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공간해상도에 따른 배수경로길이 및 특성유속의 변화
Changes of Drainage Paths Length and Characteristic Velocities in Accordance with Spatial Resolutions 원문보기

한국지형공간정보학회지 = Journal of the korean society for geospatial information science, v.19 no.3, 2011년, pp.107 - 114  

최용준 (한국수자원공사 K-water연구원) ,  김주철 (한국수자원공사 K-water연구원)

초록
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본 연구에서는 격자 형태의 지형학적 분산 개념을 이용한 유출해석 시 적절한 격자 해상도 선정을 위해 배수경로 길이의 통계학적 특성과 유역의 동수역학적 매개변수의 변화 양상을 살펴보았다. 배수경로 길이는 지리정보체계의 8방향 흐름방향 알고리즘을 이용하여 산정하였으며, 이로부터 유역의 동수역학적 매개변수를 산정하였다. 분석을 위해 사용된 지형도는 보편적으로 널리 사용되고 있는 1:5,000과 1:25,000 축적을 이용하였으며 각각 5, 10, 15, 20 m와 20, 30, 50, 100, 150, 200 m의 격자 크기를 적용하였다. 분석결과 하천망의 규모에 따라 격자 해상도별 배수 경로 길이의 통계적 특성이 변화함을 볼 수 있었으며, 이로 인해 유역의 동수역학적 매개변수 역시 변화함을 볼 수 있었다. 이러한 변화양상들을 종합적으로 판단하여 볼 때 격자 형태의 지형학적 분산 개념을 이용하여 유출해석을 수행할 경우 1:5,000 지형도의 경우 하천망이 발달된 유역은 격자 해상도 5m, 하천망의 발달이 적은 지역의 경우에는 5~20m의 격자 해상도에서 유역의 지형학적 특성과 동수역학적 특성을 적절히 표현하는 것으로 나타났으며, 1:25,000 지형도는 두 경우 모두 50 m 이하에서 이상의 특성들을 비교적 적절히 표현하는 것으로 나타났다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this study, when interpreting leakage using the concept of geographical dispersion based on grid, to choose an appropriate spatial resolution, the statistical characteristics of drainage path length and the pattern of change of hydrodynamic parameters have been observed. Drainage path length has ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 격자 형태의 지형학적 분산 개념을 이용한 유출해석시 적절한 격자 해상도 선정을 위해 배수경로 길이의 통계학적 특성과 유역의 동수역학적 매개 변수의 변화 양상을 살펴보았다. 분석결과 지표면과 하천 배수경로 길이의 공분산을 통해 유역의 지표면(혹은 하천)의 형태학적 특성을 계량화 할 수 있었으며, 하천망의 규모에 따라 격자 해상도별 배수경로 길이의 통계적 특성 변화를 확인하고, 이로 인해 유역의 동수역학적 매개변수 역시 변화됨을 볼 수 있었다.
  • 따라서 이러한 축척을 이용하여 100m 이상의 해상도를 적용 시에는 유역의 지형학적 특성 산정에 주의를 기울여야 할 것으로 판단된다. 본 연구에서는 일반적으로 격자 형태의 지형학적 분산 개념을 통한 유출 해석을 수행하는 유역면적 100㎢ 내외의 유역을 대상으로 하천망의 발달형태에 따른 분석을 수행하였다. 따라서 이러한 결과들을 일반화하기 위해서는 향후 다양한 유역 규모에 대한 연구가 추가적으로 수행되어야 할 것으로 판단된다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
격자 형태의 지형학적 분산 개념을 이용하여 유출해석을 수행할 경우 어떤 해상도를 적용하는 것이 용이한가? 분석결과 지표면과 하천 배수경로 길이의 공분산을 통해 유역의 지표면(혹은 하천)의 형태학적 특성을 계량화 할 수 있었으며, 하천망의 규모에 따라 격자 해상도별 배수경로 길이의 통계적 특성 변화를 확인하고, 이로 인해 유역의 동수역학적 매개변수 역시 변화됨을 볼 수 있었다. 이러한 배수경로길이의 통계적 변화특성들의 변화양상을 기반으로 종합적으로 판단하여 볼 때 대상유역과 비슷한 유역규모에 대해 격자 형태의 지형학적 분산 개념을 이용하여 유출해석을 수행할 경우 1:5,000 지형도에서는 하천망이 발달된 유역은 5m의 격자해상도를, 발달이 적은 유역은 5~20m의 격자 해상도를 적용하는 것이 유역의 동수역학적 특성을 비교적 정확하게 모의 할 수 있을 것으로 판단된다(그림 5). 반면 1:25,000 지형도는 100m 이상의 해상도를 적용시 경우에 따라 유역의 지형학적 특성을 제대로 표현하지 못하는 경우가 발생하였다(그림 4).
강우-유출 현상은 어떤 특성과 밀접한 관계를 갖는가? 자연 유역에서 강우-유출 현상은 다양한 요소들의 복합적인 상호작용에 의해 결정된다. 특히 하천망의 형태나 유역경사 등과 같은 지형특성과 밀접한 관계를 갖는다. 즉, 유역의 수문학적 응답특성에 대한 주요 메카니즘은 구릉지사면(hillslope)에 의한 유출의 생성과 하천망(stream network)을 통한 유출의 수송으로 볼 수 있으며, 물리적인 관점에서 볼 때 자연유역은 이상의 두 주요 메카니즘을 통해 강우로 인한 유입량을 바다로 흘려보내는 복합적인 구조의 배수체계(drainage system)가 된다.
물리적인 관점에서의 자연유역은 어떻게 되는가? 특히 하천망의 형태나 유역경사 등과 같은 지형특성과 밀접한 관계를 갖는다. 즉, 유역의 수문학적 응답특성에 대한 주요 메카니즘은 구릉지사면(hillslope)에 의한 유출의 생성과 하천망(stream network)을 통한 유출의 수송으로 볼 수 있으며, 물리적인 관점에서 볼 때 자연유역은 이상의 두 주요 메카니즘을 통해 강우로 인한 유입량을 바다로 흘려보내는 복합적인 구조의 배수체계(drainage system)가 된다. 또한 유역은 지형학적으로 거시적인 규모의 지질구조학적 융기로부터 유수에 의한 국부적인 세굴에 이르기까지 무수히 많은 요인에 의해 끊임없이 진화해 가는 동적시스템으로 구성된다(김주철 등, 2010).
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참고문헌 (17)

  1. 김주철, 최용준, 김재한, 2010, "DEM에 의해 추출된 지형인자의 공간상관성을 기반으로 한 수문학적 응답구조의 해석", 한국지형공간정보학회지, 제18권, 제2호, pp.69-78. 

  2. 박종윤, 이미선, 박근애, 김성준, 2008, "SWAT모형에서 공간 입력자료의 다양한 해상도에 따른 수문-수질 모의 결과의 비교분석", 한국수자원학회논문집, 41권, 11 호, pp.1079-1094. 

  3. 한국건설기술연구원, 2000, 시험유역의 운영 및 수문특성 조사.연구 - 합성단위도 개발을 중심으로. 

  4. Bras, R. L., 1990, Hydrology-An introduction to hydrologic science, Addison Wesley. 

  5. Chaplot, V., 2005, "Impact of DEM mesh size and soil map scale on SWAT runoff, sediment, and NO3-N loads predictions", Journal of Hydrology, Vol.312, pp.207-222. 

  6. Di Lazzaro, M., 2009, "Regional analysis of storm hydrographs in the rescaled width function framework", Journal of Hydrology, doi:10.1016/ j.jhydrol.2009.04.027. 

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  10. Kalin, L., Govindarajua, R. S., and Hantush, M. M., 2003, "Effect of geomorphologic resolution on modeling of runoff hydrograph and sedimentograph over small watersheds", Journal of Hydrology, Vol.276, pp.89-111. 

  11. Lee, K.T. and Chang, C., 2005, "Incorporating subsurface-flow mechanism into geomorphology based IUH modeling", Journal of Hydrology, Vol.311, pp.91-105. 

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  14. Rinaldo, A., Rigon, R. and Marani, M., 1991. "Geomorphological dispersion", Water Resources Research, Vol.27, No.4, pp.513-525. 

  15. Rodriguez-Iturbe, I. and Valdes, J. B., 1979, "The geomorphologic structure of hydrologic response", Water Resources Research, Vol.15, No.6, pp.1409-1420. 

  16. Tucker, G. E., Catani, F., Rinaldo, A. and Bras, R. L., 2001, "Statistical analysis of drainage density from digital terrain data", Geomorphology, Vol.36, pp.187-202. 

  17. Vieux, B. E., and Needham, S., 1993, "Nonpointpollution model sensitivity to grid-cell size", Journal of Water Resources Planning and Management, Vol.119, No.2, pp.141-157. 

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