Development of relational river data model based on river network for multi-dimensional river information system
Seungsoo Choi
aㆍDongsu Kim
a*ㆍHojun You
aa
Department of Civil and Environmental Engineering, Dankook University
Paper number: 17-100
Received: 13 November 2017; Revised: 25 January 2018; Accepted: 25 January 2018
Abstract
A vast amount of riverine spatial dataset have recently become available, which include hydrodynamic and morphological survey data by advanced instrumentations such as ADCP (Acoustic Doppler Current Profiler), transect measurements obtained through building various river basic plans, riverine environmental and ecological data, optical images using UAVs, river facilities like multi-purposed weir and hydrophilic sectors. In this regard, a standardized data model has been subsequently required in order to efficiently store, manage, and share riverine spatial dataset. Given that riverine spatial dataset such as river facility, transect measurement, time-varying observed data should be synthetically managed along specified river network, conventional data model showed a tendency to maintain them individually in a form of separate layer corresponding to each theme, which can miss their spatial relationship, thereby resulting in inefficiency to derive synthetic information. Moreover, the data model had to be significantly modified to ingest newly produced data and hampered efficient searches for specific conditions. To avoid such drawbacks for layer-based data model, this research proposed a relational data model in conjunction with river network which could be a backbone to relate additional spatial dataset such as flowline, river facility, transect measurement and surveyed dataset. The new data model contains flexibility to minimize changes of its structure when it deals with any multi-dimensional river data, and assigned reach code for multiple river segments delineated from a river. To realize the newly developed data model, Seom river was applied, where geographic informations related with national and local rivers are available.
Keywords: Relational data model, Standard, River information system, River network
다차원 하천정보체계 구축을 위한 하천네트워크 기반 관계형 하천 데이터 모델 개발
최승수
aㆍ김동수
a*ㆍ유호준
aa
단국대학교 토목환경공학과
요 지
최근 ADCP (Acoustic Doppler Current Profiler) 등 첨단장비를 활용한 유량 및 하상측정, 각종 하천기본계획 수립 시 확보되는 횡단측정 자료, 식생 및 서식처 등 하천환경과 생태자료, 드론 등을 활용한 영상자료 등 방대한 하천 정보가 확보되고 있으며, 다기능보 등 다양한 하천구조물 및 친수구역이 증가 하는 등 이전과 비교하여 괄목할만한 수준으로 정보의 양이 증가하고 있다. 이에 따라 다양한 하천정보를 체계적으로 저장, 관리, 공유하기 위하여 표준화 된 데이터 모델의 수립이 필요하다. 하천 정보의 경우 하천 시설물, 하천 단면측량 자료, 하천 시계열 측정 자료 등이 특정 하천을 중심으로 관리되는 반면, 기존 데이터 모델 연구에서는 특정 주제도에 기반하여 하천 정보가 레이어 형식으로 제공되어 상호 연계되지 않아 하천 정보의 효율적 관리측면에서 적합 하지 않았다. 또한 신규 정보를 추가 시 기존 데이터 모델의 과다한 수정이 필요하고, 기존의 데이터 모델의 경우 표준화되지 않아 활용성이 매우 낮고, 유역 중심으로 구성되어 특정 조건에 해당되는 하천 정보 검색이 어려운 단점이 존재하였다. 본 연구에서는 기존의 주제도 및 레이어 형식으로 구성되어 있던 데 이터 모델 형식에서 벗어나 하천흐름선을 기준으로 데이터모델을 구축하는 방안을 제시하였으며, 하천흐름선과 하천 시설물, 단면 측량 자료, 계측 자료를 순차적으로 수용하고, 최근 신규로 생성되고 있는 다차원 하천 정보의 추가 시 기존 데이터 모델의 형식을 수정하지 않고 유연하게 대응할 수 있는 관계형 데이터 모델을 구상하였다. 또한, 하천과 유역의 논리적 저장방안 고려하여 한 개의 하천을 다수의 세그먼트로 구분하여 코드(Reach Code)를 부여하는 방 안을 제시하였으며, 구상한 데이터모델을 통하여 국가하천과 지방하천 등 유역의 다양성을 포함하는 한강권역의 섬강유역을 시범하천으로 구축하였다.
핵심용어: 관계형 데이터 모델, 표준, 하천정보시스템, 하천네트워크
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*Corresponding Author. Tel: +82-31-8005-3611
E-mail: [email protected] (D. Kim)
1. 서 론
최근 첨단장비의 발달 및 활발한 연구의 결과로 인하여 하상 계측 자료, 홍수범람지도, 시설물 관리 자료, ADCP (Acoustic Doppler Current Profiler) 유량 관측 자료, 리모트 센싱 자료, 하천기본계획 성과물 등 다양한 종류의 하천 공간정보가 생성 되고 있으나, 국내에서 제공하고 있는 하천공간정보의 경우 하천망도, 유역도, 관측소 등 1차원적인 기본적인 하천 공간 정보를 저장하고 제공하는 정도의 수준에 머무르고 있다. 국 내의 경우 국가수자원관리종합정보시스템(WAMIS), 하천 관리지리정보시스템(RIMGIS), 물환경정보시스템 등에서 하천공간정보를 관리 및 제공하고 있으나 시스템별 분산된 하천공간정보의 관리로 인한 정확성 저하, 현행화 부족, 정보 간 상호연결성 부족으로 인한 중복 발생 등의 문제점이 발생 하여(Shin et al., 2014) 현행 시스템 상에서 사용자의 요구를 충족하고 데이터를 효율적으로 관리할 수 있는 표준 데이터 모델 체계가 필요한 실정이다. 미국의 경우, 수리 ․ 수문 분석 및 모델링을 지원하기 위하여 1차원 수자원 공간정보 데이터 모델인 Arc Hydro 데이터 모델을 개발하였으며(Maidment, 2002), 미국 지리조사국(USGS)에서는 Arc Hydro 데이터 모 델을 응용하여 GIS기반 기초 하천공간정보 제공시스템인 NHD (National Hydrography Dataset) 시스템을 구축하여 (Whitaker et al., 2004) 미국전역의 하천공간정보를 체계화 시키고 제공해왔다(McKay et al., 2012). Kim et al. (2014)은 1차원 지표수 데이터 모델인 Arc Hydro의 한계를 극복하고자 하도 내 다차원 계측정보와 시공간적 하상변동 정보를 수록
하도록 Arc River 데이터 모델 연구를 진행하였으며, 연결키 를 부여하여 공간정보와 네트워크 간 상호 연결성을 보완하 였다. 그러나 이러한 Arc Hydro와 Arc River 데이터 모델의 경우 홍수범람구역, 단면 횡단 측량 등 제내지 정보를 수용하 기 힘들다는 한계가 존재하였다.
따라서 본 연구에서는 국내에서 발생하고 있는 하천망도, 유역도 등 1차원 하천공간정보 뿐 아니라 제내지 공간정보, 하도 내 계측 정보 등 다차원 하천공간정보를 효율적으로 관 리하고 활용할 수 있는 데이터 모델을 개발하고 공통유역 3개 지역을 시범지역으로 선정하여 개발된 데이터 모델을 시범구 축하여 효용성을 검증하고자 한다.
2. 데이터 모델 구축 원칙
본 연구에서는 데이터 모델을 개발하기에 앞서 기존 시스 템 및 데이터 모델 연구의 연결성 부족, 제내지 정보 수용의 어려움 등의 한계를 극복하기 위하여 네트워크기반 정보연 계, Reach Code 체계, 하천참조점, Fcode의 네 가지 데이터 모델 구축 원칙을 정의하여 적용하였다.
하천 정보의 경우 하천시설물, 하천 단면측량 자료, 하천 시 계열 측정 자료 등이 특정 하천을 중심으로 관리되는 반면, 기 존 RIMGIS, WAMIS 등 하천 공간정보 관리 시스템에서 관리 하고 제공되는 하천 공간정보의 경우 특정 주제도에 기반하여 레이어 형식으로 분리하여 제공하고 있다. 주제도 별로 하천 공간정보를 제공할 경우 공간정보간의 상호연계성이 확보되
Fig. 1. Assignment of spatial relationship to conjunct riverine multi-dimensional properties along with river network
지 않아 주어진 하천구간에서 종합적인 정보검색을 통한 의사 결정에 문제가 발생한다. 예를 들어 한강 본류 내에 있는 하천 시설물의 개소수 검색, 섬강 지류 내 최근 10년간 관측 수위 동향 도출 등 데이터베이스 내에 존재하는 공간 조건별 자료 접근 방법이 제한되어 정보의 활용성이 떨어진다. 따라서 정 보간의 상호연결 관계를 부여하기 위하여 Fig. 1과 같은 ‘네트 워크기반 정보연계’ 원칙을 적용하였다. ‘네트워크기반 정보 연계’ 원칙은 공간정보에 연결키인 HydroID와 FeatureID를 부여하여 하천정보간 상호관계를 정의함으로써 관측소, 하 천 시설물 등의 기본적으로 하천 정보의 가장 기초가 되는 하 천 네트워크에 위상 관계를 가지고 연결되는 원칙이다.
앞서 언급하였던 바와 같이 ‘네트워크기반 정보연계 원칙’
으로 연결키를 가지고 하천공간정보가 네트워크에 연결되었 다면, 두 번째 원칙은 공간정보를 수용하는 하천네트워크를 분할하여 하천좌표 역할을 수행하는 ‘Reach Code 체계’이다.
Reach Code는 국가하천, 지방하천에 해당되는 한 개의 하천 의 시점/합류점/종점을 기준점으로 여러 개의 지류(Reach) 로 분할하고, 분할된 각 지류마다 Reach Code가 부여된다
(Fig. 2). 물관리정보 표준 보고서(Ministry of Land, Transport and Maritime Affaries, 2012)에서 지정한 대권역, 공통유역, 표준유역 코드 체계를 모두 포함하고 있는 표준유역코드 6자 리와 해당 지류를 포함하는 하천의 등급을 구분하기 위한 하 천구분코드 1자리, 표준유역 내에 존재하는 지류간 구분을 위 한 지류순번 3자리인 총 10자리 코드체계로 구성된다. 예를 들어 Fig. 2의 왼쪽 그림은 한강권역 섬강유역 중 하나의 표준 유역에 존재하는 지방하천 ‘대미원천’으로 앞의 2자리 ‘10’
은 대권역인 한강권역을, ‘1006’은 공통유역인 섬강유역을,
‘100604’는 공통유역을 세분화하여 분할한 표준유역을 의미 한다. 7번째 숫자인 ‘2’는 하천구분코드로 하천의 등급(국가 하천, 지방하천)을 구분하며, 마지막 3자리 ‘002’의 경우 지류 순번으로 표준유역 내 지류 구분의 역할을 수행한다.
기존의 하천공간정보 데이터 모델은 1차원 하천네트워크 와 유역도, 특정 주제별 공간정보를 수용하는데 적합하였으 나, 최근 하천계측기술의 발달로 인하여 음향 도플러 유속계 지점유속계(Acoustic Doppler Velocimeter, ADV), 드론영 상측량자료 등 하천의 수심 및 고도에 따라 변화하는 하천공
Fig. 2. Conventional Reach Code system with 10 digits considering standard basin code system
Fig. 3. Proposed concept of reference point to relate river properties with river network
간정보가 발생하고 있어 하천 흐름 예측 모형 등 하천계측자 료에 대한 수요가 급증하고 있다. 하천계측자료의 경우, 동일 공간에서 시간별로 지속적으로 수집되는 하천관측소와 달리 자료수집의 범위가 넓고 자료의 수가 방대하여 데이터 모델 구축시 정보가 저장되는 데이터 베이스의 저장 및 관리 효율 성을 고려해야 한다. 제방선, 홍수범람도 등 공간적으로 제외 지를 벗어나는 다양한 공간적 형식의 하천공간정보가 하천중 심선과 위상관계 성립의 어려움이 있어 하천공간정보와 하천 네트워크의 연계방안의 효율성이 저하된다. 따라서 해당 연 구에서는 하천계측자료를 하천중심선에 연결시키는 매개체 로 ‘하천참조점(Reference Point)’ 개념을 도입하였다(Fig. 3 참고). 하천참조점의 경우 공간적으로 제외지를 벗어나는 제 방, 홍수범람도, 혹은 동일공간내 수심방향 및 고도가 다른 3 차원 하천계측정보가 공간적으로 하천의 시 ․ 종점으로 정의 된 하천중심선 내에 존재하지 않을 때 하천중심선 내에 연결 점인 하천참조점을 생성하여 하천지류에 연결될 수 있도록 수용하는 방법이다. 하천참조점은 기본적으로 FeatureID와 HydroID의 연결키를 가지며, 하위 구조의 하천공간정보 개 체의 FeatureID가 상위구조인 하천참조점의 HydroID를 참 조하는 형식으로 되어있다.
기존 하천정보관리 시스템에서 제공하는 하천공간정보의 경우 국가하천, 지방 1급 하천, 지방 2급 하천 등 같은 하천이라 도 공간정보의 종류별 각각의 클래스가 각각의 레이어로 존재 하기 때문에 특정 조건을 만족하는 하천공간정보를 데이터베 이스에 요청할 때, 단순 검색과 설정에 의한 요청이 아닌 레이 어 수만큼의 직접적인 선별과정을 통해 정보를 찾아야 했다.
또한 데이터베이스의 구축 이후 첨단기술의 발달로 인하여 새롭게 발생되는 하천공간정보의 수용 시 데이터 모델 구조 자체의 수정이 요구된다. 따라서 본 데이터 모델 연구에서는 하천공간정보의 종류를 구분하고 속성정보의 검색효율을 향
상시킬 수 있는 ‘Fcode’ 체계를 도입하였다. Fcode 체계는 각 하천공간정보 개체마다 부여되며, 종류가 같은 하천 시설물이 라도 댐, 보 등 세부적인 정보 구분이 가능하도록 고안되었다 (Fig. 4).
3. 데이터 모델 개발
하천정보는 단순히 하천흐름선, 유역도, 관측소 위치 등 1차 원적인 공간자료 뿐 아니라, 홍수범람지역, 하천측량선, 제방, 드론 영상측량 자료, 하상 측량자료, 수심내 계측자료 등 다차 원 하천정보로 구성되어 있다. 따라서 본 데이터 모델 연구에 서는 WAMIS, RIMGIS 등 기존 시스템 및 보고서로 제공되는 하천공간정보와 하천 계측자료 등 새롭게 발생하는 하천정보 를 종류와 목적에 따라 앞서 설명한 네트워크 기반의 정보 연 계, Reach Code체계를 통한 네트워크의 좌표화, 하천참조점 을 통한 제내지 정보의 수용 방법, Fcode체계를 통한 공간정 보와 속성정보의 결합 방법의 네 가지 원칙을 적용하여 데이 터 모델을 개발하였다. 설계한 데이터 모델의 구성은 Fig. 5와 같이 하천네트워크, 하천구역, 하천측량, 하천경계, 하천물길 안정시설, 하천선박운항시설, 하천계측의 7가지 항목으로 구 성하였다.
하천네트워크는 기본적으로 하천중심선과 함께 하천에 대 한 기초 지형자료로서 하천 네트워크를 구성하는 부분이며, 데이터 모델 구성 원칙중 첫 번째 원칙인 ‘네트워크 기반 및 정보 연계’의 측면에서 바탕이 되는 가장 중요한 역할을 담당 한다. 하천네트워크의 구성은 하천중심선, 하천노드, 집수구 역, 유역도로 이루어져 있다(Fig. 6). 구성 요소 중 하천중심선 이란 WAMIS, RIMGIS, KRF 등에서 제공 되는 하천망도와 같이 좌제방과 우제방 사이의 중심점을 연결한 선을 의미한다.
Fig. 4. Example of applying Fcode to various river facilities
Fig. 5. Structure of ArcRiver-K data model
Fig. 6. Details of ArcRiver-K for representing river network
하천노드란 하천중심선의 시작/종류/분기점 지점에 하천경계 점을 두어 하천의 흐름방향에 대한 정보를 구체화하려는 방법 이다. 하천노드의 경우 하천중심선의 ‘FromNode’, ‘ToNode’
속성과 연계하여 하천노드의 ‘HydroID’를 참조하는 방법으 로 연결되어 동일 하천내에서 상류 흐름과 하류 흐름의 관계 가 정의된다. 해당 데이터 모델에서의 ‘집수구역’이란 하천중 심선을 지류 단위로 나누어진 하천중심선 하나에 대한 집수 범위을 의미한다. 집수구역 항목은 기본적으로 집수면적에 대한 정보를 제공하며, 집수구역은 하천중심선의 분할 개체 인 하나의 지류와 1 : 1 대응하도록 구성되어 있다. 집수구역은 하천중심선의 ‘NextDownID’와 ‘FromNode’, ‘ToNode’ 시 스템과 연계되어 특정하천 혹은 특정 하천노드를 기준으로 상류방향의 모든 집수면적을 계산하여 제공할 수 있다. ‘유역 도’ 항목은 기존 물관리정보 표준 보고서에서 정의하고 WAMIS에서 제공되고 있는 대권역 21개, 공통유역 117개, 표준유역 850개의 공간정보를 저장하며 유역도간 유역코드 로 종류가 구분된다.
국토교통부 한강통제소에서 발행한 하천대장 전산화 지침
의 개선안을 따르면 ‘하천구역’, ‘하천측량’, ‘하천경계’, ‘하 천시설선박운항시설’, ‘하천시설물길안정시설’의 항목으로 분류하였다(Ministry of Land Infrastructure and Transport, 2016). ’하천구역’은 하천을 포함하는 지형을 목적에 따라 공 간으로 구분지은 범주로 하천구역, 홍수관리구역, 폐천부지, 보전구역, 복원구역, 친수구역, 인허가구역, 홍수범람구역, 하천환경으로 나뉜다(Fig. 7). 하천구역은 하천법에 의거하 여 결정되는 하천으로 인지하는 구역이며, 홍수관리구역은 하천을 보전하고 홍수로 인한 피해를 예방하기 위해 필요하다 고 지정된 지역이다. 보전구역은 생태계, 역사, 문화, 경관 등 의 이유로 인위적인 정비없이 보전이 필요하고 일상적인 유지 관리가 중점적으로 필요한 지구이며, 폐천부지는 지적도 상 의 천 지변으로 현재 하천으로의 역할을 하지 못하는 구역이 다. 복원구역은 직강화, 콘크리트호안, 복개 등으로 인해 파괴 된 생태계, 역사, 문화 경관의 복원 또는 개선이 중점적으로 필요한 지구이며, 친구수역은 인구밀집지역 및 도심지에 인 접한 지구로 산책로, 생태공원, 체험학습장 등 자연친화적 주 민이용시설 조성이 중점적으로 필요한 지구이다. 인허가구
Fig. 7. Detailes of ArcRiver-K to include various riverine areas
역은 인 ․ 허가 대장상의 지정위치를 표시한 구역이며, 하천환 경은 하천의 생물상, 생물현황도, 생물서식처 등을 조사한 현 황도를 의미한다. 홍수범람구역은 홍수발생시 예상되는 범 람지역으로 빈도별(2년 빈도, 5년 빈도, 10년 빈도, 20년 빈도, 30년 빈도, 50년 빈도, 80년 빈도, 100년 빈도 등) 침수역을 표 기한 구역을 뜻한다. 각 하천구역의 요소들은 포함되는 하천 중심선의 하천등급과 포함유역 속성을 포함하는 ReachCode, 구역명, 하천기본계획 코드, 공간정보키를 포함한다. 하천구 역의 각 공간정보는 Fig. 7과 같이 하천구역 요소의 FeatureID 가 하천참조점의 HydroID를 참조하며, 다시 하천참조점의 FeatureID가 하천중심선의 HydroID를 참조하여 하천중심 선과 연결된다.
하천대장 전산화 지침의 개선된 레이어 목록 중 하천측량 은 하천표석, 횡단측점, 횡단측선, 수치영상 항목을 포함한다 (Fig. 8). 하천측량은 원칙적으로 ⸢하천설계기준⸢의 “하천 기본계획 및 하천대장 작성을 위한 측량”에 따라 실시하며, 하천측량에 관한 내용은 하천기본계획 보고서에는 수록하지 않고 부록 및 부도에 수록하여 기본계획 수립을 위한 기초자 료로 활용할 수 있도록 관리되고 있다(Ministry of Land Infrastructure and Transport, 2015). 하천표석은 측량기준점 의 표석위치를 의미하며, 횡단측점은 측량시 측점번호를 의
미한다. 횡단측선은 하천 횡단 측량 시의 기준선을 의미한다.
수치영상은 항공사진, 수치표고자료, 기타관측영상 등 하천 기본계획에서 수해 방지를 위하여 축조계획한 제방의 제외지 상단을 표시한 선을 말한다. 하천표석의 시설물키를 속성으 로 포함하고 있으며 수계, 하천등급, 순번의 정보를 포함하는 하천코드7자리와 구분코드 4자리, 좌우안코드 1자리, 측점 번호6자리로 총 18자리로 구성되어 있다. 측량기준점번호는 하천현황대장조서의 측량 기준점 번호를 의미한다. 횡단측 점과 횡단측선의 측점번호는 총 6자리로 구성되며 본번호 3 자리와 부번호 3자리로 구성되며 ‘No. 30+100’인 경우 030100으로 입력되며, ‘No. 30+100’은 측점명으로 저장된 다. 하천측량의 4개의 항목은 개발 데이터모델의 기초 이론에 의거하여 하천참조점과 매칭되어 하천중심선으로 연결된다.
하천시설은 사용목적에 따라 하천선박운항시설과 하천물 길안정시설로 나뉜다. 하천물길안정 시설은 제방, 호안, 수제, 댐, 홍수조절지, 저류지, 하구둑, 지하하천, 방수로, 배수펌프 장, 수문, 보의 총 12개의 항목으로 구성된다(Fig. 9). 하천시설 항목 역시 데이터 모델 구성원칙인 ‘네트워크 기반 및 정보 연 계’ 원칙과 ‘하천참조점’원칙에 따라 하천중심선에 연결된 다.제방은 기성제방, 계획축제, 계획보축이 해당되며 기성제 방의 경우 기존 현황 측량시의 제방의 형태를 갖추고 있는 제
Fig. 8. Details of ArcRiver-K to include surveyed data
외지 상단의 하천제방선을 의미한다. 계획축제의 경우 기본 계획에서 수해 방지를 위하여 축조계획한 제방의 제외지 상단 을 표시한 선이며, 계획보축은 둑마루 요칠 발생구간의 배수 불량 문제와 이의 개선을 위한 유지관리문제를 해결하기 위하 여 수립된 선을 의미한다. 호안은 제방의 하천쪽 경사면에 콘 크리트등의 제품으로 제방보호를 목적으로 설치한 구조물로 서 호안블럭, 돌망태, 돌쌓기붙임, 콘크리트공, 자연형으로 구 분된다. 수제는 흐름방향과 유속을 제어하여 하안 또는 제방 을 유수에 의한 침식작용으로부터 보호하기 위해 호안 또는 하안 전면부에 설치하는 구조물을 의미하며, 댐은 하천의 흐 름을 막아 그 저수를 생활 및 공업 용수, 농업 용수, 발전, 홍수 조절 등의 용도로 이용하기 위한 높이 15 m 이상의 공작물을 말한다. 홍수조절지는 홍수방어계획의 일환으로 홍수를 조 절할 수 있는 기능을 가진 저수지이며, 저류지는 빗물을 일시 적으로 모아 두었다가 바깥수위가 낮아진 후에 방류하여 유출 량을 감소시키거나 최소화하기 위한 시설이다. 하구둑은 하 구역에서 필요한 양질의 수자원을 확보하고 홍수범람의 피해
를 줄이며, 하구에 발달한 간석지를 개발하기 위한 시설이다.
지하하천은 홍수피해방지를 위하여 지하공간에 건설한 수로 시설이며, 방수로는 홍수 소통용량을 초과하는 초과홍수량 을 하도 밖으로 방류하기 위한 시설이다. 배수펌프장은 제내 지에서 발생한 홍수를 하천으로 퍼내는 시설이다. 수문은 조 석의 역류방지, 내수배제, 각종용수의 취수 등을 목적으로 제 방을 절개하거나 본류로 유입되는 지류를 횡단하여 설치하는 시설이다. 마지막으로 보는 각종 용수의 취수, 주운 등을 위하 여 수위를 높이고 조수의 역류를 방지하기 위하여 하천의 횡 단방향으로 설치하는 시설이다. 하천선박운항 시설에는 운 하, 안벽, 물양장, 선착장, 갑문의 5가지 항목으로 분류된다.
운하는 주운을 목적으로 인공적으로 굴착하여 조성한 수로를 말하며, 안벽은 육안에 따라 구축한 부두로서 본선을 직접 계 류하여 하역을 가능케 하는 벽체 구조물을 말한다. 물양장은 소형 선박이 접안하여 하역하는 계안선을 말하며, 선착장은 배가 와서 닿는 곳을 의미한다. 갑문은 수위차가 있는 하천 또 는 수로간에 선박을 다니게 하기 위한 구조물을 뜻한다. 하천
Fig. 9. Details of ArcRiver-K to include various river facilities
시설에 대한 17가지 항목은 기본 코드체계인 HydroID와 FeatureID를 통하여 하천참조점과 연결되며, 하천참조점은 다시 하천중심선으로 연결된다. 예를들어 반대로 한강의 섬 강 본류에 해당되는 배수통문의 개소수와 해당되는 속성을 요하는 경우 하천중심선을 따라 하천참조점으로 연결되며 하 천중심선의 HydroID를 따라 해당되는 모든 배수통문의 정보
를 가져올 수 있다.
데이터 모델의 하천계측 항목은 하천 내 고정되지 않은 측 정 구간에서 ADCP 하상측량, YSI-6000 수질 측정 등 수리 ․ 수문 ․ 환경학적 측정사항을 수용하는 하천계측점과 유량 관 측소, 수위 관측소 등 고정된 지점에서 시간별 수위, 유량 등 일정한 관측 자료를 수집하는 하천관측소로 분류된다. 하천 에서 계측된 측정정보는 측정지점에 공간정보를 생성하고 (Fig. 10), 계측테이블을 통하여 FeatureID 등 고유키를 가지 고 저장된다(Fig. 11). 저장된 하천계측점은 변수, 측정도구 테이블을 통하여 측정된 변수의 종류와 계측 시 사용된 도구, 측정 단위 등 측정환경에 대한 세부적인 정보가 분류되어 저 장되도록 한다. 하천계측점과 하천관측소의 경우 ‘하천참조 점’의 원칙에 따라 하천참조점과 HydroID, FeatureID의 연결 키를 통하여 하천중심선과 연결되도록 구축되었으며, 세부 항목의 구분은 ‘Fcode체계’ 원칙에 따라 종류가 구분될 수 있 도록 구성하였다.
Fig. 11. Details of ArcRiver-K to include multi-dimensional river observations Fig. 10. Conceptual reprentation of ArcRiver-K to include multi-
dimensional hydrodynamic and morphological observations
such as ADCP
4. 시범지역 적용
개발된 데이터 모델의 시범지역 적용을 위하여 다음의 선 정조건을 만족하는 지역을 선정하였다. 첫 번째 조건은 국가 하천과 지방 1급, 2급 하천이 모두 존재하며, 하천기본계획 결 과가 존재하여 하천측량, 유역특성, 홍수량 산정, 하천환경 관 리 계획 등의 하천에 대한 전반적인 정보를 얻을 수 있는 지역 이다. 두 번째 조건은 인접 유역의 연결성을 확인할 수 있도록 대권역의 가장자리에 위치하지 않은 지역으로 한강권역의 섬 강, 남한강 하류, 충주댐 하류 유역을 시범지역으로 선정하였 다(Fig. 12). 섬강 유역은 유역면적 1,491.01 km2이며, 해당 유 역의 유로연장은 91.37 km이다. 남한강 하류 유역은 유역면 적 2,072.72 km2이며, 해당 유역의 유로연장은 60.81 km이다.
충주댐 하류 유역은 유역면적 524.42 km2으로 선정된 세 공통 유역중 가장 작은 유역면적을 가지고 있으며, 유역의 유로연 장은 35.80 km이다.
개발된 데이터 모델의 시범지역 구축을 위하여 선정된 시 범지역(섬강, 남한강 하류, 충주댐 하류)의 Digital Elevation Model과 Arc Hydro Tool을 이용하여 하천망도, 하천노드, 집 수구역을 추출하였으며 항공사진을 통하여 보정작업을 통하여 Fig. 13(a)와 같은 하천네트워크를 추출하였다. 하천네트워크 항목의 정보 연결도는 Fig. 13(b)와 같이 하천노드의 HydroID 인 300, 301이 하천중심선의 FromNode, ToNode와 연결된 다. 하천네트워크 항목의 세부 종류의 분류방법은 Fcode인 B100으로 분류되며, B100은 하천중심선을 의미한다.
하천구역의 시범구축을 위하여 WAMIS에서 제공하는 시 범지역의 침수실적도를 이용하였으며 구축 결과는 Fig. 13(c) 와 같다. 하천구역의 정보 연결도는 Fig. 13(d)와 같이 하천구
역에 해당되는 홍수범람구역의 FeatureID인 2159가 하천참 조점의 HydroID를 참조하며, 하천참조점의 FeatureID인 24 가 해당 하천중심선의 HydroID인 24를 참조한다. 홍수범람구 역에 대한 세부적인 분류코드는 종류구분코드인 Fcode로 분 류된다. 하천계측의 시범하천은 2015년 4월 섬강 하천에서 음 파 도플러 유속계를 이용한 유량측정 자료를 통하여 Fig. 13(e) 와 같이 구축되었다. 하천계측 항목의 정보 연결도는 Fig. 13(f) 과 같이 측정 속성정보는 계측테이블, 변수 테이블, 측정도구 테이블을 통하여 각각 저장되며, 측정지점의 공간정보는 하 천 계측점을 통하여 저장된다. 하천 계측점의 FeatureID인 3562는 하천참조점의 HydroID인 3562를 참조하며, 하천참 조점의 FeatureID인 38은 해당 하천중심선의 HydroID인 38 을 참조하여 연결된다.
개발된 데이터 모델을 시범지역에 적용한 결과 다음과 같은 시사점을 얻을 수 있었다. 첫째, 다양한 하천공간정보를 활용 하기 위하여 하천네트워크를 구성하였다. 기존의 하천공간 정보는 단순 레이어 형식으로 서로 간의 공간상관성이 있음에 도 불구하고 활용되지 않았다. 하지만 본 연구에서는 인간의 척추를 기반으로 온 몸의 신경계가 구성하고 있는 것처럼 하 천네트워크를 기반으로 하천공간정보를 구성하고자 하였다.
하천네트워크를 구축하기 위하여 수 많은 하도로 구분하였 고, 하도의 방향을 정의하기 위하여 FromNode와 ToNode에 각 하도의 시작점에 해당하는 HydroID와 종료점에 해당하는 HydroID 정보를 입력하였다. 구성된 하천네트워크는 자료관 리 측면에서 기존의 유역 및 행정구역을 기본으로한 면적개념 의 자료관리체계에서 하도를 기반으로한 선개념의 자료관리 체계로 이양할 수 있을 것으로 사료되며, 자료의 관리 및 가공 이 용이하고 유사정보의 중복성을 감소시킬 것으로 사료된다.
Fig. 12. The location of test bed to test the newly developed data model (Seom river, downstream of Han river and Chunju dam)
(a) River network, nodes, and basin (b) example of spatial connectivity between river centerline and others
(c) The river areas built in the test bed (d) An example of cascaded spatial connectivities among river network, reference point, and flood inundation area
(e) ADCP dataset in the test bed (f) An example of cascaded spatial connectivities to
incorporate river observations such as ADCP
Fig. 13. Results of test bed
둘째, 하천참조점을 활용하여 다양한 차원의 하천공간정보 간의 공간상관성을 반영하였다. 본 연구에서는 기존 하천공 간정보 체계에서 제공하기 힘들었던 제방선, 홍수범람도 등 2차원, 3차원 하천공간정보의 자료들을 하천네트워크를 기 반으로 하도내에서 HydroID, FeatureID의 연결키로 연계하 여 수용할 수 있는 하천참조점 개념을 적용하여 수용하였다.
적용된 하천참조점 개념을 통하여 다양한 하천공간정보를 하 도로 수용하여 관리할 수 있으며, 하천참조점으로 인하여 자 료의 양이 방대해질 수 있으나, 미리 검색된 결과를 하천참조 점에 저장하여 반영함으로서 검색 효율성을 향상시킬 수 있을 것이라 판단된다. 셋째, 새로운 종류의 하천공간정보에 대한 확장성을 확보하였다. 앞서 언급한 다양한 차원의 하천공간 정보의 수용이 가능한 하천참조점과 공간정보와 속성정보의 체계적인 분류체계인 Fcode체계를 통하여 드론을 영상자료 등 새로운 하천공간정보까지 기존 시스템에서 제공하는 하천 공간 외 드론을 이용한 영상자료 등 앞으로 발생할 수 있는 새 로운 종류의 공간정보 형식을 유연하게 수용할 수 있는 틀을 마련하였다.
하지만 다음과 같은 한계가 존재하였다. 개발된 ArcRiver-K 데이터 모델의 주요 원칙 중 하나인 ‘하천네트워크 기반 하천 공간정보 연계 원칙’의 측면에서 하천네트워크는 공간적으 로 상당히 중요한 부분을 차지하고 있으나, 국내 하천공간정 보 제공시스템마다 분산된 정보관리 체계로 인하여 하천네트 워크가 공간적으로 상이한 부분이 존재하여 시범구축에 한계 가 존재하였다. 또한, ADCP 등 하천계측 기기를 활용한 계측 정보 는 그 양이 매우 방대하여 자료 구축에 어려움이 존재한 다. 따라서 개발된 데이터 모델을 이용하여 하천계측 정보의 자료 구축 시 자동 데이터베이스화 모듈의 개발이 필요할 것 으로 판단된다.
5. 결 론
최근 첨단 계측 기술의 발달 및 활발한 연구의 결과로 인하 여 하상계측 자료, LiDaR 측량 자료 등 새롭게 발생하는 하천 공간정보와 하천기본계획 성과물, 유역의 특성 등 기존 하천 공공간정보로 인하여 방대한 하천공간정보가 발생하고 있 다. WAMIS, RIMGIS 등과 같이 하천공간정보를 저장 및 관 리 하고 있는 정보제공시스템이 개발되었지만 분리된 관리 체계로 인한 하천정보간 정확성 부족, 정보간 연결성 부재로 인한 활용성 저하 등의 한계가 존재하였다. 따라서 본 연구에 서는 네트워크 기반 하천정보연계, Reach Code 체계로 인한
하천 좌표화, 하천참조점을 통한 다양한 차원의 하천공간정 보 수용, Fcode 체계데이터 모델 구성 원칙을 바탕으로 국내 하천공간정보에 적합한 하천 네트워크 기반 데이터 모델을 개발하였다. 데이터 모델의 적용을 위하여 한강권역의 공통 유역인 섬강 유역, 남한강 하류 유역, 충주댐 하류 유역을 시범 지역으로 설정하여 데이터 모델을 적용하였다. 개발된 데이 터 모델을 시범구축한 결과로 ADCP 계측자료 등 하천계측정 보의 경우 그 양이 방대하여 자동데이터베이스화 프로그램의 개발이 필요할 것으로 판단하였다. 본 연구를 통하여 개발된 데이터 모델을 활용하면 하천네트워크 기반의 정보연계로 인 한 하도 중심의 자료관리체계 마련, 하천공간정보간 공간상 관성 확보로 인한 분석 소프트웨어 개발 환경의 제공, 하천참 조점을 통한 다양한 차원의 공간정보 수용 가능성 확보 및 검 색능력 향상이 가능할 것으로 예상된다.
감사의 글
본 연구는 국토교통부 물관리연구사업의 연구비지원(17 AWMP-B121100-02)에 의해 수행되었습니다.
References
