시스템 다이내믹스를 이용한 통합 물공급 모형의 개발

Abstract

물소비의 다양성과 인구의 증가로 인한 물사용량의 급증으로 인해 물배분에 대한 연구의 필요성이 대두되었으며, 미래의 물부족과 환경파괴에 대한 인식이 확산됨으로 인해 일반인들 또한 장기 물공급계획에 대한 관심이 고조되고 있다. 이를 위해, 유역의 통합적인 물 흐름을 분석하기 위해서는 유역의 가용수자원에 대한 조사와 미래의 수자원량에 대한 예측이 필요하다. 또한, 사용자별 물사용량의 분석과 예측이 수반된 후, 부족량에 대한 대안을 선정하고, 그 타당성과 경제성을 분석하게 된다. 이러한 물배분에 대한 연구는 수원과 사용자들 간의 수요와 공급을 해석하는 유역의 물수지 분석을 통하여 이루어지는 것이 통상적이다. Ocanas and Mays (1981a)는 가상의 유역에 물공급모형의 한 부분인 처리수 재이용모형을 개발하여, 단일기간에 대해 총 비용을 최소화하는 모형을 개발하였으며, 그 후 Ocanas and Mays (1981b)는 San Antonio River, TX, USA 유역에 개발된 처리수 재이용 모형을 다단계에 대하여 적용하므로써, 그 적용성을 보였다. 그러나, 이들은 모두 물수지분석과 마찬가지로 수학적인 관계식을 이용하여 개발되었으며, 모든 경우를 다 고려하지 못하고 해당 유역에 제한된 모형들이었다. 또한 수학적인 모형들은 인자들간의 관계와 결과를 모형을 개발한 사람이 아니면 이해하고 해석하기가 쉽지 않으므로, 장기간의 물공급 계획을 세운 후 그 계획에 대한 동의를 이끌어 내는 것이 어려웠었다. 최근에는 시스템 다이내믹스를 이용하여 물공급 모형을 구축함으로써, 정책수립자들 뿐만 아니라 일반일들에게도 보다 이해하기 쉽게 물공급 모형과 장기 물공급정책에 대해 설명할 수 있는 모형들이 많이 개발되었다. Passell et al. (2002), Sumer et al. (2004), Chung et al. (2007)는 객체지향적인 시스템 다이내믹스 모형을 이용하여 물공급 모형을 개발하였다. 그중 Passell et al. (2002)는 Rio Grande River, NM, USA에, Sumer et al. (2004)는 San Pedro River, AZ, USA에 물공급 모형을 적용하였다. 하지만 언급된 모형들은 수질인자를 모의할 수 없고 총 비용의 산정시에 물 수송과 처리에 드는 비용을 고려하지 않았다는 한계가 있었다. 그러므로 Chung et al. (2007) 객체지향적인 시스템 다이내믹스 모형을 이용하여 통합물공급 모형을 개발하고 가상의 유역에 적용하였다. 시스템 다이내믹스 모형을 이용하여 개발된 이 모형은 시간에 따른 모의를 통해 입력자료에 따른 결과와 피드백을 고려할 수 있도록 하였다. 또한 객체지향적인 모형을 이용하여 물공급 모형을 개발함으로써, 일반 사용자와 정책 수립자에게 보다 쉽게 모형의 구조를 소개하고 동의를 이끌어낼 수 있다. 마지막으로 Chung et al. (2007)에 의해 제안된 모형은 유역의 대표수질을 모의할 수 있으며, 물공급을 위한 물 수송과 처리에 드는 비용까지를 고려하여 총 비용을 산출함으로써 단지 충분한 물을 공급함을 목적으로 하는 물공급 모형에서 수질과 비용까지를 고려하는 통합 물공급 모형으로의 전환을 모색하였다. 본 연구에서는 Chung et al. (2007)이 개발한 모형을 소개하고, 미래의 물 소비량을 예측하여 가상 유역의 물공급을 모의하고, 가능한 물절약정책을 제시하였다. 제시된 물절약정책을 이용하여 시스템의 확장없이 절약가능량을 계산하여 유역의 물공급안정을 도모하였다. 또한, 폐수처리장 건설시 건설비와 미래의 유지·관리비용까지를 고려하여 중앙집중형 설치와 분산설치에 대한 경제성분석을 시행하였다.