[논문]GIS를 이용한 섬진강 유역의 유출률 산정에 관한 연구

이연길; 오창열; 이진원; 정성원

문제 정의

이와 같은 수자원의 문제를 해결하기 위해서는 정도 높은 수문곡선을 생산하는 등의 기초적인 연구가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 2006 년 섬진강수계의 주요 지점의 수위-유량관계곡선식으로 환산한 유량자료의 적정성을 판단하기 위한 하나의 지표로 유역의 평균유출곡선지수인 CN 값과 직접 비교하였다. 또한 유출률은 장.
수문학적 특성에 의해서도 민감하게 반응한다. 본 연구에서는 대상유역의 수문학적 특성을 파악하기 위해서 유역의 유출곡선지수도를 생성하였다. 유출곡선지수도 생성은 1:25,000의 토양도를 SCS에서 제시한 A, B, C, D의 4개의 토양군으로 분류하여 격자형 토양도(30mX 30m)를 생성하였고, 또한 1:50, 000의 LandSat TM 위성영상 자료로 영상 분류하여 토지피복의 상태를 수역, 시가화.
본 연구에서는 섬진강 수계에 위치한 주요 수위관측소 지점의 수위-유량관계곡선식을 기반으로 산정한 유출률이 적정성이 있는지를 파악하기 위해서 GIS를 적용하여 산정한 유역의 평균 유출 곡선지수인 CN의 값과 비교하였다.
이는 수위-유량관계곡선식에 의해서 산정되는 유출률이 적정성이 얼마나 되는지를 분석하기 위함이다. 본 연구에서는 섬진강 유역의 지형 특성과 수문학적 특성을 파악하기 위하여 지리정보시스템(Geographic Information System : GIS) 을 이용하여 유출특성 분석에 필요한 기본도를 생성하였다. 본 연구에서 사용한 GIS 소프트웨어로는 Arcinfo와 ArcView 등을 이용하였으며, 대상유역의 수치유역도, 강우관측망도, 수위관측망도, 수계망도, 주암댐 유역도, 섬진강댐 유역도, 순유역도 등을 일차적으로 생성하였다.

제안 방법

본 연구에서는 DEM을 생성하기 위해서 1:25, 000의 수치 등고선 도를 이용하였으며, 정밀도 높은 DEM을 생성하기 위해서 각각의 수치등고선도를 Arcinfo에서 위상을 갖는 Coverage로 변환시킨 후에 Mapjoin 과정을 거쳐 하나의 수치 등고선 도를 생성하였다. Arcinfo 에서 생성된 Coverage를 ArcView 에서 불규칙 삼각망이라 불리는 TIN(Triangular Irregular Network)을 생성하였고, 최종적으로 TIN을 기반으로 한 대상유역의 DEM(30mX 30m) 자료를 생성하였다. 또한 흐름방향, 경사도, 하도생성 등을 DEM으로부터 결정하기 위해서 일반적으로 이용되는 8방향 유출모형을 이용하였다.
유출곡선지수도 생성은 1:25,000의 토양도를 SCS에서 제시한 A, B, C, D의 4개의 토양군으로 분류하여 격자형 토양도(30mX 30m)를 생성하였고, 또한 1:50, 000의 LandSat TM 위성영상 자료로 영상 분류하여 토지피복의 상태를 수역, 시가화.건조지 역, 나지, 습지, 녹지/초지, 산림지역, 농업지 역으로 분류하여 격자형 토지피복도(30mX 30m)를 생성하였다. 최종적으로 격자형 토양도와 격자형 토지피복도를 중첩 분석하여 격자형 CN 도(30mx 30m)를 생성하여 평균유출곡선지수를 산정하였다.
격자형 토양도와 격자형 토지 피복도를 중첩분석하여 생성한 유출곡선지수도에서 AMC-II 조건의 CN(68), AMC-I 조건의 CN(47), AMC-Ⅲ 조건의 CN(83)의 값을 산정하였다.
또한 유출률은 장.단기적 으로 나누어 산정 하였으며 , 단순호우와 복합호우사상으로 구분하여 사상별로 산정 하였다.
본 연구에서 사용한 GIS 소프트웨어로는 Arcinfo와 ArcView 등을 이용하였으며, 대상유역의 수치유역도, 강우관측망도, 수위관측망도, 수계망도, 주암댐 유역도, 섬진강댐 유역도, 순유역도 등을 일차적으로 생성하였다. 또한 수치 표고 모델(Digital Elevation Model : DEM), 토양도, 토지피복도, 티센망도, 유출곡선지수도(Curve Number : CN) 등의 기본도를 생성하였다.
본 연구는 섬진강 유역의 유출률 산정에 관한 연구로 지리정보시스템(GIS)을 적용하여 유역의 지형적 특성과 수문학적 특성을 일차적으로 분석하였다. 이는 수위-유량관계곡선식에 의해서 산정되는 유출률이 적정성이 얼마나 되는지를 분석하기 위함이다.
본 연구에서는 섬진강 유역의 지형 특성과 수문학적 특성을 파악하기 위하여 지리정보시스템(Geographic Information System : GIS) 을 이용하여 유출특성 분석에 필요한 기본도를 생성하였다. 본 연구에서 사용한 GIS 소프트웨어로는 Arcinfo와 ArcView 등을 이용하였으며, 대상유역의 수치유역도, 강우관측망도, 수위관측망도, 수계망도, 주암댐 유역도, 섬진강댐 유역도, 순유역도 등을 일차적으로 생성하였다. 또한 수치 표고 모델(Digital Elevation Model : DEM), 토양도, 토지피복도, 티센망도, 유출곡선지수도(Curve Number : CN) 등의 기본도를 생성하였다.
주로 지형의 표고분석을 통한 유역의 흐름방향결정, 대상유역의 분수계 결정 등에 이용되어 진다. 본 연구에서는 DEM을 생성하기 위해서 1:25, 000의 수치 등고선 도를 이용하였으며, 정밀도 높은 DEM을 생성하기 위해서 각각의 수치등고선도를 Arcinfo에서 위상을 갖는 Coverage로 변환시킨 후에 Mapjoin 과정을 거쳐 하나의 수치 등고선 도를 생성하였다. Arcinfo 에서 생성된 Coverage를 ArcView 에서 불규칙 삼각망이라 불리는 TIN(Triangular Irregular Network)을 생성하였고, 최종적으로 TIN을 기반으로 한 대상유역의 DEM(30mX 30m) 자료를 생성하였다.
본 연구의 대상지점인 섬진강 수계에 위치하는 죽곡, 구례2, 송점 수위관측소 지점의 연 유출률은 댐 면적 및 방류량을 제외하지 않고 단순히 전체 면적에 대하여 산정한 총 유출률과 이를 고려하여 산정한 순 유줄률 두 가지 경우로 산정하였다. 섬진강유역권의 중.
앞서 검토된 연유출률 분석에 이어 주요 호우사상별 유출률을 산정하였다. 단순호우사상에 대한 유출률은 죽곡, 구례2 송정 지점의 유출률이 각각 42.
본 연구에서는 대상유역의 수문학적 특성을 파악하기 위해서 유역의 유출곡선지수도를 생성하였다. 유출곡선지수도 생성은 1:25,000의 토양도를 SCS에서 제시한 A, B, C, D의 4개의 토양군으로 분류하여 격자형 토양도(30mX 30m)를 생성하였고, 또한 1:50, 000의 LandSat TM 위성영상 자료로 영상 분류하여 토지피복의 상태를 수역, 시가화.건조지 역, 나지, 습지, 녹지/초지, 산림지역, 농업지 역으로 분류하여 격자형 토지피복도(30mX 30m)를 생성하였다.
이용하였다. 유출률 산정에 이용되는 강우자료의 특성과 일관성을 파악하기 위해서 강우관측소별로 누가우량분포 곡선을 생성하였다. 누가우량분포 곡선을 분석한 결과, 4개 강우관측소(광주, 순천, 남원, 순창) 의 강우자료가 서로 일정한 경향성을 가지며, 또한 내륙지방보다 해안지방으로 갈수록 연강우량이 커지는 일반적인 강우의 특성을 보였다.
건조지 역, 나지, 습지, 녹지/초지, 산림지역, 농업지 역으로 분류하여 격자형 토지피복도(30mX 30m)를 생성하였다. 최종적으로 격자형 토양도와 격자형 토지피복도를 중첩 분석하여 격자형 CN 도(30mx 30m)를 생성하여 평균유출곡선지수를 산정하였다. 산정된 유출곡선지수는 AMC-I 조건의 유출곡선지수 47, AMC-II 조건의 유출곡선지수 68, AMC-Ⅲ 조건의 유출곡선지수 83의 값을 갖는다.

대상 데이터

섬진강 유역의 유출률을 산정하기 위해서 본 연구에서는 기상청의 강우량자료를 이용하였다. 유출률 산정에 이용되는 강우자료의 특성과 일관성을 파악하기 위해서 강우관측소별로 누가우량분포 곡선을 생성하였다.

이론/모형

Arcinfo 에서 생성된 Coverage를 ArcView 에서 불규칙 삼각망이라 불리는 TIN(Triangular Irregular Network)을 생성하였고, 최종적으로 TIN을 기반으로 한 대상유역의 DEM(30mX 30m) 자료를 생성하였다. 또한 흐름방향, 경사도, 하도생성 등을 DEM으로부터 결정하기 위해서 일반적으로 이용되는 8방향 유출모형을 이용하였다.

성능/효과

유출률 산정에 이용되는 강우자료의 특성과 일관성을 파악하기 위해서 강우관측소별로 누가우량분포 곡선을 생성하였다. 누가우량분포 곡선을 분석한 결과, 4개 강우관측소(광주, 순천, 남원, 순창) 의 강우자료가 서로 일정한 경향성을 가지며, 또한 내륙지방보다 해안지방으로 갈수록 연강우량이 커지는 일반적인 강우의 특성을 보였다. 이와 같은 결과로부터 본 연구에서 이용한 기상청의 강우 자료는 일관성이 있는 것으로 판단하였다.
앞서 검토된 연유출률 분석에 이어 주요 호우사상별 유출률을 산정하였다. 단순호우사상에 대한 유출률은 죽곡, 구례2 송정 지점의 유출률이 각각 42.3%, 35.9%, 39.2%로 복합호우사상에 따른 유출률도 각각 38.4%, 47.3%, 56.8%로 분석되어 전체적으로 60% 미만의 낮은 유출률을 나타내고 있다. 이는 선택된 단순호우사상이 건기시의 금년 5월과 8월 사상이라는 점과 또한 토양 습윤상태가 낮고, 이 기간 동안의 유역저류 효과가 커서 손실우량이 많이 발생된 것으로 판단된다.
농업용수를 공급하고 있기 때문인것으로 판단된다. 순 유출률 산정결과를 보면, 죽곡지점 73.3%, 구례2지 점 64.9%, 송정지점 이 61.5%로 송정지점이 다른 지 점에 비해 상대적으로 낮은 유출률을 보였으나 자연하천의 경우 일반적으로 유출률이 60%~70%임을 감안할 때 적정한 것으로 판단된다. 지점별 유출률 산정 결과는 표 1과 같으며, 생성한 수문곡선을 그림 14~그림 15에 나타내었다.
섬진강유역권의 중.하류부에 위치한 수위관측소 지점의 총 유출률을 산정한 결과 전체적으로 35.3%~43.1%의 낮은 유출률을 보였다. 이와 같이 낮은 유출률을 보이는 이유는 섬진강 유역권에 섬진강댐과 주암댐이 상당히 큰 면적을 차지하고 있고, 이 두 개의 댐에서 다른 유역으로 발전방류와 생활.
호우사상별 유출률은 단순호우사상이 35.9% ~ 42.3%, 복합호우사상 38.4% ~ 56.38%로 낮은 유출률을 보였으나, 이 기간의 강우자료가 AMC-I 조건에 해당되므로 CN(47)과 비교했을 때 적정한 것으로 판단된다.

후속연구

향후 보다 정밀한 지형분석과 수문학적 분석을 통해 강우에 의한 유출응답의 조건을 파악한다면 정도 있는 수문곡선을 생산할 수 있을 거라 판단된다.

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