기후·사회·경제 변화 요인을 반영한 생활용수
수요량 시나리오 개발

기후와 사회 및 경제 변화는 물 관리 환경 전반에 구조적인 전환을 요구하고 있다. 최근 수십 년간 우리나라는 반복적 가뭄, 강수 편차 확대, 인구 감소와 고령화, 산업 구조 변화 등 복합적인 변화를 경험하고 있다. 기존의 정태적 물 수요 예측 방식만으로는 이러한 변화를 설명하거나 예측하기 어렵다. 이러한 상황에서 미래 물관리는 단일한 수요 예측값에 의존하기보다, 다양한 가능성을 고려한 수요량 시나리오 기반의 접근이 요구된다.
특히 생활용수는 국민 생활과 직결되는 필수 자원으로서, 그 수요 변화는 물수급 분석, 가뭄 취약도 평가, 비상 급수 계획 수립, 수자원 운영 전략 등 다양한 물 관리 의사결정의 기초 자료로 활용된다. 따라서 생활용수 수요를 고정된 값으로 전망하기보다는 사회·경제 변화와 불확실성을 반영한 수요 시나리오를 구축하고, 이를 정책과 계획 수립 과정에 활용하는 것이 점점 더 중요해지고 있다.
그동안 국내 물 수요량 전망은 주로 인구 전망과 1인 1일 평균 물사용량(원단위)을 기반으로 추정되었으며, 국가물관리기본계획에 반영되어 있다. 그러나 이러한 방식은 사회 및 경제 변화, 지역별 수요 특성, 장기적 불확실성을 반영하는 데 한계가 있다. 특히 기후변화와 인구 구조 변화가 동시에 진행되는 현 시점에서는 기존 원단위 기반 접근법을 개선할 수 있는 새로운 수요량 전망 방법의 개발이 요구된다.
본 기사에서는 기계학습 기반 장기 예측 기법과 기후변화에 따른 사회·경제 시나리오를 결합하여, 지역별 특성과 불확실성을 반영한 생활용수 수요량 시나리오를 개발하는 방법을 소개하고, 개발된 수요 시나리오가 물수급 분석, 가뭄 취약도 평가, 수자원 계획 수립 등 실제 물 관리 분야에서 어떻게 활용될 수 있는지를 중심으로 그 의미와 기대 효과를 제시하고자 한다.

생활용수 수요량 시나리오는 다양한 시나리오를 바탕으로 물수급 분석과 가뭄 취약도 평가를 수행하고 정책적 대안을 모색하는데 활용된다. 가뭄 취약도 평가에서는 특정 연도의 수요량 자체보다, 수요가 증가하거나 감소하는 여러 경로를 함께 고려하여 공급 안정성과 대응 여력을 검토하는 것이 중요하다. 이러한 점에서 복수의 수요량 시나리오를 활용하는 접근은 불확실성을 고려한 물 관리 체계 구축에 필수적이다.
수요량 시나리오는 댐 및 광역상수도 운영, 비상 급수 계획 수립, 용수 배분 기준 설정 등 실무적 의사결정 과정에서도 활용도가 높다. 예를 들어, 고수요와 저수요 시나리오에 따라 물 부족 발생 시점과 규모가 달라질 수 있으며, 이는 가뭄 대응 전략과 수자원 운영 방식에 직접적인 영향을 미친다. 따라서 단일 전망값이 아닌 시나리오 기반 수요 자료를 활용하는 것은 보다 현실적이고 탄력적인 물 관리 의사결정을 가능하게 한다.

국가물관리기본계획에서는 국가 단위 물 수요량 관리에 활용될 수 있도록 고수요·기준수요·저수요의 세 가지 수요 시나리오를 제공하고 있다. 다만, 기준수요는 과거 원단위 변화 추세를 반영하여 산정되고, 고수요와 저수요는 1인 1일 평균 물사용량(원단위)의 변동성에 대한 95% 신뢰구간을 적용하여 도출되었기 때문에, 실제 물 관리 의사결정 과정에서 활용하기에는 구조적인 한계를 가진다.
첫째, 기존 시나리오는 원단위의 통계적 변동성만을 반영한 범위 제시에 가까워, 인구 구조 변화, 도시 성장 단계, 생활양식 변화, 지역 여건 차이와 같은 수요 변화의 구조적 요인이 충분히 반영되지 않는다. 그 결과, 고·기준·저 시나리오가 서로 다른 미래 상황을 가정한 대안적 수요 경로라기보다는, 하나의 추세선 주변에서 수치적 범위를 조정한 결과이다.
둘째, 기존 방법은 2030년을 목표연도로 설정하여 해당 연도의 수요량 값을 중심으로 제시되는 구조이기 때문에, 연단위 수요량 시계열 자료를 제공하지 않는다. 이로 인해 시간에 따른 수요 변화를 입력자료로 요구하는 물수급 모형에 직접 적용하기 어렵고, 가뭄 발생 시점별 수요 변화나 단계별 물 부족 위험을 검토하는 데에도 제약이 따른다. 즉, 가뭄 계획 수립이나 단계별 대응 전략 수립과 같이 시간 축을 고려한 분석과 의사결정을 지원하기에는 활용성이 제한적이다.

본 기사에서 소개하는 생활용수 수요량 시나리오는 기존 추정식 기반 방법의 한계를 해결하기 위해 기계학습 기반 시계열 예측 기법과 기후변화에 따른 사회 및 경제 시나리오를 결합한 것이 특징이다. 특히 장단기 기억 신경망(Long Short-Term Memory, LSTM)을 활용하여 생활용수 사용량 원단위를 예측하고, 이를 공통사회경제경로(Shared Socioeconomic Pathways, SSP)의 사회 및 경제 시나리오의 인구 자료와 결합함으로써 장기 수요 변화를 보다 유연하게 반영한 것이다(그림 2).

생활용수 수요량 시나리오는 미래의 불확실한 여건을 고려하여, 서로 다른 가정을 바탕으로 설정된 복수의 수요 경로를 의미한다. 단일한 수요 전망값이 특정 미래를 전제로 한 결과라면, 수요량 시나리오는 인구 변화, 사회·경제 여건, 정책 환경, 생활양식 변화 등 다양한 조건이 어떻게 전개될 수 있는지를 반영하여, 가능한 여러 미래를 가정하고 그에 따른 수요 변화를 제시하는 데 목적이 있다. 이러한 시나리오 기반 접근은 물수급 분석, 가뭄 취약도 평가, 수자원 운영 전략 수립 등 불확실성을 고려한 의사결정 과정에서 중요한 기초 자료로 활용된다.
미래 사회 및 경제 변화의 불확실성을 반영하기 위해 SSP1, SSP2, SSP5 시나리오를 활용하였다. 각 시나리오는 인구 규모, 경제 성장, 산업 구조 변화에 대한 서로 다른 가정을 포함하고 있으며, 장래 수요 변화의 다양한 가능성을 포괄적으로 고려할 수 있다. 이를 통해 단일 전망치가 아닌 앙상블 기반의 수요 전망이 가능해진다.
LSTM 기반 예측을 통해 지역별 생활용수 사용량 원단위를 연단위로 산정하고, 이를 SSP1, SSP2, SSP5에 따른 인구 전망 자료와 결합하여 각 시나리오별 생활용수 수요량을 산정하였다. 이 과정에서 지역 및 연도별로 SSP 시나리오별 수요량이 동시에 산정되며, 이 세 가지 수요 경로는 사회·경제 여건 변화에 따른 수요 변동의 범위를 반영하는 자료로 활용된다.
최종적으로 본 연구에서는 SSP1, SSP2, SSP5로부터 산정된 세 가지 수요량 결과를 비교하여, 연도별로 가장 큰 값을 고수요 시나리오, 중간값을 기준수요 시나리오, 가장 작은 값을 저수요 시나리오로 정의하였다. 이러한 방식은 특정 SSP 시나리오 하나에 의존하지 않고, 복수 시나리오의 결과를 종합하여 수요 불확실성 범위를 보다 직관적으로 제시할 수 있다. 또한 연단위 시계열 형태로 수요 시나리오를 구성함으로써, 물수급 분석, 가뭄 위험 평가, 단계별 대응 전략 수립 등 다양한 실무 분석에 직접 활용 가능한 자료 구조를 확보하였다.

본 연구에서 산정한 생활용수 수요량 시나리오 결과는 지역별로 상이한 변화 양상을 보였으며, 이러한 차이는 인구 구조 변화와 도시 성장 단계에 따라 뚜렷하게 구분되었다. 대표적인 대도시형 지역과 농촌 지역의 특성을 각각 반영하는 사례로 인천광역시와 옥천군을 선정하여 결과를 제시하였다.

생활용수 원단위의 변화를 살펴보면, 국가물관리기본계획의 기준수요는 2020년 이후 완만한 증가 추세를 보이지만, 전반적으로 340 Lpcd 내외의 비교적 안정적인 수준을 유지하는 것으로 나타난다. 반면 본 연구에서 산정한 원단위는 기준수요 시나리오에서도 2025년 이후 358~361 Lpcd 수준으로 국가 계획 대비 다소 높은 값을 보인다. 이는 인구 감소 효과에도 불구하고 가구 규모 축소, 1인 가구 비중 증가, 생활 편의성 증대 등 사회·생활 양식 변화가 1인당 물 사용량에 지속적으로 영향을 미친 결과로 해석된다.
특히 2018년 관측값은 단일점으로 표시하여 과거 실측 자료와 전망 결과를 명확히 구분하였다. 이는 과거 관측 구간과 중·장기 전망 구간이 동일한 추세선상에 있지 않다는 것을 시각적으로 보여주는 것이며, 향후 원단위 증가는 과거 추세의 단순 연장이 아닌 사회 구조 변화에 기반한 전망 결과임을 알 수 있다.
연간 생활용수 수요량 측면에서도 유사한 경향이 확인되었다. 국가물관리기본계획의 기준수요는 2020년 약 1.09×106 m³/일에서 2035년 약 1.14×106 m³/일 수준으로 점진적인 증가를 보이는 반면, 본 연구의 기준수요는 전 기간에 걸쳐 국가 계획 대비 높은 수요 수준을 나타낸다. 다만 인천광역시는 장기적으로 인구 감소가 예상되는 지역으로, 원단위 증가에도 불구하고 수요 증가 폭은 제한적인 것으로 분석되었다.
생활용수 원단위의 변화를 살펴보면, 국가물관리기본계획의 고수요 시나리오에서는 2035년 기준 약 440 Lpcd 수준까지 급격히 증가하는 것으로 나타난다.

반면 기준수요 및 저수요 시나리오는 상대적으로 완만한 증가 또는 안정적인 추세를 보인다. 이에 비해 본 연구에서 산정한 원단위는 모든 시나리오에서 350~365 Lpcd 범위 내에서 점진적으로 증가하는 경향을 보이며, 국가 계획의 고수요 시나리오와 비교할 때 변동 폭이 상대적으로 작게 나타난다.
특히 옥천군은 농촌 지역의 특성을 지닌 군 단위 지역으로, 인구 감소와 고령화가 동시에 진행되고 있는 지역이다. 이러한 특성으로 인해 생활용수 사용 행태의 급격한 변화보다는, 가구 구조 변화와 생활 편의성 개선에 따른 완만한 원단위 증가가 주요 특징으로 분석된다. 본 연구 결과는 이러한 지역적 특성이 원단위 전망에 반영된 결과로 해석할 수 있다.
연간 생활용수 수요량 측면에서도 유사한 경향이 확인된다. 국가물관리기본계획의 고수요 시나리오는 2030년 이후 수요가 급격히 증가하여 2035년에는 약 3.8×10⁴ m³/일 수준에 도달하는 것으로 나타난다. 반면 본 연구의 수요 전망은 기준수요 및 저수요 시나리오에서 보다 완만한 증가 추세를 보이며, 전체적으로 국가 계획 대비 안정적인 수요 증가 경로를 제시한다.
이러한 결과는 옥천군과 같은 군 단위 지역에서 장기 물 관리 전략 수립 시, 대도시와 동일한 수요 증가 가정을 적용하는 것이 적절하지 않을 수 있음을 시사한다. 특히 국가 계획의 고수요 시나리오와 같이 급격한 수요 증가를 전제로 한 공급 확대 전략보다는, 실제 지역 여건을 반영한 단계적·유연한 수요 관리 전략이 보다 현실적인 대안이 될 수 있다.

본 기사에서 소개한 기계학습 및 기후변화 시나리오 기반 생활용수 수요량 시나리오는 기후·사회·경제 변화가 복합적으로 작용하는 불확실성 환경에서 기존 물 수요량 전망 체계를 보완할 수 있는 실효적인 대안으로 평가된다. 특히 장기 인구 변화와 도시 구조의 이질성이 커지는 현시점에서 지역별 특성을 반영한 용수 수요량 전망 결과를 제공한다는 점에서 다음과 같은 정책적·실무적 활용 가치가 크다.
첫째, 가뭄 대응 및 방재 정책의 정밀도 향상이 기대된다. 기후변화를 고려한 생활용수 수요량 시나리오는 지역별 수요량 증가 또는 감소 가능성을 사전에 인지할 수 있게 함으로써, 가뭄 취약도 평가와 단계별 대응 전략 수립에 활용될 수 있다. 이는 비상 급수 계획, 수요 관리 강화 시점 결정 등 가뭄 대응 의사결정을 보다 과학적으로 지원한다.
둘째, 중·장기 수자원 운영 및 계획의 합리성 제고에 기여할 수 있다. 본 수요량 시나리오는 댐 운영, 광역상수도 용수 배분, 수자원 시설 투자 우선순위 설정 등에서 수요 불확실성을 고려한 의사결정을 가능하게 하여, 과잉 투자 또는 공급 부족 위험을 완화하는 데 도움을 준다.
셋째, 지역 맞춤형 물 관리 정책 수립의 기초 자료로 활용 가능하다. 인구 감소형 도시와 성장형 도시의 수요 변화 특성이 명확히 구분됨에 따라, 획일적인 물 관리 정책이 아닌 지역 특성에 기반한 차별화된 전략 수립이 가능하다. 이는 지속가능한 물 이용과 운영 효율성 제고로 이어질 수 있다.