김동욱 박사 정책제언

“물관리체계 구축해 스마트워터그리드 기술 적용 필요”
 (Smart Water Grid)

ICT 활용 물관리 운영 시스템 효율화…정보의 현장성 상시 유지 가능
환경부, 하수도관리에 스마트워터그리드 기술 도입 시범사업 추진해야
 

스마트워터와 스마트워터시티

K-water(한국수자원공사)에 따르면 스마트워터(Smart Water)란 “‘인체에 건강한 물공급’ 패러다임을 적용한 수요자 중심의 물관리 모델로서, 미네랄이 균형 있게 포함된 인체에 건강한 물을 생산하고, 정보통신기술(ICT) 기반의 과학적 수량·수질 관리로 수돗물 공급 안정성과 효율성 강화 및 대국민 공급과정 수질정보 제공을 통해 수돗물에 대한 신뢰도 향상을 위한 K-water의 스마트 물관리 모델”이다. 스마트워터는 좁게는 취·정수시설을 관리하는 ICT 기반의 과학적 수량·수질 관리 기술이라고 할 수 있다.

스마트워터시티(Smart Water City, SWC)란 “취수원에서 수도꼭지까지 수돗물 공급 전 과정에 ICT를 접목하여, 수량과 수질의 과학적 관리로 깨끗하고 안전한 수돗물을 공급하는 물관리체계를 가진 도시”를 말한다.

스마트워터그리드

스마트워터그리드(Smart Water Grid, SWG)는 “물부족 지역에 있는 지하수, 우수, 해수 등 한정된 수자원을 이용하여 수자원 간 조합, 수질 개선 등 가장 경제적인 수처리를 함으로써 활용목적에 맞는 수자원을 확보하고, 정보통신기술을 활용하여 실시간으로 물수요를 분석·예측하여 물관리를 효율적으로 하는 토털(total) 물관리 시스템”을 말한다.

2014년 11월 24일 발표된 한국스마트워터그리드학회의 「설립취지문」에 따르면 “본 학회에서 추진·발굴·연구·완성코자 하는 스마트워터그리드 기술은 그간 축적된 물관리 기술과 선진화된 IT 기술을 접목한 차세대 물관리 기술이다. 이는 댐·하천·상수도·하수도 등 수자원시설 간 과학적 연계운영을 통해 홍수, 가뭄 등 물문제에 효과적으로 대응할 수 있는 첨단기술로 우리의 물관리 능력을 한 단계 높여줄 것이다.

아울러 스마트워터그리드는 물문제를 겪고 있는 모든 나라가 관심을 갖는 핵심 물관리 기술로, 이 기술을 통해 우리는 물산업을 미래 녹색성장을 견인하고 창조경제를 이끌어갈 성장 동력으로 육성할 수 있을 것이다. 이에 한국스마트워터그리드학회는 미래지향적인 물산업의 개발을 위하여 ‘Smart’와 ‘Water’와 ‘Grid’를 함께 연구하고자 한다”라고 기술되어 있다.

또한 스마트워터그리드연구단은 2012년 7월 인사말을 통해 스마트워터그리드란 “첨단 정보통신기술(ICT)을 이용한 고효율의 차세대 물관리 인프라 시스템”이라고 말했다([그림 1] 참조).

스마트워터시티나 스마트워터그리드에 대한 연구는 우리나라 물문제 분석이 선행되어야 한다. 스마트워터그리드의 핵심 전제는 ‘물부족 지역의 한정된 수자원’을 ‘연계운영’을 통해 기존 수자원의 사용 효율을 극대화한다는 것이다.

여기에는 스마트한 상수도 공급, 스마트한 하수처리, 수자원 간 스마트한 연계운영이 포함된다. 스마트워터그리드의 기본은 정보통신기술을 활용하여 기존의 물관리 운영 시스템을 효율화하는 기술이라고 할 수 있다.

스마트워터그리드의 문제점은 물관리에 대해 정보통신기술과 컴퓨터기술만을 기반으로 하고 있다는 것이다. 다시 말하면 정보통신기술과 컴퓨터기술에 의한 물관리의 전제가 되는 수자원 네트워크의 구축, 즉 수로 등 수자원 사이트 간 연결망의 구성 문제 등이 해결되어야 한다.

스마트워터그리드 기술은 우리나라와 같이 도수로, 저수시설 등의 건설에 의한 수자원 네트워크의 구축이나 산간 지역의 중·소규모의 저수시설 설치와 같은 현실적인 기반이 없으면 사용할 수 없는 기술이라고 할 수 있다.

전국 수자원 네트워크의 구축

스마트워터그리드의 전제 조건은 전국에 있는 수자원을 가능한 범위까지 수로, 저수시설 등을 건설하여 네트워크로 연결하는 것이다. 이러한 네트워크가 없다면 스마트워터그리드는 의미가 없다. 예를 들어 낙동강 유역의 강우량이 적고 한강 유역의 강우량이 많아 충주호의 수문을 개방해야 할 때, 충주호와 낙동강을 연결하는 도수로가 건설되어 있을 경우 충주호의 물을 낙동강으로 방류하여 한강 유역의 홍수를 방지할 뿐만 아니라 낙동강 유역에 부족한 물을 공급하여 물관리 효율을 극대화할 수 있다. 이 경우 스마트워터그리드는 그 빛을 발할 수 있다. 그러나 충주호와 낙동강을 잇는 수로가 없을 경우에는 스마트워터그리드가 무용지물이 된다.

전국 수자원 네트워크의 구축은 유역 내와 유역 간으로 구분하여 생각할 수 있다. 예를 들어 한강 유역의 경우, 다수의 댐과 저수지, 지표수체가 있다. 충주댐 하류의 물은 수도권은 물론 안성, 천안까지 인공수로를 통해 물을 공급하고 있다. 그리고 팔당호의 물은 수계를 달리하는 의정부시, 파주시 등에 도수관을 통해 상수원수를 공급하고 있다. 아직까지 실현되지는 않았지만 충주호에서 낙동강으로 연결되는 도수로의 건설이 지금까지 많이 거론되어 왔다.

금강 상류 용담댐의 물은 도수로를 통해 전주시 등에 공급되고 있다. 이와 같이 유역 내와 유역 간 수자원 공유를 위한 네트워크의 구축은 스마트워터그리드 기술의 실현에 필수 전제가 된다.

스마트워터그리드의 전제

스마트워터그리드의 전제는 전국적인 물관리체계의 구축이다. 주요 구성요소로는 하천, 호소, 지하수 등 수자원, 수질 및 수량, 물 용도, 생활하수, 산업폐수, 축산폐수 등 점오염원과 비점오염원 및 오염물질 배출량, 하천, 호소 등 수체(water body) 자정용량 등에 대한 조사 정보들이 있다. 이러한 조사는 정기적으로 반복되어 정보의 현장성을 항상 유지해야 한다.

하천, 호소 등 수자원을 조사하는 이유는 수자원의 대체사용을 위한 것이다. 예를 들어 단순하게 A와 B, 2개의 수원(water source)이 있을 경우를 보자. 일시적으로 A의 수량이 필요량보다 많고 B의 수량이 필요량보다 적을 경우, B에서 부족한 만큼 A에서 취수하면 되고, 일시적으로 반대의 현상이 일어나면 반대로 취수하면 된다. 그리고 이와 같이 수자원을 대체 사용하기 위해서는 수자원 간 또는 수자원과 사용지점 간 도수로 등에 의해 수자원 네트워크가 구축되어 있어야 한다.

수질 및 수량 정보는 수질 및 수량 대체 사용을 위해 반드시 필요한 정보이다. 수량이 충분한 곳에서 수량이 부족한 곳으로 물을 공급하고, 수질이 나쁜물 대신 수질이 좋은 물을 공급하기 위해서는 활용 가능한 모든 종류의 수자원의 수량과 수질에 대한 정보가 항시 입력되어 있어야 한다.

생활하수, 산업폐수, 축산폐수 등 점오염원과 비점오염원에서 배출되는 물의 양과 오염물질의 양은 수질과 수량에 절대적인 영향을 미치는 경우가 많으므로 이들에 대한 정보도 실시간으로 입력되어 있어야 한다. 하천, 호소, 지하수 등 수체의 자정능력에 대한 정보도 필요하다. 점오염원과 비점오염원에서 배출되는 수질오염물질이 하천, 호소 등에 유입되면 하천의 자정능력 범위 내의 오염물질량은 정화되지만 자정능력의 범위를 초과하는 오염물질량은 하천 등의 수질을 오염시키기 때문이다.

가능한 부문부터 기술 적용 필요

이와 같이 스마트워터그리드 기술의 사용은 그 전제가 충족되었을 때만 적용이 가능하다. 수자원 네트워크가 구축되어 있지 않으면 수자원의 대체사용이 불가능하다. 수질과 수량 정보가 없는데 활용 가능한 물이 어디에 있는지 알 수 없다. 점오염원과 비점오염원의 수질과 수량을 모르고 하천, 호소 등 유입수역의 유량과 수질, 자정능력을 모르면 스마트워터그리드 기술을 적용할 수 없다. 스마트워터 기술의 적용을 위한 이러한 전제들은 우리나라 수량·수질 정책과제의 전부라고 할 수 있다.

스마트워터그리드 기술은 행정의 일반원칙인 가능한 부문부터 적용되어야 한다. 다시 말하면 스마트워터그리드 기술은 그 전제가 성립된 부분부터 적용할 수밖에 없다는 것을 뜻한다. 이러한 이유로 상수도체제에 적용되고 있는 스마트워터그리드 기술의 좋은 예가 스마트워터시티이다. 현재 시험 중인 스마트워터시티는 중·소도시에는 적용이 가능한 경우가 있을지 몰라도 대도시에 대한 적용은 기술적·경제적인 면에서 그 가능성을 분석하여 적용범위를 결정해야 할 것이다.

하수도의 경우에는 하수의 발생, 수집 및 처리와 유입수역의 수질 및 수량에 대한 영향에 스마트워터그리드 기술을 적용할 수 있다. 이 경우 제1단계 스마트워터그리드 기술의 적용 대상을 하수의 발생, 분류식 하수관거의 누출, 합류식 하수관거의 월류수로 할 수 있다.

스마트워터그리드 추진체제

스마트워터그리드의 주된 대상은 상수도 관리, 하수도 관리, 하천, 호소 등 수체의 수질과 수량 관리, 물용도 관리, 점오염원과 비점오염원 관리, 하천 등의 자정용량 관리 등이다. 이들 중 댐이나 저수지 등 신규 수자원의 개발이 없다고 가정할 때, 다시 말해 현재 상태에서 스마트워터그리드의 기반 구축을 위한 업무는 모두 환경부 소관사항이다.

환경부는 먼저 시범사업으로 하수도 관리에 스마트워터그리드 기술의 도입을 추진해볼 필요가 있다. 우리나라 대부분의 경우 생활하수가 하천오염의 주요 원인이기 때문에 도시하수도의 효과적인 관리는 시급하고 중요한 과제다. 단순하게는 수용 하천의 수질관리를 위해 하수처리장 방류수의 수질 및 방류량과 수용하천의 유량과 수질변화에 스마트워터그리드 기술을 적용하면 수용하천의 수질환경기준을 충족하는 방류수 수질기준의 최적해(optimal solution)를 구할 수 있다.

스마트워터그리드 기술의 적용은 기반 구축이 전제가 된다. 스마트워터그리드 기술의 개발과 하수도시설 등의 기반 구축은 별개의 문제이다. 예를 들어 스마트워터그리드 기술로 신규 댐을 건설하는 것은 아니다. 기존 댐이나 저수지, 취수장 등도 수로 등에 의해 서로 연결되어 있어야만 스마트워터그리드 기술의 적용이 가능하고, 관리의 효과성과 효율성을 높일 수 있다. 

[『워터저널』 2017년 12월호에 게재]