Especially, the department is doing a collaborative research with CSIRO in Australia, which is an opportunity to strengthen the capacity of water environment technology development.

○ Three centers in the department have been established as an operation and special center.

○ It is believed that improvements in the structure of the department are beginning to be achieved by sharing issues and problems related to the department through issue time and ICE Breaking. Both programs are exchanging opinions freely among researchers on research issues.

(10)

목 차

제1장 서론

1. 연구 배경 및 필요성 ··· 1

2. 연구 목표 및 내용 ··· 2

2.1 연구목표 ··· 2

2.2 연구내용 ··· 2

3. 연구 추진체계 및 전략 ··· 3

3.1 추진체계 ··· 3

3.2 추진전략 ··· 4

제2장 연구 수행내용 및 결과 1. 국토보전연구본부 발전전략 수립 ··· 6

1.1 본부 운영 비전 및 목표 ··· 6

1.2 본부 운영 기본방향 ··· 7

1.3 본부 중장기 로드맵 수립 ··· 7

2. 전략적 기획연구 수행 ··· 12

2.1 통합수자원관리를 위한 수량-수질 평가 및 해석기술 ··· 13

2.2 Water-wise 도시를 위한 분산형 차세대 물재생 콤플렉스 개발 ··· 16

2.3 환경재난 대응 유해물질(과불화합물, 라돈, 우라늄, 비소 등) 유출사고로부터 안전 한 용수확보기술 개발 ··· 20

2.4 수난 감시예측을 위한 AoT기반 Flood Crisis Mapper 개발 ··· 21

2.5 공유공간 스마트 공기정화 타워 개발 ··· 23

2.6 영주댐 문제 해결기술 개발 ··· 24

2.7 도서․해안 지역 물부족 문제를 해결하기 위한 통합관리 기술개발 ··· 27

2.8 AI기반 맞춤형 물 공급․순환 통합관리기술 개발 ··· 30

2.9 스마트 하수도 관리기술 개발 ··· 33

2.10 도시재생을 위한 탄력적 홍수관리 기술 개발 기획 ··· 34

3. 본부 역량 확보 및 강화 ··· 36

3.1 해외기관 협력 확대 ··· 36

(11)

3.2 유관기관 협력체계 구축 ··· 44

3.3 현안사항 협력활동 지원 ··· 47

3.4 국제공동연구 지원 및 위상강화 ··· 49

3.5 특임센터 운영 및 활성화 ··· 55

4. 본부 조직 체질개선 활동 ··· 59

4.1 연구조직 유연화 세부실행 방안 마련 ··· 59

4.2 조직문화 개선 및 활성화 ··· 60

제3장 연구성과 활용계획 및 기대효과 1. 활용 계획 ··· 63

1.1 국토보전연구본부 발전전략 ··· 63

1.2 전략적 기획연구 수행 ··· 63

1.3 본부 역량 확보 및 강화 ··· 63

1.4 본부 조직 체질개선 활동 ··· 64

2. 기대 효과 ··· 64

제4장 결론 및 향후 연구계획 1. 결론 ··· 66

2. 향후 연구계획 ··· 67

2.1 자율연구모임을 활용한 융합연구 주제 발굴 및 아이디어 구체화 방안 ··· 67

2.2 융합연구 문화 확산 방안 ··· 67

2.3 본부 특화센터 발전 방안 지속적 추진 ··· 68

(12)

표 목 차

표 2.1. 분산형 차세대 물재생 콤플렉스 개발 연구의 소요예산 ··· 19

표 2.2. 물부족 문제 해결을 위한 통합관리 기술 소요연구비 ··· 29

표 2.3. 특허 검색 DB 및 검색범위 ··· 30

표 2.4. 물순환 및 LID 기술분석 ··· 32

표 2.5. 개발기술의 중요도 및 타당성 평가 ··· 32

표 2.6. 2018 물환경 연구분야 KICT-재유럽한인과학자 간담회 발표자 및 발표명 ··· 43

표 2.7. 유량표준팀 인력구성 ··· 45

표 2.8. 환경부 물환경정책국-한국건설기술연구원 간 정책간담회 세부일정 ··· 48

표 2.9. KICT-CSIRO AKF 3th Workshop 일정표 ··· 51

표 2.10. 돌발홍수 연구센터 세부 연구목표 ··· 58

표 2.11. 국토보전연구본부 이슈타임 추진실적 ··· 60

표 2.12. 국토보전연구본부 ICE Breaking 추진실적 ··· 61

(13)

그림목차

그림 1.1. 추진체계 ··· 4

그림 2.1. 본부 운영 비전 ··· 6

그림 2.2. 본부 운영 기본방향 ··· 7

그림 2.3. 대외환경 변화 ··· 8

그림 2.4. 정부 R&D 방향 및 외부기관 역량 변화 ··· 8

그림 2.5. 중점연구 분야 설정 키워드 분석 ··· 9

그림 2.6. 중점연구 추진전략 ··· 10

그림 2.7. 전략목표 및 연구수행 로드맵 ··· 11

그림 2.8. 국토보전연구본부 전략목표 설정 ··· 12

그림 2.9. KICT 도시형 고도재생시스템 공정구성 개념도(안) ··· 18

그림 2.10. 최적의 수난 대응 플랫폼(WATER CRISIS NAVIGATOR) ··· 22

그림 2.11. 친환경 스마트 공기정화 타워 구성도 ··· 24

그림 2.12. 과거 내성천 회룡포와 최근 여름철 영주댐 현황 ··· 25

그림 2.13. 식생 활착으로 인해 경관이 변화된 내성천 미호리 부근 ··· 25

그림 2.14. 내성천 주요지점 chlorophyll-a 변동 ··· 26

그림 2.15. 댐으로 인한 유사 차단과 하류 하천에 대한 영향 ··· 26

그림 2.16. 전체출원의 연도별 추이 ··· 31

그림 2.17. 주요 국가별 연구개발 추이 ··· 31

그림 2.18. 도시재생을 위한 홍수 탄력성 확보 기술 동향 분석 결과 ··· 34

그림 2.19. 도심재생을 위한 탄력적 홍수관리 기술개발 체계도 ··· 35

그림 2.20. Deltares 국제교류 및 공동연구 홍보 ··· 37

그림 2.21. Deltares-Aalto Univ.-KICT 공동 하천모델링 소프트웨어 ··· 37

그림 2.22. Nanjung 지점 수문 관측소 ··· 39

(14)

그림 2.23. Saguling 댐의 저수지 및 유사 퇴적 현황 ··· 40

그림 2.24. 일산본원 및 안동하천실험센터 방문 ··· 42

그림 2.25. 국토보전연구본부장 특별강연 ··· 43

그림 2.26. KICT 홍보부스 ··· 43

그림 2.27. 국제수리학회 아시아태평양 지회 사무국 운영 ··· 44

그림 2.28. 표준개발 조직 체계도 ··· 45

그림 2.29. KICT 국토보전연구본부-홍수통제소 간담회 ··· 49

그림 2.30. EU Horizon 2020 공동연구사업 발굴을 위한 이메일 교환 ··· 50

그림 2.31. KICT-CSIRO AKF 3th Workshop ··· 53

그림 2.32. Sydney Science Park 현지 사이트 방문 ··· 53

그림 2.33. International Convention Centre – Sydney ··· 54

그림 2.34. KICT-CSIRO 공동연구 기획을 위한 추진체계 ··· 55

그림 2.35. 하천실험 실증센터 중장기 로드맵 ··· 56

그림 2.36. 도시물순환연구센터 중장기 로드맵 ··· 57

그림 2.37. 돌발홍수연구센터 기획연구 로드맵 ··· 58

(15)

제1장 서 론

1. 연구 배경 및 필요성

○ 전통적인 수자원·환경 관련 연구분야에서 확장하여 ICT 등 첨단기술과의 접목, 기후 변화, 미세플라스틱, 미세먼지, 대하천 자연화 등 현안 이슈에의 적극적인 대응을 위 한 혁신전략 수립 필요

○ 사회이슈 및 정책변화에 따른 신규 과제수요, 국가R&D 수요 등에 적극적으로 대처하 기 위한 선제적 대응전략 필요

○ 빈번하게 발생하는 가뭄 및 홍수, 지역의 물 분쟁, 수질오염 등 수재해 관련 사회적 쟁점 사항에 대해 과학기술 기반 체계적 대응 및 사회적 기여·협력방안 마련 필요

○ 지속가능한 국민생활환경 확보를 위해 수자원·환경분야의 핵심 기반기술 개발과 세계 최고기관(WCI)으로 도약·발전하기 위한 세부전략 수립 및 실행계획 필요

○ 국토보전연구본부는 국내 수자원 및 환경·플랜트분야를 선도하는 연구소로서 세계의 우수한 연구기관과의 교류 및 협력을 통해 연구영역을 넓히고 질적 수준을 향상시킬 수 있음

○ 이를 위해서는 세계적 수준의 연구능력, 실증실험시설 운영경험 등을 고루 갖춘 물 관 련 국제연구기관을 벤치마킹하고, 관련 노하우를 직접 습득하여 실험시설 활성화 및 특화운영 전략 수립과 시행이 필요

○ 보유한 실험시설의 국내수요를 선도하고 국외수요를 창출할 수 있도록 연구소 시설의 활성화 및 참여연구자들의 국제화가 필수

○ 국내뿐만 아니라 해외시장 진출의 교두보 역할을 위한 보유 및 개발 기술의 실용화와 현업화 필요

○ 세계적 수준의 연구기관 달성을 위한 연구역량 강화, 국제 네트워크 구축을 위한 R&D 중심의 국제협력기반 마련 필요

○ 국제사회의 Opinion Leading Group 진입을 위한 국제협력활동 강화 필요

(16)

○ 국토보전을 위한 수자원 및 환경플랜트 연구분야 등 다양한 연구 인프라 구축을 통한 연구개발 및 기술보급으로 국민적 편의 도모 필요

○ 수자원 분야 국내외 표준 주도를 위해 표준협력기관 운영과 연계하여 국내외 표준 현 황 분석, 국내외 표준개발 네트워크 구축, 표준개발 연구 계획 제안 등의 활동 필요 (2017년 수자원 분야 표준개발협력기관 및 국내 간사기관으로 KICT와 한국수자원공 사 공동 지정)

○ 물관리 일원화에 따라 환경부에서는 통합물관리를 실현가능한 체계 구축 및 정책 로드 맵 마련에 지속적으로 노력하고 있어, 이에 대한 우리 연구원의 역할 강화 및 위상 제 고 필요

○ 하천 SOC 시설의 노후화에 따른 시설물 안전도 감소 및 홍수피해 잠재능 증가에 대 비하여 중요 홍수방어구조물인 하천제방의 안전성을 검토하고 대응할 수 있는 기술 개 발 필요

2. 연구 목표 및 내용

2.1 연구목표

○ 수자원·환경분야의 세계적 수준의 연구역량 확보와 핵심 대표기술 발굴 및 지속가능한 발전을 위한 특화전략 수립

2.2 연구내용

○ 선도형 연구성과 도출 및 지속가능한 발전을 위한 중장기 로드맵 수립 - 내부환경 분석 및 외부 환경변화에 기반한 부서 운영·발전전략 수립 - 특화전략 연구분야 도출 및 핵심·장기과제 기획

- 연구본부 대표기술 발굴 및 인큐베이션

- 남북관계 변화, 가뭄, 홍수 등 사회이슈 및 환경변화에 따른 본부 차원의 대응방안 수 립

- 물 관련 디지털 콘텐츠 개발 등 보유기술과 ICT 기술의 융합 방안 도출

- 안전한 국토조성, 쾌적한 국토보전, 편리한 생활환경, 신시장 창출 및 물산업 기술혁신 등의 전략목표 수립 및 이에 따른 상세 기획 수립

- 관련 내용은 KICT2030과 연계하여 추진

○ 국제적 네트워크 구축 및 다양한 국제공동연구 수행을 통한 세계수준의 연구 역량 확

(17)

보

- 국제협력기관별 특성을 고려한 국제교류 및 공동연구 기획(Deltares, CSIRO 등) - 델타코일리션 네트워크의 연대를 통한 기후변화 물 관련 정책 아젠다 공조

- 국제수리학회 아시아태평양 지회 사무국 운영 및 집행위원회 2018년 정기회의 주관을 통한 관련분야 Opinion Leading Group으로의 도약

○ 수자원 분야 표준 선도를 위한 기반 구축

- 수자원 표준개발 로드맵 제시를 위한 국내외 현황 분석 - 표준 선도를 위한 국내/국제 네트워크 구축

- 표준협력기관 및 ISO 간사기관 운영 지원

◦ 국내 유관기관 협력체계 구축

- 정부정책 지원 및 연구소, 대학과의 협력체계 구축

- 시민단체 및 지자체, 중소기업 지원 등을 통한 사회적 기여 확대방안 모색

○ 통합 물관리 기반기술 기획연구

- 물관리 일원화에 이은 정부정책 방향 및 유관기관 대응동향 조사

- 국토보전연구본부 기능 및 역할 확립과 대내외 환경변화 고려한 로드맵 구축

- 안정적 물확보, 공정한 물배분, 녹조 및 유해물질, 4차산업 융합 물계측 기술 등 물순 환의 건강성을 고려한 통합물관리 기반기술 개발을 위한 기획연구 추진

○ 노후 하천제방 안전성 확보 기반기술 기획연구

- 국내 노후 하천제방 실태조사 및 향후 관리방향 분석

- 모니터링, 리모델링 및 사후관리 등 주요분야 중장기 로드맵 구축

- 하천제방 안전성 모니터링 기술, 평가 기술, 리모델링 기술 등 하천제방의 안전성 강화 를 위한 기획연구 추진

3. 연구 추진체계 및 전략

3.1 추진체계

◦ 본부 기획지원팀 운영을 통한 지속적인 전략 수립 및 대응체계 마련

◦ 국제네트워크를 활용한 국제공동연구 기획 및 참여

◦ 국내 관·산·학·연 협력체계 구축을 통한 연구성과 실용화·현업화 모색

◦ 원내 타 지원부서와의 협력체계 강화 및 연구부서간 융합연구 확대

(18)

국토보전연구본부

국제협력기관 (Deltares, CSIRO, …)

산업계

국내 관·학·연

• 공동연구 기획·수행

• 기초·요소기술 연구 및 인력교류

• 국제공동연구 컨소시엄 구성 • 기술 실용화 및 사업화 협력

• 공동 설계 및 현장적용 참여

• 법·제도적 공조체계 구축

• 국내 기술 확산을 위한 네트워크 강화

• 융합연구 수행을 위한 파트너 수행

• WCI 달성 전략연구 수행

• 실험인프라 등 기반시설 구축

• 실험시설 운영 및 공동연구 수행

• 기획지원팀 운영(지속적 전략 수립 및 대응체계 마련)

• 원내 타 연구부서와 융합연구 확대

국민생활연구본부 인프라안전연구본부

미래융합연구본부 복합재난대응연구단

그림 1.1. 추진체계

3.2 추진전략

○ 지속가능한 선도형 연구성과 도출을 위한 중장기 로드맵 수립

- 기획지원팀 운영(9명)을 통한 특화전략 연구분야 도출 및 핵심·장기과제 기획

- KICT 2030 중장기 발전전략과의 연계를 통한 연구본부 발전전략 및 중장기 로드맵 수립

- KICT 연구성과계획서(2018-2021)와 연계한 연구본부 대표기술 발굴 - 내외부 환경변화 대응 연구 포트폴리오 재편

- 미래 전략기술 및 신규 중대형 R&D 연구사업 기획

- 연구소 브랜드 발굴 및 인큐베이션을 통한 브랜드 미래가치 창출 기획

○ 국제교류(네트워크 구축 및 공동연구) 활성화

- 다자간 국제공동연구 수행을 통한 기술적 신뢰 및 관계기반 마련

- 기 수행 중인 국제공동연구(호주 CSIRO와의 AKF 과제, 3차년도) 지원

- 국제공동연구 신규 수행 추진 : 스마트시티 인덱스 개발(스마트워터, 스마트에너지 분 야)

- Ginninderra 프로젝트 공동연구 기획

- NST-CSIRO 공동워크숍 추진을 통한 공동연구과제 발굴

- 델타코일리션 네트워크의 연대를 통한 기후변화 물 관련 정책 아젠다 공조

- 국제수리학회 아시아태평양 지회 사무국 운영 및 집행위원회 2018년 정기회의 주관을 통한 관련분야 Opinion Leading Group으로의 도약

(19)

- 중소기업과 연계한 해외시장 공동진출 추진

○ 중소기업과의 연구 협력 체계 구축 및 시작품 또는 시현품 제작 계획

- 중소기업과의 협력을 통한 요소 기술 및 IT 가술과의 융복합 시작품 개발 전문성 확보 를 통해 동일한 테마를 공유하는 성과물 도출

- 성과물 도출을 위한 단계적 목표 확립 및 참여 중소기업별 추진 전략 수립

○ 신규 표준연구 도출을 위한 수자원 분야 표준팀 운영

- 표준현황 조사, 표준개발 로드맵 수립, 관련 과제 도출을 위한 본부내 표준팀 구성 및 운영

- 표준개발 과제 도출을 통한 첨단신기술을 활용한 계측분야 신수종 과제 도출 및 국내외 표준 선도

○ 핵심분야별 팀 구성을 통한 기획연구 추진

- 환경부 물환경정책국, 수자원정책국 등의 물관리 일원화 이후 추진중인 주요 정책을 고 려한 핵심분야 도출

- 하천제방 모니터링, 리모델링, 사후관리 및 평가분야 핵심기술 도출 - 핵심분야별 원내외 전문가 팀 구성 및 본부내 센터 연계를 통한 기획 추진

(20)

제2장

연구 수행내용 및 결과

1. 국토보전연구본부 발전전략 수립

1.1 본부 운영 비전 및 목표

그림 2.1. 본부 운영 비전

(21)

1.2 본부 운영 기본방향

그림 2.2. 본부 운영 기본방향

1.3 본부 중장기 로드맵 수립

(1) 본부 현황 및 대내외 여건변화

○ 국토부 수자원국(홍수통제소 포함) 홍수, 가뭄, 하천복원 등 연구 개발 지속 → 정부 정책 지원 역할 수행 → 정부 수탁연구 지속 수행

○ 수처리, 녹조, 상하수도, 신소재 분야 연구 수행 → 건설환경 분야 연구 분야 개척 → 국가 R&D, 주요사업 등 수행

○ (환경부 통합물관리 체제 본격화) 수량관리 업무의 환경부 이관 - 하천분야와 수자원 분야의 어색한 분리 체제

- 기존 수자원 분야 약화 우려

- 통합 물관리를 위한 새로운 수요 발생

○ (대학과의 경쟁 치열) 시장 규모 축소로 인한 경쟁 가속화 - 대학의 국가 R&D 수주 과열(R&D, 정부수탁)

- 출연(연)에 대한 경계 강화, 기존 협력 체제 약화

○ (정부 정책 지원 기능 약화) 업계 현장 대응력 증대 - 업계에 대한 정부의 의존력 증대

- R&D 사업 증대로 인한 출연(연) 연구결과와 정부 수요 불일치 발생

(22)

○ (새로운 기술 개발 한계) 기존 연구와의 중복성 문제 - 연구 과제에 대한 중복성 문제 지속

- 새로운 연구 아이디어 개발 한계

그림 2.3. 대외환경 변화

그림 2.4. 정부 R&D 방향 및 외부기관 역량 변화

(23)

(2) 중점추진 연구 분야 설정

○ KICT2030 및 KICT R&R에 연계한 본부 주력 연구분야 설정 - 국가․사회 문제 해결 ⇒ 물 문제 해결

· 4대강, 녹조, 환경 등 사회문제 해소 기술 개발

· 수재해(홍수, 가뭄) 및 수질 문제 해소 기술 개발 - 건설산업 혁신 성장 기여 ⇒ 미래 기술 개발

· 해수담수화, 음식물 쓰레기 자원화 등 미래 먹거리 개발

· 미래 환경 기술(에코 테크) 개발(상전이 물질, 바이오 소재 등)

· 레이더 등 첨단계측 기술 개발

- 한반도 공동번영 추구 ⇒ 북한 환경 기술 개발

· 상하수도 기술, 수처리 기술 등 북한 생활환경 개선 기술 개발

· 홍수, 가뭄 등으로부터 안전 확보 기술 개발

· 환경 복원 및 보전 기술 개발

- 지구촌 문제 해결 ⇒ 국제 협력 체체 구축

· 기후변화 대응 기술 개발

· 중앙아시아, 동남아시아, 아프리카 등 현지 맞춤형 기술 개발

○ 기후변화, 미세먼지, 빅데이터, 도시하천, 북한, 물자족, LID(저영향개발, Low Impact Development), 생활환경개선, 통합수자원, 남북경협 등의 사회이슈에 대응 이 필요한 키워드 도출 및 분석된 키워드를 본부 기획연구 등의 주제로 연계

그림 2.5. 중점연구 분야 설정 키워드 분석

(24)

(3) 중점연구 추진 전략

그림 2.6. 중점연구 추진전략

(4) 전략목표 및 연구수행 로드맵

(25)

그림 2.7. 전략목표 및 연구수행 로드맵

(26)

2. 전략적 기획연구 수행

○ 학제 중심에서 벗어나 현장 이슈 중심의 전략 목표 설정

○ Bottom-Up 형태의 전략 목표 설정

그림 2.8. 국토보전연구본부 전략목표 설정

○ 사회 문제 발굴 및 솔루션 개발을 위한 그룹제 운영

○ 11개 가변형 그룹 운영 및 그룹별 아이디어 발굴

○ 발굴된 아이디어 기반 전략적 기획 연구주제 도출 및 기획 추진

① 물 부족 없는 물 자족 사회실현

② 홍수 재해없는 안전한 국토

③ 안정적 물확보와 공정한 물 배분

④ 하천 그린인프라 구축

⑤ 녹조 및 유해물질로부터 쾌적하고 안전한 물환경 연구

⑥ 물재이용 활성화

⑦ 불만제로 상하수도 서비스

⑧ 국민공감/안심/복지 스마트 워터

⑨ 4차산업 융합 물계측 기술의 고도화

⑩ 하천 실험 기술 고도화

⑪ 기후변화 대응 국토 환경인프라 혁신

(27)

2.1 통합수자원관리를 위한 수량-수질 평가 및 해석기술

(1) 연구개발 목표

○ 연구개발 목적 및 목표

- 연구 목적 : 물관리 일원화 대응 유역수자원 평가 및 해석 기술 개발

- 연구 목표 : 국가 물이용 우선순위를 고려한 물 평가 및 계획 기술 개발, 수량-수질-수 생태 정보 통합체계 구축 및 입체적 해석 기술 개발

- 연구 범위

· 공간적 범위 : 유역(지자체) 및 하천

· 기술적 범위 : 자연기반 공학 솔루션 / 장기 물 수요·공급 및 생태조사

· 제도적 범위 : 수자원 관리 및 계획 가이드라인, 하천유지유량 산정요령 및 관련 법률 개선안

○ 비전 및 전략 목표

- 비전 : 안정적 물확보 및 공정한 물배분 - 전략 목표 및 중점연구 분야

목표 1. 물관리 일원화 대응 유역수자원 계획 및 평가기술 개발

· 중점분야 1. 국가물이용 우선순위를 고려한 물 평가 및 계획 기술 및 시스템 개발

· 중점분야 2. 하천수질 및 생태계 개선을 위한 필요유량 산정 기술

· 중점분야 3. 물이용 갈등해소를 위한 지역맞춤형 솔루션 적용

목표 2. 수량-수질-수생태 정보 통합체계 및 입체적 해석 솔루션 개발

· 중점분야 4. 지표수-지하수 연계 입체적 물이동 해석 기술

· 중점분야 5. 수량-수질-생태 정보 통합체계 구축

· 중점분야 6. 빅데이터 기반 수량-수질 통합해석 및 예측 기술

(2) 연구 내용

○ 세부과제(핵심 요소기술) 도출 및 연구내용

핵심기술 1. 국가 물이용 우선순위를 고려한 물 평가 및 계획 기술 및 시스템 개발

· 수자원계획 수립 시 물 공급의 기준이 되는 이수안전도 평가 및 제시

· 지역별 수요량 예측 및 효율적인 물 배분(수량-수질-수생태) 기법 개발

· 유역단위 통합 물 관리 해석 시스템 개발

핵심기술 2. 하천수질 및 생태계 개선을 위한 필요유량 산정 기술

(28)

· 유량특성 세분화 평가 및 특성별 하천환경, 생태계 상관관계 조사를 통해 필요유량 산정기술과 평가 툴 개발

· 하천수 적응관리 기술 및 관련 법․제도 개선안 마련

핵심기술 3. 물이용 갈등해소를 위한 지역맞춤형 솔루션 적용

· 물 공급 취약지역 분석 및 선정

· 수량·수질·수생태를 종합적으로 고려한 유역 특성에 맞는 맞춤형 물관리 체계 구축

· 지역 현안문제 해결 대안 제시 및 선정

핵심기술 4. 지표수-지하수 연계 입체적 물순환·물이동 해석 기술

· 자연적 물순환과 인위적 물이동을 연계한 입체적 수문해석 기술 개발

· 유역 및 지역 단위 지표수-지하수 연계 용질이동 모델링 기법 개발

· 하천과 지하수 수질의 상호 영향 분석 기술 개발

핵심기술 5. 수량-수질-생태 정보 통합체계 구축

· 수량-수질-수생태 정보 통합 체계 구축

· 인위개변의 물-수질-수생태 정보 왜곡도 조사 및 보정 기술

핵심기술 6. 빅데이터 기반 수량-수질 통합해석 및 예측 기술 개발

· 자연적·인위적 환경변화를 고려한 수량-수질 통합해석 기술

· 기상예측과 연계한 장단기 수량-수질 예측 기술

· 기후변화 대응 수량-수질 변동 해석 기술

○ 최종 성과물

- 국가 물이용 우선순위를 고려한 물 평가 및 계획 기술 및 시스템

· 하천유역/지역 수자원관리계획 수립을 위한 가이드라인

· 유역수자원 평가 시스템

- 하천수질 및 생태계 개선을 위한 필요유량 산정 기술

· 하천별/유역별 필요유량 산정 지침

· 필요유량 및 영향 평가 툴 / 관련 법․제도 개선(안) - 물이용 갈등해소를 위한 지역맞춤형 솔루션 제시

· 유역 특성에 맞는 맞춤형 물 관리 체계 구축 기술

(29)

· 지역 현안문제 해결 대안 제시 및 분석 기술

- 지표수-지하수 연계 입체적 물순환 및 물이동 해석 기술

· 유역수자원 평가에 필요한 수량-수질 정밀 분석 정보

· 지역 특성을 고려한 수원 연계 이용 기술

· 지표수-지하수 상호 영향을 고려한 수질 분석 기술

- 유역맞춤형 중장기 통합물관리(수문-수질-수생태) 정보 체계

· 수량-수질-수생태 종합 정보 DB 구축

· 기후변화 대응 장기 수문-수질 전망

· 수재해(가뭄, 홍수, 수질 등) 대응을 위한 물환경 예측 정보

(3) 기대 및 파급효과

○ 경제적 측면

- 수자원 평가 및 계획의 경제성 평가에 의해 최소비용에 의한 정책 추진 가능

- 수량/수질/수생태를 종합적으로 고려한 다양한 대안 평가를 통해 수자원계획에 보다 합리적인 투자 가능

- 하천유지유량 및 환경생태유량을 모두 통합하여 경제적, 시간적 비용 절감 및 중복투자 방지

- 홍수방어에 치중하고 있는 저개발 국가 및 개발도상국에 대해 물이용과 하천수 관리기 술을 전파하고 관련 해외사업유치가 가능

○ 기술적 측면

- 국가/지역 수자원 평가 및 계획을 지원할 수 있는 시스템 개발 및 구축 - 수량/수질/수생태를 고려한 통합 물관리체계 구축 및 효율적 물 배분 가능 - 유량변동성과 수질, 하천환경의 반응에 대한 정량적 평가와 해석 가능

- 하천유량의 가치를 경제 단위로 환산하여 평가하고 정책 수립의 평가기준으로 활용

○ 사회적 측면

- 지역맞춤형 통합 물관리 체계 구축 및 지역 현안 문제 해결을 통한 안정적인 용수 공급 가능

- 물 평가 및 계획에 대한 가이드라인 제시를 통한 합리적인 계획 수립 지원으로 지역간 불균형 발전 해소에 기여

- 사람과 자연이 사용하는 물의 범위를 설정하여 자연환경을 보전하면서 하천의 물을 사 용할 수 있는 기준으로 활용

- 정부-지자체간, 하천 상하류간 하천수 관리 목표를 수립하고 적용하여 불필요한 분쟁

(30)

해소

- 유역간 물이동으로 지자체간 분쟁, 과도한 하천수 취수로 공공기관과 지역사회간 분쟁 억제

(4) 연구성과 활용방안

○ 국가 및 지역 물관리계획에 반영을 통한 기술 실현

- 유역수자원을 통합적으로 평가 및 계획할 수 있는 기술 및 시스템 개발을 통해 국가 및 지역 수자원계획 수립 시 활용

- 미래 물수요 추정, 수급 전망, 공급계획, 다양한 대안 평가 등 국내뿐만 아니라 세계 어 느 국가에도 적용가능. 수원국의 수자원마스트플랜 수립 등 ODA 사업에 활용

- 시스템은 비전문가도 활용이 가능하게 개발 예정으로 다양한 물 관련 사례분석을 신속, 편리하게 이용할 수 있어 복잡한 물 관련 사업 및 물 관련 사회적 갈등해결 지원 시 활 용

○ 국가 물관리계획 및 수리행정에 반영하여 연구개발성과를 직접 활용 - 과거 기준의 4대강 본류 하천유지유량 재 산정에 활용

- 국가 물관리계획의 물 수요로 반영하며, 하천수 사용허가 및 가용수량 평가 자료로 이 용

○ 사업 최종 성과물의 개발 성공가능성 - 연구원의 보유 기술력

· 물 이용, 공급 및 물 배분 분야, 용수공급시설물 운영 및 관리 분야 등 다양한 분야의 연구수행 인력 보유

· 국내 최초 지표수-지하수 통합 수문해석 기술(SWAT-K) 보유

· 국내 최초 수문정보시스템(HISS) 구축 경험

· 하천유지유량 및 하천수 사용허가 분야, 생태수리 연구 분야, 생태서식지 모델링 분야 등 다양한 분야의 연구수행 인력 보유

· 기초연구 성과들이 관련 연구자들뿐만 아니라 실무에서도 활용될 수 있도록 사용자 친 화적인 시스템, 매뉴얼, 지침서 등 개발 경험 보유

· 유역 통합 물관리 기술 분야에 있어 국내에서 선두적인 역할 수행

2.2 Water-wise 도시를 위한 분산형 차세대 물재생 콤플렉스 개발

(1) 기술개요

(31)

○ 기후변화에 대응하는 Water-wise 도시를 구현하기 위한 기반기술로서, 아파트 등 공 동주거단지에서 배출되는 잡배수(grey water)와 강우유출수를 먹는물 수준으로 자체 재생·처리하여 순환이용하는 차세대 고효율 분산형 물재생 콤플렉스의 개발 및 실용화

(2) 필요성

○ 우리나라는 1인당 강수총량이 적은 물스트레스 국가로서, 연도별, 계절별, 지역별 강 수량의 편차 또한 커 물관리 여건이 매우 불리함.

○ 우리나라의 도시화율은 2018년 현재 81.5%에 달하였으며, 2050년에는 86.4%에 이 를 전망임. 또한 우리나라의 주거 형태 중 아파트, 연립주택 및 다세대주택 등 공동주 거단지의 비율은 2017년 현재 전국 평균 60.0%로서 지속적으로 확대되고 있는 추세 임.

○ 우리나라는 현재 도시용수 대부분을 수돗물에 의존하고 있고, 국민의 절대 다수가 아 파트 형태의 공동주거단지에 거주하고 있기 때문에 비용과 에너지효율의 관점에서 단 지 규모의 분산형 물 순환·재이용을 활성화하는 것이 필수적임.

○ Water-wise 도시를 구현하기 위한 기본 전제로서, 공동주거단지에서 배출되는 잡배 수와 강우유출수를 단지 내에서 자체 재생하여 순환이용하는 차세대 고효율 분산형 물 재생 콤플렉스의 개발 및 실용화가 필수적임. 그러나 이를 위한 우리나라의 실정과 국 민들의 이해를 반영한 적정한 공정은 제안된 바 없음.

○ 따라서, 본 연구는 우리 연구원의 주요 기능 중 하나인 ‘지속가능한 국민 생활환경 확 보’ 중 ‘2-3. 기후변화 대응 물관리 고도화 및 안정적 물 확보’에 적확하게 부합되는 연구라고 할 수 있음.

(3) 최종 연구목표

○ 체류시간 5시간 이내, 원가 500원/톤 이하, 먹는물 수준의 KICT 도시형 고도재생시 스템 개발

(4) 연구내용

○ 우리나라의 물재이용 현황 및 촉진방안 검토

○ 우리나라 공동주거단지 잡배수 및 강우유출수 배출특성 검토

○ 우리나라 공동주거단지 물재이용을 위한 목표수질 검토

○ 우리나라 공동주거단지 및 대규모 시설물을 대상으로 한 차세대 고효율 분산형 물재생 콤플렉스 수처리시스템 제안

(32)

- 잡배수 all-in-one 전처리 침전/부상공정 개발: 탁도, T-P 및 TOC 제거 - 상온/저에너지형 질소제거공정 개발: T-N 제거

- 고도산화 일체형 세라믹 막여과공정 개발: 탁도, T-P, TOC, 색도, 맛·냄새, PPCPs 및 병원성 미생물 제거

- 차세대 분산형 물재생 콤플렉스 Living lab. 구축 및 운영

- 최종 처리효율: 탁도 1 NTU 이하, T-P 0.2 mg/L 이하, T-N 10 mg/L 이하, TOC 5 mg/L 이하, 대장균 ND/100 mL 등 먹는물 수준 달성

○ 차세대 고효율 분산형 물재생 콤플렉스 실용화방안 마련

그림 2.9. KICT 도시형 고도재생시스템 공정구성 개념도(안)

(5) 추진전략

○ ① 잡배수 all-in-one 전처리 침전/부상공정 개발, ② 상온/저에너지형 질소제거공정 개발, ③ 고도산화 일체형 세라믹 막여과공정 개발 등 3개의 세부과제로 구성

○ ‘상온 single-stage 혐기성 암모늄 산화공정 최적화’를 위한 위탁과제 추진

○ 국토보전연구본부, 건설산업진흥본부 및 미래융합연구본부 등의 원내 융복합연구 추진

○ 잡배수 고도재생시스템 Living lab. 운영: 국민의 생활적 이해와 요구 수용

○ 사회문제 해결을 위한 민 + 산학연 협업 네트워크 구축

(6) 소요예산(백만원)

(33)

구분 총 연구비 1차년 2차년 3차년 4차년 5차년 (직접비+인건비)총액 8,800 1,200 2,000 2,000 2,000 1,600

직접비 4,400 600 1,000 1,000 1,000 800 표 2.1. 분산형 차세대 물재생 콤플렉스 개발 연구의 소요예산

(7) 최종 성과물

○ 잡배수 all-in-one 전처리 침전/부상공정: 탁도 2 NTU, T-P 0.5 mg/L, TOC 10 mg/L 달성

○ 상온/저에너지형 질소제거공정: T-N 10 mg/L 달성

○ 고도산화 일체형 세라믹 막여과공정: 탁도 1 NTU, T-P 0.2 mg/L, TOC 5 mg/L, 병원성 미생물 ND 달성

○ WBT 3건

(8) 성과 우수성 및 성공 가능성

○ 우리나라의 높은 도시화율과 공동주거단지 거주비율로 인해 민간의 수요가 큼.

○ 정부에서도 「물의 재이용 촉진 및 지원에 관한 법률」을 2011년부터 시행하고 있어 도시 내 분산형 고도재생기술에 대한 수요가 높음.

○ 먹는물(친수용수) 수준의 재이용 용도에 부합하는 고효율, 경제적, 유지관리가 용이한 물재생기술은 국내외에서 제안된 바 없음.

○ 본 연구에서 제안하는 3건의 세부과제들이 모두 WBT에 해당함.

(9) 활용방안

○ 물재이용의 병목 해결을 위한 KICT 핵심기술 확보

- 하수발생량 대비 중수도 시설용량은 14.0%에 달하나 이용량은 5.1%에 그치고 있음 (2016). 이를 극복하기 위한 원천기술 필수

- 중수도 시설용량 및 이용량 증대에 직접 기여 가능

- 공동주거단지의 물재이용 확대 및 친수시설 유지용수 지원

○ 차세대 하수처리공정 원천기술 확보 및 선도

- 기존 하수처리공정을 대체할 수 있는 차세대 고도재생공정 개발을 통하여, ① 수질 향 상, ② 부지 절감 50% 및 ③ 체류시간 50% 저감 달성

- 선진 외국업체로부터 국내시장 방어, 해외진출 도모

(34)

○ 사회적 측면

- 정부시책에 부응하는 사회문제 해결(R&R형) - 민 + 산학연 협업으로 상용화 추진

- 미래 유망산업으로서 중소기업 주도의 물순환사회 구축

○ 기술적 측면

- 국민이 요구하는 저렴(500원/㎥)한 용수 공급

- 공동주거단지의 잡배수와 강우유출수 활용 먹는물 수준의 용수 제공 - KICT 잡배수 고도재생 콤플렉스 구축기술 확보

○ 경제적 측면

- 국내 물시장 규모는 2023년까지 약 31조원에 이를 전망, 연평균 약 6%의 성장 예 상 - 수돗물 사용량 30% 이상 절감 가능(물재생 콤플렉스 도입시)

- 국내 연간 1.2조원 시장 선점 가능

- (연간 생산량 6,419백만 톤/년 x 공동주거단지 거주율 60% x 잡배수율 35% x 생산 원가 868원/톤 = 1.17조원/년)

2.3 환경재난 대응 유해물질(과불화합물, 라돈, 우라늄, 비소 등) 유출사고 로부터 안전한 용수확보기술 개발

(1) 최종 연구목표

○ 환경재난으로 인한 유해오염물질 유출사고로부터 안전한 용수 확보기술 개발

(2) 필요성

○ 2004년 이후 재난재해 극복을 위한 정부 차원의 계획수립 등 대응 노력을 진행 중이 나 안전한 용수확보에 대한 투자는 미흡한 실정임.

○ 연구원은 건설 및 국토관리 분야의 원천기술 개발과 성과확산을 고유임무로 하고 있으 며, 이를 위한 4대 전략목표와 12개 성과목표를 수립한 바 있음.

○ 본 기획과제는 재난 대응 시설물, 건축물 안전성 향상기술 개발 및 실증과 국민생활 유해환경 문제 해결 솔루션 제공에 부합하는 연구임.

(3) 기술개발 내용

(35)

○ 깨끗한 물은 건강한 삶을 영위하는 데 기본적 요소이지만, 최근 환경재난 등에 따른 각종 유해물질 유출(미세플라스틱, 과불화화합물, 비소, 불소, 우라늄 등)로 인해 먹는 물을 비롯한 안전한 용수확보가 크게 위협받고 있음.

○ 이에 신소재(1세부), 최적 처리공정(2세부), 통합관리 기술(4세부) 등을 개발하고 500 m3/d 규모의 실증플랜트를 구축·운영(3세부)함으로써 환경재난 유해물질 대응 안전한 용수확보 기술을 확보하고자 함.

- 수중 유기 및 무기물 독성물질 제거용 신소재 (Photo-fenton 등) 개발 - 축전식 탈이온(CDI) 기반 막여과 융합기술 개발

- 맞춤형 도시용수 공급 실증플랜트 (500 m3/day 규모) 건설기술 개발 - ICBM기반 안전한 도시용수 통합관리 기술 개발

(4) 활용방안 및 기대효과

○ 미니신도시, 혁신산업단지 및 테크노 벨리 첨단의료산업에 맞춤형 도시용수 공급체계 구축

○ 관련 기술의 해외사업 진출을 통한 맞춤형 도시용수 공급체계 구축

○ 안전한 용수확보를 위한 신소개 기술, 최적 수처리 공정 개발 등에 따른 운전단가 저 감

○ 실증플랜트 구축 및 운영을 통한 기술검증에 따른 사회적 비용 절감

○ 지속가능한 도시용수 공급기술 개발을 통한 사회적 불안지수 저감

2.4 수난 감시예측을 위한 AoT기반 Flood Crisis Mapper 개발

(1) 연구 제목

○ 수난(水難) 감시예측을 위한 AoT기반 Water Crisis Navigator 개발

(2) 연구개발의 목적

○ 온라인 커뮤니티의 빅데이터를 분석·처리하고 인공지능에 의해 패턴을 해석하여 수난 (水難) 발생 및 규모를 과학적으로 정량화하여 예측하는 기술 개발을 최종 목표로 함

(3) 비전 및 전략 목표

○ 현장의 수많은 센서와 온라인 커뮤니티에서 만들어진 각종 데이터를 실시간으로 수집 하고 수난대응을 위한 의사결정에 필요한 맞춤형 분석을 제공하여 국민 생활안전 확보

(36)

및 4차 산업혁명 선도

- IoT(Internet of Things)와 온라인 커뮤니티의 빅데이터(CROWD SOURCING), 인공지능(Artificial Intelligence)의 패턴 분석을 통해 수난(水難) 발생 및 규모 예측 - 수난정보 수집과 시각화 및 분석 과정을 아우르는 양방향 재난지도를 구축(CRISIS MAPPING)하여 사물 인공지능(Analytics of Things or AI of Things; AoT)에 의 한 최적의 수난 대응 플랫폼(WATER CRISIS NAVIGATOR) 구축

그림 2.10. 최적의 수난 대응 플랫폼(WATER CRISIS NAVIGATOR)

(4) 연구내용

○ 온라인 커뮤니티의 빅데이터를 분석·처리하고 인공지능에 의해 패턴을 해석하여 수난 발생 및 규모를 과학적으로 정량화하여 예측하는 기술 및 플랫폼 개발

- 실시간 수난 감시를 위한 클라우드 소싱 처리 및 해석 기술 개발

- 지능형 수난 탐지기(WATER CRISIS-FINDER) 및 지능형 수난 예측기(WATER CRISIS-ANALYSER) 개발

- 지능형 수난 탐지기 및 수난예측기와 인공지능을 활용한 수난 감시 모델링 기술 개발 - 실시간 수난 예측을 위한 CRISIS MAPPING 및 수난 예측 평가 기술 개발

- 실시간 수난 예측 정확도 향상 및 현장 대응력 강화를 위한 지능형 감시 체계 구축 - 수난정보 수집과 시각화 및 분석 과정을 아우르는 양방향 수난 지도 구축 기술

(CRISIS MAPPING) 개발

- 사물 인공지능(AoT) 기반 수난 대응 플랫폼 개발

- 수난정보의 효율적 인지 및 대응을 위한 수난 정보 위치기반 및 증강현실(AR) 서비스

(37)

기술 개발

(5) 추진 전략

○ 본 연구는 새롭게 시도되는 기술의 개발이라는 측면에서 최대한 고유의 원천 기술을 확보하기 위해 핵심 기술은 자체적으로 개발

○ 다른 분야의 전문성이 요구되는 프로그래밍 부분이나 본 연구의 범위를 초과한 요소 기술에 대해서는 외부 인력(객원연구원)을 활용하여 연구의 효율성을 확보

○ 더불어 연구 자문체계를 정책부분과 기술부문으로 나누어 연구의 활용성 측면(정책)과 기술의 완성도(기술) 측면을 지속적으로 검증하면서 추진

(6) 활용 방안

○ 재난예측 분야 기술력 향상을 통한 국가 및 지자체 수난(홍수, 가뭄, 수질오염) 예보 활용

○ 민간기업(SK,LG,KT) 정보시스템에 정보 제공(예, T맵 등)

○ AoT 기반 수난 정보 통합 관리 플랫폼(Flood CRISIS MAPPER) (판매 10건)

○ 정확하고 신속한 수난(水難) 예보를 통한 수재해 피해 10%/년 감소

2.5 공유공간 스마트 공기정화 타워 개발

(1) 기술개요

○ 도시 다중생활 공간, 버스정류장 도로 주위 및 공기 오염물질 집중발생 지역의 미세먼 지 발생에 따른 도시 생활환경 개선을 위하여 식생 공기정화 모듈 및 공기순환방식을 융합하는 에너지 자립 모듈형 타워 공기정화 장치 개발

(2) 연구목표

○ 에너지 자립율 100% 및 공공 생활구역 미세먼지 30% 저감의 친환경 모듈형 공기정 화 타워 개발 및 실증

(3) 연구내용

○ 에너지 자립형 Active 공기청정 타워 시스템 개발

- 자동 물 공급 및 aeration 식생 공기정화 모듈 (기본모델)

(38)

- 태양광 기반 친환경에너지 공급 시스템

○ 유기성 탄화체 및 무기성 소재 활용 미세먼지 전구물질 및 제어기술 개발 - 고반응 다공성 반응제 개발 및 실증 평가

- 미세먼지 및 전구물질 동시 제거기술 개발

○ 제올라이트/광촉매 이용 고기능성 미세먼지 흡착/분해소재 개발 - PM 2.5 제거의 제올라이트/광촉매 소재 개발

- 미세먼지 제거 시스템 모듈 기술 개발

그림 2.11. 친환경 스마트 공기정화 타워 구성도

2.6 영주댐 문제 해결기술 개발

○ 영주댐은 낙동강 본류 하천유지유량의 안정적 공급, 인근 지역 생활 및 공업용수 공 급 등을 목표로 건설되었으나 댐 건설 이후 녹조 등 여러 가지 문제가 발생하여 댐 운 영 관련 사회적 문제로 대두되고 있음.

○ 최근 영주댐이 완공된 곳은 “내성천”이라는 사행하는 유로와 금빛 모래사장 등 하천의 자연성이 보존되어 있고 이로 인한 친수성이 높은 우리나라의 대표적인 모래하천임.

또한 회룡포, 무섬마을 등 역사․문화 경관이 점재하여 하천의 자연성과 역사적 고유 성을 보존할 필요성이 큰 하천임. 하지만, 내성천은 건설 기간(2010~2016) 중에 발 생한 가뭄으로 인해 식생이 번무하고 모래톱이 감소하는 등 상하류 하천에 문제가 발 생하여 최근 환경부에서는 댐의 유지와 철거를 두고 정책적인 방향성을 심도있게 논의 중에 있음. 영주댐 건설에는 약 3,500 억원 이상의 정부 예산이 투입되었으며, 향후

(39)

운영 관리에도 많은 예산이 소요될 것으로 예상되므로 댐의 유지/철거로 인해 발생할 수 있는 장단기적 관점에서 긍정적, 부정적 영향을 평가하여 정책적 판단에 적용할 필 요가 있음.

<내성천 회룡포> <영주댐>

그림 2.12. 과거 내성천 회룡포와 최근 여름철 영주댐 현황

○ 댐 하류 하천은 유량 및 유사량 감소로 인해 하천 식생이 증가하였고, 하도의 육역 화, 하상 저하 등이 발생하였음. 그 결과 본래의 고유한 경관을 상실할 뿐만 아니라 통수능 감소로 인해 잠재적인 홍수 위험도 증가하였음. 내성천은 이미 2014년 이후 식생이 증가하고 하도의 육역화 현상이 발생하였으며, 이러한 변화는 내성천 특유의 친수성을 저해하여 지역 사회, 관광 측면에서도 부정적인 영향을 주고 있음

그림 2.13. 식생 활착으로 인해 경관이 변화된 내성천 미호리 부근 (좌:2013년, 우:2016년)

(40)

○ 최근에는 댐 상류지역의 오염원으로 인한 영주호 저수지의 녹조 심화로 인한 수질 문 제까지 부각되고 있음. 이러한 영향으로 환경단체 및 언론에서는 모래사장 소실, 경관 훼손, 식생 활착과 육역화, 하상 저하와 장갑화, 수질 악화 등 다양한 문제점을 제시 하면서 영주댐 철거를 주장하고 있음.

그림 2.14. 내성천 주요지점 chlorophyll-a 변동

○ 이러한 배경에서 환경부에서는 영주댐에 대해 일반적인 운영, 제한적 운영, 철거에 이 르기까지 다양한 방향을 두고 전문가 의견 수렴과 용역을 진행할 예정임. 하천과 댐 관리는 국토보전연구본부의 업무 영역이며, 넓게는 국토 관리의 당면문제에 해당하므 로 미래 국토가치 창출을 목표로 하는 연구원의 임무에 부합한다고 볼 수 있음.

그림 2.15. 댐으로 인한 유사 차단과 하류 하천에 대한 영향

(출처:https://www.eenews.net/special_reports/Damage/stories/1060059083)

(41)

○ 영주댐이 겪는 문제는 중규모 댐 상류의 어느 지역에서도 발생할 수 있는 문제로서 향 후 유사한 케이스의 문제를 위한 보다 보편적 해결책을 제시할 필요가 있음. 한편, 유 역 및 댐 상류 하천의 종합적인 개선 방안은 민간의 기술 개발이나 투자보다는 공공에 의한 투사가 필요한 분야로서 연구원의 사업으로 추진하는 것이 필요함.

○ 영주댐 운영 관련 문제를 해결하기 위한 방안 검토가 필요하며, 댐 운영 관련 대안에 대해 수량, 수질 등 분야별 영향을 검토하고 그 결과를 바탕으로 문제 해결을 위한 솔 루션 제시가 필요함.

2.7 도서․해안 지역 물부족 문제를 해결하기 위한 통합관리 기술개발

(1) 사업의 필요성

○ 도서 및 해안지역의 경우 물 공급 관리 주체가 지자체이며, 경제성을 고려할 때 민간 기술 진입이 어려운 구조적 문제가 있음.

○ 따라서 지자체에서 도서 및 해안지역 물 공급 문제를 해결할 수 있는 기술 및 시스템 확보를 위해서 정부차원의 지원이 필요함.

(2) 연구개발의 목적

○ 연구개발 목표 및 범위

- 도서 및 해안지역 물 부족 문제 해결을 위한 통합관리 기술 개발

- 도서·해안지역 특성을 고려한 물 부족 모니터링, 분석 및 예측 기술 개발 - 지역 특성 맞춤형 저에너지 물 공급 기술 개발

- 물 공급 기술 농축수 저감 및 활용기술 개발 - 통합 물 공급 관리시스템 구축 및 운영

(3) 연구내용

○ 주요 연구 내용

- 도서 및 해안지역 물 부족 모니터링 기술 개발 - 도서 및 해안지역 가뭄 판단 지표 개발

- 지역 특성을 고려한 가뭄단계 구축 - 가뭄단계별 대응방안 수립

- 도서 및 해안지역 대상 저에너지 물 공급 기술 개발 - 도서 및 해안지역 맞춤형 물 공급 장치 개발

(42)

- 가뭄 대응 저에너지 물 공급장치 설계 기술 개발 - 저에너지 물 공급 장치 제작 및 현장적용

- 물 공급 장치 운영 및 유지관리 기술 개발 - 물 공급 장치 발생 농축수 관리 기술 개발 - 물 공급 장치 농축수 저감 기술 개발 - 발생 농축수 자원 활용 기술 개발

- 도서 및 해안지역 대상 통합 물 관리 기술 개발 - 도서 및 해안지역 물 공급 통합관리망 설계 - 통합 물 관리 시스템 구축 및 운영

○ 연차별 단계별 성과목표 및 성과지표 선정 - 1차년도

· 도서 및 해안지역 가뭄 및 물 부족 모니터링을 위한 지표 개발

· 도서 및 해안지역 물 공급 시설 기본 설계

· 농축수 저감 및 활용기술 기초 실험

· 논문 1건, 학술발표 1건 - 2차년도

· 도서 및 해안지역 가뭄대응을 위한 단계 수립

· 도서 및 해안지역 가뭄단계별 대응방안 수립

· 도서 및 해안지역 물 공급 시설 실시 설계 및 제작

· 농축수 저감 및 활용 기술 실시 설계 및 제작

· 논문 2건, 특허출원 1건 - 3차년도

· 도서 및 해안지역 가뭄 모니터링 기술 현장 적용 기반 구축

· 도서 및 해안지역 통합 물 관리 시스템 설계 및 구축

· 도서 및 해안지역 물 공급 시설 현장 구축

· 농축수 저감 및 활용 기술 성능 현장 구축

· 논문 2건, 특허출원 1건 - 4차년도

· 도서 및 해안지역 가뭄 모니터링 기술 현장 적용

· 도서 및 해안지역 통합 물 관리 시스템 구축 및 시범 운영

· 도서 및 해안지역 물 공급 시설 현장 운영

(43)

· 농축수 저감 및 활용 기술 운영

· 논문 2건, 특허출원 1건, 특허등록 1건 - 5차년도

· 도서 및 해안지역 통합 물 관리 시스템 운영

· 도서 및 해안지역 물 공급 시설 최적화

· 농축수 저감 및 활용 기술 경제성 분석

· 논문 2건, 해외특허 출원 1건

(4) 추진전략 및 체계

○ 소요 연구비 : 5,000 백만원 (직접비 : 2,500 백만원)

구분 총 연구비 1차년 2차년 3차년 4차년 5차년

총액

(직접비+인건비) 5,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000

직접비 2,500 500 500 500 500 500

표 2.2. 물부족 문제 해결을 위한 통합관리 기술 소요연구비

○ 연구기간 : 총 5년 (1단계(3년) + 2단계(2년))

○ 인력투입 계획 : 국토보전연구본부 연구진 20여명 참여

○ 기존 기술 활용 및 연계 방안

○ 기술융합 및 타 기관과의 협력 가능성

(5) 예상성과 및 기대효과

· 수자원 모니터링/해수담수화/에너지/자원 등 다학제적 기술 연구·개발을 통해 관련 산업 활성화 및 신규 일자리 창출 가능

· 통합관리기술 개발을 통해 신규 대형 국가 R&D 수주 및 기관 이미지 제고

· 산/학/연/관의 지속적인 교류를 통한 시너지 효과로 산업 경쟁력 확보 및 시장 창출

· 도서 및 해안지역 환경적인 장벽인 배출수 문제를 해결함과 동시에 새로운 기술과의 융·복합을 통한 패러다임의 전환

· 농축수 자원 활용을 통한 저에너지 물 공급 기술 부가가치 창출

· 도서 및 해안지역 가뭄 및 물 부족에 대한 효과적인 대응을 통해 물 복지 소외지역 해 소 및 피해 최소화

(44)

2.8 AI기반 맞춤형 물 공급․순환 통합관리기술 개발

(1) 연구목적 및 필요성

○ 기후변화에 의한 여름철 폭염의 증가는 도시 수자원 확보 위기로 가뭄의 강도는 점차 증가 될 것으로 예상됨.

○ (물 관리는 에너지 소비의 주요 부분)도시화의 결과로 물과 열 사이클이 왜곡되어 도 시 홍수, 지하수 고갈 및 열섬 현상과 같은 많은 문제를 야기, 또한 도시 지역의 온도 가 상승하여 냉각을 위한 에너지 소비가 증가하고 있으며 미래사회에는 물과 에너지 공급과 같은 사회 기반시설의 확충 및 도입이 필요함.

○ 스마트시티 건설사업의 부각으로 인한 스마트 도시 물관리 필요성 증가로 차세대 성장 동력 산업으로 부각되고 있음.

○ 도시개발로 인한 물 순환의 악영향 최소화를 위한 도시 물순환 및 그린인프라 에너지 가 연계된 도시설계 기술 필요함.

(2) 기술분석 개요

○ (분석 배경)도심지에서의 물활용의 극대화할 수 있는 기술로서, 물 순환을 위한 LID 및 리질리언스 기술을 개발하고자 하는 목표 하에, 해당 전략에 필요한 전략 기술들을 확보하기 위한 연구를 진행

○ (분석 목적)『건전한 물 순환을 위한 LID 및 리질리언스 기술』과 관련한 전반적인 특허동향과 기술수준을 파악하고, 해당 기술에 대한 구체적인 연구개발 전략의 수립에 필요한 객관적인 특허정보 분석

자료 구분 국 가 검색 DB 검색구간 검색범위

공개․등록특허 (공개․등록일

기준)

한국 WIPS ON

현재(검색일)~

특허공개 및 등록, 전체문서

일본 WIPS ON 특허공개 및 등록, 전체문서

미국 WIPS ON 특허공개, 특허공개(공표), 특허공개(재공표), 전체문서 유럽 WIPS ON EP-A(Applications) 및

EP-B(Granted) 전체문서

PCT WIPS ON 전체문서

표 2.3. 특허 검색 DB 및 검색범위

(3) 특허동향 분석

○ (전체출원의 연도별 추이)『빗물을 수집하여 재활용 내지 재사용하는 기술』(AA)에 대한 전체 유효특허의 출원 추이를 살펴보면, 2000년 이전에 상당수수의 출원이 있었

(45)

고, 2001년~2009년까지는 미미한 출원 건수를 보였으며, 2013년~2015년까지는 약간의 출원이 이루어졌으나 최근에는 출원 건수가 적은 양상을 보이고 있음.

- 『중수도를 정화하여 재사용하는 기술』(AB)에 대한 전체 유효특허의 경우에는, 2000년 이전에 상당히 많은 출원 건수를 보이고 있으나, 2003년까지 점차로 줄어들 어서, 2004년과 2005년 침체기를 보이다가, 2006년~2013년까지는 꾸준한 출원 건 수를 보이며, 최근에는 출원이 미미한 양상을 보이고 있음.

그림 2.16. 전체출원의 연도별 추이

○ (주요국가별 추이)전체 유효특허에서의 국가별 출원 건수 및 점유율을 살펴보면, 한국 (KR)이 162건(58%), 일본(JP)이 34건(13%), 미국(US)이 19건(7%), 유럽이 26 건(9%)임.

- 전체 유효특허 중 한국(KR)이 58%로서 대부분을 차지하고 있는 것으로 검색되었는 바, 해당 기술 분야의 연구개발은 한국(KR)이 주도하고 있는 것으로 판단됨.

그림 2.17. 주요 국가별 연구개발 추이

(46)

검색대상

기술 분류 기술수준 시사점

건전한물 순환을위한 LID 및 리질리언스 기술

자연적으로 발생하는 빗물 즉, 강우를 모아서 정화하거나 또는 그대로

다양한 목적을 위한 용수로 재활용 내지 재사용하기 위한 기술

(AA)

초기적인 형태로 빗물을 모으는 기술에 집중하여 선행특허가 제안되어 있음