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유역특성

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분석기준

유역특성인자

유역면적(Drainage Area, Aw )

유역의 평면상 면적을 말하며 보통 유역분수계로 이루어지는 폐곡선내의 평면적을 말한다. 유역면적은 다음과 같은 2개의 성분들 즉, (1)하도면적과 (2)유역간면적(流域間面積)으로 나누어진다. 최고 하천차수가 ω인 유역면적은 다음과 같이 쓸 수 있다.
유역면적 수식
여기서Αij는 i번째 차수의 하천분할단면의 j번째 하도면적이고, A0ij는 i번째 차수의 하천분할단면에 영향을 주는 j번째 유역간면적이다.

유역둘레(Basin Perimeter, Lp )

유역둘레는 지도의 수평면상으로 투영된 주어진 차수의 유역의 경계를 따라서 측정한 길이로 정의되며, 일반적으로 지형도로부터 측정되었거나 항공사진으로부터 구분될 수 있다.

유역평균폭(Effective Basin Width, Rb )

유역평균폭은 최원유로연장(Lb)에 대한 유역면적(A)의 비를 말한다.
1

형상인자(Form Factor, Rf )

형상인자는 최원유로연장(Lb)의 제곱에 대한 유역면적(A)의 비로 정의되는 무차원 매개변수이다.
1

형상계수(Shape Factor, Rs )

유역형상계수는 유역면적과 동일한 면적을 가지는 원의 직경(Dc)에 대한 유역의 주하천길이(Lc)의 비로 정의된다.
1

단일형상계수(Unit Shape Factor, Ru )

단일형상계수는 유역면적의 제곱근에 대한 최원유로연장(Lb)의 비로 정의된다.
1>

원형비(Circularity Ratio, Rc )

원형비는 유역둘레(Lp)와 동일한 길이의 원주를 갖는 원의 면적(Ap)에 대한 유역면적(Aw)의 비로 정의되는 무차원 매개변수이다.
1

세장률(Elongation Ratio, Re )

세장률은 최원유로연장(Lb)에 대한 유역면적과 동일한 면적을 가진 원의 직경(Dc)의 비로 정의되는 무차원 매개변수이다.
이미지
세장률은 유역의 형상이 원에 가까울수록 1.0에 가까워진다. 이 비율은 광범위한 기상과 지질학적인 영역에 대한 0.6∼1.0까지의 범위를 가진다. 통상적인 값은 매우 낮은 기복의 지역에 대하여는 1.0에 가깝고 기복이 심하고 경사가 급한 지역에서는 0.6과 0.9 사이에 있다.

수계밀도(Drainage Density, D )

수계밀도는 유역면적(Aw)에 대한 유역내 하천총길이(Lt)의 비로 정의되며, 단위면적당 하천길이를 의미한다.
1

수계빈도(Channel-Segment Frequency, Cf )

수계빈도는 유역면적(Aw)에 대한 유역내 하천수의 비로 정의되며, 단위면적당 하천수를 의미한다.
이미지
여기서 Nω: 하천차수가 ω인 하천수, ωmax: 유역내 하천의 최고차수

수계유지상수(Constant of Channel Maintenance, C )

수계유지상수는 유역내 하천총길이(Lt)에 대한 유역면적(Aw)으로 정의되며, 수계밀도의 역수이다. 수계유지상수는 단위길이당 하천을 유지하기 위해 필요한 유역면적을 의미한다.
1

섬세비(Finess Ratio, Ri )

섬세비는 유역둘레(Lp)에 대한 최원유로연장(Lb)의 비로서 정의되며, 유역내 하천망의 거칠고 섬세한 정도를 표현하는 척도가 된다.
1

기복비(Relief Ratio, Rh )

기복비는 최원유로연장에 대한 유역기복으로서 정의된다.
1>
여기서 H는 유역의 가장 낮은 점(유출점)과 가장 높은 점간의 최대수직 거리로 정의되는 유역기복이다.

상대기복(Relative Relief, Rp )

상대기복은 유역둘레(Lp)에 대한 유역기복(H)의 비로서 정의된다.
1

기복수(Ruggendness Number, Rn )

기복수는 유역기복(H)과 수계밀도(D)의 곱으로 정의된다.
1

표고별누가면적

표고별 누가면적은 DEM의 각 셀에 해당하는 표고값을 재분류(reclassify)하여 계산한다.

유역평균표고

유역평균표고는 DEM의 각 셀에 해당하는 표고값을 산술평균하여 계산한다.

유역평균경사의 계산

유역평균경사는 DEM의 각 셀에 해당하는 경사를 도단위로 산술평균하여 계산한다.

유역경사향의 계산

유역경사향은 DEM의 각 셀에 해당하는 경사를 재분류하여 나타낸다.

경사향 범위(°)
평지(Flat) -
북(N) 337.5∼22.5
북동(NE) 22.5∼67.5
동(E) 67.5∼112.5
남동(SE) 112.5∼157.5
남(S) 157.5∼202.5
남서(SW) 202.5∼247.5
서(W) 247.5∼292.5
북서(NW) 292.5∼337.5
[표] 경사향 재분류표

DEM의 한 셀에서의 경사 및 향의 계산

경사(S)와 향(A)은 다음과 같은 식을 이용하여 계산한다.
이미지
여기서 Z: 표고
          dx,dz : x,y 방향의 셀 격자간 거리
DEM의 Zij셀의 표고에 대한 x와 y방향에 대한 변화율은 일반적으로 다음 두가지 방법으로 계산할 수 있다.
① 이미지
② 이미지
그러나 ①식은 해당 셀의 좌우 4개의 셀만을 이용하여 계산이 간단하다는 장점이 있으나, 해당 셀의 표고를 사용하지 않고, 또한 지형고도에 너무 민감하다는 단점이 있어 ②식을 사용하여 x와 y방향에 대한 유한차분치를 계산하였다.

이미지
[그림] 3×3 격자망
하천특성인자

하천특성인자 하천설계기준(한국수자원학회, 2000)에 따르면 유로연장은 다음과 같은 네가지 경우로 정의된다.

  • 본류 하천을 따라 유역출구점로부터 지도상에 표시된 하천시작점까지의 거리(통상 축척 1 : 25,000 지형도상에서 추출)
  • 본류 하천을 따라 유역출구점부터 유역분수계까지의 거리
  • 본류 하천을 따라 유역출구점에서 거리(유로연장)의 10%와 85%되는 두 지점사이의 거리
  • 유역출구점에서 유역중심부까지의 거리

금회 유역조사에서는 위의 네가지 정의의 유로연장 중 ①을 유로연장, ②를 최원유로연장으로 정의하였다.

최원유로연장(Basin Length, Lb )

최원유로연장은 본류 하천을 따라 유역출구점부터 유역분수계까지의 거리를 나타낸다.

유로연장

유로연장은 본류 하천을 따라 유역출구점로부터 지도상에 표시된 하천시작점까지의 거리를 나타내며, 하천망 추출은 축척 1 : 5,000 수치지도를 이용하였다.

하천총길이(Total Stream Length, Lt )

하천총길이는 주어진 배수유역에서의 모든 하천길이의 총합을 나타낸다.

하상경사(Channel Slope)

하상경사는 유역출구점에서 하천시작점(=유로연장)까지의 표고차이를 두 지점사이의 유로연장으로 나눈 값이며, 하상경사의 범위가 큰 경우에는 비교적 일정한 구간들로 분할하여 구간별 하상경사를 산정한다.

하천차수분석

하천차수(Stream Order, w )

하천망의 다양한 분류 방법들 중에서 수문학에서 가장 흔히 사용되는 방법은 Horton-Strahler 분류체계인데, Melton(1959)은 이 시스템을 뒷받침하고 있는 수학적인 개념들을 설명하였다.
1차 하천은 최상류에 위치한 가장 작은 소하천으로서 두 개의 1차 하천이 합류하여 2차 하천을 형성하는데, 이처럼 하천차수가 w인 두 하천이 합류하게 되면 차수가 w+1 인 하천이 형성된다.
반면, 하천차수가 각각 w,n(n>w)인 두 하천이 합류하였을 때, 합류점 하류부에서의 하천차수는 n이된다. 하천차수는 하류에 이를수록 증가하므로, 주 하천의 차수는 가장 높은 차수이다.

이미지
[그림]     (a) Horton-Strahler 방법에 따른 가상 하천망
(b) 그림 (a)의 하천차수가 3차인 유역에 대한 하천망 나무형 구조도

하천차수에 따른 하천수(Number of Stream of a Given Order, Nw )

Nw는 하천차수가 w인 하천내의 모든 하천들의 총 수이다. [그림 (a)]에서 보는바와 같이 임의차수의 하천수는 하천차수w가 증가하면 감소한다.

w(하천차수) Nw(하천수)
1 19
2 8
3 1
[표] 하천차수에 따른 하천수

하천길이(Stream Length, Lw )

하천길이는 주어진 배수유역에서 하천차수가 w인 모든 하천의 총 길이이다.
1>
여기서 Lj는 하천차수가 wj번째 하천분할단면(segment)의 길이이고, Nw는 하천차수가 w인 하천의 수이다.

평균하천길이(Mean Stream Length, Lw )

하천차수가 w인 평균하천길이는 하천개수에 대한 하천길이의 비이다.
1

주하천길이(Length of the Main Stream, Lc )

주 하천길이는 가장 높은 차수의 하천의 길이로 정의된다.

하천길이비(Stream-Length Ratio, RL )

하천길이비는 하천차수가 w-1인 평균하천길이에 대한 하천차수가 w인 하천길이의 비로 정의된다.
1

분기율(Bifurcation Ratio, Rb )

하천분기율은 하천차수가 w+1인 하천수에 대한 하천차수가 w인 하천수의 비로 표현되는 무차원 양이다.
1

용어정의
각 항목별 특성을 구분하기 위한 기준
자료출처 :
용어정의