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원격영상자료와 수치고도모형으로부터 하폭-유량 관계식 도출
Deriving Channel Width-discharge Relationship from Remote Sensing Imagery and Digital Elevation Models 원문보기

Journal of Korea Water Resources Association = 한국수자원학회논문집, v.48 no.8, 2015년, pp.685 - 693  

김종천 (고려대학교 건축사회환경공학과) ,  백경록 (고려대학교 건축사회환경공학과)

초록

본 논문에서는 원격탐사자료를 이용하여 하천의 하폭-유량 관계식을 도출하는 방법을 제안하였다. 고해상도 원격영상으로부터 하천의 여러 단면에 대해 수면 폭을 측정하였다. 각 단면 지점에 해당하는 유역면적은 수치고도모형으로부터 계산하여하폭-유역면적 관계식을 구하였다. 한편, 지상관측소의 유량자료를 이용하여 측정된 유량과 관측소 별 유역면적 사이의 관계식을 구하고, 이렇게 얻어진 두 개의 관계식을 짝지어 수리기하 관계식 중 하나인 하폭-유량 관계식을 도출하였다. 본 방법의 타당성을 확인하고자 낙동강과 섬진강을 대상으로 하폭-유량 관계식의 지수 값을 살펴보았다. 그 결과, 지상관측자료의 회귀식에서 얻은 하폭과 유량 사이의 관계식과 비교하여, 비슷한 범위의 지수 값이 계산되었다. 본 연구의 접근법은 실측자료에 의존했던 전통적인 수리기하 분석 방법을 탈피하여 현장 자료의 한계를 극복할 수 있는 대안이라고 할 수 있다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

We propose a method for deriving the relationship between channel width and discharge from remote sensing products. Stream widths at points distributed along a river network can be measured from high-resolution remote imagery. Further, corresponding drainage area for these points can be calculated u...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • ,2010). 따라서 본 연구에서는 지상 관측소에서 측정된 과거 유량 자료를 바탕으로 유량과 유역면적 관계를 도출하였다. 즉, 하천을 따라 가용한 모든 관측소에서 동일한 순간에 측정된 유량과 각 관측소의 유역면적을 이용해 #의 회귀식을 구하는 것이다.
  • 이러한 선행 연구는 하천의 수면 폭을 원격영상자료로부터 추출하는 것이 가능하다는 것을 보여준 사례이다. 본 연구는 이에 더 나아가 수리기하 관계식의 하나인 수면 폭과 유량 사이의 관계를 유도하고자 한다.
  • 본 연구에서는 원격영상자료(remote sensing imagery)와 수치고도모형(Digital Elevation Models; DEM)을 활용한 수리기하 분석 방법을 제안하고자 한다. 원격영상자료 및 DEM은 넓은 지역에 걸쳐 공간적으로 연속적인 자료의 획득이 가능하다는 장점이 있다.
  • 본 연구에서는 위성영상자료와 DEM을 사용하여 하천의 하폭-유량 관계식을 유도할 수 있는 방법을 제안하였다. 이 방법은 실측자료에 의존하는 기존 방법이 가진, 측정지점의 대표성 문제 및 관측 자료가 제한적이라는 근본적인 한계를 극복하려는 시도라는 점에서 의의가 있다.
  • 따라서 유역면적을 추출할 기준이 될 DEM 셀을 어떻게 선정할지의 문제가 생긴다. 본 연구에서는 하천을 가로지르는 복수의 DEM 셀 중에서 하천 중심점을 통과하는 셀을 소유역의 출구로 정했다. 만약, 특정 지점에서 하천 중심선을 통과하는 DEM 셀을 구하기 어려운 경우, 그 지점은 측정지점으로 고려하지 않았다.
  • )을 결합할 수 있을 것이다. 본 연구에서는 하폭 측정에 사용할 영상을 고를 때와 마찬가지로 장기간 강수가 발생하지 않아 관측소 유량이 기저유량에 충분히 가까워졌다고 판단될 수 있는 시점의 유량 자료를 사용하여 관측소 별 유역면적 값과의 관계를 살펴보았다. 그런데 이렇게 하더라도, 실제로는 이두 독립적인 관계식이 도출된 자료의 발생빈도가 같을 확률은 낮다.
  • 이 점은 일정한 생기빈도에 대해 공간적 변화를 살펴보는 하류수리기하, 그중에서도 하폭-유량 관계식 분석에 유용하게 쓰일 수 있다. 원격탐사자료를 활용하는 최근의 연구 경향을 수리기하 분석에 접목하여 지상관측자료에 의존적이었던 기존수리기하 분석 방법의 상당 부분을 원격탐사자료로 대체할 수 있는 방법을 제안하고 그 타당성을 검토하는 것이 본 연구의 핵심이다. 이에 관한 자세한 내용은 이어지는 절에서 서술한다.
  • 7) 제시했으나, 여전히 넓은 범위에 속한다. 이 연구결과는 본 연구에서 제시하는 방법론을 적용하는 데에 훌륭한 근거를 제시한다.
  • 본 연구의 적용대상 하천은 기존 방법을 통해 하폭-유량 관계의 지수 값이 알려진 곳으로 선정했다. 이렇게 알려진 지수 값과 비교하여, 본 연구의 방법을 통해 도출한 관계식이 합리적인지 검증하고자 한다.
  • 이 점은 서론에서 제기했던 관측소의 위치가 하천 구간의 특성을 얼마나 잘 대변할 수 있느냐의 문제에서 자유로울 수 있다는 의의를가진다. 이어지는 절에서는 실제 유역을 대상으로 앞서 제안된 방법의 적용성을 검토하고자 한다.

가설 설정

  • 본 연구에서는 비록 두 관계식이 도출된 자료의 발생빈도가 다르더라도 두 관계식의 멱함수 지수 값(β,γ)은 빈도에 관계없이 일정하다고 보았다.
  • 76의 범위에 걸치는 것으로 나타났다. 이는 당초 예상보다 넓은 범위이며 장기간 강우가 발생하지 않은 일자에는 유량이 기저유량에 가까워졌기 때문에 공간적으로 F가 동일할 것이라는 가정에 의문을 갖게 한다.
  • 99). 전술했듯이, 선행연구(Paik et al., 2010; Jung et al., 2013)에서 강수기간이 아니라면 동일한 날짜에 하천을 따라 기록된 유량은 빈도가 비슷할 것이라는 가정 하에 수리기하 분석을 실시했었다. 이 가정의 적합성을 알아보기 위해 낙동강 유역 관측소에서 2001년 1월1일부터 2014년 12월 31일까지의 기간에 대해 결측 값을 제외한 일유량 자료에 대해 유황분석을 수행하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
하상경사(S) 및 조도계수(n)의 개념은 어떻게 확대되었는가? Leopold and Maddock (1953)은 하천의 수면 폭(W), 수리심(hydraulic depth)(H), 평균 유속(V)이 각각 유량(Q)의 멱함수(power function)로 표현될 수 있음을 제시하고, 이를 수리기하(hydraulic geometry)관계라 이름 지었다. 이어서, 하상경사(S) 및 조도계수(n) (Manning, 1891)도 유량의 멱함수로 표현되면서(Leopold and Langbein, 1962), 수리기하는 하천의 형상을 정량화하거나 수리학적 특성을 결정하는 다양한 변량과 유량 사이의 관계를 아우르는 개념으로 확대되었다. 이들의 멱함수 관계는 그 변화를 바라보는 관점에 따라 두 가지로 구분할 수 있다.
원격탐사자료로부터 유량을 측정하는 방법이 좋아지면 어떤 이점이 생기는가? 본 방법은 실측 유량자료를 사용한다는 점에서 지상관측자료로부터 완전히 자유로운 것은 아니다. 하지만 원격탐사자료로부터 유량을 측정하는 기법의 정확성이 향상된다면, 실측자료의 필요성이 점점 줄어들게 될 것이다. 또한, 앞으로는 지점에서의 하폭측정도 더욱 자동화할 수 있을 것이다.
수리기하 추정 방법이 향상되면서 어떤 점이 좋아질 것이라 예측되는가? 그렇게 수리기하 추정 방법이 향상되면 학문적으로 다양한 파급효과를 가져올 것으로 기대된다. 미계측 유역에 대한 수리기하 특성을 파악하는 시도가 가능해지고, 유역의 수문반응현상을 이해하는 데에 이바지할 수 있을 것이다. 또한, 여러 시간 간격을 두고 촬영된 복수의 영상자료를 이용하여 지점수리기하 특성도 살펴볼 수 있다. 나아가 수리기하 멱함수 관계식의 타당성, 지수 값의 변동성 및 그것의 기후, 지형 인자와의 상관관계 등, 그동안 검증이 어려웠던 과학적 쟁점들을 살펴볼 수 있는 훌륭한 수단이 될 수 있을 것이다.
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참고문헌 (39)

  1. Brush, L.M. (1961). "Drainage basins, channels, and flow characteristics of selected streams in central Pennsylvania." U.S. Geological Survey Professional Paper, Vol. 282F, pp. 145-181. 

  2. Clark, C.O. (1945). "Storage and the unit hydrograph." Transactions of the American Society of Civil Engineers, Vol. 110, No. 1, pp. 1419-1446. 

  3. Conesa-Garcia, C., Caselles-Miralles, V., Tomas, J.M. S., and Garcia-Lorenzo, R. (2010). "Hydraulic geometry, GIS and remote sensing, techniques against rainfallrunoff models for estimating flood magnitude in ephemeral fluvial systems." Remote Sensing, Vol. 2, No. 11, pp. 2607-2628. 

  4. Dodov, B., and Foufoula-Georgiou, E. (2004). "Generalized hydraulic geometry: Derivation based on a multiscaling formalism." Water Resources Research, Vol. 40, No. 6. 

  5. Finnegan, N.J., Roe, G., Montgomery, D.R., and Hallet, B. (2005). "Controls on the channel width of rivers: Implications for modeling fluvial incision of bedrock." Geology, Vol. 33, No. 3, pp. 229-232. 

  6. Garbrecht, J., and Martz, L.W. (1997). "The assignment of drainage direction over flat surfaces in raster digital elevation models." Journal of Hydrology, Vol. 193, No. 1-4, pp. 204-213. 

  7. Hey, R.D., and Thorne, C.R. (1986). "Stable channel with mobile gravel beds." Journal ofHydraulic Engineering, Vol. 112, No. 8, pp. 671-689. 

  8. Ibbitt, R.P. (1997). "Evaluation of optimal channel network and river basin heterogeneity concepts using measured flow and channel properties." Journal of Hydrology, Vol. 196, No. 1, pp. 119-138. 

  9. Jung, D., Paik, K., and Kim, J.H. (2013). "Relationship between downstream hydraulic geometry and suspended sediment concentration characteristics." Journal of Hydro-Environment Research, Vol. 7, No. 4, pp. 243-252. 

  10. Kerby, W.S. (1959). "Time of concentration for overland flow." Civil Engineering, Vol. 29, No. 3, pp. 60. 

  11. Kim, J.-W. (1991). "Functional relationship between factors of fluvial morphology." Journal of the Korean Geographic Society, Vol. 26, No. 1, pp. 1-29. (in Korean) 

  12. Kim, J.-W. (1999). "A Study of channel slope and grain size of coarse bed materials instreams in the Youngseo and Youngdong area, Korea." Journal of the Korean Geographic Society, Vol. 34, No. 4, pp. 355-370. (in Korean) 

  13. Kirpich, P.Z. (1940). "Time of concentration of small agricultural watersheds." Civil Engineering, Vol. 10, No. 6, pp. 362. 

  14. Knighton, A.D. (1987). "River channel adjustment-the downstream dimension." in Richards, K.S. (ed.), River channels: Environment and process, Blackwell, Oxford, pp. 95-128. 

  15. Lee, H.C., and Lee, E.T. (2003). "A study on the channel forming discharge estimation and the hydraulic geometry characteristics of the alluvial stream." Journal of Korea Water Resources Association, Vol. 36, No.5, pp. 823-838. (in Korean) 

  16. Leopold, L.B. (1994). A view of river. Harvard University Press. 

  17. Leopold, L.B., and Langbein, W.B. (1962). "The concept of entropy in landscape evolution." U. S. Geological Survey Professional Paper, Vol. 500-A. 

  18. Leopold, L.B., and Maddock, T.J. (1953). "The hydraulic geometry of stream channels and some physiographic implications." U. S. Geological Survey Professional Paper, Vol. 252. 

  19. Leopold, L.B., Wolman, M.G., and Miller, J.P. (1964). Fluvial Process in Geomorphology. W. H. Freeman, New York. 

  20. Manning R. (1891). "On the flow of water in open channels and pipes." Transactions of the Institution of Civil Engineers of Ireland, Vol. 20, pp. 161-207. 

  21. McKerchar, A.I., Ibbitt, R.P., Brown, S.L.R., and Duncan, M.J. (1998). "Data for Ashley River to test channel network and river basin heterogeneity concepts." Water Resources Research, Vol. 34, No. 1, pp. 139-142. 

  22. O'Callaghan, J.F., and Mark, D.M. (1984). "The extraction of drainage networks from digital elevation data." Computer Vision, Graphics, and Image Processing, Vol, 28. No. 3, pp. 323-344. 

  23. Paik, K. (2008). "Global search algorithm for nondispersive flow path extraction." Journal of Geophysical Research, Vol. 113, No. F4. 

  24. Paik, K., and Kumar, P. (2004). "Hydraulic geometry and the nonlinearity of the network instantaneous response." Water Resources Research, Vol. 40, No. 3. 

  25. Paik, K., Jung, D., and Kim, J.H. (2010). "Flow variability and channel geometry of the Seomjin river." Asia Pacific Association of Hydrology and Water Resources Conference, Hanoi, Vietnam, 8-9 November, pp. 79-84. 

  26. Park, C.C. (1977). "World-wide variations in hydraulic geometry exponents of stream channels: an analysis and some observations." Journal of Hydrology, Vol. 33, pp. 133-146. 

  27. Potere, D. (2008). "Horizontal positional accuracy of Google Earth's high-resolution imagery archive." Sensors, Vol. 8, No. 12, pp. 7973-7981. 

  28. Rhoads, B.L. (1991). "A continuously varying parameter model of downstream hydraulic geometry." Water Resources Research, Vol. 27, No. 8, pp. 1865-1872. 

  29. Robinson, J.S., Sivapalan, M., and Snell, J.D. (1995). "On the relative roles of hillslope processes, channel routing, and network geomorphology in the hydrologic response of natural catchments." Water Resources Research, Vol. 31, No. 12, pp. 3089-3101. 

  30. Saco, P.M., and Kumar, P. (2002). "Kinematic dispersion in stream networks 1. Coupling hydraulic and network geometry." Water Resources Research, Vol. 38, No. 11, pp. 26-1-26-4. 

  31. Singh, K.P., and Broeren, S.M. (1989). "Hydraulic geometry of streams and stream habitat assessment." Journal ofWater Resources Planning and Management, Vol. 115, No. 5. pp. 583-597. 

  32. Singh, V.P. (2003). "On the theories of hydraulic geometry." International Journal of Sediment Research, Vol. 18, No. 3, pp. 196-218. 

  33. Smith, L.C., and Pavelsky, T.M. (2008). "Estimation of river discharge, propagation speed, and hydraulic geometry from space: Lena River, Siberia." Water Resources Research, Vol. 44, No. 3. 

  34. Stall, J.B., and Fok, Y.S. (1968). "Hydraulic geometry of Illinois streams." University of Illinois Water Resources Center Research Report, Vol. 15. 

  35. Stall, J.B.,and Yang, C.T. (1970). "Hydraulic geometry of 12 selected stream systems of the United States." University of Illinois Water Resources Center Research Report, Vol. 32. 

  36. Sun, W., Ishidaira, H., and Bastola, S. (2010). "Towards improving river discharge estimation in ungauged basins: calibration of rainfall-runoff models based on satellite observations of river flow width at basin outlet." Hydrology and Earth System Sciences Discussions, Vol. 7, No. 3, pp. 3803-3836. 

  37. Tarboton, D.G. (1997). " A new method for the determination of flow directions and upslope areas in grid digital elevation models."Water Resources Research, Vol. 33, No. 2, pp. 309-319. 

  38. Turnipseed, D.P., and Sauer, V.B. (2010). "Discharge measurements at gaging stations: U.S. Geological Survey Techniques and Methods book 3." No. A8, pp. 87- (Also available at http://pubs.usgs.gov/tm/tm3-a8/) 

  39. Woo, H., Yu, K.K., and Park, J.-K. (1994). "A preliminary study of the hydraulic-geometrical relations of bed slope in some selected alluvial rivers." Journal of the Korean Geographic Society, Vol. 29, No. 3, pp. 253-265. (in Korean) 

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