습지는 수문학적으로나 생태학적으로 매우 중요한 기능을 가지고 있으며, 이러한 기능에 대한 연구를 수행하기 위해서는 수문학적 측면, 즉, 물의 양과 같은 기초 연구가 중요하다. 그러나 우리나라에서는 아직 이러한 연구가 거의 없는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 내륙성 습지 연구의 기반이 될 수 있는 작은 습지들에 대한 체적(V)-면적(A)-깊이(h)의 관계를 산정하고자 하였다. 이들 관계를 산정하기 위하여 우선 기본 방정식을 유도하고, 실제 대상습지에 대한 측량자료를 획득하여 모형화 한 후 Surfer프로그램을 이용해 A-h 및 V-h의 관계를 구하였다. 5개의 대상습지에 대해 방정식에 의한 추정치와 실측치를 비교한 결과, 4개의 습지는 오차가2∼11 %의 범위에 있었고 나머지는 34 %의 오차를 보였다. 작은 오차를 보인 습지는 방정식에서 가정한 단면과 유사한 양상을 보였고, 큰 오차를 보인 습지는 가정 단면과 아주 상이한 형상을 보였다. 본 연구에서 조사한 습지들 중 경사부분에서 절곡이 나타난 W3, W4, W5와 같은 경우는 체적의 오차비율이 크게 나타났는데 절곡부분을 기준으로 습지의 형상을 상하로 구분하여 체적을 재산정 하였다. 재산정 결과 오타 비율이 1∼8 % 이내로 양호한 결과를 보여 주었다. 본 연구에서 이용한 절차는 차후 우리나라 습지에 대한 V-A-h의 관계를 산정 할 때 유용한 기초자료로 이용될 수 있을 것으로 판단된다.
습지는 수문학적으로나 생태학적으로 매우 중요한 기능을 가지고 있으며, 이러한 기능에 대한 연구를 수행하기 위해서는 수문학적 측면, 즉, 물의 양과 같은 기초 연구가 중요하다. 그러나 우리나라에서는 아직 이러한 연구가 거의 없는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 내륙성 습지 연구의 기반이 될 수 있는 작은 습지들에 대한 체적(V)-면적(A)-깊이(h)의 관계를 산정하고자 하였다. 이들 관계를 산정하기 위하여 우선 기본 방정식을 유도하고, 실제 대상습지에 대한 측량자료를 획득하여 모형화 한 후 Surfer프로그램을 이용해 A-h 및 V-h의 관계를 구하였다. 5개의 대상습지에 대해 방정식에 의한 추정치와 실측치를 비교한 결과, 4개의 습지는 오차가2∼11 %의 범위에 있었고 나머지는 34 %의 오차를 보였다. 작은 오차를 보인 습지는 방정식에서 가정한 단면과 유사한 양상을 보였고, 큰 오차를 보인 습지는 가정 단면과 아주 상이한 형상을 보였다. 본 연구에서 조사한 습지들 중 경사부분에서 절곡이 나타난 W3, W4, W5와 같은 경우는 체적의 오차비율이 크게 나타났는데 절곡부분을 기준으로 습지의 형상을 상하로 구분하여 체적을 재산정 하였다. 재산정 결과 오타 비율이 1∼8 % 이내로 양호한 결과를 보여 주었다. 본 연구에서 이용한 절차는 차후 우리나라 습지에 대한 V-A-h의 관계를 산정 할 때 유용한 기초자료로 이용될 수 있을 것으로 판단된다.
The wetland has very important functions in hydrologic and ecological aspects and the research of wetland functions requires the basic hydrological properties such as water quantity. However, we do not have a research work on the hydrological properties for a wetland study in Korea. Therefore, this...
The wetland has very important functions in hydrologic and ecological aspects and the research of wetland functions requires the basic hydrological properties such as water quantity. However, we do not have a research work on the hydrological properties for a wetland study in Korea. Therefore, this study is to estimate the relations between the volume(V), the area(A), and the depth(h) of water in the wetland which might be the basis for the wetland research in Korea. To estimate the relations, we derive the basic equations, obtain the surveyed data and do modelling, and estimate the relations of A-h and V-h using the Surfer program. The estimated and observed volumes for 5-wetland are compared and the errors are in the range of 2 % to 11 % for 4-wetland and 34 % for the rest. The wetlands in small errors showed the similar ones with the profile of the wetted perimeter which is assumed for the derivation of the equation but the wetland of large error has much different profile with the assumed one. We re-estimate the volumes for 3-wetland(W3, W4, W5) which showed the large errors due to the bended profiles of the wetland slopes. say, after the slopes was divided into two parts of upper and lower ones, the volumes were estimated. From our re-estimation, we obtained very good results ranged from 1 % to 8 % in their errors. We conjecture that the procedure suggested in this study might be useful as a reference for the future research on the relations of V-A-h in Korea.
The wetland has very important functions in hydrologic and ecological aspects and the research of wetland functions requires the basic hydrological properties such as water quantity. However, we do not have a research work on the hydrological properties for a wetland study in Korea. Therefore, this study is to estimate the relations between the volume(V), the area(A), and the depth(h) of water in the wetland which might be the basis for the wetland research in Korea. To estimate the relations, we derive the basic equations, obtain the surveyed data and do modelling, and estimate the relations of A-h and V-h using the Surfer program. The estimated and observed volumes for 5-wetland are compared and the errors are in the range of 2 % to 11 % for 4-wetland and 34 % for the rest. The wetlands in small errors showed the similar ones with the profile of the wetted perimeter which is assumed for the derivation of the equation but the wetland of large error has much different profile with the assumed one. We re-estimate the volumes for 3-wetland(W3, W4, W5) which showed the large errors due to the bended profiles of the wetland slopes. say, after the slopes was divided into two parts of upper and lower ones, the volumes were estimated. From our re-estimation, we obtained very good results ranged from 1 % to 8 % in their errors. We conjecture that the procedure suggested in this study might be useful as a reference for the future research on the relations of V-A-h in Korea.
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문제 정의
국내에서는 습지를 수문학적으로 분류한 사례가 전무한 실정이어서 본 연구에서 습지의 연구 대상 습지의 수가 충분한 해석과 결론을 내리기에는 많은 문제점과 한계점이 있으나, 우리나라 습지의 수문학적 측면에 대한 기초연구로 향후 습지의 정량적인 연구의 방향을 제시하고자 하였다. 차후 우리나라의 전체 습지에 대한 연구 및 토사와의 관계 등을 연계하여 습지의 생성과 소멸에 관한 연구 등이 필요할 것으로 사료된다
그러나 통상습지는 비대칭일 뿐만 아니라 복잡한 모양을 가지고 있어 어느 한 단면으로 그 습지의 형상을 정확히 표현할 수는 없다 본 연구에서는 습지의 경사가 습지의 형상계수에 의해 영향을 받을 수 있는 깊이의 수심을 가지고 있으며, A-h 및 VT의 관계가 역함수로 표현될 수 있다고 가정하고, 이들 관계에 대한 1차 방정식을 유도하기 위하여 Hayashi와 Kamp (2000)가 수행한 연구를 근거로 수학적인 기본 이론을 전개하고자 한다. 여기서 A-h와 V-h관계는 상호 의존적이라 추론할 수 있으므로 이를 근거로 식을 유도하기로 한다.
물의 정량적인 연구는 습지의 기능 및 가치 그리고 생태학적 연구에 있어 가장 기본적인 요소라 할 수 있을 것이다. 따라서 본 연구에서는 습지연구의 토대가 될 수 있는 내륙 성 습지의 체적(volume, V)-면적(area, 4)-수심(depth, h)에 대한 관계를 도출하고자 한다. 이와 관련된 연구 동향을 살펴보면, 호수의 수학적인 모델링을 연구한 Gates 와 Dissendorf (1977)는 추계학적 힘의 상호작용에 의한 호수 수위의 변동을 모형화하기 위하여 체적이 면적에 비례한다고 가정하였으며, Bengtsson 과 Malm(1977) 은 기후조건에 따른 호수 수위의 민감도 분석을 위해 면적이 수위의 제곱에 비례한다고 가정하였다.
본 연구는 국내의 전체 습지를 대상으로 하기보다는 특정 지역 습지들의 체적-면적-깊이에 대한 관계를 규명하고자 하였다. 대상습지의 체적(V9-면적C4)-깊이 S)관계를 조사하여 국내 내륙습지에 적용할 수 있는 의계수들을 산출하여 적용성을 검토하여 보았다 표3 과 림 14〜18에서 보여지는 단면과 비교 검토해 보 면 W1 과 같은 경우는 습지의 형상이 좌우 대칭이며, 완만한 경사일 경우 오차비율이 다른 습지들에 비교하여 양호한 결과를 보였으나, 습지의 형상이 W2와 같이 비대칭인 경우와 경사부분에서 절곡 부분이 나타난 W3, W4, W5와 같은 경우 체적의 오차비율이 크게 나타난 것은 처음 가정한 습지의 형상이 대칭적인 경우에 위배되었기 때문으로 판단된다.
본 연구에서 습지들의 체적(V)과 면적 G4) 그리고 깊이 S) 사이의 관계를 조사하였다.
가설 설정
따라서 본 연구에서는 습지연구의 토대가 될 수 있는 내륙 성 습지의 체적(volume, V)-면적(area, 4)-수심(depth, h)에 대한 관계를 도출하고자 한다. 이와 관련된 연구 동향을 살펴보면, 호수의 수학적인 모델링을 연구한 Gates 와 Dissendorf (1977)는 추계학적 힘의 상호작용에 의한 호수 수위의 변동을 모형화하기 위하여 체적이 면적에 비례한다고 가정하였으며, Bengtsson 과 Malm(1977) 은 기후조건에 따른 호수 수위의 민감도 분석을 위해 면적이 수위의 제곱에 비례한다고 가정하였다. 또한 O'Connor(1989)는 호수와 저수지의 용존고형물에 대한 변동을 시뮬레이션하기 위해 가정한 체적이 수위에 이승에 비례하고, 면적은 수위의 m2승에 비례한다고 가정하였다.
제안 방법
대상습지의 모형화는 충남 청양게 대한1/25, 000의 수치지형도(Digital Elevation Maps)를 기초로 하였으며, 지형도 내에서 등고선 표고점, 수준점의 고도와 관련된 데이터만이 필요하므로 전체 지형도에서 고도와 관계된 레이어(layer)만을 추출하는 작업이 필요하다. DXF file 형식으로 구축된 벡터(vector) 데이터로부터 레스터(raster) 형식의 수치고도 자료를 생성하기 위해서는 다음과 같은 단계를 거쳐야 한다.
차 비율이 다른 습지들에 비교하여 양호한 결과를 보였으나, 습지의 형상이 W2같이 비대칭인 경우와 경사부분에서 절곡 부분이 나타난 W3, W4, W5와 같은 경우는 체적의 오차비율이 크게 나타났다. 따라서 표4에서 보여지는 바와 같이 절곡 부분을 기준으로 습지의 형상을 상하로 구분하여 V를 재산정하였다. 재산정 결과 체적의 오차비율이 1 〜8% 이내로 양호한 결과를 보여 주었다.
또한 습지 이외의 지형지물 및 고도값이 0을 가지고 있는 자료는 질의 고도(query elevation)에 의해 제거하였다. 습지의 측량은 다른 하천 측량과 유사하나 다른 점은 습지가 물로 덮여 있는 부분을 셀 형식의 격자망을 짜서 측량을 실시하였으며, 수심 측량은 정밀도가 높은 광파 거리측정기(Total Station)로 측량하였다
본 연구에서 선정한 대상습지들을 그림 5〜8과 같이 3D 모형화한 후 02 m 간격으로 수위를 증가시켜 습지들의 체적과 면적을 산정하였다 체적과 면적을 산정하기 위하여 SURFER 프로그램을 이용하였으며, 표 1과 같이 정리하였다.
습지의 셀 간격은 5 m X 5이의 격자망을 짜서 측량하였으며, 수치 지형도에서 ArcView를 통하여 추출한 X, Y, Z 지형자료와 측량자료를 기초로 하여 SURFER Program(Golden Software, 2001)을 이용, 그림 5~8과 같이 3D 모형을 생성하였다. 대상습지에 대한 모델링 절차를 간단히 정리하면 그림 4와 같다.
또한 습지 이외의 지형지물 및 고도값이 0을 가지고 있는 자료는 질의 고도(query elevation)에 의해 제거하였다. 습지의 측량은 다른 하천 측량과 유사하나 다른 점은 습지가 물로 덮여 있는 부분을 셀 형식의 격자망을 짜서 측량을 실시하였으며, 수심 측량은 정밀도가 높은 광파 거리측정기(Total Station)로 측량하였다
DXF file 형식으로 구축된 벡터(vector) 데이터로부터 레스터(raster) 형식의 수치고도 자료를 생성하기 위해서는 다음과 같은 단계를 거쳐야 한다. 즉 본 연구에서 습지의 표현은 지형도 상에서 EL.0 이로 표현되기 때문에 습지의 레이어에 고도를 삽입하고 지형도 상에서 누락된 습지의 하부를 수심 측량을 통하여 수치 지형도에서 누락된 레이어를 삽입하였다.
대상 데이터
본 연구에서 선정된 습지들의 면적은 1, 471.1 〜 6, 435.5 (㎡)까지 비교적 작은 습지에 속하며 습지의 수심은 2, .O m ~ 4.
본 연구의 대상습지들은 차령산맥의 여맥이 동북에서 서남으로 뻗어서북부의 동남부로 나뉘어지고 있으며, 도립공원 칠갑산(561 m)를 비롯하여 월산(575 m), 구봉산(180 m), 우산, 비봉산대박산 등 구릉이 탁월하여 비교적 경지가 적으나 산간 분지는 논으로 이용되고 있다. 청양군 관내에서 넓은 들로는 지천 유역의 고리섬들과 금강유역의 장수평들, 무한천 유역의 가남평 야 등이 있으며 충남 중부에 위치해 있는 청양군의 면적은 479.
본 연구의 대상습지들은 충청남도의 중앙에 위치한 청양군으로 동쪽은 공주시, 서쪽은 보령시, 남쪽은 부여군 북쪽은 예산군과 인접하여 있다 이 지역에 있는 5곳의 습지를 연구 대상 지역으로 선정하였으며, 위치는 아래 그림3과 같다.
데이터처리
여기서장?단반 경 각각에 대한 평균 P를 구할 때는 습지의 기하학적인 습지의 형상을 잘 표현할 수 있는 기하 평균을 이용하고, 장?단 반경 전체에 대한 평균를 구할 때는 장 . 단 반경에 대한 길이의 비를 가장 잘 표현할 수 있는 조화 평균을 이용하였다. 그림 9는 선정된 습지들의 A-/Z관계를 나타내고, 그림 10은 선정된 습지들의 습지들의 V-h관계를 보여주고 있다.
성능/효과
대상습지의 체적(V9-면적C4)-깊이 S)관계를 조사하여 국내 내륙습지에 적용할 수 있는 의계수들을 산출하여 적용성을 검토하여 보았다 표3 과 림 14〜18에서 보여지는 단면과 비교 검토해 보 면 W1 과 같은 경우는 습지의 형상이 좌우 대칭이며, 완만한 경사일 경우 오차비율이 다른 습지들에 비교하여 양호한 결과를 보였으나, 습지의 형상이 W2와 같이 비대칭인 경우와 경사부분에서 절곡 부분이 나타난 W3, W4, W5와 같은 경우 체적의 오차비율이 크게 나타난 것은 처음 가정한 습지의 형상이 대칭적인 경우에 위배되었기 때문으로 판단된다. 따라서 본 연구에서는 절곡 부분을 기준으로 습지의 형상을 상하로 구분하여 V를 재산정하였다 재산정 결과 오차비율이 1〜8% 이내로 양호한 결과를 보여 주었다.
표 3에서 보여지는 대상습지의 체적에 대한 실측치와 계산치는 그림 14〜18에서 보여지는 단면과 비교 검토 해보면 W1 같은 경우는 습지의 형상이 좌우 대칭이며, 완만한 경사일 경우오.차 비율이 다른 습지들에 비교하여 양호한 결과를 보였으나, 습지의 형상이 W2같이 비대칭인 경우와 경사부분에서 절곡 부분이 나타난 W3, W4, W5와 같은 경우는 체적의 오차비율이 크게 나타났다. 따라서 표4에서 보여지는 바와 같이 절곡 부분을 기준으로 습지의 형상을 상하로 구분하여 V를 재산정하였다.
후속연구
국내에서는 습지를 수문학적으로 분류한 사례가 전무한 실정이어서 본 연구에서 습지의 연구 대상 습지의 수가 충분한 해석과 결론을 내리기에는 많은 문제점과 한계점이 있으나, 우리나라 습지의 수문학적 측면에 대한 기초연구로 향후 습지의 정량적인 연구의 방향을 제시하고자 하였다. 차후 우리나라의 전체 습지에 대한 연구 및 토사와의 관계 등을 연계하여 습지의 생성과 소멸에 관한 연구 등이 필요할 것으로 사료된다
Golden Software(1999). SUFER for Windows user's Guide
Hayashi. M and Kamp. G.V.(2000). 'Simple equations to represent the volume-area-depth relations of shallow wetlands in small topographic depressions', Journal of Hydrology, 237, pp.74-85
O'Connor, D.J.(1989). 'easonal and long-term variations of dissolved solids in lakes and reservoris', Journal of Environmental Engineering, 115, pp.1213-1234
Smith, R.D., Ammann, A., Bartoldus, C. and Brinson, M.M.(1995). A Hydrogeomor-phic Classification, Reference Wetlands, and Functional indices, Report WRP-DE-9, U.S. Army Engineer Research and Development Center Environmental Laboratory, Wethlands Research Program Technical Report WRPDE-9
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