[논문]급속한 도시확장지역의 토지이용도 종류에 따른 유출특성 비교

박기범

doi:10.5322/jesi.2013.22.9.1079

급속한 도시확장지역의 토지이용도 종류에 따른 유출특성 비교
Runoff Characteristics of Rapid Urban Expansion Area according to The Type of Land Use 원문보기

Journal of environmental science international = 한국환경과학회지, v.22 no.9, 2013년, pp.1079 - 1088

박기범 (실용수자원연구소)

Abstract ▼ AI-Helper

The objective of this paper is compare to landuse type for calculating peak flood and soil loss in rapidly expansion urban area. This study compares two landuse maps, including numerical landuse map and aerial photograph landuse map, for calculating the ratio of urban and agriculural area, curve number, time of concentration, peak flood discharge, and soil loss. It is found that flood discharge calculated using aerial photograph landuse map are larger than that calculated using numerical landuse map, and soil loss calculated using aerial photograph landuse map are smaller than that calculated using numerical landuse map. Results also indicate that landuse chage in rapidly expansion urban area significantly influences flood discharge and soil loss.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서 팔거천 유역의 토지이용상태의 변화를 살펴보기 위해 일반적으로 사용되는 중분류 토지이용도를 사용하여 유역내 토지이용상태를 GIS분석을 통해 분석하였으며, 최근의 토지이용상태를 분석하기 위해서 인터넷 포탈사이트(www.Daum.net, 2011)에서 제공되는 항공사진을 이용하여 토지이용을 분류하여 비교하였다.
본 연구에서는 Daum(www.daum.net, 2011)에서 제공하는 51 cm급 항공사진(촬영일:2010년 04∼2011년 03)을 이용하여 항공사진에 의한 토지이용면적을 산정하여 기존의 중분류 토지이용도의 적용에 있어 토지이용면적의 변화와 비교 산정함으로서 급속한 도시화 지역의 하천유역의 유출특서의 변화를 비교 연구하였다.
본 연구에서는 실무적으로 널리 사용되고 있는 중분류 토지이용도와 항공사진을 이용하여 급속히 팽창하고 있는 신도시 지역의 토지이용의 변화를 살펴보고 홍수량과 토사유출량을 비교하였다.

제안 방법

5. 본 연구에서는 토지이용도의 변화를 반영하기 위해 항공사진을 이용하여 토지이용상태를 산정하여 실무적으로 많이 사용되는 중분류 토지이용도의 경우와 홍수량, 임계지속시간, 토사유출량을 비교하였다. 그 결과 도시화의 개발이 빠른 도시의 경우 토지이용상태의 변화가 홍수량에 영향을 미치고 유출특성이 변화가 되어 이에 따른 토지용도의 선택에 있어 고려가 필요하다는 것을 알 수 있었다.
중분류 토지이용도의 유역경계와 항공사진의 유역경계를 일치시킨 후, 동일한 유역경계와 유역면적이 되도록 cad 상에서 작업을 하여 토지이용상태를 분류하였으며, GIS tool을 사용하여 유출곡선 지수를 산정하여, 홍수량 산정에는 Clark 방법으로 홍수유출계산을 실시하여 각 소유역의 임계지속시간을 산정하여 토지이용변화에 따른 유출 특성을 비교하였다.

대상 데이터

연구 대상유역은 대구광역시 북구에 위치한 팔거천 유역으로 유역의 상류는 경상북도에 위치하고 있으며 유역의 하류가 대구광역시를 관류하고 있다. 팔거천의 하류 유역은 대구 중심도심에서 외곽지로서 최근 2000년대 들어서 급속히 개발이 진행된 유역으로 과거 농경지로 사용하던 토지이용상태가 아파트, 상가, 도로 등으로 개발이 확장되면서 도시구역의 확장으로 인해 토지이용상태가 급속하게 변화가 진행되고 있는 유역이다.

이론/모형

토사유출량의 산정에사용된 RUSLE모형은 Wischmeier와 Smith(1965, 1978)에 의해 제안된 범용 토양손실 경험식을 사용하였다. 토지이용상태는 중분류 토지이용수치지도를 사용한 것과 항공사진을 이용하여 분석한 결과를 사용하여 Fig.

성능/효과

1. 본 연구 대상유역인 팔거천 유역의 토지이용상태의 변화는 중분류 토지이용도에 비해 항공사진을 이용한 토지이용의 결과가 과거 농지를 차지하고 있던 지역이 급속한 도시화로 인해 시가지로 변화함으로써 농지의 면적은 줄고 시가지 면적은 늘어난 것을 알 수 있었다.
2. 중분류 토지이용도와 항공사진을 이용하여 토지 이용면적을 산정한 결과 시가지 면적이 8.85 k㎡에서 16.48 k㎡로 증가된 것으로 산정되었으며, 농경지 면적은 14.04 k㎡에서 8.52 k㎡, 초지면적은 3.62 k㎡에서 1.54 k㎡로 감소된 것으로 나타났다. 이는 과거 팔거천 유역이 농지상태에서 개발로 인한 아파트와 시가지가 들어서면서 바뀐 것으로 판단된다.
16∼Fig. 23과 Table 8에 비교하였으며, 수지치도의 토지피복에 비해 항공사진을 이용한 결과에서 유역의 토지이용상태가 도시지역으로 변화가 크므로 항공사진을 이용하여 토지이용을 분석한 토사유출량의 산정결과가 Table 9에 나타난 바와 같이 토양손실 량의 경우 시가화지역이 크게 늘어난 3B지역의 경우 7,113.25 ㎥/storm 정도 줄어드는 것으로 나타났으며, 유역전체의 경우 13,979.61 ㎥/storm이 줄어드는 것으로 분석되었다. 이는 50년 빈도의 경우 3B유역의 경우 약 55% 감소되는 것이며, 유역전체로는 약 43%가 감소하는 것으로 분석되었다.
3. 유역의 유출곡선지수는 항공사진을 이용하여 산정된 것이 각각 3.0%, 3.2%, 3.7% 증가되어 산정되었으며, 도달시간은 100년 빈도에서 20분 빨라지며, 홍수량은 100년 빈도에서 6% 증가되는 것으로 산정되었다.
4. 토양 손실량의 경우 50년 빈도의 경우 3B지역이 7,113.25 ㎥/storm 정도 줄어드는 것으로 분석되었으며, 유역전체의 경우 13,979.61 ㎥/storm 이 줄어드는 것으로 분석되었다. 이는 3B유역의 경우 약 55% 감소되는 것이며, 유역전체로는 약 43%가 감소하는 것으로 분석되었다.
본 연구에서는 토지이용도의 변화를 반영하기 위해 항공사진을 이용하여 토지이용상태를 산정하여 실무적으로 많이 사용되는 중분류 토지이용도의 경우와 홍수량, 임계지속시간, 토사유출량을 비교하였다. 그 결과 도시화의 개발이 빠른 도시의 경우 토지이용상태의 변화가 홍수량에 영향을 미치고 유출특성이 변화가 되어 이에 따른 토지용도의 선택에 있어 고려가 필요하다는 것을 알 수 있었다.
빈도별 홍수량의 산정결과를 비교한 결과 Table 5에 나타난 바와 같이 홍수량의 증가는 20년 빈도에서 3B유역에서 7.3%가 증가하였으며, 설계빈도 100년에서는 6.0%증가되는 것으로 분석되었다. 종합적으로 살펴본 결과 임계시간의 단축과 홍수량의 증가가 발생하는 것으로 분석되었다.
0%증가되는 것으로 분석되었다. 종합적으로 살펴본 결과 임계시간의 단축과 홍수량의 증가가 발생하는 것으로 분석되었다. 이는 도시화가 확장될수록 홍수량의 증가와 도달시간의 단축은 더욱 심화될 것으로 판단된다.
팔거천 유역의 홍수유출량을 산정하여 Table 4에 나타난 바와 같이 임계지속시간을 비교한 결과 항공사진을 이용하여 산정된 토지이용도를 적용한 홍수량이 임계지속시간이 중분류 수치지도를 이용한 결과보다 팔거천 하구 지점 기준으로 팔거천의 설계빈도인 100년 빈도에서 Fig. 8과 Fig. 9와 같이 최대 50분에서 최소 20분정도 빠르게 산정되었다. 홍수량이 커지고 빈도가 높아질수록 도달시간의 차이는 줄어들었으나, 20년 빈도에서는 임계지속시간이 50분까지 빨라지는 것을 알 수 있었다.
9와 같이 최대 50분에서 최소 20분정도 빠르게 산정되었다. 홍수량이 커지고 빈도가 높아질수록 도달시간의 차이는 줄어들었으나, 20년 빈도에서는 임계지속시간이 50분까지 빨라지는 것을 알 수 있었다. 팔거천의 계획빈도인 100년 빈도에서는 20분 정도 도달시간이 빨라지는 것으로 분석되었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	도시하천유역의 홍수유출의 특성은?	최근 일어나는 도시하천유역의 홍수유출의 특성은 연간 총 강우량과 강우강도가 증가되고 있으며, 도시화의 확장에 따른 토지이용의 변화가 홍수량을 증가시키는 중요한 요인이 되고 있다. 특히나 확장속도가 빠른 신도시의 경우 과거 이용하던 토지이용도와 현재의 토지이용상태는 상당부분 차이가 있으며, 이를 산정하는 데 사용하는 자료에 따라 결과가 달라질 수 있다.
	도심지 외곽의 신규개발지역의 특징은?	도심지 외곽의 신규개발지역의 경우 기조성된 도시구역과는 달리 도시화 확장의 속도가 매우 빠르다. 특히나 하천이 관류하는 신규개발지역의 경우 급속한 확장에 따른 하천홍수유출 특성이 개발전의 홍수유출 특성과는 다르게 나타난다.
	팔거천 유역의 하류의 특징은?	연구 대상유역은 대구광역시 북구에 위치한 팔거천 유역으로 유역의 상류는 경상북도에 위치하고 있으며 유역의 하류가 대구광역시를 관류하고 있다. 팔 거천의 하류 유역은 대구 중심도심에서 외곽지로서 최근 2000년대 들어서 급속히 개발이 진행된 유역으로 과거 농경지로 사용하던 토지이용상태가 아파트, 상가, 도로 등으로 개발이 확장되면서 도시구역의 확장으로 인해 토지이용상태가 급속하게 변화가 진행되고 있는 유역이다. 팔거천의 유역특성은 다음 Table 1과 Fig.

참고문헌 (5)

Jounal of Korean Society of Water and Waste Water 24 691 2010
The Korean Society for GeoSpatial Information System 18 73 2010
Korean Society of Civil Engineers 28 665 2008
Journal of Koeran Society of Water Science and Technology 18 85 2010
한웅규, 양성기. SWAT 모형에 의한 제주도 외도유역의 토지이용변화에 따른 유출량 산정. 한국환경과학회지 = Journal of the environmental sciences, vol.18, no.9, 1057-1063.

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