[논문]중국 연변 조양하 유역의 국부경사와 배수면적의 관계를 이용한 토사유실 우심지역 추출

김주철; 최봉학; 정관수

doi:10.3741/jkwra.2018.51.3.235

중국 연변 조양하 유역의 국부경사와 배수면적의 관계를 이용한 토사유실 우심지역 추출
Identification of vulnerable region susceptible to soil losses by using the relationship between local slope and drainage area in Choyang creek basin, Yanbian China 원문보기

Journal of Korea Water Resources Association = 한국수자원학회논문집, v.51 no.3, 2018년, pp.235 - 246

김주철 (충남대학교 국제수자원연구소) , 최봉학 (연변수리수전탐사설계연구원) , 정관수 (충남대학교 토목공학과)

초록
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본 연구의 주목적은 조양하 유역의 유출응집구조와 에너지소비 양상을 멱함수 법칙분포의 틀 내에서 해석하고 이를 기반으로 토사유실에 민감한 우심지역을 추출하기 위한 방법론을 제시해 보고자 하는 것이다. 이를 위하여 GIS를 기반으로 대상유역 내 지점별 배수면적과 함께 소류력 및 수류력을 정의하는 지형학적 인자를 추출하여 해당 인자들에 대한 여누가 분포의 도해적 해석과 함께 멱함수 법칙분포의 적합을 수행하였으며 소류력과 수류력의 규모별 특성권역을 기반으로 토양우실 우심지역을 추출하여 보았다. 소류력를 기반으로 한 토사유실 우심지역의 경우 수류력을 기반으로 한 결과에 비하여 우심지역의 범위가 매우 좁게 평가되고 있음을 시각적으로 확인할 수 있었다. 이러한 결과는 소류력이 멱함수 법칙분포를 따르지 않는 규모종속성 지형학적 인자이기 때문인 것으로 판단된다. 이에 따라 해당 지형학적 인자는 멱함수 법칙분포의 틀 내에서 자연유역의 에너지 규모를 적절하게 반영하지 못하는 것으로 사료되며 본 연구에서 수류력을 기반으로 제시한 지형학적 인자가 토사유실의 평가를 위해 보다 합리적인 것으로 판단된다. 토사유실 우심지역을 도시해 본 결과 국부경사에 종속적인 사면활동 활성구간에서 발생한 토사가 국부경사와 배수면적에 종속적인 지표유동 활성구간을 통하여 계곡으로 이동하는 경로를 시각적으로 확인할 수 있어 본 연구에서 제시한 방법론의 타당성을 판단할 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

The main purpose of this study is to suggest a methodology for identifying vulnerable region in Choyang creek basin susceptible to soil losses based on runoff aggregation structure and energy expenditure pattern of natural river basin within the framework of power law distribution. To this end geomorphologic factors of every point in the basin of interest are extracted by using GIS, which define tractive force and stream power as well as drainage area, and then their complementary cumulative distributions are graphically analyzed through fitting them to power law distribution to identify the sensitive points within the basin susceptible to soil losses with respect to scaling regimes of tractive force and stream power. It is observed that the range of vulnerable region by scaling regime of tractive force is much narrower than by scaling regime of stream power. This result seems to be due to the tractive force is a kind of scale dependent factor which does not follow power law distribution and does not adequately reflect energy expenditure pattern of river basins. Therefore, stream power is preferred to be a more reasonable factor for the evaluation of soil losses. The methodology proposed in this study can be validated by visualizing the path of soil losses, which is generated from hill-slope process characterized by local slope, to the valley through fluvial process characterized by drainage area as well as local slope.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 조양하 유역의 유출응집구조와 에너지소비 양상을 멱함수 법칙분포의 틀 내에서 해석하고 이를 기반으로 산사태 및 사면재해에 민감한 토사유실 우심지역을 추출하기 위한 방법론을 제시해 보고자 하였다. GIS를 기반으로 대상 유역 내 지점별 배수면적과 함께 소류력 및 수류력을 정의하는 지형학적 인자를 추출하고 해당 인자들의 여누가 분포에 대한 도해적 해석과 함께 멱함수 법칙분포의 적합을 수행하였으며 이로부터 도출된 결과를 기반으로 대상유역을 특성 권역별로 분류하여 토양우실 우심지역을 추출하여 보았다.
본 연구의 주목적은 자연유역의 배수구조에 따른 유출응집구조(runoff aggregation structure)와 에너지소비(energy expenditure)의 규모별 양상을 멱함수 법칙분포의 틀 내에서 해석하고 이를 기반으로 산사태 및 사면재해에 민감한 토사유실 우심지역을 추출하기 위한 방법론을 제시해 보고자 하는 것이다. 이를 위하여 주요 지형학적 인자(geomorphologic factor)로서 유역 내 지점별 배수면적(drainage area)을 선정하고 해당 지점별 소류력(tractive force)과 수류력(stream power)의 규모를 정의할 수 있는 지형학적 인자를 구성하여 해당 인자들에 대한 멱함수 법칙분포특성 검토를 수행하였다.
실제 산사태 및 표토침식의 경우 해당지역의 수문기상학적 혹은 지질학적 인자 등에 민감하게 영향을 받을 뿐만 아니라 두 현상의 발생 구조는 물리적으로 상이한 것으로 알려져 있다. 하지만 해당 현상들로 인한 토사의 거동은 지표면의 형상에 흔적을 남기게 되므로 본 연구에서는 이러한 점에 착안하여 지형학적 인자를 기반으로 토사유실 우심지역을 파악할 수 방법론을 제시해 보고자 하는 것이다.

제안 방법

Table 1은 Fig. 3에 도시된 권역별 지면의 안정조건을 수원의 생성원리를 이용하여 정리한 것으로 본 연구에서는 이를 조양하 유역의 토사유실 우심지역의 추출에 적용하여 보았다. 여기서 한 가지 주목할 사항은 에너지 지수 EID로서 McNamara et al.
본 연구에서는 조양하 유역의 유출응집구조와 에너지소비 양상을 멱함수 법칙분포의 틀 내에서 해석하고 이를 기반으로 산사태 및 사면재해에 민감한 토사유실 우심지역을 추출하기 위한 방법론을 제시해 보고자 하였다. GIS를 기반으로 대상 유역 내 지점별 배수면적과 함께 소류력 및 수류력을 정의하는 지형학적 인자를 추출하고 해당 인자들의 여누가 분포에 대한 도해적 해석과 함께 멱함수 법칙분포의 적합을 수행하였으며 이로부터 도출된 결과를 기반으로 대상유역을 특성 권역별로 분류하여 토양우실 우심지역을 추출하여 보았다. 이상으로부터 얻어진 주요한 결론을 요약해 보면 다음과 같다.
조양하 유역은 배수 면적이 약 599 km² 정도인 중규모의 자연유역으로서 출구지점에 위치한 오도저수지(五道貯水池)를 통하여 연변주의 주도(主都)인 연길(延吉)시에 용수를 공급하고 있다. 본 연구에서는 오도저수지의 상류에 위치한 배수유역에 대하여 각종 지형인자들을 DEM을 기반으로 추출하였다(Fig. 1).
본 연구의 주목적은 자연유역의 배수구조에 따른 유출응집구조(runoff aggregation structure)와 에너지소비(energy expenditure)의 규모별 양상을 멱함수 법칙분포의 틀 내에서 해석하고 이를 기반으로 산사태 및 사면재해에 민감한 토사유실 우심지역을 추출하기 위한 방법론을 제시해 보고자 하는 것이다. 이를 위하여 주요 지형학적 인자(geomorphologic factor)로서 유역 내 지점별 배수면적(drainage area)을 선정하고 해당 지점별 소류력(tractive force)과 수류력(stream power)의 규모를 정의할 수 있는 지형학적 인자를 구성하여 해당 인자들에 대한 멱함수 법칙분포특성 검토를 수행하였다. 실제 적용을 위한 대상유역으로는 중국 연변의 조양하 유역을 선정하였으며 GIS를 이용하여 지형분석을 수행하였다.

대상 데이터

본 연구에서 이용한 DEM 자료는 미국의 NASA (National Aeronautics and Space Administration)와 NGA (National Geospatial-Intelligence Agency)가 합작하여 제작한 SRTM (Shuttle Radar Topography Mission) DEM으로서 pixel의 해상도는 90 × 90 m이다. 지형분석 S/W로는 Arc GIS와 SAGA (System for Automated Geoscientific Analyses)를 이용하였으며 흐름추적에는 8방향 방법을 적용하였다.
본 연구에서는 중국 동북 3성 중의 하나인 길림성(吉林省) 연변조선족자치주(延邊朝鮮族自治州) 내에 위치한 조양하 (朝阳河) 유역을 대상유역으로 선정하였다. 조양하 유역은 배수 면적이 약 599 km² 정도인 중규모의 자연유역으로서 출구지점에 위치한 오도저수지(五道貯水池)를 통하여 연변주의 주도(主都)인 연길(延吉)시에 용수를 공급하고 있다.
이를 위하여 주요 지형학적 인자(geomorphologic factor)로서 유역 내 지점별 배수면적(drainage area)을 선정하고 해당 지점별 소류력(tractive force)과 수류력(stream power)의 규모를 정의할 수 있는 지형학적 인자를 구성하여 해당 인자들에 대한 멱함수 법칙분포특성 검토를 수행하였다. 실제 적용을 위한 대상유역으로는 중국 연변의 조양하 유역을 선정하였으며 GIS를 이용하여 지형분석을 수행하였다. 토사유실 우심지역에 대한 평가는 McNamara et al.

이론/모형

토사유실 우심지역에 대한 평가는 McNamara et al. (2006)이 유역의 국부경사와 배수면적의 관계를 기반으로 토사재해에 취약한 지점을 추출하기 위해 제시한 사면의 안정조건을 적용하였다. 실제 산사태 및 표토침식의 경우 해당지역의 수문기상학적 혹은 지질학적 인자 등에 민감하게 영향을 받을 뿐만 아니라 두 현상의 발생 구조는 물리적으로 상이한 것으로 알려져 있다.
본 연구에서 이용한 DEM 자료는 미국의 NASA (National Aeronautics and Space Administration)와 NGA (National Geospatial-Intelligence Agency)가 합작하여 제작한 SRTM (Shuttle Radar Topography Mission) DEM으로서 pixel의 해상도는 90 × 90 m이다. 지형분석 S/W로는 Arc GIS와 SAGA (System for Automated Geoscientific Analyses)를 이용하였으며 흐름추적에는 8방향 방법을 적용하였다. 대상유역에 대하여 수행된 주요한 지형 분석 결과는 Fig.

성능/효과

1) 소류력을 기반으로 한 특성권역 분류도의 경우 수류력을 기반으로 한 분류도에 비하여 토사유실 유심지역의 범위가 매우 좁게 평가되고 있음을 시각적으로 확인할 수 있었다. 이러한 결과는 소류력을 기반으로 한 τ가 멱함수 법칙 분포를 따르지 않는 규모종속성 지형학적 인자이기 때문인 것으로 판단된다.
2) 토사유실 우심지역을 도시해 본 결과 사면활동 활성구간에서 발생한 토사가 지표유동 활성구간을 통하여 계곡으로 이동하는 경로를 시각적으로 확인할 수 있어 본 연구에서 제시한 방법론의 타당성을 확인할 수 있었다. 특히 도시된 토사유실 우심지역의 형태가 마치 토석류의 이동 경로와 유사하게 나타나고 있음이 주목된다.

후속연구

특히 도시된 토사유실 우심지역의 형태가 마치 토석류의 이동 경로와 유사하게 나타나고 있음이 주목된다. 향후 국내 유역에 대한 사례연구를 통하여 기존의 산사태 위험지 분류결과 및 표토침식 모형결과와의 비교를 통하여 본 연구에서 제시한 방법론의 타당성을 향상시키는 연구가 반드시 수행되어야 할 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	산사태 예방에 있어 최선의 방법은?	산사태는 넓은 범위에 걸쳐 동시 다발적으로 발생하며, 발생 후에는 인위적으로 멈출 수 없기 때문에 발생가능지역에 대한 적절한 예방시설의 설치를 통해 피해를 최소화하는 것이 최선이라 하겠다. 이를 위해서는 산사태 발생가능성에 대한 광역적 평가가 필요하며, 이를 바탕으로 한 산사태위험지도의 제작 및 관리가 요구된다.
	예방시설의 설치를 통해 피해를 최소화하기 위해 필요한 것은?	산사태는 넓은 범위에 걸쳐 동시 다발적으로 발생하며, 발생 후에는 인위적으로 멈출 수 없기 때문에 발생가능지역에 대한 적절한 예방시설의 설치를 통해 피해를 최소화하는 것이 최선이라 하겠다. 이를 위해서는 산사태 발생가능성에 대한 광역적 평가가 필요하며, 이를 바탕으로 한 산사태위험지도의 제작 및 관리가 요구된다. 국외의 경우 이미 여러 나라가 국가적 차원에서 산사태 예방 및 관리를 위한 위험지도 제작을 완료하여 운영하고 있으며, 특히 미국의 경우 USGS의 주도하에 주별로 표준화된 위험지도를 작성 및 운영 중에 있다.
	유역을 효율적으로 관리하기 위해 중요한 것은?	토사재해나 산지 토사유실에 대비하여 유역을 효율적으로 관리하기 위해서는 산사태나 지표유동 등에 의한 침식현상에 특별히 민감한 지점의 위치를 사전에 파악하는 것이 매우 중요하다. 유역은 물의 순환과정(hydrologic cycle)에 대한 공간적 토대를 제공하는 자연계로서, 강수로 인해 하천의 임의 단면에 위치한 단일 출구지점에 유출을 발생시키는 지역의 범위로 정의된다(Yoon, 2007).

참고문헌 (27)

Bak, P. (1996). How nature works. Copernicus/Springer-Verlag, New York.
Clauset, A., Shalizi, C. R., and Newman, M. E. J. (2009). "Power-law distributions in empirical data." Siam Review, Vol. 51, No. 4, pp. 661-703.

상세보기
De Vries, H., Becker, T., and Eckhardt, B. (1994). "Power law distribution of discharge in ideal networks." Water Resources Research, Vol. 30, No. 12, pp. 3541-3543.

상세보기
Flint, J. J. (1974). "Stream gradient as a function of order, magnitude, and discharge." Water Resources Research, Vol. 10, No. 5, pp. 969-973.

상세보기
Gartsman, B., and Shekman, E. (2016). "Potential of river network modeling based on GIS technologies and digital elevation model." Russian Meteorology and Hydrology, Vol. 41, No. 1, pp. 63-71.

상세보기
Ijjasz-Vasquez, E. J., and Bras, R. L. (1995). "Scaling regimes of local slope versus contributing area in digital elevation models." Geomorphology, Vol. 12, No. 4, pp. 299-311.

상세보기
Kim, J. C., Choi, B., and Jung, K. (2017). "Analysis of runoff aggregation structure and energy expenditure pattern for Choyang creek basin on the basis of power law distribution." Journal of Korea Water Resources Association, Vol. 50, No. 11, pp. 725-734.
Kim, J. C., Kang, H., and Jung, K. (2016). "Analysis of drainage structure for river basin on the basis of power law distribution." Journal of Korea Water Resources Association, Vol. 49, No. 6, pp. 495-507.

원문보기 상세보기
La Barbera, P., and Roth, G. (1994). "Invariance and scaling properties in the distributions of contributing area and energy in drainage basins." Hydrological Processes, Vol. 8, No. 2, pp. 125-135.

상세보기
Leopold, L.B., and Maddock, T. (1953). The hydraulic geometry of stream channels and some physiographic implications. Geological Survey Professional Paper 252, U.S. Government Printing Office, Washington, D.C.
Mandelbrot, B. B. (1982). The fractal geometry of nature. W.H. Freeman, New York.
Mandelbrot, B. B., and Van Ness, J. W. (1968). "Fractional Brownian motions, fractional noises and applications." Society for Industrial and Applied Mathematics, Vol. 10, No. 4, pp. 427-437.
Maritan, A., Rinaldo, A., Rigon, A., Giacometti, A., and Rodriguez-Iturbe, I. (1996). "Scaling laws for river networks." Physical Review E, Vol. 53, No. 2, pp. 1510-1515.
McNamara, J. P., Ziegler, A. D., Wood, S. H., and Vogler, J. B. (2006). "Channel head locations with respect to geomorphologic thresholds derived from a digital elevation model: a case study in northern Thailand." Forest Ecology and Management, Vol. 224, No. 1-2, pp. 147-156.

상세보기
Montgomery, D. R., and Dietrich, W. E. (1992). "Channel initiation and the problem of landscape scale." Science, Vol. 255, No. 5046, pp. 826-830.

상세보기
Montgomery, D. R., and Foufoula-Georgiou, E. (1993). "Channel network source representation using digital elevation models." Water Resources Research, Vol. 29, No. 12, 3925-3934.

상세보기
Newman, M. E. J. (2005). "Power laws, Pareto distributions and Zipf's law." Contemporary Physics, Vol. 46, No. 5, pp. 323-351.

상세보기
Perera, H., and Willgoose, G. (1998). "A physical explanation of the cumulative area distribution curve." Water Resources Research, Vol. 34, No. 5, pp. 1335-1343.

상세보기
Pilgrim, D. H. (1977). "Isochrones of travel time and distribution of flood storage from a tracer study on a small watershed." Water Resources Research, Vol. 13, No. 3, 587-595.

상세보기
Rodriguez-Iturbe, I., Ijjasz-Vasquez, E. J., Bras, R. L., and Tarboton, D. G. (1992). "Power law distributions of discharge, mass, and energy in river basins." Water Resources Research, Vol. 28, No. 4, pp. 1089-1093.

상세보기
Smart, J. S. (1972). "Channel network." Advances in Hydroscience, Vol. 8, pp. 305-346.
Smith, T. R., and Bretherton, F. P. (1972). "Stability and the conservation of mass in drainage basin evolution." Water Resources Research, Vol. 8, No. 6, pp. 1506-1529.

상세보기
Takayasu, H., Nishikawa, I., and Tasaki, H. (1988). "Power-law mass distribution of aggregation systems with injection." Physical Review A, Vol. 37, No. 8, pp. 3110-3117.

상세보기
Tarboton, D. G., Bras, R. L., and Rodriguez-Iturbe, I. (1989). "Scaling and elevation in river networks." Water Resources Research, Vol. 25, No. 9, pp. 309-319.
Tarboton, D. G., Bras, R. L., and Rodriguez-Iturbe, I. (1992). "A physical basis for drainage density." Geomoephology, Vol. 5, No. 1-2, pp. 59-76.

상세보기
Willgoose, G., Bras, R. L., and Rodriguez-Iturbe, I. (1991). "A coupled channel network growth and hillslope evolution model: 1. Theory." Water Resources Research, Vol. 27, No. 7, pp. 1671-1684.

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Yoon, Y. (2007). Hydrology. Cheongmoongak.

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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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