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문제 정의
- 본 연구는 ArcGIS를 이용하여 기준년도(2005년)를 바탕으로 점·비점오염원에 관련된 정보와 이에 대한 체계적 관리를 도모하고 부하량 산정프로그램을 이용하여 오염부하량 변화에 따른 오염원 예측이 가능하도록 유역관리 시스템을 구축함으로써 그간의 사후 오염원 규제 정책에서 사전예방 정책으로 변환에 따른 마산만 해역의 오염관리 개선 및 연안환경 정책수립은 물론, 해당 지자체의 친환경 개발여건 조성과 기후변화 및 생태변화에 적극 대응하고, 해양환경 재해저감 및 예방을 위한 연안방재의 효율적인 정책을 판단하고 신속한 의사결정을 할 수 있도록 기초자료로 활용하고자 하였다.
- 본 연구에서는 GIS을 활용하여 마산만 특별관리해역 통합관리시스템의 일환으로 마산만의 점·비점오염원 관리시스템을 개발하여 마산만 연안오염총량관리 체제를 보다 체계적이고 과학적으로 이용할 수 있도록 시스템을 구축하였다.
제안 방법
- Fig. 2에서 보는바와 같이 중분류단위 토지피복도는 논, 밭, 골프장, 공공시설지역, 공업지역, 과수원, 교통지역, 기타나지, 기타재배지, 기타초지, 내륙수, 내륙습지, 상업지역, 연안습지, 위락시설지역, 자연초지, 주거지역, 채광지역, 침엽수림, 하우수재배지, 해양수, 혼효림, 활엽수림 등 23가지 항목으로 구분되며 본 연구에서 사용한 지번도에 의하여 분석된 면적과 비교하기 위하여 전, 답과 이외의 영역은 기타로 구분하였다. 마산시의 전 5.
- Implement와 Interface로 구분한 본 연구의 개발방식은 내부 또는 Socket 통신을 이용하여 외부에서 접근 시 모든 접속점을 Interface에서만 가능하도록 개발하였으며 Implement 영역은 향후 보완, 수정 및 재활용 할 수 있도록 protected 형태의 Class 구조는 철저히 배제하여 시스템에서의 접근방법을 일원화하고 overload, override가 가능한 구조로 개발하였으며, 특히 부하량 연산모듈은 외부에서의 입력형태가 다양할 것으로 예상되어 Class의 구조를 Virtual 형태로 개발하여 모듈은 Core의 변형이 없이 클래스 상속 후 재정의 및 중복정의를 할 수 있도록 하였고, 향후 Web 서비스로의 확장을 위하여 전체개발환경은 C# 기반이지만 부하량 산정모듈은 Windows를 포함한 Unix, Linux에서도 재사용 할 수 있도록 Ansi-C 체계로 구축하여 변경 없이 재활용 할 수 있으며, Java 기반으로 컨버젼도 용이하도록 하였다.
- 시스템 개발 방법으로는 향 후 확장이 가능하며 Web 서비스에 재활용할 수 있는 C#.net을 이용하여 COM 형태로 개발하였으며 각 모듈(부하량산정, GIS연계)별 독립성을 최대한 보장할 수있는 Class 구조를 정의하여 모듈간의 기능역할을 분배하고 각 모듈은 상호간에 연계할 수 있는 Implement와 Interface를 제공하여 독립적이면서도 연계가 가능한 형태로 개발하였다.
- 기술지침의 산출 공식을 C#으로 Function과 Procedure로 구분하여 개발하였고 GIS, 부하량산정 및 모의프로그램 연계를 각각 다른 네임스페이스를 사용하여 웹으로 전환 시 재사용할 수 있는 구조로 개발하였다. 모의프로그램 연계단계에서 자료의 송수신 형태는 XML(extensible markup language) 형식을 적용하였고 모델프로그램을 Multi-Threading과 Socket통신기술을 사용하여 모의프로세스 실행 시 다른 프로세스를 동시에 수행할 수 있도록 하였다.
- 기술지침의 산출 공식을 C#으로 Function과 Procedure로 구분하여 개발하였고 GIS, 부하량산정 및 모의프로그램 연계를 각각 다른 네임스페이스를 사용하여 웹으로 전환 시 재사용할 수 있는 구조로 개발하였다. 모의프로그램 연계단계에서 자료의 송수신 형태는 XML(extensible markup language) 형식을 적용하였고 모델프로그램을 Multi-Threading과 Socket통신기술을 사용하여 모의프로세스 실행 시 다른 프로세스를 동시에 수행할 수 있도록 하였다.
- 오염물질 배출량은 배출유량과 배출부하량(BOD, COD, T-N, T-P)으로 구분하여 배출유형별로 산정하였고, 배출부하량 산정시 적용하는 원단위는 오·폐수 발생유량 산정시의 표본조사 방법에 따른 실측자료를 우선으로 하되 실측자료가 없는 경우 연안오염총량관리 지침에서 제시하는 원단위로 하였다.
- 유역통합관리시스템 연구방법으로는 GIS의 좌표체계 Mercator좌표 체계를 기준으로 기본 해안선 지도를 제작하고 수집한 수치지형도, 토지피복도, 지적도, 하수처리 구역도, 토양배수등급도를 좌표 변환 후 보정, 투영, 통합과정을 거쳐 구축 하였고, 기상관측소, 하수처리장시설은 각 시설별 주소지 정보와 Google 위성영상을 확보하여 좌표로 직접 입력하여 구축하였다.
- 현재 데이터베이스관리시스템(database management system; DBMS)의 쿼리(Query)로 작성되어 있는 부하량 산정 로직을 C#을 이용하여 모듈화하고 개발된 모듈을 GIS 상에서 실행 및 표출 할 수 있는 프로그램를 개발하였고 지속적인 유지보수를 할 수 있는 DBMS 구축하여 수온, 염분을 포함한 정점별 조사 자료를 GIS 기법인 보간법(Interpolation)을 이용하여 조사해역에서의 분포도를 생성하여 표출할 수 있는 프로그램을 개발하였다.
대상 데이터
- 이 연구의 지리적 범위는 Fig. 1과 같이 2010년 7월 통합창원시 이전 마산만 특별관리해역의 하천을 중심으로 한 마산, 창원, 진해시의 육역부와 조사정점을 포함하는 해면부 대상으로 하며 국토지리정보원에서 제공하는 1/25,000축척의 수치지형도를 기준으로 마산만 특별관리해역의 유역내 면적은 263㎢로, 창원(294㎢), 마산(333㎢), 진해(111㎢) 전체면적 738㎢의 37%를 차지하며 그 중 창원시 126㎢, 마산시 92㎢, 진해시 45㎢ 로 구성되었다.
이론/모형
- 발생부하량 산정시 적용하는 발생원단위는 실측자료를 우선으로 하되 실측자료가 없는 경우 연안오염총량관리 기술지침(해양수산부, 2006)에서 제시하는 발생원단위를 적용하였다.
- 오염원은 점오염원과 비점오염원으로 구분하고, 점오염원은 배출장소 및 배출경로의 확인이 가능한 오염원이고, 비점오염원은 점오염원 이외의 오염원으로 각 그룹에 대한 세부구분은 연안오염총량관리 기술지침(해양수산부, 2006)에 따라 구분 하였다.
성능/효과
- Fig. 3에서 보는바와 같이 마산시의 배출원별 인구현황은 322,587명(96.8%)이 분류식이며 비시가화지역인 가포동(1,922명), 구산면(3,981명), 현동(2,511명)에 단독정화와 가포동(210명), 구산면(1,656명), 현동(280명)에 수거식 처리방식이 3.2%로 조사되었고 진해시는 전체 행정동 단위로 분류, 합류방식을 혼용하고 있으며 분류식이 61,261명(51.0%)와 합류식이 58,652명(49%)로 분포되어 있어 하수관거 정비가 필요한 상태이며 단독정화, 오수처리 및 수거식은 없는 것으로 조사되었다. 창원시는 461,315명(100%)가 분류식으로 처리되고 있었고, 마산만 특별관리해역 유역내 마산, 진해, 창원시의 2005년도 총인구 914,375명으로 분류식 92.
- Fig. 5에서 보는바와 같이 전체 발생 COD 151,984 ㎏/day 중 마산시 COD 발생부하량은 62,093 ㎏/day(40.9%), 창원시 발생 COD 70,503 ㎏/day(46.4%), 진해시 발생 COD 19,388 ㎏/day(12.7%)로 분포되어 있는 것으로 나타났고, 생활계에서 발생하는 COD 발생부하량은 113,624 ㎏/day(74.8%)로 가장 많았고, 축산계 2.6%, 산업계 16.5%, 매립계 0.1%로 나타났다. 전체 배출 COD 23,336 ㎏/day 중 마산시 COD 배출부하량은 8,244 ㎏/day(35.
- Fig. 6에서 보는바와 같이 총질소(Total Nitrogen; TN) 발생부하량은 전체 발생 TN 23,416 ㎏/day 중 마산시에서 TN 발생부하량은 10,870 ㎏/day(46.4%), 창원시에서 TN 발생부하량은 10,119 ㎏/day(43.2%), 진해시에서 TN 발생부하량은 2,427 ㎏/day(10.4%) 분포되어 있는 것으로 나타났고, 생활계에서 발생하는 TN부하량은 17,407 ㎏/day(74.3%)로 가장 많았으며 산업계가 15.7%, 축산계 2.2%, 토지계 6.7%, 매립계 0.9%로 나타났다. TN 배출부하량은 전체 배출 TN 7,818 ㎏/day 중 마산시에서 TN 배출 부하량은 5,358 ㎏/day(68.
- Fig. 7에서 보는바와 같이 총인(Total Phosphorus; TP) 발생부하량은 전체 발생 TP 3,156 ㎏/day 중 마산시 TP 발생부하량은 TP 1,491 ㎏/day(47.3%), 창원시 TP 발생부하량은 TP 1,175 ㎏/day일(37.2%), 진해시 TP 발생부하량은 TP 489 ㎏/day(15.5%)로 분포되어 있는 것으로 나타났고, 생활계에서 발생하는 TP부하량은 1,904 ㎏/day(60.3%)로 가장 많았으며 산업계가 23.2%, 축산계 6.9%, 토지계 5.9%, 매립계 3.7%로 나타났다. TP 배출부하량은 전체 배출 TP 827 ㎏/day 중 마산시 TP 배출부하량은 560㎏/day(67.
- 9%로 나타났다. TN 배출부하량은 전체 배출 TN 7,818 ㎏/day 중 마산시에서 TN 배출 부하량은 5,358 ㎏/day(68.5%), 창원시에서 TN 배출부하량은 1,211 ㎏/day(16.0%), 진해시에서 TN 배출부하량은 1,249 ㎏/day(15.5%)로 분포되어 있는 것으로 나타났으며 생활계에서 발생하는 TN 배출부하량은 5,272 ㎏/day(67.4%)로 가장 많았고, 토지계 26.7%, 산업계 5.4%, 축산계 0.4%, 매립계 0.1% 로 나타났다.
- 7%로 나타났다. TP 배출부하량은 전체 배출 TP 827 ㎏/day 중 마산시 TP 배출부하량은 560㎏/day(67.8%), 창원시 TP 배출부하량은 139 ㎏/day일(16.7%), 진해시TP 배출부하량은 129 ㎏/day(15.5%)로 분포되어 있는 것으로 나타났으며 생활계에서 발생하는 TP부하량은 510 ㎏/day일(61.7%)로 가장 많았으며 토지계 28.7%, 산업계 9.0%, 축산계 0.5%, 매립계 0.1%로 나타났다.
- 첫째, 마산만 유역내 소유역도, 행정경계 및 지번도, 토지피복도 및 토양도, 주제도, 하수처리구역도, 하수 처리장 및 기상관측소 위치, 지형도 등 유역정보에 대한 데이터베이스를 구축함으로써 각 행정구역별 오염원 현황 및 발생 오염부하량의 원활한 비교와 파악이 가능하였다. 둘째, 오염부하 산정 프로그램을 구축함으로써 배출원별 인구현황, 생활계 물사용량, 축산계 사육두수 현황, COD 발생 부하량과 배출부하량, TN 발생부하량과 배출부하량, TP 발생부하량과 배출부하량 등의 오염원 부하량을 행정구역별, 연도별, 용도별로 산정할 수 있었다.
- 1%로 나타났다. 전체 배출 COD 23,336 ㎏/day 중 마산시 COD 배출부하량은 8,244 ㎏/day(35.3%), 창원시 COD 배출부하량은 11,255 ㎏/day(48.2%), 진해시 COD 배출부하량은 3,837 ㎏/day(16.4%)로 분포되어 있는 것으로 나타났으며 생활계 COD 배출부하량은 11,640 ㎏/day(49.9%), 토지계 COD 배출부하량은 10,925 ㎏/day(46.8%)로 가장 많게 나타났으며 축산계 0.4%, 산업계 2.9%로 나타났다.
- 4(a)에서 보는바와 같이 마산시의 총 물 사용량은 54,222㎥/day이며 월영동이 7,133㎥/day로 가장 많이 사용하였으며 가포동이 205㎥/day로 가장 적게 사용하는 것으로 조사되었다. 창원시의 총 물 사용량은 82,645㎥/day이며 사파동이 11,922㎥/day로 가장 많이 사용하였으며 웅남동이 1,784㎥/day로 가장 적게 사용하는 것으로 조사되었으며 진해시의 총 물 사용량은 17,172㎥/day이며 풍호동이 2,340㎥/day로 가장 많이 사용하였으며 충무동이 823㎥/day로 가장 적게 사용하는 것으로 조사되었다.
- 마산만 유역의 오염원 관리에 GIS를 이용한 결과 다음과 같은 결과를 얻을 수 있었다. 첫째, 마산만 유역내 소유역도, 행정경계 및 지번도, 토지피복도 및 토양도, 주제도, 하수처리구역도, 하수 처리장 및 기상관측소 위치, 지형도 등 유역정보에 대한 데이터베이스를 구축함으로써 각 행정구역별 오염원 현황 및 발생 오염부하량의 원활한 비교와 파악이 가능하였다. 둘째, 오염부하 산정 프로그램을 구축함으로써 배출원별 인구현황, 생활계 물사용량, 축산계 사육두수 현황, COD 발생 부하량과 배출부하량, TN 발생부하량과 배출부하량, TP 발생부하량과 배출부하량 등의 오염원 부하량을 행정구역별, 연도별, 용도별로 산정할 수 있었다.
- 04㎢로 분석되었다. 하수처리구역도는 완전 처리구역, 일부처리구역, 완전미처리구역으로 나누어 구축하였고, 생활계의 배출원별 인구현황항목 중 분류식, 합류식, 수거식 인구와 비교할 때 비교적 일치하는 것으로 분석되었으며 비시가화 지역인 마산시의 가포면, 현동, 구산면에 수거식 처리방식이 집중적으로 분포하였다.
후속연구
- 앞으로 보완·개선 할 부분도 있지만 현재까지 구축된 시스템은 마산만의 점·비점오염원 오염현황 등을 분석하고 관리함에 있어 GIS 기법의 활용성을 보여주었다. 대용량의 속성, 공간자료를 활용함에 있어 시간적, 경제적 노력을 최소화함은 물론 체계 적이고 효과적인 마산만 연안오염총량 관리가 가능하므로 정책 수립 시 신속한 의사결정에 대한 기여도가 높을 것으로 예상될 뿐만 아니라 연안오염총량관리제 도입에 따른 총량대장작성이 편리하게 이용 가능하도록 기능이 탑재되어 신속하고 편리하게 총량관리를 할 수 있을 것으로 생각된다.
- 신뢰성 있는 데이터를 확보해야 총량관리 목표 수질 설정 및 목표수질로부터 기준 배출부하량을 추정하는 과정에 많은 논란을 최소화할 수 있을 것으로 생각하며, 이를 위해서는 오염원 조사, 부하량 산정, 배출경로 파악, 해역의 조류 생성 과정, 수저퇴적물의 영향 등 객관적인 자료(이창희 등, 2009)를 바탕으로 시스템을 개발해야 할 것이다.
- 앞으로 보완·개선 할 부분도 있지만 현재까지 구축된 시스템은 마산만의 점·비점오염원 오염현황 등을 분석하고 관리함에 있어 GIS 기법의 활용성을 보여주었다.
- 이 연구결과를 바탕으로 좀 더 보완·수정하여 과학적이고 효율적인 점·비점오염원에 관련된 정보와 이에 대한 체계적 관리를 도모하고 부하량 산정프로그램을 이용하여 오염부하량 변화에 따른 향후 오염원 예측이 가능하도록 유역관리 시스템을 개발함으로써 그간의 사후 오염원 규제 정책에서 사전예방 정책으로 변환하여 마산만 해역의 오염관리 개선 및 연안환경 정책수립 등 효율적으로 정책을 판단하고, 신속한 의사결정을 할 수 있도록 연구가 진행되어야 할 것이다.
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