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한국도시환경학회지 제 2권 1 호 (2002) Journal of Korean Society of Urban Environment GIS를 활용한 유역관리 시스템 개발 이홍근 박인보 * 오경두 ** 백도현 *** 서울대학교 보건대학원 환경보건학과 국민대학교 건설시스템 공학부 * 육군사관학교 토목공학과 ** 서남대학교 보건환경학과 *** pdh315@tiger.seonam.ac.kr Development of Watershed Management System Using GIS Hong-Keun Lee In-Bo Park * Kyoung-Doo Oh ** Do-Hyeon Paik *** School of Public Health, Seoul National University Department of Construction System Engineering, Kookmin University * Department of Civil Engineering, Korea Military Academy ** Department of Environmental Health, Seonam University *** Abstract The purpose of this study is a development of watershed management system for water quality management. Generally water pollution problem is affected by watershed characteristics. therefore watershed management is a essential task for water quality management. GIS(Geographic Information System) is a system that contains spatially referenced data that can be analyzed and converted to information for a specific set of purpose, or application. For that reason, GIS can applied for water quality management. The study area is boryoung reservoir in Boroung City, Chung Cheong Nam Do, Korea. GIS data for watershed & reservoir's characteristics are constructed. GIS data ia consist of spatial data and attribute data. Spatial data are stream, road, soil, and landuse data etc.. Attribute data are pollution sources that are population, cow, pig, industrial facility etc.. key words : watershed management, GIS, water quality

한국도시환경학회지 Ⅰ. 서 론 인간의 생활에서 물의 이용은 필수적인 요소이며 물의 이용 여하에 따라 인간의 생활형 태가 변할 수 있을 만큼 중요한 요소이다. 역사적으로도 모든 문명의 발생이 강을 중심으로 이루어졌으며 물에 의한 재앙 즉, 가뭄과 홍수 등을 잘 극복한 나라가 번영을 이룬 예가 많 다. 이러한 물은 물의 순환이라는 수문학적 과정을 거쳐 육지에 재공급된다. 물을 효율적으 로 이용하기 위해서는 물의 순환과정을 정확히 규명하는 것이 필요하나 강우와 유출과정은 매우 복잡한 자연현상으로 기존의 많은 연구에서의 수문예측치들은 상당한 불확실성을 내포 하고 있는 것이 사실이다. 이러한 불확실성은 예측기법 자체에 포함되어 있기도 하지만 정 확하지 않은 자료를 사용함으로써 불확실성이 증대되기도 한다. 또한 인구의 증가와 산업의 발달에 따른 토지이용의 증대와 변화가 이러한 수문현상을 더 욱 복잡하게 만들었을 뿐만 아니라 물의 이용량의 증가와 산업폐수와 축산, 가정하수등의 오염물질의 배출에 따른 수질의 악화로 인하여 물의 이용에 제한을 가져오게 되었다. 일반 적으로 수질오염은 수계로 유입되는 오염물질량과 유입수량에 의해서 결정되며 오염물질의 유입량은 유역으로부터 발생되는 오염물질의 부하량과 유하과정에서 물리, 화학, 생물학적 작용에 의한 자정력에 의하여 결정된다. 따라서 효과적으로 수질을 관리하기 위해서는 오염 원관리를 통한 오염물질의 통제와 수량의 관리가 필요하게 되며 배출원이 명확하고 인위적 으로 통제가 가능한 점오염원으로부터의 오염물 부하량과 강우시 우수의 유출에 의하여 발 생하고 그 배출원이 명확하지 않아 관리가 어려운 비점오염원으로 부터의 오염물질 부하량 을 산정하여 그 관리방안을 모색할 필요가 있다( 이홍근 2001). 점오염원에 의한 오염물 부하량의 경우는 국내에서도 배출량산정에 필요한 배출원 단위에 대한 상당한 연구조사가 진행되어서 실제 이용가능한 값이 제시되고 있다. 그러나 비점오염 원으로 부터의 오염부하량을 산정하기 위한 배출원단위 등의 기본적인 연구가 국내에서는 충분하게 이루어지고 있지 않고 있을 뿐만아니라 원단위의 적용만으로는 수체에 유입되는 비점오염원에 의한 부하량을 정량적으로 파악하는데 한계를 나타내고 있어 이러한 상황에서 효율적인 수질관리를 기대하기 어려운 실정이다. GIS 기법은 컴퓨터 기술의 발전과 함께 표준적인 좌표체계의 구성 및 각종 지리정보를 입력 보완 처리하고 출력할 수 있도록 개발된 기법으로서 이를 통한 다량의 공간정보들을 조 작 처리 분석할 수 있어 다양한 계획의 실시를 위한 보완자료로서의 사용에 강력한 기능을 제공할 수 있는 방법이다( 이범희, 1998). 또한 정보화와 인터넷의 발달과 함께 GIS기술에 대한 관심과 개발이 이어져 현재는 여러 분야에서 요구되는 기법이나 기능을 포함하고 있는 상업용 TOOL 이 속속 개발되고 있다. 따라서 특별한 알고리즘의 개발 없이도 각 분야에서 GIS 를 이용한 분석이 가능한 수준에 이르고 있다. 따라서 본 연구에서는 GIS의 기능을 이용한 수질관리용 유역관리 시스템을 개발하였으며 대상유역에 대하여 수질오염과 관련된 유역 및 하천특성에 관한 각종정보들을 GIS데이터로 구축하였다. 이 시스템은 다른 응용프로그램, 예를 들면 비점오염 모형, 하천 및 호수 수질 모형 등이나 통계적 툴 및 전문가 시스템 등과 연계하여 운영할 수 있도록 유역의 공간적

GIS 를 활용한 유연관리 시스템 개발 : 이홍근ㆍ박인보ㆍ오경두ㆍ백도현 특성을 생성, 저장, 관리할 수 있도록 하였다. 본 연구와 관련된 국외의 연구를 살펴보면, Zhang 등(1990) 은 오염모형과 지리정보체계 를 결합하여 농업화학물질 영향평가 및 관리체계(AgCHEMS: Agricultural Chemical Impact Evaluation & Management System) 를 구축하였고, Fisher(1989) 와 Wolfe(1992) 는 강우유출모형 HSPF와 FESHM 에 지리정보체계를 적용하였다( 김진택, 1995). Shamsi와 Schneider(1993) 는 SWMM와 ARC/INFO 및 ERDAS을 결합하여 유역 의 개발에 따른 유출특성을 분석하였다. 국내의 연구는 엄무섭(1991) 이 ERDAS을 이용하여 지형정보를 해석하고 유출모형에 적 용하였고 이범희(1998) 는 GIS와 전문가 시스템을 결합하여 도시의 유출과 수질을 모의 하 였다. 송동하(1999) 는 GIS 기법을 이용하여 분포형 유역모형(DWQM) 을 개발하였고 이를 이용하여 강우 및 비강우시에 하천으로 유달되는 부하량을 산정하였다. Ⅱ. 연구방법 1. 연구대상 유역의 선정 및 조사 본 연구의 대상유역은 다음 그림 1 과 같이 충남 보령군의 보령호 유역으로 선정하였다. 보령호는 농어촌 진흥공사에서 1991. 10. 28에 방조제 공사를 착공하여 1997. 10. 24일 최종물막이 공사가 완료된 지역으로 조성된 담수호의 저류수가 배수갑문을 통해서 천수만으 로 유출되거나 배수갑문의 조작으로 천수만의 해수가 담수호를 출입하고 있다( 농어촌 진흥 공사, 1999). 이 유역에 대하여 다음과 같이 현장조사를 통하여 수질관리에 필요한 자료를 수집하였다. Fig. 1. Basin Map of Study Area

한국도시환경학회지 현장조사 - 현지조사 : 유역내에 분포하는 오염원 정보와 기타 유역정보의 수집 - 실측조사 : 강우시와 비강우시를 구분하여 유출량 및 수질 측정 측정 및 조사항목 -BOD, TN, TP, SS 등의 수질항목 - 탁도, 수서곤충, 조류, 물고기 종류등의 수서생태계 자료 - 유역의 오염원 분포 : 인구, 가축, 산업시설 -유역의 토지이용 현황 -소수계에서의 유해물질 누출사고 사례에 대한 조사 2. GIS 데이터 베이스 구축 1) 도형정보의 구축 소수계를 대상으로 세부 데이터베이스가 구축되는 만큼 기존의 대수계를 대상으로 중축 척(1:25,000이나 1:50,000 과 같은) 이나 소축척 (1:100,000 등) 과는 달리 보다 대축척의 수치지도를 기반으로 하는 데이터의 구축이 필요시 된다. 지난 1994년부터 시작된 국가 GIS사업의 결과물인 1:5,000의 지형도 수치지도가 전국을 대상으로 구축이 거의 완료된 만큼 본 연구 사업에서는 이러한 국가 함으로써 데이터베이스 구축비용을 최소화하도록 하였다. GIS사업의 결과물을 국립지리원에서 구입하여 활용 2) 속성정보의 구축 대축척 수치 지도를 바탕으로 대상 지역에 대하여 세부유역별 데이터베이스를 구축한 다음 관련 오염원 속성 자료를 수집하여 연계하였다. 구축 대상 주요 속성 정보는 아래의 표 1 과 같다. 아래 표에 제시된 정보는 유역의 오염현황이나 분포 등을 보여주는 기능뿐만 아니라 각종 유역특성의 공간적 분석에 이용된다. Table 1. The type of attributes data 대분류 항목 중분류 항목 주요 소분류 항목 수질현황 자료구축 점오염원 자료구축 수계현황 자료구축 실측하천 오염 부하량자료구축 발생, 배출, 유달 오염부하량 기상현황 자료 구축 하천수질 하천명, 채수시기, 유량, 수온, ph, EC, DO, COD, BOD, NH 4-N, NO 2-N, NO 3-N, T-N, PO 4-P, T-P, SS 수리, 수문자료 측정지점, 좌표, 수심, 하폭, 유속, 유량, 조사시기 폐수배출업소 현황 업체명, 주소, 대표자, 업종, 종별, 주생산품, 총용수량, 폐수발생량, 방류량, 폐수처리방법, 방류지역, 전화번호,,,,, (,, ),,, /,,, /,, 인구현황 총인구 정화조사용인구 정화조미사용인구 가축현황 한우 유우 돼지 닭 신고 허가 미규제 토지이용현황 전 답 임야 목장 과수원 대지 공장 도로 철도 기타 계 폐수배출현황 총용수량, 폐수발생량, 방류량 BOD, TN, TP, SS BOD, TN, TP, SS부하량 BOD, TN, TP, SS 인구, 토지이용, 축산, 산업폐수, 합계 지역별 기상 기온, 강우량, 습도, 증발량, 풍속, 천기일수 및 일조시간

GIS 를 활용한 유연관리 시스템 개발 : 이홍근ㆍ박인보ㆍ오경두ㆍ백도현 Ⅲ. 연구 결과 1. 오염원 분포 1) 소유역의 설정 본 연구에서는 연구대상지역을 8 개의 소유역으로 구분하였다. 소유역의 구분은 보령호에 영향을 미치는 지류를 중심으로 구분하였다. 이러한 소유역은 오염부하량의 계산과 수질관 리의 기본단위가 된다. 각각의 소유역에 해당하는 행정구역은 표 2 에 나타낸 바와 같다. Table 2. Administrative Division by Sub_Basin 배수구역명 행 정 구 역 WS1 WS2 천북면 하만리 천북면 낙동리(1/2) WS3 천북면 신덕리, 신죽리(1/2) WS4 천북면 신죽리(1/2), 은하면 장척리 WS5 WS6 구항면 마온리, 지정리, 청광리, 대정리, 신곡리 광천읍 상정리, 벽계리, 신진리, 매현리 광천읍 월림리, 대평리, 광천리, 소암리, 담산리, 내죽리, 가정리 장곡면 가송리, 죽전리, 오성리, 화계리, 광성리 WS7 광천읍 옹암리, 청소면 죽림리, 재정리, 신송리(1/2) WS8 청소면 진죽리, 장곡리, 성연리, 정전리, 오천면 교성리, 소성리, 소성리 자료 ; 농어촌 진흥공사, 1999( 일부수정) 2) 소유역별 오염원 분포 소유역내의 오염원은 해당 행정구역내의 면사무소와 읍사무소를 방문, 정리하였고 이를 다시 면적비를 적용하여 소유역별로 재분류 하였다. 자료를 수집하여 1) 점오염원 분포 2000년 12 월말 현재, 점오염원인 인구와 가축의 분포는 표 3 과 같이 조사되었다. 조사방 법은 유역내의 위치하는 최소단위의 행정기관인 면사무소를 직접 방문하여 면사무소에서 보 유하고 있는 통계자료를 이용하였다. 인구의 경우는 WS6 유역이 전체의 33.8% 인 9,061명 으로 가장 많았으며, 한우는, WS6 유역이 전체의 43.3% 인 4,015 두, 젖소는 WS6 유역이 182 두(31.4%) 로 가장 많은 것으로 조사되었다. 한편, 돼지는 WS6 유역이 38,320두로 전 체의 39.5% 를 차지하고 있었고, 닭은 WS8 유역이 118,278마리로 전체의 25.2% 를 차지 하고 있었다.

한국도시환경학회지 Table 3. 오염원 배수구역 Point Pollution Source by Sub_Basin 인구(명) (%) 한우(두) (%) 젖소(두) (%) 돼지(두) (%) 닭(마리) (%) WS1 1,118 (4.2) 540 (5.8) 0 (0.0) 9,600 (9.9) 50,000 (10.6) WS2 481 (1.8) 325 (3.5) 0 (0.0) 1,935 (2.0) 111,250 (23.7) WS3 669 (2.5) 427 (4.6) 0 (0.0) 16,733 (17.2) 65,500 (13.9) WS4 270 (1.0) 205 (2.2) 0 (0.0) 9,453 (9.7) 65,500 (13.9) WS5 8,726 (32.5) 1,744 (18.8) 59 (10.2) 3,756 (3.9) 270 (0.1) WS6 9,061 (33.8) 4,015 (43.3) 182 (31.4) 38,320 (39.5) 38,714 (8.2) WS7 2,386 (8.9) 1,095 (11.8) 110 (18.9) 17,194 (17.7) 20,220 (4.3) WS8 4,117 (15.3) 915 (9.9) 230 (39.6) 19 (0.0) 118,278 (25.2) 계 26,827 (100.0) 9,265 (100.0) 581 (100.0) 97,009 (100.0) 469,732 (100.0) ( ) 안은 백분율(%) 을 나타냄. 2) 토지이용현황 비점오염원의 분포와 관련이 있는 토지이용현황은 유역내 각 행정기관을 직접 방문하여 획득한 자료와 홍성군통계연보, 국립지리원의 수치지도 등을 이용하여, 논, 밭, 임야, 대지 및 기타로 분류하였고, 표 4 와 같이 조사되었다. 유역내의 총면적은, 13,359ha 이고, 이중 WS6 유역이 가장 넓어, 전체의 27.7% 인 3,696ha 를 차지하고 있었다. 한편, 토지의 용도 별 이용에 있어서 가장 높은 비율을 보이는 것은 임야로 전체의 36.1% 인 4,824ha를 차지 하고 있었다. Table 4. Land use data by Sub_Basin (unit : ha) 오염원 배수구역 논 밭 임야 대지 기타 소계 WS1 120 (4.3) 135 (6.1) 153 (3.2) 3 (0.8) 104 (3.3) 515 (3.9) WS2 42 (1.5) 41 (1.8) 58 (1.2) 11 (3.0) 268 (8.5) 420 (3.1) WS3 252 (9.0) 137 (6.2) 58 (1.2) 8 (2.2) 94 (3.0) 549 (4.1) WS4 146 (5.2) 113 (5.1) 90 (1.9) 27 (7.3) 321 (10.2) 697 (5.2) WS5 560 (19.9) 388 (17.5) 986 (20.4) 107 (28.8) 551 (17.6) 2,592 (19.4) WS6 773 (27.5) 614 (27.7) 1,561 (32.4) 135 (36.3) 613 (19.5) 3,696 (27.7) WS7 324 (11.5) 176 (7.9) 509 (10.6) 30 (8.1) 377 (12.0) 1,416 (10.6) WS8 593 (21.1) 613 (27.6) 1,409 (29.2) 51 (13.7) 808 (25.8) 3,474 (26.0) 계 2,810 (21.0) 2,217 (16.6) 4,824 (36.1) 372 (2.8) 3,136 (23.5) 13,359 (100.0) ( ) 안은 백분율(%) 을 나타냄.

GIS 를 활용한 유연관리 시스템 개발 : 이홍근ㆍ박인보ㆍ오경두ㆍ백도현 2. 발생오염부하량의 산정 1) 적용 원단위 유역내에 존재하는 오염원에서 발생하는 오염부하량은, 환경부의 수질보전장기종합계획 수립 종합보고서와 건설교통부의 수자원관리종합정보시스템, 국립환경연구원의 한강수역을 중심으로 한 환경관리 기술개발( Ⅱ-1, 수질오염물질발생 및 배출원단위 산정) 을 참고하여 표 5 에 있는 원단위를 적용하여 산정하였다. Table 5. Unit load factors for raw loads 수질항목 오염원 생활계(g/ 인 일) 축산계(g/ 두 일) 도시 농촌 한우 젖소 돼지 닭 BOD 66 55 95.7 111.6 31.4 3.7 T-N 7.75 7.75 14.73 17.8 5.6 1.3 T-P 1.63 1.63 2.0 2.4 1.9 0.41 2) 발생오염부하량의 산정 유역내의 점오염원 및 비점오염원에 대한 조사 자료와 표 역 및 오염원별로 발생오염부하량을 산정한 결과는 표 5의 원단위를 적용하여 배수구 6 에 나타내었다. 산정결과, WS6 유역이 생활계, 축산계의 모든 오염원에서 가장 높은 비율을 차지하고 있 었다. 이것은, 이 지역이 광천읍의 대부분을 차지하고 있어 인구가 가장 많고, 한우 등의 가 축두수가 가장 많을 뿐만 아니라, 토지 면적 또한 가장 넓은 유역이기 때문이며, 앞으로의 수질관리 대책은 WS6 유역에 집중되어야 할 것으로 판단된다. 한편, 발생오염부하량을 생 활계와 축산계계의 오염원별로 나누어 보면, BOD, T-N, T-P 모두 축산계에 의한 오염이 전체의 72.5 ~ 88.1% 를 차지하고 있어 오염원에 대한 대책은 축산폐수를 중심으로 이루 어져야 할 것으로 보인다.

한국도시환경학회지 Table 6. Raw loads by Sub_Basin (Unit : kg) 배수구역 수질항목 생활계 축산계 자연계 합계 BOD 61.5 (4.2) 538.1 (9.4) 19.8 (2.8) 619.4 (7.8) WS1 T-N 8.7 (4.2) 126.7 (9.7) 6.8 (4.1) 142.2 (8.5) T-P 1.8 (4.2) 39.8 (10.0) 0.5 (4.5) 42.1 (9.3) BOD 26.4 (1.8) 503.4 (8.8) 17.0 (2.4) 546.9 (6.9) WS2 T-N 3.7 (1.8) 160.2 (12.3) 3.8 (2.2) 167.7 (10.0) T-P 0.8 (1.8) 49.9 (12.6) 0.2 (2.0) 50.9 (11.3) BOD 36.8 (2.5) 808.6 (14.1) 30.2 (4.3) 875.6 (11.1) WS3 T-N 5.2 (2.5) 185.1 (14.2) 9.4 (5.6) 199.8 (11.9) T-P 1.1 (2.5) 59.5 (15.0) 0.7 (6.7) 61.3 (13.6) BOD 14.8 (1.0) 558.8 (9.7) 42.4 (6.1) 616.0 (7.8) WS4 T-N 2.1 (1.0) 141.1 (10.8) 8.6 (5.1) 151.8 (9.1) T-P 0.4 (1.0) 45.2 (11.4) 0.5 (5.2) 46.2 (10.3) BOD 479.9 (32.5) 292.4 (5.1) 164.7 (23.6) 937.0 (11.8) WS5 T-N 67.6 (32.5) 48.1 (3.7) 32.5 (19.4) 148.3 (8.8) T-P 14.2 (32.5) 10.9 (2.7) 1.9 (19.2) 27.0 (6.0) BOD 498.4 (33.8) 1,751.0 (30.5) 221.4 (31.7) 2,470.8 (31.2) WS6 T-N 70.2 (33.8) 327.3 (25.2) 46.6 (27.9) 444.1 (26.5) T-P 14.8 (33.8) 97.1 (24.5) 2.8 (27.6) 114.7 (25.5) BOD 131.2 (8.9) 731.7 (12.8) 63.3 (9.1) 926.2 (11.7) WS7 T-N 18.5 (8.9) 140.6 (10.8) 17.1 (10.2) 176.2 (10.5) T-P 3.9 (8.9) 43.4 (10.9) 1.0 (10.1) 48.3 (10.7) BOD 226.4 (15.3) 551.5 (9.6) 139.8 (20.0) 917.7 (11.6) WS8 T-N 31.9 (15.3) 171.4 (13.2) 42.4 (25.3) 245.7 (14.7) T-P 6.7 (15.3) 50.9 (12.8) 2.5 (24.6) 60.1 (13.3) BOD 1,475.5 (18.7) 5,735.5 (72.5) 698.7 (8.8) 7,909.7 (100.0) 합계 T-N 207.9 (12.4) 1,300.7 (77.6) 167.2 (10.0) 1,675.8 (100.0) T-P 43.7 (9.7) 396.8 (88.1) 10.0 (2.2) 450.6 (100.0) ( ) 안은 백분율(%) 을 나타냄. 3. 기상자료 연구대상지역내의 기상자료는 기상연보의 서산관측소 자료와 홍성군통계연보를 이용하여, 1991 ~1999 년 사이의 월별 평균기온, 평균습도, 평균강수량, 평균강우빈도, 평균풍속, 평 균천기일수 등을 분석하여 그림 2 에 나타내었다.

GIS 를 활용한 유연관리 시스템 개발 : 이홍근ㆍ박인보ㆍ오경두ㆍ백도현 월별 평균 기온 (1991년-1999년) 월별 평균 상대습도 (1991년 - 1999년) 30.0 100.0 25.0 80.0 온도( ) 20.0 15.0 10.0 상대습도(%) 60.0 40.0 5.0 20.0 0.0-5.0 1월 2월 3월 4월 5월 6월 7월 8월 9월 10월 11월 12월 0.0 1월 2월 3월 4월 5월 6월 7월 8월 9월 10월 11월 12월 월별 평균 강수량 (1991년-1999년) 월별 평균 강우빈도 (1991년-1999년) 강수량 (mm) 400 350 300 250 200 150 100 50 0 1월 2월 3월 4월 5월 6월 7월 8월 9월 10월 11월 12월 강우빈도 (회) 14 12 10 8 6 4 2 0 1월 2월 3월 4월 5월 6월 7월 8월 9월 10월 11월 12월 월별 평균 풍속 (1991년 - 1999년) 월별평균천기일수(1991년- 1999년) 3.5 35.0 3.0 30.0 2.5 25.0 풍속(m/s) 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 1월 2월 3월 4월 5월 6월 7월 8월 9월 10월 11월 12월 일 20.0 15.0 10.0 5.0 0.0 1월 2월 3월 4월 5월 6월 7월 8월 9월 10월 11월 12월 강우 눈 결빙 안개 맑음 Fig. 2. General Weather Conditions of Study Area 4. 수질 및 유량 측정 수질 및 유량 측정지점은, 표 7 에 나타낸 바와 같이, 배수구역의 특성을 잘 나타내 주고, 안정된 구조물이 있어 시료채취가 용이한 신진교, 소룡교, 포항교로 하였다. 신진교(P1) 는 상정천의 상류이고, 소룡교(P2) 는 광천천의 상류이며, 포항교(P3) 는 상정천과 광천천이 광 천읍을 통과하여 합류되는 곳이다.

한국도시환경학회지 Table 7. Sampling and Measurement sites 지점번호 조사위치 위도 경도 P 1 홍성군 광천읍 상정천 신진교 36 31' 10" 126 37' 30" P 2 홍성군 광천읍 광천천 소룡교 36 29' 40" 126 38' 10" P 3 홍성군 광천읍 상정천 포항교 36 29' 25" 126 37' 05" 1) 건기 수질 및 유량 측정 연구지역내의 수질은 크게 건기와 우기로 나누어 측정하였다. 건기시의 수질 및 유량 측 정은 비가 오지 않는 날을 택해, 2000년 4월과 7 월, 2001년 3월과 4월에 걸쳐 실시하였 고, 그 결과는 표 8 과 같다. Table 8. Results of Water Quality & Flow Survey in dry weather(unit : ppm) 측정지점 측정일자 유량(CMS) BOD 5 COD SS NH 3 -N NO 3 -N T-N T-P 2000. 4 0.20 5.20-12.50 0.69 2.70 2.00 0.68 P1(신진교) 2000. 7 0.22 10.14 14.50 6.07 0.23 1.10 1.00 0.79 2001. 3 0.20 4.55 42.00 6.00 5.85 3.20 5.00 0.04 2001. 4 0.07 5.62 43.00 13.00 5.30 2.70 3.00 0.04 2000. 4 0.13 11.40 7.40 20.00 1.19 5.30 6.00 0.84 P2(소룡교) 2000. 7 0.11 8.00 16.00 21.43 0.28 1.10 1.00 1.06 2001. 3 0.10 11.44 29.00 280.00 7.05 6.20 1.00 0.06 2001. 4 0.04 7.40 17.00 13.00 6.70 5.00 1.00 0.05 2000. 4 0.23 16.70 12.11 35.00 2.75 4.20 9.00 1.93 P3(포항교) 2000. 7 0.26 13.82 27.50 22.57 1.11 1.50 3.00 1.73 2001. 3 0.23 8.51 33.00 13.00 6.20 4.20 4.00 0.02 2001. 4 0.22 8.05 31.00 33.00 5.40 3.80 3.60 0.03 2) 우기 수질 및 유량 측정 우기시의 수질과 유량은, 2000년 5월 26일 ~ 27일과 8월 24일~ 25 일, 2001년 2월 23일 ~ 24 일에 걸쳐 실시하였고, 그 결과는 표 9 와 같다. 우기시의 수질과 유량은 건기와 비교하여 상당한 차이를 보이고 있었다. 한편, 겨울에서 봄에 걸친 긴 가뭄으로 인해 우기 시의 유출특성 파악이 힘들었다.

GIS 를 활용한 유연관리 시스템 개발 : 이홍근ㆍ박인보ㆍ오경두ㆍ백도현 Table 9. Results of Water Quality & Flow Survey in rainy weather (unit : ppm) 측정지점 측정일/시간 유량(CMS) BOD 5 COD SS NH 3-N NO 3-N T-N T-P 2000.5.26 19:50 4.50 8.82 21.67 10.70 1.00 2.30 4.00 1.33 20:50 4.63 10.34 25.00 35.48 0.96 2.70 2.00 1.60 21:40 5.16 10.03 24.00 58.12 0.74 2.10 3.00 1.68 22:10 5.72 11.00 21.50 46.92 0.89 1.95 3.00 1.55 22:40 5.72 10.59 21.00 12.35 0.96 2.10 3.00 1.43 23:05 6.73 11.00 22.67 22.40 1.24 2.20 4.00 1.93 23:30 6.73 16.57 33.67 96.95 2.45 2.65 6.00 3.20 P1(신진교) 24:00 6.73 17.43 22.67 81.35 1.08 2.40 5.00 2.33 2000.5.27 11:05 5.80 11.45 22.00 31.05 1.60 1.00 4.00 1.63 12:00 5.70 10.24 25.17 27.55 1.63 1.00 3.00 1.53 2000.8.24 14:30 5.00 5.27 10.00 73.70 0.75 5.20 3.00 1.72 15:50 5.45 5.37 8.00 30.00 0.59 5.10 3.00 1.51 17:00 6.41 4.66 10.00 27.80 0.61 4.90 3.00 1.72 18:20 6.04 4.16 7.00 21.30 0.50 4.80 4.00 1.54 21:00 5.64 4.26 7.00 12.50 0.52 5.40 4.00 1.32 2000.8.25 12:45 2001.2.23 12:40 7.31 4.26 10.00 53.70 0.93 6.20 4.00 1.84 0.81 - - - - - - - 17:05 1.15 - - - - - - - 19:10 1.15 - - - - - - - 2001.2.24 9:40 2000.5.26 20:50 0.86 - - - - - - - 4.41 7.40 24.33 28.00 0.50 3.50 4.00 1.35 21:40 4.92 7.91 25.00 88.05 0.44 2.90 4.00 1.78 22:40 5.45 6.59 24.67 112.30 0.37 2.70 3.00 2.25 23:10 6.42 13.83 30.67 184.10 2.23 3.65 7.00 2.93 2000.5.27 00:05 6.50 11.55 30.67 236.60 1.66 3.30 6.00 2.65 10:45 5.69 13.78 23.00 44.65 2.63 1.70 5.00 1.78 P2(소룡교) 11:40 5.53 14.80 18.33 43.95 2.60 1.75 5.00 1.80 2000.8.24 16:30 6.50 8.00 16.00 74.80 0.76 4.60 4.00 1.45 17:30 6.11 7.40 9.00 63.03 0.79 5.20 5.60 1.35 18:50 5.76 6.29 7.00 46.25 0.71 4.80 6.00 1.34 21:55 5.38 8.82 10.00 166.90 1.90 5.00 5.60 1.74 2000.8.25 11:05 2001.2.23 14:00 7.00 10.14 21.00 27.30 1.88 6.00 5.00 2.52 1.21 11.06 29.00 27.00 9.95 1.40 3.00 0.03 16:30 1.34 13.07 26.00 40.00 8.80 1.50 4.00 0.05 18:35 0.87 14.19 25.00 33.00 5.80 1.40 3.00 0.06 2001.2.24 9:00 0.83 12.55 29.00 13.00 5.60 1.30 4.00 0.24

한국도시환경학회지 Table 9. Continued 측정지점 측정일/시간 유량(CMS) BOD 5 COD SS NH 3-N NO 3-N T-N T-P 2000.5.26 21:20 12.00 32.33 38.67 879.85 13.20 6.10 26.00 13.00 22:10 13.29 23.21 42.00 446.80 6.30 6.80 15.00 7.38 22:50 13.40 31.01 35.50 196.90 5.25 2.70 8.00 3.88 23:30 15.56 21.18 34.33 324.10 5.85 4.10 11.00 4.78 2000.5.27 00:30 15.85 14.49 33.83 272.80 3.95 3.20 8.00 3.95 10:20 13.88 16.42 29.67 218.30 3.60 2.60 7.00 3.11 P3(포항교) 11:25 13.49 18.95 29.33 237.80 3.55 2.40 6.00 2.93 2000.8.24 15:10 12.67 8.15 12.00 166.95 0.93 5.10 4.00 1.86 16:10 15.85 8.31 13.00 134.40 0.80 5.10 4.00 1.60 17:15 14.90 7.70 10.00 121.45 0.70 4.90 4.00 1.55 18:35 14.05 6.39 10.00 115.60 0.72 5.70 4.00 1.37 21:25 13.12 9.02 6.00 96.25 0.69 5.10 4.00 1.36 2000.8.25 12:45 2001.2.23 15:40 17.00 8.41 11.00 267.50 1.31 6.10 8.00 2.33 2.02 - - - - - - - 17:35 2.15 - - - - - - - 19:25 2.22 - - - - - - - 2001.2.24 9:15 2.01 - - - - - - -

GIS 를 활용한 유연관리 시스템 개발 : 이홍근ㆍ박인보ㆍ오경두ㆍ백도현 5. GIS 데이터베이스 구축 본 연구에서 GIS데이터베이스는 유역에서 발생하는 오염원 및 유역특성을 자료화하여 오 염원을 검색할 수 있도록 지원하고, 하천 및 유역에서 발생하는 수질오염현상을 파악을 위 한 공간정보의 분석 기능의 자료를 제공하도록 하였다. GIS데이터베이스를 구축하기 위해서 상업용 프로그램인 ESRI사의 ARC-View 3.1 과 PC ARC INFO 를 사용하였으며, 유역의 3차원분석을 위해 3D-Analysis 를 사용하였다. 1) 도형정보 구축 GIS 데이터의 도형정보는 기본적으로 포인트, 라인, 폴리곤으로 구성되어 있다. 수질관리 를 위한 업무를 효율적으로 지원하기 위해 행정구역도, 유역경계도, 강우관측망도, 수질측정 망도, 수계도 토지피복도 등을 표 3.9의 자료를 이용하여 구축하였으며 그 내용은 표 3.10 과 같다. Table 10. Basic map for GIS construction 지도종류 축적 발행기관 내용 요소 도로망현황 라인 기본지형도 1 : 5,000 국립지리원 수계망 라인 저수지현황 폴리곤 등고선 라인 한국지질도 1 : 25,000 한국자원연구소 지질내역 폴리곤 토지이용도 1 : 50,000 건설교통부 토지이용현황 폴리곤 현존식생도 1 : 25,000 환경부 식생분포 폴리곤 정밀토양도 1: 25,000 농촌진흥청 토양현황 폴리곤 용도지역도 용도지역현황 폴리곤 침수지역도 1 : 5,000 해당행정기관 침수지역도 폴리곤 우물/ 하수처리장 우물의 위치 포인트 Table 11. Graphic data of GIS 주제도 속성 내용 행정구역도 폴리곤 수치지도상에서 추출 혹은 스캐닝 유역경계도 폴리곤 1/25,000 지도상에서 구분, 입력 강우관측망도 포인트 위도, 경도 자료 입력 수질 측정망도 포인트 위도, 경도 자료 입력 수계도 라인 수치지도에서 추출 토지피복도 사진 인공위성 사진 자료

한국도시환경학회지 모든 도형정보는 주제도 별로 별도의 레이어에 입력되어 공간 데이터베이스내에서 입력, 검색, 관리 및 출력이 되도록 하였다. 디지타이징을 거쳐 벡터구조를 가진 레이어는 위상구 조를 정립하여 공간 데이터베이스내에 저장하였으며, 스캐닝에 의한 격자구조의 레이어는 벡터구조로의 변환을 거쳐 위상구조를 갖도록 하였다( 김계현,1999). 다음에 나타낸 그림 3에서 그림8은 GIS 에 구축된 도형정보 중 행정구역, 토지이용, 수치 고도자료(DEM), 소유역도, 수질측정지점, 토양도 등을 보여주고 있다. Fig. 3. Administrative Division of Study area

GIS 를 활용한 유연관리 시스템 개발 : 이홍근ㆍ박인보ㆍ오경두ㆍ백도현 Fig. 4. Landuse Data of Study Area Fig. 5. DEM(Digital Elevation Model) of Study area

한국도시환경학회지 Fig. 6. Sub_Basin of Study area Fig. 7. Water Sampling Point

GIS 를 활용한 유연관리 시스템 개발 : 이홍근ㆍ박인보ㆍ오경두ㆍ백도현 Fig. 8. Soil map of Study area 2) 속성정보 구축 속성자료는 도형자료와 연계하여 설명할 수 있는 자료로서 수문자료의 경우에는 point theme( 점 주제도) 로 작성한 기상관측도와 하천유량측정지점도 등의 각 지점에 입력하였으 며 인문, 사회 통계자료는 행정구역도의 리 동 단위로 구분하여 입력하였다. 수문자료 - 기상자료 : 보령, 서산, 군산 관측소의 기상자료( 강우량, 기온, 습도, 증발량, 풍속, 일 조시간) - 하천 유출량자료 : 유량연보와 농업기반공사 등에서 측정한 자료를 이용하여 작성 - 지하수위자료: 한국수자원공사, 지하수기본조사보고서의 내용을 기본으로 작성 인문, 사회 통계자료 수집

한국도시환경학회지 인문, 사회 통계자료는 리 동 단위의 행정구역별로 작성하여 입력하는 것을 원칙으로 하였 다. 또한 이 자료를 이용하여 모형의 입력자료를 계산하거나 오염부하량을 산정할 수 있도 록 하였다. - 인구 : 주거형태별, 화장실구분별, 정화조 유무별로 세분하여 입력 - 가축 : 한우, 젖소, 돼지, 가금류 등의 자료를 입력 - 산업장 : 공장에 대한 자료를 수집 위치와 생산품, 폐수발생량 등을 입력 - 토지이용 통계자료 : 면사무소에 비치된 각 리동 단위의 토지이용자료를 조사하여 위 성사진자료와 대조후에 입력 다음 그림 9와 10은 속성정보로 구축된 인구와 소의 자료를 GIS 에서 표현한 것이다. Fig. 9. Population Data in study area

GIS 를 활용한 유연관리 시스템 개발 : 이홍근ㆍ박인보ㆍ오경두ㆍ백도현 ` Fig. 10. Cow data in study area Ⅳ. 결 론 본 연구는 유역관리 시스템 개발을 목적으로 하고 있으며 대상유역에 대하여 수질오염과 관련된 유역 및 하천특성에 관한 각종 정보들을 GIS데이터로 구축하였고 지형 및 공간과 관련하여 해석할 수 있도록 자료의 생성 및 관리에 관한 내용을 다루었으며 실제 지역에 대 한 적용방안을 제시함으로써 유역을 통합적으로 관리할 수 있는 시스템의 체계를 제안하였 다. 즉, GIS 환경하에서 수질관리에 필요한 정보의 생성 및 처리, 저장, 관리의 기능을 수행 할 수 있는 시스템을 개발하였다. 본 연구에서 개발한 시스템은 유역의 수질관리에 필요한 기능인 오염원 검색 및 공간적 분포의 파악 등을 하나의 시스템내에서 운영할 수 있어 체계적이고 정량적인 분석을 제공할 수 있으며 더 나아가 수질예측모형 및 기타 응용프로그램과의 연계의 가능성을 보여 주고 있다. 1. 연구대상지역인 충남 홍성군 및 보령군 일대를 포함하고 있는 보령호 유역에 대해 기 본자료로서 오염원 및 수리 수문 기상자료를 데이터베이스화 하였으며 건기시 기저 유출오 염부하량의 산출하기 위해 BOD, COD, TN, TP, SS, 하천유량 등을 측정하였고 강우시 비 점오염원의 유출오염부하량을 산정하기 위해 강우사상 발생시 시간별 강우강도, 유출수량

한국도시환경학회지 및 유출수질을 측정하여 데이터 베이스로 구축하였다. 2. GIS데이터베이스는 수질관리를 위해 수질모형 및 비점오염모형에 필요한 자료를 제공 하고, 그밖에 공간분석(spatial analysis) 을 위한 기초자료를 제공할 수 있도록 하였다. GIS 에서 사용되는 자료의 형태는 공간자료(spatial data) 와 속성자료(attribute data) 로 나누어 구축하였다. 3. 위와 같이 구축된 GIS 데이터베이스는 데이터자체만의 의미보다 응용프로그램의 연계 를 통한 2차적 데이터의 생성이 가능함으로 수질예측모형 또는 전문가 시스템 등과의 연계 에 대한 연구가 지속적으로 이루어져야 할 것으로 판단된다. Ⅴ. 감사의 글 본 연구는 1998 년도 과학재단 특정기초연구과제 지원에 의해 수행되었으며, 이에 감사드 립니다. Ⅵ. 참고 문헌 [1] 김성준. 1996. 농촌소유역 하천수질관리를 위한 GIS 응용, The Journal of GIS Association of Korea, Vol.4, No.2, pp.147-157. [2] 김진택. 1995. 농업 비점원 오염모형을 위한 지리자원 정보시스템 호환모형의 개발 및 적용, 서울대학교 박사학위논문. [3] 농어촌진흥공사. 1998. 홍보지구 농업종합개발사업 사후환경영향조사보고서. [4] 농어촌진흥공사. 1999. 영산강지구 담수호 수질관리 대책수립조사연구 [5] 박인보, 1997, 오염원의 2 차원 이동 및 확산 수치모형, 국민대학교 생산기술연구소 공 학기술 논문집, 제 20집 [6] 서울대학교 보건대학원. 1995. 수질정보 종합관리 시스템 개발 - 수역 수질관리를 위 한 수질예측 모형과 의사결정 지원시스템 개발에 관한 연구, 환경부 제1단계 3차년도 최종 보고서. [7] 송동하, 1999, 일일오염 부하량 예측을 위한 분포형 유역 모형 개발, 박사학위논문, 서 울대학교 [8] 엄무섭. 1991. 지형정보 시스템을 원용한 Kinimatic 모형의 적용. 석사학위논문, 서울 대학교. [9] 이범희, 1998, 지리정보체계 및 전문가시스템을 이용한 도시유출 및 수질모형의 개발, 박사학위논문, 서울대학교

GIS 를 활용한 유연관리 시스템 개발 : 이홍근ㆍ박인보ㆍ오경두ㆍ백도현 [10] 이종태, 강태호. 1997. 도시 배수유역의 유출- 수질 특성인자의 민감도 분석. 한국수 자원학회논문집, 한국수자원학회, 제30 권, 제1 호, pp.83-93. [11] 장영률 등, 2000, 섬진강유역 수문인자추출을 위한 GIS와 RS 의 활용, 한국 GIS학회지 [12] 한국수자원공사 수자원연구소. 1992. 수문 및 환경자료 관리 다중매체 실시간 데이터 베이tm 시스템 개발( 연구업무용), 한국수자원공사 연구보고서 WRRI-WR-92-1. [13] Brigham Young University (1996). WMS - Watershed modeling system reference manual Ver.4.0 - Engineering Computer Graphics Laboratory. [14] CADLAND(1994). Advanced ARC/INFO. Managing tabular data 6-7. [15] CADLAND(1993). Using GRID with ARC/INFO - Rev 6.1. Modeling surface hydrology, pp.18-1 ~ 18-23. [16] Depodesta, K.R., Nimmrichter, P. and Moore, C. (1993). "Chapter 22. Flood plaid management integrating GIS and HEC-2." New techniques for modelling the management lf stormwater quality impacts. Lewis Publishers, pp.483-496.