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[국내논문] 기후와 지형 특성이 수문분할과 식생반응에 미치는 영향
Effect of Climate and Landscape Characteristics on Hydrologic Partitioning and Vegetation Response 원문보기

Journal of Korea Water Resources Association = 한국수자원학회논문집, v.46 no.7, 2013년, pp.735 - 744  

박윤경 (부경대학교 환경해양대학 환경공학과) ,  최민하 (한양대학교 공과대학 건설환경공학과) ,  안재현 (서경대학교 이공대학 토목건축공학과) ,  김상단 (부경대학교 환경해양대학 환경공학과)

초록
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본 연구에서는 기후와 지형특성에 따라 유역의 수문학적 분할과 식생이 어떠한 영향을 받는지가 분석된다. 수문학적 분할은 Horton 지수를 이용하여 정량화되며, 지역의 기후특성과 Horton 지수 사이의 관계가 탐색된다. 또한 지역 기후특성을 이용한 Horton 지수의 예측력과 지역 기후특성뿐만 아니라 지형특성을 이용한 Horton 지수의 예측력을 비교함으로써 지형특성이 수문학적 분할에 미치는 상대적인 공헌도가 분석된다. 마지막으로 정규화 식생지수에 대한 건조지수와 Horton 지수의 예측력을 살펴봄으로써, 식생반응에 대한 기후 및 지형특성의 영향이 추정된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The effect of climate and landscape characteristics on hydrologic partitioning and vegetation response is analyzed in this study. After quantifying hydrologic partitioning using the Horton index, the relation between regional climate characteristics and the Horton index is investigated. In addition,...

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문제 정의

  • 본 연구의 주된 목적은 유역 생태계의 물 순환에 대한 기후와 지형의 역할을 평가하는 것이다. 분석은 기후의 변동성, 식생 프로세스, 물리적인 지형 특성 등이 통합된 유역 스케일에서 이루어진다.
  • 분석은 기후의 변동성, 식생 프로세스, 물리적인 지형 특성 등이 통합된 유역 스케일에서 이루어진다. 유역 스케일에서의 지형특성과 기후특성이 Horton 지수의 유역별 차이를 얼마나 설명할 수 있는지, Horton 지수의 유역별 차이점에 대한 기후와 지형특성 각각이 가지는 상대적인 공헌도는 어느 정도 되는지를 살펴볼 것이다. 또한, 식생에 대한 Horton 지수의 예측력은 어느 정도인지를 추가적으로 추정함으로써, 기후와 지형특성이 수문분할과 식생반응에 미치는 영향을 분석하고자 한다.
  • 기저 유출량이 최대가 되는 경우는 지표 유출이 발생하지 않는 시점의 유출량과 동일하기 때문이다. 또한, 본 연구에서는 Digital Filter의 적용 시에 유출량 자료를 시계열 역방향과 순방향으로 총 2번의 필터링을 수행함으로써 자료가 가지고 있을지 모르는 오차를 줄이고자 하였다.
  • 앞서 산정된 Horton 지수와 기후요소 사이의 관계식들 중 가장 적합하다고 판단되는 기후-Horton 지수 모형에 유역의 지형특성을 나타내는 표고와 경사를 이용하여 기후특성뿐만 아니라 지형특성이 Horton 지수에 얼마나 영향을 미치는지 확인하고자 하였다. 또한, 추가적으로 식생에 대해서 기후와 지형적인 요인의 상대적 중요성을 선형회귀분석을 통하여 분석하고자 하였다.
  • 앞서 산정된 Horton 지수와 기후요소 사이의 관계식들 중 가장 적합하다고 판단되는 기후-Horton 지수 모형에 유역의 지형특성을 나타내는 표고와 경사를 이용하여 기후특성뿐만 아니라 지형특성이 Horton 지수에 얼마나 영향을 미치는지 확인하고자 하였다. 또한, 추가적으로 식생에 대해서 기후와 지형적인 요인의 상대적 중요성을 선형회귀분석을 통하여 분석하고자 하였다. 이때, NDVI, Horton 지수, 건조지수는 무차원으로 차원이 같으며, 서로 비슷한 스케일을 가지고 있으나 기후자료의 경우 차원이 존재하며, NDVI 등과의 스케일에 차이가 있기 때문에 각 자료의 평균으로 정규화된 자료를 분석에 적용하였다.
  • Horton 지수와 기후-지형 특성 분석에 앞서서 Horton 지수가 얼마나 유역의 생태수문구조를 설명할 수 있는지에 대해서 확인하고자 하였다. Fig.
  • 본 절에서는 식생에 대한 Horton 지수의 예측력은 어느 정도 될 것인지 분석함으로써, 기후와 지형특성이 식생반응에 미치는 영향을 살펴보고자 하였다. Fig.
  • 본 연구에서는 기후와 지형특성에 따라 유역의 수문학적 분할과 식생이 어떠한 영향을 받는지를 분석하였다. 이를 위하여 안동댐, 임하댐, 밀양댐, 합천댐, 충주댐, 횡성댐, 소양강댐, 용담댐, 보령댐, 부안댐, 섬진강댐 상류 유역을 대상으로 수문자료, 식생, 유역 특성자료를 수집하여 분석에 이용하였다.
  • 마지막으로 Horton 지수와 기후, 지형 사이의 관계로부터 이를 식생 동역학과 연결시키고자 하였다. 물과 에너지의 제한된 조건하에서 식생에 의하여 결정되는 증발산량은 일반적으로 유역의 물수지에서 매우 큰 부분을 차지하고 있다.
  • 유역 스케일에서의 지형특성과 기후특성이 Horton 지수의 유역별 차이를 얼마나 설명할 수 있는지, Horton 지수의 유역별 차이점에 대한 기후와 지형특성 각각이 가지는 상대적인 공헌도는 어느 정도 되는지를 살펴볼 것이다. 또한, 식생에 대한 Horton 지수의 예측력은 어느 정도인지를 추가적으로 추정함으로써, 기후와 지형특성이 수문분할과 식생반응에 미치는 영향을 분석하고자 한다.

가설 설정

  • 1). Horton은 연 강수량의 큰 변동성에도 불구하고 Horton 지수가 상대적으로 일정함을 발견하였으며, 이로부터 식물 생태계는 이용가능한 물과 에너지로부터 Horton 지수를 최대화시키는 방향으로 적응하다는 가설을 세우게 된다. 기후특성으로부터 유도된 잠재적으로 이용가능한 물과 에너지의 비인 건조지수와 비교할 때, Horton 지수에서 식생이 이용 가능한 물은 주로 지형과 토양에 영향을 받는다는 점을 제외하면 Horton 지수는 건조지수와 개념적으로 유사한 측면이 있다.
  • Eq. (1)에 적용 시 기저유출량은 총 유출량 이상 산정될 수 없음에 유의하여야 한다. 기저 유출량이 최대가 되는 경우는 지표 유출이 발생하지 않는 시점의 유출량과 동일하기 때문이다.
  • 유역의 경사는 수문분할에 있어서는 매우 중요한 지형 특성임을 살펴보았는데, 이러한 원인은 유역에 떨어진 강수량이 최종적으로 증발산량이 될지 또는 기저유량으로 갈지에 대하여 영향을 미치기 때문으로 판단된다. 즉, 매우 경사가 심한 유역의 경우 토양 습윤량은 기저유량으로 갈 확률이 보다 높을 것이다. 경사가 심한 유역에서는 물을 토양에 저류할 수 있는 지체시간이 상대적으로 짧을 수밖에 없으며, 따라서 경사가 완만한 유역과 비교할 때 증발산 작용에 노출될 시간이 짧아지기 때문이다(Yoko et al.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
식생의 역할은 무엇인가? 식생은 증산작용을 통하여 토양수분 동역학에 매우 많은 영향을 미치며, 따라서 유역 물 순환 작용에 있어서도 중요한 역할을 한다(Brutsaert, 1988). 식생에 의하여 기화 되는 물의 양은 식생의 종류와 밀도, 식물의 생화학적 생리학적 특성, 영양상태, 토양 및 지형특성, 기온, 이산화탄소 농도, 습도 등에 영향을 받아 매우 복잡하게 결정되나, 주된 결정요소는 증산에 이용할 수 있는 에너지의 양과 강우에 의해 공급받는 토양 습윤량이다(L’vovich, 1979; Shutleworth, 1988).
Horton 지수가 생태수문학적인 이론을 정립할 때 중요하게 적용되는 이유는 무엇인가? Horton은 연 강수량의 큰 변동성에도 불구하고 Horton 지수가 상대적으로 일정함을 발견하였으며, 이로부터 식물 생태계는 이용가능한 물과 에너지로부터 Horton 지수를 최대화시키는 방향으로 적응하다는 가설을 세우게 된다. 기후특성으로부터 유도된 잠재적으로 이용가능한 물과 에너지의 비인 건조지수와 비교할 때, Horton 지수에서 식생이 이용 가능한 물은 주로 지형과 토양에 영향을 받는다는 점을 제외하면 Horton 지수는 건조지수와 개념적으로 유사한 측면이 있다. 따라서 Horton 지수는 유역 스케일에서 생태학과 수문학 프로세스 사이의 상호작용을 탐색하는 생태수문학적인 이론을 정립할 때 중요 하게 적용된다(Troch et al.
식생에 의하여 기화 되는 물의 양을 결정하는 주된 결정요소는 무엇인가? 식생은 증산작용을 통하여 토양수분 동역학에 매우 많은 영향을 미치며, 따라서 유역 물 순환 작용에 있어서도 중요한 역할을 한다(Brutsaert, 1988). 식생에 의하여 기화 되는 물의 양은 식생의 종류와 밀도, 식물의 생화학적 생리학적 특성, 영양상태, 토양 및 지형특성, 기온, 이산화탄소 농도, 습도 등에 영향을 받아 매우 복잡하게 결정되나, 주된 결정요소는 증산에 이용할 수 있는 에너지의 양과 강우에 의해 공급받는 토양 습윤량이다(L’vovich, 1979; Shutleworth, 1988). 그러나 기후변화에 의해 야기되는 기온과 강수량의 변화는 지상 생태계의 수문학적 반응 예측을 더 복잡하게 만든다(Wagener et al.
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참고문헌 (23)

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  7. Choi, D., Choi, H., Kim, K., and Kim, S. (2012a). "Development of the Ecohydrologic Model for Simulating Water Balance and Vegetation Dynamics." Journal of Korean Society onWater Environment, Korean Society on Water Environment, Vol. 28, No. 4, pp. 582-594. 

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  21. Vargas, R., Cook, R., Agarwal, D., Boden, T., Papale, D., Van Ingen, C., Yang, B., and Baldocchi, D. (2007). The future of the world-wide flux tower database. FLUXNET Workshop, Oak Ridge National Laboratory, Oak Ridge, TN, USA. 

  22. Wagener, T., Sivapalan, M., Troch, P., and Woods, R. (2007). "Catchment classification and hydrologic similarity" Geography Compass, Vol. 1, No. 4, pp. 901-903, doi:10.1111/j.1749-8198.2007.00039.x. 

  23. Yokoo, Y., Sivapalan, M., and Oki, T. (2008). "Investigating the roles of climate seasonality and landscape characteristics on mean annual and monthly water balances." Journal of Hydrology, Vol. 357, pp. 255-269. 

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