우리나라 상수도시설은 경제성장기인 1970년대에 집중적으로 매설 및 건설되어 지방공기업법 시행규칙상 내용연수를 고려할 때 향후 10년 이내에 내용연한을 초과하는 정수시설 물량은 63.91%, 상수관로는 34.12%를 차지하여, 향후 대량으로 개량 물량이 발생할 것으로 예측된다. 그러나 지방상수도는 요금수입으로 운영세출도 충당하지 못하는 상황이므로, 상수도시설 개량에 투자할 예산이 부족한 악순환에 빠져있다. 이에 따라 한정된 투자 예산 속에서 노후 상수도시설의 개량에 대한 최적 개량 모델의 필요성이 대두되고 있다.
따라서 본 연구에서는 비선형계획법을 활용하여, 현재 지방상수도 재정 현황을 고려하는 최적 개량계획 모델을 개발하였다.
우선, 연구대상지역의 재정현황을 파악하기 위해 현재 연구대상지역의 수도요금과 보조금을 적용하여 재정수지를 분석한 결과 재정수지 과부족액이 41,544백만원(시나리오 P-1, 보조금 일정), 11,972백만원(시나리오 P-2, 보조금 물가상률 고려)이 발생하여 지방상수도 재정상황은 지속적으로 악화되는 것을 확인하였다.
수도사업자의 투자 효율성을 고려한 개량계획을 수립하기 위하여 연간 개·대체비 상한액에 따른 개량계획을 모델링하였다. 재정 투자 균등화 전·후의 변동계수는 1.00에서 0.16으로 감소하여, 개·대체비 상한액 조건을 적용하는 것이 투자 효율성이 높아진다는 결과를 도출하였다. 그러나 재정 투자의 균등화만 고려할 경우 이월되는 물량에 따라 영향을 미치는 인자에 대한 고려가 부족하여, 문제가 있음을 확인하였다.
목표 유수율 유지를 위해 연간 개·대체비 상한액 조건을 주지 않는 조건에서의 최적 개량계획을 도출한 결과, 수도요금을 계단식으로 증가시키고, 보조금을 일정하게 감소시키는 조건이 총 비용(유지관리비, 개·대체비, 차입금 상환, 누수피해비용)이 최소가 되어, 가장 최적의 개량계획으로 판단하였다.
수도사업자의 재정 투자 균등화를 위해, 이월되는 개량 물량에 따라 영향을 미치는 인자(누수손실, 차입금, 이자, 유지관리비 변동, 수도요금 변동)를 고려한 최적 개량계획 모델링 결과, 내용연수를 적용한 경우 시나리오 A-6(수도요금 계단식 증가, 보조금 일정감소)을 최적 개량계획으로 제안하였고, 내구연수를 적용하였을 경우 같은 조건인 시나리오 B-6을 최적 개량계획으로 제안하였다. 이에 따라 수도요금 조건, 보조금 조건이 재정수지에 미치는 영향을 확인하였고, 개발한 모델은 여러 가지 시나리오 조건에 따라 가장 합리적인 결과를 도출할 수 있는 것으로 나타났다.
마지막으로, 향후 기술 향상을 고려하기 위한 내구연수와 경제 상황을 고려하기 위한 물가상승률에 따른 민감도 분석을 실시하였다. 분석 결과 물가상승률이 0.0%일 때, 2.2%일 때 보다, 총 비용은 74%수준으로 발생하여, 물가상승률이 총 비용에 큰 영향을 미친다는 것을 확인하였다. 또한, 내구연수가 60년 수준으로 증가하는 경우 총 비용이 30년 수준에 비해 83%가량으로 나타나, 내구연수를 증가시킬수록 총 비용이 감소되는 것으로 나타났다. 따라서 현재의 기술 수준과 장래 기술항샹에 따라 내구연수를 과학적이고, 합리적으로 산정하는 것이 중요할 것으로 판단된다.
이와 같이, 본 연구에서는 요금 수입으로 운영 세출도 충당하지 못하는 지방상수도의 재정 현황을 고려하는 최적 개량계획 모델을 개발하였다. 본 연구에서 제안한 방법은 상수도시설 자산관리의 마지막 단계인 최적 재정 계획 및 개량 계획의 핵심 부분이라 할 수 있다. 따라서 본 연구에서 제안한 방법을 통해 지방상수도 수도사업자는 각 상황에 맞게 활용하여 상수도시설의 자산관리에 활용할 수 있을 것이라 판단된다.

Korea rural water supply is buried and built intensively in 1970s , the economic growth period. Considering the service life, the quantity of water purification facilities and pipelines that exceed service life within 10 years will be 63.91% and 34.12%. Therefore, a large amount of renewal assets will be occurred in the future. However, since rural water supply is not covering management cost by water rate income, the budget for renewal is in a vicious circle. In accordance with this situation, the necessity of optimal renewal planning model in limited investment budget for aging water supply facilities is increasing.
Therefore, in this research, optimal renewal planning model using nonlinear programming method and considering current financial situation of rural water supply is developed.
First of all, in order to figure out the current finance state in the study area, the current water rate and subsidy is applied for analyzing the financial income and cost. As a result of the analysis, the deficit is 41,544 million won(scenario P-1, constant subsidy), 11,972 million won(scenario P-2, considering consumer prices inflation ratio). Therefore, it is confirmed that the financial situation of the study area is continually worsening.
In order to modeling investment efficiency, annul renewal & replacement upper limit cost is applied to the renewal model. Because, the CoV(coefficient of variation) which indicates financial equalization is derived from 1.00 to 0.16, applying annual renewal & replacement upper limit cost to the renewal planning increases efficiency of investment. However, considering only financial equalization has a problem due to lack of consideration of factors that depends on the amount of exceeded annual renewal & replacement upper limit cost.
In order to maintain the target revenue water ratio, conditions that include stepped increase water rate and constant decrease subsidy are the optimal renewal plan because it causes minimum total cost(management cost, renewal & replacement cost, borrowings cashin, non revenue water cost).
To consider investment equalization, indicators that effected by annual renewal & replacement upper limit cost are applied to the optimal renewal model. As a result, scenario A-6(water rate : stepped increase, subsidy : constant decrease) is the optimal renewal plan when service life is applied and scenario B-6(water rate : stepped increase, subsidy : constant decrease) is the optimal renewal plan when useful life is applied. Therefore, the effects of water rate condition and subsidy condition on the financial income and cost are found and the model can produce reasonable result in accordance with various conditions.
Finally, sensitivity analysis about useful life and consumer prices inflation ratio are implemented to consider technical improvement and financial situation. As a result of sensitivity analysis for consumer prices inflation, total cost in consumer prices inflation ratio 0.0% is 26% less then the total cost in consumer prices inflation ratio 2.2%. Thus, total cost is largely effected by consumer prices inflation. Also, as a result of sensitivity analysis for useful life, total cost in useful life about 60 years is 17% less then the total cost in useful life about 30 years, total cost is decreased when useful life is increased. Therefore, it is important to predict useful life scientifically and reasonably considering current technic and future technic.
In this study, optimal renewal planning model for rural water supply that is not covering management cost by water rate income is developed. Method that is suggested in this study is the core part of optimal financial planning and renewal planning in asset management of water supply facilities. Utilizing the result of this research, it is expected that it can be applied for asset management of water supply facilities.