GIS based Development of Module and Algorithm for Automatic Catchment Delineation Using Korean Reach File

Recently, the national interest in environment is increasing and for dealing with water environment-related issues swiftly and accurately, the demand to facilitate the analysis of water environment data using a GIS is growing. To meet such growing demands, a spatial network data-based stream network analysis map(Korean Reach File; KRF) supporting spatial analysis of water environment data was developed and is being provided. However, there is a difficulty in delineating catchment areas, which are the basis of supplying spatial data including relevant information frequently required by the users such as establishing remediation measures against water pollution accidents. Therefore, in this study, the development of a computer program was made. The development process included steps such as designing a delineation method, and developing an algorithm and modules. DEM(Digital Elevation Model) and FDR(Flow Direction) were used as the major data to automatically delineate catchment areas. The algorithm for the delineation of catchment areas was developed through three stages; catchment area grid extraction, boundary point extraction, and boundary line division. Also, an add-in catchment area delineation module, based on ArcGIS from ESRI, was developed in the consideration of productivity and utility of the program. Using the developed program, the catchment areas were delineated and they were compared to the catchment areas currently used by the government. The results showed that the catchment areas were delineated efficiently using the digital elevation data. Especially, in the regions with clear topographical slopes, they were delineated accurately and swiftly. Although in some regions with flat fields of paddles and downtowns or well-organized drainage facilities, the catchment areas were not segmented accurately, the program definitely reduce the processing time to delineate existing catchment areas. In the future, more efforts should be made to enhance current algorithm to facilitate the use of the higher precision of digital elevation data, and furthermore reducing the calculation time for processing large data volume.

GIS 기반의 하천망분석도 집수구역 자동 분할을 위한 알고리듬 및 모듈 개발

최근 환경에 대한 국민적 관심이 증대되고 있으며 물환경 관련 문제에 대한 신속하고 정확한 대응을 위해 GIS를 활용한 물환경데이터의 분석에 대한 지원요구가 증가함에 따라 물환경데이터의 공간분석을 지원하는 공간네트워크 데이터기반의 하천망분석도를 개발하여 제공하고 있다. 그러나 오염사고 등 사용자의 필요에 따라 수시로 요구되는 공간자료인 집수구역의 분할에 어려움을 겪고 있는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 수치표고모델 및 흐름방향도를 이용한 집수구역 자동 분할 알고리듬 및 모듈 개발을 포함하는 자동분할 프로그램의 개발이 이루어졌다. 집수구역 자동분할 프로그램의 개발은 집수구역 분할 방법 설계, 알고리듬 개발, 모듈 개발의 순서로 진행하였다. 집수구역 분할을 위해 수치표고자료와 이를 기반으로 제작된 흐름방향도를 활용하였다. 집수구역 분할을 위한 알고리듬은 집수구역 격자추출단계, 경계점 추출단계 및 경계선 분할 단계의 3단계로 개발되었으며 집수구역 분할모듈은 프로그램의 생산성과 활용성을 고려하여 ESRI사의 ArcGIS를 기반으로 하는 Add-in 모듈로 개발하였다. 집수구역 자동분할 모듈을 이용하여 실제 집수구역을 분할하였으며, 현재 활용중인 집수구역과 비교 분석하였다. 집수구역 분할 결과 수치표고자료 기반의 집수구역 분할이 원활하게 이루어지는 것을 확인하였다. 특히 지형학적 경사가 명확한 지역은 집수구역의 분할이 정확하고 신속하게 이루어지는 것을 확인할 수 있었다. 논, 밭, 도심지역 등 평평한 곳이나 배수시설이 정비된 지역의 경우 집수구역의 분할이 이루어지지 않는 경우가 있었으나 전반적으로 기존 집수구역의 분할시간을 줄이는데 기여가 클 것으로 판단되었다. 향후에는 보다 정밀한 수치표고자료의 활용이 가능하면서 자료 크기로 인한 계산 시간을 줄이기 위한 알고리듬의 개발이 필요하다.