국내 수자원 물류현황 : 스마트 워터 그리드 (Smart Water Grid)

■ 스마트 워터 그리드 필요성

우리나라의 강수 특징은 연 강수량의 절반 이상이 여름철에 집중된다는 것이다. 이는 여름에 수자원 유출량이 집중되어 수요와 공급이 안정적으로 이뤄질 수 없는 시간적 불균형을 발생시킨다. 게다가, 현재는 지구온난화로 인한 기후변화로 강수량의 지역적 불균형까지 발생하고 있다.
	실제로, 그림1에서 볼 수 있듯이 2022년에 중부지역은 평년 강수량보다 많거나 비슷한 양의 비가 내렸지만, 남부지방은 평년보다 적은 비가 내렸다. 특히 광주의 경우 1973년 이후 최악의 가뭄이라고 보고되었다. 광주의 주 식수원인 동복댐의 2021년 10월 저수율은 68% 정도였던 것에 반해 2022년 11월의 저수율은 30.4%로 절반에 미치지 못하였다. 이에 대응하기 위해 광주∙전남 지방자치단체는 용수 확보와 물 절약 홍보를 실시하겠다고 밝혔다.

부족한 수자원에 대한 대응으로 물 절약 실천은 가장 기본적일 것이다. 그러나, 기후변화는 막을 수 없고 물 절약을 통한 대응에는 한계는 존재한다. 부족한 수자원에 대해서 고도의 기술을 기반으로 하는 과학적 접근 및 대응이 필요하다. 현재까지 개발된 수자원 확보 기술 중 대표적인 것은 해수담수화와 스마트 워터 그리드 2가지이다.
	해수 담수화는 바닷물을 담수화하는 것으로 전체 수자원 중 해수가 차지하는 비율이 97%라는 것을 고려하면, 물 부족 문제는 대부분 해결할 수 있을 것이라는 명확한 장점을 가지는 동시에 고에너지 사용, 농축수로 인한 환경오염 우려, 수자원 불균형 극복 불가 등의 단점 역시 존재한다. 특히, 수자원의 시간적, 지역적 불균형이 심한 우리나라의 경우 스마트 워터 그리드를 통한 불균형 완화는 필요할 것으로 판단된다.

■ 수자원 물류 : 스마트 워터 그리드

스마트 워터 그리드의 정의는 물 부족 지역에 있는 지하수, 우수, 해수 등 한정된 수자원을 이용해 수자원 간 조합, 수질 개선 등 가장 경제적인 수처리를 함으로써 활용목적에 맞는 수자원을 확보하고, 정보통신기술을 활용해 실시간으로 물 수요를 분석∙예측하여 물관리를 효율적으로 하는 토탈 물관리 시스템이다. 이는 기존 수자원 관리 시스템에 첨단 정보통신 기술(ICT)을 결합한 것으로 기존 물관리 시스템의 한계를 뛰어넘을 수 있는 기술로 주목받고 있다.
	스마트 워터 그리드는 실시간으로 수질, 수량, 오염원, 수요, 공급 등의 데이터를 얻을 수 있다. 취합한 데이터를 이용해 취수원에서 수도꼭지까지 공급의 모든 과정에 수질 정보 제공으로 소비자의 신뢰성 확보, 용수 생산 및 소비 정보를 동시에 감시하며 용수관리 및 에너지 효율 최적화, 수로를 통해 물의 이동 중에 발생하는 누수 방지 등으로 이용할 수 있다. 궁극적으로는 시간별, 지역별 수자원 공급과 수요 분석을 통해 넘치는 지역 및 시간에서 부족한 곳으로 물을 이동 및 저장하면서 효과적인 수자원 확보가 가능하며 지역별, 시간별 수자원 불균형을 완화할 수 있다.
	 스마트 워터 그리드를 이뤄내기 위해서는 모든 수자원을 실시간으로 확인할 수 있는 모니터링 기술, 모니터링을 통해 나온 데이터를 저장 및 해석, 의사결정을 지원할 수 있는 ICT 기반의 통합 관리 기술 및 네트워크 구축, 각 지역으로 물을 이동시킬 수 있는 수로, 저수 시설 등의 연결망 구축과 수자원 배분, 관리, 수송을 물리적으로 관리할 수 있는 관리 기술 등의 다양한 기술이 복합적으로 필요하다. 이를 현재 기술적인 측면과 인프라 및 네트워크 구축상태로 봤을 때, 도입은 불가능하다. 이에 대한 대안으로 중소도시 규모의 스마트 워터 그리드를 도입하는 스마트 워터 시티 형성을 앞선 목표로 잡을 수 있다.

■ 스마트 워터 시티 사례

스마트 워터 시티는 취수원에서 수도꼭지까지 ICT를 접목하여 수량과 수질을 과학적으로 관리 및 수돗물의 정보를 공개함으로써 소비자의 신뢰성 확보와 건강한 물 공급 체계 구현을 목적으로 한다. 우리나라는 2014년 파주에서 스마트 워터 시티 시범사업을 시작으로 2016년 부산시, 화성시(송산), 2017년 세종시 등으로 확대 적용 중이다.
	이 중에서, 시(市) 전체를 대상으로 한 최초의 시범사업이자, 유일하게 사업이 종료가 된 파주시의 스마트 워터 시티를 자세하게 살펴보고자 한다. 파주의 스마트 워터 시티는 2014년 9월부터 2016년 12월까지 총 3단계를 거쳐 진행하였고 단계별 추진 지역은 아래의 그림2와 같다. 파주시 스마트 워터 시티 사업의 목표는 크게 인체에 건강한 수돗물 생산, 공급망 내 수량과 수질 관리 강화 그리고 수돗물의 신뢰성 향상 및 음용률 증가이다. 이 3가지 목표를 이루기 위한 세부 목표를 포함한 내용은 표1에 정리되어 있다.

파주시 스마트 워터 시티 사업 목표 달성 결과를 살펴보면, 첫 번째 건강한 수돗물 생산은 아래 두 개의 목표 대비 장기적인 목표이다. 최적화는 인프라 구축, 기기 설치 등 다양한 것이 이루어진 후에 할 수 있으며, 미네랄 함유 기술 개발은 사업 기간 내에 불가능할 것으로 예측되었고 실제로 뚜렷한 결과물을 보이지는 못하였다.
두 번째, 공급망 내 수량과 수질 관리 목표를 달성하기 위해서, 수량과 수질 관리를 나누어 살펴볼 수 있다. 수량 관리는 유수율이 저조한 지역에 누수 감지 센서 500대를 설치하면서 유수율이 13.38% 향상했으며, 1,111m3/day의 누수 저감을 달성하였다.  수질 관리는 가장 기본이 되는 수질 모니터링을 위해 5개소의 배수지와 9개소 관로에 잔류염소, 탁도, pH, 전기전도도, 온도를 측정할 수 있는 수질계측기와 수질 감시 시스템을 확대 설치하였다. 계측기와 수질 감시 시스템으로부터 얻은 정보는 수질 전광판과 음수대에 등을 통해서 소비자들에게 수질에 대한 정보를 제공, 신뢰성을 향상했다. 그리고 사업 이전에 존재하던 관로 속 오염물질을 제거하기 위해서 총 17개소에 공기주입 세척, swabbing pig 세척, 무방류 고 유속 세척 등의 세척 공법을 도입하여 실행하였다. 결과적으로 관로의 침전물을 단위 길이당 7.1~2985.1mg/m 제거, 물속 부유 입자 27~88.7% 감소, 수중 탁도 유발 성분 6.7~92.3% 감소시켰다. 추가로, 7개소에 자동 드레인을 설치하여 잔류염소의 농도 변화, 탁도 변화 등의 수질 이상 발생 시, 자동으로 방류하는 시스템을 구축하여 안정성을 확보하였고, 5개소의 배수지에 재 염소 설비를 설치하여 잔류 염소의 농도 편차를 줄이고 균등화를 이뤄냈다. 이 모든 과정을 스마트 워터 시티 구축 가이드북을 발간하여 수용가 시설의 관리기준을 수립도 할 수 있었다.
마지막 수돗물의 신뢰성 향상 및 음용률 증가라는 목표를 이루기 위해서 수돗물 음용 캠페인을 통한 시민 참여형 홍보, 수도꼭지에 수질을 확인시켜주는 앱 개발 및 보급, 아파트 내 저수조의 수질 정보를 홈 네트워크와 연결하여 제공, 옥내 배관 진단 및 세척하는 서비스 제공 등의 노력을 통해 시민들이 이전에 가지고 있던 수돗물에 대한 막연한 불안감을 감소시켰다. 불안감이 감소하자 수돗물 음용률은 1%에서 36.3%로 증가하였고 파주시 스마트 워터 시티 사업이 종료한 후에도 음용률 20% 정도를 유지하고 있다. 

■ 시사점

스마트 워터 그리드를 진행하고 있는 국외 사례를 살펴보면 호주의 경우 해안지역과 내륙지역의 수자원 불균형을 해결하기 위해 2008년부터 남한의 17배 면적을 지니는 퀸즈랜드주에 SEQ(South East Queensland) water grid를 진행하였다. 약 10조 원의 투자를 통해 그림 3과 같이 535km를 잇는 네트워크를 구축하였다. 미국은 중부지역과 서부지역의 수자원 불균형을 해결하기 위해서 2009년부터 홍수 사고가 발생하는 미시시피강, 미주리강 등과 가뭄 문제가 심각한 콜로라도강, 일부 서부지역을 잇는 National smart water grid를 진행하였다.

파주 스마트 워터 시스템은 대부분의 목표를 달성한 성공적인 사업이었다. 수량 및 수질 관리 능력이 향상되었고, 이를 통해 소비자들은 평균 89.7%의 만족도를 보였다. 그리고 이 사업을 토대로 부산, 송산, 세종 등에 적용되는 것을 보면, 파주 스마트 워터 시티 사업이 가지는 의의도 확인할 수 있다. 그러나, 새로운 네트워크 구축이나 인프라 구축에 대한 내용은 거의 없고 기존 인프라에 ICT 기술만 도입하여 물관리 기술에만 치중된 것을 확인할 수 있다. 이렇게 발전이 이루어진다면, 효율적인 수자원 관리는 가능하겠지만, 지역 간 수자원 불균형 문제는 해결할 수 없을 것이다. 때문에, 스마트 워터 시티 사업은 계속 진행하면서, 호주와 미국의 사례처럼 스마트 워터 시티끼리 이어주는 큰 범위의 인프라 구축 및 수자원 이동이 어려운 산간 지역 등에 스마트 워터 그리드 기술을 도입할 수 있도록 기술 개발 및 사업 진행이 병행되어야 할 것으로 판단된다. 

출처

[1] 이용빈, [ET시론] 최악의 가뭄, 해법은 ‘스마트 워터 그리드’, etnews, 29, 2022.12.14
[2] 구자용, 물관리에 지능을 부여하다 스마트 물관리, 서울워터, 제11호, 2019.07
[3] 2024 인천광역시 스마트 도시 계획 2020~2024, 인천광역시, 2020.01
[4] 박세환, 국내외 IP 분석 보고서 스마트 워터 그리드(SWG) 및 인공지능 물 관리 기술동향, KEITI, 2020.07
[5] 김동욱, “물관리체계 구축해 스마트워터그리드 기술 적용 필요”, water journal, 2017.12.05
[6] 이유경, 이승호, 한국 스마트워터시티의 효과성 평가 – 경기도 파주시 스마트워터시티 사업을 중심으로, J. Korea Water Resour. Assoc., 53, 813-826, 2020
[7] 김동환, 박경혜, 민경진, IT DBDGKQ을 통한 스마트 워터그리드 추진방안에 대한 연구, Digit. Policy, Regul. Gov., 11(7), 27-40, 2013
[8] [Green-up 30] Water Grid 지능화 기술 기획보고서, 광주과학기술원, 2011.06.22
[9] Beaulieu, R A, National smart water grid, OSTI.GOV, 2009.07.13