하천차수

3. 하천 차수 방법 비교

'''클래식 하천 차수'''는 '핵의 하천 차수' 또는 '그라벨리우스의 하천 차수'라고도 하며, 바다에 합류하는 하천(본류)에 "1"을 부여하는 "상향식" 계층 구조이다. 하천 차수는 유역의 중요한 측면으로, 하천 계층 구조에서 하천의 위치를 나타낸다. 지류는 유입되는 하천보다 1이 더 큰 번호를 받는다. 예를 들어, 본류의 모든 직속 지류는 "2"가 되고, "2"로 유입되는 지류는 "3"이 되는 식이다.^[4]

이러한 유형의 하천 차수는 하천이 네트워크에서 차지하는 위치를 나타내지만, 각 합류점에서 어느 쪽이 주요 채널의 연속인지, 그리고 주요 채널이 다른 두 개의 작은 하천의 합류점에서 시작되는지 여부에 대한 결정을 내려야 하기 때문에 문제가 발생할 수 있다. 1차 하천은 각 합류점에서 가장 많은 부피의 유량을 갖는 하천으로, 일반적으로 하천의 오랜 명칭을 반영한다. 19세기 지리학자들은 하천의 "진정한" 근원을 찾으려고 노력했으며, 주요 하천을 정의하기 위해 하천의 길이(가장 먼 기원에서 입구까지의 거리)와 다양한 유역의 크기를 측정하는 것 외에도, 실제 합류점에서 가장 적게 벗어나는 하천을 찾고, 라인강과 아레강 또는 엘베강과 블타바강과 같이 하천과 지류의 연속적인 이름도 고려했다.

로버트 E. 호턴은 하천 차수를 거꾸로 매기는 하향식 시스템인 호턴 하천 차수를 고안했다.^[8] 위상 하천 차수 시스템은 "상향식" 시스템이며 모든 합류 지점에서 하천 차수 번호가 1씩 증가한다.^[4]

3. 1. 고전적/위상적 차수 체계 vs. 호턴/스트랄러 차수 체계

4. 하천 차수의 활용

하천 차수는 수문학적 지도 제작, 하천 시스템 매핑 및 모델링, GIS 기반 지구 과학 등 다양한 분야에서 활용된다.^[4] 하천의 각 부분을 정의하고 분류하여 물 수지 모델링의 기초를 제공하며, 2차원 지도를 3차원 벡터 모델로 변환하는 과정에서 발생하는 문제점을 해결하기 위한 연구도 진행되고 있다.

4. 1. 수문학적 지도 제작

4. 2. 하천 시스템 매핑 및 모델링

4. 3. GIS 기반 지구 과학

5. 분기율

분기율($R\_B$)은 특정 차수의 하천 수와 그 다음 차수 하천 수의 비율이다. 분기율은 일반적으로 3.0에서 5.0 사이의 값을 가진다. 분기율은 다음과 같이 계산한다.

:$R\_B\; =\; \backslash frac\{N\_u\}\{N\_\{u+1\}\}$

::$N\_u$: u차 하천의 총 수

::$N\_\{u+1\}$: u+1차 하천의 총 수

6. 하천 차수와 기타 요소 간의 관계

하천 차수를 매긴 다음에는 분기율($R\_B$)을 계산할 수 있다. 분기율은 일반적으로 3.0에서 5.0 사이의 값을 가진다.

:$R\_B\; =\; \backslash frac\{N\_u\}\{N\_\{u+1\}\}$

::$N\_u$ : u차 하천의 총 수

::$N\_\{u+1\}$ : u+1차 하천의 총 수

하천 차수, 하천 평균 길이, 평균 경사, 특정 차수를 가진 하천의 수 사이에는 물리적인 법칙이 성립하지는 않지만, 통계적으로 높은 상관관계가 있다. 수문학에서는 이러한 상관관계를 편의상 법칙으로 받아들인다. 호튼의 하천수 법칙(law of stream number)을 이용하면 분기율을 통해 특정 차수 하천의 수를 구할 수 있다.

:$N\_u\; =\; \{R\_B\}\; ^\{k\; -\; u\}$

::$k$ : 유역의 주하천 차수 (가장 높은 차수)

7. 과제 및 향후 연구 방향

GIS 기반 지구 과학에서 스트라헬러(Strahler) 및 슈리브(Shreve) 하천 차수 모델은 하천 객체의 그래픽 범위를 보여주기 때문에 사용된다. Hack, Strahler 및 Shreve 차수는 ESRI ArcGIS Pro 3.3.x 도구인 https://www.rivex.co.uk RivEX에서 계산할 수 있다.^[5]

스트라헬러의 1952년 보고서 이후 연구는 2차원 지도를 3차원 벡터 모델로 변환할 때 발생하는 몇 가지 과제를 해결하는 데 집중했다. 한 가지 과제는 하천의 래스터화된 픽셀 이미지를 벡터 형식으로 변환하는 것이었다. 또 다른 문제는 GIS를 사용할 때 지도 축척 조정이 하천 분류를 1~2 차수만큼 변경할 수 있다는 것이다. GIS 지도의 축척에 따라 하천 시스템의 트리 구조 세부 사항이 손실될 수 있다.

EPA 및 USGS와 같은 민간 산업, 대학 및 연방 정부 기관의 연구 노력은 자원을 결합하여 이러한 과제 및 기타 과제를 연구하는 데 초점을 맞추었다. 주요 목적은 GIS 데이터가 모든 지도 축척에서 일관되게 신뢰할 수 있도록 소프트웨어 및 프로그래밍 규칙을 표준화하는 것이다. 이를 위해 EPA와 USGS는 모두 표준화 노력을 주도하여 The National Map을 만들었다. 두 연방 기관과 선도적인 민간 산업 소프트웨어 회사는 호턴(Horton)과 스트라헬러의 하천 차수 벡터 원칙을 표준화된 National Map 소프트웨어에 내장된 코딩 로직 규칙의 기초로 채택했다.

참조

_[1] 서적 Koschitzki
_[2] 서적 Weishar
_[3] 서적 Weishar
_[4] 웹사이트 Description https://svn.osgeo.or[...] 2017-04-16
_[5] 논문 Strahler 1957
_[6] 논문 Strahler 1964
_[7] 논문 Shreve 1966
_[8] 논문 Horton 1945