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J. Korean Soc. Hazard Mitig. > Volume 22(5); 2022 > Article
경제성을 고려한 빗물이용시설의 저류용량 설계 방안

Abstract

The use of rainwater harvesting facilities is increasing in accordance with national laws, institutional regulations, and administrative support from local governments in Korea. However, most of the plans for storage capacity of rainwater harvesting are characterized by institutional constraints and determined by the judgment of engineers. This study aimed to suggest a method for economically determining the storage capacity of rainwater harvesting. The study presented a mass balance equation that can evaluate rainwater reuse amount according to the size of rainwater harvesting, and then defined the cost and benefit factors for the installation and operation of rainwater harvesting. Net present value (NPV) and benefit–cost ratio (BCR) were used to analyze the economic effectiveness for each storage capacity of rainwater harvesting. The proposed method was applied to the rainwater harvesting in Cheongna District in Incheon, and the NPV was found appropriate for the evaluation of the economic effectiveness. According to the design report, for the rainwater harvesting planned to be 6,740 m3, the NPV was calculated to be −478 million KRW for a 30-year design life. Meanwhile, the optimal size considering economic effectiveness was 2,000 m3, and the NPV of the size was analyzed to be +1,738 million KRW. Therefore, economic analysis is suitable as an alternative to determine the appropriate size of rainwater harvesting.

요지

최근 우리나라에서는 국가 차원의 법⋅제도적인 규제와 지방자치단체의 행정적 지원에 따라 빗물이용시설의 활용이 증대되고 있다. 하지만 현재 계획되고 있는 빗물이용시설의 설치 규모는 대부분 제도적 제약과 기술자의 판단에 의해 결정되고 있다. 이 연구는 빗물이용시설의 저류용량을 경제적으로 결정할 수 있는 방안을 제시하는데 목적이 있다. 이를 위해 빗물이용시설의 규모에 따른 빗물이용량을 평가할 수 있는 물수지 식을 제시하였고, 빗물이용시설의 설치와 운영에 따른 비용과 편익 요소를 정의하였다. 그리고 빗물이용시설의 저류용량별 경제성 분석에는 순현재가치와 비용편익비율이 활용되었다. 제시한 분석 방법을 인천 청라지구의 빗물이용시설에 적용한 결과, 경제성 분석은 순현재가치로 평가하는 것이 적절하였다. 해당 빗물이용시설의 설계 시 산정된 규모는 6,740 m3이고, 30년 수명 연한에 대한 순현재가치는 -478백만 원으로 산정되었다. 반면에 경제성을 고려한 최적 규모는 2,000 m3이고, 해당 규모에 대한 순현재가치는 +1,738백만 원으로 분석되었다. 따라서 경제성 분석은 빗물이용시설의 적정 규모를 결정할 수 있는 대안이 될 수 있는 것으로 검토되었다.

1. 서 론

우리나라에서는 ‘물의 재이용 촉진 및 지원에 관한 법률’ 제8조 제1항과 ‘물의 재이용 촉진 및 지원에 관한 법률 시행령’ 제10조 및 ‘물의 재이용 촉진 및 지원에 관한 법률 시행규칙’ 제4조에 따라 특정한 규모 이상의 공동주택, 학교, 골프장 등의 시설에 대하여 빗물이용시설을 설치하도록 규정하고 있다(Kang et al., 2015). 또한, 서울, 부산, 인천, 세종, 수원 등 많은 지방자치단체에서는 지역별로 상이하긴 하지만, 빗물이용시설의 설치와 활용을 장려하는 정책 사업을 시행하고 있다(Seo, 2022). 예로서, ‘인천광역시 물의 재이용 촉진 및 지원에 관한 조례’와 인천시 상수도 사업본부에 의하면, 인천시에서는 빗물이용시설의 설치 및 이용 시 설치비를 전부 또는 일부 지원하고 있고, 수도 요금도 일부 감면해 주고 있다. 이와 같이, 우리나라에서는 빗물이용시설의 설치를 법⋅제도적으로 의무화하고, 사회적으로 지원함에 따라 빗물이용시설의 설치 사례는 해마다 증가하고 있다(Jin et al., 2020).
빗물이용시설을 계획함에 있어 가장 중요한 요소는 빗물이용시설의 규모이고, 이는 곧 저류용량에 해당된다. 빗물이용시설의 저류용량 산정에는 복잡성과 정교함의 정도에 따라 다양한 방법들이 활용될 수 있다(Islam et al., 2014). 대표적인 방법으로서, 빠른 분석이 가능하여 사전 설계 단계에서 사용될 수 있는 도식적(graphical) 또는 질량 곡선(mass curve) 방법, 유입량 및 잠재적 방류량 등과 저류용량의 관계를 결정하는 통계적 방법, 물수지 기반의 모의 방법 등이 있다(Jin et al., 2020).
빗물이용시설의 규모 결정에 관한 기준으로서 ‘물의 재이용 촉진 및 지원에 관한 법률 시행규칙’ 제4조에서 빗물이용시설의 설계용량을 지붕의 빗물 집수 면적에 0.05 m를 곱한 규모 이상의 용량으로 설계하도록 하고 있다. 이에 과거에는 해당 기준에 부합하도록 빗물이용시설의 규모를 단순 결정한 사례가 많다. 최근에는 빗물이용시설의 실제 활용적 측면을 고려해 물수지 식을 이용하여 빗물이용시설의 유⋅출입량을 분석하고, 목표한 빗물이용량을 달성할 수 있는 적정 규모를 결정하기도 한다. 하지만 빗물이용시설의 적정 규모에 대한 기준이 존재하지 않는 상황에서 결국 기술자의 판단에 의한 규모 결정이 대부분이다. 한편, 빗물이용시설은 설치에 공간적 제약을 받을 뿐만 아니라, 규모가 커질수록 상대적으로 빗물이용의 효율이 떨어진다. 이를 고려하여 이 연구는 빗물이용시설의 저류 규모별 경제성을 분석하여 보다 효과적으로 빗물이용시설을 계획할 수 있는 방안을 도출하기 위해 수행되었다.
빗물이용시설의 경제성을 평가한 연구 사례로서, Mun and Han (2009)Lee et al. (2012)는 유사하게 빗물이용시설의 설치비와 유지관리비를 비용으로 책정하고, 상수도 대체에 따른 사적 편익과 상수 생산 원가 절감 및 댐 관련 비용 절감의 사회적 편익을 고려하여 경제성을 평가하였다. Kim et al. (2014)에서는 도서 지역의 학교시설에 설치된 빗물이용시설의 경제성을 평가하였는데, 사회적 편익 요인으로 환경오염 요소의 절감에 따른 편익을 추가로 고려한 바 있다. 하지만 상기의 세 가지 연구들은 공통적으로 빗물이용시설의 용량을 결정한 후, 경제성을 사후에 평가한 사례이다. Kim et al. (2020)은 물수지 식을 이용하여 다수의 빗물이용시설에 대한 분석을 통해 상대적으로 경제성이 높은 빗물이용시설의 규모를 결정한 바 있다. 이때, Kim et al. (2020)의 연구는 경제성 분석의 편익 요소로서 조경용수 사용에 따른 상수도 대체 이외에 우수유출 저감, 폭염 저감, 미세먼지 저감 등의 사회적 편익을 고려하였다.
이 연구에서는 Kim et al. (2020)에서 수행한 연구와 유사하게 최적의 빗물이용시설 규모 결정을 위해 저류용량별 경제성을 분석하였다. 다만, 빗물이용시설의 경제성을 평가할 때, 상대적으로 평가가 모호한 사회적 편익은 제외하였다. 반면에, 많은 지방자치단체에서 빗물이용시설의 설치를 지원하고 있으므로 이를 고려하여 경제적 요소만을 대상으로 분석하였다. 즉, 이 연구의 목적은 빗물이용시설을 운영하는 사용자가 실질적으로 체감할 수 있는 비용/편익적 요소만을 고려하여 가장 경제적인 빗물이용시설의 규모를 결정하는 방법을 제시하는 것이다. 경제성 분석에는 순현재가치와 비용편익비율을 적용하여 빗물이용시설의 규모 결정에 적합한 경제성 분석 방법을 검토하였다. 이 연구에서는 상기의 경제성을 고려한 빗물이용시설의 규모 결정 절차를 인천시 청라지구에 계획된 빗물이용시설에 적용하여 적절성을 평가하였다.

2. 연구 방법

2.1 물수지 식을 이용한 빗물이용시설의 규모 산정 방법

2.1.1 빗물이용시설의 물수지 식

빗물이용시설의 운영에 필요한 저류용량은 빗물이용의 목표인 목표 공급량(target draft)과 빗물이용시설로 유입되는 유입량(inflow)을 고려하여 다양한 저류 규모에 대한 물수지 분석(mass balance analysis)을 통해 결정될 수 있다. 이때, 빗물이용시설의 적정 규모는 저류 규모별 빗물이용 가능량을 검토하여 결정된다. 이 연구에서는 빗물이용시설의 물수지 식 구성을 위해 Eq. (1)의 저수지 질량 보존식(reservoir mass balance equation)을 이용하였다(Mays and Tung, 1992).
(1)
STt+1=STt+PPt+QFtRtEVt
여기서, STtt시간 초(初)의 저수지 저류량, PPtt 시간 동안에 저수지의 표면에 내린 강우량, QFtt시간 동안에 발생된 저수지 유입량, Rtt시간 동안에 저수지로부터 유출되는 방류량, EVtt시간 동안에 저수지의 표면에서 발생하는 증발량을 의미한다.
빗물이용시설은 저류지와 달리 밀폐되어 있기 때문에 표면에 직접 강우가 내리거나 증발이 발생되지 않는다. 따라서 Eq. (1)에서 PPtEVt는 무시될 수 있다. 반면에 빗물이용시설은 빗물이용(공급)을 포함하므로 방류량( Rt)의 성분을 공급량과 빗물이용시설의 저류 공간을 초과하여 발생되는 무효 방류량으로 구분할 필요가 있다. Eq. (2)는 저수지 질량 보존식을 변형하여 구성한 빗물이용시설의 물수지 식을 나타낸다.
(2)
STt+1=STt+QFtRt=STt+QFt(Yt+REX,t)
여기서, Ytt시간 동안에 빗물이용시설로부터 공급된 수량(공급량)이고, REX,t는 무효 방류량이다. 한편, 이 연구에서는 빗물이용시설에 대한 분석 시간( t)의 단위를 일(日)로 하였다.

2.1.2 빗물이용시설의 공급 보장률

Eq. (2)에 제시된 빗물이용시설의 물수지 식을 이용하기 위해서는 빗물이용시설의 저류 규모에 대한 설정이 필요하다. 즉, 설정된 빗물이용시설의 저류 규모에 기반하여 유입량과 목표 공급량을 고려하여 물수지 식을 통해 기간별 공급량과 무효 방류량 및 저류량을 결정할 수 있다. 따라서 다양한 저류 규모에 대한 분석이 반복적으로 수행되어야 하고, 이에 따라 각각의 저류 규모에 대한 공급 보장률(reliability)이 결정된다. 이때, 공급 보장률은 전체 기간 중 목표한 용수 공급이 수행된 비율을 나타내는데(KICT, 2004), 이는 빗물이용시설의 적정 규모 결정에 지표로서 활용되기도 한다. 이에 이 연구에서는 기간에 대한 공급 보장률을 Eq. (3)과 같이 빗물이용시설을 이용한 목표 공급 일(日) 수 대비 달성 일(日) 수의 비율로서 산정하였다.
(3)
Reliability=t=1NYt/t=1NTt
여기서, N은 전체 분석 기간을 나타내고, Tt 또는 Yt 는 모두 0 또는 1을 가지는 논리 변수(logical variable)이다. 구체적으로 Tt 는 해당 일에 빗물이용시설을 이용한 물 공급 계획이 존재하면, 1의 값을 가지고, 물 공급 계획이 없으면 0이 할당된다. 유사하게 Yt 는 빗물이용시설을 통해 해당 일의 목표 공급량을 만족하면 1, 그렇지 않으면 0을 가진다.

2.2 경제성을 고려한 빗물이용시설의 저류용량 계획

2.2.1 경제성 분석의 필요성

실제 빗물이용시설 계획 시, 공급 보장률은 기술자에 의해 판단되는 영역이다. 빗물이용시설의 저류용량이 커질수록 공급 보장률이 커지는 것은 자명하다. 다만, 저류용량과 공급 보장률의 관계가 Fig. 1과 같이 대수(log) 함수의 경향을 가지기 때문에 저류 규모가 커질수록 빗물이용의 효율은 떨어진다. 따라서 빗물이용시설의 저류 규모를 결정할 때, 경제성을 고려한 분석이 요구된다.
Fig. 1
Examples for Reliability Variation by Increasing Capacity of Rainwater Harvesting
kosham-2022-22-5-59gf1.jpg

2.2.2 경제성 분석 방법

경제성 분석은 사업의 실행을 위해 투입되는 비용(cost)과 사업을 통해 발생되는 편익(benefit)의 비교를 통해 경제적 측면의 사업 타당성을 확인하기 위해 실시하고(Mun et al., 2012), 분석 결과 투자 비용보다 기대 편익이 크면 경제적 타당성이 있는 것으로 평가한다(Seo, 2022). 비용과 편익을 이용한 대표적인 경제성 분석 방법에는 순현재가치(net present value, NPV), 비용편익비율(benefit-cost ratio, BCR), 내부수익률(internal rate of return, IRR) 등이 있으며, 이 연구에서는 순현재가치와 비용편익비율을 고려하였다.
순현재가치와 비용편익비율은 각각 Eqs. (4)와 (5)로 표현되는데(Leem, 2005), NPV가 양수이면 편익이 비용보다 큰 것을 의미하고, BCR이 1보다 큰 경우 경제적 타당성이 있는 것으로 판단할 수 있다.
(4)
NPV=t=1NBt(1+r)tt=1NCt(1+r)t
(5)
BCR=t=1NBt(1+r)t/t=1NCt(1+r)t
여기서, BtCt는 각각 기간 t동안의 편익과 비용이다. N은 전체 분석 기간이고, r은 할인율을 나타낸다. 참고로 할인율은 시간에 가격을 부과하는 것으로, 할인율이 높을수록 미래에 발생하는 편익의 현재가치는 낮아진다(Lee and Kim, 2015).

2.2.3 빗물이용시설의 비용과 편익 요소

빗물이용시설의 저류용량을 경제적으로 결정하기 위해서는 비용과 편익을 정량적으로 결정할 수 있어야 한다. 비용은 빗물이용시설의 운영에 필연적으로 발생하게 되는데, 이는 빗물이용시설의 설치비와 시설의 운영 및 유지관리에 필요한 인건비 및 경비, 펌프 시설 이용에 따른 전기 요금 등이 해당한다. 빗물이용시설의 편익은 기본적으로 상수도 사용을 빗물로 대체함에 따른 편익을 고려할 수 있다. 즉, 빗물 사용량에 해당하는 만큼 수도 요금이 절감되므로 이는 곧 편익이 된다. 한편, 우리나라의 주요 지방자치단체에서는 ‘물의 재이용 촉진 및 지원에 관한 조례’ 등을 두어 빗물이용시설의 설치비 지원과 수도 요금의 감면을 제공하고 있다. 이때 지방자치단체의 설치비 지원금과 수도 요금 감면액은 엄밀한 의미에서 편익보다는 비용 절감으로 판단하는 것이 적절하다. 하지만 경제성 분석에서는 일반적으로 비용과 편익의 양적(positive) 요소만을 고려하므로 이 연구에서는 절감된 비용을 편익으로 고려하였다.

2.3 경제성을 고려한 빗물이용시설의 규모 결정 절차

Fig. 2는 경제성을 고려한 빗물이용시설의 규모 결정 절차를 나타낸 그림이다. 우선, 유입량, 목표 공급량 등을 반영하여 다양한 저류 규모의 빗물이용시설에 대한 물수지 분석을 수행하고, 각각의 규모를 통해 달성되는 빗물이용 가능량을 산정한다. 그리고 각각의 저류 규모에 대하여 빗물이용시설의 수명 연한을 고려하여 예상되는 비용과 편익을 분석한다. 끝으로 비용-편익 분석을 통해 경제성이 가장 높은 빗물이용시설의 저류 규모를 최적의 저류용량으로 결정한다. 이때 비용-편익 분석은 순현재가치와 비용편익비율 등을 이용하여 수행하고, 적절한 분석 방법을 선택하여 최적 규모를 결정한다.
Fig. 2
Flowchart for Determination on Optimal Capacity of Rainwater Harvesting
kosham-2022-22-5-59gf2.jpg

3. 연구 결과

3.1 대상 지역과 빗물이용시설

경제성을 고려한 빗물이용시설의 저류용량 결정 방안에 대한 적절성을 검토하기 위해 적용 대상 지역과 시설을 선정하였다. 한국토지공사(Korea Land Corporation)는 인천 청라지구에 다수의 빗물이용시설을 계획한 바 있는데, 이 연구에서는 그 중 1공구에 계획된 시설에 대하여 제안한 방법을 적용하였고(Fig. 3(a)), 분석 결과를 설계 자료(Korea Land Corporation, 2007)와 비교 및 검토하였다.
Fig. 3
Study Area and Target Draft at Cheongna District in Incheon City (Jin et al., 2020)
kosham-2022-22-5-59gf3.jpg
Korea Land Corporation (2007)에서는 인천기상대의 10년(1995년~2004년)간 강우자료와 빗물이용시설로 유입되는 집수 구역(면적: 73.92 ha)을 구획하였고, SWMM을 이용하여 유역유출 연속모의를 통해 빗물이용시설의 일별 유입량을 산정하였다. 인천 청라지구 1공구에 계획된 빗물이용시설은 호소수 유지, 학교 및 공원의 화장실 세정, 도로 노면의 청소를 목적으로 계획되었고, 목표 공급량은 Fig. 3(b)와 같다. 이 연구에서는 상기의 조건으로 인천 청라지구 1공구에 계획된 빗물이용시설의 규모(Korea Land Corporation, 2007)와 동일 조건 하에서 경제성을 고려하였을 때 결정될 수 있는 빗물이용시설의 규모를 비교하였다.

3.2 저류용량별 물수지 분석

이 연구에서는 Eq. (1)의 물수지 식을 이용하여 빗물이용시설의 저류용량별 물수지 분석을 수행하였다. 물수지 분석에 사용된 빗물이용시설의 저류용량 규모는 996개로서, 50 m3~10,000 m3까지 10 m3의 단위로 구성되었다.
Fig. 4는 저류용량별 공급 보장률 산정 결과를 나타낸다. 공급 보장률은 빗물이용시설의 규모가 커질수록 증가되는 것으로 분석되었다. 그리고 저류용량 증가에 따른 공급 보장률의 상승 정도는 저류 규모가 커질수록 작아지는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 Fig. 1에서 제시한 기존 연구들과 동일한 특성을 나타내고 있는데, 이는 저류용량이 커질수록 빗물이용의 효율이 작아지는 효과가 반영되어 나타난 결과이다.
Fig. 4
Storage Capacity - Reliability Relationship
kosham-2022-22-5-59gf4.jpg

3.3 저류용량별 경제성 분석

3.3.1 비용과 편익 분석

2.2.3절에서 기술한 바와 같이 빗물이용시설의 운영에 따른 비용은 설치비와 유지관리비이다. 이러한 빗물이용시설의 설치비 및 유지관리비는 설치 지역과 지역 환경, 운영 방법뿐만 아니라 재질, 구조 등에 따라 크게 달라지므로 해당 비용을 예상하는 것은 어렵다(Seo, 2022). 이 연구에서는 기존 연구들(Mun and Han, 2009; Lee et al., 2012; Kim et al., 2014)에서 분석에 활용한 사례를 검토하여 빗물이용시설의 설치비를 450,000 원/m3으로 하였고, 연간 소요되는 유지관리비를 설치비의 2%로 결정하였다(Table 1).
Table 1
Costs and Benefits of Installing and Operating Rainwater Harvesting Facility
Classification Category Contents Remark
Cost Installation charge Construction, equipment, etc 350,000~450,000 won/m3 Mun and Han (2009); Lee et al. (2012)
Maintenance expense (labor, electricity, etc) 2% of construction cost Mun and Han (2009); Lee et al. (2012); Kim et al. (2014)
Benefit Cost saving by replacing water supply with rainwater Water bill equivalent to the amount of rainwater reuse See Table 2
Subsidies for installation expense 10 million won Full or partial support in Incheon City
Exemption of water bill Exemption amount for water utility bill 10% of water utility bill Incheon City
Exemption amount for sewage fee 10% of sewage fee
Exemption amount for water use charge 10% of water use charge
빗물이용시설의 운영에 따른 편익은 상수도 사용을 빗물로 대체함에 따른 편익과 지방자치단체에서 지원하는 설치비 및 수도 요금의 감면 금액으로 설정하였다. 이 연구에서는 인천 청라지구를 대상으로 하므로 인천시의 수도 요금 산정 기준과 빗물이용시설의 이용에 따른 지원 정책을 고려하였다(Table 1). 이에 따라 편익은 3가지 요소로 구분되었고, 각각의 요소에 대한 편익은 다음과 같이 결정되었다.
첫째, 상수도 사용을 빗물로 대체함에 따른 편익을 결정하기 위해서는 인천시의 수도 요금 산정 기준이 필요하다. 인천시의 수도 요금은 상수도 요금, 하수도 요금, 물이용 부담금으로 세분화되고, 이 중 상수도 요금 및 하수도 요금은 사용한 수량에 따라 단가가 달라진다. Table 2는 예로서 인천시에서 월간 1,000 m3의 상수도를 이용하는 경우, 수도 요금을 책정한 사례를 나타낸다. 이 연구에서는 빗물이용시설을 이용하여 공급된 빗물 사용량을 상수도 요금 산정 기준에 적용하여 월별로 산정하였고, 전체 기간에 대한 편익을 분석하였다. 둘째, 인천시에서는 빗물이용시설의 설치 시, 설치비를 전액 또는 일부 지원하고 있다. 인천 청라지구의 1공구에 계획된 빗물이용시설은 상대적으로 대규모로서 전액 지원은 불가할 것으로 판단하였고, 타 지방자치단체의 지원 정도(부산시와 수원시는 최대 1,000만원 지원)를 고려하여 1,000만 원의 설치비 지원을 고려하였다. 셋째, 인천시는 빗물이용시설을 이용할 경우, 수도 요금으로 부과되는 상수도 요금, 하수도 요금, 물이용 부담금을 각 10%씩 감면해 주고 있다. 하지만 요금 감면액을 결정하기 위해서는 상수도 사용량이 결정되어야 하는데, 이를 정의할 수는 없다. 다만, 빗물이용시설을 이용하더라도 저류 규모에 따라 목표 공급량을 모두 공급할 수 없는 상황이 발생하기 때문에 이러한 경우에 빗물이용의 부족분에 대하여 상수도를 통해 공급하는 것으로 고려하여 수도 요금을 산정하였고, 감면 비율(10%)을 고려하여 편익으로 고려하였다.
Table 2
A Benefit Example of Water Bill by Rainwater Reuse of 1,000 m3 (Incheon City)
Classification Amount of usage (m3) Unit charge (won/m3) Calculation details
Water utility bill 1~300 870 300 m3 × 870 won/m3 = 261,000 won
More than 300 1,120 700 m3 × 1,120 won/m3 = 784,000 won
Sewage fee 1~50 490 50 m3 × 490 won/m3 = 24,500 won
51~100 510 50 m3 × 510 won/m3 = 25,500 won
101~300 1,010 200 m3 × 1,010 won/m3 = 202,000 won
301~500 1,100 200 m3 × 1,100 won/m3 = 220,000 won
501~1000 1,130 500 m3 × 1,130 won/m3 = 565,000 won
More than 1,000 1,160 -
Water use charge All range 170 1,000 m3 × 170 won/m3 = 170,000 won
Total 2,432,000 won

3.3.2 순현재가치와 비용편익비율 분석 결과

Fig. 4에 도출된 저류 규모별 빗물이용시설에 대하여 비용과 편익을 산정하여, 순현재가치와 비용편익비율을 분석하였다. Eqs. (4)와 (5)에 포함된 전체 분석 기간( N)은 내용 연수를 고려하여 결정하는 것이 합리적이다. 이 연구에서는 빗물이용시설의 내용 연수를 ‘지방공기업법 시행규칙 제19조 1항 1호’에 제시된 건축물 등의 내용 연수표를 참고하여 30년으로 설정하였다. 그리고 ‘예비 타당성조사 수행 총괄 지침’ 제52조에서 사회적 할인율( r)을 4.5%로 제시하고 있으므로 이를 적용하였다. Fig. 5는 30년 동안의 빗물이용시설 이용을 고려하여 분석한 저류용량별 비용과 편익에 관한 그래프이다. 저류 규모가 커짐에 따라 편익의 증가율은 감소하는 것으로 나타났고, 비용은 일정하게 증가하는 것을 확인할 수 있다.
Fig. 5
Benefit and Cost Curves by Storage Capacity
kosham-2022-22-5-59gf5.jpg
Fig. 6은 빗물이용시설의 저류용량별 순현재가치와 비용편익비율을 도시한 그림이다. Fig. 6(a)에서 순현재가치는 저류용량이 커짐에 따라 증가하였다가 특정 규모에서 정점을 보인 후, 그 이상의 저류 규모에서는 점진적으로 감소하는 형태를 보였다. Fig. 6(b)에 제시된 비용편익비율은 규모가 커짐에 따라 지속적으로 작아지는 형태로 나타났는데 특히, 저류용량이 작은 구간에서 가파르게 감소하였다. 두 가지의 경제성 분석 방법에 의한 결과를 비교할 때, 그래프에서 증가와 감소하는 구간이 존재하여 임계치 분석이 가능한 순현재가치를 통해 빗물이용시설의 적정 규모를 선택하는 것이 적절한 것으로 분석되었다.
Fig. 6
NPV and BCR by Storage Capacity
kosham-2022-22-5-59gf6.jpg
한편, 저류 규모가 커짐에 따라 비용편익비율이 지속적으로 감소하는 이유는 Fig. 5와 같이 저류 규모가 증가할 때 편익의 증가 폭은 감소하지만, 비용은 일정하게 증가하기 때문인 것으로 판단되었다. 예를 들어 100 m3의 저류 규모의 빗물이용시설의 비용은 약 90백만 원인 반면, 편익은 약 805백만 원으로 BCR이 8.9로 분석되었다. 저류 규모가 2배로 커지는 200 m3에서는 비용이 약 2배(약 181백만 원)로 커지는 반면, 편익은 약 957백만 원으로 1.2배 증가하였고, 이때 BCR은 5.3으로 분석되었다.

3.4 결과 고찰

3.3절에서 기술한 바와 같이 빗물이용시설의 계획에 적합한 경제성 분석 방법은 순현재가치이다. Table 3은 저류용량별 순현재가치를 표로 나타낸 것으로서, 빗물이용시설의 규모별 순현재가치는 저류용량이 커짐에 따라 증가하였다가 최대값 이후에 감소하는 것으로 분석되었다. 해당 분석을 통해 인천 청라지구의 1공구에 계획한 빗물이용시설을 30년간 이용할 경우, 발생 가능한 최대의 순현재가치는 1,738백만 원이고, 빗물이용시설의 규모는 2,000 m3인 것을 확인할 수 있다. 한편, Korea Land Corporation (2007)에서 계획한 빗물이용시설의 규모는 6,740 m3이고, 해당 규모의 순현재가치는 -478백만 원인 것으로 분석되었다. Fig. 7은 순현재가치가 최대인 규모의 빗물이용시설과 Korea Land Corporation (2007)에서 채택한 규모에 대하여 30년간 운영에 따른 누적 비용과 누적 편익을 도시한 그림이다.
Table 3
N PVs by S torage C apacity
Storage capacity (m3) NPV (Million won) Remark Storage capacity (m3) NPV (Million won) Remark
100 714 3,500 1,371
500 1,125 4,000 1,174
1,000 1,489 4,500 927
1,500 1,668 5,000 646
2,000 1,738 Maximum NPV 6,500 -308
2,500 1,666 6,740 -478 Design condition
3,000 1,535 7,000 -658
Fig. 7
Benefit and Cost Curves of Conditions with Maximum NPV and Design
kosham-2022-22-5-59gf7.jpg
Korea Land Corporation (2007)에서 계획한 빗물이용시설의 규모는 순현재가치가 최대인 조건에 비해 3배 이상 크다. 이는 적정 빗물이용시설의 규모를 결정할 기준이 없는 상태에서 가급적 많은 양의 빗물 이용을 계획하기 위함이었을 것으로 판단된다. 실제로 2,000 m3 규모의 빗물이용시설을 운용 시 공급 보장률은 42.8%인 반면, 실제 설계된 빗물이용시설의 공급 보장률은 65.9%이다. 하지만 비용-편익의 관점에서 검토했을 때, Fig. 6(a)와 같이 빗물이용시설이 커짐에 따라 경제적 효과가 급격히 증가 후 임계치 이후에 감소하므로 경제성 분석이 빗물이용시설의 적정 규모를 결정할 수 있는 대안이 될 수 있는 것으로 분석되었다.

4. 결 론

본 연구에서는 빗물이용시설의 규모를 경제적으로 결정하기 위한 방안을 제시하였다. 빗물이용시설은 저류용량에 따라 빗물이용 가능량이 달라지므로 이를 평가할 수 있는 물수지 식과 공급 보장률 산정 방법을 제시하였고, 빗물이용시설의 설치와 운영에 따른 비용과 편익 요소를 정의하였다. 이때 비용은 설치비와 유지관리비로 구성되고, 편익은 상수도 사용을 빗물로 대체함에 따른 편익과 지방자치단체에서 제공하는 빗물이용시설의 설치비 지원금 및 수도 요금의 감면액으로 설정되었다. 그리고 경제성 분석에는 순현재가치와 비용편익비율을 이용하여 분석한 후, 적절한 방법을 검토하였다.
연구에서 설정한 분석 방법을 인천 청라지구의 1공구에 계획된 빗물이용시설에 적용하였다. 그 결과, 빗물이용시설의 경제성 분석은 저류용량이 커짐에 따라 그래프의 증가와 감소 패턴이 존재하여 임계치 결정이 가능한 순현재가치가 적절한 것으로 판단되었다. 이 연구에서 제안한 경제성을 고려하여 분석된 최적 빗물이용시설의 저류용량은 2,000 m3이고, 해당 빗물이용시설의 30년간 운영에 따른 순현재가치는 1,738백만 원으로 산정되었다. 반면에, 실제 계획된 빗물이용시설의 저류용량은 6,740 m3인데, 해당 규모에 대한 순현재가치는 -478백만인 것으로 분석되었다.
과거 빗물이용시설은 경제적 편익이 크지 않아 다양한 사회적 편익을 고려한 해석 연구가 수행되었다. 하지만 해당 편익은 공공적인 의미의 편익으로서 빗물이용시설을 이용하는 사용자에게 직접적으로 제공되는 편익은 아니다. 이 연구는 최근의 사회적 지원 정책을 고려하여 빗물이용시설의 이용자가 실제 체감할 수 있는 편익을 고려하여 분석한 사례로서 의미가 있다.
이 연구에서는 인천 청라지구에 계획된 하나의 빗물이용시설에 대한 적용을 통해 결과를 도출하였다. 빗물이용시설은 활용 목적과 설치 위치에 따라 다양하게 계획될 수 있고, 지방자치단체마다 빗물이용시설에 대한 지원 정책이 상이하므로 다양한 결과가 도출될 수 있다. 따라서 이 연구에서 제안한 방법은 다양한 빗물이용시설에 적용하여 검증될 필요가 있다. 또한, 경제성을 고려한 빗물이용시설의 규모 결정에는 강우 특성, 집수 면적, 사회적 할인율과 같은 분석에 영향을 주는 여러 인자가 존재하므로 이에 관한 민감도 분석에 관한 연구도 요구된다.

감사의 글

본 결과물은 환경부의 한국환경사업기술원의 지능형 도시수자원 관리사업의 지원을 받아 연구되었습니다(201900295004).

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