초록

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본 연구에서는 새만금 유역을 대상으로 오염물질 배출상황을 보다 세부적인 수계의 분포에 따라 정량적으로 분석하고, 분석결과를 효과적으로 처리할 수 있는, 지리정보시스템을 이용한 오염총량 관리시스템을 개발하였다. 본 시스템은 (1) GIS 기반의 배출부하 데이터베이스를 구축하며, 배출부하량 및 세부적인 수계별 분포를 확인할 수 있는 검색 모듈과 (2) 자정계수와 유달거리로 구성된 유달함수를 통하여 유달부하 데이터베이스를 생성하는 모듈, 그리고 (3) 저류형, 침투형, 식생형, 장치/하수처리형 등의 비점오염 저감시설을 유역 말단에 설치하였을 경우, 소유역 및 새만금 유역전체를 대상으로 부하량 저감효과 및 삭감률이 계산 가능한 모듈로 구성되었다. 따라서 전문적인 지식이 없는 사용자도 결과의 판독이 가능하며, 대상유역의 부하량 분석 및 저감시설에 따른 부하량 예측을 통하여 수질정책 수립에 매우 유용한 도구로 사용되도록 하였다. 차후의 연구에서는 본 시스템과 수문/수질모델링시스템을 연계하여 종합적인 수질정보 및 수질관리를 위한 통합관리시스템의 지원이 가능하도록 할 예정이다.

본 연구에서는 새만금 유역을 대상으로 오염물질 배출상황을 보다 세부적인 수계의 분포에 따라 정량적으로 분석하고, 분석결과를 효과적으로 처리할 수 있는, 지리정보시스템을 이용한 오염총량 관리시스템을 개발하였다. 본 시스템은 (1) GIS 기반의 배출부하 데이터베이스를 구축하며, 배출부하량 및 세부적인 수계별 분포를 확인할 수 있는 검색 모듈과 (2) 자정계수와 유달거리로 구성된 유달함수를 통하여 유달부하 데이터베이스를 생성하는 모듈, 그리고 (3) 저류형, 침투형, 식생형, 장치/하수처리형 등의 비점오염 저감시설을 유역 말단에 설치하였을 경우, 소유역 및 새만금 유역전체를 대상으로 부하량 저감효과 및 삭감률이 계산 가능한 모듈로 구성되었다. 따라서 전문적인 지식이 없는 사용자도 결과의 판독이 가능하며, 대상유역의 부하량 분석 및 저감시설에 따른 부하량 예측을 통하여 수질정책 수립에 매우 유용한 도구로 사용되도록 하였다. 차후의 연구에서는 본 시스템과 수문/수질모델링시스템을 연계하여 종합적인 수질정보 및 수질관리를 위한 통합관리시스템의 지원이 가능하도록 할 예정이다.

AI 본문요약

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• 연구 주제
• 연구 방법
• 연구 결과

문제 정의

• 본 연구에서는 새만금 유역을 대상으로 오염물질 배출상황을 보다 세부적인 수계의 분포에 따라 정량적으로 분석하고, 분석결과를 효과적으로 처리할 수 있는, 지리정보시스템을 이용한 오염 총량 관리시스템을 개발하였다. 개발된 시스템에서는 GIS를 기반으로 비점오염 배출부하 및 유달 부하 데이터베이스를 구축하고, 부하량의 공간적인 분포상황 및 저감시설의 적용에 따른 부하량 변화를 분석할 수 있도록 설계되었다.
• 이에 본 연구에서는 새만금 유역을 대상으로 GIS를 기반으로 한 (1) 비점오염 배출부하 데이터 베이스의 구축 및 검색, (2) 유달부하 산정, (3) 비점오염 저감시설 적용 등이 가능한 오염총량 관리 시스템을 개발하고자 한다.

제안 방법

• - 비점오염 배출부하 데이터베이스 구축 및 검색 모듈 : Spreadsheet 기반의 "시공간적 오염 물질 배출구조 해석모형（엄명철, 2004）”의 분석결과를 이용하여 GIS 기반의 배출부하 데이터베이 스를 구축하였으며, 배출부하량 및 세부적인 수계별 분포를 확인할 수 있는 검색모듈을 구성하였다.
• Spreadsheet 기반의 "시공간적 오염물질 배출구조 해석모형'을 본 시스템에 적용하기 위하여 비 점오염 배출부하량의 해석결과를 ArcGIS 8.3의 ArcCatalog with VBA를 사용하여 Geodatabase의 형식으로 변환, 구축하였다. 구축된 Geodatabase와 ArcMap with VBA를 사용하여 배출부하량 검 색모듈을 개발하였으며, 이를 통하여 유역별, 행정구역별로 배출부하량의 공간적인 분포양상을 확인할 수 있다.
• - 유달부하 데이터베이스 생성 모듈 : 유역특성자료 Geodatabase를 생성하였으며, 자정계수와 유달거리로 구성된 유달함수를 통하여 유달부하 데이터베이스를 생성하는 모듈을 설계하였다. 생성된 유달부하 데이터베이스는 배출부하와 마찬가지로 검색 모듈을 통하여 분석 가능하다.
• 3.1에서 구축된 배출부하량 DB를 바탕으로 유달부하량을 산정하는 모듈을 개발하였다. 유달부 하량을 산정하는 여러 방법 중 실측자료에 의한 유달부하량의 산정이 가장 바람직하나（우효섭, 1995）, 대상유역 내의 행정구역이나 소유역의 실측자료가 없는 경우가 대부분이기 때문에, （식 1.
• 본 연구에서는 새만금 유역을 대상으로 오염물질 배출상황을 보다 세부적인 수계의 분포에 따라 정량적으로 분석하고, 분석결과를 효과적으로 처리할 수 있는, 지리정보시스템을 이용한 오염 총량 관리시스템을 개발하였다. 개발된 시스템에서는 GIS를 기반으로 비점오염 배출부하 및 유달 부하 데이터베이스를 구축하고, 부하량의 공간적인 분포상황 및 저감시설의 적용에 따른 부하량 변화를 분석할 수 있도록 설계되었다. 따라서 전문적인 지식이 없는 사용자도 결과의 판독이 가능하며, 대상유역의 부하량 분석 및 저감시설에 따른 부하량 예측을 통하여 수질정책 수립에 매우 유용한 도구로 사용되도록 하였다.
• 3의 ArcCatalog with VBA를 사용하여 Geodatabase의 형식으로 변환, 구축하였다. 구축된 Geodatabase와 ArcMap with VBA를 사용하여 배출부하량 검 색모듈을 개발하였으며, 이를 통하여 유역별, 행정구역별로 배출부하량의 공간적인 분포양상을 확인할 수 있다.
• 마지막으로 각 소유역 말단에 비점오염 저감시설을 설치하였을 경우 부하량 저감효과를 산정할 수 있는 모듈을 개발하였다（그림 3.）.
• 비점오염 배출부하 데이터베이스를 구축하기 위하여 '하구담수호 유역의 시공간적 오염물질 배출구조 해석모형（엄명철, 2004）'의 결과를 적용하였다. 위 모형은 유역에서의 오염총량제 적용을 위한 오염물질량의 합리적인 산정을 위해 점원 및 비점 오염원의 배출특성과 강우유출에 따른 부 하량의 시기별 배출특성 등을 모두 고려할 수 있는 오염부하량 산정모형으로, 오염원을 인구, 축산, 산업체, 토지이용, 양식장, 온천 등으로 분류하고 원단위법을 이용하여 개별 오염원의 발생형태에 따른 발생부하량을 산정하고 개별처리시설 및 환경기초시설에서의 시기별 처리량을 분석하여 유역으로 배출되는 배출부하량을 오염원별, 시기별로 산정할 수 있도록 하였다.
• 1에서 구축된 배출부하량 DB를 바탕으로 유달부하량을 산정하는 모듈을 개발하였다. 유달부 하량을 산정하는 여러 방법 중 실측자료에 의한 유달부하량의 산정이 가장 바람직하나（우효섭, 1995）, 대상유역 내의 행정구역이나 소유역의 실측자료가 없는 경우가 대부분이기 때문에, （식 1.）와 같이 자정계수와 유달거리로 구성된 유달함수를 이용하여 산정하는 방법을 선택하였다.
• 여기서, Lo는 배출부하량（kg/day）, k는 수질항목별 자정 계수, Ie 유달거 리（km）로서 대상지역 중심부에서 출구점까지의 거리이다. 유역의 오염물질 자정은 유역면적과는 정상관이고, 유출량 및 유달거리와는 역상관에 있으므로, （식 2.）와 같이 회귀식을 구성하여 유역 자정계수를 구하였다.
• （1） 시공간적 오염물질 배출구조 해석모형을 바탕으로 각 소유역별 유달거리, 소유역 면적, 주하천의 길이, 유출량 등 유달부하량을 산정하는데 있어 필요한 매개변수들을 소유역별로 추출한 Geodatabase로 생성하고 （2） 배출부하량 데이터 베이스를 추출하여 （3） 각 단위별로 （소유역 혹은 리, 동 단위 행정구역별로） 소유역명을 참조하여 유달부하량 데이터베이스를 갱신한다. 이와 같이 생성된 유달부하량 데이터베이스도 3.1에서 개발된 부하량 검색모듈에서 배출부하량과 동일하게 검색이 가능하도록 설계되었다.
• 유달부하량 Geodatabase 구축과정은 다음과 같다. （1） 시공간적 오염물질 배출구조 해석모형을 바탕으로 각 소유역별 유달거리, 소유역 면적, 주하천의 길이, 유출량 등 유달부하량을 산정하는데 있어 필요한 매개변수들을 소유역별로 추출한 Geodatabase로 생성하고 （2） 배출부하량 데이터 베이스를 추출하여 （3） 각 단위별로 （소유역 혹은 리, 동 단위 행정구역별로） 소유역명을 참조하여 유달부하량 데이터베이스를 갱신한다. 이와 같이 생성된 유달부하량 데이터베이스도 3.

대상 데이터

• 오염총량 관리시스템을 적용할 새만금유역은 전라북도의 전주시, 익산시, 군산시, 김제시 등 5개 시, 3개 군에 걸쳐 있으며 총 622개의 리동으로 구성되어 있다. 유역 하류부에서 진행된 새만금 간척사업은 군산시에서 고군산군도를 거쳐 변산반도를 잇는 33km의 방조제를 건설하고 방조제 안쪽에 농경지와 담수호를 만드는 대규모 국책사업이다.

이론/모형

• 저류형, 침투형, 식생형, 장치/하수처리형 등의 비점오염 저 감시설을 유역말단에 설치하였을 경우, 소유역 및 새만금 유역전체를 대상으로 부하량 저감효과 및 삭감률이 계산 가능하도록 설계되었으며, 복수의 저감시설에도 적용 가능하도록 구성되었다. 각 저감시설별 BOD, TN, TP 제거율은 "금강 수계 비점오염원 관리방안 마련을 위한 조사사업 （환경관리공단, 2004）”에 제시된 설계기준을 참조하였다.
• 비점오염 배출부하 데이터베이스를 구축하기 위하여 '하구담수호 유역의 시공간적 오염물질 배출구조 해석모형（엄명철, 2004）'의 결과를 적용하였다. 위 모형은 유역에서의 오염총량제 적용을 위한 오염물질량의 합리적인 산정을 위해 점원 및 비점 오염원의 배출특성과 강우유출에 따른 부 하량의 시기별 배출특성 등을 모두 고려할 수 있는 오염부하량 산정모형으로, 오염원을 인구, 축산, 산업체, 토지이용, 양식장, 온천 등으로 분류하고 원단위법을 이용하여 개별 오염원의 발생형태에 따른 발생부하량을 산정하고 개별처리시설 및 환경기초시설에서의 시기별 처리량을 분석하여 유역으로 배출되는 배출부하량을 오염원별, 시기별로 산정할 수 있도록 하였다.

성능/효과

• 개발된 시스템에서는 GIS를 기반으로 비점오염 배출부하 및 유달 부하 데이터베이스를 구축하고, 부하량의 공간적인 분포상황 및 저감시설의 적용에 따른 부하량 변화를 분석할 수 있도록 설계되었다. 따라서 전문적인 지식이 없는 사용자도 결과의 판독이 가능하며, 대상유역의 부하량 분석 및 저감시설에 따른 부하량 예측을 통하여 수질정책 수립에 매우 유용한 도구로 사용되도록 하였다. 세부적인 사항은 아래와 같다.

후속연구

• 차후의 연구에서는 '시공간적 오염물질 배출구조 해석모형'을 GIS 기반으로 수정, 통합하여 본 시스템을 개선할 예정이며, 더 나아가 본 시스템과 수문/수질모델링시스템을 연계하여 종합적인 수질정보 및 수질관리를 위한 통합관리시스템의 지원이 가능하도록 할 예정이다.

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