1. 머리말
Smart Water Grid 구현을 위해서는 시공간을 반영한 지역의 물부족 위험 평가 시스템을 구현하 는 것이 매우 중요하다. 지역의 물부족 위험 평가
시스템을 구현하기 위해 연구수행 연차별로 공간 적 규모를 고려한 적용이 필요하다. 그래서 연구의 2차년도에는 Micro Grid 단위의 Complex형과 Meso 단위의 배수권역형을 대상으로 물수급 평가 시스템의 적용이 가능한지 분석하였다.
지역의 물부족 위험 평가 시스템은 실제현장에 적용되어야 하기 때문에 생활용수, 농업용수 및 공 업용수 수요가 모두 포함되는 대상지역을 선정하 여야 한다. 대상지역은 자료수집의 원활성과 지방 자치단체의 협조를 통해 적용이 가능한 인천광역 시의 여러 유역을 후보로 선정하고, 상기의 조건들 을 만족시키며 연구 2차년도 개발 목표인 Complex형과 배수권역형에 적합한 지역을 검토 하였다.
연구단 주관으로 조성한 Pilot Plant 대상지역 인 영종도 지역(인천국제공항 포함)을 연구 2차년 도의 Complex형 시스템의 적용 지역으로 공촌정 수장 배수권역을 배수권역형 시스템의 적용 지역 으로 선정하였다.
본 고에서는 물부족 위험 평가 시스템 개발 시 선정된 지역에 적용하기 위해 필요한 분석 툴의 핵 심모듈 제시와 이를 활용한 시스템 구성에 관해 서 술하고자 한다.
지역의물부족위험평가시스템의 핵심모듈과정보표출시스템개발
변 성 준
▶▶▶(재)국제도시물정보과학연구원 선임연구원 [email protected]
맹 승 진
▶▶▶충북대학교 부교수 [email protected]
박 효 선
▶▶▶인천대학교 박사과정 [email protected]
정 승 권
▶▶▶㈜헥코리아 이사 [email protected]
2. 연구개발 접근방법
지역의 물부족 위험 평가 시스템은 CBD 방법론 (Component Based Development)을 사용하여 해석 단위별로 다르게 적용할 수 있도록 각각의 모 듈별로 독립 프로그램으로서 활용이 가능하도록
하였다. 시스템 내부에서는 모듈간 연계 및 시나리 오 관리를 위하여 흐름조정 구성요소(Flow Control Component)를 개발하고 적용하여 다양 한 과거 사상에 관한 장기적 모의와 미래 예측 등 에 적용하기 쉽도록 하며 타 모델과의 연계 및 개 발 모듈간의 연계가 가능하도록 하였다.
[그림 1] 물부족 위험 평가시스템 개발의 개요
기존에 개발되었던 물수급 평가 또는 강우-유출 해석 프로그램이 대규모 유역(중권역 또는 대권역 등) 단위로 해석이 가능하도록 개발되어 있었고, 일반적으로 홍수시의 흐름 해석이 주목적이었다.
본 연구에서는 강우 시 물의 흐름 뿐 아니라 토양 수분 및 증발산 등에도 주안점을 두어 이수목적의 가뭄 해석에 활용할 수 있도록 하였고, 소규모 유 역(단위유역, 행정동 및 행정구(군), Micro Grid 및 정수장 영향권역 등)에 적용하도록 하고, 필요 시 타 유역과의 연계를 통하여 명확한 물부족을 평 가할 수 있도록 개발하였다.
3. 시스템 개발 개요
3.1 시스템 개발을 통한 의사결정 내용
본 시스템은 지역 내 물부족 위험평가를 위한 시 스템으로 기본적으로 물의 수요량과 공급가능량을 검토하고, Micro Grid간 연계와 외부 수자원 연결 을 통한 물 부족량을 산정하기 위하여 개발하였다.
따라서 본 시스템을 통한 의사결정 내용은 각종 수 자원량의 예측과 기후변화를 고려하여 해당 지역 의 물부족 여부를 결정하는 것이다. 평가 결과는 [그림 2]와 같은 형태로 구성된다.
물부족 위험 평가를 위한 수요량은 현장조사 및 문헌을 통하여 파악하거나 예측하게 되며, 향후 수 요량 예측 모형을 개발할 예정이다. 공급 가능량은
지역 내 강우-유출량과 대체수자원 부존량, 외부 수자원 유입량 및 유출량 등을 토대로 파악을 하게 된다. 해석 단위별로 동일한 모듈을 활용할 예정이
[그림 2] 시스템을 통한 의사결정 화면
[그림 3] 해석단위별 차별화된 시스템 적용방향 예시
나, 그 인터페이스와 부가 기능 등을 추가하여 [그 림 3]과 같이 해석단위별 차별화를 둘 예정이다.
물부족을 평가하기 위한 가장 기본적인 해석 절 차를 모듈별로 분류하면 [그림 4]와 같다.
모듈은 크게 GIS 자료 및 DEM 전처리를 위한 모듈과 강우-유출 모듈, 도시지역 배수 시스템 모 듈 및 외부 수자원 분석을 위한 모듈이 있고, 모듈 을 사용하지 않는 데이터는 외부자료 및 내부자료, SWG 센서 네트워크 등을 통하여 구축중인 SWG 데이터베이스 자료를 연결하여 사용한다.
3.2 시스템 내 해석 모듈의 확장
기 언급한바와 같이 시스템 내에 포함될 4가지 기본 모듈이 있으나, 물수급 평가(물수지분석), 지 역간 수자원 연계 분석, 하천이 있는 경우 하천을 통한 흐름 분석, 기후변화 연계 해석 및 모듈간 연 계와 시나리오 구성을 통한 시뮬레이션을 가능하게 하 는 흐 름 조 정 프 로 그 램 (Flow Control Component)이 포함되어 해석이 진행되어야 한다.
따라서 시스템은 9개 해석모듈과 흐름조정프로 그램 및 자료저장을 위한 데이터베이스로 구성이
되며 각각의 해석모듈은 다음과 같다.
모듈 1 : 공간정보 구성 모듈
공간정보 구성 모듈은 일반적으로 해석을 위한 기초자료로 주어주는 GIS 공간정보 및 DEM, 이 미지 자료 등을 전처리하여 시스템에서 사용할 수 있도록 구성해주는 모듈이다.
모듈 2 : 분포형 강우-유출 해석 모듈
분포형 강우-유출 해석 모듈은 해당지역에 대한 지형정보 및 토양특성, 토지이용 특성 등을 활용하 여 강우발생 시 목표지점에 발생하는 유량을 모의 하기 위한 모듈이다. 해석 모듈의 구성을 위하여 본 연구에서는 지역의 물부족 위험 평가 시스템의 일환으로 분포형 강우-유출 해석 모듈(SWG Runoff)을 개발하였으며, 모형의 주목적이 이수 적인 측면을 고려하는 것이므로 홍수기에 집중되 는 강우에 의한 유출해석 뿐 아니라 평수기 또는 갈수기에도 증발산량과 토양수분량 등을 감안하여 수문학적 가뭄 및 사회·경제학적 가뭄까지도 고 려할 수 있도록 개발하였다.
모듈 3 : 도시지역 배수 해석 모듈
도시지역 배수 해석 모듈은 목표 지역이 도시지 역으로 합류식 및 분류식 우수관이 설치된 지역인
[그림 4] 물부족 평가를 위한 기본 모듈의 구성
경우 사용하여 발생 유량을 모의하는 모듈이다.
모듈 4 : 집중형 수자원분석 모듈
집중형 수자원 분석 모듈은 외부에서 유입가능 한 수자원 총량의 계산과 분포형 수자원분석 모듈 과의 연계해석을 위한 모듈이다.
모듈 5 : 하천 배수시스템 모듈
하천 배수시스템 모듈은 목표 지역에 하천이 있 는 경우 부정류 해석을 통하여 하천에 흐르는 수자 원의 부존량을 해석하기 위한 모듈이다.
모듈 6 : 물 사용량 분석 모듈
물 사용량 분석 모듈은 목표 지역의 인문 사회학 적 특성과 각종 설계정보 등을 토대로 물 사용량을 예측하는 모듈이다.
모듈 7 : 물수지 분석 모듈
물수지 분석 모듈은 목표 지역에 대한 물수급 영 향을 조사하고, 해당 지역에 존재하는 각종 다중수 원의 정보를 모아 그에 따른 물부족량을 계산하기
위한 모듈이다.
모듈 8 : 기후변화 모듈
기후변화 모듈은 목표 지역에 대한 시나리오별 기후 예측값을 제공하는 프로그램으로 각 해석 모 듈의 입력자료를 구성하기 위하여 개발하였다.
모듈 9 : Micro Grid 간 물수급 연결 모듈 본 시스템에서 사용하는 각 해석결과 정보는 일 반적으로 목표가 되는 소유역, Micro Grid, 행정 동 또는 구단위, 일개 물공급시설(정수장 등)의 배 수권역 등으로 Micro Grid 간 물수급 연결 모듈은 이러한 소규모의 유역에서 해석되는 물수급 평가 결과들을 토대로 가용유량을 최적화하여 확장 구 역(Meso 또는 Macro Grid) 측면에서의 물부족 위험평가 및 수자원 최적화를 위한 모듈이다.
이상의 해석 모듈은 총 9개로 유기적인 연결 관 계에 따라서 지역의 물부족 위험을 평가할 수 있
[그림 5] 시스템 내 포함 모듈 구성 및 해석 흐름도
다. 본 시스템은 [그림 5]와 같은 흐름으로 해석이 진행되며 매끄러운 연결을 위하여 흐름 조정 프로 그램(Flow Control Component)이 존재한다.
[그림 5]와 같은 해석을 위하여 각 모듈과 직접 적인 연계 및 데이터와의 연계 관계 등을 총괄하여 표현하면 [그림 6]과 같다.
[그림 6] 시스템 내 포함 모듈 간 연계도
4. 물수급 정보 표출시스템 개발
앞 절에서 적용된 9개의 핵심모듈에 의해 해석 된 결과 정보는 사용자 편의 체계로 표출되어야 한 다. 따라서 연구 2년차에는 대상지역으로 선정된 영종도를 대상으로 물수급 정보 표출 시스템을 개 발하였다.
영종도 사전 조사 및 답사를 통해 유수지 3개소 (북측, 남측, 동측), 소하천 2개소(동강천, 전소천), 운북저수지, 운북하수처리량, 영종배수지, 인천국 제공항에 대한 물수급 관련 자료 및 DB조사, 분석 을 통하여 물수급 정보 표출시스템 화면의 표출 정 보로 선정하였다. 주변지역의 모든 다중수원에 대 한 정보(하천수, 빗물, 지하수, 해수, 하수처리수 등)에 대한 항목이 조회 가능하도록 하며 수질정보 를 제공하여 수량 뿐 아니라 수질에 대한 가용 여 부를 판단할 수 있도록 구성하였다. 물수급 정보 표출시스템에 사용되는 화면에 대해 사용자의 편 의성을 고려한 설계와 함께 강우 유출 모형 결과
값, 국토교통부 DB, 지자체 DB등의 외부 DB를 연계하여 일(日)단위의 물수급 현황 파악을 위한 최적시스템으로 개발하였다. 물수급 정보 표출시 스템을 통하여 지역의 물수급 현황에 대한 정보를 한눈에 파악할 수 있도록 직관적인 사용자 인터페 이스 설계를 통하여 사용자 및 관리자가 정보를 확 인하는데 있어서 최소한의 시간으로 가능하게 구 성하며, 정보제공 단계에서의 편의성을 제공하기 위하여 단순화한 표출 화면으로 개발하였다. 개소 별 클릭 시 월별 상세 정보 조회가 가능하며, 단순 텍스트 표현을 지양하고 표와 그래프를 통해 정보 를 제공한다.
5. 맺음말
본 연구는 Smart Water Grid 연구의 일환으 로 지역의 물수급 현황을 계측 또는 예측하여 물부 족 여부를 판단하고, 활용가능한 수자원 현황을 제
[그림 7] 물수급 정보 표출시스템
공하여 지역의 물부족 위험 평가 시스템을 구현하 는 것이다. 기존의 연구내용들이 홍수방어(치수), 수생태(환경) 등의 분야에서 활용 가능한 자료들을 생산을 하였다면 본 연구에서는 이수의 측면에서 접근하였고, 또한 대규모의 하천 권역 보다는 소규 모의 지역에 대한 분석을 통하여 지역 간의 연계라 는 내용을 추가하였다.
지역의 수자원 부존량(공급 가능량) 파악을 위한 모듈과 수요량 파악을 위한 모듈을 포함한 총 9개 의 모듈을 통하여 물 부족 여부와 물 부족 양을 판 단할 수 있도록 하였으며, 이러한 과정에서는 취약 성의 개념을 추가하여 당장 사용가능한 대체수자 원에 대한 내용과 비상시 대비의 개념이 모두 가능 하도록 진행하였다. 또한 이러한 모든 과정은 해당
지역을 한눈에 볼 수 있는 시스템을 두어 지역 내 물수급 관리를 지능화할 수 있도록 운영자를 지원 할 수 있게 하였다.
향후 2개년간의 잔여 연구를 통하여 모든 시스 템을 완성하고, 실제 지역에 대한 데모를 통하여 활용성을 극대화 할 것이며, 각각의 모듈에 대한 상용화를 완성하여 해당 기술에 대한 국산화에도 기여할 것으로 판단된다.
감사의 글
본 연구는 국토교통부 물관리연구사업의 연구비 지원(12기술혁신C01)에 의해 수행되었습니다.
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