기존 새만금유역의 물수지분석은 유역전체를 단일유역으로 단순화하여 가지야마식으로 산출한 유출량을 기초로 행해졌으나, 새만금유역은 용수공급체계가 복잡 다양하고 향후 임의의 지점에서 물수지요소가 변경될 때 탄력적으로 적용하기에 어려움이 있다. 본 연구에서는 새만금유역에 적합한 물수지분석모형 적용을 위하여 수개의 물수지 단위소유역으로 구분하고 각각의 소유역별 수자원의 개발과 이용에 대해 물수지를 상세분석할 수 있는 GIS 기반의 유역물수지모형을 개발하였다. 유역의 물수지 상세 분석을 위하여 UML 다이어그램을 이용한 물수지모형의 추상 및 개념 설계, 용수공급체계 반영을 위한 하천망 구성, GIS 기반의 전처리 및 후처리 모듈 개발, 모형 보정 및 검증 등을 포함하는 연구를 수행하였다. 이러한 물수지분석모형은 수자원의 유출과정 해석을 통해 유역내 효율적인 수자원관리 방안을 수립할 수 있도록 지원이 가능하며, 사용자로 하여금 유역의 체계적인 수자원관리에 있어 수작업을 최소화하고 다원화된 모델 분석체계를 지원함으로써 보다 편리하고, 합리적인 수자원관리방안 수립에 지원이 가능할 것으로 사료된다.
기존 새만금유역의 물수지분석은 유역전체를 단일유역으로 단순화하여 가지야마식으로 산출한 유출량을 기초로 행해졌으나, 새만금유역은 용수공급체계가 복잡 다양하고 향후 임의의 지점에서 물수지요소가 변경될 때 탄력적으로 적용하기에 어려움이 있다. 본 연구에서는 새만금유역에 적합한 물수지분석모형 적용을 위하여 수개의 물수지 단위소유역으로 구분하고 각각의 소유역별 수자원의 개발과 이용에 대해 물수지를 상세분석할 수 있는 GIS 기반의 유역물수지모형을 개발하였다. 유역의 물수지 상세 분석을 위하여 UML 다이어그램을 이용한 물수지모형의 추상 및 개념 설계, 용수공급체계 반영을 위한 하천망 구성, GIS 기반의 전처리 및 후처리 모듈 개발, 모형 보정 및 검증 등을 포함하는 연구를 수행하였다. 이러한 물수지분석모형은 수자원의 유출과정 해석을 통해 유역내 효율적인 수자원관리 방안을 수립할 수 있도록 지원이 가능하며, 사용자로 하여금 유역의 체계적인 수자원관리에 있어 수작업을 최소화하고 다원화된 모델 분석체계를 지원함으로써 보다 편리하고, 합리적인 수자원관리방안 수립에 지원이 가능할 것으로 사료된다.
Existing Semangeum's water balance analysis simplifies whole basin to single basin and achieved volume of effluence that produce by Kajiyama way to foundation. But Semangeum is complicated and various rice-wine strainer supply system. And there is difficulty to apply as elastic when water balance el...
Existing Semangeum's water balance analysis simplifies whole basin to single basin and achieved volume of effluence that produce by Kajiyama way to foundation. But Semangeum is complicated and various rice-wine strainer supply system. And there is difficulty to apply as elastic when water balance element is changed at free point. Divided to unit possession station for suitable water balance analysis model application to Semangeum in this study. And developed basin water balance model of GIS base that can do details analysis is bite about development and transfer of an appropriation in the budget of basin water resources. Achieved study including abstraction and concept design that use UML (unified modeling language) diagram for details analysis, stream network composition for rice-wine strainer supply system application, preprocessing of GIS base and postprocessing module development, model revision and verification etc. Support of this water balance analysis model is available to establish efficient water resources administration plan through outward flow process analysis of water resources. And support is considered to be possible in more convenient and, reasonable water resources administration way establishment by minimizing manual processing in systematic water resources government official to user and support diversified analysis system.
Existing Semangeum's water balance analysis simplifies whole basin to single basin and achieved volume of effluence that produce by Kajiyama way to foundation. But Semangeum is complicated and various rice-wine strainer supply system. And there is difficulty to apply as elastic when water balance element is changed at free point. Divided to unit possession station for suitable water balance analysis model application to Semangeum in this study. And developed basin water balance model of GIS base that can do details analysis is bite about development and transfer of an appropriation in the budget of basin water resources. Achieved study including abstraction and concept design that use UML (unified modeling language) diagram for details analysis, stream network composition for rice-wine strainer supply system application, preprocessing of GIS base and postprocessing module development, model revision and verification etc. Support of this water balance analysis model is available to establish efficient water resources administration plan through outward flow process analysis of water resources. And support is considered to be possible in more convenient and, reasonable water resources administration way establishment by minimizing manual processing in systematic water resources government official to user and support diversified analysis system.
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문제 정의
Interaction 다이어그램은 시스템의 동적인 측면을 모델링하기 위해 사용되는 UML 다이어그램 중 하나이며, 객체들과 그들간의 관계로 구성된 교류를 보여주고, 또한 전달되는 메시지를 보여준다. 본 연구에서는 Interaction 다이어그램의 하나인 Sequence 다이어그램을 이용하여 유역물수지 분석을 수행하기 위한 객체를 모델입력자료 설정 객체, 유입량 산정 객체, 관개필요수량 산정 객체, 유역물수지 분석 객체로 규정하였으며, 그림 5와 같이 유역물수지 분석의 시간 순서에 따라 객체간의 메시지 교환이 수행됨을 볼 수 있다. Class 다이어그램은 클래스와 인터페이스, 데이터베이스 등의 객체와 그 객체들의 관계를 나타내는 그림이다.
본 연구에서는 새만금유역 특성에 적합하고 물 수지요소 변경에 따른 탄력적인 적용을 위하여 GIS 기반의 물수지분석 모형을 개발하였다. 이를 위하여 GIS 기반의 단위 소유역별 물 수지 상세분석에 필요한 유역특성자료, 기상자료, 도수 유입량 자료 등의 입력 데이터베이스를 구축하였으며, 유역간의 관계를 정의하기 위하여 유역 망을 구축하였다.
국외의 경우 최근 점 및 비점오염원 관리를 위하여 BASINS/HSPF (better assessmen t science integrated point and nonpoint source /hydrological simulation program- FORTRAN) 모델을 이용하고 있으나 모델 설계 시 대유역에 적합하도록 설계되었으며, 비전문가의 모델링 구현 및 결과 분석을 위한 기반 제공이 다소 미흡한 실정이다. 이에 따라 본 연구에서는 전체유역을 수 개의 물수지 단위 소유역으로 구분하고 각각의 소유역별 수자원의 개발과 이용에 대해 물수지를 상세 분석할 수 있는 GIS 기반의 유역 물수지 분석 모형 을 개 발하였다.
가설 설정
크지 않으므로 무시할 수 있다. 따라서 하천 구간의 저류량은 저수지 등의 저류량 변화를 고려하도록 하였으며, 보나 하도에서의 저류량이 클 경우에는 저수지로 가정하여 처리할 수 있도록 하였다.
제안 방법
클래스들은 크게 입력자료를 읽기 위한 클래스, 유입량 산정을 위한 클래스, 관개필요수량 산정을 위한 클래스, 유역물수지 산정을 위한 클래스로 구분되어 진다. 그리고, 유역물수지분석에 필요한 입력자료인 전체유역자료, 소유역자료, 기상자료, 도수 유입 량자료, 도수유입 량분배율 및 실측 유출량 자료 등에 대하여 데이터베이스를 표 3과 같이 설계 구축하였다.
삼투량은 토양의 특성과 포장조건 등에 따라 좌우되며, 논은 장기간의 담수심을 유지하기 때문에 지하수의 영향을 받게 되므로 시기적으로 변화하는 경향을 나타낸다. 따라서 기존의 실측된 자료를 이용하여 소유역별로 적용토록 하였다. 생활용수는 계절적으로 수요 시간대별로 급수량이 변화되나 시간대별 급수량의 변동은 급수조에서 조정되는 것으로 간주하여 일단위 1인당 소비수량에 따라 식 4를 이용하여 물 수지모형에는 일단위로 입력되도록 구성하였다.
모델 설계를 위하여 Use Case 다이어그램을 이용한 Use Case와 행위자의 관계를 도시하고, Interaction 다이어그램 중 Sequence 다이어그램을 이용하여 시간 흐름에 따른 모델링 과정을 정의하였다. 또한 Class 다이어그램을 이용하여 클래스와 인터페이스, 데이터베이스 등의 개체와 그 개체들간의 관계를 명시하고, Activity 다이어그램을 이용하여 객체간의 통과하는 오퍼레이션을 정의하여 설계하였다.
이를 위하여 GIS 기반의 단위 소유역별 물 수지 상세분석에 필요한 유역특성자료, 기상자료, 도수 유입량 자료 등의 입력 데이터베이스를 구축하였으며, 유역간의 관계를 정의하기 위하여 유역 망을 구축하였다. 또한 모형의 편리한 개발환경구축을 위하여 UML을 이용한 객체지향시스템을 설계하였고, 모형의 보정 및 검증을 위하여 실측 유출량과 모형에 의한 계산치간의 비교를 통해 적용성을 검토하였다.
TXT 파일에는 유역 물 수지에 대한 일별 결과가 출력된다. 마지막 후처리 단계에서는 이러한 결과파일을 보다 편리하게 분석 활용할 수 있도록 GUI 기반의 분석 시스템을 개발하였다. 유역물수지 결과를 소유 역별로 직관적으로 확인할 수 있도록 GIS와 통합하여 그래프, 텍스트파일, 테이블 형태를 지원하여 다각적인 모델링 결과 자료 활용이 가능하도록 그림 10과 같이 구축하였다.
먼저, 전처리 단계에서는 유역물수지 모의에 필요한 입·출력 파일의 생성 과정을 GIS를 이용하여 자동화하였다. 모델 입력자료는 자료 그룹별 관리되며, 입력자료의 생성과 편집은 사용자 편의를 고려하여 모델실행에 필요한 요소를 보다 편리하게 가공할 수 있도록 시스템을 그림 9와 같이 설계하였다.
물수지모형 설계시 UML에서 사용되는 다이어그램은 Use Case 다이어 그램, Interaction 다이어그램, Class 다이어그램, Activity 다이어그램 등이 있다(이우용, 2002). 모델 설계를 위하여 Use Case 다이어그램을 이용한 Use Case와 행위자의 관계를 도시하고, Interaction 다이어그램 중 Sequence 다이어그램을 이용하여 시간 흐름에 따른 모델링 과정을 정의하였다. 또한 Class 다이어그램을 이용하여 클래스와 인터페이스, 데이터베이스 등의 개체와 그 개체들간의 관계를 명시하고, Activity 다이어그램을 이용하여 객체간의 통과하는 오퍼레이션을 정의하여 설계하였다.
모델링을 설계하였다. 모형 설계는 추상 설계와 구현설계로 나누어 체계적인 모델링 구현 과정을 정립하였다. 추상설계에서는 유역 물 수지분석 기능을 정의하고 수문 데이터 및 처리 흐름을 구성하는 개념적인 설계를 UML 다이어그램을 이용하여 설계하였다.
물수지모형 구현을 위하여 추상설계 내용을 보다 상세하게 설계할 필요가 있으며, 물 수지모형의 구현설계는 Class 다이어그램, Sequence 다이어그램 등을 보다 구체화하여 클래스 명세서를 표 2와 같이 도출하였다. 클래스들은 크게 입력자료를 읽기 위한 클래스, 유입량 산정을 위한 클래스, 관개필요수량 산정을 위한 클래스, 유역물수지 산정을 위한 클래스로 구분되어 진다.
물수지분석모형의 효율적인 운영 및 유지·관리체계 지원을 위하여 UML을 이용한 객체지향 모델링을 설계하였다. 모형 설계는 추상 설계와 구현설계로 나누어 체계적인 모델링 구현 과정을 정립하였다.
축산용수는 가축의 종류와 두수, 축산시설 및 경영방법 등에 따라 달라진다. 본 물수지모형에서는 가축의 종류별 일별 기준 수량에 사육두수를 곱하여 결정한 값을 입력하도록 하였다.
원단위 추정법이 있다. 본 연구에서는 산업활동 변화의 불확실성을 고려하여 업종별 공장부지 면적에 의한 원단위 추정법을 적용하였다.
본 연구에서는 식(1)과 같은 물 수지분석모형의 기본식을 이용하여 유역내 물수지를 상세 분석하였다.
마지막 후처리 단계에서는 이러한 결과파일을 보다 편리하게 분석 활용할 수 있도록 GUI 기반의 분석 시스템을 개발하였다. 유역물수지 결과를 소유 역별로 직관적으로 확인할 수 있도록 GIS와 통합하여 그래프, 텍스트파일, 테이블 형태를 지원하여 다각적인 모델링 결과 자료 활용이 가능하도록 그림 10과 같이 구축하였다.
따라서 유역물수지 모형은 하천의 임의 지점에서 유입, 유출량을 추정할 수 있는 수문 모형과 이 결과를 물수지(water balance)하여 저류량의 변화를 추정할 수 있는 수리모형 및 전체유역에 걸쳐서 물수지를 순차적으로 수행할 수 있는 하천 네트워크 모형 등으로 구성된다. 유입성분의 산정은 상류유역으로부터 의 유입 량, 자체유역 으로부터의 횡유입량 각종 용수의 회귀 수량으로 구성하여 산정하였으며, 유줄성분 산정은 공급요소를 농업용수, 생활용수, 공업용수, 축산용수, 환경용수 등으로 구분하여 산정하였다. 농업용수는 작물의 생산을 목적으로 경지에 인공적으로 물을 공급하는 관개용수를 말하며, 필요한 시기와 필요수량을 정확히 산정하는 것은 용수개발 및 관리계획 수립에 중요한 사항이다.
유역물수지 분석은 각 유역별 유역특성, 기상, 도수유입 량 도수유입 량분배 율 등을 입력 함으로써 각 유역의 용수체계 특성을 고려한 관개 필요 수량 및 유줄량을 산정하게 된다. 이들 각각의 분석 과정을 Use Case로 규정하여 설계하였으며, 세부적으로는 유입량, 관개필요수량, 유출량 산정 Use Case로 나누어 그림 4와 같이 설계하였다. Interaction 다이어그램은 시스템의 동적인 측면을 모델링하기 위해 사용되는 UML 다이어그램 중 하나이며, 객체들과 그들간의 관계로 구성된 교류를 보여주고, 또한 전달되는 메시지를 보여준다.
개발하였다. 이를 위하여 GIS 기반의 단위 소유역별 물 수지 상세분석에 필요한 유역특성자료, 기상자료, 도수 유입량 자료 등의 입력 데이터베이스를 구축하였으며, 유역간의 관계를 정의하기 위하여 유역 망을 구축하였다. 또한 모형의 편리한 개발환경구축을 위하여 UML을 이용한 객체지향시스템을 설계하였고, 모형의 보정 및 검증을 위하여 실측 유출량과 모형에 의한 계산치간의 비교를 통해 적용성을 검토하였다.
모형 설계는 추상 설계와 구현설계로 나누어 체계적인 모델링 구현 과정을 정립하였다. 추상설계에서는 유역 물 수지분석 기능을 정의하고 수문 데이터 및 처리 흐름을 구성하는 개념적인 설계를 UML 다이어그램을 이용하여 설계하였다. 물수지모형 설계시 UML에서 사용되는 다이어그램은 Use Case 다이어 그램, Interaction 다이어그램, Class 다이어그램, Activity 다이어그램 등이 있다(이우용, 2002).
이용하여 구축하였다. 하천네트워크 모형을 기반으로 물수지분석을 수행하기 위해 새만금유역을 20개의 소유역으로 구분하였으며, 유역의 연결성을 기초로 새만금 유역의 하천망을 구성하여 모형에 적용하였다.
대상 데이터
모델링 실행 후 결과파일은 TANKTXT, IRRBQTXT, WBALTXT 파일로 구성된다. TANKTXT 파일은 TANK 모형에 의해 계산된 일별 유입량 결과가 기록되며, IRREQ.
모형의 검보정을 위하여 경천-대아 저수지, 대천수위표, 만경 제수문, 동진제수문에서 실측된 자료를 이용하여 모형의 계산결과치와 비교하였고, 실측자료는 관측지점별 1992~1996년까지의 자료를 활용하였다. 그림 10(a)는 1992~1994년까지의 경천-대안 저수지의 계산치와 실측저수량을 상호 비교한 것이며, 이러한 비교 결과를 통해 매개변수를 산정하였다.
본 연구대상지는 새만금유역으로 전라북도의 김제, 군산, 부안 등 5개 시와 3개 군을 포함한다. 새만금 유역은 총 3, 300漩의 면적을 가지고 있으며 크게 만경강권역, 동진강권역, 서해권역, 계화도, 새만금호의 5개 유역으로 나누어지며, 세부적으로는 20개의 소유역과 153개의 세부유역으로 구성되어 있다.
전체유역자료는 각 소유역에 대해 공통적으로 적용되는 시뮬레이션의 제어, 출력제어 등의 항목으로 구성된다. 소유역자료는 소유역의 유역특성을 규명하는 자료이며, 기상자료는 소유역의 유입, 유출량 계산을 위해 필요로 하는 자료로 구성된다. 도수유입량 자료는 타 유역으로부터 도수되는 각 소유역별로 유입량을 입력하기 위한 것이며, 도수유입량 분배율 자료는 분배할 소유역의 수, 유입되는 소유역번호 그리고 유입되는 소유 역명 등으로 구성된다.
이론/모형
그러나 위 방법에 의해 산정된 증발산량과 실측된 증발산량과의 비를 가지고 산정되는 작물계수 값에 대한 변이도를 분석한 결과 Penman 방법이 비교적 다른 식들에 비해 변이도가 적게 나타나는 것으로 보고된 바 있다(서울대, 1986). 따라서, 본 연구에서는 농업용수 필요수량 산정을 위한 증발산량 산정 모형으로 Penman식을 적용하였다.
이러한 형태의 물수지 요소를 가지는 하천의 임의의 지점을 CP(control point)라 하며, CP를 전체유역에 대해 유출순서에 따라 연결하여 물 수지를 수행토록 하는 하천네트웤 모형을 GIS DB를 이용하여 구축하였다. 하천네트워크 모형을 기반으로 물수지분석을 수행하기 위해 새만금유역을 20개의 소유역으로 구분하였으며, 유역의 연결성을 기초로 새만금 유역의 하천망을 구성하여 모형에 적용하였다.
성능/효과
그러나 GIS 기반의 유역물수지분석모형은 GIS와 모델간의 연계를 위해 모델에 필요한 자료를 GIS로부터 자료를 추출하여 모델의 입력자료그룹에 입력되도록 하였다. 그리고 입력자료를 이용하여 유입 및 유출성분에 대하여 유입량, 관계필요수량 물 수지 등을 산정하였으며, 산정된 결과는 GIS를 이용하여 도식처리하여 모델링 결과분석에 편리성을 제공하였다. 또한, 모형의 보정 및 검증 과정을 통하여 새만금유역에 모형의 적용이 비교적 적합한 것으로 나타났다.
그리고 입력자료를 이용하여 유입 및 유출성분에 대하여 유입량, 관계필요수량 물 수지 등을 산정하였으며, 산정된 결과는 GIS를 이용하여 도식처리하여 모델링 결과분석에 편리성을 제공하였다. 또한, 모형의 보정 및 검증 과정을 통하여 새만금유역에 모형의 적용이 비교적 적합한 것으로 나타났다. 이러한 물 수지분석모형은 사용자로 하여금 유역의 체계적인 수자원 관리에 있어 수작업을 최소화하고 다원화된 모델 분석체계를 지원함으로써 보다 편리하고, 합리적인 수자원관리방안 수립에 지원이 가능할 것으로 사료된다.
구분할 수 있다. 첫째, 저수지가 없는 하천의 상류지점으로서 물수지요소는 강우에 의한 자체 유역의 유출량과 각종 용수의 공급량 또는 회귀량, 도수유입량과 유출량 및 기타 손실량 등의 유입, 유출량 등으로 구성된다. 두 번째는 저수지가 있는 하천의 상류지점으로서 물 수지요소는 첫 번째의 경우에서 저수지의 증발량, 발전방류량, 침투량 등이 추가된다.
후속연구
또한, 모형의 보정 및 검증 과정을 통하여 새만금유역에 모형의 적용이 비교적 적합한 것으로 나타났다. 이러한 물 수지분석모형은 사용자로 하여금 유역의 체계적인 수자원 관리에 있어 수작업을 최소화하고 다원화된 모델 분석체계를 지원함으로써 보다 편리하고, 합리적인 수자원관리방안 수립에 지원이 가능할 것으로 사료된다.
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