[논문]배수밀도와 수원유역의 기하학적 특성을 기반으로 한 배수구조에 대한 해석

김주철; 김재한

doi:10.3741/jkwra.2007.40.5.373

배수밀도와 수원유역의 기하학적 특성을 기반으로 한 배수구조에 대한 해석
Analysis of Drainage Structure Based on the Geometric Characteristics of Drainage Density and Source-Basin 원문보기

韓國水資源學會論文集 = Journal of Korea Water Resources Association, v.40 no.5 = no.178, 2007년, pp.373 - 382

김주철 (충남대학교부속 산업기술연구소) , 김재한 (충남대학교 토목공학과)

초록
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수로가 시작되는 지점의 정확한 위치를 찾는 것은 구릉지 사면상의 물의 동적거동으로 인하여 매우 어렵다. 이러한 목적을 위하여, 김주철과 김재한(2007)은 DEM을 이용한 경사와 면적 사이의 규모에 따른 거동특성에 따라 실제 유역내 수로망을 제시한 바 있다. 본 연구는 이들의 연구 성과의 연장으로서, 배수밀도와 수원유역의 기하학적 특성을 기반으로 하여 DEM으로부터 동정된 가설수로망의 신뢰성을 평가하여 보았다. 그 결과 경사-면적한계기준에 의한 가설수로망이 자연유역의 배수구조를 매우 잘 묘사하고 있음을 확인할 수 있었다. 또한 지형학적 동질성을 가진 지역내 수원유역의 형상들 사이에는 훌륭한 기하학적 상사성이 존재함을 추론할 수 있었다. 면적한계기준은 수원유역의 형상을 구속하여 왜곡된 배수구조를 야기할 수도 있었다. 그럼에도 불구하고 DEM으로부터 동정된 가설수로망들이 공간 채움 구조를 잘 표현하고 있는 점이 특히 주목된다.

Abstract ▼ AI-Helper

The exact resolution of channel initiation points is not so easy because of the dynamic behaviors of water movement on the hillslope. To this end, Kim, Joocheol and Kim, Jaehan(2007) have represented the channel network in real world basins for slope-area regimes using DEM. This study is its sequential content and then proposes the reliabilities of the hypothetical channel networks identified from DEM, which are assessed based on the geometric characteristics of drainage density and source-basin. The resulting drainage structures on the natural basin can be found to be depicted remarkably depending on the hypothetical channel network applied by slop-area threshold criterion. In addition, it is shown that there is a wonderful geometric similarity between the shapes of source- basin in a geomorphologically homogeneous region. Area threshold criterion could have restricted the shape of source-basin, so that it might bring about the incorrect drainage structures. But the hypothetical channel networks identified from DEM deserves special emphasis on expressing the space-filling structures nonetheless.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

특히 배수 밀도의 산정에는 Horton의 고전적 모형과 함께 최근 Turker et al.(20B)이 제안한 지표면유동경로에 대한통계학적 접근법을 동시에 적용하여 보다 일반적인 결과를 유도하고자 하였다. 또한 Montgomery and Dietrich(1989)에 의하여 수행된 정밀한 측량성과를 바탕으로 한 수원유역에 대한 분석결과를 기반으로 하여 가설 수로망의 형상에 따른 수원유역의 기하학적 변동성을 고려하여 배수구조의 신뢰성을 평가해보고자 하였다.
(20B)이 제안한 지표면유동경로에 대한통계학적 접근법을 동시에 적용하여 보다 일반적인 결과를 유도하고자 하였다. 또한 Montgomery and Dietrich(1989)에 의하여 수행된 정밀한 측량성과를 바탕으로 한 수원유역에 대한 분석결과를 기반으로 하여 가설 수로망의 형상에 따른 수원유역의 기하학적 변동성을 고려하여 배수구조의 신뢰성을 평가해보고자 하였다. 유역의 기하학적 특성은 포괄적으로 형태적 표현뿐만 아니라 물리적인 양에 대한 개념도 포함한 것으로서 이로부터 수문곡선의 해석이 가능함이 최근에 널리 알려져 있다(김재한, 2005; 김주철 등, 2005; Brierley and Fryirs, 2005).
즉 개별적인 기법에 의하여 DEM으로부터 동정 된 가설 수로망들의 형상이 동일한 유역의 배수구조에 미치는 영향을 분석하여 보다 합리적인 수로망 동정 절차를 찾고자 하는 것이 본 연구의 주된 목적인 것이다. 이를 위하여 대표적인 지형인자들 중의 하나인 배수밀도 (drainage density) 의 특성을 기반으로 하여 배수 구조에 대한 체계적인 분석절차를 수립하고자 하였다. 특히 배수 밀도의 산정에는 Horton의 고전적 모형과 함께 최근 Turker et al.
즉 개별적인 기법에 의하여 DEM으로부터 동정 된 가설 수로망들의 형상이 동일한 유역의 배수구조에 미치는 영향을 분석하여 보다 합리적인 수로망 동정 절차를 찾고자 하는 것이 본 연구의 주된 목적인 것이다. 이를 위하여 대표적인 지형인자들 중의 하나인 배수밀도 (drainage density) 의 특성을 기반으로 하여 배수 구조에 대한 체계적인 분석절차를 수립하고자 하였다.

가설 설정

따라서 본 연구에서는 Eqs. (7), ⑻을 유의한 (significant) 지형인자로서 가정하고 유역의 형상평가에 적용해 보도록 한다.

제안 방법

선정하였다. DEM의 생성에는 국립지리원에서 발행한 1:25,000 축척의 수치지도를 적용하였고 pixel의 해상도는 20m X20%로 하였다. 지 형분석 S/W 로는 Arc Info와 Arc View를 적용상의 편의에 따라 병용하였다.
역의 pixel 분포도에 경사-면적한계기준에 의하여 추출된 m 역의 pixel을 추가하여 작성하였다. 본 연구에서는 Fig. 4에서 수지상의 형태로 단일한 수로망을 형성하는 pixel들만을 수로성분으로 하였다. Fig.
본 연구에서는 배수밀도와 수원유역의 기하학적 특성을 기반으로 하여, 전적비교 유역에 대한 수치 지도 수로망 및 면적한계기준과 경사-면적한계기준에 따라 각각 동정된 가설수로망 등, 총 3개 수로망의 형태에 따른 배수구조를 분석하여 보았다. 이상으로부터의 결론을 요약하면 다음과 같다.
3은 전적비교 유역의 국부경사와 기여면적 사이의 거동특성에 따른 권역 도로서 I, II역의 pixel들은 각각 발산지형과 수렴 지형에 해당하는 지표면성분이고 IV역의 pixel들은 수로 성분에 해당한다(Ijjasz-Vasquez and Bras, 1995; 김주철과 김재한, 2007). 이에 따라 m, IV역의 경계에 해당하는 기여면적 0.224km2(흐름누적 : 560)을 한계지지면적으로 하여 면적한계기준에 의한 수로성분을 추출하였다. DI역은 지표면성분과 수로성분 pixel들이 공존하는 구간으로서 Fig.

대상 데이터

본 연구에서는 설마천 시험유역의 전적비교 유역을 대상 유역으로 선정하였다. DEM의 생성에는 국립지리원에서 발행한 1:25,000 축척의 수치지도를 적용하였고 pixel의 해상도는 20m X20%로 하였다.
본 연구의 대상유역인 전적비교유역의 유역면적은 20m X 20m 해상도 (pixel 의 규모)의 격자 상에서 8.455fcm²(pixels 개수 : 21, 138)로 산정되었다(김주철과 김재한 2007).

이론/모형

대상유역의 수로망을 김주철과 김재한(2007)이 제시한 면적한계기준과 경사-면적한계기준 절차에 따라 개별적으로 동정하였다. 본 연구에서 수행된 동정 절차를 간략히 소개하면 다음과 같다.
대상유역의 지표면유동길이를 Turker et al. (2001)의방법(Fig. 1)을 이용하여 pixel별로 계량하였다. Figs.

성능/효과

1) 대상유역의 지표면유동거리를 pixel별로 산정해본 결과, 3개 수로망 모두에서 지표면유동경로의 공간적 변동성을 확인할 수 있었다. 이로부터 배수 밀도는 공간적 변동성을 무시할 수 없는 지형 학적 인자임을 추론할 수 있다.
2) Shreve의 link분류법에 따라 대상유역의 배수 구조를 도시하여본 결과, 3개의 수로망이 마치 자연유역의 진화과정과 유사하게 나타나는 것을 볼 수 있었다. 이들이 동일한 시점에 대한 집수평면과 등고선을 기반으로 하고 있음을 감안할 때 본 연구에서 DEM으로부터 동정한 가설수로망이 수로망의 공간-채움 구조를 보다 신뢰성 있게 묘사하고 있는 것으로 판단할 수 있었다.
3) 배수밀도를 이용하여 산정된 단위면적 당 평균 폭 및 형상계수로부터 경사-면적한계기준에 의한 수로망이 대상유역의 배수구조를 가장 잘 묘사하고 있음을 확인할 수 있었다. 특히 면적한계 기준과 경사-면적한계기준에 의한 수로망들은 시각적으로 매우 유사한 형태의 망상구조를 보임에도 불구하고 개별적인 배수구조를 가질 수 있음을 볼 수 있었다.
4) 수원유역의 특성길이와 배수면적 사이의 상관성에 대한 분석 결과, 면적한계기준의 경우 수원유역의 형상을 구속하여 왜곡된 배수구조를 모의할 수 있음을 확인할 수 있었다. 경사-면적한계 기준에 의한 수원유역들의 형상은 Montgomery and Dietrich(1989)가 주장한 바와 같이 기하학적 상사성을 가질 수 있음이 예상되었다.
이들이 동일한 시점에 대한 집수평면과 등고선을 기반으로 하고 있음을 감안할 때 본 연구에서 DEM으로부터 동정한 가설수로망이 수로망의 공간-채움 구조를 보다 신뢰성 있게 묘사하고 있는 것으로 판단할 수 있었다.
(9) 로부터 산정하였다. 주지할 만한 사항은 6란의 변동계수(표준편차와 평균의 비)에 대한 산정결과로서 3개 수로망 모두에서 지표면유동경로의 공간적 변동성을 확인할 수 있다. 이로부터 배수밀도는 공간적 변동성을 무시할 수 없는 지형학적인자임을 추론할 수 있다.
확인할 수 있었다. 특히 면적한계 기준과 경사-면적한계기준에 의한 수로망들은 시각적으로 매우 유사한 형태의 망상구조를 보임에도 불구하고 개별적인 배수구조를 가질 수 있음을 볼 수 있었다.
이는 유역의 전반적인 형상과 국부적인 형상을 개별적으로 평가하는 모순된 결과로서 판단된다. 흥미로운 사항은 면적한계 기준과 경사-면적한계기준 수로망들에 대한 Fu의 산정 결과로서 시각적으로 매우 유사한 형태의 망상구조 (Figs. 6 and 7)임에도 불구하고 개별적인 결과를 보임을 알 수 있다. 이로부터 2란의 F와 4란의 Fu가 거의 유사한 값을 보이는 경사-면적한계기준에 의한 수로망이 대상유역의 배수구조를 가장 잘 묘사하고 있는 것으로 판단된다.

후속연구

유역의 기하학적 특성은 포괄적으로 형태적 표현뿐만 아니라 물리적인 양에 대한 개념도 포함한 것으로서 이로부터 수문곡선의 해석이 가능함이 최근에 널리 알려져 있다(김재한, 2005; 김주철 등, 2005; Brierley and Fryirs, 2005). 따라서 본 연구를 통하여 얻어지는 결과들은 자연유역의 배수구조 및 이를 통한 강우-유출 현상의 근본적인 특성에 대한 이해를 한층 더 향상시킬수 있는 수단을 제공할 수 있을 것으로 판단된다.
여기서 Table 4의 결과는 Montgomery and Dietrich(1989)가 제시한 대표치들과는 다소 차이를 보임을 확인할 수 있다. 하지만 본 연구의 결과는 한정된 범위(표본 유역)의 지형분석으로부터 얻은 결과로서 추후 국내 유역에 대한 광범위한 조사를 기반으로 그 신뢰성을 검증하여야 할 것으로 보인다.

참고문헌 (23)

김재한(2005), 수문계의 수학적 모형, 선형계를 중심으로, 도서출판새론, 373-375
김주철, 김재한(2007), 'DEM을 이용한 수로망의 형태학적 표현', 한국수자원학회논문집, 40(4), 287-297

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김주철, 윤여진, 김재한(2005), 'Nash 모형의 지체시간을 이용한 GIUH유도', 한국수자원학회논문집, 38(10), 801-810

원문보기 상세보기
Abraham, A. D,(1984), 'Channel network: A geomorphological perspective', Water Resources Research, 20(2), 161-188

상세보기
Bras, R. L.(1990), Hydrology, An introduction to hydrologic science, Addison Wesley, 574
Brierley, G. J. and Fryirs(2005), Geomorpholgy and river management, Application of the river styles framework, Blackwell Publ, 22
Brutsaert, W. and Nieber, J. (1977), 'Regionalized drought flow hydrographs from a matured glaciated plateau', Water Resources Research, 13(3), 637-643

상세보기
Eagleson, P. S.(1970) Dynamic Hydrology, McGraw Hill
Giannoni, F., Roth, G. and Rudari, R.(2005), 'A procedure for drainage network identification from geomorphology and its application to the prediction of the hydrologic response', Advances in Water Resources, 28, 567-581

상세보기
Gregory, K. J. and Walling, D. E.(1973), Drainage basin form and process, A geomorphological approach, Edward Arnold, 51
Ijjasz-Vasquez, E. J. and Bras, R. L.(l995), 'Scaling regimes of local slope versus contributing area in digital elevation models', Geomorphology, 12, 299-311

상세보기
La Barbera, P. and Rosso, R.(1989), 'On the fractal dimension of stream networks', Water Resources Research, 25(4), 735-741

상세보기
Montgomery, D. R. and Dietrich, W. E.(1989), 'Source area, drainage density, and channel initiation', Water Resources Research, 25(8), 1907-1918

상세보기
Montgomery, D. R. and Foufoula-Georgiou, E.(1993), 'Channel network source representation using digital elevation models', Water Resources Research, 29(12), 3925-3934

상세보기
O'Callaghan, J. F. and Mark, D. M.(1984), 'The extraction of drainage networks from digital elevation data', Computer Vision, Graphics, and Image Processing, 28, 324-344
Rodriguez-Iturbe, I. and Valdes, J. B.(1979), 'The geomorphologic structure of hydrologic response', Water Resources Research, 15(6), 1409-1420

상세보기
Rodriguez-Iturbe, I. and Rinaldo, A.(2003), Fractal river basins, Chance and self-organization, Cambridge, 27
Shreve, R. L.(1966), 'Statistical law of stream numbers', Journal of Geology, 74, 17-37

상세보기
Smart, J. S.(1972), 'Channel Networks', Advances in Hydroscience, 8, 305-346
Strahler, A. N.(1964), 'Quantitative geomorphology of drainage basins and channel networks', pp. 4.39-4.76, In: Handbook of Applied Hydrology. McGraw-Hill
Tarboton, D. G., Bras, R. L. and Rodriguez-Iturbe, I.(1988), 'The fractal nature of river networks', Water Resources Research, 24(8), 1317-1322

상세보기
Tarboton, D. G., Bras, R. L. and Rodriguez-Iturbe, I.(1992) 'A physical basis for drainage density', Geomorphology, 5, 59-76

상세보기
Turker, G. E., Catani, F., Rinaldo, A. and Bras, R. L.(2001) 'Statistical analysis of drainage density from digital terrain data', Geomorphology, 36, 187-202

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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