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.

총설 : KRF를 연계한 GIS기반의 통합 물환경정보 관리시스템 구축 방안

이철용 ( Chol Young Lee ),김계현 ( Kye Hyun Kim ),박용길 ( Yong Gil Park ),이혁 ( Hyuk Lee ) 한국물환경학회(구 한국수질보전학회) 2014 한국물환경학회지 Vol.30 No.2

This study proposes schemes of GIS-based system development for integrated information management in water environment linked with Korean Reach File (KRF). For this purpose, precedent studies and systems of the U.S. were investigated and analyzed to induce optimal methodology for Korean circumstances. Thereafter, data linkage methods of KRF and Water Environment Information System (WEIS), system configuration plans, application development plans, and KRF improvement and maintenance plans were considered. For data linkage and system configuration, three methods were suggested: an overlay operation-based data linkage method, entering spatial addresses into the existing DB, and creating link information between KRF and the existing DB. The first method was predicted to be the most effective for system implementation, the second method is advantageous for search tasks, and the third method is advantageous for system security and maintenance. Various types of applications should be developed in the consideration of the types of the users and their usages. Moreover, there is a need for further research on regular renewal of KRF, standard development, expansion of construction areas, etc. Based on the present results, research on actual system design and development also should be conducted for supporting Total Maximum Daily Loads (TMDLs).

GIS 기반의 자동화된 오염물질 배출부하의 산정과 분석

이철용(Chol Young Lee),김계현(Kye Hyun Kim),이혁(Hyuk Lee) 大韓環境工學會 2007 대한환경공학회지 Vol.29 No.8

하천망분석도를 이용한 GIS기반 물환경정보 분석 지원 모듈 개발

이철용 ( Chol Young Lee ),김계현 ( Kye Hyun Kim ),최용국 ( Yong Guk Choi ),이혁 ( Hyuk Lee ) 한국물환경학회(구 한국수질보전학회) 2015 한국물환경학회·대한상하수도학회 공동 춘계학술발표회 Vol.2015 No.-

하천정보 표준화를 위한 GIS 기반의 Korean Reach File 구축 연구: 금강 수계를 대상으로

이철용 ( Chol Young Lee ),김계현 ( Kye Hyun Kim ),박용길 ( Yong Gil Park ),이혁 ( Hyuk Lee ),김경순 ( Kyoung Soon Kim ) 한국물환경학회 ( 구 한국수질보전학회 ) 2012 한국물환경학회·대한상하수도학회 공동 춘계학술발표회 Vol.2012 No.-

TMDL 지원을 위한 QUAl2E 모델을 이용한 GIS기반의 삭감시나리오 작성 지원시스템 개발에 관한 연구

이철용(Chol Young Lee),김계현(Kye Hyun Kim),이혁(Hyuk Lee),유광현(Kwang Hyun Ryu) 大韓環境工學會 2012 대한환경공학회지 Vol.34 No.3

본 연구는 국내 TMDL 지원을 위하여 삭감시나리오 작성 및 수질모의가 가능한 GIS 기반의 삭감시나리오 작성 지원시스템을 개발하는 것을 주요 목적으로 하였다. 연구대상지역은 금강수계 내 삽교천 상류 31 km 구간이며, QUAl₂E 모델이 시스템에 적용되었다. 점 및 비점오염원 속성과 다양한 지도 자료를 수집하여 공간 DB를 구축하였다. 각 단위유역의 BOD, T-N, T-P 배출부하량을 산정하였고, 삭감시나리오 작성 과정에서 이들의 수치만을 간단히 조작하여 수질모의가 가능하도록 시스템을 개발하였다. 세 가지 삭감시나리오가 적용되었으며, GIS 기반의 결과 비교를 통해 효율적인 삭감시나리오 선정이 가능하였다. 따라서 본 연구에서 개발된 시스템은 향후 최적 의사결정지원에 기여할 것으로 기대된다. 아울러 새로운 삭감시나리오 작성 방법 및 알고리즘 개발에도 활용될 것으로 판단된다. 향후 시스템 고도화를 위해서는 오염원별 관리에 따른 삭감시나리오의 작성 지원, 대상지역의 확대 적용 등의 후속 연구가 필요할 것으로 사료된다. This study was mainly focused on the development of GIS based decision support system to easily make mitigation scenarios and to conveniently simulate water quality for TMDL. The study area was the 31km section of upper Sapgyo stream in Geum river basin, and QUAl₂E model was adopted. GIS DB was built through the collection of the data which includes point/non-point source attributes and various thematic maps. The amounts of discharged loads of BOD, T-N and T-P from unit watershed were estimated respectively. Finally, the system, which can operate water quality simulation through simply modifying their values, was developed. The hypothetical three mitigation scenarios were applied, thereby the most efficient mitigation cenario could be chosen by comparison of the results based on GIS. Therefore, it is expected that the developed system can facilitate the decision makers to select the best alternative through the analysis of the available BMPs. Also, it can be used to develop new scenarios using different methods and algorithms. In the future, more study need to be made to enhance its applicability in the perspective of developing mitigation scenarios through the management of individual pollutant sources and extending study areas.

토지계 오염원 관리 지원을 위한 GIS기반의 중분류 토지피보지도 갱신 방법에 관한 연구

이철용 ( Chol Young Lee ),김계현 ( Kye Hyun Kim ),곽근호 ( Geun Ho Kwak ),오성광 ( Seong Kwang Oh ) 한국물환경학회(구 한국수질보전학회) 2014 한국물환경학회·대한상하수도학회 공동 춘계학술발표회 Vol.2014 No.-

한국형 Reach File을 이용한 1차원 수질모델 모식도 자동생성 알고리듬 개발

박용길,김계현,이철용,이성주,Park, Yong Gil,Kim, Kye Hyun,Lee, Chol Young,Lee, Sung Joo 한국공간정보학회 2013 한국공간정보학회지 Vol.21 No.6

우리나라는 2004년부터 오염총량관리가 가능한 수질오염총량관리제를 도입하였으며 지방자치단체는 수질모델을 이용하여 소유역별 기준배출부하량을 산정하고 있다. 그러나 수질모델의 입력자료 중 하천 모식도 작성은 대부분 수작업으로 이루어지고 있어 많은 시간과 비용이 투자된다. 따라서 본 연구에서는 하천 네트워크 분석이 가능한 한국형 Reach File을 이용하여 수질모델의 모식도 작성을 자동화하는 알고리듬을 개발하고자 하였다. 또한 GIS를 활용하여 직선형태의 기존 모식도 대신 하천형태를 가지고 있는 모식도를 작성하였다. 이것은 오염원, 취수원 등 다양한 공간정보와 중첩하여 분석이 가능하다. 본 연구에서는 우선적으로 한국형 Reach File의 선형 도형자료를 이용하여 동일한 거리를 가진 요소를 분할할 수 있는 요소 자동 분할 알고리듬을 개발하였다. 이후 한국형 Reach File의 점형 도형자료를 이용하여 수질모델 모식도의 순서와 유형을 자동으로 입력할 수 있는 요소 속성 자동입력 알고리듬을 개발하였다. 알고리듬을 검증하기 위해 개발된 알고리듬을 경안천 유역에 적용하고 그 결과를 확인하였다. 본 연구 결과 모식도 작성의 자동화가 가능하였으며 이는 수질모델링의 비용과 시간을 절약할 수 있을 것으로 기대된다. 향후 모식도를 이용한 수질모델 입력자료 자동작성 시스템 개발이 이루어진다면 빠르고 편리한 수질모델링이 가능할 것으로 판단된다. Government introduces a Total Maximum Daily Loads(TMDL) which can be implemented for total pollutant amounts in 2004. Normally, the local governments have been calculated the amounts of pollutant discharge of each watershed using a water quality model. However, among the input data to use the water quality model, creating a schematic diagram of the stream or the modeling usually requires considerable amount of time and efforts due to the manual work. Therefore, this study tried to develop an algorithm which automates the creation of a schematic diagram for water quality modeling using the Korean Reach File capable of river network analysis. Further, this study creates a schematic diagram with the shape of a stream utilizing GIS capabilities. The diagram can be easily analyzed with overlapping various spatial information such as pollution sources and discharge points. This study mainly has automated element segmentation algorithm to divide streamflows into equal distance using line graphic data of Koran Reach File. Also, automated attribute input algorithm has also been developed to enable to insert element order and type into elements using point graphic data of Korean Reach File. For the verification of the developed algorithm, the algorithm was applied to kyungan stream basin to see the acceptable results. To conclude, it was possible to automate generating of schematic diagram of water quality model and it is expected to be able to save time and cost required for the water modeling. In future study, it is necessary to develop an automatic creation system of various types of input data for water quality modeling and this will lead to relatively easier and simple water quality modeling.

수질모델링 지원을 위한 GIS 기반 한국형 Reach File 설계

권문진,김계현,이철용,Kwon, Moon-Jin,Kim, Kye-Hyun,Lee, Chol-Young 한국수자원학회 2012 한국수자원학회논문집 Vol.45 No.1

수질모델링에 필요한 다양한 입력데이터는 관련 정보의 확보방안 및 표준화가 되어 있지 않아 수질모델링 결과 및 수질분석에 많은 영향을 주고 있다. 이에 본 연구에서는 효율적인 수질 모델링을 위해 정확한 수리 수문 데이터를 기반으로 한 수질모델링의 기초자료 데이터베이스인 한국형 Reach File을 설계하였다. 한국형 Reach File은 동일한 수리학적 특색을 가지는 구간(Reach)에 대한위치정보 기반의 수리학 데이터베이스로써, 각 구간을 대표할 수있는 Reach 코드와 Catalog Unit, Segment, Marker Index의 위상정보를 갖고 있으며 하천명이나 하천코드와 같은 기존 코드와의 연계를 고려하여 설계되었다. 설계방안을 토대로 경기도 광주시의 경안천을 대상으로 시범 구축을 통하여 본 설계안을 검토한 결과, 수질모델링에 필요한 기초데이터를 하나의 기준으로 체계화하여 하천정보를 데이터베이스화하고 기 구축 데이터베이스와의 연계 및 활용방안도 마련할 수 있었다. 또한, 각 구간별로 정의된 Reach 코드를 이용하여 수질기초시설, 오염원데이터, 관리기관 등 기존 데이터베이스와 연계를 통해 보다 체계적인 수질의 관리가 가능함을 알 수 있었다. 향후 연구에서는 Reach 코드를 하천공간데이터의 국가표준데이터로 선정할 수 있도록 하천 정보 표준화에 관한 연구가 필요하며, 전국 모든 하천에 Reach 코드를 부여하여 보다 많은 데이터베이스와의 연계할 수 있는 방안을 마련해야 할 것이다. Various input data required for water quality modeling have considerable impacts on modeling results and relevant analysis due to the absence of data standardization and lack of data accuracy. With this in mind, this study mainly focused on the designing Korean Reach File for more effective water quality modeling through the supply of database composed with accurate hydraulic and hydrologic data. The Korean Reach File is the hydraulic database with the locational information of individual reaches, and each reach represents the stream reach of homogeneous hydraulic characteristics. In detail, it has reach code designating each stream reach, and topological information including catalog unit, segment, marker and index. It was also designed considering linkage of existing codes such as stream name and stream code. The devised reach code was implemented to Kyungan River at the City of Gwangju of Kyunggi Province and the results showed that the reach code could effectively support the input database integrating basic numerous data required for water quality modeling based on a criterion as well as easier linkage and utilization with existing database. In addition, more systematic water quality management was enabled through the linkage of existing data such as treatment facilities, pollutant data, and management institutes using the reach codes defined for each stream section. In the future, more efforts need to be made to adopt the reach code as the national standard data thereby enabling utilization of numerous relevant database through the assigning of reach code to individual stream reaches nationwide.

GIS기반의 수질모델링 지원을 위한 정확도 높은 하천중심선의 자동 추출기법에 관한 연구

박용길,김계현,이철용,Park, Yong-Gil,Kim, Kye-Hyun,Lee, Chol-Young 대한공간정보학회 2010 한국공간정보학회지 Vol.18 No.4

수질오염의 효율적 관리를 위한 오염총량관리제(TMDL)의 적용에는 하천 수질모델링이 우선 되어야 하며, 이러한 모델링은 하천중심선의 추출이 필수이다. 반면, 현재는 수질모델링을 수행하는 기관들이 제각기 다른 기준으로 하천중심선을 제작하여 정확도가 높지 않으며, 이로 인하여 수질모델링의 수행기관에 따라 통일 유역임에도 수질모델링 결과가 달라지는 문제점이 발생하고 있다. 따라서 본 연구에서는 정확한 하천중심선 추출방법의 개발을 주요 목표로 하였다. 이를 위하여 최대내접원을 활용한 중심선 추출방법을 GIS 기술과 결합하여 자동화 모듈을 개발하였다. 연구 결과 기존 방법의 하천중심선 추출보다 개발된 모듈을 이용한 하천중심선의 추출이 하천형상의 변화를 보다 세부적으로 표출하는 것이 가능하였으며, 정확도 역시 향상되었다. 또한, 기존 방법의 한계점이었던 섬을 포함한 하천의 중심선 추출도 가능하여 보다 정확한 수질모델링의 지원이 가능하였다. For implementing TMDL(Total Maximum Daily Loading) to adopt more effective management of water pollution, water quality modeling is pre-requisite and such modeling requires the extraction of stream centerline. The institutes responsible for the water quality modeling, however, generates the stream centerline with their own criteria and this lead to low accuracy of the extracted centerline as well as different modeling results for the same watershed. Therefore, this study mainly focused on the development of extraction method of the stream centerline. For that, an automated method has been developed through the integration of the centerline extraction method using a maximum inscribed circle with GIS. The result has shown that the newly developed method could enable to represent more details of the stream topography along with enhanced accuracy compared with conventional extraction method. Furthermore, the new method can afford centerline extraction for the island areas which has been the limitation of the conventional method thereby supporting water quality modeling in a detailed level.