최근 환경문제에 대한 관심이 많아지고 그 중요성이 부각되면서 관련 기관이 요구하는 정보량은 증가하고 있으며, 수요 또한 급증하고 있다. 오염총량제 실시를 앞두고 환경 관련 정보를 효율적이고 체계적으로 관리할 수 있는 정보관리체계가 필요하게 되었고, 특히, 도형자료에 의하여 관련정보를 효율적으로 관리, 분석할 수 있는 GIS의 개발과 적용이 세계각국을 비롯한 국내의 정부기관, 개인기업체, 관련학술분야에서 활발히 진행되고 있으며, 하천수질분야의 적용성이 인정되고 있다. 본 연구에서는 GIS를 이용하여 행정구역별, 유역별 오염부하량을 산정하고, 수질 예측 모델로서 국내 많은 지역에서 적용된바 있는 QUAL2E 모델을 GIS에 유기적으로 연계시켜 모델을 구동시키며 그 결과를 시각적으로 처리함으로써 오염부하량 산정으로부터 모의 결과를 시각화하는 일련의 과정을 통합하였다. 특히 GIS에 수질모델을 연계시킴으로써 기존연구에서는 미진했던 수질예측이 가능한 하천수질관리시스템을 구축하였으며 그 활용방법을 제시하였다.
최근 환경문제에 대한 관심이 많아지고 그 중요성이 부각되면서 관련 기관이 요구하는 정보량은 증가하고 있으며, 수요 또한 급증하고 있다. 오염총량제 실시를 앞두고 환경 관련 정보를 효율적이고 체계적으로 관리할 수 있는 정보관리체계가 필요하게 되었고, 특히, 도형자료에 의하여 관련정보를 효율적으로 관리, 분석할 수 있는 GIS의 개발과 적용이 세계각국을 비롯한 국내의 정부기관, 개인기업체, 관련학술분야에서 활발히 진행되고 있으며, 하천수질분야의 적용성이 인정되고 있다. 본 연구에서는 GIS를 이용하여 행정구역별, 유역별 오염부하량을 산정하고, 수질 예측 모델로서 국내 많은 지역에서 적용된바 있는 QUAL2E 모델을 GIS에 유기적으로 연계시켜 모델을 구동시키며 그 결과를 시각적으로 처리함으로써 오염부하량 산정으로부터 모의 결과를 시각화하는 일련의 과정을 통합하였다. 특히 GIS에 수질모델을 연계시킴으로써 기존연구에서는 미진했던 수질예측이 가능한 하천수질관리시스템을 구축하였으며 그 활용방법을 제시하였다.
Recently, as the social interest about environmental problems is increased and the importance is highlighted, the related information and the demand of information are increased. and, the Total Pollution System will be executed soon. Therefore, the information management system which can manage and ...
Recently, as the social interest about environmental problems is increased and the importance is highlighted, the related information and the demand of information are increased. and, the Total Pollution System will be executed soon. Therefore, the information management system which can manage and analysis related information efficiently and systematically become required. Especially, the development and application of GIS which can effectively manage and analyze information using spatial data have been processing by government, private institute, and related academic institute of all over the world. also their potentiality of application have been recognizing. The main purpose of this study is to develop the stream water quality management system which can simulate future water quality using water quality model(QUAL2E) and be integrated the whole step from calculating pollutant load divided by administrative district and watershed to displaying the result of modeling visually.
Recently, as the social interest about environmental problems is increased and the importance is highlighted, the related information and the demand of information are increased. and, the Total Pollution System will be executed soon. Therefore, the information management system which can manage and analysis related information efficiently and systematically become required. Especially, the development and application of GIS which can effectively manage and analyze information using spatial data have been processing by government, private institute, and related academic institute of all over the world. also their potentiality of application have been recognizing. The main purpose of this study is to develop the stream water quality management system which can simulate future water quality using water quality model(QUAL2E) and be integrated the whole step from calculating pollutant load divided by administrative district and watershed to displaying the result of modeling visually.
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문제 정의
본 연구는 하천 수질관리에 있어 수질모형을 연계한 GIS기반의 하천수질관리 시스템을 구축하고 활용하기 위한 연구로서 GIS를 이용하여 각 행정구역 및 소유역별로 오염부하량을 산정하여 비교함으로써 특정의 공공수역을 대상으로 유역으로부터 대상수계에 유입되는 오염물질의 총량을 수질환경기준이 준수될 수 있는 일정수준 (허용총량)이하가 되도록 오염원을 관리하도록 하고있는 오염총량관리제에서의 활용성을 확인하였다.
본 연구에서는 지형공간정보체계를 이용하여 행정구역별, 유역별 오염부하량을 산정하고, 수질모델을 구동시키기 위한 전처리 과정으로서 수질모델의 입력파일을 생성하여 모델을 구동시키고 후처리 과정으로서 결과를 시각화하도록 인터페이스를 개발함으로써 오염부하량 산정으로부터 모의 결과를 시각화하는 일련의 과정을 통합하고, 특히 수질모델과 GIS를 연계함으로써 기존의 GIS를 이용한 하천관리에 관한 연구들에서 미진하게 다루었던 수질예측이 가능한 환경 정보시스템을 구축하였으며 그 활용방법에 관하여 연구하였다. 수질 예측모델로는 국내 많은 지역에서 적용된 바 있는 QUAL2E 모델을 활용하였다.
가설 설정
본 연구에서는 수리학적 특성자료에서 대상하천의 단면을 사다리꼴로 고려하였고, 대상지역의 전체 유역에 대하여 소유역을 구분할 때 소유역에서 발생하는 모든 오염물질이 유역의 최종 배출지점에서 하천에 유입되며, 유역내 모든 오염원들 이 유역전체에 균일하게 분포되어있다고 가정하였다. 또한, 하천의 특성상 하천의 최하류단에서의 조건이 그 상류지역에 미치는 영향이 없기 때문에 수질관련변수 중 하류경계조건은 고려하지 않았으며, 증분유입량은 없다고 가정하였다.
본 연구에서는 수리학적 특성자료에서 대상하천의 단면을 사다리꼴로 고려하였고, 대상지역의 전체 유역에 대하여 소유역을 구분할 때 소유역에서 발생하는 모든 오염물질이 유역의 최종 배출지점에서 하천에 유입되며, 유역내 모든 오염원들 이 유역전체에 균일하게 분포되어있다고 가정하였다. 또한, 하천의 특성상 하천의 최하류단에서의 조건이 그 상류지역에 미치는 영향이 없기 때문에 수질관련변수 중 하류경계조건은 고려하지 않았으며, 증분유입량은 없다고 가정하였다.
제안 방법
속성자료는 크게 소유역별 오염부하량 산정시에 사용되는 오염원 자료와 QUAL2E 모델의 입력파일 생성에서 사용되는 자료로 구분하여 "*.dbf" 의 형태로 입력하여 자료기반화하였다.
오염부하량의 산정기능은 입력한 행정구역별 오염원 데이터와 "오염총량 관리계획의 수립지침(안)의 원단위와 발생/배출/유달 부하량 산정방법을 이용하여 유역별로 산정 하였다. [그림 4]는 부하량산정을 위한 오염 원데이터 입력화면으로서, 오염원데이터의 입력은 [그림 5]와 같이 GUI를 통하여 마우스로 직접 입력 할 수 있도록 하였다.
도형자료로는 도엽명 삼례, 읍내, 반월, 전주, 신정, 상두, 원천, 관촌의 총 8매의 1 : 25,000 수치 지형도에서 Arc/Infd를 이용하여 레이어 별로 직접 추출하여 수계망도, 수리시설물 위치도, 하천중심선을 입력하였고, 유역도는 속성자료의 구축단위인 행정구역 경계와 수치지형도상의 등고 선을 고려하여 총 10개의 소유역으로 구분하여 입력하였다. 특히 하천이 도심지를 지나는 경우 유역분할의 어려움으로 인하여 전주천 상류에서부터 전주시 시가화 지역을 지나 삼천과의 합류지점까지를 하나의 유역으로 구분하였다.
또한, QUAL2E 모델 적용을 위하여 삼천 상류의 수질관측지점인 삼천취수장 부근을 수원으로 하고 만경강 합류지점까지 를 수질 모의 구간으로 설정하였으며, 이 구간의 하천중심선을 QUAL2E 모델의 모의 기본단위인 구간(Reach)로 구분하여 입력하고 전 구간을 계산요소로서 500m 씩 구분하여 입력하였다.
또한, 수질모델의 전·후 처리에 GIS를 이용할 수 있는 인터페이스를 개발하는 방법으로 G1S를 이용한 하천관리에 수질 모델을 유기적으로 연계시킴으로써 기존 GIS를 이용한 하천관리에 관한 연구들에서 미진하게 다루었던 수질예측이 가능한 하천수질 관리 시스템을 구축하였다.
또한, 조류/질소/인/일조량 및 온도보정계수 입력부분에 대해서도 [그림 8], [그림 9]와 같이 대화창에서 설정된 초기 값을 수정하도록 하였으며, 생성할 입력 파일명은 [그림 10]과 같이 직접 입력하도록 하였다.
마지막으로, 오염부하량을 산정하고, 수 질 모의를 수행하며, 모의 결과를 시각화하는 일련의 과정을 하나의 시스템에 통합함으로써 수질 모의의 수행과 그 결과 분석을 용의하게 하였고 특히, 수질모델의 수질모의 결과를 GIS환경에서 시각적으로 표현하도록 시스템을 구현함으로써 모델에 대한 전문지식이 없는 일반인들도 현황을 쉽게 알아보고 비교 . 분석할 수 있도록 하였으나 향후, 일반인을 대상으로 한 수질정책의 효과를 극대화하기 위하여 인터넷과의 연계가 필요할 것으로 판단된다.
본 연구에서는 1997년 오염원자료를 이용하여 보정한 QUAL2E 모델의 보정치를 이용하고 오염원 데이터를 변경하여 2004년 대상하천의 수질변화를 예측하였다. 2004년 예측 오염원 데이터는 본 연구에서 고려했던 생활계, 축산계, 토지이용, 산업폐수의 오염원 중 그 양이 가장 많아 소유역에 대한 오염부하량에 영향을 가장 많이 미치는 것으로 판단되는 생활계 오염원만을 고려하였다.
본 연구에서는 GIS와 수질모델을 연계하는 방법으로 두 시스템간의 인터페이스를 개발하는 긴밀한연결방법을 사용하였다 [그림 1]은 GIS와 수질모델의 연계방법에 대한 모식도이다.
본 연구에서의 시스템은 PC ArcView 3.1 환경에서 PC Arc View 의 객체지향 프로그래밍 언어인 Avenue를 사용하여 유역별 오염 부하량을 산정하고, QUAL2E 모델의 입력 파일을 생성하여 수질 모의를 수행하며, 모의 결과를 시각화하는 3가지 기능을 구현하여 하천수질에 대한 예측을 시도하였고, PC Arc View 의 Extention 인 Dialog Designer 를 이용하여 GUI를 구현하였다. [그림 3]은 시스템 개요를 보여준다.
QUAL2E 모델은 모델 구동 후 텍스트 형식의 결과파일을 생성하며, 이 또한 입력 파일과 같이 일정한 형식을 갖는다. 이에 본 연구에서는 [그림 11]과 같이 생성된 결과 파일을 선택함으로써 선택된 결과 파일에 대하여 화면 또는 출력물의 형태로 작성될 수 있도록 구현하였다.
QUAL2E 모델의 입력파일 중 모의제목, 3개의 보존성물질 및 1개의 비보전성물질 의 입 . 출력시 이름과 단위, 그리고 모의 할 항목등의 데이터 그룹부분과 프로그램 수행을 제어하는 각종 입출력 옵션 및 프로그램 전체에 영향을 미치는 데이터들을 입력하는 프로그램 제어부분은 [그림 6], [그림 7]과 같이 대화창에서 직접 선택하거나 입력/수정이 가능하도록 구현하였다. 특히 프로그램 제어부분의 경우 모의 모드별로 필수 입력값을 따로 선택하도록 하였다.
대상 데이터
"본 연구에서 소유역별 오염부하량의 산정에 있어서 1999년 8월 환경부의 ""오염총량관리계획의 수립지침(안) (환경부, 1999)에서 제시하고 있는 방법 및 원단위를 이용하였으며 이 방법에서 필요로 하는 각 오염원별 항목에 대하여와 같이 자료를 입력하였다."
본 연구에서는 1997년 오염원자료를 이용하여 보정한 QUAL2E 모델의 보정치를 이용하고 오염원 데이터를 변경하여 2004년 대상하천의 수질변화를 예측하였다. 2004년 예측 오염원 데이터는 본 연구에서 고려했던 생활계, 축산계, 토지이용, 산업폐수의 오염원 중 그 양이 가장 많아 소유역에 대한 오염부하량에 영향을 가장 많이 미치는 것으로 판단되는 생활계 오염원만을 고려하였다. 2004년 예측인구는 “전주 시 하수도 정비 기본계획변경 보고서”(전 주시, 1999)를 참고하였다.
본 연구의 대상지역은 만경강 지류인 전라북도 전주천 유역으로 만경강 합류지점부터 전주천의 지류인 삼천의 함류지점 까지의 전주천 일부구간과 지류인 삼천을 대상으로 하였다. [그림 2]는 대상지역 에 대한 위성영상에 삼천-전주천의 전체 유역을 표시한 유역현황도이다.
이론/모형
본 연구에서는 지형공간정보체계를 이용하여 행정구역별, 유역별 오염부하량을 산정하고, 수질모델을 구동시키기 위한 전처리 과정으로서 수질모델의 입력파일을 생성하여 모델을 구동시키고 후처리 과정으로서 결과를 시각화하도록 인터페이스를 개발함으로써 오염부하량 산정으로부터 모의 결과를 시각화하는 일련의 과정을 통합하고, 특히 수질모델과 GIS를 연계함으로써 기존의 GIS를 이용한 하천관리에 관한 연구들에서 미진하게 다루었던 수질예측이 가능한 환경 정보시스템을 구축하였으며 그 활용방법에 관하여 연구하였다. 수질 예측모델로는 국내 많은 지역에서 적용된 바 있는 QUAL2E 모델을 활용하였다.
후속연구
[그림 13]은 2004년 10월 대상하천에 대한 수질예측 결과를 나타낸 것으로 전반적으로 1997년의 모의 결과와 유사한 양상을 보이고 있음을 알 수 있다. 또한 수질 모의 결과 2004년 대상지역 하류에서의 BOD 농도는 하천수질환경기준(환경부, 1991) V등급의 BOD 규제량 lOmg/C 을 달성하고 있는 것으로 나타났으나, 삼천과 전주천의 합류지점 부근에서의 BOD 농도는 하천수 질환경기준은 Ⅱ등급으로 규제량인 3mg/ ℓ를 상회하는 것으로 나타나고 있어 이 지역에 대한 BOD 저감대책이 필요할 것으로 판단할 수 있다.
마지막으로, 오염부하량을 산정하고, 수 질 모의를 수행하며, 모의 결과를 시각화하는 일련의 과정을 하나의 시스템에 통합함으로써 수질 모의의 수행과 그 결과 분석을 용의하게 하였고 특히, 수질모델의 수질모의 결과를 GIS환경에서 시각적으로 표현하도록 시스템을 구현함으로써 모델에 대한 전문지식이 없는 일반인들도 현황을 쉽게 알아보고 비교 . 분석할 수 있도록 하였으나 향후, 일반인을 대상으로 한 수질정책의 효과를 극대화하기 위하여 인터넷과의 연계가 필요할 것으로 판단된다.
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