KR100419130B1 - 지아이에스를 이용한 농업용수 수질정보 종합관리 시스템 - Google Patents

지아이에스를 이용한 농업용수 수질정보 종합관리 시스템 Download PDF

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KR100419130B1
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Abstract

본 발명은 GIS를 이용한 농업용수 수질정보 종합관리 시스템에 관한 것으로서, 사용자(10)로 하여금 아이콘이나 메뉴 등의 그래픽 화면을 통해 서버(100)와 정보를 교환할 수 있도록 하는 GUI(Graphic User Interface)(110)와; 해당 지역의 오염원과 관련된 도형정보와 속성정보로 구성된 오염원 데이터베이스(160)(170)를 대상으로 오염원 정보의 조회 및 수정이 가능하며, 구축된 오염원 데이터베이스(160)(170)를 이용하여 상기 사용자(10)에게 각종 환경정보를 제공하는 환경정보 검색시스템(130)과; 행정구역별 오염원 현황과 소유역도를 중첩하여 얻어진 소유역별 오염원 현황자료를 바탕으로 오염부하량을 산정하는 오염원 관리시스템(140)과; 유역의 수질관리를 위해 오염물질 삭감 처리대안 선정을 위한 의사결정을 지원하도록 설계된 의사결정 지원시스템(150)과; 해당 지역의 오염원과 관련된 도형정보를 주제도별로 구분하여 저장하는 도형정보 데이터베이스(160)와; 해당 지역의 오염원과 관련된 속성정보를 상기 도형정보 데이터베이스(160)의 도형정보와 연결시켜 저장하는 속성정보 데이터베이스(170)와; 상기 각 구성을 제어하는 시스템 제어부(120)로 구성되는 것을 특징으로 한다.
따라서, 농업용수의 수질오염 발생량의 예측과 관련되는 각종 오염원 정보와, 적정 수질개선방안의 수립을 위하여 필요한 각종 자료를 종합적이며 효율적으로 관리할 수 있다.

Description

지아이에스를 이용한 농업용수 수질정보 종합관리 시스템{INTEGRATED SYSTEM OF AGRICULTURAL WATER QUALITY MANAGEMENT USING A GIS}
본 발명은 GIS(Geographic Information System ; 이하, GIS라 함)를 이용한 환경정보 시스템(Enviroment Information System; EIS)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 농업용수의 수질오염 발생량의 예측과 관련되는 각종 오염원 정보와, 적정 수질개선방안의 수립을 위하여 필요한 각종 자료를 종합적이며 효율적으로 관리할 수 있는 GIS를 이용한 농업용수 수질정보 종합관리 시스템에 관한 것이다.
GIS란 지표면과 지하 및 지상공간에 존재하는 각종 자연물(산, 강, 토지 등)과 인공물(건물, 도로, 철도 등)에 대한 위치정보와 속정정보를 컴퓨터에 입력 후 이를 연계시켜 각종 계획수립과 의사결정 및 산업활동을 효율적으로 지원할 수 있도록 만든 첨단 정보시스템을 말한다.
현재 국가에서도 GIS의 중요성을 인지하고 주제도 전산화 및 NGIS 사업처럼 다각도로 사업을 벌이고 있으며, 관련 업체들도 막대한 투자비용을 들이며 지리정보 시스템 구축에 앞장서고 있다.
환경 보호의 중요성에 대한 인식이 확대되면서 이런 GIS의 활용 분야의 하나로 대기, 수질, 토양, 폐기물 오염 정보 분석 및 공간적 오염원 분석, 오염원 재배치 등 환경정책 수립에 활용되는 환경정보 시스템(EIS)에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다.
최근, 무분별한 개발에 따른 수질 및 토양의 오염 정도가 심각해지면서 그에따른 농업환경의 보존이 절실한 가운데 농업용수의 확보가 중요한 사회문제로 떠오르고 있다.
하지만, 지금까지는 관련 자료의 관리체계가 수작업에 의존하여 농업용수의 종합적인 관리를 위한 현황 파악이 용이하지 않으며, 오염물질 발생을 억제 또는 저감시키기 위한 계획수립이 제대로 이루어지지 못하는 실정이다. 또한, 자료관리 측면에서도 관련 도면이나 대장, 조서 등이 서류철 형태로 보관되고 있어서 파손 및 분실의 위험이 높고 자료의 변경 역시 복잡하다.
국내의 몇몇 관련기관이 자체적으로 전체적인 수질 관리를 위한 시스템을 구축하였으나 단순한 검색기능만을 제공할 뿐, 여러 종류의 도면과 지도를 중첩시켜 분석하는 기능을 수행하거나 도면과 지도에 있는 위치정보와 각종 대장, 통계자료 등의 속성정보를 함께 볼 수 있는 기능을 구현하기가 힘들었다.
또한, 각 부서의 도면과 지도에 관한 정보를 공유하기 어려워 같은 자료를 중복적으로 생산하여 비효율적인 측면이 발생하였고, 농업용수 수질 개선을 위한 계획수립과 정책결정시 각종 지리정보를 신속하게 분석하여 의사결정자에게 전달하기 힘들었다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 수질오염 발생량의 예측과 관련되는 각종 오염원 정보와, 적정 수질개선방안의 수립을 위하여 필요한 각종 자료를 종합적이며 효율적으로 관리할 수 있는 GIS를 이용한 농업용수 수질정보 종합관리시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 정확한 오염 발생량 파악을 위한 다양한 환경정보를 검색할 수 있는 GIS를 이용한 농업용수 수질정보 종합관리시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 또다른 목적은 유역의 수질관리를 위해 오염물질 삭각 처리대안 선정을 위한 의사결정을 지원할 수 있는 GIS를 이용한 농업용수 수질정보 종합관리시스템을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 사용자로 하여금 아이콘이나 메뉴 등의 그래픽 화면을 통해 서버와 정보를 교환할 수 있도록 하는 GUI(Graphic User Interface ; 이하, GUI라 함)와; 해당 지역의 오염원과 관련된 도형정보와 속성정보로 구성된 오염원 데이터베이스를 대상으로 오염원 정보의 조회 및 수정이 가능하며, 구축된 오염원 데이터베이스를 이용하여 상기 사용자에게 각종 환경정보를 제공하는 환경정보 검색시스템과; 행정구역별 오염원 현황과 소유역도를 중첩하여 얻어진 소유역별 오염원 현황자료를 바탕으로 오염부하량을 산정하는 오염원 관리시스템과; 유역의 수질관리를 위해 오염물질 삭감 처리대안 선정을 위한 의사결정을 지원하도록 설계된 의사결정 지원시스템과; 해당 지역의 오염원과 관련된 도형정보를 주제도별로 구분하여 저장하는 도형정보 데이터베이스와; 해당 지역의 오염원과 관련된 속성정보를 상기 도형정보 데이터베이스의 도형정보와 연결시켜 저장하는 속성정보 데이터베이스와; 상기 각 구성을 제어하는 시스템 제어부로 구성된 것을 특징으로 하는 GIS를 이용한 농업용수 수질정보 종합관리 시스템이 제시된다.
도 1은 본 발명에 따른 GIS를 이용한 농업용수 수질정보 종합관리 시스템의 전체 구성도.
도 2는 도 1의 의사결정 지원시스템의 내부 구성도.
도 3은 도 2의 의사결정 지원시스템의 기능 블럭도.
도 4 내지 도 5는 본 발명에 따른 GIS를 이용한 농업용수 수질정보 종합관리 방법의 일부 흐름도.
도 6은 본 발명에 따른 GIS를 이용한 농업용수 수질정보 종합관리 시스템에서의 수질관리를 위한 의사결정 방법의 흐름도.
도 7은 본 발명의 GIS를 이용한 농업용수 수질정보 종합관리 시스템의 초기화면을 나타낸 도면.
도 8은 본 발명의 GIS를 이용한 농업용수 수질정보 종합관리 시스템의 메인화면을 나타낸 도면.
도 9는 도 8의 메인화면을 통해 선택할 수 있는 여러 메뉴를 나타낸 도면.
도 10은 도 8의 메인화면에서 인덱스 키가 활성화된 화면을 나타낸 도면.
도 11은 오염원 정보를 조회 및 수정하기 위한 화면을 도시한 도면.
도 12 및 도 13은 QUAL2E 수질모델의 입력 파일 및 QUAL2E 모델의 시뮬레이션 결과를 나타내는 화면.
도 14 내지 도 16은 적정 처리공법 선정 과정을 나타내는 도면.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 사용자 100 : 서버
110 : GUI(Graphic User Interface) 120 : 시스템 제어부
130 : 환경정보 검색 시스템 140 : 오염원 관리 시스템
150 : 의사결정 지원시스템 152 : 수신예측모델 시스템
154 : 적정처리공법 선정시스템 156 : 수질평가시스템
158 : 삭감시나리오 작성 시스템 160 : 도형정보 데이터베이스
170 : 속성정보 데이터베이스
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 GIS를 이용한 농업용수 수질정보 종합관리 시스템의 전체 구성도이다.
도 1을 참조하여 설명하면, 본 발명은 서버(100)에 접속하여 농업용수 수질정보의 조회, 수정 및 검색을 수행하고, 서버(100)로부터 출력되는 도형자료 및 검색 결과를 화면, 프린터(Printer) 및/또는 플로터(Plotter)를 통해 제공받는 다수의 사용자(10)와; 상기 사용자(10)로부터의 수질정보의 조회, 수정 및 검색에 따른도형자료 및 검색 결과를 제공하고, 수질관리를 위한 오염물질 삭감 처리대안 선정을 위한 의사결정을 수행하는 서버(100)로 구성된다.
위의 서버(100)는 사용자(10)로 하여금 아이콘이나 메뉴 등의 그래픽 화면을 통해 서버(100)와 정보를 교환할 수 있도록 하는 GUI(Graphic User Interface)(110)와; 해당 지역의 오염원과 관련된 도형정보와 속성정보로 구성된 오염원 데이터베이스(160)(170)를 대상으로 오염원 정보의 조회 및 수정이 가능하며, 구축된 오염원 데이터베이스(160)(170)를 이용하여 상기 사용자(10)에게 각종 환경정보를 제공하는 환경정보 검색시스템(130)과; 행정구역별 오염원 현황과 소유역도를 중첩하여 얻어진 소유역별 오염원 현황자료를 바탕으로 오염부하량을 산정하는 오염원 관리시스템(140)과; 유역의 수질관리를 위해 오염물질 삭감 처리대안 선정을 위한 의사결정을 지원하도록 설계된 의사결정 지원시스템(150)과; 해당 지역의 오염원과 관련된 도형정보를 주제도별로 구분하여 저장하는 도형정보 데이터베이스(160)와; 해당 지역의 오염원과 관련된 속성정보를 상기 도형정보 데이터베이스(160)의 도형정보와 연결시켜 저장하는 속성정보 데이터베이스(170)와; 상기 각 구성을 제어하는 시스템 제어부(120)로 구성된다.
도 2는 도 1의 의사결정 지원시스템(150)의 내부 구성도이다.
도 2를 참조하여 설명하면, 의사결정 지원시스템(150)은 수문모델과의 연계를 통해 대상유역의 수문학적인 정보를 자동적으로 입력받고, 오염부하삭감에 따른 수질모델을 수행하여 수질 모델링 결과를 출력하는 수질예측모델 시스템(152)과; 상기 수질예측모델 시스템(152)을 통한 수질 모델링 결과를 이용하여 수질을 예측하고, 이를 이용하여 지역 특성에 따른 목표수질 달성을 위한 적정처리공법을 선정하는 적정처리공법 선정시스템(154)와; 수질측정 지점에서의 실측 자료에 대한 수질평가 및 상기 적정처리공법 선정시스템(154)을 통해 선정된 적정처리공법의 삭감대책 수립 후 수질모델의 결과를 평가하는 수질평가 시스템(156) 및 상기 적정처리공법 선정시스템(154)을 통해 선정된 적정처리공법의 삭감대책에 따른 시나리오를 작성하는 삭감시나리오 작성시스템(158)으로 구성된다.
이때, 구축된 오염원 데이터베이스의 도형정보 데이터베이스(150)에는 지형도, 하천도, 소유역도, 행정구역도, 토양도 및 지질도의 6가지 주제도별 도형정보가 저장되고, 속성정보 데이터베이스(160)에는 오염원 현황, 유역 현황, 상수도 현황, 인문 현황, 기상현황 및 하천현황의 속성정보가 저장된다.
도 6은 본 발명에 따른 GIS를 이용한 농업용수 수질정보 종합관리 시스템에서의 수질관리를 위한 의사결정 방법의 순서도이다.
도 6을 참조하여 설명하면, 본 발명은 사용자(10)가 분석 대상 지역의 수치지도를 통해 분석 대상 지역의 수계를 선택하는 단계(S210)와; 수치지도를 통해 선택된 분석 대상 지역의 수질현황 및 오염부하 현황을 파악하는 단계(S220)와; 분석 대상 유역의 오염부하 삭감을 위한 목표수질을 설정하는 단계(S230)와; 분석 대상 유역의 수문학적인 정보를 수문모델과 연계를 통해 자동적으로 입력받고, 오염부하 삭감을 위한 수질 모델링을 수행하는 단계(S240)와; 수질 모델링의 수행에 따른 분석 대상 유역의 오염부하 삭감량을 산정하는 단계(S250)와; 오염부하 삭감량 산정을 통해 분석 대상 유역의 수질을 예측하고, 지역특성에 따른 적정 처리공법을 선정하는 단계(S260)와; 선정된 적정 처리공법에 따른 삭감 시나리오를 작성하는 단계(S270)와; 작성된 삭감 시나리오의 수질관리 대안에 따른 수질을 평가하는 단계(S280)와; 평가된 수질이 설정한 목표수질을 달성하였는지 판단하고, 목표수질을 달성하였으면 작성된 삭감 시나리오를 저장하는 단계(S290)(S300) 및 수질관리 대안을 수질 정책에 반영할 수 있는지 여부를 판정하고, 적합하면 수질 정책에 수질관리 대안을 반영하는 단계(S310,S320)로 구성된다.
위의 오염부하 삭감을 위한 수질 모델링을 수행하는 단계(S240)에서는 분석 대상 유역이 하천수질이면 오염 예측모델로 QUAL2E 모델을 사용하고, 호소수질이면 오염 예측모델로 WASP5 모델을 사용한다.
이때, 수질 모델링의 실행에 필요한 실행 파일은 DLL(Dynamic Link Library; 이하, DLL이라 함)을 통하여 만들어지고, 모델링 결과 또한 DLL을 통하여 시스템으로 불러온다.
또한, 지역특성에 따른 적정 처리공법을 선정하는 단계(S260)에서는 처리방식에 따라 인공정화 처리방식과 자연정화 처리방식으로 구분하고, 오염원 분포 특성에 따라 집중형과 분산형으로 구분하여 선정한다.
그리고, 적정 처리공법 선정에 따른 선정 결과는 DDE(Dynamic Data Exchange)를 통하여 화면에 출력한다.
상기와 같은 구성에 의해서 본 발명에 따른 GIS를 이용한 농업용수 수질정보 종합관리 시스템은 다음과 같이 작동된다.
도 4 내지 도 5는 본 발명의 GIS를 이용한 농업용수 수질정보 종합관리 방법의 일부 흐름도이다.
도 7 및 도 8은 각각 본 발명의 GIS를 이용한 농업용수 수질정보 종합관리 시스템의 초기화면 및 메인화면이다. 도 9는 도 8의 메인화면을 통해 선택할 수 있는 여러 메뉴를 나타낸 도면이다.
도 10은 도 8의 시스템의 메인화면에서 인덱스 키가 활성화된 화면을 도시한 도면이고, 도 11은 오염원 정보를 조회 및 수정하기 위한 화면을 도시한 도면이다.
도 4를 참조하여 설명하면, 사용자(10)가 농업용수 수질정보 종합관리 시스템 서버(100)의 GUI(110)에 접속하면(S10), 시스템 제어부(120)에서는 사용자(10)에게 도 7과 같은 시스템의 초기화면을 전송한다(S20).
시스템이 초기화 될 때에는 시스템 초기화면이 나타나고, 구축된 오염원 데이터베이스(160,170)의 도형정보 및 속성정보를 로드하여 사용한다. 시스템의 초기화가 끝나면, 시스템 제어부(120)는 사용자(10)로 하여금 속성 조회 및 수정, 검색, 출력 및 수질 모델링, 적정처리공법 선정 등의 기능을 수행할 수 있도록 시스템 메인화면을 사용자(10)에게 전송한다(S30).
도 8 및 도 9를 참조하여 설명하면, 시스템의 메인화면에는 도형조회, 오염원 현황, 유역현황, 수질측정자료, 오염부하량, 수질모델링, 처리대안, 검색, 그래프, 출력, 시스템 관리 등으로 구성된 도 9와 같은 기능별 메뉴와 함께 도 8과 같은 화면이 디스플레이(Display)된다.
사용자(10)가 시스템 메인화면의 기능별 메뉴를 선택하면(S40), 해당하는View를 열고 선택된 메뉴에 따른 정보창을 디스플레이한다(S50∼S70).
도 9를 참조하여 설명하면, 사용자(10)가 도형조회의 메뉴를 선택하면, 지형, 하천, 소유역, 행정구역, 토양 및 지질 등과 같은 도형정보의 조회가 가능하고, 오염원 현황의 메뉴를 선택하면 점오염원, 토지이용, 소유역별 오염원, 폐수배출업소, 관광시설, 양식장, 환경기초시설 등의 현황에 대한 정보를 제공받을 수 있다.
그리고, 유역현황 메뉴를 선택하면 기하학적 특성, 시ㆍ군별 주택, 읍ㆍ면별 상수도, 상수 취수원, 상수원 보호구역 및 하수도 등의 정보를, 수질측정자료 메뉴를 선택하면 하천수질에 대한 정보를, 오염부하량 메뉴를 선택하면 소유역별 배출부하, 세소유역 배출부하, 오염부하 재계산 등에 대한 정보를 제공받을 수 있다.
또, 수질 모델링 메뉴를 선택하면 시스템에서 제공하는 수질모델, 예를들면 QUAL2E 모델, WASP5 모델 등의 수정, 수행, 실행결과에 대한 정보를 제공받을 수 있고, 처리대안 메뉴를 선택하면 우선순위 선정과 처리공법 선정 등의 처리대안에 대한 정보를 제공받을 수 있다.
사용자(10)가 검색 메뉴를 선택하면, 서버의 오염원 데이터베이스(160)(170)에 저장된 도형정보 및 속성정보를 검색할 수 있고, 그래프 메뉴를 선택하면 사용자(10)가 검색 의뢰한 소유역별 오염부하, 소유역별 오염원 및 하천 수질 등을 그래프로 디스플레이한다.
이때, 각 메뉴는 선택될 때마다 DDE(Dynamic Data Exchange; 이하, DDE라 함)를 이용하여 그에 해당하는 메시지를 응용프로그램에 전달하여 선택된 메뉴에따른 정보를 보여주도록 설계하였다. 또, 각 메뉴가 전달하는 메시지는 정보창 열기 메시지와 속성 조회 메시지가 있으며, 정보창 열기 메시지는 메뉴를 선택했을 때 전송되어 선택된 메뉴에 대한 정보를 보여주며, 속성 조회 메시지는 속성을 조회했을 때 전송되어 선택된 속성을 조회하고 수정할 수 있도록 한다.
한편, 도 8의 디스플레이된 시스템 메인화면에서 인덱스 키를 선택하면 인덱스 활성화를 통해 도 10과 같이 분석 해당 지역의 도형정보가 줌-인(zoom-in)되어 화면에 디스플레이 된다.
구축된 오염원 데이터베이스의 도형정보 데이터베이스(150)에는 지형도, 하천도, 소유역도, 행정구역도, 토양도 및 지질도의 6가지 주제도별 도형정보가 저장되고, 속성정보 데이터베이스(160)에는 오염원 현황, 유역 현황, 상수도 현황, 인문 현황, 기상현황 및 하천현황의 속성정보가 구축 단위에 따라 행정구역 경계나 유역 경계 등의 도형정보와 결합된 형태로 저장된다.
오염원 현황 자료로는 인구, 가축, 토지이용, 폐수배출업소, 관광시설, 양식장, 환경기초시설 등이 있고, 유역현황 자료로는 기하학적 특성, 주택현황 등이 있다. 또한, 하천현황 자료에는 하천 수질 측정자료와 함께 유역별 배출부하, 유출량, 유달농도 등이 있다.
사용자(10)가 수질관리가 필요한 지역의 오염원 정보를 조회 및 수정을 원할 경우, 도 8의 시스템 메인화면의 기능별 메뉴를 선택하고, 사용자(10)에 의한 메뉴가 선택되면 시스템 제어부(120)는 환경정보 검색 시스템(130)을 실행시킨다. 환경정보 검색 시스템(130)은 사용자(10)가 분석 대상 지역의 도형 정보를 선택하면DDE 통신을 통하여 선택된 레코드를 전달하고, 이를 속성정보 데이터베이스(170)로부터 읽어서 해당 레코드에 해당하는 속성정보를 도 11과 같이 대화상자를 통해 보여주게 된다. 이때, 대화상자에서 사용자(10)가 속성 수정 버튼을 선택하면 속성의 갱신이 가능하게 설계되었다.
사용자(10)가 도 8의 시스템의 메인화면에서 검색 메뉴를 선택하면 수질관리가 필요한 지역에 대한 도형정보 및 속성정보를 검색할 수 있다.
도 5는 도 8의 시스템 메인화면에서 검색 메뉴의 선택에 따른 오염원 정보검색의 흐름도이다.
도 5을 참조하여 설명하면, 사용자(10)로부터 검색 메뉴가 선택되면, 우선적으로 선택된 검색키가 속성에 대한 검색키인지, 도형에 대한 검색키인지를 판단한다(S100). 속성에 대한 검색이면 사용자(10)가 부여하는 조건에 따라 속성정보 데이터베이스(170)에서 추출할 검색 주제(Theme)를 선택하고(S111), 검색 창을 이용하여 검색식을 구성한다(S112)(S113). 그 후, 구성된 검색식을 실행하면 시스템 제어부(120)는 오염원 데이터베이스의 속성정보 데이터베이스(170)를 검색하여 결과를 화면에 출력한다(S114).
한편, 도형에 대한 검색이면 사용자가 부여하는 조건에 따라 도형정보 데이터베이스(160)에서 추출할 검색 방법을 선택하고(S121), 대상 객체를 선택한다(S122). 다음, 해당 주제에 따른 질의를 수행하면(S123), 시스템 제어부(120)는 오염원 데이터베이스의 도형정보 데이터베이스(160)를 검색하여 검색 결과를 화면에 출력한다(S124).
사용자(10)는 검색 메뉴의 실행에 따른 검색 결과를 화면, 프린터 및/또는 플로터를 이용하여 제공받는다. 이때, 출력의 형식에는 도면, 그래프, 도표 등이 있으며, 사용자는 출력할 주제를 설정한 후 곧바로 화면출력을 하거나 도면 제목과 범례 등을 포함하는 도면 형식으로 출력할 수도 있다.
또한, 도면 출력일 경우는 축척을 이용하여 여러 레이어(Layer)를 중첩하여 출력할 수 있으며, 그래프나 속성 테이블을 추가하여 원하는 형태의 출력물을 만들수 있다. 특정 주제만을 출력하고자 하는 경우에는 주제에 의한 확대 기능을 이용하여 특정 인덱스나 원하는 시ㆍ군 만을 확대하여 출력한다.
본 발명의 GIS를 이용한 농업용수 수질정보 종합관리 시스템에서의 수질관리를 위한 의사결정 방법은 다음과 같다.
도 3은 도 2의 의사결정 지원시스템(150)의 기능 블럭도이다.
도 2 및 도 3을 참조하여 설명하면, 의사결정 지원시스템(150)의 전체적인 구성은 크게 수질예측모델, 처리대안 선정 및 수질평가의 3개 부분과 처리대안 선정에 따른 삭감 시나리오를 작성하는 시나리오 작성으로 구성되어 있으며, 각각은 통합된 사용자 인터페이스 내에서 상호 연계되어 운용된다.
수질예측모델 시스템(152)은 수문모델과의 연계를 통해 대상유역의 수문학적인 정보를 자동적으로 입력받고, 오염부하삭감에 따른 수질모델을 수행하여 수질관리를 위한 대책을 수립한다.
그리고, 적정처리공법 선정시스템(154)은 상기 수질예측모델 시스템(152)을 통한 수질 모델링 결과를 이용하여 수질을 예측하고, 이를 이용하여 지역 특성에따른 목표수질 달성을 위한 적정처리공법을 선정한다.
수질평가 시스템(156)은 수질측정 지점에서의 실측 자료에 대한 수질평가 및 상기 적정처리공법 선정시스템(154)을 통해 선정된 적정처리공법의 삭감대책 수립 후 수질모델의 결과를 평가한다.
한편, 삭감시나리오 작성시스템(158)은 상기 적정처리공법 선정시스템(154)을 통해 선정된 적정처리공법의 삭감대책에 따른 시나리오를 작성한다.
도 6을 참조하여 설명하면, 먼저, 사용자(10)가 시스템의 메뉴화면을 통해 분석 대상 지역의 도형정보 데이터베이스(160)에 구축된 도형정보를 검색하고, 검색을 통해 농업용수의 수질 분석이 필요한 대상 지역의 수계를 선택한다(S210).
이때, 수질 분석이 필요한 대상 지역은 오염원 관리시스템(140)에서 행정구역별 오염원 현황과 소유역도를 중첩하여 얻어진 소유역별 오염원 현황자료를 바탕으로 오염부하량을 산정하여, 그 오염부하량이 농업용수로써 부적합한 지역을 대상으로 한다.
다음, 도형정보 데이터베이스(160)의 도형정보 검색을 통해 선택된 분석 대상 지역의 수질현황 및 오염부하 현황을 선택된 분석 대상의 도형정보와 결합된 속성정보 데이터베이스(170)에 저장된 속성정보를 바탕으로 파악한다(S220).
분석 대상 유역의 수질현황 및 오염부하 현황 파악이 끝나면, 오염부하 삭감을 위한 농업용수로 쓸 수 있는 수질을 달성하기 위한 목표수질을 설정한다(S230).
목표수질 설정이 완료되면, 서버의 시스템 제어부(120)는 의사결정 지원시스템(150)의 수행을 제어한다.
의사결정 지원시스템(150)의 수질예측모델 시스템(152)은 분석 대상 유역의 수문학적인 정보를 수문모델과 연계를 통해 자동적으로 입력받고, 오염부하 삭감을 위한 수질 모델링을 수행한다(S240).
이때, 분석 대상 유역의 수문학적인 정보를 수문모델과 연계를 통해 입력받을 경우, 대하천 지류 및 소하천의 월별 유출량 데이터를 가지야마 유출모델에 의하여 산정하여 수질모델에 입력한다.
가지야마 유출모델이란 1922년 가지야마가 우리나라의 8개소의 대소 하천의 12개 지점에 대한 최대 홍수량을 기록하여 유역면적의 멱승에다 유로연장 및 최대우량 등의 인자를 대표하는 계수를 곱하여 임의 유역에 대한 최대 홍수량을 구하기 위하여 제안된 경험공식을 말한다. 아래의 식은 유출고를 구하기 위하여 수정된 가지야마 공식이다.
R = [P2+ (138.6 × f + 10.2)2]1/2- 138.6f + E
여기서, R : 월별 유출고(mm)
P : 월별 강우량(mm)
f : 유역특성 계수
E : 월별 강우량의 크기에 따른 보정우량(mm)
상기 식에 의하여 월별 유출고 값이 구해지면 유역의 면적을 이용하여 수계별 월별 유출량을 구한다.
그리고, 오염원 데이터베이스(160)(170)로부터 산출된 소유역별 부하량 자료와 가지야마 유출모델을 통해 구해진 월별 유출량 자료를 이용하여 QUAL2E 및 WASP5 수질모델의 경계농도를 자동적으로 생성하고, 모델 입력자료에 저장한다. 이러한 입력자료의 자동생성 및 자동저장을 구현함으로써 대상유역의 오염원 현황이 바뀌었을 때 수작업에 의한 계산시간을 경감시킬 수 있으며, 삭감 대책을 수립하여 목표수질 달성여부를 판단하는데 이용할 수 있다.
분석 대상 유역의 수문학적인 정보를 입력받으면 수질 모델링을 수행하는데, 분석 대상 유역이 하천수질이면 오염 예측모델로 QUAL2E 모델을 사용하고, 호소수질이면 오염 예측모델로 WASP5 모델을 사용한다.
QUAL2E 모델은 1985년 미국 환경청(EPA)에 의하여 기존의 QUAL-Ⅱ 모델을 개인용 PC에서 사용할 수 있도록 수정 보완한 것으로, 대상 수질항목은 모두 15가지이며, 이들 중 필요에 따라 어떠한 조합으로도 수질항목을 선택하여 모형화가 가능하다. 대상 수질항목은 DO, BOD, Temperature, Algae의 엽록소 -a, N(NH3-N, NO2-N, NO3-N, Org-N), P(Org-P, PO4) Coliform, ANC(Arbitrary Non Conservative BOD ; 비보존성물질 1종), 3CM(Conservative Mineral ; 보전성물질 3종)이다.
도 12 및 도 13은 QUAL2E 수질모델의 입력 파일 및 QUAL2E 모델의 시뮬레이션 결과를 나타내는 화면이다.
그리고, KASP5 모델은 1983년 Di Toro 등이 Great Lake의 부영양화와 PCB 오염을 예측하기 위하여 처음 개발되었다. WASP5 모델의 구성은 수리모델인 DYNHYD5와 부영양화 모델인 EUTRO5, 독성물질 모델인 TOXI5로 구성되어 있으며, 국내에 알려진 WASP5 모델은 대개 환경영향평가서 등에 사용된 EUTRO5를 의미한다.
EUTRO5 모델은 동적모델로서 하천, 호수, 하구의 부영양화와 관련된 수질의 시간변화를 공간변화와 더불어 계산하는 구획모델이다.
이때, 수질 모델링의 실행에 필요한 실행 파일은 DLL을 통하여 만들어지며, 모델링 결과 또한 DLL을 통하여 시스템으로 가져오게 된다. DLL은 시스템과 모델의 연계 부분에 중요한 역할을 하며, 주로 자료 공유를 위한 파일 처리를 수행하게 된다.
그 후, 수질 모델링의 수행이 완료되면, 분석 대상 유역의 현재 수질, 요구되는 수질등급, 유달율 등을 이용하여 세부 소유역별 우선순위와 오염부하 삭감량을 산정한다(S250).
오염부하 삭감량 산정이 완료되면, 의사결정 지원시스템(150)의 적정처리공법 선정시스템(154)은 오염부하 삭감량을 바탕으로 분석 대상 유역의 수질을 예측하고, 지역특성에 따른 적정 처리공법을 선정하고, 선정된 결과를 화면에 출력한다(S260).
적정 처리공법 선정은 처리방식에 따라 인공정화 처리방식과 자연정화 처리방식으로 구분하고, 오염원 분포 특성에 따라 집중형과 분산형으로 구분하여 선정한다.
도 14 내지 도 16은 적정 처리공법 선정 과정을 나타내는 화면이다.
도 14 내지 도 16을 참조하여 설명하면, 분석 대상 유역의 세부소유역을 도 14과 같이 선택하면 표준활성슬러지법, 장기폭기법, 회전원판법, 산화구법, SBR,접촉산화법, 살수여상법 등과 같은 처리공법 항목을 선택할 수 있는 화면을 도 15과 같이 디스플레이한다. 디스플레이된 처리공법 선정 화면에서 사용자(10)가 항목을 선택하면 처리공법이 결정된 화면을 도 16과 같이 보여준다. 이때, 적정 처리공법 선정에 따른 선정 결과는 DDE(Dynamic Data Exchange)를 통하여 화면에 출력된다.
다음, 선정된 적정 처리공법에 따라 의사결정 지원시스템(150)의 삭감 시나리오 작성 시스템(158)은 삭감 시나리오를 작성한다(S270).
삭감 시나리오의 작성이 완료되면, 목표수질 비교지점을 선택하여 삭감 시나리오의 수질관리 대안에 따른 수질을 평가한다(S280).
평가된 수질이 설정한 농업용수로 적합한 목표수질을 달성하였는지 판단하고(S290), 판단결과 목표수질을 달성한 경우, 작성된 삭감 시나리오를 저장한다(S300). 한편, 평가된 수질이 목표수질을 달성하지 못한 경우, 적정처리공법 선정 단계(S260)로 되돌아가 선정한 처리공법과 다른 처리공법을 선택하고, 그에따른 삭감 시나리오도 재작성한다.
마지막으로, 작성된 삭감 시나리오를 바탕으로 수질관리 대안을 수질 정책에 반영할 수 있는지 여부를 판정하고(S310), 적합하면 수질 정책에 수질관리 대안을 반영한다(S320).
본 발명에 의한 GIS를 이용한 농업용수 수질정보 종합관리 시스템은 PC(NT)환경의 Arc/Info를 기반으로 구축된 DB에서 필요한 자료를 읽어들여 Arc/View의 스크립트 언어인 Avenue와, 범용 프로그래밍 언어인 Visual C++, Visual Basic,Delphi 등을 이용하여 개발하였다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 GIS를 이용한 농업용수 수질정보 종합관리 시스템의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
상술한 바와같이, 본 발명에 따른 GIS를 이용한 농업용수 수질정보 종합관리시스템은 수질오염 발생량의 예측과 관련되는 각종 오염원 정보와, 적정 수질개선방안의 수립을 위하여 필요한 각종 자료를 종합적이며 효율적으로 관리할 수 있도록 한다.
그리고, 수질개선이 필요한 지역의 정확한 오염 발생량 파악을 위한 다양한 환경정보를 GIS를 통해 화면상으로 손쉽게 검색할 수 있도록 제공하므로 단순한 검색기능만을 제공하던 종래의 시스템과는 달리 여러 종류의 도면과 지도를 중첩시켜 분석하는 기능을 수행하거나 도면과 지도에 있는 위치정보와 각종 대장, 통계자료 등의 속성정보를 함께 볼 수 있는 효과가 있다.
또한, 유역의 수질관리를 위해 오염물질 삭감 처리대안 선정을 위한 의사결정을 지원함으로써 농업용수 수질 개선을 위한 계획수립과 정책결정시 각종 지리정보를 신속하게 분석하여 수질정책에 반영할 수 있다.

Claims (9)

  1. 사용자(10)로 하여금 아이콘이나 메뉴 등의 그래픽 화면을 통해 서버(100)와 정보를 교환할 수 있도록 하는 GUI(Graphic User Interface)(110)와,
    해당 지역의 오염원과 관련된 도형정보와 속성정보로 구성된 오염원 데이터베이스(160)(170)를 대상으로 오염원 정보의 조회 및 수정이 가능하며, 구축된 오염원 데이터베이스(160)(170)를 이용하여 상기 사용자(10)에게 각종 환경정보를 제공하는 환경정보 검색시스템(130)과,
    행정구역별 오염원 현황과 소유역도를 중첩하여 얻어진 소유역별 오염원 현황자료를 바탕으로 오염부하량을 산정하는 오염원 관리시스템(140)과,
    유역의 수질관리를 위해 오염물질 삭감 처리대안 선정을 위한 의사결정을 지원하도록 설계된 의사결정 지원시스템(150)과,
    해당 지역의 오염원과 관련된 도형정보를 주제도별로 구분하여 저장하는 도형정보 데이터베이스(160)와,
    해당 지역의 오염원과 관련된 속성정보를 상기 도형정보 데이터베이스(160)의 도형정보와 연결시켜 저장하는 속성정보 데이터베이스(170)와,
    상기 각 구성을 제어하는 시스템 제어부(120)로 구성되며,
    상기 의사결정 지원시스템(150)은 수문모델과의 연계를 통해 대상유역의 수문학적인 정보를 자동적으로 입력받고, 오염부하삭감에 따른 수질모델을 수행하여 수질 모델링 결과를 출력하는 수질예측모델 시스템(152)과,
    상기 수질예측모델 시스템(152)을 통한 수질 모델링 결과를 이용하여 수질을 예측하고, 이를 이용하여 지역 특성에 따른 목표수질 달성을 위한 적정처리공법을 선정하는 적정처리공법 선정시스템(154)와,
    수질측정 지점에서의 실측 자료에 대한 수질평가 및 상기 적정처리공법 선정시스템(154)을 통해 선정된 적정처리공법의 삭감대책 수립 후 수질모델의 결과를 평가하는 수질평가 시스템(156)과,
    상기 적정처리공법 선정시스템(154)을 통해 선정된 적정처리공법의 삭감대책에 따른 시나리오를 작성하는 삭감시나리오 작성시스템(158)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 GIS를 이용한 농업용수 수질정보 종합관리 시스템.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서, 상기 도형정보 데이터베이스(150)에는 지형도, 하천도, 소유역도, 행정구역도, 토양도 및 지질도의 주제도별 도형정보가 저장되는 것을 특징으로 하는 GIS를 이용한 농업용수 수질정보 종합관리 시스템.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 속성정보 데이터베이스(160)에는 오염원 현황, 유역 현황, 상수도 현황, 인문 현황, 기상현황 및 하천현황의 속성정보가 저장되는 것을 특징으로 하는 GIS를 이용한 농업용수 수질정보 종합관리 시스템.
  5. 사용자(10)가 분석 대상 지역의 수치지도를 통해 분석 대상 지역의 수계를 선택하는 단계(S210)와,
    상기 수치지도를 통해 선택된 분석 대상 지역의 수질현황 및 오염부하 현황을 파악하는 단계(S220)와,
    상기 분석 대상 유역의 오염부하 삭감을 위한 목표수질을 설정하는 단계(S230)와,
    상기 분석 대상 유역의 수문학적인 정보를 수문모델과 연계를 통해 자동적으로 입력받고, 오염부하 삭감을 위한 수질 모델링을 수행하는 단계(S240)와,
    상기 수질 모델링의 수행에 따른 분석 대상 유역의 오염부하 삭감량을 산정하는 단계(S250)와,
    상기 오염부하 삭감량 산정을 통해 분석 대상 유역의 수질을 예측하고, 지역특성에 따른 적정 처리공법을 선정하는 단계(S260)와,
    상기 선정된 적정 처리공법에 따른 삭감 시나리오를 작성하는 단계(S270)와,
    상기 작성된 삭감 시나리오의 수질관리 대안에 따른 수질을 평가하는 단계(S280)로 구성되는 것을 특징으로 하는 GIS를 이용한 농업용수 수질정보 종합관리 방법.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 오염부하 삭감을 위한 수질 모델링을 수행하는 단계(S240)에서 분석 대상 유역의 수문학적인 정보를 수문모델과 연계를 통해 입력받을 경우, 대하천 지류 및 소하천의 월별 유출량 데이터를 가지야마 유출모델에의하여 산정하여 입력하고, 하천수질오염 예측모델로 QUAL2E 모델을 사용하고, 호소의 수질오염 예측모델로 WASP5 모델을 사용하는 것을 특징으로 하는 GIS를 이용한 농업용수 수질정보 종합관리 방법.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 수질 모델링의 실행에 필요한 실행 파일은 DLL(Dynamic Link Library)을 통하여 만들어지고, 모델링 결과 또한 DLL을 통하여 시스템으로 가져오는 것을 특징으로 하는 GIS를 이용한 농업용수 수질정보 종합관리 방법.
  8. 제 5항에 있어서, 상기 지역특성에 따른 적정 처리공법을 선정하는 단계(S260)에서는 처리방식에 따라 인공정화 처리방식과 자연정화 처리방식으로 구분하고, 오염원 분포 특성에 따라 집중형과 분산형으로 구분하여 선정하는 것을 특징으로 하는 GIS를 이용한 농업용수 수질정보 종합관리 방법.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 적정 처리공법 선정에 따른 선정 결과는 DDE(Dynamic Data Exchange)를 통하여 화면에 출력되는 것을 특징으로 하는 GIS를 이용한 농업용수 수질정보 종합관리 방법.
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