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Analysis of runoff aggregation structure and energy expenditure pattern for Choyang creek basin on the basis of power law distribution KCI 등재

멱함수 법칙분포를 기반으로 한 조양하 유역의 유출응집구조와 에너지소비 양상에 대한 해석

  • 언어KOR
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한국수자원학회 논문집 (Journal of Korea Water Resources Association)
한국수자원학회 (Korea Water Resources Association)
초록

본 연구의 주목적은 조양하 유역의 유출응집구조와 에너지소비 양상을 멱함수 법칙분포의틀 내에서 해석하는 것이다. 이를 위하여 GIS를 기반 으로 대상유역 내 지점별 배수면적과 함께 소류력 및 수류력을 정의하는 지형학적 인자를 추출하고 해당 인자들의 여누가 분포에 대한 도해적 해석과 함께 멱함수 법칙분포의 적합을 수행하였다. 주요한 결과로서 세 가지 지형학적 인자들의 여누가 분포는 세 개의 개별적인 거동특성 구간으로 구분할 수 있었다. 멱함수 법칙분포 확률밀도함수의 매개변수를 최우도법을 이용하여 추정해 본 결과 배수면적과 수류력은 대표적인 규모를 유한 하게 결정할 수 없는 규모 불변성 지형인자이지만 소류력은 유한한 규모를 갖는 규모 종속성 지형학적 인자로 판단할 수 있었다. 또한 소류력의 경우 제한된 범위 내에서만 복잡계 거동을 보여 멱함수 법칙분포를 따르지 않는 것으로 판단되었다. 최우도법을 적용하여 추정한 배수면적의 멱함수 법칙분포 지수는 선행연구에 비하여 큰 수치로서 해당 지수의 추정에 사용된 방법론의 차이에 기인하는 것임을 확인할 수 있었다. 또한 수류력의 멱함수 법칙분포 지수는 선행연구에 비하여 다소 작은 수치로서 대상유역의 규모에 따른 수로경사의 특성에 기인하는 것으로 판단되었다.

The main purpose of this study is to analyze runoff aggregation structure and energy expenditure pattern of Choyang creek basin within the framework of power law distribution. To this end geomorphologic factors of every point in the basin of interest, which define tractive force and stream power as well as drainage area, are extracted based on GIS, and their complementary cumulative distributions are graphically analyzed through fitting them to power law distribution. The results indicate that three distinct behavioral regimes are observed from the complementary cumulative distributions of three geomorphogic factors. Based on the parameter estimation of power law distribution by maximum likelihood drainage area and stream power can be judged as scale invariance factor without finite scale while tractive force as scale dependence factor with finite scale. Furthermore, it is judged that tractive force would not follow power law distribution because it shows limited complex system behaviors only within the small extent of scale. The exponent of power law distribution for drainage area obtained in this study by maximum likelihood is larger than the previous researches due to the difference of parameter estimation methodologies. And the exponent for stream power is smaller than the previous researches due to the scaling property of channel slope for the basin of interest.

목차
Abstract
 요 지
 1. 서 론
 2. 이론적 배경
  2.1 개수로의 에너지 소비 현상
  2.2 DEM 기반 유역의 지형학적 인자
  2.3 유역의 응집구조
  2.4 멱함수 법칙분포의 일반식
 3. 방법론
  3.1 대상유역
  3.2 최우도법에 의한 매개변수 추정
 4. 적용사례
  4.1 지형학적 인자의 여누가 분포도
  4.2 멱함수 법칙분포의 적합
  4.3 멱함수 법칙분포의 지수 추정결과에 대한 검
 5. 결 론
 감사의 글
 References
저자
  • Kim, Joo-Cheol(International Water Resources Research Institute, Chungnam National University, 충남대학교 국제수자원연구소) | 김주철
  • Cui, Feng Xue(Yanbian Water & Electricity Survey Designing Research Institute, 연변수리수전탐사설계연구원) | 최봉학 Corresponding Author
  • Jung, Kwan Sue(Department of Civil Engineering, Chungnam National University, 충남대학교 토목공학과) | 정관수