흐름의 변화: 수자원 관리의 디지털 미래

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• 수자원 관리란 무엇인가?
• 수자원 인프라는 무엇인가?
• 수자원 관리는 왜 중요한가?
• 물 산업이 당면한 과제
• 3가지 기술이 수자원 관리를 바꾼다
• 수자원 관리 및 계획에서 기술 사용의 5가지 이점
• 디지털 수자원 관리의 5가지 사례
• 수자원 관리의 미래

‘캘리포니아 물 전쟁’은 2023년 새로운 리얼리티 쇼 이름처럼 들릴 수 있지만, 실제로 이 갈등은 100여년 전 윌리엄 멀홀랜드가 캘리포니아 송수로를 건설하고 오언스 계곡에서 로스앤젤레스로 직접 물을 끌어오면서 캘리포니아 동부지역이 황무지가 되었을 때 발생했다. 1974년 발표된 명작 영화 <차이나타운>에 영감을 준 이 비양심적인 전술은 더 나은 수자원 관리의 지속적인 필요성을 집중 조명했다. 해당업계는 물 관련 기관, 도시, 주, 정부들이 지구의 가장 중요한 자원을 보호하고 관리할 새로운 방법을 찾아야 한다는 과제와 여전히 씨름하고 있다.

매일 수십억 리터의 물이 낭비되고 있다. 기후 변화로 인한 기상 패턴의 변화와 이상 기후, 폭발적인 인구 증가, 환경 오염, 불공평한 물 사용 등으로 인해 보다 지속가능한 수자원 관리가 절실하게 필요하다.

그렇다면 어떻게 해야 할까? 새로운 정책, 인프라 투자, 데이터를 사용하여 행동을 이끌어내는 수자원 관리를 위한 디지털 접근법 등, 사실상 그 목록은 길다. 업계에서 규정을 정할 수는 있지만 대중의 지원이 반드시 있어야 하며, 이를 위해서는 지속가능한 미래의 시급성을 이해해야 한다.

수자원 관리란 무엇인가?

수자원 관리는 수원지에서 물을 모아서 최종 사용자로 물의 방향을 전환하고, 정화 및 전달하고, 사용한 물을 제거, 처리, 폐기 또는 재활용하는 과정과 계획, 감독, 평가하는 과정 전반을 일컫는다. 여기에는 물에 대한 권리 확보, 인프라 구축, 수질과 수량을 관리하는 정책 수립이 수반된다.

인간은 세 가지 주요 목적으로 물을 사용한다.

1. 농업용, 70%

2. 공업용, 19%

3. 가정용, 11%

수자원 관리에는 다음 내용이 포함된다.

• 수원지에서 수도꼭지로 식수 제공
• 안전하고 오염되지 않은 수질 확보
• 집수, 수운, 정수와 관련한 인프라 관리
• 지역사회에서 폐수 제거
• 수원지(호수, 저수지, 지하수 등)에서 지역사회까지 물 방향 전환
• 우수 관리 및 홍수 제어 감독

물은 공유자원이지만 14만8000개의 공공 급수시설이 미국 전역에서 물을 관리하고 있다. 많은 지역에서 여러 기관이 서로 다른 물 사용을 관리한다. 빗물을 관리하는 기관이 있고, 식수를 관리하는 기관이 따로 있다. 해당 산업을 최고의 관리 관행에 맞춰 조정하기 위해 미국 수자원 연합(US Water Alliance, USWA)은 원 워터(One Water)를 만들었다. 이 계획은 수자원 관리에 대해 총체적인 접근 방식을 취하는데, USWA는 미국 전역의 이해관계자를 조정하기 위해 이를 다음과 같은 일곱 단계로 설정했다.

1. 수자원 관리에 대한 지역 협력 강화

2. 수질 개선을 위한 농업-공공사업 파트너십 촉진

3. 수자원 인프라에 대한 적절한 자금 유지

4. 공공 및 민간 전문 기술과 투자를 결합하여 물 인프라 수요 해결

5. 21세기에 맞는 가용성 재정의

6. 납 위험 감소 및 공중 보건 보호의 사명 수용

7. 기술 채택을 가속화하여 효율 제고 및 상수도 서비스 개선

이 접근 방식은 뉴욕을 포함한 크고 작은 도시에서 채택되고 있다. 이 방식은 공동의 목표를 달성하고 지속가능한 미래를 만들기 위해 소통 장벽을 허물고 일관된 목소리를 낸다.

수자원 인프라는 무엇인가?

수자원 인프라는 물을 모으고, 수송, 처리하여 사용자에게 전달한 후 다시 수거하여 폐기하는 데 사용되는 기술 환경을 의미한다. 식수의 경우, 수원지에서 물을 끌어오는 배관과 식수를 만드는 정수장을 포함한다. 폐수의 경우, 건물에서 사용한 물을 가져와 일련의 물리적 화학적 공정을 통해 물의 오염 물질을 제거하여 수역에 폐기하는 처리장으로 보내는 하수관망과 리프트 스테이션이 인프라에 포함된다.

수자원 인프라에는 다음이 포함된다.

• 지하 배관
• 운하 및 수로
• 제방 및 댐
• 배수 시스템
• 저수지
• 부두
• 집수 유역
• 상수도 본관
• 폐수 처리장, 리프트 스테이션, 파이프
• 빗물 배수구 및 홍수 조절 시스템

수자원 인프라는 매일 미국 전역에서 약 1조3000억 리터 이상의 물을 여러 용도를 위해 다양한 목적지로 운반한다. 그러나 다수의 배관, 처리장, 댐, 하수도는 20세기 초반에 지어졌으며, 21세기 표준에 맞추기 위해 자금을 투입할 시기가 이미 한참 지났다.

수자원 관리는 왜 중요한가?

우주에서 바라보면 지구를 푸른 행성이라고 부르는 이유를 쉽게 이해할 수 있다. 회전하는 구 모양의 지구 표면 71%가 물로 덮여 있기 때문이다. 하지만 물이 풍부해 보여도 그중 0.5%만이 인간이 사용할 수 있는 담수이며 그 마저도 수백만 명의 사람들에게는 점점 접근하기 어려워지고 있는 실정이다.

물 수요는 증가하지만 공급은 점차 줄어들고 있다. 2050년에는 지구상의 인구가 100억 명에 달하는데, 이미 전 세계에서 20억 명이 안전한 식수를 사용하지 못하고 있으며, 36억 명의 사람이 안전한 위생 서비스를 받지 못하고 있다. 기후 변화와 인구 증가는 안전한 물을 가진 사람과 갖지 못한 사람 사이의 격차를 벌려 공중 보건에 대한 위험을 증가시킬 것이다.

기상 패턴의 변화로 인해 폭풍의 강도가 높아지고 가뭄이 수년간 지속되고 있다. 인프라는 오랫동안 재정적으로 방치되었으며, 인프라 중 상당수가 만료 시한을 넘겼고, 수위 상승으로 인한 압력을 받아 파손되고 있다.

정책으로 물 공급을 보호하고 보존할 수 있다. 정부는 새로운 인프라 구축을 장려할 수 있고 수자원 기관은 물 분배와 수질을 균등하게 할 수 있다. 수자원 관리에는 이 모든 것이 포함되지만, 세계가 변화함에 따라 당면한 과제에 미리 대비하고 물 회복력을 보장하려면 새로운 전략과 솔루션이 필요하다.

물 산업이 당면한 과제

어떤 사람들은 수도꼭지를 틀면 바로 깨끗한 물을 사용할 수 있는 환경에 살고 있다. 하지만 그 외 다수의 사람들은 가장 가까운 수원에 가기 위해 수 킬로미터를 이동해야 한다. 그러나 물 공급이 시급한 문제이긴 하지만, 이는 오늘날 물 산업이 봉착한 여러 과제 중 하나일 뿐이다.

물 공급 가용성

수자원 관리의 주요 문제는 물의 수요가 공급보다 많을 때 발생하는 물 부족현상이다. 많은 사람들이 인지하고 있지 못하지만, 물의 양은 무한하지 않다.

미래는 다음과 같은 모습일 것이다.

• 현재의 속도로 계속해서 물을 소비하면, 2025년에는 전 세계 인구의 3분의 2가 물 부족을 겪게 될 것이다.
• 2040년에는 어린이 4명 중 1명이 극심한 물 부족을 겪는 지역에서 살게 될 것이다.
• 농업 생산은 현재 물 공급의 70%(PDF, 6페이지)를 사용한다. 2050년에 100억 명에 달할 것으로 예상되는 전 세계 인구를 먹여 살리려면, 농업이 50% 성장하고 물 사용량이 15% 증가해야 한다.
• 2030년에는 물 수요가 공급을 40% 초과할 수 있다.

정부에서는 한정된 물 공급을 보존하기 위해 엄격한 제한을 두고 있지만, 현재와 같은 관리 방식으로는 더 많은 사람에게 물을 공급하기에 충분하지 않다. 집수하고, 수송하고, 소비하고, 처리된 물을 마지막 한 방울까지 보호해야 한다.

심각한 기상 상황

물과 기후변화는 불가분의 관계에 있다. 유엔은 다음과 같이 보고했다. “기후 변화는 주로 물 위기다. 우리는 악화되는 홍수, 해수면 상승, 빙원 감소, 산불 및 가뭄을 통해 그 영향을 느낀다.” 2001년부터 2018년까지 발생한 자연재해의 4분의 3이 물과 관련되어 있다. 캘리포니아와 같은 곳에서는 대규모 가뭄과 심각한 화재가 발생하고, 유럽에서는 심각한 홍수를 경험하고 있다. 하지만 이러한 패턴은 예측하기 어려울 수 있다. 2023년 캘리포니아는 역사상 가장 건조한 3년과 70년 만에 가장 습한 겨울을 경험하고 있다.

전 세계 지역 사회들은 이러한 물 순환의 변화에 준비가 되어 있지 않다. 식량 생산에 차질이 생기고 농작물이 파괴되어 생계와 경제에 타격을 주고 있다. 지표수 유출이 증가하면서 화학물질과 쓰레기가 더 많이 수로로 밀려들어 물을 오염시키고 있다. 물 산업은 다가올 미래에 대비하기 위해 변화를 시작하고 있다.

노후 인프라

오늘날 설치되어 있는 수자원 인프라 대부분은 처음 건설된 당시 뛰어난 엔지니어링으로 구성되었다. 하지만 오늘날에는 많은 수도 체계의 사용 연한이 만료되어 간다. 기후 변화는 노후 과정을 가속할 뿐이다.

• 미국에는 약 354만 킬로미터에 달하는 식수 파이프가 있다. 그런데 2분마다 수도 본관이 파열되어 바로 사용할 수 있는 처리수 약 227억 리터가 손실된다.
• 미국에는 1만6000개의 폐수 처리장이 있는데, 수요가 증가하고 있는데 반해 최대 용량의 81%만 가동되고 있다.
• 미국 전역에 평균 61년 전 만들어진 9만2000여 개의 댐이 있으며, 그 중 85%는 사용 연한이 지났다.

수자원 인프라는 사용 연한이 지났고, 잦은 슈퍼 태풍의 영향으로 극심한 압력을 받고 있다. 2017년, 오로빌(Oroville) 배수로에서는 폭우로 인해 수위가 급격히 상승하면서 물길에 있는 수천 명의 사람들이 대피해야 하는 재난에 봉착했다. 대규모 사고로 생명이 위험해지고, 수십 조 원에 달하는 비용이 발생하고, 수질도 영향을 받는다.

미국 미시시피주 주도 잭슨에서는 100년 된 파이프와 110년 된 정수장이 여러 해 동안 발생한 누수로 오염되어서 주민들이 한 번에 몇 주씩 물 없이 지내야 했다. 2022년 폭풍으로 인해 강이 범람하면서 시스템이 한계점에 도달하여 정수장이 매몰되면서 물을 처리할 수 없는 상태가 되었다. 이로 인해 주도 잭슨의 시민들은 물을 끓여 마셔야 했으며 당국은 처리에 필요한 자금을 마련하지 못했다. 이 사건은 더 큰 국가적 문제의 한 예시에 불과하다.

자금

자금은 물 산업에서 오랫동안 지속된 문제다. 수자원 관리와 인프라에 투자된 자금이 충분하지 않다. 상수도 시스템이 분산되어 있기 때문에 파이프와 인프라를 정비하는데 필요한 자금을 확보하기가 어렵다. 연방 정부의 지출이 부족하기 때문에 주, 지방자치단체, 주민들이 개선과 업그레이드에 필요한 비용을 부담해야 한다.

수질 오염

우수 유출수가 점점 더 많은 화학물질과 쓰레기, 농업 오염물질, 박테리아 등을 다시 상수도로 유입시킨다. 로스앤젤레스에서만 약 3억 7000만 리터의 오염수가 매일 빗물 배수관을 통해 이동한다. 전 세계 저개발 지역에서는 부적절한 수자원 관리와 인프라 부족으로 하수와 식수 공급이 교차 오염될 수 있다. 매년 수백만 명의 사람들이 안전하지 않은 물과 관련한 건강 문제로 사망한다.

인력 부족

다른 산업과 마찬가지로 수자원 관리도 인력 부족에 직면해 있다. 업계 종사자 170만 명 중 30%에 해당하는 숙련된 관리자가 향후 10년 내에 은퇴 연령에 도달하게 된다. 하지만 다음 세대는 이 분야에 뛰어들지 않고, 보다 데이터와 기술을 결합한 산업을 선택하고 있다.

3가지 기술이 수자원 관리를 바꾼다

물 한 방울 한 방울이 이동하는 동안 데이터를 운반한다. 그러나 업계에는 관리자들이 더 나은 결정을 내릴 수 있도록 데이터를 통찰력으로 전환하는 소프트웨어, 솔루션, 클라우드 인프라가 필요하다. 물 산업은 그 여정을 시작하는 단계지만 완전한 전환을 할 준비가 되어 있다.

오랫동안 물 산업은 데이터가 제공하는 혜택을 이해해 왔다. 업계에서는 센서와 모니터링 제어 및 데이터 수집(SCADA)을 사용하여 지하의 자산을 확인하고 배관과 처리장 기능을 한동안 모니터링해 왔다. 그러나 연결된 생태계가 없어서 기술은 단절되고, 사일로화 되었으며, 업계는 완전한 디지털 운영을 향해 더디게 발전했다.

코로나19 팬데믹이 강타했을 때 많은 상수도 시스템의 일상적인 운영에 지장이 생겼다. 수도 전문가들은 서로 정보를 교환해야 했고, 운영을 관리하기 위해 더욱 강력한 시스템이 필요했다. 이 상황은 변화의 촉매제가 되었다. 이제 물 산업은 디지털 여정을 시작하고 디지털 도구를 활용하여 운영을 개선하고 있다. 수자원 업계 기업의 55%는 기술 사용의 주요 목표(PDF, 14페이지)가 자산을 모니터링하고 데이터를 분석함으로써 업계의 미래를 지속가능한 수자원 관리로 이끌어 가는 것이라고 응답했다.

기술이 수자원 관리 방식을 바꾸고 물 회복 탄력성을 만들어 내는 세 가지 방법은 다음과 같다.

1. 디지털 트윈

디지털 트윈은 제조업과 건설업에서 보편화되었다. 이제 물 산업도 디지털 트윈을 통해 전체 지하 시스템을 시각화하고 성능을 모니터링하는 방법을 알아가기 시작했다. 수자원 관리에서 디지털 트윈은 실시간 데이터로 전달되는 물리적 자산(상수도 인프라 네트워크)의 가상 복제본이다. 또한 SCADA, 사물인터넷(IoT) 센서, 계량기의 모든 정보와 배관 설치시기, 배관 재질 등 모든 정보를 수집한다. 이 모델은 과거 데이터와 실시간 기능을 추적하여 시스템 기능에 대한 예측을 제공할 수 있다.

디지털 트윈에서는 압력 변동이나 조건 변화를 관리자에게 알려주는 센서를 통해 누수나 고장을 신속하게 파악할 수 있다. 디지털 트윈은 탱크 내 수량과 pH수준을 보여준다. 고객은 즉시 누수 알림을 받아서 서비스 중단으로 인한 피해를 줄일 수 있다. 관리자는 모델에 쉽게 접근하여 현재 성능을 모니터링 할 수 있다. 또한 디지털 트윈은 상수도 시스템의 지속적인 개선을 용이하게 하여, 재난에 가까운 고장이 발생하기 전에 취약한 부분을 감지하고 문제를 해결한다.

디지털 트윈은 현대의 수자원 관리를 위한 솔루션이 되고 있다. 여러 해 동안 누수로 인한 시스템 고장을 겪었던 미시시피주 잭슨의 사례에서도, 엔지니어들은258.999제곱 킬로미터에 달하는 수자원 인프라를 디지털 매핑하고 실시간 데이터로 가상 모델을 만들어 유량과 압력을 모니터링하고 중단 없이 상수도 서비스를 제공하며 15만 명의 주민을 위해 수질을 개선했다.

2. 클라우드 협업

디지털 여정은 소프트웨어를 구매하거나 단일 시스템을 업그레이드하는 것에 그치지 않는다. 전환을 이루고 기술의 가치를 실현하기 위해 적합한 도구, 팀, 노동자를 연결해야 한다. 그렇게 하려면 클라우드 기반 환경에서 작업해야 한다.

클라우드의 이점은 잘 알려져 있다. 2025년경에는 업무의 95%가 클라우드에서 이루어질 것이다. 물 전문가들은 이 개방형 생태계의 잠재력을 아직까지 최대한 활용하지 못하고 있지만, 여기에 관심이 쏠리고 있다. 배수관망은 복잡한 시스템이다. 클라우드는 모든 사물과 사람을 중앙으로 집중시켜 실시한 협업을 가능하게 한다. 귀중한 데이터가 모두 포함된 디지털 트윈이 클라우드에 구축되며 데이터는 하나의 중심지에 저장될 것이다. 즉 적절한 때에 적합한 사람이 계획, 설계, 운영 및 유지관리에 필요한 정보를 얻을 수 있어서 과거의 수자원 관리 소통 장벽을 없앨 수 있다.

클라우드 환경의 완전한 가시성은 중복을 없애고 재작업을 줄인다. 클라우드 내에서 데이터 상호 운용이 가능해지며 시뮬레이션이 빨라져서 상수도 운영 및 관리를 개선하는 데 큰 도움이 된다.

3. 인공지능

인공지능(AI)은 모든 곳에서 나타나고 있으며, 물도 예외는 아니다. 기술을 사용하기 전에는 물이 지면 위로 솟아오르면 누수를 감지했다. AI를 통해 시스템은 고장이 발생하기 전에 미리 예측하고 수명 주기 동안 낭비되는 수량을 크게 줄일 수 있다. AI와 머신 러닝을 통해 기관들은 시나리오를 시뮬레이션 할 수 있는데, 이는 전례 없는 기상 이변을 정기적으로 경험하는 세계를 위한 혁신적인 도구다.

AI는 기존 수자원 관리의 비효율성을 개선할 수 있다. 예를 들어 농업은 전 세계 물의 70%를 사용하지만, 이 중 최대 60%가 낭비될 수 있다. AI 기반 ‘스마트팜’은 조명 및 관개 데이터, 위성 이미지, 예측 센서를 사용하여 ‘필요한 경우’ 급수 여부를 결정한다.

수자원 관리에서 AI의 역할은 다음과 같다.

• 수위를 모니터링하고 최대 유수량을 예측하여 용수량을 조절한다.
• 예측 유지보수에 정보를 제공하여 예기치 않은 가동 중지 시간과 고장을 줄인다.
• 패턴을 식별하고 과거 추세를 인식하여 위험 평가를 지속적으로 개선하고 사건이나 고장이 발생할 수 있는 시기를 판정한다.
• 필요에 따라 물의 화학 처리를 최적화한다.
• 머신 러닝을 사용하여 자산 및 인프라 성능을 최적화한다.
• 에너지 효율을 위해 펌프의 작동 주기를 조절한다.

AI는 미래의 수자원 관리에서 강력한 도구가 되어 수자원 보호 및 지속가능성 활동을 지원할 것이다.

수자원 관리 및 계획에서 기술 사용의 5가지 이점

수자원 운영은 다른 산업이 디지털 전환을 통해 급성장하는 동안 전통적인 워크플로에 매여 있었다. 그러나 기술을 통한 수자원 관리의 혁신을 활용하면 데이터 기반 도구로 보다 지속가능한 물 순환과 효율적인 운영을 실현할 수 있다. 디지털 수자원 관리의 주요 이점은 다음과 같다.

1. 더 나은 대비를 위한 시뮬레이션 및 모델링

수리학적 모델링을 통해 엔지니어는 상수도 시스템과 관련한 모든 정보를 수집하여 설계 단계에 있는 새로운 프로젝트나 기존 파이프 네트워크의 디지털 버전을 만들 수 있다. 이러한 작업은 정적이고, 공유하기 어렵고, 비효율적인 스프레드시트에서 수행되었다. 상수도 시스템을 시각적으로 모델링하면 해당 시스템이 다양한 시나리오에 어떻게 반응하는지 보여주는 시뮬레이션(PDF, 10페이지)을 통해 취약점이 드러나므로 엔지니어는 고장이 발생하기 전에 인프라를 개선할 위치와 시기를 알 수 있다.

2. 더 효율적인 운영을 위한 실시간 통찰력

디지털 트윈은 상수도 시스템의 상태와 기능에 대한 실시간 데이터를 제공하는 IoT 센서를 통해 구현된다. 또한 수질, 용수량, 수압 및 성능과 같은 요소를 추적할 수 있다. 기존에는 누수를 발견하고 누수원을 찾으려면 지면에 물이 솟아나는 위치를 눈으로 확인해야 했다. 누수를 발견했을 때는 이미 서비스가 중단되고 수백만 리터의 물이 낭비된 후였다. 그러나 실시간 데이터를 통해, 관리자는 문제를 신속하게 확인 및 해결하고, 성능을 최적화할 수 있다.

3. 자산 가시성 향상

관리되는 물 순환의 대부분은 지하, 배관과 탱크에서 이루어진다. 보통은 물이 목적지에 도착했을 때(또는 도착하지 않았을 때) 문제가 감지된다. 수자원 관리 전문가는 실시간 모델을 사용하여 각 자산의 정확한 기능을 확인하고, GIS가 장착된 센서를 통해 문제가 발생한 정확한 위치를 파악할 수 있다. 이를 통해 팀은 성과 측정과 향후 개선 계획을 더 잘 이해할 수 있다. 또한 정확한 예산을 수립하고 데이터로 뒷받침되는 시스템 개선을 위한 자금을 요청하여 자본 개선을 정당화할 수 있다.

4. 기존 인프라 지원

기존의 모든 배관, 시설 및 상수도 시스템을 현대식 디지털 기반 시스템으로 교체하는 것은 비현실적이다. 실제 상태를 포착하기 위해 관리자는 종종 카메라를 배관 안으로 넣기도 한다. 하지만 클라우드 기반 수리 모델은 기존 시스템을 사용하여 만들 수 있고, 실시간 데이터를 제공하여 운영을 최적화할 수 있다. GIS와 센서가 포함된 모델이 있으면 관리자는 전체 시스템의 레이아웃을 참조하고 작은 회로에서도 데이터 수집을 시작하여 발생하는 일을 파악할 수 있다. 디지털 복제본을 만들면 수리 및 업그레이드가 필요한 부분의 우선순위를 정할 수 있다. 전체 시스템에 센서를 장착하면 비용이 많이 들지만, 적절한 위치에 센서를 설치하면 정확한 정보를 얻을 수 있다.

5. 지속가능성과 스마트 수자원 관리

물과 지속가능성은 본질적으로 연결되어 있다. 물 소비부터 홍수 관리, 폐수 관리까지, 기술은 지속가능한 결과를 도출해 내는 데 가장 큰 영향을 미친다. 물과 폐수 관리에 미국에서 사용되는 전체 에너지의 2%가 사용되며, 매년 4500만 톤의 온실가스가 배출된다. 디지털 모델을 통한 스마트 수자원 관리는 물의 가열, 처리, 펌핑, 이동에 사용되는 전력을 줄이고 보다 지속가능한 수자원 관리를 위해 필요에 따라 전력 수준을 최적화할 수 있다. 뉴질랜드의 웰링턴 워터(Wellington Water)는 글로벌 기업인 스탠텍(Stantec)과 협업하고, 오토데스크 Info360 Insight(Info360 인사이트)를 사용하여 펌프 성능을 추적하고 필요에 따라 펌프 가동 시간을 조절했다. 이 디지털 접근 방식을 통해 전기 비용을 20% 절감하고 자산의 수명을 연장했다.

디지털 수자원 관리의 5가지 사례

물 산업은 수자원 관리 관행을 개선하기 위해 디지털 전환을 가속화하고 있다. 다음은 디지털 수자원 관리의 몇 가지 사례와 지속가능한 수자원 관리의 이점을 보여준다.

1. 톨레도 상수도 시스템의 신속한 정비

2014년 8월, 미국 이리 호수에 해로운 조류가 늘어나자 오하이오주 톨레도 주민 50만 명은 수돗물 사용을 며칠 동안 중단해야 했다. 80년이나 된 정수장이 과부하 되어 오염된 물을 처리할 수 없었기 때문이었다.

톨레도 측은 엔지니어링 회사 아카디스(Arcadis)를 고용하여 기존 인프라를 업그레이드하고 두 개의 새로운 처리조를 만들었다. 아카디스는 기존 부지의 3D 스캔을 사용하여 시스템의 디지털 모델을 만들었다. 아카디스의 여러 분야(건축, HVAC, 전기, 구조, 기계)에 걸친 원격 팀은 모두 클라우드에서 BIM 모델을 작업하여 파일 전송 지연 시간을 80% 줄임으로써 설계 시간을 약 1000시간 단축했다. 프로젝트가 마무리되면 아카디스는 톨레도의 수자원 운영 팀에 해당 BIM 모델을 넘겨 지속적인 회복탄력성을 위해 문제를 조기에 발견할 수 있도록 도울 것이다.

2. 오래된 무역로를 스마트 운하로

1790년에 건설된 글래스고의 포스 앤 클라이드 운하(Forth and Clyde Canal)는 한 때 많은 사람들이 이용한 무역로였다. 1960년대에 이르러 해당 운하는 버려지고 황폐화되었다. 수로를 담당하는 정부 기관인 스코틀랜드 운하(Scottish Canals)는 2000년대 초반에 운하를 다시 활성화하기 위해 노력했지만, 기후 변화와 강우량 증가로 인해 운하가 쉽게 범람했다.

해당 팀은 관리 방식을 현대화하는 것부터 시작했다. 그들은 운하의 디지털 트윈을 만들어 센서를 통해 실시간 데이터에 접근하고, 임박한 강우를 분석하고, 수문을 열고 닫아 운하의 용수량을 조절할 수 있게 했다. 오늘날 운하는 더 나은 관리를 통해 야생동물의 안식처가 되고 수로를 떠다니는 카약과 패들보드를 타는 사람들이 찾는 휴양지가 되었다.

3. 수자원 관리의 르네상스

이탈리아 피렌체는 역사와 문화가 깊은 도시다. 그런데 1966년 심각한 홍수와 60만 톤의 진흙, 잔해, 하수가 도시를 침수시켜 100명이 사망했고 많은 유물이 파괴되었다.

반세기가 넘게 지난 후에 수력 엔지니어 파올로 타마그노네는 오토데스크의 Inforworks ICM(인포웍스 ICM)을 사용하여 아르노 강을 발원지에서 도시까지 매핑하는 모델을 만들고 홍수에 취약한 지역을 평가했다. 그는 상하수도 시스템과 피렌체의 건물을 모델링하고, 시뮬레이션을 통해 여러 홍수 시나리오에서 지상과 지하에 어떤 일이 일어날지 예측했다. 상세한 지도를 통해 가장 취약한 지역을 파악하고 효과적인 비상 대응 계획을 세울 수 있었다.

4. 더 빠른 대응 시간을 위한 디지털 모델

2018년 1월, 미국 미시시피주 리보니아에서 마스터 계량기가 고장 났다. 담당자들은 물을 끓여 먹으라고 권고했고, 홍수로 인해 주요 고속도로를 폐쇄했다. 리보니아에는 2910년대에 건설된 약 780킬로미터 길이의 급도 본관이 있다. 수자원 관리 프로세스는 종이를 기반으로 했고, 문서는 바인더에 보관되었다. 리보니아 측은 건축, 엔지니어링 및 계획 회사인 OHM 어드바이저(OHM Advisors)를 고용하여 오토데스크의 InfowaterPro(인포워터 프로)를 사용하여 GIS 기반 수리 모델을 만들고 계획되었거나 계획되지 않은 중단에 대한 40개 이상의 시나리오를 시뮬레이션 했다. 이 모든 정보는 이제 모든 이해관계자가 접근할 수 있는 상호 디지털 대시보드에 저장되어 있다. 구식 프로세스를 버리면서 디지털 워크플로우를 기반으로 비상 대응 계획을 수립하게 됐다.

5. 브라질의 올림픽 과제

브라질 리우데자네이루가 2016년 올림픽 개최지로 선정된 직후, 이 도시는 1850년대 만들어진 낡은 시스템을 통해 지역의 강과 바다로 곧바로 흘러가는 우수와 폐수를 분리해야 하는 큰 과제에 직면했다. 과나바라 만에서는 매초 8200리터의 하수가 바다로 유출되었다. 엔지니어들은 오토데스크 Civil 3D(시빌 3D)로 지하 상하수도관을 수작업으로 매핑하기 시작했다. 그리고 나서, BIM을 사용하여 수백 년 된 시스템의 현대 모델을 만들어서 충돌을 줄였고, 1,500만 달러(약 194억 원)를 절약했으며, 올림픽 참가자와 리우데자네이루 주민에게 더 안전하고 깨끗한 환경을 제공할 수 있는 토대를 마련했다.

수자원 관리의 미래

수자원 관리는 분산되어 있지만, 전체 산업은 동일한 도전 과제에 직면해 있다. 2050년까지는 전 세계의 물 사용량이 20~50% 가량 증가할 것으로 예상되며, 이로 인해 수자원이 더욱 고갈될 것이다. 데이터를 통해 전 세계가 직면한 심각한 상황에 대해 더 많은 사실이 밝혀지면서, 공동의 목표를 달성하고 회복 탄력성 있는 상수도 시스템과 인프라를 보장하기 위해 업계 전반이 협력해야 할 수밖에 없는 상황이 만들어지고 있다. 이러한 해결책은 수자원 관리를 위한 디지털화된 미래에 의존하게 될 것이다.

수자원 인프라에 대한 정부 투자 증가

팬데믹을 통해 각국 정부는 물에 재투자해야 한다는 경각심을 갖게 되었다. 갑자기 물 공급은 인프라나 물 부족을 넘어 즉각적인 공중 보건 문제가 되었다.

지금까지 미국에서는 이러한 새로운 노력이 좋은 시작을 보이고 있다.

• 미국 내무부는 서부 전역의 수자원 인프라를 개선하기 위해 5억8000만 달러(약 7519억 원)를 지출할 예정이다.
• 2021년에 미국 초당적 기반시설법은 수자원 인프라와 시스템을 개선하기 위해 500억 달러(약 65조원)를 책정했다.
• 지난 몇 년 동안 미국 전역의 80개 도시가 지역 수자원과 인프라에 95억 달러(약 12조원)를 투자했다. –

인프라에 투자한다고 해서 늘 해오던 방식으로 재건한다는 의미는 아니다. 수자원 인프라는 회복 탄력성 있는 미래를 위해 재설계되어야 한다.

미국 캘리포니아주 리치몬드에 있는 웨스트 카운티 웨이스트워터(West County Wastewater, WCW)는 처리장을 업그레이드하고 그 과정에서 탄소 발자국을 줄이고 있다. 이 공익설비에는 약 400킬로미터에 달하는 하수관, 17개의 리프트 스테이션, 약 9.6킬로미터의 가압장, 하루에 약 4700만 리터를 처리하는 수질 및 자원 회수 처리장을 소유하고 운영한다.

클린 앤 그린(Clean & Green)이라는 이름의 이 프로젝트가 완료되면 프로세스 개선 및 업그레이드를 통해 새 공장의 수명 동안 8300만 달러(약 1076억 원)를 절약하고 온실가스 배출량을 93% 줄일 수 있다. 이 공장은 매립지로 향하는 슬러지를 생산하는 대신, 농업에 사용되는 A등급 바이오고형물을 생산할 것이다. 마지막으로 업그레이드를 통해 처리된 슬러지와 WCW 운영의 거의 100%까지 높일 새로운 열병합 발전 시스템에서 에너지를 만들어 낼 것이다.

WCW의 수석 프로젝트 매니저인 키스 레이놀즈 주니어는 클린 앤 그린 프로젝트가 환경과 요금 납부자에 대한 공공사업의 노력을 보여주는 야심 찬 사례라고 말한다. 그는 이 프로젝트가 에너지 효율성의 모델이 될 것이며, WCW가 미래의 물 전문가를 교육하기 위한 인턴십 프로젝트를 만들 수 있게 되었다고 말한다.

AI 기반 수자원 관리

물 공급에 대한 수요가 계속해서 증가함에 따라 더 많은 물 관련 기관이 스마트 물 기술로 전환하여 물 순환과 자산 관리의 모든 부분을 최적화할 것이다. 이러한 기관들은 2030년까지 AI에 63억 달러(약 8조1600억 원)를 지출할 계획이다. AI와 머신 러닝을 활용하여 수질을 보장하고, 누수와 낭비되는 물을 줄이고, 에너지 사용을 최적화할 수 있다. 물 산업은 기술을 사용하지 않았을 때 어떻게 되는지 배웠지만, 지금은 상황이 변했다. AI는 보다 지속가능하고 효율적인 데이터 기반 산업을 만든다.

예를 들어 잉글랜드 동부에 위치한 앵글리안 워터(Anglian Water)는 스마트 물 전략의 기반 중 하나로 AI 기반 기술(PDF, 29페이지)을 지난 몇 년 동안 사용해 왔다. 앵글리안 워터는 오토데스크의 플랜트 운영 제품을 사용하여 실시간 자산 데이터 피드에서 나오는 수백만 개의 데이터를 분석하는 30개의 수자원 관리 모델을 구축했다. 이러한 모델은 시스템 내에서 발생하는 문제를 지속적으로 학습하고, 예측하고, 동적으로 대응하여 운영 직원이 시스템 전반의 에너지와 화학 비용을 모니터링하고 최소화하는 데 도움을 준다. 이 프로젝트를 통해 해당 기업은 이미 15만 파운드(약 2억4000만 원)를 절약했다.

더 뛰어난 인재

수자원 관리 산업이 시스템 설계 및 운영에 기술을 점점 더 많이 수용하면서, 최고의 인재들도 유치하게 될 것이다. 차세대 인력에는 데이터와 기술을 사용하여 일하고 싶어 하는 디지털 원주민이 포함된다. 또한 기계와 로봇이 더 많은 수작업을 대신함에 따라, 이 전환은 더 나은 시스템을 위한 스마트 운영 수준을 달성하기 위해 현재 인력을 업스킬링 할 수 있는 더 많은 기회를 만들어낼 것이다.

지속가능한 수자원 관리는 전 세계적으로 대단히 시급한 문제다. 이 소중한 자원을 더 잘 관리하기 위해 데이터는 업계가 필요로 하는 해결책이 될 것이다. 업계가 디지털 미래로 나아가기 위한 공동의 목표를 설정함으로써 모든 사람이 다음 세대를 위한 물 회복력을 보장하기 위해 각자의 역할을 할 수 있다.