Future Briefing


[제8호] 기후변화 대비 4차산업혁명 활용스마트워터그리드(Smart Water Grid) - 장석환(대진대 교수)
2018.03.14



기후변화와 수자원 운영의 불확실성


최근 기후변화의 영향으로 전 세계적으로 극한의 한파와 폭염의 발생빈도가 증가하고 있다. 이로 인해 지속적인 가뭄과 국지성 호우에 의한 도시 침수 피해가 빈번하게 발생하고 있으며, 단순 재해가 아닌 복합적인 재난이 발생하고 있다. 특히, 수자원 분야에서는 기후변화로 인한 홍수와 가뭄 등의 고착화로 생··농업용수 부족, 하천유량 변동에 따른 수자원 운영의 불확실성이 커지고 있다.

 

UN 보고서에 의하면 전 세계적으로 7억명이 물 부족으로 고통 받고 있지만, 2025년이 되면 30억 명으로 늘어날 수도 있다고 경고하였으며, 미국 콜로라도 주 국립기후조사연구원에 따르면 전 세계 주요 강 925개를 분석한 결과, 태평양으로 유입되는 강물은 매년 6%씩 감소하고 있는 것으로 조사되었다(2011, 김형수). 세계은행에서도 물 산업이 21세기 석유산업을 능가할 것이라는 전망을 했으며, 21세기 전쟁의 목적은 이 될 것이라 보고하였다. Global Water Market(2014) 보고서에서는 전 세계 물산업의 규모는 2018년 이후에 약 7천억 달러로 확대 될 것이라고 전망하고 있다. 여기에는 수자원 개발, 상수도, 하수도 관개용수, 수도관망 분야 등이 지속적으로 성장할 것이고, 중국, 인도, 인도네시아 등은 연간 10% 이상 고성장을 할 것이라 전망하였다.

 

우리나라는 1980년대에 낙동강 원수를 정수해서 공급한 수돗물에서 페놀이 검출되는 낙동강 페놀사태를 계기로, 전국의 상하수도 시설 보급이 세계적으로 그 유례를 보기 힘들 정도로 급속도로 진행되었으며, 정부 주도적인 사업 추진으로 상하수도를 중심으로 한 물산업 또한 급속도로 팽창할 수 있었다. 그러나 국내 물관리시스템은 물 수요량에 대한 실시간 관리가 불가능하여 수요와 공급의 불균형을 초래하고, 시설 가동의 효율성이 낮은 문제를 가지고 있으며, 부식 및 파손 등에 의한 누수로 물의 생산과 수송에 드는 에너지 과다 사용도 문제로 지적되고 있다.

 

또한, 기후변화로 인한 집중호우 발생빈도 증가와 도시화에 따른 불투수면 변화에 의한 유출량 증가로 인한 도시 침수의 피해규모가 커지고 있으며, 지대가 낮은 서울 강남역, 광화문 일대 등은 장마철에 침수 대비가 취약한 상태이다. 도시 침수에 대한 피해를 저감하기 위해 서울시는 치수정책을 추진하고 있으며, 현재까지 하수도 및 펌프장 설계기준을 높이고 빗물저류조 등 우수 유출 저감시설을 확충하고 있다.

 

이와 같은 기후변화, 기존 물 관리 시스템, 물 부족 등에 대한 문제를 해결하기 위해 해수 담수화 및 하·폐수 재이용 등 대체 수자원 활용도를 높이고, 도시 침수에 취약한 부분을 보완하여 사전에 대비하는 지능적 물 관리 체계인 스마트 워터 그리드(Smart Water Grid)’가 요구되고 있다.


4차산업혁명시대의 국내 수자원 관리 동향


 

1) 통합 물 관리

우리나라는 OECD 국가 중 강우의 계절적 불균형으로 물 관리 여건이 열악한 편으로 지역 및 강우 특성에 맞는 물 관리가 필요한 실정이다. 그동안 환경부는 수질, 국토부는 수량관리, 농식품부는 농업용수, 산업부는 발전용수를 담당해 왔다. 이에 물 관리 기능이 여러 부처로 분산되어있기에 효율을 제고하기 위해 최근 통합 물관리를 추진하고 있다.

 

통합 물관리의 방향은 수량·수질·재해 예방이 하나의 일관된 체계로 균형 잡힌 물관리를 위한 정부조직 개편을 추진하고 있으며, 이에 따라 지속가능한 통합 물 관리를 주제로 환경부를 중심으로 통합 물관리를 추진하고 그에 따른 비전 목표를 설정하였다. 목표는 기상 및 수량, 수질 관련 정보를 함께 관리하여 재해 예측·예방 능력을 향상시켜 가뭄·홍수로 인한 피해를 줄이고 자연과 인간이 공존하는 하천 환경을 조성하여 맑은 물을 확보하고 건강한 물 순환체계를 실현시키며, 지역 주민과 전문가들이 직접 지역의 물 관리에 참여하는 의사결정체계를 구축한다는 것이다.

 

<그림 2> 환경부의 통합 물 관리 목표(2018, 환경부)


(a) 통합 물 관리 비전과 목표


(b) 유역별 통합 물 관리 목표

2) 4차산업혁명과 물 관리

4차산업혁명은 인공지능으로 자동화와 연결성이 극대화되는 산업 환경의 변화를 의미하며, 2015년부터 여러 저서를 통해 알려지기 시작한 후, 2016년 다보스포럼에서 언급되기 시작하였다. 대체로 기계학습과 인공지능의 발달이 주요 수단으로 꼽히고 아직까지 정확한 정의는 존재하지 않는다. 4차산업혁명은 인공지능(AI), 로봇, 빅데이터(Big Data), 드론, 자율주행, 가상현실과 증강현실을 합한 융합현실, IoT기술 등 여러 가지 기술이 기존 산업과 서비스에 융합되거나 여러 분야의 신기술과 결합되어 모든 제품, 서비스를 네트워크로 연결하고 사물을 지능화한다.

 

<그림 3> 단계별 산업혁명 (2016, ZDNet Korea)


4차산업혁명을 물 관리에 접목시킨 사례는 수자원공사에서 2016년 빅데이터와 지리정보시스템(GIS)을 활용한 MyWater(물정보포털)를 개설하여 생산하는 운영관측 자료와 국내외 기관의 웹사이트, 전용망 및 공공데이터 포털 등을 통하여 수집된 정보가 제공되고 있다. 이러한 자료는 전문가는 물론 비전문가인 일반 시민도 쉽게 확인하고 활용할 수 있도록 하였다. 원수에서 내가 먹는 가정집 수도꼭지까지 모든 정보를 실시간으로 수량 및 수질 자료 및 검색을 통하여 쌍방향 정보를 제공하고 있다.

 

또한 국토교통부에서는 2018년도 주요 추진계획으로 ICT를 접목한 수량 및 수질의 실시간 관리와 드론을 통한 하천 측량 등을 도입할 예정이다. 또한 ICT기반의 드론시스템을 활용한 실시간 홍수관리 통합감시체계 구축이 추진되고 있으며, , , 하천을 대상으로 드론 수집정보를 통해 영상분석시스템을 개발하여 수계단위로 홍수상황을 실시간으로 감시함으로써 수문 운영 의사결정을 높이게 될 것이며, 수질문제에 대응하기 위해 초분광센서를 드론에 장착해 상공에서 녹조로 인한 수질문제를 해결할 예정이다.

 

하지만 전문가들은 기후변화가 가져올 피해와 재앙이 우리의 예상을 뛰어넘을 것으로 전망하고, 머지않아 전 세계적으로 대가뭄과 폭염, 태풍 등의 자연재해의 규모가 더 증가하고 이에 따른 물 부족, 수질 오염, 홍수 피해 확산 등 물 관리는 점점 어렵게 될 것으로 판단하였다.

 

4차산업혁명시대의 국가 및 국민 수자원으로서의 역할을 해내기 위해서는, 시설 위주의 정책인 SOC 개념의 관리 수준에서 국민생활 복지서비스를 위한 동적인 인프라 개념의 운영수준을 끌어올리는 물 흐름간 초연결 체제구축(유역으로부터 개인 수도꼭지까지, 각종 수자원시설 등)을 통하여 수자원분야의 지능 정보화가 실현되어야 한다(2017, 김성준).

 

스마트워터 그리드 가 답이다


 

'스마트 워터 그리드'는 효율성이 낮고 자원의 재이용과 다양한 수원을 이용하기 어려운 기존 물 관리 시스템에 ICT/IoT기술을 도입하여 수자원관리, 물 공급, 물이용 등의 정보화와 지능화를 이루기 위한 기술이다. 여기서 스마트가 갖는 의미는 측정, 모니터링, 모델링, 운영관리에 있어 실시간 데이터를 취합한 후 과거 자료와의 비교를 통해 지능적으로 실제 자료를 분석하여 의사결정과정을 가시화하여 보여주는 시스템이다.

 

'스마트 워터 그리드'는 일반적으로 물에 관한 모든 변화를 실시간으로 계측하고 통신망을 통한 계량정보를 제공함으로써 사용자가 물 사용을 적정하게 제어할 수 있는 기능과 역할의 확장을 의미하며, 이를 통해 기존 물 관리 시스템이 가지는 단점과 물 부족, 기후변화에 취약한 점을 보완하여 현재보다 깨끗한 물과 지속가능한 물관리를 실현하기 위한 에너지의 사용을 효율화 하는 것이다.

 

<그림1> 스마트워터그리드 개념(최계운, 2013)


 

'스마트 워터 그리드' 기술은 물 부족 지역에 있는 지하수, 우수, 해수 등 한정된 수자원을 이용하여 가장 경제적인 수처리를 함으로써 활용목적에 맞는 수자원을 확보하고, ICT를 활용하여 실시간으로 물 수요를 분석·예측해 물관리를 효율적으로 하는 토털 물관리시스템이다.

 

물 부족에 효과적으로 대응하기 위해서 지역 수자원관리 실무자가 수자원 상태를 상시적으로 파악하여 물 부족을 사전에 감지하고 전파하여 피해를 예방하고, 다중 수원을 최적 활용하여 물 부족 피해를 저감하며, 대상 지역을 물 부족 피해로부터 신속히 회복시켜 지역의 안정적인 수자원 확보와 수자원 이용의 효율성을 향상시키는 '스마트 워터 그리드'의 실현이 우리나라에 필요한 실정이며, 수도 설비에 ICT기술을 접목한 센서를 설치하여 용수 사용량 정보와 누수 발생경보를 사용자들에게 실시간으로 제공함으로써 용수 절약 의식 고취와 수요관리에 참여를 유도시켜야 한다(2017, 최병만).


참고문헌


강민구, 박성제(2012), 미래 수자원 전망을 고려한 '스마트 워터 그리드' 도입 방안, 한국수자원학회, pp. 785~789.

김성준 외 2(2017), 4차 산업혁명시대의국내수자원 지식화전략, Water for Future, vol.50, no9, pp. 48~55

김형수(2011), 미래 지능형 '스마트 워터 그리드', 한국수자원학회지, 44, 8, pp. 10~13.

박재영(2017), [MyWater] 빅데이터 기반의 국내 대표 물 포털, Water for Future, vol.50, no.30, pp. 82~87

서울특별시(2017), 서울시, 국내 최초로 물 순환 지수 도입해 도시 물 관리 새지평 연다, 보도자료

스마트워터그리드 연구단(2013), Smart Water Grid

이상호(2015), 글로벌 경쟁, 스마트 물 서비스, Journal of Water Policy & Economy, 24, pp. 5~14.

최계운(2013), Research on Smart Water Grid

최병만(2017), 4차 산업혁명과 스마트 물 관리, SWG특별기고문

최영준(2015), 서울의 물 관리 정책, 서울정책아카이브

한겨레(2009), 서울 인구밀도 뉴욕8&#8231;도쿄3, 보도자료

한국수자원학회(2017), 4차 산업혁명에 대비한 물 관리 선진화방안 연구


 ※ 이 보고서는 싱크탱크 미래의 공식 입장과 다를 수 있습니다.