‘되먹임 기반’ 사구 역학 모형의 호환 가능성에 대한 이론적 고찰

류호상(Hosahng RHEW) 한국지역지리학회 2016 한국지역지리학회지 Vol.22 No.3

풍성사구는 바람, 모래 지면, 식생 간 상호작용의 결과로 발달하는 지형이다. 되먹임 기반 사구역학 모형은 풍성사구가 자기조직 현상에 의해 생성된다는 데 초점을 맞춘다. 풍속장의 정확한 재현에 초점을 맞추는 외력 기반 모 형과는 달리 되먹임 기반 모형은 지형발달 과정에서 도출한 현상학적 규칙을 이용해 지형 역학을 분석한다. 되먹임 기반 모형은 성공적으로 사구형성 과정을 재현하지만, 규칙 설정의 융통성 수준에 대한 이해를 요구한다. 이 연구는 사구의 패턴을 재현하는 데 성공적이라고 평가되는 ‘모래판 모형(sand slab models)’, ‘Nishimori 모형’, ‘de Castro 모 형’을 비교하여 알고리듬간 호환 가능성을 분석하였다. 주요 결과는 다음과 같다. 첫째, 모래이동 플럭스의 관점에서 모래판 모형과 de Castro 모형은 호환이 용이하지만 Nishimori 모형은 조정인자를 고려해야 한다. 둘째, 사면조정에 관한 Nishimori 모형의 알고리듬은 다른 모형이 채택하고 있는 안식각 기준을 손쉽게 이식할 수 있다. 셋째, 모래판 모형과 de Castro 모형이 채택하는 바람그늘 규칙은 사구 성장 및 발달에 필수 요인은 아닐 수 있으며, 사구열 수준 의 상호작용에서 보다 중요한 역할을 할 것으로 보인다. 모래판 모형과 de Castro 모형, Nishimori 모형은 대체로 호 환 가능한 구조를 갖추고 있다고 판단되나 호환 가능성의 수준을 판단하려면 보다 체계적인 검토가 필요하다. Two different modelling approaches to dune dynamics have been established thus far; continuous models that emphasize the precise representation of wind field, and feedback-based models that focus on the interactions between dunes, rather than aerodynamics. Though feedback-based models have proven their capability to capture the essence of dune dynamics, the compatibility issues on these models have less been addressed. This research investigated, mostly from the theoretical point of view, the algorithmic compatibility of three feedbackbased dune models: sand slab models, Nishimori model, and de Castro model. Major findings are as follows. First, sand slab models and de Castro model are both compatible in terms of flux perspectives, whereas Nishimori model needs a tuning factor. Second, the algorithm of avalanching can be easily implemented via repetitive spatial smoothing, showing high compatibility between models. Finally, the wind shadow rule might not be a necessary component to reproduce dune patterns unlike the interpretation or assumption of previous studies. The wind shadow rule, rather, might be more important in understanding bedform-level interactions. Overall, three models show high compatibility between them, or seem to require relatively small modification, though more thorough investigation is needed.

금강하구역 의사결정지원시스템의 개념 설계

류호상(Hosahng Rhew),신영호(Young Ho Shin),이창희(Chang-Hee Lee) 한국해양환경·에너지학회 2018 한국해양환경·에너지학회지 Vol.21 No.3

수정 모래판 모형을 이용한 지표수분 함량과 비사이동의 되먹임 구조 탐색

류호상 ( Hosahng Rhew ) 한국지형학회 2017 한국지형학회지 Vol.24 No.3

Traditional approaches to surface moisture problems in the context of aeolian research have focused on the initiation of sand movement, developing various models for predicting threshold velocity on a wet surface. They have been unsatisfactory, however, in explaining field observations because they have not incorporated spatiotemporal variability of surface moisture, the interactions between transported sand grains and surface, and the role of aeolian transport in controlling surface moisture. As Nield (2011) showed, a simplified numerical model can be used to investigate this issue. This research aims to explore the feedback structures between aeolian transport and surface moisture using a modified sand slab model. Key modifications are the introduction of simultaneous updating scheme for all the slabs and moisture-assigning procedures with and without aeolian transport. The major findings are as follows. Moist surface conditions suppress sand slab movement, leading to the development of smaller-scale topography. Available sands for aeolian transport are determined by the vertical patterns of moisture content with its variations from groundwater to the surface. Sand patches on a wet surface act as a localized source area. Sand movement drives immediate changes in surface moisture rather than time-lag reponses, mostly when moist conditions are dominant.

월영습지의 지형경관과 토양특성

류호상 ( Rhew Hosahng ) 한국사진지리학회 2017 한국사진지리학회지 Vol.27 No.3

묵논의 습지화 과정은 경작 당시 조성된 수문 체계와 휴경 이후 진행되는 토양 조건 변화가 중요하다. 묵논습지인 월영습지는 환경부 지정 습지보호지역 중 하나로 관리되고 있으나 습지 내 계단식 구조의 형태 및 습지 토양특성에 대한 분석은 체계적으로 보고된 바 없다. 이 연구는 습지의 계단식 구조를 파악하고 지화학 특성을 분석하는데 초점을 맞추어 월영습지 지형과 토양 특성을 다룬 것이다. 주요 결과는 다음과 같다. 첫째, 월영습지는 휴경된 지최소 25 여년의 시간이 흘렀음에도 계단식 논 구조와 수문체제가 여전히 유지되고 있다. 둘째, 유기물과 전질소는 침수가 되는 지역을 중심으로 높고 유효인산은 유기물 함량이 낮은 지역에서 높은 값을 보인다. 셋째, 치환성 양이온 농도는 Ca>Mg>K>Na 혹은 Ca>Mg>Na>K의 패턴을 보이며 습지마다 분포 특성에 차이를 보인다. 계단식 구조는 휴경 이후 침수 조건 유지에 기여하여 묵논습지 발달을 도운 것으로 보인다. 월영습지 토양은 논 토양 평균보다 유기물 함량이 높고 유효인산은 낮으며 Ca의 함량이 높게 나타난다. 이는 논란의 여지는 있으나 휴경 이후 진전된 변화를 지시하는 것으로 판단된다. 월영습지의 토양은 치환성 양이온 함량비의 관점에서 볼 때 ‘Ca 집중’ 유형인 것으로 나타난다. 일반적인 논 토양도 Ca 집중 유형으로 분류되므로 산지습지에서 확인되는 Ca 집중 유형의 의미를 이와 연계하여 해석할 필요가 있다. The processes that drive abandoned paddies into wetlands depend on hydrological remnants and sequential changes in soil properties after the stop of cultivation. Wolyeong Wetlands, as abandoned paddy wetlands, are currently managed as a wetland conservation area; however, hydrological remnants and soil properties have n ot been well documented yet. This research aims to descry be geomorphic and geochemical properties of Wolyeong Wetlands. The main findings are as follows. First, Wolyeong Wetlands hold hydrological remnants such as paddy terraces, water reservoirs and irrigation ditches at least for 25 years. Second, organic matter and total nitrogen show high concentrations in water-logging areas, while available phosphates show opposite trends. Third, the concentration of exchangeable cations is Ca>Mg>K>Na or Ca>Mg>Na>K in order, and show different distribution patterns from wetland to wetland. The terrace structures help to have maintained flooding conditions after abandonment, contributing to the development of Wolyeong Wetlands. The soils in Wolyeong Wetlands show higher organic matter and Ca cation, but lower available phosphates in comparison to those of general paddy soils; it seems to suggest the sequential changes after the stop of agricultural activities. Soils in Wolyeong Wetlands belong to the higher Ca concentration group. The fact that the general paddy soils can also be classified as the same category urges us to reconsider the meaning of the higher Ca concentration as a criterion for classifying mountainous wetlands.

지표수분과 사구지형 발달 간의 되먹임 구조 분석을 위한 모래판 모형 알고리듬 조정 및 초기 결과

류호상(Hosahng Rhew) 대한지리학회 2017 대한지리학회 학술대회논문집 Vol.2017 No.6

바람그늘의 기울기가 횡사구의 지형발달에서 담당하는 역할

류호상(Hosahng RHEW) 한국지역지리학회 2016 한국지역지리학회지 Vol.22 No.4

횡사구는 높이에 반비례하는 속도로 이동하므로 속도가 빠른 작은 사구가 속도가 느린 큰 사구에 계속 충돌한다. 충돌이 병합으로만 이어지면 일정한 규모의 사구열이 정상상태를 유지한 채 이동하는 현상은 설명할 수 없다. 최 근 연구들은 사구의 충돌이 병합만을 유발하는 것이 아니라 모래의 재분배로 이어질 수 있다는 데 주목한다. 반면 사 구 배후에 발달하는 바람그늘의 역할에 대해서는 아직 상세한 분석이 이루어지지 않았다. 이 연구는 기존 연구들을 토대로 횡사구 거동을 기술하는 지배 방정식을 유도하고, 횡사구의 지형발달을 ‘거동 공간’ 상의 궤적으로 치환・분석하는 기법을 이용하여 바람그늘이 횡사구 지형발달에서 담당하는 역할을 규명하고자 한 것이다. 이를 위해 횡사구를 위치와 높이를 지닌 막대로 단순화하고, 사구의 형태 비율적 특징과 바람맞이 사면에 따른 풍속의 증가 현상, 사구의 모래포집 효율 등의 개념을 토대로 횡사구의 이동과 성장을 결정하는 관계식을 유도하였다. 유도된 관계식은 인접한 두 사구열 높이의 순서쌍으로 정의되는 평면(거동 공간) 상에서 사구의 거동 양상을 결정하는 영역과 사구의 진화 방 향을 지시하는 벡터장으로 표현된다. 분석 결과 바람그늘의 기울기는 거동 공간에 수렴 영역을 생성하는 역할을 하지 는 못하며, 다만 횡사구 지형발달의 경로에 영향을 미치는 요인으로 작용한다. 이 논문의 모형은 횡사구의 지형 안정 성을 재현하지는 못했지만, 사구 간격-높이 관계의 지수를 관측값과 유사하게 제시한다는 점에서 주목할 만하다. The empirical law that transverse dunes migrate inversely with their heights leads logically to the prediction that multiple dune ridges will converse to a single huge dune by merging. This contradicts the existence of the steady state dune fields on the Earth. The recent studies have emphasized dune collisions as a key mechanism to the stability of dunefield. The roles of wind shadow aspect ratio, however, have yet to be fully explored. This research aims to investigate the potential roles of wind shadow aspect ratio in the dynamical behaviors of transverse dune field. The simplified model is established for this, based upon allometric properties of transverse dunes, wind speedup on the stoss slope and sand trapping efficiency. The derived governing equations can be transformed to the zoning criteria and vector field for dune evolution. The dynamics analysis indicates that wind shadow aspect ratios do not produce convergent areas on the behavior space; rather, they just act as one of the factors that affect the trajectories of dune evolution. Though the model cannot represent the stability of dune field, but seem to produce a reasonable exponent for dune spacing-height relations.

해빈 지표수분의 동적 속성과 비사이동

류호상(Rhew, Hosahng) 한국지역지리학회 2017 한국지역지리학회지 Vol.23 No.3

해빈 지표수분 함량은 해빈 비사이동을 조절하는 핵심 요인이다. 전통적 접근은 지표수분 함량이 비사이동에 미치는 영향에 초점을 맞추었으나 비사이동이 지표수분 함량을 변화시키는 부분에 대한 고려가 부족하였다. 이 연구는 해빈 지표수분역학을 비사이동 유무에 따라 유형 1과 유형 2로 구분·정립하고 유형별 지배 방정식을 수분함량(θ )과 수분함량의 변화율(기호는 원문참조)에 대한 식으로 유도한 후 그 거동을 (θ , 기호는 원문참조 ) 평면 위에서 분석한 것이다. 분석 결과 비사이동이 일어나지 않는 경우 지표수분 함량은 대체로 증발의 주도 하에 감소세를 유지하며, 비사이동의 발생에 따라 지표수분 함량이 증가할 때 증발의 영향을 상쇄하려면 지표수분 함량의 공간적 변동성이 최소한 10<SUP>-2</SUP>∼10<SUP>0</SUP>의 수준이 되어야 한다는 점을 확인하였다. 유형 1과 유형 2의 상호작용을 제대로 파악하려면 공간 명시적 접근과 수분 변동성이 큰 표층 개념의 도입이 필요하다. Beach surface moisture plays a key role in controlling aeolian transport on a beach. Traditional approaches have emphasized the effect of moisture on aeolian transport; the effect of aeolian transport on surface moisture, however, has little been considered as critical. In this research, we try to incorporate both effects for understanding moisture problems on a beach. Water flow-driven mode-1 and aeolian transport-driven mode-2 dynamics are identified at first, followed by the establishment of governing equations for two modes as the function of moisture(θ ) and the rate of moisture change(기호는 원문참조); their dynamical behaviors are finally analyzed on (θ , 기호는 원문참조) space. Under no transport condition, the mode-1 dynamics reduces surface moisture mainly by gravity drainage and evaporation below some moisture content. Under transport condition, the mode-2 processes can increase surface moisture, but require 10<SUP>-2</SUP> ∼10<SUP>0</SUP> ranges in spatial variations of moisture to counteract evaporative forces. We need to adopt the spatially explicit approaches and the concept of a surface layer with higher moisture variability to investigate the interactions between mode-1 and mode-2 processes in more detail.

영산강 하구의 방류와 강우의 규모 및 빈도 상관성 분석

류호상,이관홍,Rhew, Ho-Sang,Lee, Guan-Hong 한국해양학회 2011 바다 Vol.16 No.4

하구둑으로 인해 담수의 공급이 간헐적으로 발생하는 영산강 하구에서는 담수의 방류가 하구의 유동패턴, 염분농도의 변이, 영양염 공급 등 하구환경과 생태계 반응을 주도하는 요인이다. 담수의 방류는 유역의 강우조건에 영향을 받으므로 담수의 방류시기 및 규모를 파악하기 위해서는 담수방류를 유발하는 강우조건과 강우-방류간 상관관계에 대한 이해가 필요하다. 또한 담수방류가 하구에 미치는 영향을 평가하기 위해서는 방류의 규모와 더불어 빈도에 대한 고려가 필수적이다. 이 연구는 영산강 하구역의 담수방류를 예측하고 평가하는 도구로서 영산강 하구둑의 담수 방류자료를 대상으로 강우에 보다 직접적으로 반응하는 극치방류의 확률분포함수를 파악하고 극치방류를 유발하는 강우조건을 판별하여 극치방류를 유발하는 강우와 극치방류 간의 빈도-규모 관계식을 도출하는 데 목적을 두었다. 13.7년(1997.1.1-2010.8.31)간의 일방류량 자료에 대하여 일연속방류를 분석의 기본단위인 방류이벤트로 정의하되 4일 이상의 일연속방류의 경우는 방류패턴에 토대를 둔 이벤트 분리 알고리듬을 적용하여 개별 이벤트를 식별하였다. 총 529건의 방류 이벤트에 대하여 14년간의 연 최고치 중 최솟값에 해당하는 133,656,000 $m^3$을 기준으로 극치방류이벤트를 선별하고 부분시계열 빈도분석법을 적용하여 극치방류의 확률분포함수가 Weibull(k=1.4)함수를 따름을 확인하였다. 극치방류를 기준으로 대비되는 강우 l일전 3일합 강우량이며 최솟값은 50.98 mm인 것으로 나타났다. 이 기준에 따라 추출된 방류유발기능 강우군은 총 102건으로 극치방류이벤트의 수보다 많았다. 정준판별분석을 통해 3일합 강우량 이외에 관리수위대비(-1.35 m EL.) 하구호 수위가 방류유발 강우를 규정하는 중요한 요소라는 점과 방류유발가능 강우군을 선별하는 임계값을 104mm로 재조정할 경우 3일합 강우량만으로 방류유발 강우를 규정할 수 있음을 확인하였다. 극치방류 유발 강우만을 대상으로 강우-방류 관계식을 수립한 결과 3일합-강우량($\overline{r_{3day}}$), 3일합-강우량 재현주기($T_{r3}$), 방류량(Discharge, D), 방류량 재현주기($T_d$)의 관계는 $D=1.111{\times}10^8+1.677{\times}10^6{\overline{r_{3day}}$, (${\overline{r_{3day}}{\geqq}104$), $T_d=1.326T^{0.683}_{r3}$, $T_d=0.117{\exp}[0.0155{\overline{r_{3day}}]$로 나타났다. 100년 주기 3일합 강우(357mm)에 의해 유발되는 방류량은 영산강 하구둑 방류량의 재현주기는 30.8년 정도이며 그 양은 $7.0979{\times}10^8m^3$이다. 담수방류의 재현주기 및 재현주기에 기초한 강우-방류 관계식은 영산강 하구역을 비롯하여 인위적으로 담수의 방류가 조절되는 하구역에서 담수의 영향을 평가하고 예측하는 데 기여할 수 있을 것이다. The intermittent freshwater discharge has an critical influence upon the biophysical environments and the ecosystems of the Yeongsan Estuary where the estuary dam altered the continuous mixing of saltwater and freshwater. Though freshwater discharge is controlled by human, the extreme events are mainly driven by the heavy rainfall in the river basin, and provide various impacts, depending on its magnitude and frequency. This research aims to evaluate the magnitude and frequency of extreme freshwater discharges, and to establish the magnitude-frequency relationships between basin-wide rainfall and freshwater inflow. Daily discharge and daily basin-averaged rainfall from Jan 1, 1997 to Aug 31, 2010 were used to determine the relations between discharge and rainfall. Consecutive daily discharges were grouped into independent events using well-defined event-separation algorithm. Partial duration series were extracted to obtain the proper probability distribution function for extreme discharges and corresponding rainfall events. Extreme discharge events over the threshold 133,656,000 $m^3$ count up to 46 for 13.7y years, following the Weibull distribution with k=1.4. The 3-day accumulated rain-falls which occurred one day before peak discharges (1day-before-3day -sum rainfall), are determined as a control variable for discharge, because their magnitude is best correlated with that of the extreme discharge events. The minimum value of the corresponding 1day-before-3day-sum rainfall, 50.98mm is initially set to a threshold for the selection of discharge-inducing rainfall cases. The number of 1day-before-3day-sum rainfall groups after selection, however, exceeds that of the extreme discharge events. The canonical discriminant analysis indicates that water level over target level (-1.35 m EL.) can be useful to divide the 1day-before-3day-sum rainfall groups into discharge-induced and non-discharge ones. It also shows that the newly-set threshold, 104mm, can just separate these two cases without errors. The magnitude-frequency relationships between rainfall and discharge are established with the newly-selected lday-before-3day-sum rainfalls: $D=1.111{\times}10^8+1.677{\times}10^6{\overline{r_{3day}}$, (${\overline{r_{3day}}{\geqq}104$, $R^2=0.459$), $T_d=1.326T^{0.683}_{r3}$, $T_d=0.117{\exp}[0.0155{\overline{r_{3day}}]$, where D is the quantity of discharge, ${\overline{r_{3day}}$ the 1day-before-3day-sum rainfall, $T_{r3}$ and $T_d$, are respectively return periods of 1day-before-3day-sum rainfall and freshwater discharge. These relations provide the framework to evaluate the effect of freshwater discharge on estuarine flow structure, water quality, responses of ecosystems from the perspective of magnitude and frequency.

낙동강 삼각주연안 사주섬 표층퇴적물의 입도특성과 공간적 분포

김성환(Sung Hwan Kim),류호상(Ho Sahng Rhew),신영호(Young Ho Shin) 한국지역지리학회 2007 한국지역지리학회지 Vol.13 No.1

낙동강 삼각주연안 사주섬의 지형변화에 대한 입도경향 분석의 활용도 탐색

김성환(Sung Hwan Kim),류호상(Ho Sahng Rhew) 한국지역지리학회 2007 한국지역지리학회지 Vol.13 No.2

입도경향분석은 퇴적물 입도경향으로부터 퇴적물의 순이동방향을 도출하는 방법론이다. 입도경향으로부터 도출된 퇴적물의 순이동방향이 낙동강 하류의 삼각주연안 사주섬의 지형변화 패턴과 잘 부합한다면 입도경향분석은 삼각주연안 사주섬의 지형변화를 연구하는 과정에서 효과적인 접근법이 될 수 있을 것이다. 이 연구는 Gao and Collins(1992)의 ``퇴적물 이동벡터``법에 따라 도출한 퇴적물 순이동방향이 낙동강의 삼각주연안 사주섬의 지형변화를 이해하는 데 적절히 활용될 수 있는지를 검토한 것이다. 연구결과 퇴적물 이동벡터로부터 얻어진 퇴적물 순이동방향은 대체로 항공사진을 통해 추출한 지형변화 패턴를 반영하고 있음을 확인하였으나 지형변화가 급속히 일어나는 지역에서는 그렇지 않았다. 이는 입도경향분석을 통해 얻은 퇴적물 순이동방향이 대표하는 프로세스의 시간적 규모와 지형변화 분석자료의 시간적 규모, 지형변화율 등의 요소의 부합, 불부합 여부 등이 관련되어 있다고 판단된다. 입도경향분석을 낙동강 삼각주연안 사주섬에 적용하고자 할 경우 설명가능한 시간적 규모를 고려한 신중한 접근과 해석이 필요하다고 사료된다. Grain-size trend analysis is the methodology to obtain the net sediment transport pattern from the spatial trends of grain size parameters. It has the potentials to be an effective tool to address the morphological changes of the deltaic barrier islands in the Nakdong River once we make sure net transport patterns inferred from grain size trend analysis represent the morphological evolution patterns. This research aims to investigate the applicability of the net transport patterns obtained by ``transport vector``, proposed by Gao and Collins(1992), to understanding the morphological changes of the Nakdong River deltaic barrier islands. The results indicate that the net transport directions are overall in concordance with the morphological evolution patterns; however, the level of concordance is low in the island with fast growing rate. The reasons may be match or mismatch of temporal scales involved between processes represented by net transport patterns and morphological change analyzed or the rate of morphological change. Consequently, the application of grain size trend analysis in analyzing the morphological changes of deltaic barrier islands requires the careful consideration of temporal scales involved.