상수도 수요량 예측

왜 배우는가: 상수도 수요량 예측은 취수·도수·정수·배수 시설 규모와 사업비, 유지관리비를 모두 결정하는 출발점이라 실무 설계의 첫 단계다. 기술사 시험에서는 편람 절차, 예측방법, 기본계획 표준절차가 여러 교시에 걸쳐 반복 출제되므로 개념 정의와 용어를 정확히 익혀야 한다.

출제 이력: 제103회 4교시 1번, 제100회 1교시 1번, 제99회 2교시 1번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

상수도 수요량 예측은 목표연도의 급수 인구와 계획 1인 1일 급수량을 추정해 계획 급수량을 정하는 일이다.

상수도 수요량 예측은 목표연도의 급수인구와 1인 1일 급수량으로 계획 급수량을 산정하는 과정이다.

• 핵심 키워드
• 계획 급수량: 시설 규모 결정의 기준이 되는 수량
• 계획 급수 인구: 급수구역 내 총 인구에 급수보급률을 곱한 값
• 급수보급률: 전체 인구 중 상수도를 공급받는 인구의 비율
• 목표연도: 시설 계획의 대상이 되는 장래 연도
• 원단위: 1인 1일 사용량 등 단위당 물 사용량
• 외삽법·회귀분석·요인분석: 장래 수요를 추정하는 대표 예측기법
• 유수율: 생산량 중 실제 유수된 수량의 비율

2. 개념 풀이

쉬운 말로 풀면, 앞으로 몇 년 뒤에 몇 명이 물을 얼마나 쓸지 미리 계산하는 일이다. 이 계산 결과로 정수장 용량, 관로 관경, 배수지 용량이 정해진다.

정식 정의는 다음과 같다. 상수도 수요량 예측은 목표연도의 계획 급수 인구와 계획 1인 1일 급수량, 유수율, 급수보급률 등을 추정하여 계획 급수량을 산정하는 절차이다. 생활용수와 공업용수로 나누어 산정하고, 행정구역 단위 자료를 급수구역 단위로 조정한다.

계획 급수 인구는 급수구역 내 총 인구에 급수보급률을 곱하여 구한다. 계획기간 내 추정 인구를 기준으로 하므로 장래 인구 추계가 선행되어야 한다.

급수보급률은 상수도 보급 정도를 나타내는 비율이다. 보급률이 높아지면 계획 급수 인구가 늘어나 수요량이 증가한다.

목표연도는 설계 시점부터 시설이 감당해야 할 기간의 끝 연도이다. 자금 사정, 건설비, 유지관리비, 시설 수명을 함께 고려해 정한다.

계획 1인 1일 급수량은 1인이 하루에 쓰는 물의 양이다. 생활 수준, 공업 발달 정도, 요금 체계, 수압에 따라 달라진다.

3. 등장 배경과 필요성

상수도는 한번 건설하면 수십 년간 사용하는 항구적 시설이다. 수요를 과소하게 예측하면 조기 확장이 필요해 비경제적이고, 과대하게 예측하면 설비가 놀아 건설비와 유지관리비가 낭비된다. 그래서 합리적인 예측이 기본계획의 핵심 과제가 되었다.

계획 급수량은 약품 투입량, 전력 사용량, 유지관리비, 상수도 요금 산정에도 쓰인다. 따라서 수요 예측은 시설 설계뿐 아니라 재정 계획과도 직접 연결된다.

계획 급수 인구의 목표연도는 일반적으로 설계 시점부터 15~20년으로 잡는다. 15~20년 범위를 표준으로 삼는 이유는 계획년한을 지나치게 길게 잡으면 건설비가 커지고, 짧게 잡으면 재확장이 잦아 비경제적이기 때문이다.

수요 예측은 행정구역 단위의 통계를 물수지 분석 단위인 중권역 등 실제 공급 단위로 바꾸는 과정도 포함한다. 생활, 공업, 농업 용수가 행정구역 내에서 균일하게 분포한다고 가정하면 특정 지역의 수요가 과소 또는 과대하게 계산되는 왜곡이 생긴다. 이 한계 때문에 수요 산정 방식을 실제 분포에 맞게 개선하려는 연구가 계속되고 있다.

4. 구성요소·원리·절차

상수도 수요량 예측은 장래 급수 인구에 1인 1일 원단위를 곱해 수요량을 얻는 흐름으로 이루어진다. 구성요소는 급수 인구, 급수 보급률, 계획 1인 1일 최대 급수량, 유수율이다. 각 요소를 어떤 방법으로 추정하는지가 예측 절차의 핵심이다.

표 아래 설명: 계획 급수 인구는 급수 구역 내 총 인구에 보급률을 곱한 값이다. 보급률이 높아지면 수요량도 함께 증가하므로 두 값을 함께 가정해야 한다.

계획 급수량 산정 원리는 다음과 같다. 계획 1일 평균 급수량은 계획 1일 최대 급수량의 70~85% 를 표준으로 한다. 이 관계를 이용하면 최대값에서 평균값을 역으로 추정할 수 있다.

수요량 예측 절차는 다음 순서로 진행한다.

• 급수 구역과 목표연도를 설정한다. 목표연도는 설계시점부터 15~20년 을 고려한다.
• 과거 인구와 보급률 실적을 수집한다. 과거 약 20년 자료를 기준으로 한다.
• 장래 인구를 등차급수법, 등비급수법, 로지스틱 곡선법 등으로 추정한다.
• 계획 급수 인구를 장래 인구에 보급률을 곱해 구한다.
• 생활용수는 외삽법, 회귀분석, 요인분석, 사용목적별분석 등으로 원단위를 예측한다.
• 공업용수와 기타 용수를 용도별로 별도 산정한다.
• 계획 1일 평균 급수량, 계획 1일 최대 급수량, 계획 시간 최대 급수량을 차례로 구한다.
• 유수율을 반영해 생산량과 시설 용량을 결정한다.

계산 공식은 다음과 같다.

$Q_{d,\max} = \frac{P \times q_{\max}}{1000}$

여기서 Q_{d,\max}는 계획 1일 최대 급수량(㎥/day), P는 계획 급수 인구(명), q_{\max}는 계획 1인 1일 최대 급수량(L/인·day)이다. 단위 환산으로 L를 ㎥로 바꾸기 위해 1000으로 나눈다.

5. 관련 법령·기준·표준

상수도 수요량 예측의 기준은 「수도법」과 「상수도 시설기준」, 그리고 「상수도 수요량 예측편람」에 따른다. 법령 원문에 수요 산정 세부 수치가 명시되어 있지 않은 항목은 편람과 시설기준의 표준값을 쓴다. 기준 체계는 기본계획 수립 절차를 따른다.

표 아래 설명: 목표연도를 길게 잡으면 시설 규모와 건설비가 커진다. 짧게 잡으면 재확장이 필요해 비경제적이 된다. 따라서 표준 기간을 중심으로 설정한다.

관련 기준의 개정 연혁은 편람 개정본을 기준으로 확인된 내용만 쓴다. 현행 편람의 세부 원단위와 보급률 목표는 지역별 실적에 따라 달라진다. 계산 시에는 편람의 최신 값을 적용한다.

6. 유형과 비교

상수도 수요량 예측방법은 예측 기법의 성격에 따라 외삽법, 회귀분석, 요인분석, 사용목적별분석, 계량경제모델로 나뉜다. 각 기법은 자료 확보 정도와 설명하려는 변수에 따라 선택한다. 자료가 체계적으로 정리되지 않은 경우에는 외삽법이 주로 쓰이고, 사회·경제 변수와의 관계를 보려면 회귀분석이나 계량경제모델을 쓴다.

외삽법은 계산이 간단하지만 인구·산업 구조가 바뀌는 시기에는 추세선이 실제 수요와 어긋난다. 따라서 단독 사용보다 다른 기법의 검증용으로 쓰는 것이 바람직하다.