JP2008210362A - Ｇｉｓを利用した水質汚染負荷算定用の意思決定支援システム及びその運営方法 - Google Patents

Abstract

【課題】地理情報システム（Ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ、ＧＩＳ）を利用した水質汚染負荷算定用の意思決定支援システム及びその運営方法を提供する。
【解決手段】意思決定支援システム及びその運営方法は、汚染可能地域、特に農村地域の多様な汚染源のデータベースを構築することによって、地域汚染源の特性分析が可能であり、汚染源の発生位置及び汚染が深刻な地域、河川への集積過程を把握できる情報を提供することによって、汚染物質の排出経路に対する効率的な管理を可能にし、水質モデリングを通じた水質予測を可能にして耕地や裁培地域における用水利用計画に対する基礎資料として容易に活用できるようにし、農村地域の環境管理のための基本政策の樹立時、正確に意思決定を行うことができるように支援する。
【選択図】図１

Description

本発明は地理情報システム（Ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ、ＧＩＳ）を利用した水質汚染負荷算定用の意思決定支援システム及びその運営方法に関するもので、より詳細には、汚染源のデータベースの構築によって、地域汚染源の特性分析と汚染物質の排出経路に対する効率的な管理及び用水利用計画に対する基礎資料として活用することによって、基本政策の樹立時、正確な意思決定ができるように支援するＧＩＳを利用した水質汚染負荷算定用の意思決定支援システム及びその運営方法に関するものである。

周知のように、農産物開放による遊休農地の増加と農村地域の乱開発による水質の悪化などによって、農村地域の水質管理の制度に対する改善を要する実情である。

国土研究院の「農地利用管理制度の発展方向」という報告書は国内／外の農業環境が急変しながら、農業振興地域の解除圧力と共に、農地転用、乱開発などの恐れが順次高まっていると指摘している。したがって、このような問題点を解決するためには農村地域の土地利用による汚染物質の発生と排出に対する体系的な管理が必要な実情である。

しかし、水質管理に必要とする環境情報は多様な汚染源の属性、位置及び時間で構成される膨大な量の関連情報を同時に管理しなければならない。そのため、既存の報告書を通した処理方式では管理がほとんど不可能な問題点がある。

本発明は前述した従来技術の問題に鑑みてなされたもので、汚染可能地域、 特に農村地域の多様な汚染源のデータベースを構築することによって、地域汚染源の特性分析が可能であり、汚染源の発生位置及び汚染が深刻な地域、河川への集積過程を把握できる情報を提供することによって、汚染物質の排出経路に対する効率的な管理を可能にし、水質モデリングを通した水質予測を可能にして耕地や裁培地域における用水利用計画に対する基礎資料として容易に活用できるようにし、農村地域の環境管理のための基本政策の樹立時、正確に意思決定を行うことができるように支援するＧＩＳを利用した水質汚染負荷算定用の意思決定支援システム及びその運営方法を提供することにその目的がある。

本発明の前述した目的やその他の目的及び特長は以下の詳細な説明によってより具体化することができる。

前述した目的を達成するための本発明のＧＩＳを利用した農村水質汚染負荷算定用の意思決定支援システムは、地理情報システム（Ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ、ＧＩＳ）を基盤とする水質汚染負荷算定用の意思決定支援システムにおいて、前記地理情報システムの地理図形情報を備える地理図形ＤＢと;前記地理図形ＤＢの各属性情報として、対象地の里・洞別人口、畜産、養殖、産業、土地による汚染源現況、糞尿処理施設・下水終末処理施設などの環境基礎施設、水質測定地点／水質模擬及び負荷量算定に関連した属性、及びこれを全て連繋する連繋性などを備える属性ＤＢと;前記地理図形ＤＢ及び属性ＤＢに構築された汚染源現況、環境基礎施設、水質測定地点、水質模擬データを基盤に、自体に備えた数式アルゴリズムを通じて汚染負荷量を算定し、これを最終削減シナリオに反映してその結果を出力するシステム駆動ユニットと;算出した結果を地理情報と共に出力できるように機能するグラフィカルユーザーインターフェース（ＧＵＩ）と;前記ＤＢｓとシステム駆動ユニット及びＧＵＩと電気的に連結してこれらを総括制御する中央制御処理処置と;を含むことを特徴とする。

また、本発明のＧＩＳを利用した農村水質汚染負荷算定用の意思決定支援システムの運営方法は、前述の意思決定支援システムを利用して、ａ）属性ＤＢと地理図形ＤＢから各資料の連関性を分析して基本地理情報照会を通じて資料を分類及び構築する段階と;ｂ）前記分類した情報に基づいて、対象地の発生負荷量・排出負荷量・流達負荷量を算出及び照会する段階と;ｃ）主要河川の水質模擬を通じた資料を利用して汚染物質の挙動を把握し、その汚染物質の挙動データを生成する段階と;ｄ）当該対象地の負荷量と汚染物質の挙動データを利用してユーザーの望む削減シナリオによって水質モデルを実行し、その結果を取得することによって、その結果値を通じて意思決定を支援する段階と；を含むことを特徴とする。

本発明によれば、農村の地形情報の基本図及び主題図の構築、農村地域の多様な汚染源のデータベースの構築を通じて地域汚染源の特性を分析することができ、汚染源の発生位置及び汚染が深刻な地域、河川への集積過程を把握できるので、汚染物質の排出経路に対する効率的な管理が可能である。また、水質モデリングを通じた水質予測が可能であるので、耕地や裁培地域における用水利用計画に対する基礎資料として容易に活用でき、農村地域の環境管理のための基本政策の樹立時、支援システムとしての機能を充実に実行することができる利点がある。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。ただ、ここに開示した実施形態は本発明を例示するためのものであり、本発明の技術的思想がこれらの実施形態に限定されるものではない。

図１は本発明の一実施形態に係る意思決定支援システムの構成を示すブロック図であり、図２は図１のシステム駆動ユニットの構成を示すブロック図であり、図３及び図４は図１の地理図形ＤＢ１７１及びその属性ＤＢ１７２の構成を示す例示図である。

図１ないし図４を参照すれば、本発明の一実施形態に係る意思決定支援システムは、中央制御処理処置（以下、「ＣＰＵ」と称する）１１０をメーンとして、メモリ（以下、「ＲＡＭ」と称する）１４０、グラフィカルユーザーインターフェース（以下、「ＧＵＩ」と称する）１３０が電気的に連結され、本発明に係る多数のＤＢ１７１、１７２を備えるデータベース１７０がＲＡＭ１４０に電気的に連結されており、インターフェース部１９０を通じてＣＰＵ１１０と相互互換起動するようにプログラム設計した本発明に係る意思決定支援システムの駆動ユニット１２０が電気的に連結されている。

インターフェース部１９０にはキー入力部（不図示）が電気的に連結されてキー入力部から印加された各種メニュー選択信号及び命令信号を受信してシステム駆動ユニット１２０のプログラムルーチンとＣＰＵ１１０とを通じて連繋された資料の演算、抽出、及びディスプレー命令を管理する。

この時、ＣＰＵ１１０はインターフェース部１９０を通じて、システム駆動ユニット１２０から資料抽出に対する連繋コード情報を受信して該当コードで既分類したデータをデータベース１７０から抽出し、ＧＵＩ１３０を通じてディスプレーの処理制御を行う。

一方、意思決定支援システムの駆動ユニット１２０はモジュール基盤の構成を有する。これは演算／処理モジュール１２４を中心に汚染源現況検索モジュール１２１、汚染負荷算定照会モジュール１２２、図形検索モジュール１２３、水質予測モデリングモジュール１２６、出力モジュール１２７からなっていることに特徴があり（図２参照）、これらの具体的な作動原理と機能は本発明に係るシステムの運営方法で詳述するようにする。

この時、図形検索モジュール１２３はユーザーがキー入力部を通じて選択した座標値にマッチングした図形データを地理図形ＤＢ１７１から検索して抽出するための検索モジュールである。ここで、図形データはＧＵＩ１３０を通じて画面に出力される時、最下層を構成するようになる。

汚染源現況検索モジュール１２１は図形検索モジュール１２３により検索した地域範囲内で、キー入力部を通じて選択した特定行政区域や廃水排出業所、施設の選択による汚染源格納データを地理図形ＤＢ１７１と属性ＤＢ１７２から検出するモジュールである。

汚染負荷算定照会モジュール１２２は汚染源現況検索モジュール１２１を通じて検索した汚染源現況データに基づいて構築した人口／家畜／養殖場／産業／土地利用などの汚染源別負荷情報を属性ＤＢ１７２から検出するモジュールである。

水質予測モデリングモジュール１２６は図形検索モジュール１２３により検索した地域範囲内で、汚染源及び負荷量を考慮して水質予測をモデリングするためのモジュールである。

演算／処理モジュール１２４は汚染源現況検索モジュール１２１から検索した汚染源現況データと、汚染負荷算定照会モジュール１２２を通じて検索した汚染源別負荷情報を受信して、予め構築した数式アルゴリズム（後述する）を通じて汚染源別発生係数量、流達係数、加重河川形状係数、流達遅滞係数を演算処理し、水質モデリングアルゴリズムを通じて水質予測値を演算するためのモジュールであり、出力モジュール１２７を通じて当該抽出情報の画面への出力を制御するモジュールである。

また、システム駆動ユニット１２０の具体的な機能は本発明に係る運営方法の説明でより詳述するようにする。

一方、本発明に係るデータベース部１７０は、多数の地形情報の地理図形ＤＢ１７１と、図形情報と相応する詳細情報及び関連情報としての属性ＤＢ１７２からなり、前述したＤＢ１７１、１７２は図３及び図４と同様の情報を備える特徴がある。

前述したＤＢ１７１、１７２は、また本発明に係る意思決定支援システムを正しく駆動させるための基礎的なデータ及び迅速な意思決定を行うことができるようにする機能と役割を行う。政府機関や各種の産学研団体で運営している周知の地理情報システムに備えられる地理情報を加工することにもその特徴がある。

それについてより具体的に調べてみると、本発明に係る地理図形ＤＢ１７１は行政区域図、道路、浄水場、糞尿処理施設のような環境基礎施設に対する地理的図形情報などを備え、一例を下記の表１に表す。

また、属性ＤＢ１７２は、人口現況、家畜現況、土地利用現況、廃水排出業所現況、環境基礎施設現況などの汚染源現況と、水質観測地点、雨量観測地点など水質現況情報などを備える特徴がある。一例を下記の表２に表す。

上の表２に表したように、本発明に係る属性ＤＢ１７２は大分類と中分類及び小分類項目にそれぞれ区分し、大分類、中分類、小分類項目はそれぞれ属性形態による分類と、汚染負荷算定のための基本項目によって区分する特徴がある。

本発明の一実施形態に係る意思決定支援システムでは標準流域に基づいて発生負荷量、排出負荷量、流達負荷量を算定した結果を照会できる。汚染物質負荷量算定において、環境部が規定する排水区域の場合は行政境界の里・洞の境界と一致するが、標準流域の場合は行政境界を分割する場合が発生して流域内に含まれる里・洞（韓国の基本行政区域単位）の正確な占有率の算定が必要とする。

すなわち、環境部の排水口駅を基準に行政境界を区分する時と、標準流域を基準に行政境界を区分する時の里・洞の境界が一致しない場合もあるので、正確な占有地域の指定及び算定が必要である。

地方自治体別汚染源の現況資料は人口、畜産、産業、土地利用、養殖場などの汚染源別に水質総量技術指針に告示された作成要領によって地域を管理する市・郡から調べて該当流域庁に提出するようになっている。したがって、本発明の一実施形態に係る意思決定支援システムに含まれる属性ＤＢ１７２の構築時に流域庁に提出して登録された汚染源現況データを利用して行うと、より容易にデータベースを構築することが可能である。

技術指針によれば、行政単位別に調べた汚染源を標準流域別負荷量の算定に利用できるように標準流域−行政区域対比目録を作成しなければならない。この時、一つの行政区域が２個以上の標準流域に含まれている場合には面積比率によって標準流域に編入するように規定している。

したがって、本発明の一実施形態に係る意思決定支援システムでは標準流域−里・洞の境界を分割させて分割前の面積に対する分割後の面積比を算出することによって、標準流域別里・洞の占有率を算定する。この時、分割後の面積が分割前の面積の７％未満の場合に、地理情報図形自体に含まれた誤差であると仮定して、分割面積の大きい流域に含まれるものとして計算するようにシステム駆動ユニット１２０に予め設定する。

前述したように、分割された占有率比を利用して優先的にシステム駆動ユニット１２０を通じて発生負荷量を算定する。対象地域で発生する汚染負荷量は汚染源現況資料に基づいて人口、家畜、養殖場、産業、土地利用など汚染源別に地域的特性を反映して適正な方法により設定した実測原単位を使用することを原則としている。しかし、今のところは市・郡（韓国の中間行政区域単位）が自主的に設定した信頼性のある実測原単位がないのが実情であるため、暫定的に汚染源別に告示された発生負荷原単位を使用して発生負荷量を算定する。この時、システム駆動ユニット１２０で行われる発生負荷量算定は下記のように五つに分類し、その内容は下記のようになっている。

人口による対象物質発生負荷量は当該地域に居住する人口に発生負荷原単位をかけて算定する。この時、人口は市街化人口と非市街化人口に区分してそれぞれの人口を、家庭人口と営業所人口とに分けて原単位を適用する。計算は下記の数１に示したように行われ、表３−１は数１で使用する発生負荷原単位である。

畜産による発生負荷量は家畜の種別に糞尿に対して別途に推定した発生負荷原単位の合計を適用して、下記の数２に示したように算定する。表３−２は畜産系の発生負荷原単位を表す。

廃水排出施設による産業界発生負荷量の算定は原則的に個別廃水排出施設から排出される処理前の元廃水の実測流量と日平均濃度を使用して測定し、実測資料がない排出施設の場合は、発生負荷原単位を使用して計算する。それについては下記の数３に示したように算定できる。

土地から発生する発生負荷量は当該地域の地目別土地面積による発生負荷原単位を適用して算定する（表３−３）。畑は地目別面積中、畑と果樹園を含み、敷地は敷地、工場用地、学校用地、道路、鉄道用地、ゴルフ場を除外した体育用地、遊園地、宗教用地、史跡地を含み、その他は鉱泉地、塩田、堤防、溝渠、留池、水道用地、公園、墓地、雑種地を含むものと仮定して土地利用による発生負荷量を算定する。数４。

排出負荷量は前述した発生負荷量に基づいて、全ての汚染源別処理経路、及び処理施設別または方法別削減効率を考慮して算定する。各処理施設と放流経路での処理効率は下水終末処理施設、糞尿処理施設、畜産廃水公共処理施設、廃水終末処理施設など公共処理施設の排出量は実測値を使用し、浄化施設、畜産廃水施設、廃水排出施設など個別処理施設の処理効率は基準処理率、放流数水質基準、排出許容基準を適用する。

人口による生活系排出負荷量は市街化区域及び非市街化区域、家庭及び営業所人口、下水道処理区域及び非下水道処理区域、分類式下水管渠及び合流式下水管渠、水洗式及び収去式、汚水浄化処理施設及び単独浄化処理施設、未処理などの発生原区分と排出経路を考慮して、図５に示したような場合によって区分して算定する。したがって、対象地域の人口による排出負荷量は、区分して算定したそれぞれの排出負荷量総合になる。

図６は畜産による排出負荷量を示す。畜産系排出負荷量の算定は、家畜種、処理方式、法的規制の可否、家畜糞尿及び廃水の処理方法などを考慮して各段階別に区分して計算する。したがって、各段階別に区分して算定した値の総合が畜産系排出負荷量になる。

産業廃水による排出負荷量は個別排出施設の廃水処理施設実績に基づいて、個別排出施設から直接放流する場合と、環境基礎施設を通じて放流する場合に区分して計算する。ただし、流入する廃水のうち、管外の処理施設を通じて委託処理する量及び下水終末処理施設に連繋して処理する量は排出負荷量の算定で除外する。埋立地浸出水による対象物質の排出負荷量は別途に算定して全体排出量に含める。図７は産業界排出負荷量の模式図である。

養殖場から誘発される排出負荷量は排出経路別に処理施設を経由しないで直接放流する場合と、処理施設を経て放流する場合とに区分して計算する。図８は養殖系排出負荷量算定に関する模式図である。

沸点汚染源による排出負荷量は沸点汚染源発生負荷原単位が土地利用による年間１０ｍｍ以上の降雨に対する実際の排出量を基準に設定したので、発生負荷量に基準流量である貯水期の間に１０ｍｍ以上の降雨頻度を考慮して設定した沸点汚染源排出係数をかけて算定する。図９は沸点汚染源土地系の排出負荷量算定を示すものである。

流達負荷量の算定は前述した排出負荷量の算出根拠により算定した値に流達係数をかけて得られる。流達係数は加重河川形状係数と流達遅滞係数を通じて得られる。また、河川形状係数（Ｓ_Ｆ）は流域の無次元的変数としてＨｏｒｔｏｎの無次元的河川形状係数を応用して下記の数５のような方法で求める。

加重河川形状係数（Ｓ_Ｒ）は河川の形状による指標で汚染物質が指標面を通じて流出される過程では指標面の特性に影響を受けるために指標面の特性を考慮しなければならない。同一な降雨強度でも流域の土地被覆特性によって流域出口での流量が変わるようになる。したがって、土地被覆別流出率を適用して流れ累積値を計算する。加重河川形状係数は下記の数６を利用して求める。

Ｆ：ｉ流域出口での流れ累積値比率
ＦＡＶ_Ｎi：土地被覆別流出率が適用されないｉ流域出口での流れ累積値
ＦＡＶ_Ｗi：土地被覆別流出率を適用したｉ流域出口での流れ累積値
このような方法で加重河川形状係数（Ｓ_Ｒ）を求めると、次の数７を利用して流達遅滞係数を計算できる。

Ｐ_Ｍi：水質測定地点の実測負荷量（Ｑ_Ｍi×Ｃ_Ｍi）
Ｑ_Ｍi：水質測定地点が位置した流域の流量
Ｃ_Ｍi：水質測定地点の測定水質
Ｐ_Ｔi：流域別計算した排出負荷量
数７を利用すると、流達係数はｋ＝ｅ^-Ψ×ＳＲに表現でき、各流域別に算定した汚染負荷流達遅滞係数（Ψ）と加重河川形状係数（Ｓ_Ｒ）を利用して当該流域の流達係数を算定した後、これを利用して流達負荷量を算定する。

数式１、２、３、４、５、６、７は数式アルゴリズムを表したもので、システム駆動ユニット１２０には前述した数式アルゴリズムが備えられている。したがって、予め構築した属性ＤＢ１７２から多様な変数を抽出し、これらの変数を数式アルゴリズムに対応させて結果値を導出する。

以下、添付した図１０を参照して本発明に係る農村水質汚染負荷算定用の意思決定支援システムの好ましい運営方法及びその実施形態について詳述する。また前述したように、本発明に係るシステムの各構成要素の機能的特徴を本実施形態と共により具体的に説明する。

図１０は本発明に係る意思決定支援システムのメニューマップの例を示す。図３５Ａ、３５Ｂ、３５Ｃ、３５Ｄは意思決定支援システムにおける信号の流れを示すフローチャートである。

これを参照すれば、本発明に係る意思決定支援システムは図形照会、汚染源現況、流域測定資料、水質モデリング、水質予測モデリング、システム管理からなっているメニュータブと、その細部項目とを備える（図１０参照）。

ユーザーのキー入力によって本発明に係る意思決定支援システムが駆動されると、ＧＵＩ（１３０）を通じて図１１に示すように初期画面が出力され、その上段に図１２のようなメニュータブが出力され、その下段には各機能別アイコンがショートカットキー形態で活性化されて画面に出力されている。また、その下側の左上端及び左下端には要約地理情報と地形情報別、主題図情報別、流域測定資料情報別表示項目の各細部項目をユーザーが選択できるように表示するユーザー出力項目が活性化されており、出力要請項目による図面情報が最も大きいウィンドウとして画面に出力されている。そして、位置情報を開始画面に対象地域と共に表示すると共に、最も大きいウィンドウの左上端に対象地域の行政名称と右下端に防衛表示を表示することによって、ユーザーが当該対象地の位置を容易に把握できるように構成した。

したがって、主画面のメニューバーを利用して地形図、水質測定地点、行政区域別汚染源現況、負荷量照会が可能な状態になり、一つの統合画面で同時にいろいろな情報を照会及び検索する機能が可能であるので、全体的な汚染負荷の算定に関連した情報を把握して容易に管理できるＧＵＩ環境を提供する。

このようなＧＵＩ環境は本システムに備えられるＧＵＩ１３０が有している機能により達成できる。また、このように画面に出力される地理情報は、図形検索モジュール１２３が当該図形情報を地理図形ＤＢ１７１から検出して出力モジュール１２７を通じて出力することによって、画面に表示される。この時、インターフェース部１９０によりＣＰＵ１１０が演算及び制御可能な信号の形態に変換及び出力できるように構成する。

また、図１２に示すように、メニュータブは図形照会、汚染源現況、流域測定資料、水質モデリング、水質予測モデリング、システム管理項目からなっており、画面の最大化、拡大、縮小、移動、属性、最大画面、初期化アイコンから構成されることによって、ユーザーの作業便利性を極大化できるようになる。

図１３は図１２のメニュータブのうち、この意思決定支援システムにおいて図形地理情報の照会が可能な細部目録画面として、等高線、河川（主要河川、細部河川、湖沼）、流域図（大圏域、中圏域、小圏域）、数値地形図（道路、建物、支流）と土壌図、土地利用図及び対象地域ＤＥＭから構成されている。ユーザーがこれらの中からいずれかを選択すると、前述した図形検索モジュール１２３は地理図形ＤＢ１７１から当該図形情報を検索してユーザーが要請した地理情報を出力する。

すなわち、キー入力部（不図示）とインターフェース部１９０を通じて領域設定信号及び図形属性指定信号がシステム駆動ユニット１２０に印加されると、図形検索モジュール１２３は地理図形ＤＢ１７１から該当領域の図形情報を抽出して画面に出力させる（ＳＴ−１、２、３、４）。

図１４は図１２のメニュータブのうち「汚染源現況」メニューを選択した場合の各細部目録及びその出力画面例である。ユーザーが「里・洞別汚染源現況」や「廃水排出業所」を選択すると、基本的に行政区域の里・洞別地理情報が出力され、属性照会が可能なアイコンに変わる。この時、望む里・洞を選択すると、当該地域に関する属性情報を照会できる。勿論、この場合図２の汚染源現況検索モジュール１２１により地理図形ＤＢ１７１と属性ＤＢ１７２から当該情報を検出した後、演算／処理モジュール１２４により演算処理するように実現することもできる。

すなわち、キー入力部（不図示）とインターフェース部１９０を通じて当該地域に対する汚染源現況照会信号がシステム駆動ユニット１２０に印加されると、汚染源現況検索モジュール１２１は地理図形ＤＢ１７１及び属性ＤＢ１７２から該当領域の汚染源データと該当汚染源の細部属性情報を抽出して画面に出力する（ＳＴ−５、６、７、８）。

図１５は図１４のメニュータブのうち「里・洞別汚染源現況」を照会した場合取得できる情報である。負荷量算定に関連して前述した内容と相互連関関係がある情報で、ここで分類した生活系、畜産系、土地利用系、産業系、養殖場は負荷量算定の基礎になる。

図１６は図１４の汚染源現況のうち「廃水排出業所」を照会した場合出力される画面例で、該当里・洞の産業廃水排出業所と畜産廃水排出業所を把握できる。

そして、「汚染源現況」メニューの細部目録のうち養殖場、埋立地浸出水処理場、環境基礎施設の糞尿処理施設、下水終末処理施設などは負荷量算定に関連した基礎的な情報として前述した地理図形ＤＢ１７１で構築されており、基本的には当該施設に関する基本的な属性情報を提供する。

図１７は図１２のメニュータブのうち「流域測定資料」メニューを選択した場合の各細部目録及びその出力画面例ある。この図に例示した細部目録はそれぞれ２００４年、２００５年度に農業科学技術院で指定した水質測定地点と環境部で指定した水質測定地点及び対象地域に位置した流量測定地点、水位測定地点、雨量測定地点に対する情報を提供している。図１７の「流域測定資料」メニューに該当する地理情報もやはり、負荷量算定のための基礎資料であり、基礎的な属性の情報を提供する。

すなわち、キー入力部（不図示）とインターフェース部１９０を通じて当該地域の流域測定資料出力選択信号がシステム駆動ユニット１２０に印加されると、地理図形ＤＢ１７１及び属性ＤＢ１７２から該当領域の流域測定資料と細部属性情報を抽出して画面に出力させる（ＳＴ−９、１０）。

図１８は図１２のメニュータブのうち「水質モデリング」メニューを選択した場合の各細部目録及びその出力画面例ある。ユーザーが「汚染源単位照会」を選択すると、図１９のように画面出力が行われる。負荷量算定のために５種類に分類した生活系、畜産系、養殖場、産業系、土地利用、それぞれの汚染源単位を照会できる。

ユーザーが「汚染排出負荷量算定」を選択すると、図２０のように５種類に分類した各項目が表示される。その項目を選択して「汚染負荷算定」を押すと、それに該当する汚染負荷情報と共に、演算／処理モジュール１２４に構築された数式アルゴリズムを通じて汚染負荷量算定プロセスが進行される。このように５種類の項目に対して全て汚染負荷を算定できる。

また、ユーザーが「流達負荷量算定」を選択すると、前述した流達負荷量算定に関連した内容が一つの画像で表現され、これに基づいて流達負荷量を計算できる。

図２１は汚廃水発生量を照会する画面を出力した例で、対象地を１１個の流域に分けて各当該流域の汚廃水発生量を照会できる。そして流域別比較を濃度の差を持つ色で区別することによって、ひと目でその差を確認することができるようにする。また、その凡例も共に表示することによって、１１個に分けた当該流域を選択した場合は、その当該流域にだけ該当する汚廃水発生量情報を確認することができる。

図２２は上位汚廃水発生量と同一な流域情報を有する例を示す。各流域と全体地域に対する発生負荷量を５種類に分類した生活系、畜産系、養殖系、産業系、土地利用に対する全体総合がわかるように合計６種類に対してＢＯＤ、ＴＮ、ＴＰ項目別に照会が可能なように構成する。これもやはり、色で比較可能なカラーレンダリングで表示できる。

図２３と図２４はそれぞれ「水質モデリング」メニューの排出負荷量と流達負荷量に対する細部メニューにより発生した負荷量情報の照会と同一な機能を提供する例を示す。図２に示した汚染負荷算定照会モジュール１２２が属性ＤＢ１７２から当該情報を検出すると、この情報に基づいて該当数式によって演算／処理モジュール１２４を通じて汚染負荷量が導出され、これをインターフェース部１９０、ＣＰＵ１１０、及びＧＵＩ１３０を経てユーザー端末のディスプレーヤー１６０を通じて画面出力が行われる。

すなわち、キー入力部（不図示）とインターフェース部１９０を通じて当該地域の水質モデリング選択信号と、特定汚染源単位選択信号、負荷量算定信号がシステム駆動ユニット１２０に印加されると、汚染負荷算定照会モジュール１２２は地理図形ＤＢ１７１及び属性ＤＢ１７２から該当領域の排出負荷量を算定し、汚廃水発生量による図形情報を変更して出力させる（ＳＴ−１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０）。

図２５は主要河川水質模擬に対する情報を提供する画面例であり、図２６は水質模擬のための主要河川の模式図である。この水質模擬においては、たとえば、挿橋川（韓国の河川名、以下同じ）上流流域の本流区間３１ｋｍ区間を対象支路として定め、これを１ｋｍ間隔の要素（Ｅｌｅｍｅｎｔ）に分割し、汚染源の流入及び水質測定地点などを考慮して模式図を構成する。また、流域を所有域域に分割して汚染源の流出入条件を反映する。挿橋川上流流域の上流境界条件は最上類流域の総排出負荷量と平均流量を使用し、下流境界条件は挿橋湖の流入部を選定し、区域（Ｒｅａｃｈ）は合計５個に大分する。挿橋川上流の場合、上流境界からそれぞれ、たとえば、７ｋｍ地点で張成天、１０ｋｍ地点で洪城川、２５ｋｍ地点で孝橋川、２７ｋｍ地点で城理川が合流されている。

また、上流から４ｋｍ地点に洪城取水場と２２ｋｍ地点に挿橋取水場が位置しており、１３ｋm地点には洪城下水処理場が位置している。それぞれの処理場と取水場で流出入する回帰流量は流域別標準流量の算定過程で考慮する。

このように選定及び考慮した事項に基づいて河川水質模擬モデルのＱｕａｌ２Ｅ模型を利用して水質模擬を行う（ＳＴ−２１、２２、２３、２４）。

図２７はこのように行った水質模擬の結果を確認することができる画面例ある。水質項目のうち、ＢＯＤ、ＤＯ、ＴＮ別に選択した後、照会ボタンを押すと、河川の水質項目別数値がカラーレンダリングを通じて出力される。ここで望む地点を選択すると、その地点に対する詳細な水質模擬結果が表示され、その状態でグラフ例を選択すると、対象河川３１ｋｍに対するＤＯ、ＢＯＤ、ＴＮ、ＴＰの水質模擬計算値と実測値がグラフで表現される（ＳＴ−２５、２６）。

図２８は「水質予測モデリング」メニューの細部目録を示す一例である。細部目録のうち「模式図表示」を通じてユーザーが水質モデリングを行う河川に対する情報を出力する。図２９は汚染削減シナリオの実行画面例ある。模式図に当該流域が表示されており、各流域別に５種類の項目に分類した人口、畜産、養殖、産業、土地利用に該当する排出負荷量のＢＯＤ、ＴＮ、ＴＰが前述した水質模擬を基本として作成されている。ここで、ユーザーは望む各項目の値を入れ替えることで人口、畜産、養殖、産業、土地利用または全体に対する削減シナリオを進行することができる（ＳＴ−２５、２６、２７、２８、２９、３０、３１、３２）。

図３０はユーザーが削減シナリオのために指定した値をＱｕａｌ２Ｅモデル実行のためのＩｎｐｕｔ Ｆｉlｅで作成する画面例ある。基本拡張子は*．ｄａｔであり、望む名前を入力して「格納」を選択すると、次の段階に移行する。そして次の段階に移行すると、Ｑｕａｌ２Ｅモデルを行うことができる図３１のような画面が出力される。ここで、ユーザーが前に作成したＩｎｐｕｔ Ｆｉlｅの名前を拡張子（*．ｄａｔ）まで入力した後、Ｏｕｔｐｕｔ Ｆｉｌｅの名前も拡張子まで入力すると、Ｑｕａｌ２Ｅモデルが実行される。図３２は実行ウィンドウを閉じて次の段階に進行した後、モデルを通じて生成したＯｕｔｐｕｔ Ｆｉｌｅの名前を拡張子まで入力する画面例ある。そして、次の段階に進行するモデルの実行を通じて生成されたモデリング数値をユーザーが容易に活用できるエクセル（Ｅｘｃｅｌ）形態で格納することができるように図３３のような画面が出力される。この過程を移行すると、最終的に図３４の画面が出力される。この画面を通じてユーザーは入力した削減シナリオがＱｕａｌ２Ｅモデル実行を通じて算定した数値について、カラーレンダリングと細部事項照会を通じて正確な数値であるかを確認することができる。

すなわち、本発明のシステムはディスプレーヤー１６０を通じて出力された画面データをプロッタ１８０を利用して印刷することも可能であり、当該画面データをエクセルに変換して格納することも可能である（ＳＴ−３３、３４、３５、３６）。また、各段階別にディスプレーヤー１６０に出力された全ての画面データも、同様に印刷及びファイル形態への格納が可能である。

本発明は多様に変形して実施できる。例えば、本発明に係る意思決定支援システムを周知のインターネットなどの通信網を通じて地理情報システムを構築した政府機関や産学研究団体などのサーバーに双方向通信可能に接続できるように設定し、地理情報が変更される場合、リアルタイムまたは一定周期に変更された地理情報をダウンロードして更新する機能などを備えるなどの構成も実施できる。

一方、本発明は特定地域、すなわち農村地域に対してその実施形態を全体的に記述しましたが、本発明は農村地域に限定されるものではなく、都市地域、工業地域、鉱山地域、山岳地域、漁村地域などのように、全ての地域の水質汚染負荷を算定できる。

本発明によれば、農村の地形情報の基本図及び主題図の構築、農村地域の多様な汚染源のデータベースの構築を通じて地域汚染源の特性を分析することができ、汚染源の発生位置及び汚染が深刻な地域、河川への集積過程を把握できるので、汚染物質の排出経路に対する効率的な管理が可能である。また、水質モデリングを通じた水質予測が可能であるので、耕地や裁培地域における用水利用計画に対する基礎資料として容易に活用でき、農村地域の環境管理のための基本政策の樹立時、支援システムとしての機能を充実に実行することができる。 従って、本発明の産業利用性はきわめて高いものといえる。

一方、本明細書内で本発明をいくつかの好ましい実施形態によって記述したが、当業者ならば、添付の特許請求範囲に開示した本発明の範疇及び思想から外れずに、多くの変形及び修正がなされ得ることがわかるはずである。

本発明の一実施形態に係る意思決定支援システムの構成を示すブロック図である。 図１のシステム駆動ユニットの構成を示すブロック図である。 図１の地理図形ＤＢの構成を示す例示図である。 図１の属性ＤＢの構成を示す例示図である。 本発明の一実施形態に係る生活系排出負荷量の算定過程を示す模式図である。 本発明の一実施形態に係る畜産系排出負荷量の算定過程を示す模式図である。 本発明の一実施形態に係る産業界排出負荷量の算定過程を示す模式図である。 本発明の一実施形態に係る養殖系排出負荷量の算定過程を示す模式図である。 本発明の一実施形態に係る土地利用系排出負荷量の算定過程を示す模式図である。 本発明の一実施形態に係る意思決定支援システムのメニュータブを示す例示図である。 本発明の一実施形態に係る意思決定支援システムの初期画面例である。 図１１のメニュータブ及びツールバーの拡大画面例である。 図１０のメニュータブのうち「図形照会」メニューを選択した場合の各細部目録を示す画面例である。 図１０のメニュータブのうち「汚染源現況」メニューを選択した場合の各細部目録を示す画面例である。 図１４の細部目録のうち「里・洞別汚染源現況」メニューを選択した場合の出力画面例である。 図１４の細部目録のうち「廃水排出業所」メニューを選択した場合の出力画面例である。 図１０のメニュータブのうち「流域測定資料」メニューを選択した場合の各細部目録を示す画面例である。 図１０のメニュータブのうち「水質モデリング」メニューを選択した場合の各細部目録を示す画面例である。 図１８の細部目録のうち「汚染源単位」メニューを選択した場合の出力画面例である。 図１８の細部目録のうち「汚染排出負荷量算定」メニューを選択した場合の出力画面例である。 図１８の細部目録のうち「汚廃水発生量照会」メニューを選択した場合の出力画面例である。 図１８の細部目録のうち「発生負荷量照会」メニューを選択した場合の出力画面例である。 図１８の細部目録のうち「排出負荷量照会」メニューを選択した場合の出力画面例である。 図１８の細部目録のうち「流達負荷量照会」メニューを選択した場合の出力画面例である。 図１８の細部目録のうち「水質模擬結果照会」メニューを選択した場合の出力画面例である。 本発明に係る水質模擬と水質予測モデリングに用いる水質模擬を示す出力画面例である。 図２５の水質模擬結果を示す出力画面例である。 図１０のメニュータブのうち「水質予測モデリング」メニューを選択した場合の各細部目録を示す画面例である。 図２８の細部目録のうち「汚染削減シナリオ」メニューを選択した場合によるシナリオ１段階の出力画面例である。 図２９に引き続いてシナリオ２段階のＩｎｐｕｔ Ｆｉｌｅの作成画面例である。 図３０に引き続いてシナリオ３段階のＱｕａｌ２Ｅモデルの実行画面例である。 図３１に引き続いてシナリオ４段階のＯｕｔｐｕｔ Ｆｉｌｅの入力画面例である。 図３２に引き続いてシナリオ５段階のＥｘｃｅｌｌ Ｆｉｌｅに格納する画面例である。 図３３に引き続いてシナリオを全て実行した後に出力される最終シナリオの結果を示す出力画面例である。 本発明の一実施形態に係る意思決定支援システムの信号流れを示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に係る意思決定支援システムの信号流れを示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に係る意思決定支援システムの信号流れを示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に係る意思決定支援システムの信号流れを示すフローチャートである。

符号の説明

１１０ 中央制御処理処置
１２０ 意思決定支援システムの駆動ユニット
１２１ 汚染源現況検索モジュール
１２２ 汚染負荷算定照会モジュール
１２３ 図形検索モジュール
１２４ 演算／処理モジュール
１２６ 水質予測モデリングモジュール
１２７ 出力モジュール
１３０ ＧＵＩ（グラフィカルユーザーインターフェース）
１４０ メモリ（ＲＡＭ）
１６０ ディスプレーヤー
１７０ データベース
１７１ 地理図形ＤＢ
１７２ 属性ＤＢ
１８０ プロッタ（Ｐｌｏｔｔｅｒ）
１９０ インターフェース部

Claims (4)

1. 地理情報システム（Ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ、ＧＩＳ）を基盤とする水質汚染負荷算定用の意思決定支援システムにおいて、
   前記地理情報システムの地理図形情報を備える地理図形ＤＢと;
   前記地理図形ＤＢの各属性情報として、対象地の里・洞別人口、畜産、養殖、産業、土地による汚染源現況、糞尿処理施設・下水終末処理施設などの環境基礎施設、水質測定地点／水質模擬及び負荷量算定に関連した属性、及びこれを全て連繋する連繋性などを備える属性ＤＢと;
   前記地理図形ＤＢ及び属性ＤＢに構築された汚染源現況、環境基礎施設、水質測定地点、水質模擬データを基盤に、自体に備えた数式アルゴリズムを通じて汚染負荷量を算定し、これを最終削減シナリオに反映してその結果を出力するシステム駆動ユニットと;
   算出した結果を地理情報と共に出力できるように機能するグラフィカルユーザーインターフェース（ＧＵＩ）と;
   前記ＤＢsとシステム駆動ユニット及びＧＵＩと電気的に連結してこれらを総括制御する中央制御処理処置と;
   を含むことを特徴とするＧＩＳを利用した農村水質汚染負荷算定用の意思決定支援システム。
2. 前記システム駆動ユニットは、ユーザーがキー入力部を通じて選択した座標値にマッチングした図形データを地理図形ＤＢから検索して抽出するための図形検索モジュールと;
   前記図形検索モジュールで検索した地域範囲内で、キー入力部を通じて選択した特定行政区域や廃水排出業所、施設の選択による汚染源格納データを地理図形ＤＢと属性ＤＢから検出する汚染源現況検索モジュールと;
   前記汚染源現況検索モジュールを通じて検索した汚染源現況データに基づいて構築した人口／家畜／養殖場／産業／土地利用などの汚染源別負荷情報を前記属性ＤＢから検出する汚染負荷算定照会モジュールと;
   前記図形検索モジュールにより検索した地域範囲内で、汚染源及び負荷量を考慮して水質予測をモデリングするための水質予測モデリングモジュールと;
   前記汚染源現況検索モジュールから検索した汚染源現況データと、前記汚染負荷算定照会モジュールを通じて検索した汚染源別負荷情報を受信し、予め構築した数式アルゴリズムを通じて汚染源別発生係数量、流達係数、加重河川形状係数、流達遅滞係数を演算処理し、水質モデリングアルゴリズムを通じて水質予測値を演算するための演算／処理モジュールと;
   当該抽出情報の画面における出力を制御する出力モジュールと;
   を含んでなることを特徴とする請求項１に記載のＧＩＳを利用した農村水質汚染負荷算定用の意思決定支援システム。
3. 前記システム駆動ユニットに備えられた数式アルゴリズムは、
   

   

   

   

   

   

   Ｌ_i：i流域の河川長さ
   Ａ_i：i流域の流域面積
   

   

   Ｆ：i流域出口での流れ累積値比率
   ＦＡＶ_Ｎi：土地被覆別流出率が適用されないi流域出口での流れ累積値
   ＦＡＶ_Ｗi：土地被覆別流出率を適用したi流域出口での流れ累積値、及び
   

   

   Ｐ_Ｍi：水質測定地点の実測負荷量（Ｑ_Ｍi×Ｃ_Ｍi）
   Ｑ_Ｍi：水質測定地点が位置した流域の流量
   Ｃ_Ｍi：水質測定地点の測定水質
   Ｐ_Ｔi：流域別計算した排出負荷量、
   からなっていることを特徴とする請求項１に記載のＧＩＳを利用した農村水質汚染負荷算定用の意思決定支援システム。
4. ａ）属性ＤＢと地理図形ＤＢから各資料の連関性を分析して基本地理情報照会を通じて資料を分類及び構築する段階と;
   ｂ）前記分類した情報に基づいて、対象地の発生負荷量・排出負荷量・流達負荷量を算出及び照会する段階と;
   ｃ）主要河川の水質模擬を通じた資料を利用して汚染物質の挙動を把握し、その汚染物質の挙動データを生成する段階と;
   ｄ）当該対象地の負荷量と汚染物質の挙動データを利用してユーザーの望む削減シナリオによって水質モデルを実行し、その結果を取得することによって、その結果値を通じて意思決定を支援する段階と；
   を含むことを特徴とするＧＩＳを利用した農村水質汚染負荷算定用の意思決定支援システムの運営方法。

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