Estimation of Household Willingness to Pay for Fluoride-Free Water Connection in the Rift Valley Region of Ethiopia: A Model Study

Belete R Entele, 이종수 (2020) · groundwater-for-sustainable-development 10:100329 · DOI ↗

에티오피아 Rift Valley 5 woreda 330 가구 (2017.12-2018.2 면담) 의 fluoride-safe 식수 (FSWSC) 연결 WTP 를 open-ended 조건부 가치 평가법 + ordinary-least-squares + tobit-model (zero-censored) 로 추정. Rift Valley 호수 fluoride 농도 WHO 기준 (1.5 mg/L) 의 5~176 배 (Shala 264 mg/L, Abijata 202.4 mg/L), 1,400 만 명 dental/skeletal 불소증 노출. 2 m³ WTP — 가정 연결 OLS $13.70 / Tobit$ 13.45, 가장 가까운 공공 수도 OLS $6.84 / Tobit$ 6.54. 월 소득 대비 8-16%. 가구 WTP 합계 / 사업비용 비율 (BCR) — 가정 연결 10.93, 공공 수도 5.31 (둘 다 경제적 타당). 양 효과: 수질 인식 (β=+0.34), 불만족도 (+0.30), 본인 집 (+0.29), 교육 (+0.24), 5 세 미만 자녀 수 (+0.058); 음 효과: 나이 (−0.007), 남성 dummy (가정 −0.05 / 공공 −0.054), Adama/Lume 지역 (가정 +0.42 / 공공 −0.255 — fluoride 농도 낮은 지역). 이종수 의 개도국 환경 정책 sub-line.

RQ: 에티오피아 Rift Valley 가구의 fluoride-safe 식수 연결 (가정 + 공공 수도 두 가지) WTP 는? 결정 요인은? Benefit-cost 측면에서 정부 (또는 PPP) 투자가 정당화되는가?
방법론: 조건부 가치 평가법 (open-ended CVM, 2 가지 시나리오 — Q1 가정 연결, Q2 공공 수도 5 분 거리) + ordinary-least-squares + tobit-model (Tobin 1958, Amemiya 1984, zero-censored MLE). 15 covariates: QUATT (수질 인식), INFATT (사전 통보), DISSATT (불만족), SRCEW (수원 dummy), BOTL (병물 지출), OWNHOUSE, NCHL5YR, AGE, INCOME, BILL, VOLUME, MALE, EDUC, FAMSIZE, LOCATION. BCR 분석 — 20 년 NPV, 연 7% 할인.
데이터: 에티오피아 Rift Valley 지역 5 woreda 330 가구 (2017.12.10-2018.2.10 personal interview), age 21-60+, multi-stage random sampling (zone → woreda → kebele → household). 인구: 남성 63.3%, 결혼 84.8%, 농민 78.5%, 본인 집 96.1%, 평균 가구원 6 인, 평균 월소득 2,260 ETB (≈ $83), 평균 수도료$ 4.12, 평균 소비 25.2 m³/월. Bottled water 평균 지출 99.40 ETB ($3.62)/월 — bottled 가격은 woreda 수도 요금의 1,150 배. Fluoride 농도: Shala 호수 264 mg/L, Abijata 202.4, Beseka 32.2, Langano 12.89, Chamo 8.4, Zuway 1.7, WonjiShoa 6-22.6 (WHO 기준 1.5 mg/L 대비).
주요 발견: (i) WTP per Jerican (20 L): 가정 ETB 3.69 ( $0.13), 공공 수도 ETB 1.80 ($ 0.065). 2 m³/월 WTP: 가정 OLS $13.70** / Tobit **$ 13.45, 공공 수도 OLS $6.84** / Tobit **$ 6.54. 월 소득의 8-16%. (ii) 결정요인 양 효과 (Tobit, 가정 모델): QUATT +0.336* (수질 인식), DISSATT +0.293* (불만족), SRCEW +0.244*** (파이프라인 보유 dummy, 양 효과는 역설 — 저자는 오픈 수원 사용자가 안전 수도에 더 큰 WTP 라고 해석), OWNHOUSE +0.287***, EDUC +0.233***, INCOME +0.158***, AGE +0.009*** (가정 모델은 양, 공공 모델은 −0.007), MALE +0.050** (가정), NCHL5YR +0.058**, BOTL +0.001*** (병물 지출 — 우회 비용 정당화), VOLUME +0.015**, LOCATION (Adama+Lume) +0.412***. (iii) 공공 수도 모델: SRCEW −0.093 (음 — 파이프라인 보유자는 공공 수도 WTP 낮음), MALE −0.054*, AGE −0.007*, LOCATION (Adama+Lume) −0.255*. (iv) BCR (20 년 NPV, 7% 할인): 가정 10.93, 공공 수도 5.31 (둘 다 1 초과 → 경제 타당). 총 사업비 $23.2 M (5 woreda, Datturi 등 2015) vs 총 WTP NPV 가정 **$ 253.5 M**, 공공 수도 $123.3 M. (v) Bottled water 가격: woreda 수도료의 1,150 배 + 가구 WTP 의 200 배 — 가구는 fluoride-safe 공공 공급 을 적극 환영.
시사점: (a) 정부의 fluoride-safe 공급 사업이 경제 타당, 가구로부터 자금 동원 + World Bank 등 donor + PPP (Kenya 사례) + 민영화 (England, Chile 사례) 가능. (b) 빈곤 가구는 가정 연결 부담스러우므로 공공 수도 (kiosks) 우선 설치 — 학교 중퇴·수인성 질병·물 운반 시간 감소로 사회 후생 증가. (c) Adama/Lume (낮은 fluoride) 보다 Bora/Zuway Dugda (높은 fluoride) 거주자의 WTP 가 높음 — 정책 타게팅. (d) Open-ended CVM 의 hypothetical bias 가능 (overestimation 위험, 향후 dichotomous choice 권장).

Rift Valley 5 woreda 의 fluoride-safe water 연결 WTP CVM 분석 흐름 — 사업 비용 vs 가구 WTP NPV (BCR 5.31~10.93).

요약

이종수 의 3 기 (2017-2025) 수요예측·정책 평가 통합 라인의 개도국 환경 정책 적용 사례. Belete R Entele (Adama Science and Technology University, Ethiopia) 이 SNU TEMEP 의 CVM/Tobit 방법론을 자국 식수 안전 문제에 적용한 협업이다. Rift Valley 1,400 만 명이 WHO 기준의 5~~176 배 fluoride (호수 8.4~~264 mg/L) 에 노출되어 dental/skeletal fluorosis 가 만연 (Tekle-Haimanot 등 2006), 의학 치료가 효과 없어 수원 차원의 예방 만이 유일한 해법. 기존 Mexico City (Gonzalez-Davila 2013) 의 fluoride-safe WTP ( $2.70/월) + arsenic-safe ($ 3.22/월), Sri Lanka (Jonson 등 2003) 의 piped vs public tap WTP, Mexico Parral (Vasquez 등 2009) 의 깨끗한 물 WTP 등 비교 가능 선행 있으나 에티오피아 Rift Valley 의 fluoride 특정 WTP 는 본 paper 가 최초.

방법론은 조건부 가치 평가법 open-ended elicitation. 2 시나리오 — Q1 (가정 연결, 24 시간 공급), Q2 (공공 수도 5 분 거리). 응답이 zero 가능 (저소득 + 무관심) 이므로 tobit-model (zero-censored MLE) 이 적합; ordinary-least-squares 도 병행 (overestimation 비교용). 15 covariates 모형 (QUATT, INFATT, DISSATT 인식 변수 + SRCEW, BOTL, OWNHOUSE, NCHL5YR, AGE, INCOME, BILL, VOLUME, MALE, EDUC, FAMSIZE, LOCATION). Multi-stage random sampling 으로 330 가구. BCR 분석은 가구당 WTP × 가구 수 × 12 월의 20 년 NPV (7% 할인) 를 총 사업비 ($23.2 M, Datturi 등 2015) 와 비교.

핵심 결과 — 2 m³/월 WTP 가정 $13.45, 공공 수도$ 6.55 (Tobit 기준). 가구 소득 ( $83/월) 의 8-16% 로 부담 가능. 결정요인 정량: 수질 인식 (QUATT +0.34) 과 불만족 (DISSATT +0.30) 이 가장 큰 양 효과 — 인식 캠페인의 효과. 본인 집 (+0.29) + 교육 (+0.24) 도 큰 양 효과. SRCEW (파이프라인 dummy) 가 가정 모델에서 양 (+0.24) / 공공 모델에서 음 (−0.09) — 파이프라인 보유자는 추가 가정 연결에 지불 의사가 더 있고 공공 수도에는 덜. 흥미로운 점: AGE 가 가정 모델 양 / 공공 모델 음 (−0.007), 즉 노년층은 거리 이동 어려워 가정 연결 선호. LOCATION (Adama+Lume) 도 양/음 반전 — 두 woreda 는 fluoride 농도가 다른 woreda 보다 낮아 *심각도 차이* 가 WTP 에 반영. BCR: 가정 **10.93**, 공공 수도 **5.31** — 둘 다 사업의 경제적 타당성 확인. caveat: open-ended CVM 의 hypothetical bias (overestimation 가능, treated water tariff$ 0.80/m³ vs stated WTP $3.30/m³ 의 4 배 차이로 surface), 미래 연구는 double-bounded dichotomous choice 권장.

정책 함의: (a) 정부가 가구 + donor + PPP (Kenya 사례, Marin 2009 World Bank) + 민영화 (England, Chile 사례) 자금 조합으로 fluoride-safe 사업 가능. (b) 빈곤 가구는 공공 수도 (kiosk) 가 더 affordable, 정부의 community-based 공급이 단기 해법. (c) Bora/Zuway Dugda (높은 fluoride 농도) woreda 가 정책 우선순위.

핵심 결과

변수	가정 연결 (Tobit)	공공 수도 (Tobit)	t-stat (가정)
QUATT (수질 인식)	+0.336*	+0.222***	9.98
DISSATT (불만족)	+0.293*	+0.178***	5.47
SRCEW (파이프라인 dummy)	+0.244***	−0.093**	4.38
OWNHOUSE	+0.287***	+0.069	3.12
EDUC	+0.233***	+0.124***	6.13
INCOME	+0.158***	+0.017	4.21
AGE	+0.009***	−0.007**	5.55
MALE	+0.050**	−0.054**	2.11
NCHL5YR	+0.058**	+0.047***	2.31
LOCATION (Adama+Lume)	+0.412***	−0.255**	7.95

Metric	가정 연결	공공 수도
WTP/Jerican (20 L)	$0.13	$0.065
WTP/2 m³/월	$13.45	$6.55
가구당 NPV (20 년, 7%)	큼	중
BCR (총 WTP / 총 사업비 $23.2 M)	10.93	5.31
Aggregate NPV (5 woreda)	$253.5 M	$123.3 M

Rift Valley 호수 fluoride 농도 (WHO 기준 1.5 mg/L): Shala 264, Abijata 202.4, Beseka 32.2, Langano 12.89, Chamo 8.4, Zuway 1.7, WonjiShoa 6-22.6 mg/L. Bottled water 가격은 woreda 수도료의 1,150 배.

방법론 노트

조건부 가치 평가법 의 expenditure-function 기반 welfare measure:

\text{WTP}(q^*) = m(p, q, u_0; X_i) - m(p, q^*, u_0; X_i)

$m$ = expenditure function, $q$ = 현 수질, $q^*$ = fluoride-safe 수질, $X_i$ = 가구 특성. tobit-model (Tobin 1958) 의 latent variable 형식:

\text{WTP}^* = z_i' \beta + \varepsilon_i, \quad \varepsilon_i \sim N(0, \delta^2)

\text{WTP} = \begin{cases} \text{WTP}^* & \text{if } \text{WTP}^* > 0 \\ 0 & \text{if } \text{WTP}^* \le 0 \end{cases}

Likelihood (MLE):

L(\beta, \delta) = \prod_i \left[1 - \Phi\left(\frac{z_i'\beta}{\delta}\right)\right]^{1 - I_i} \cdot \left[\frac{1}{\delta} \varphi\left(\frac{\text{WTP}_i - z_i'\beta}{\delta}\right)\right]^{I_i}

$I_i = 1$ if positive WTP, 0 otherwise. OLS 가 censoring 무시 → 상향 편향, Tobit 은 정확. BCR 분석: 20 년 NPV, 7% 할인 (Ethiopian National Bank 2018 base rate).

\text{Total MWTP} = \sum_{t=1}^{20} \frac{\text{annual MWTP} \cdot N_{\text{HH}}}{(1.07)^{t-1}}

Identification: random sampling, open-ended elicitation의 honest revelation 가정, hypothetical bias (저자가 limitation 으로 명시 → 향후 DBDC 권장).

연구 계보

이종수 의 3 기 (2017-2025) 수요예측·정책 평가 통합 라인의 개도국 환경 정책 협업 sub-thread. Direct method predecessor: Haab & McConnell (2003, CVM 이론), Tobin (1958, Tobit), Amemiya (1984, Tobit survey), Whittington 등 (1990, 2002, CVM in developing countries), Willig (1976, consumer surplus). Direct application predecessor: Gonzalez-Davila (2013, Mexico fluoride/arsenic CVM, 본 paper 의 가장 직접 비교 대상), Jonson 등 (2003, Sri Lanka 3 도시), Rodríguez-Tapia 등 (2017, Mexico City), Vasquez 등 (2009, Mexico Parral), Hundie & Abdisa (2016, Ethiopia Jigjiga), Bayrau (2005, Ethiopia Adama), Tarfasa (2013, Hawasa). Tekle-Haimanot 등 (2006, Sci Total Environ) 의 Rift Valley fluoride 지리 분포가 본 paper 의 문제 정의 source. Sibling: 이종수 라인의 다른 개도국 협업 작업, Users' Perspective on the Adoption of E-Learning in Developing Countries: The Case of Nepal with a Conjoint-Based Discrete Choice Approach (Nepal e-learning DCM) 같은 sister 협업.

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