1. 서 론
우리나라는 급속한 산업발전과 도시화로 인해 도시 광역화가 점점 심화됨으로써 불투수면적과 인구밀도가 급격히 증가하게 되었다. 도시화로 인한 인구집중과 불투수면 증가로 도시지역은 과거의 자연유역에 비해 물 순환계가 변화하게 되었으며, 불투수율이 높은 도시화된 토지는 강우 시 비점오염물질이 다량 포함된 강우유출수가 유출되어 지표수 및 지하수에 영향을 끼치게 된다. 결과적으로 홍수피해가 증가하고 수자원확보에 어려움을 겪고 있으며, 하천수질이 악화되고, 지하수 고갈 및 하천 건천화가 가중되고 있다.
이러한 도시화로 인한 물 순환 왜곡에 의해 발생되는 문제점 개선 및 지속적으로 수자원을 관리하기 위해 현재 국내외적으로 저영향개발(Low Impact Development, LID) 기법의 도시 물 순환 관리 방법을 도입하여 연구개발을 진행하고 있다(Chui et al., 2016; Mao et al., 2017; Eckart et al., 2018). 이러한 LID 기법은 자연 상태의 물 순환 체계와 유사하도록 빗물을 직접 유출시키지 않고 땅으로 침투⋅저류하도록 하여 기존 자연유역의 특성을 최대한 보존하는 방법이며, 하천을 포함한 자연 생태계와 생물자원의 유지가 가능한 빗물관리 기법이다.
LID 적용 기술 중에서 빗물이용시설은 용수공급대안으로 그 중요도가 증가하고 있으며, 용수공급능력 이외에도 도시 내에 각각의 소규모 배수구역에서 집수시설을 분산 설치하여 직접 유출되는 강우유출수를 줄이거나 재사용함으로써 수자원 관리에 효과적으로 적용될 수 있는 장점이 있다(Jennings et al., 2012; Keem et al., 2014). 도시의 기능을 그대로 유지하면서 자연 상태의 물 순환을 유지하기 위해서는 빗물이용시설의 적극적인 설치가 필요하다. 이렇듯 수자원 확보와 관리를 위한 방안으로써 빗물이용시설을 이용한다면 지속적이고 효율적으로 도시 수자원을 관리할 수 있을 것이란 평가를 받고 있다(Butler et al., 2010; Choi et al., 2011; Ward et al., 2012).
현재 국외의 빗물이용시설의 빗물 사용용도를 살펴보면, 우선 미국은 활발하게 빗물을 이용하고 있으며, 관개수로, 공원 조경용수, 분수, 아이스링크, 식수 등 공원 및 일반 건축물에 다양하게 빗물을 사용하고 특히 괌과 같은 섬 지역에서 빗물을 많이 이용하고 의존도 역시 큰 것으로 조사되었다. 독일의 경우 역시 빗물관리기반시설을 구축하여 도시의 홍수를 방지하고 지하수 함양을 위해 빗물이용시설을 설치⋅관리하는 등 적극적으로 빗물이용을 추진하고 있다. 호주에서는 건조한 내륙 지역에서 수년간 빗물이용시설을 설치하여 사용해왔으며, 기후변화로 인한 가뭄 심화로 빗물이용시설의 설치가 증가하고 있다. 또한 일본 역시 도시 내에서 식물재배, 소방용수, 건물 냉각수 등 다양하게 빗물을 사용하고 있는 것으로 조사되었다.
우리나라에서도 ｢물의 재이용 촉진 빛 지원에 관한 법률｣(이하, 물재이용법)이 개정된 2014년 이래로 빗물이용시설 설치수가 증가하고 있으며, 빗물이용시설은 ｢물재이용법｣에 의거하여 설치되는 시설로 현재 공동주택, 업무시설, 학교, 체육시설 등의 다양한 건축물에 설치되어 운영⋅활용되고 있다. 빗물이용시설에서 집수되는 빗물의 수요처별로 구분하면 대부분 화장실 세정수, 수목관수, 도로청소용수, 수경시설 등 다양한 수요처에 사용되고 있으며, 최근에는 빗물을 활용한 행사장 운영 및 화력발전소의 발전용수, 수족관 용수, 식수 등으로 사용되고 있어 빗물 사용에 대한 인식이 점점 확대되고 있는 것으로 나타났다.
이와 같이 물의 재이용에 대한 관심이 급증하면서 물의 재이용을 촉진하여 물 자원을 효율적으로 활용하고자 하는 움직임이 증가하고 있으며, 이에 따라 많은 관련 연구가 수행되었다(Palla et al., 2011; Palla et al., 2012; Campisano et al., 2017). Basinger et al. (2010)에서는 빗물이용시설의 신뢰도를 평가하는 모형을 소개하였다. Guo and Guo (2018)은 빗물이용시설의 물공급 신뢰도와 강우유출수 처리비 효율을 정량화하기 위해 확률모델을 제시하였으며, 확률모델을 이용하여 빗물이용시설의 크기를 조정하고 그 성능을 평가하고자 하였다(Sample and Liu, 2014). 이와 같이 다양한 모형들을 이용하여 빗물이용시설을 평가하고 있으며, 빗물이용시설의 용도와 용량, 설치 효율 등의 평가와 함께 빗물이용시설의 최적 설계 용량 결정 방안과 같은 연구가 활발히 수행되고 있다(Guo and Baetz, 2007; Su et al., 2009; Okoye et al., 2015).
우리나라 역시 빗물 이용에 관한 연구가 수행되고 있다. Choi et al. (2011)은 빗물이용시설의 설계에 관한 설명과 신뢰도를 평가하는 모형에 대해 상세히 설명하였으며, 이를 이용하여 신뢰도를 평가하고, 빗물이용시설 설치 시 강우유출수와 수돗물 사용의 연간 저감효율을 평가하였다. 또한 Keem et al. (2014)은 신뢰도 평가모형의 국내 적용성을 높이고자 국내에서 획득 가능한 자료를 토대로 모형의 매개변수를 산정하는 방법을 제시하였으며, 이를 통해 연평균 신뢰도 및 신뢰도의 계절성을 분석하였다. 이외에도 빗물이용과 관련된 장기유출 해석을 통해 빗물이용시설의 수문학적 평가가 수행되었다(Kim et al., 2008; Yoo et al., 2008). 빗물이용시설 도입에 따른 경제성 평가와 효율적인 활용을 위한 용량산정 방법 및 설계방안과 그에 대한 효과를 분석한 연구가 수행되었으며(Kim et al., 2014; Kang et al., 2015; Baek et al., 2018), Sim and Kim (2020)은 빗물이용시설의 유입과 손실을 고려한 확률모델을 유도하여 물 공급을 위한 신뢰도 및 수자원 관리를 위한 강우유출수 처리 효율을 정량화하였다. Lee and Jeong (2017)은 공동주택 빗물이용시설의 저장률 개념을 적용하여 합리적 규모산정 방안을 제시하였다.
하지만 기 시행중인 빗물이용시설 저장률 개념은 강우만을 이용하여 분석하기 때문에 물수요-공급 개념의 효율적 이용이 어느 정도 가능한지를 정량적으로 제시하기에 어려움이 존재한다. 따라서 빗물이용시설 효율적 이용을 살펴보기 위해 수문학적 물수지 분석을 통한 물수요 공급 시계열 분석 수행이 필요하다.
따라서 본 연구에서는 수문학적 물수지 분석을 통한 물수요-공급 시계열 분석을 수행하여 빗물이용률을 산정하였다. 물수지 분석 도구를 개발하였으며, 공동주택, 업무시설, 학교, 체육시설 등에 대한 일단위 물 수요량을 수요처별로 설정하고 일단위 물 수요량을 추정하고 전체 일단위 물수요의 75%를 고수요, 50%를 중수요, 25%를 저수요 시나리오로 설정하였다. 물 수요-공급 시계열 물수지 분석은 최근 10년 기간을 기준으로 분석을 수행하였으며, 빗물이용시설에 대한 물수지 분석은 각 시설의 수요 시나리오에 의한 공급충족률(필요수량 대비 빗물이용량), 빗물이용률(빗물이용시설용량 대비 빗물이용가능량), 빗물보장률(전체일수 대비 빗물이용일수)을 분석하였다. 이와 같은 방법을 통해 건축용도 및 수요처가 다른 다양한 빗물이용시설에 대한 빗물활용성을 확인하여 향후 대상시설의 저류조 용량 설치 계획 및 운영을 위한 지원도구가 될 것으로 판단된다.
2. 연구방법
2.1 연구대상 및 자료 수집
빗물이용시설은 현재 환경부에서 관리중이며, 본 연구는 2020년 환경부 하수도통계 자료 구축 현황을 바탕으로 연구를 수행하였다. Fig. 1은 현재 빗물이용시설이 설치되어 있는 위치를 나타낸 것이며, 그 중 건축물 용도를 기준으로 업무시설(상업시설), 학교, 체육시설(공원), 공동주택으로 나누어 각각 유형별 2개소씩 선정하여 총 8개의 빗물이용시설의 빗물활용성에 대해 분석하였다.
2.2 빗물활용성 평가 방법 개발
빗물이용시설 저장률 개념은 강우만을 이용하여 분석하기 때문에 물수요-공급 개념의 빗물이용시설의 효율적 이용이 어느 정도 가능한지를 정량적으로 제시하기에 어려움이 존재한다. 따라서 기존 분석방법의 한계를 보완하기 위해 본 연구에서는 수문학적 물수지 분석을 통한 물수요-공급 시계열 분석을 수행하였다. Fig. 2와 같이본 연구에서 새롭게 빗물이용시설 물수지 분석 excel 도구를 개발하였으며, 이를 통해 빗물이용시설 공급충족률(필요수량 대비 빗물이용량), 빗물보장률(전체일수 대비 빗물이용일수), 빗물이용시설 이용률(빗물이용시설용량 대비 빗물이용가능량)에 대해 분석을 수행하였다.
빗물이용시설 활용성에 대한 평가방법은 STEP 1. 시설 유형별 빗물 수요 시나리오 작성, STEP2. 빗물이용시설 물수지 분석 방법 개발(강우-유출-필요수량-이용가능량 연계), STEP3. 시나리오별 빗물이용시설 이용률 분석 기준 설계치별 공급충족률, 빗물보장률, 이용률 분석을 제시하였다(Fig. 3).
2.2.1 빗물이용시설 계획기준 적정성 평가 및 활용방안 제시
분석방법으로는 모든 케이스를 다 만들 수가 없기 때문에 General한 케이스로 (시나리오 기반) 고-중-저수요에 대한 실제 빗물이용시설의 빗물이용가능량 정량적 평가를 수행하였다. 또한 현행 ｢물재이용법｣ 상 집수 면적에 0.05미터를 곱한 규모 이상의 용량을 빗물 저류조로 규정한다. 따라서 집수면적에 곱한 값을 규모산정계수라 정의하고, 이 0.05의 타당성을 입증하기 위해 규모산정계수별(0.01-0.07) 빗물보장률을 분석하였다.
2.2.2 물수지 분석 모형 유도
빗물이용시설은 강우가 중요하게 작용하며, 비가 내려 시설로 유입되는 양에 따라 시설 유형별 수요 시나리오에 따른 물공급을 반영하는 것이 빗물이용시설 물수지를 모형화하는 데에 핵심사항이 될 것이다. 강수량은 R(mm/day)이며, 보정 강수량 Rc (mm/day)는 강수량 R에서 초기저류량 Sd (mm/day) 10 mm를 제외하여 구한다. 이때, 보정 강수량 Rc는 초기저류량 Sd보다 작으면 0이고 클 경우에만 강우에서 초기저류량 Sd를 빼주어 구할 수 있으며, 이를 나타내면 아래 식과 같다.
집수면인 지붕 등은 모두 불투수층으로 가정하여, 집수면 Ad (m2)으로부터 유출되는 강우 유출량 Q(m3/day)은 집수면 Ad에 내린 강우와 유출계수 C를 곱해주어 구할 수 있다. 여기서 유출계수는 시설 건축물 용도별(업무시설, 학교, 체육시설, 공동주택)로 각각 적용하였다(Eq. (5)).
빗물이용시설의 경우 비가 내리지 않는 경우인 강우 유출량 Q가 0일 때만 사용하며, 비가 내려 집수면으로부터 강우 유출이 발생하면 사용하지 않는 것으로 가정하였다. 필요수량 D(m3/day)의 경우 화장실, 수목관수, 도로청소, 수경시설 네 가지 항목으로 나누어 일평균 사용수량 DAd(m3/day)을 산정하였다(Eq. (6)). 시설 건축물 용도별, 수요 시나리오별로 적용 가능하며, 유형별로 다르게 적용하였다. 일별 사용수량은 수목관수량, 화장실 세정수량, 수경시설 설치수량, 도로노면 청소용수량을 각각 계산하여 합한 후 적용하였으며, Fig. 4와 같다.
저류조 Wc 에 남아있는 물 Lt (m3/day)은 전날 남은 물 Lt-1 (m3/day)에서 강우 유출량 Q을 더하고 필요수량 D를 빼주어 구할 수 있다. 이때, 최대 저류조 용량 Wc만큼만 남아있을 수 있다(Eq. (7)).
빗물이용량 U(m3/day)는 필요수량 D와 저류조에 남아있는 물 L에 의해 계산된다(Eq. (8)).
빗물이용률 A는 저류조 용량 Wc에 남아있는 물 L의 함수로 아래와 같이 나타낸다.
빗물이용일수 N은 빗물이용량 U가 0 이상일 경우 카운트되며, 전체일수 T는 보정 강수량 Rc가 0인 경우, 즉 비가 내린 날을 제외한 경우이다. 따라서 빗물이용시설 공급충족률-빗물보장률-이용률은 각각 아래 식과 같다(Eqs. (10)~(12)).
2.3 빗물이용시설 수요 시나리오 산정
빗물이용시설 수요 시나리오별 빗물이용률 평가방법은 빗물 이용 시설의 수량 사용계획 목표 기준 시나리오와 용도별 빗물사용량 산정 기준 설정(화장실 세정수, 수목관수량, 도로청수용수, 수경시설)을 제시되었다. 빗물이용시설의 수량 사용계획 목표 기준 시나리오는 고수요, 중수요, 저수요에 대한 목표기준이 다르게 제시되었다(Table 1).
Table 1
Target Scenario of Water Usage Plan for Rainwater Harvesting System
| High-demand | Middle-demand | Low-demand |
|---|---|---|
| 75% | 50% | 25% |
용도별 빗물사용량 산정 기준 설정은 화장실 세정수, 수목관수량, 도로청수용수, 수경시설에 대하여 제시하였다(Tables 2~3). 이때, 화장실 세정수량 결정에 학교의 경우 방학 기간은 제외하였으며, 업무시설의 경우 상근 인원 원단위(95.9인/천 m2)를 적용하였다. 또한 체육시설(공원)의 경우, 한계수용능력을 ‘법정면적×인/활용면적(1인당 활용면적 30-50 m2: 평균 40 m2)’으로, 이용객수를 ‘한계수용능력×서비스율(경영효율상 60-80%)’로 적용하였으며, 동절기는 제외하였다. 용도별 빗물사용량은 Table 4와 같이 평가방법을 설정하였다.
Table 2
Setting Criteria for Calculating Rainwater Usage for Toilet Water
Table 3
Establishment of Criteria for Calculating Rainwater Usage by Use
Table 4
Rainwater Usage Evaluation Method by Use
3. 분석 결과
빗물이용시설의 물수지 분석은 크게 세 가지로 구분하여 분석하였다.
시설 유형은 ‘업무시설, 학교(교육시설), 체육시설(공원), 공동주택’ 4가지 유형으로 설정하였으며, 일반적인 값을 적용하여 물수지 분석을 수행하였다. 다음으로 이 4가지 유형의 현재 운영되고 있는 빗물이용시설을 조사하여 실제용량과 기준용량에 따른 빗물활용률을 비교하였다. 실제용량과 기준용량에 따른 빗물활용률을 비교함으로써 현재 설치된 빗물이용시설 저류조의 용량이 기준에 맞게 잘 계획되었는지, 과소 계획되었는지 판단할 수 있다. 마지막으로 빗물이용시설 설계용량별 빗물활용률을 비교하여 규모산정계수의 합리적인 범위를 제시하였다.
3.1 시설 유형별 빗물활용성 분석
물수지 분석 도구를 이용하여 실제 빗물이용시설의 빗물이용률을 추정하기에 앞서 시설 유형별 수요 시나리오에 따른 빗물이용률 추정하였다. 시설 유형별 General한 값을 적용(집수면적, 저류조 용량 등)하여 고-중-저수요에 대한 빗물이용시설의 빗물이용가능량을 추정하였다. 서울 지점(108) 강우를 대표적 강우 지점으로 설정하여 최근 10년(2011-2020) 강우를 이용하여 분석을 수행하였으며, 분석에는 초기저류량 10 mm를 제외 후 분석하였다.
이때, 공공주택단지 및 일반 건축물에 적용하고 있는 빗물이용시설의 규모 산정은 ｢물재이용법｣에 근거하여 산정한다. 건축물 지붕면적에 대해 50 mm를 저장할 수 있거나, 대지면적에 대해 20 mm를 저장할 수 있는 시설용량을 설치하도록 하여, 각각 집수면적 기준에 따라서 빗물이용시설 규모산정계수 0.05를 적용하여 아래와 같이 나타낸다(Kim and Sim, 2013).
분석 결과로는 수요 시나리오별 공급충족률, 빗물보장률, 빗물이용시설 이용률, 연간 빗물이용 필요수량, 연간 빗물이용량에 대해 정리하였다.
업무시설의 수요 시나리오별 빗물활용률을 분석하기 위해 집수면적 4,000 m2, 건축연면적 10,000 m2, 저류조 용량 200 m3를 적용하였다. 분석 결과 공급충족률 38.83~78.19%로 분석되었으며, 빗물보장률 40.91~78.86% 및 빗물이용시설 이용률 20.95~47.79%의 값을 가지는 것으로 나타났다(Table 5, Fig. 5(a)).
Table 5
Analysis of Rainwater Utilization in Demand Scenario (Public Office Facility)
학교(교육시설)의 수요 시나리오별 빗물이용률을 분석하기 위해 집수면적 4,000 m2, 건축연면적 15,000 m2, 저류조 용량 200 m3를 적용하였다. 분석 결과 공급충족률 38.69~ 86.40%로 분석되었으며, 빗물보장률 41.24~73.96% 및 빗물이용시설 이용률 26.25~53.76%의 값을 가지는 것으로 나타났다(Table 6, Fig. 5(b)).
Table 6
Analysis of Rainwater Utilization in Demand Scenario (School)
체육시설(공원)의 수요 시나리오별 빗물이용률을 분석하기 위해 집수면적 4,000 m2, 건축연면적 9,000 m2, 저류조 용량 200 m3를 적용하였다. 분석 결과 공급충족률 14.60~ 15.77%로 분석되었으며, 빗물보장률 45.39~55.60% 및 빗물이용시설 이용률 8.40~13.07%의 값을 가지는 것으로 나타났다(Table 7, Fig. 5(c)).
Table 7
Analysis of Rainwater Utilization in Demand Scenario (Public Sports Facility)
공동주택의 수요 시나리오별 빗물이용률을 분석하기 위해 집수면적 10,000 m2, 건축연면적 100,000 m2, 저류조 용량 500 m3를 적용하였다. 분석 결과 공급충족률 40.96~ 55.78%로 분석되었으며, 빗물보장률 62.65~77.84% 및 빗물이용시설 이용률 30.78~42.63%의 값을 가지는 것으로 나타났다(Table 8, Fig. 5(d)).
Table 8
Analysis of Rainwater Utilization in Demand Scenario (Apartment House)
시설 유형별 빗물이용률 분석 결과 빗물공급충족률, 빗물보장률, 빗물이용시설 이용률 모두 저수요를 적용시켰을 경우 이용률이 가장 큰 것으로 나타났으며, 고수요에서 저수요로 갈수록 이용률이 증가하는 것으로 나타났다.
또한 업무시설, 학교(교육시설), 공동주택은 빗물공급충족률, 빗물보장률, 빗물이용시설 이용률 세 지표가 큰 차이를 띄지 않지만, 그에 반해 체육시설(공원)의 경우 빗물보장률이 두 지표에 비해 많은 비중을 차지하며, 빗물이용시설 이용률은 비교적 작은 값을 가지는 것으로 나타났다. 빗물보장률이 큰 이유는 체육시설(공원)의 경우 다른 시설 유형들보다 수목관수와 수경시설로 빗물을 많이 사용하기 때문에 빗물이용일수가 많아 빗물보장률이 높게 나온 것으로 확인된다. 반면 빗물이용시설 이용률이 낮은 이유는 마찬가지로 수목관수와 수경시설로 빗물을 많이 사용하기 때문에 저류조에 남아있는 물이 적기 때문이다.
시설 유형별 빗물이용률 분석 결과를 현재 설치된 빗물이용시설에 적용한 빗물이용률과 비교하여 실제 시설의 빗물이용률이 적정한 값인지 비교해볼 수 있을 것으로 판단된다.
3.2 빗물이용시설 저류조 실제용량-기준용량에 따른 빗물활용률 비교
시나리오별 실제 용량과 기준용량에 따른 빗물이용률을 비교함으로써 현재 설치된 빗물이용시설이 잘 계획되었는지, 과소 계획되었는지 파악할 수 있다. 빗물이용률 분석을 위해 빗물이용시설 유형별 1개소씩 선정하였으며, 빗물이용시설 실제용량 및 기준용량(집수면적(m2) × 0.05 (m) 적용)에 따른 수요 시나리오별 빗물이용률을 비교하였다.
분석 결과로는 수요 시나리오별 실제용량 및 기준용량에 대한 공급충족률, 빗물보장률, 빗물이용시설 이용률, 연간 빗물이용 필요수량, 연간 빗물이용량, 연간 빗물이용일수에 대해 정리하였다.
업무시설에 대한 실제용량과 기준용량 분석 비교 결과 서울혁신센터의 경우 공급충족률-빗물보장률-이용률 모두 유사한 것으로 나타났으며, 저류조 용량이 비교적 잘 계획된 것으로 판단된다(Table 9, Fig. 6(a)).
Table 9
Rainwater Utilization by Scenario at Seoul Innovation Center (Public Office Facility)
Fig. 6
Comparison of Rainwater Utilization according to Actual Capacity and Standard Capacity by Scenario
학교(교육시설)에 대한 실제용량과 기준용량 분석 비교 결과 충주중앙탑초등학교의 경우 공급충족률-빗물보장률-이용률 모두 유사한 것으로 나타났으며, 저류조 용량이 비교적 잘 계획된 것으로 판단된다(Table 10, Fig. 6(b)).
Table 10
Rainwater Utilization by Scenario at Chungju Jungangtap Elementary School (School)
체육시설(공원)에 대한 실제용량과 기준용량 분석 비교 결과 부산지방공단스포원 실내테니스장의 경우 공급충족률-빗물보장률이 유사한 것으로 나타났으며, 해당 시설의 경우 시설 용량을 축소하여 산정한다면 이용률을 더 높일 수 있는 것으로 판단된다(Table 11, Fig. 6(c)).
Table 11
Rainwater Utilization by Scenario at Busan Spo1 Park (Public Sports Facility)
공동주택에 대한 실제용량과 기준용량 분석 비교 결과 영종푸르지오자이의 경우 공급충족률-빗물보장률-이용률 모두 유사한 것으로 나타났으며, 저류조 용량이 비교적 잘 계획된 것으로 판단된다(Table 12, Fig. 6(d)).
Table 12
Rainwater Utilization by Scenario at Yeongjong RRUGIO (Apartment House)
3.3 빗물이용시설 설계용량별 물이용량 평가
빗물이용시설의 설계용량별 물이용량을 평가하기 위해 저류조 용량을 산정하는 규모산정계수 0.01-0.07을 집수면적에 적용하여 물이용량을 비교, 분석하였다. 수요량은 중수요 시나리오를 적용하여 분석하였으며, 업무시설, 학교(교육시설), 체육시설(공원), 공동주택에 대한 빗물이용시설 용량별 공급충족률-빗물보장률-이용률을 분석하였다(Tables 13~16, Fig. 7).
Table 13
Rainwater Utilization Evaluation by Storage Capacity (Seoul Innovation Center)
Table 14
Rainwater Utilization Evaluation by Storage Capacity (Chungju Jungangtap Elementary School)
Table 15
Rainwater Utilization Evaluation by Storage Capacity (Busan Spo1 Park)
Table 16
Rainwater Utilization Evaluation by Storage Capacity (Yeongjong RRUGIO)
분석 결과로는 규모산정계수별 공급충족률, 빗물보장률, 빗물이용시설 이용률 및 이를 계산하기 위해 필요한 빗물이용량, 필요수량, 빗물이용일수, 전체일수를 계산하여 정리하였다.
시설 유형별 빗물이용시설 용량별 공급충족률-빗물보장률-이용률을 분석한 결과, 시설에 상관없이 빗물이용시설 용량이 증가할수록 빗물보장률이 증가하는 것으로 분석되었다. 공급충족률 역시 시설에 상관없이 빗물이용시설 용량이 증가할수록 증가하는 것으로 나타났다. 반면 체육시설(공원)의 경우 시설 용량이 증가할수록 이용률이 감소하는 것으로 분석되었다. 또한, 공동주택 중 영종푸르지오자이의 경우 규모산정계수가 증가할수록 빗물이용이설 이용률이 증가 추세를 보이다 감소하는 것으로 나타났다.
따라서 시설의 용량이 크다고 해서 좋은 것이 아니라 적절한 크기의 시설 용량 산정이 필요하다. 결과적으로 공급충족률-빗물보장률-빗물이용시설 이용률을 비교해보았을 때, 규모산정계수 0.03-0.05 정도의 값을 적용하여 저류조를 설계하는 것이 합리적일 것이라 판단된다.
4. 결 론
빗물이용시설의 효율적 이용이 어느 정도 가능한지를 정량적으로 제시하기 위해 본 연구에서는 수문학적 물수지 분석을 통한 물수요 공급 시계열 분석을 수행하였다. 물수지 분석을 위해 새롭게 빗물이용시설 물수지 분석 도구를 개발하였으며, 이를 통해 빗물활용성 지표를 정의하였다. 빗물활용성 지표는 빗물이용시설 필요수량 대비 빗물이용량을 공급충족률, 전체일수 대비 빗물이용일수를 빗물보장률, 빗물이용시설 저류조 용량 대비 빗물이용가능량을 빗물이용시설 이용률로 정의하여 분석을 수행하였다.
실제 시설의 빗물활용성을 분석하기 앞서 분석한 빗물활용성 지표가 적정한 값인지 확인해보기 위해 시설 유형별 General한 값을 적용하여 빗물활용성 지표를 분석해보았다. 시설 유형별 빗물활용성 지표 분석 결과 빗물공급충족률, 빗물보장률, 빗물이용시설 이용률 모두 저수요를 적용시켰을 경우 활용성이 가장 큰 것으로 나타났으며, 고수요에서 저수요로 갈수록 활용성이 증가하는 것으로 나타났다. 일반적으로 업무시설의 경우 공급충족률 38.83~78.19%로 분석되었으며, 빗물보장률 40.91~78.86% 및 시설이용률 20.95~47.79%의 값을 가지는 것으로 나타났으며, 학교(교육시설)는 공급충족률 38.69~86.40%, 빗물보장률 41.24~73.96%, 빗물이용시설 이용률 26.25~53.76%, 공동주택은 공급충족률 40.96~ 55.78%, 빗물보장률 62.65~77.84%, 빗물이용시설 이용률 30.78~42.63%인 것으로 나타났다. 체육시설(공원)의 경우 공급충족률 14.60~15.77%, 빗물보장률 45.39~55.60% 및 빗물이용시설 이용률 8.40~13.07%인 것으로 분석되었는데, 이는 체육시설(공원)의 경우 다른 시설 유형들보다 수목관수와 수경시설로 빗물을 많이 사용하기 때문에 빗물이용일수가 많아 빗물보장률이 높게 분석되었으며, 반면 빗물이용시설 이용률이 낮은 이유는 역시 마찬가지로 수목관수와 수경시설로 빗물을 많이 사용하여 저류조에 남아있는 물이 적기 때문이다.
이를 바탕으로 실제 시설이 설치된 지역의 기상청 ASOS의 최근 10년 강우를 적용하여 분석하였으며, 고-중-저수요 시나리오에 대한 빗물이용시설의 빗물활용성을 정량적으로 평가하였다. 실제 시설에 적용하여 시나리오별 실제 용량과 ｢물재이용법｣에서 정의하고 있는 빗물저류조 기준용량(지붕의 빗물 집수 면적에 0.05 m를 곱한 규모 이상의 용량)에 따른 빗물활용성 지표를 비교함으로써 현재 설치된 빗물이용시설 저류조의 용량이 기준에 맞게 잘 계획되었는지, 과소 계획되었는지 분석하였다.
또한 ｢물재이용법｣ 상의 설계기준의 규모산정계수 0.05 적용의 타당성을 입증하기 위해 규모산정계수를 집수면적에 0.01에서 0.07까지 적용하여 빗물활용성을 분석하였다. 분석 결과에 따르면 빗물활용성 지표가 용량이 증가함에 따라 역전하는 현상도 나타나는 것으로 보아 시설의 용량이 크다고 해서 무조건 좋은 것이 아니라 해당 시설의 집수면적 및 수요처, 수요량에 따라 적절한 크기의 시설 용량 산정이 필요한 것으로 나타났다. 결과적으로 공급충족률-빗물보장률-빗물이용률을 비교해보았을 때, 규모산정계수를 0.05로 정의하는 것보다는 0.03-0.05 정도의 값을 적용하여 빗물이용시설 저류조를 설계하는 것이 합리적일 것이라 판단된다.
따라서 빗물이용 물수지 분석 도구에서 계산된 활용성 평가 결과의 비교를 통해 현재 운영 현황을 개선할 수 있으며, 다양한 시나리오 적용에 따른 운영 결과를 빗물이용시설 설치 이전에 확인하여 최적 운영방안 도출에 활용할 수 있을 것으로 판단된다. 또한 규모산정계수를 하나의 값으로 명시하는 것보다 범위를 제시하는 것이 빗물이용시설 신설 장려에도 도움이 되어 빗물 이용을 촉진 및 물 자원을 더욱 효율적으로 활용할 수 있을 것으로 여겨진다.
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