소유역 하천 환경 관리를 위한 GIS 시범 구축 Pilot GIS for Environmental Management
at Small River Basin
정 수*, 최동혁**, 김태동***
*안동대학교 공과대학 토목공학과 조교수, [email protected] **안동대학교 공과대학 환경공학과 조교수, [email protected] ***안동대학교 공과대학 환경공학과 부교수, [email protected]
요 약
본 연구에서는 소유역 하천의 환경관리에 GIS의 활용의 효용성을 검토하기 위해, 축산단지의 처 리수와 비점오염이 안동댐으로 유입되는 역계천 유역을 대상으로 GIS를 시범 구축하였다. 그리고 이를 환경관리에 활용하기 위한 연구를 수행함으로써, 환경분야에서의 GIS 활용을 촉진하고자 하 였다.
본 연구의 목적을 달성하기 위해 역계천 유역의 환경 관련 인자들을 고려한 공간정보 구축의 요 구분석 수행한 후에 역계천 유역의 지형특성을 고려한 공간정보 DB 구축의 개략 설계를 한 후, 국 가지리정보체계에 구축되어 있는 기본지리정보 및 역계천 유역의 환경 관련 구축 정보를 기반으로 실시 설계를 하였다. 설계에 따라 시작품을 제작함으로써 역계천 유역의 시범 GIS를 구축 하였다.
시범 GIS를 활용하여 역계천 유역의 환경관리 업무에 시범 적용하고 활용성을 분석함으로써, 환경 관련 업무에서의 GIS 구축의 효용성 검토하였다.
핵심용어 : 소유역 하천, 환경 관리, GIS
1. 서 론
유역의 환경은 그 지역의 지형특성과 밀 접한 연관이 있으며, 지형에 대한 정확한 정 보는 유역 환경관리에서 활용도가 높다. 그 럼에도 불구하고 지금까지 환경 분야에서는 지형 관련 정보의 활용이 다소 미진하였다.
환경부에서는 환경분야에서의 GIS 활용 을 촉진하고자 환경지리정보시스템인 EGIS (http://egis.me.go.kr)를 구축하여 서비스 를 제공하고 있다. 그러나 EGIS에서 제공 하는 지리정보는 중저해상도 위성영상을 기반으로 하는 토지피복분류도를 비롯하여 중축적의 정보들을 제공하고 있어서, 본 연 구에서 대상으로 하는 안동댐 상류의 역계천
유역과 같이 소지역의 환경관리를 위한 자료 로 활용하기에는 다소 부족한 면이 있다.
본 연구에서는 축산단지의 처리수와 비 점오염이 안동댐으로 유입되는 역계천 유 역을 대상으로 GIS를 시범 구축하고, 이를 환경관리에 활용하기 위한 연구를 수행함 으로써, 환경분야에서의 GIS 활용을 촉진 하고자 하였다.
2. 연구 내용
2.1 대상 유역 정보의 수집 및 분석 본 연구에서의 대상 유역은 경북 북부 지역에 있는 안동댐의 상류지역에 위치하 여 축산단지 처리수와 비점오염을 안동댐
에 유입시키는 역계천 유역을 대상으로 하였다.
역계천 유역은 행정구역으로 안동시 녹 전면의 7개리(신평1리, 신평2리, 녹래리, 죽송리, 구송리, 사신리, 서삼리), 와룡면 의 1개리(서현리), 북후면의 1개리(대현 리) 등 총 7개리를 포함하고 있다. 또한, 낙동강 본류의 안동호 유입전 최하류에 위치한 지방2급 하천으로서 유역면적은 49.68km2, 유로연장은 15.00km, 하천연장 은 11.75km이고 시점은 안동시 녹전면 신 평리, 종점은 안동시 와룡면 낙동강 합류 점이다. 수계 현황은 구송천, 녹래천, 도치 천, 이천천, 서삼천의 5개 소하천이 서쪽 에 지류로서 형성되어 있다.
역계천 유역은 북서측의 산지를 중심으 로 안동호 유입부인 남동측 방향으로 전체 적인 경사를 이루고 있으며 대부분의 지역 은 표고 200m 이상의 분포를 보이고 있다.
북서측의 산지와 유역중심부에 위치한 오 동산(해발 348.7m)을 중심으로 경사도 40% 이상의 분포를 보이고 있으며 그 외 지역은 경사도 20-40%의 지역과 경사도 20% 이내인 하천지역으로 이루어져 있다.
역계천 유역의 토지피복 현황은 그림 1과 같으며, 유역 북측의 복두산(해발 509.0m), 국망봉(해발 480.5m), 서측의 봉수산(해발 570.4m)과 용암산(해발 475.0m) 지역은 산 림지역으로 분류되며 그외 대부분의 지역 은 초지지역으로 분류된다. 농업지역은 각 소하천과 세천을 따라 천변에 약간 분포하 고 있으며 시가화 지역은 극히 미미하다.
본 연구에서는 역계천 유역의 환경 관 리 업무에 필요한 인구현황, 가축현황, 토 지이용현황(논, 밭, 임양, 대지, 기타로 분 류), 작목현황(벼, 고추, 산약, 콩, 사과, 도라지, 깨, 고구마, 기타로 분류) 등을 리 단위의 행정구역별로 구분하여 현지 조사 를 하였다.
1km 1km 1km
그림 1. 역계천 유역의 토지피복도
2.2 시험 GIS 구축
본 연구에서의 GIS 구축은 일반적인 GIS 구축과정과 유사하게 진행되었다.
요구분석 과정에 있어서는 역계천 유역 의 환경 관련 인자들을 고려한 공간정보 구축의 요구사항을 분석했다. 아울러 환경 관리 방향 및 GIS 구축 자료의 범위를 인 문, 환경, 지질, 지형 등을 고려하여 문헌 및 자료 조사하였다.
개략설계 과정에 있어서는 역계천 유역 의 지형특성을 고려한 공간정보 DB 구축 의 개략설계를 수행하였으며, 기존 자료 및 기초 자료를 구축하였다.
실시설계 과정을 통해 기존 국가지리정 보체계에서 구축된 기본지리정보의 수집 및 활용 방안을 설계하였으며, 역계천 유역 환경에 관련된 자료를 수집하고 이를 GIS 에서 활용할 수 있도록 변환 가공하였다.
실시설계를 통해 최종 설계가 완성된 후에는 이를 기반으로 본격적으로 시스템 개발하여 시험 GIS를 구축하였다.
구축된 시범 GIS를 활용하여 역계천 유 역의 환경관리 업무에 시범 적용을 한 후
이를 통해 활용성을 분석하였으며 최종적 으로 역계천과 같은 소유역의 환경 관리 업무에 GIS를 구축하여 활용하는 데 대한 효용성을 검토하였다.
3. 연구 결과 3.1 기본GIS자료 구축
본 연구에서 실행한 역계천 유역의 시 범 GIS 구축을 위한 기본자료는 표 1과 같다.
표 1에서 유역도는 역계천 인근의 수치 지도 12도엽을 접합한 후 1/5000 수치지 도의 레이어코드 중 하천에 관련된 레이 어(2111, 2112, 2113, 2114, 2115)를 추출 하여 수계망을 추출한 후에, 등고선 자료 에서 능선을 추출하여 유역의 경계를 결 정하고, 추출된 유역경계 내부에 소재한 대규모 축산단지인 서현축산단지의 영향 유무에 따라 W1(무), W2(유)의 소유역으 로 나누고 W1, W2 문자를 삽입하여 그림 2와 같이 유역도를 제작하였다.
표 1. GIS 구축을 위한 기본 자료
Data Data
Type 속성
1/5,000
수치지형도 점,선,면 비점오염원
위치(축사) polygon 가축종류, 마리수 폐수처리시설
위치 polygon 폐수처리시설명칭, 처리용량 수계도 arc 하천명,하천길이, 시점, 종점 수질조사지점 point
강우시와 비강우시의 수온, PH, 전기전도도, DO, BOD, COD, SS, 탁도,T-N, T-P
유역도 Polygon
유역명칭, 세대수 및 인구현 황, 가축현황, 토지이용현황, 인구에 의한 오염발생부하량, 인구에 의한 오염배출부하량, 가축에 의한 오염발생부하량, 가축에 의한 오염배출부하량, 토지에 의한 오염발생부하량, 토지에 의한 오염배출부하량 토지피복도 Polygon 토지이용현황
토양도 Polygon 토양도 속성 3D DEM surface 가축종류, 마리수
그림 2. 유역도와 수계망
그림 2의 유역도의 위치정보와 유역에 대한 속성 데이터베이스를 연결하기 위해 서 유역명칭, 세대수 및 인구현황, 가축현 황, 토지이용현황, 인구에 의한 오염발생 부하량, 인구에 의한 오염배출부하량, 가 축에 의한 오염발생부하량, 가축에 의한 오염배출부하량, 토지에 의한 오염발생부 하량, 토지에 의한 오염배출부하량을 입력 하여 데이터베이스를 구축하였다.
3.2 환경정보 구축
본 연구에서는 환경 관리를 목적으로 시범 GIS를 구축하고자 하였으므로 역계 천 유역의 환경정보를 GIS로 구축하였다.
유역 환경에 직접적으로 영향을 주는 축 사의 DB는 안동시 지적도에서 면,리 경계 를 추출하고 유역폴리곤과 중첩하여 유역 에 포함되는 지역의 지적도를 추출하였다.
리별 축사 지번 및 사육종, 두수 보고서 를 이용하여 지적도에서 축사의 위치를 추출하여 폴리곤으로 생성하였다. 이렇게 생성된 폴리곤에 소, 돼지, 닭, 가축별 사 육두수와 BOD배출부하량, T-N배출부하 량, T-P배출부하량을 유역의 위치정보와 속성정보 조인과 같은 방법으로 지번을 공통 키로 하여 연결하였다.
이렇게 축사의 위치정보와 축사 지번별 가축두수 및 오염 배출 부하량 등의 속성 값이 연결되면 원하는 축사의 정보를 직 관적으로 위치와 함께 속성정보를 탐색할 수 있다.
수질조사의 DB 구축은 먼저 실제 수질 조사 위치를 수치지도에서 결정하고 폴리 라인으로 사각형을 생성하고 사각형 객체 내에 텍스트로 각 지점을 번호로 입력하 여 DB로 저장하였다.
리별 오염량 DB 구축을 위해서 지적도 를 이용하여 각 리별 경계 자료를 만들고 조사된 리별 현황자료를 이용하여 인구별, 가축별, 토지이용별 발생 BOD부하량, 배 출 BOD부하량 등의 각종 산출값들을 DB 로 작성하여 저장하였다.
4. 연구결과의 활용 4.1 최대오염배출지역 추정
구축된 GIS를 이용하여 최대오염배출지 역을 추정함으로써 효율적인 비점오염 관리 를 위한 각종 대책 수립과 의사결정에 활용 할 수 있다. 기 입력된 비점오염원의 도형 자료와 속성자료를 이용하고, 또한 토지에 대한 도형자료와 속성자료를 활용하여 최대 오염발생 추정지역을 분석해 본 결과 그림 3과 같은 결과를 얻을 수 있었다.
그림 3. 최대 오염발생지역 추정
4.2 오염원 유출경로 추정
최대 오염발생지역 추정 결과를 토대로 수치지도의 등고선으로부터 추출한 DEM 을 활용하여 흐름방향을 분석한 결과 그 림 4와 같이 오염원 유출경로를 추정할 수 있었다.
그림 4. 오염원 유출 경로 추정
5. 결 론
본 연구에서는 안동댐 상류의 역계천 유 역을 대상으로 유역의 토지이용, 인구 및 가축 등 비점오염원과 점오염원 등의 자료 를 이용하여 GIS를 시범 구축하고, 이를 활용함으로써 다음과 같은 결론을 얻었다.
첫째, 역계천 유역의 환경현황자료를 지 형정보를 기반으로 정리하여 환경 관리 방안 수립의 기초 자료를 구축하였다.
둘째, 역계천 유역에 환경 관련 시험 GIS를 구축함으로써 유역환경관리의 의사 결정이 합리적으로 이루어질 수 있도록 하였다.
셋째, 구축된 시범 GIS를 활용하기 위 한 방안을 제시하였다.
참고문헌
1. 환경부; 주요 비점오염원에 대한 효과 적인 관리방안, 2005.10
2. 환경부, 비점오염원관리업무 편람, 2005
