1. 서 론
기후변화로 인한 이상기후는 전 세계적으로 다양한 양상으로 나타나고 있으며, 이 중 가뭄은 발생 빈도와 강도가 모두 증가하는 대표적인 재해 유형으로 평가된다(IPCC, 2021). 특히, 우리나라는 산업개발에 따른 경제성장을 이룬 국가로서 용수이용량의 의존도가 높은 산업구조를 가지고 있다. 가뭄에 따른 수자원 부족 상황은 산업분야의 생산성 저하, 고용 감소, 지역경제 위축 등 간접적인 피해가 확대될 수 있다. 현재까지 우리나라에서 가뭄에 따른 사회경제적인 물부족에 대한 피해는 없는 실정이지만 기후변화가 가속화된다면 용수이용량에 대한 제한이 발생할 것으로 예상된다.
국내의 가뭄 피해분석은 대부분 농작물 피해 면적, 상수도 급수제한, 긴급 복구 예산 등 직접피해에 국한된 정량 평가에 치중되어 왔다(Song et al., 2019; Song et al., 2021; Kim et al., 2025). 그러나, 산업분야에서도 물은 필수적인 생산 투입요소로 작업하며 용수공급에 차질은 산업연관구조를 통해 전체 경제에 간접경제손실을 초래할 수 있다. 따라서, 용수이용량 제약에 따른 산업분야 전반에 미치는 영향을 정량적으로 평가할 수 있는 연구가 필요한 실정이다.
국내외에서는 이러한 산업분야에 대한 경제적인 영향에 대하여 산업분야별 투입과 산출 관계를 반영한 산업연관표를 기반으로 Input-Output (IO) 모형의 연구가 수행되었다. Hallegatte (2008)는 허리케인 Katrina의 경제적 피해를 지역 내 산업 간 연결 구조를 분석하였고, Liang et al. (2013)은 물리적 단위 IO 모형과 환경 부하량 분석 간의 오차 발생 원인을 구조적으로 제시하였다. Tan et al. (2016)은 산업단지의 위기상황에서 최적 대응 전략을 설계하기 위한 퍼지 선형계획 기반의 IO 모형을 제안하였다. Giurco et al. (2011)은 산업 간 물질 및 에너지 재사용 구조를 설명하는 데 IO 모형이 유효함을 검증하였다.
IO 모델에 선형계획법(Linear Programming)을 접목하여 용수이용량의 제약 조건을 고려한 산업분야의 간접경제손실을 평가할 수 있는 WIOLP (Water Input-Output Linear Programming) 모형이 연구되고 있다(Cai et al., 2001). Garcia-Hernandez and Brouwer (2021)는 지역별 최적화 IO 모형을 적용하여 수자원 제약과 GDP의 손실 관계를 정량적으로 분석하였다. Freire-González et al. (2018)은 다양한 수자원 제약 시나리오를 기반으로 산업분야의 생산 감소폭을 계량화하고 WIOLP의 정책 활용 가능성을 제시하였다. Rocchi et al. (2024)은 수요기반 WIOLP 모형을 구축하여 정밀한 수자원 부담 평가를 수행하였으며, Abdolabadi et al. (2023)은 수문모형과 최적화 IO 모형을 연계한 분석을 통해 산업 수요와 수자원 공급 간의 물분배를 제시하였다. Oh and Lee (2018)는 국내 산업을 대상으로 WIOLP를 적용하여 산업별 손실비용을 추정하였고, Ryu et al. (2011)은 수자원 손실의 경제적 비용을 정량화하는 방법론을 제안하였다.
본 연구에서는 산업분야별 IO 모형을 기반으로 용수이용량 제약 조건을 통합한 WIOLP 모형을 선정하였다. 대상연도는 가뭄피해가 발생한 2015년을 대상으로 산업연관표와 용수이용량을 조사하여 산업별 간접경제손실을 정량적으로 추정하고자 한다. WIOLP 모형을 적용한 간접경제손실의 정량적 평가를 통해 각 산업별로 손실 증가율에 대항 영향을 평가하여 용수이용량의 의존도가 높은 산업의 파급효과를 분석하고자 한다.
2. 간접경제손실 평가방법
2.1 Water-constrained Input-Output Linear Programming 모형
Water-constrained Input-Output Linear Programming (WIOLP) 모형은 수자원 제한이 산업 간 경제활동에 미치는 간접적인 영향을 정량적으로 평가하는 방법으로서 산업연관 분석과 선형계획법을 통합하여 적용하고 있다. 전통적인 산업연관분석(input-output analysis)의 확장된 형태로서, 물리적 자원의 한계를 고려한 희소 자원 할당 문제에 적절한 해법을 제시할 수 있다(Leontief, 1936; Miller and Blair, 2009; Cai et al., 2011). 선형계획법(linear programming)의 수리적 구조를 접목시켜 자원 제약 하에서 최적의 생산 조합을 도출할 수 있다(Bazaraa et al., 2010).
WIOLP 모형은 산업 간의 총 부가가치의 극대화를 목적함수로 설정하고, 산업 간의 투입-산출 균형, 수자원 가용량 제한, 비음수성 조건 등을 제약식으로 포함하여 자원 제약하에서의 산업별 생산 구조를 최적화한다. WIOLP 모형은 기존의 일반적인 산업연관 모형이 포착하지 못하는 자원제약의 파급경로를 정량화할 수 있는 분석방법으로 활용되고 있다. WIOLP 모형의 목적함수는 Eq. (1)과 같이 정의된다.
여기서, Z는 총부가가치, xi는 산업 i의 총 산출량, vi는 산업별 부가가치율을 의미하며 경제전체의 부가가치(GDP)를 극대화하려는 목적을 반영한다. 모형에 적용된 주요 제약 조건은 Eqs. (2)~(4)와 같다.
여기서, A는 산업연관 투입계수 행렬, x는 산업별 총산출량 벡터, d는 최종수요벡터, W는 산업별 간위산출당 물 이용량(백만 m3)이다.
WIOLP 모형은 수자원과 산업생산 간의 다차원적 연계성을 정량화할 수 있으며, 재난 발생시 자원의 제약상황에서 발생하는 사회경제적 피해를 산업 구조의 관점에서 평가할 수 있는 유용한 분석방법으로 활용된다. 또한 다양한 자원 시나리오에 따른 경제적 대응 효과 비교가 가능하여, 산업별 회복력 진단 및 자원 배분 정책 수립에도 적용할 수 있다.
2.2 산업연관표
산업연관표(Input-Output Table)은 한 국가 내 산업 간의 재화 및 서비스 거래 흐름을 체계적으로 나타낸 산업별 경제지표이다. 국민경제 전체의 생산구조와 산업 간 상호의존성을 정량적으로 파악하는 데 핵심적인 통계자료이다(United Nations, 1999; Miller and Blair, 2009). 산업연관표는 연도별로 각 산업이 다른 산업에 얼마나 투입되는지를 행렬 형식으로 제시한다. 이는 경제정책 수립, 환경 및 에너지 분석, 자원 배분 정책 등 다양한 분양에서 활용되고 있다.
산업연관표는 5년마다 실측표가 제시되고 매년연장표가 고시되며 대분류, 중분류, 소분류를 기반으로 산업전반의 경제적 지표를 제시하고 있다. 산업연관표는 총산출, 중간수요, 최종수요, 부가가치 등의 항목으로 구분되어 있으며 각 항목에 대한 내용은 Table 1과 같다.
Table 1
Components of the Input-Output Table
여기서, X는 산업별 총산출 벡터, A는 투입계수행렬, Y는 최종수요 벡터, I는 단위행렬을 의미한다. 이를 통해 산출되는 역행렬은 산업 간 간접효과를 포함한 총산출 승수계수를 제공하여, 최종수요 변화에 따른 전체 경제 파급효과를 예측할 수 있다.
3. 가뭄피해기반의 산업연관표 및 용수이용량 구축
3.1 우리나라의 가뭄피해 현황
과거 우리나라의 가뭄피해는 2000년 이전에는 약 10년 단위로 가뭄이 발생하였으며 2000년 이후에는 5년~10년을 기반으로 가뭄피해가 반복적으로 발생하였다. 2015년 이후 매년 시도 또는 전국을 대상으로 가뭄이 발생하고 있으며 그 피해의 심도가 증가하고 있다. 2015년에 발생한 가뭄피해는 충청, 전라, 강원도 지역을 중심으로 약 2,451 ha의 농경지 피해가 발생하였으며 다목적갬의 평균 저수율은 40% 이하로 하락하였다. 2015년에 발생한 가뭄피해는 농업뿐만 아니라 생활, 공업분야까지 국가 전체의 물수급 불안정으로 확산될 수 있는 피해사례이다. 또한, 2015년 가뭄피해는 우리나라에서 발생한 가뭄의 심각성과 지속 기간에어 2015년 기준 역사상 최악의 가뭄으로 기록되어 있다(Hong et al., 2016). 연구에서는 2010년 이후 심각한 가뭄피해가 발생하기 시작한 2015년을 대상으로 산업연관표와 용수이용량에 대한 산업별 간접경제손실 정량평가를 분석하고자 한다(Fig. 1).
3.2 산업연관표 데이터 구축
본 연구에서는 과거 가뭄피해 중 2015년을 대상으로 선정하였으며 산업연관표는 2015년의 실측표가 고시되었다. 2015년 산업연관표는 대분류가 32개의 산업 부분으로 구분되어 있으나 모든 산업에 용수이용량에 대한 데이터가 제공되지 않는다. 따라서, 본 연구에서는 산업연관표를 기반으로 생공농 용수이용량의 데이터를 연계할 수 있는 산업의 재분류가 필요하다. 생공농 용수이용량에 대한 산업연관의 재분류는 Table 2와 같다.
Table 2
Reclassification of the Industrial Relations Table
산업분류에 다른 용수이용량을 고려한 산업연관표는 기존 대분류 33종에서 16종으로 재분류 하였다. 농림수산품(A)과 광산품(B)은 농림수산품으로 전력, 가스 및 증기(D)부터 기타(T)까지 서비스로 통합되었다. 음식료품(C01)부터 제조임가공 및 산업용 장비 수리(C14)는 대표 산업으로 용수이용량에 대한 정보가 제공되어 모두 산업분류에 포함하였다.
3.3 용수이용량 데이터 구축
용수이용량은 생활, 공업, 농업에 대한 부처 보고서를 기반으로 데이터를 구축하였다. 용수이용량은 크게 산업연관표와 연계하여 생활용수는 서비스와 가정용수, 공업용수는 산업분류 14종, 농업용수는 농립수산품에 대하여 데이터를 작성하였다. 2015년의 가뭄피해를 대상으로 생활, 공업, 농업에 대한 용수이용량은 한강홍수통제소에서 고시한 전국유역조사보고서(Han River Flood Control Office, 2016)와 환경부에서 고시한 상수도통계(Ministry of Environment, 2016)를 참고하여 데이터를 구축하였다. 생공농 용수는 전국 대상의 총 용수 이용량을 적용하였다. 생활용수는 상수도 업종별 급수량을 적용하였으며 가정용을 생활용수로 비가정용을 서비스로 구분하여 적용하였다. 공업용수는 산업분류별 면적에 대한 용수이용량과 공업용수 재이용률 산정방법을 적용하여 재산정하였다. 산업분류별 생활, 공업, 농업에 대한 2015년의 용수이용량은 Table 3과 같이 데이터를 구축하였다. 산업연관표에서 제시한 16개의 산업분야와 용수이용량의 생활용수 중 가정용수가 추가되어 총 17개의 산업분야로 분류되었다.
Table 3
Water Usage Status by Industry (2015 yr)
2015년 총 용수 이용량은 25,205 million m3이며 생활용수는 산업분야의 서비스와 가정용수가 5,227 million m3, 공업용수가 14개 산업분야에서 2,143 million m3, 농업용수는 17,835 million m3이 조사되었다. 전체 용수 이용량 중 70%가 농업용수이며 20%가 생활용수 나머지 10%가 공업용수로 이용되고 있다.
4. WIOLP 모형을 이용한 간접경제손실 정량평가
4.1 용수이용량 시나리오별 간접경제손실 정량평가
WIOLP 모형을 이용하여 2015년 가뭄 발생시에 용수이용량의 공급 감소에 따른 산업 전방의 간접경제손실의 시나리로별 정량평가를 분석하였다. 2015년 기준의 산업연관표와 생공농의 용수이용량을 기반으로 용수이용량이 100%를 기준으로 10% 감소하는 시나리로를 기반으로 모형분석을 반복 수행하였다. 용수이용량 감소에 따른 우리나라의 간접경제손실은 비선형적으로 증가하는 것으로 Fig. 2와 같이 분석되었다. 용수이용량이 100%에서 60%까지는 간접경제손실이 비례하는 감소가 완만히 발생하다가 50%부터 급격히 피해규모가 증가하는 것으로 분석되었다.
WIOLP 모형에서 정의된 용수이용량 제약 조건이 산업 간 연쇄효과를 통해 산업 전반의 총산출에 치명적인 영향을 미치는 구조를 반영한 결과이다(Table 4). 용수이용량의 감소에 따른 간접경제손실은 10% 감소시 7.3조, 20% 감소시 14.6조원이 감소하였으며 30$ 이상 감소시의 경제손실의 증가폭이 급격하게 상승하였다.
Table 4
Quantitative Assessment of Indirect Economic Losses on Industries
우리나라의 생공농 전체 용수이용량이 60% 이상 감소시에는 간접경제손실이 2015년 총 GDP 383,356십억원을 초과하여 전체 산업에서 피해가 발생하는 것으로 분석되었다. 용수이용량이 60% 이상 감소시에는 일부 산업의 생산활동이 불가능해지며 이는 경제 전체에 걸쳐 광범위한 간접경제손실이 발생되는 것으로 분석되었다.
4.2 산업별 간접경제손실의 영향 평가
본 연구에서는 용수이용량의 제약사항을 기반으로 산업 전반에 미치는 간접경제손실을 정량적으로 평가하였으며 각 산업별 간접경제손실의 손실 증가율에 대한 영향 평가를 분석하였다. 각 산업별 간접경제손실 증가율은 용수이용량 감소에 따른 간접경제손실을 부가가치금액에 대한 비율을 산정하였다. 산업별 용수이용량의 제약사항이 10%씩 감소하였을 때 발생하는 산업별 손실 증가율은 Fig. 3과 같이 분석되었다.
산업별 간접경제손실은 용수이용량의 감소량이 10%~20%일 때에는 완만히 증가하는 경향을 보이다가 30% 이상에서는 급격한 증가가 발생하는 전환점이 확인되었다. 농림수산품, 식료품의 용수이용량의 의존도가 높은 산업으로 연쇄효과가 높게 작용하여 상대적으로 높은 손실 증가율이 분석되었다. 상대적으로 전기장비, 운송장비, 기계 및 장비 등의 산업에서는 다른 산업과는 동일한 용수이용량의 감소에도 비교적 낮은 손실 증가율이 분석되었다. 본 연구의 결과는 용수이용량에 따른 산업별 경제에 파급되는 영향이 상이한 것을 확인 할 수 있었다.
5. 결 론
본 연구에서는 가뭄피해가 발생한 2015년을 대상으로 WIOLP 모형을 적용하여 용수이용량 감수에 따른 산업분야에 대한 간접경제손실을 정량적으로 평가 및 분석하였다. 산업연관표와 생공농 용수이용량을 연계하여 용수이용량을 10% 단위로 감소하였을 때 산업분야에 미치는 간접경제손실을 시나리오별로 분석하였다.
2015년 가뭄피해가 지속되어 용수이용량이 10% 감소할 경우 약 7.3조원의 산업분야의 간접경제손실이 발생하는 것으로 분석되었으며 감소량이 증가할수록 손실이 기하급수적으로 확대되는 비선형적인 구조가 평가되었다. 용수이용량의 60% 이상이 감소할 경우 전체 산업분야의 경제활동이 중단되는 것으로 평가되었다.
산업분야별 손실 증가율에 대한 평가에서는 용수이용량에 대한 간접경제손실이 영향력이 높은 산업분야를 확인할 수 있다. 농림수산품, 식료품은 용수이용량의 감소가 작아도 큰 피해가 발생하였한 반면 전기장비, 운송장비, 기계 및 장비 등의 산업은 40% 이상의 용수이용량의 감소에 피해가 발생하였다. 이러한 결과는 각 산업별로 용수이용량에 대한 의존도가 다른 것을 확인할 수 있었으며 산업별 용수분배에 대한 자료로 활용이 가능하다.
본 연구의 결과는 용수이용량의 부족이 재난상황 및 수자원 활용에 국한된 문제뿐만 아니라 산업분야의 상호연계 구조를 통해 경제적인 파급력을 WIOLP 모형을 활용하여 정량적으로 분석할 수 있는 방법론을 제시 하였다. 또한, 용수이용량의 감소에 따른 산업분야의 영향을 검토하여 수자원의 희소성을 고려한 산업분야의 경제적인 효율성 문제를 해결하는데 활용이 가능하다. 또한, 생공농의 산업별 용수 의존도에 차이를 통해 지역 간의 물분배에 대한 정책적 및 전략적 판단의 근거자료로 활용될 수 있다. 향후 기후변화 시나리오와 결합된다면 가뭄 대응 정책 수립 및 국가 물관리 수립에도 정책활용에도 적용이 가능하다.
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