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한강과 경기만 지역 GIS 기반 통합수질모의 시스템 개발
이철용,김계현,Lee, Chol-Young,Kim, Kye-Hyun 한국공간정보학회 2008 한국공간정보시스템학회 논문지 Vol.10 No.4
서해 연안 일대의 급격한 도시화, 한강에 대한 수질오염총량관리제도의 도입 가능성, 충남 태안에서 있었던 유조선 기름 유출 사건 등에 기인하여 서해 연안에 대한 수질 관리의 요구가 증대되고 있는 상황이다. 그러나 이를 효율적으로 관리할 수 있는 수질관리 시스템은 부재한 실정이다. 따라서 이런 배경에서 한강과 경기만 일대 지역의 수질 환경을 감시하고 관리할 수 있는 GIS 기반의 효율적인 통합수질관리 시스템의 필요성이 대두되고 있다. 이 연구는 한강 유역과 한강 하구의 연안 해역인 경기만 일대의 통합적인 관리와 관리방안 마련을 지원하기 위한 시스템을 개발하는데 그 목적이 있다. 이를 위하여 관련된 위치 및 수질 속성자료를 GIS기반으로 통합하여 하나의 시스템으로 구현하였다. GIS 데이터베이스는 발생 및 배출 오염부하량 산정을 위해 수질오염총량관리제도 기술지침의 따라 설계되었으며, 수질모의를 위한 초기입력 자료도 포함하고 있다. 수질 예측과 최적관리방안을 제안하기 위해 각기 다른 모델을 각 구역에 적용하였는데, 한강에는 WASP7 모델을 적용하였고, 한강 하구의 경기만 일대에는 EFDC 모델을 적용하였다. WASP7 모델에 의한 한강 하구에서의 BOD, T-N, T-P 등 수질모의 결과는 다시 EFDC 모델의 초기자료로 이용되었다. 연구 결과를 통해 수질에 결정적인 영향을 미치는 수질오염원 집중지역을 확인할 수 있었고, 오염물질이 하천으로 유입되는 위치 및 계절적 요인이 수질에 미치는 영향도 확인할 수 있었다. 더불어 하천과 연안 해역의 수질 관계도 정량적으로 확인할 수 있었다. 연구 결과는 GIS기반의 통합수질모의 시스템이 수질 현황의 예측과 경제적인 수질 관리방안의 제시에 있어 이용 가능함을 보여주었다. 향후 연구에서는 경제성 평가 등과 같은 조금 더 세분화된 선택 기능의 구현을 통한 시스템 성능의 개선이 필요하다. 또한 시스템을 이용한 구체적인 수질관리방법론의 개발도 필요하다. There has been growing demands to manage the water quality of west coastal region due to the large scale urbanization along the coastal zone, the possibility of application of TMDL(Total Maximum Daily Loadings) to Han river, and the natural disaster such as oil spill incident in Taean, Chungnam. However, no system has been developed for such purposes. In this background, the demand of GIS based effective water quality management has been increased to monitor water quality environment and propose best management alternatives for Han river and Kyeonggi bay. This study mainly focused on the development of integrated water quality management system for Han river bas in and its estuary are a connected to Kyeonggi bay to support integrated water quality management and its plan. Integration was made based on GIS by spatial linking between water quality attributes and location information. A GIS DB was built to estimate the amount of generated and discharged water pollutants according to TMDL technical guide and it included input data to use two different water quality models--W ASP7 for Han river and EFDC for coastal area--to forecast water quality and to suggest BMP(Best management Practices). The results of BOD, TN, and TP from WASP7 were used as the input to run EFDC. Based on the study results, some critical areas which have relatively higher pollutant loadings were identified, and it was also identified that the locations discharging water pollutant loadings to river and seasonal factor affected water quality. And the relationship of water quality between river and its estuary area was quantitatively verified. The results showed that GIS based integrated system could be used as a tool for estimating status-quo of water quality and proposing economically effective BMPs to mitigate water pollution. Further studies need to be made for improving system's capabilities such as adding decision making function as well as cost-benefit analysis, etc. Also, the concrete methodology for water quality management using the system need to be developed.
스켈레토나이징 기법을 이용한 벡터자료에서의 하천중심선 추출 알고리즘에 관한 연구
이철용(Cholyoung Lee),박용길(Yonggil Park),김계현(Kyehyun Kim) 대한공간정보학회 2009 한국지형공간정보학회 학술대회 Vol.2009 No.9
기존 수치지도에 포함된 하천중심선은 도화시의 영상 해석 능력 및 디지타이징 등 수작업에 의해 작성됨으로써 정확도가 높지 않고, 많은 시간이 요구되어 갱신이 어려웠다. 또한 정확한 제작 방법도 제시되지 않아 다양한 응용분야에서의 활용이 제한적이었고, 자동화 기법이 간헐적으로 소개는 되었으나 정확도에 문제가 있었다. 따라서 이 연구에서는 벡터형태의 하천 실폭선 자료를 이용하여 하천중심선을 자동으로 추출하는 알고리즘을 개발하는 것을 목표로 한다. 이를 통해 하천중심선에 대한 정량 기준의 마련 및 정확도 높은 하천중심선의 자동 추출을 구현하고, 나아가 그 활용도를 높이고자 한다. 이를 위해 이 연구에서는 스켈레토나이징 기법을 적용한 중심선 추출 알고리즘을 제안하였다. 결과의 검증은 기존에 개발된 CAD 프로그램을 이용한 중심선 추출 결과와 티센 다각형망을 통해 얻은 중심선 결과를 비교하여 수행되었다. 연구 결과를 통해 제안한 알고리즘의 하천중심선이 하천 형상의 변화를 잘 나타냄을 확인할 수 있었다. 특히 하폭의 변화가 심한 구간과 곡선 구간에서 우수한 결과가 나타남을 확인할 수 있었다. 자동화를 통해 수작업을 줄여 비용 경제적 이익과 함께 실시간 갱신도 가능함을 확인하였다. 그러나 하천중심점 추출 후 중심선을 연결하고 위상관계를 정립하는 과정의 완전 자동화는 이루어지지 않은 만큼 향후 연구에서는 중심점간 최적 연결을 위한 중심점 선정 및 연결 알고리즘의 개발과 위상정립 자동화에 대한 연구가 뒤따라야 한다.
QUAL2E 모델을 적용한 GIS기반 농촌수질모의 시스템 개발
이철용(Cholyoung Lee),김계현(Kyehyun Kim) 대한공간정보학회 2008 한국지형공간정보학회 학술대회 Vol.2008 No.10
이 연구는 우리나라에서 흔히 사용되고 있는 수질모델링 기법 중의 하나인 QUAL2E 모델을 GIS기반의 수질관리 시스템에 적용하여 농촌지역에서 활용 가능한 수질모의 시스템을 개발하는 것을 목표로 한다. 수질모의 시스템의 개발을 위해 기본적으로 지형도, 하천도, 행정구역도, 표준유역도 등으로 이루어진 도형 데이터베이스와 오염원 자료, 환경실측자료 등으로 이루어진 속성 데이터베이스를 구축하였다. 수질모의는 GIS 기반의 농촌수질모의 시스템 상에서 이루어지도록 설계하였으며 간단히 소유역별 배출 오염부하량을 조정함으로써 여러 조건에 대한 수질모의가 가능하다. 대상유역은 삽교천 상류부터 31㎞ 구간이고 총 5개의 소유역을 포함한다. 수리계수 산정은 HEC-RAS를 사용하였으며 수리계수 산정결과는 시스템 상에 미리 저장하여 수질모의 시 자동으로 입력되어 사용된다. 소유역별 배출 오염부하량을 조정함으로써 수질변화 경향 차이를 시스템 상에서 쉽게 확인할 수 있었고, 다양한 삭감시나리오의 작성에 시스템이 활용 가능함을 확인하였다. 향후 연구에서는 체계적이고 효율적인 농촌지역 수질관리 지원을 위하여 수질모의 시스템을 이용한 실질적인 관리방안 마련 연구 및 시스템 보완 개발 연구가 뒤따라야할 것이다.