섬진강에서 다분광 위성영상을 활용한 식생의 유형 분류와 홍수교란 평가

초록

2020년 여름 섬진강에서 100년 빈도 이상의 대홍수가 발생하여 하안 식생이 대규모로 교란되었다. 본 연구는 홍수가 하안 식생에 미치는 영향을 알아보기 위하여, 다분광 위성영상을 이용하여 하안식생을 분류하고 홍수 후 식생의 파괴 여부를 확인함으로써 식생 유형 별 홍수 교란을 평가하는 방법을 개발하여 2020년 대규모 홍수가 발생한 섬진강에 적용하였다. 본 연구에 이용한 위성영상은 Sentinel-2가 2020년 3, 4, 5 및 1월에 촬영된 다분광 자료이며 연구 지역인 섬진강댐부터 남해 유출 지점까지 총 135 km의 섬진강 본류 제외지를 포함하도록 수집하였다. 먼저 식생 유형을 원격탐사로 분류하기 위하여 2020년 10월에 수집된 2.4 km 구간의 현장 조사 식생 자료와 다분광 위성영상 자료를 대응하여 지도 학습 기계 모형을 이용하였다. 즉 bagging tree, gradient boosting, extreme gradient boosting, random forest, support vector machine의 5개 모형을 구축 하여 정확도가 가장 높은 모형을 선정하여 섬진강 전역에서 식생을 분류하였고 각 식생의 피복율을 계산하였다. 식생 유형 별 홍수 교란 평가는 정규식생지수 (normalized difference vegetation index, NDVI)를 이용하여, 홍수 전후로 촬영된 다분광 위성 영상 자료에서 NDVI를 계산하고 이진화하여 각 격자를 식생, 비식생으로 구분하였다. 그 후 각 격자에서 홍수 전엔 식생이었지만 홍수 후엔 비식생으로 구분되었다면 해당 격자의 식생이 교란된 것으로 하여 간주하고 식생 교란율을 산정하였다. 식생피복율과 교란율은 섬진강 전역 및 섬진강 본류 유심선을 따라 1 km 마다 계산하였다. 섬진강에서 분류한 초본, 버드나무류 목본, 기타 목본의 식생유형의 식생 피복율은 홍수 전에 각각 49. 1%, 21.1% 및 8.5%이었고 섬진강 전구간에서 홍수 전 식생 피복율은 78.6%이었다. 식생 유형 별 홍수에 의한 교란율은 초본, 버드나무류 목본, 기타 목본에서 각각 37.2%, 28.8% 및 18.3%로 평가되었다. 식생 피복율과 홍수에 의한 교란율은 식생 유형과 하천 구간에 따라서 차이가 있었는데, 이러한 차이는 구간 별 하천 지형, 수리수문 요인, 식생 별 홍수에 대한 저항성 및 식생 공간 분포에 의하여 발생한 것으로 생각된다. 본 연구는 넓은 공간범위에서 하안 식생을 분류하고 홍수에 의한 식생 교란을 평가하여 하천에서 식생, 지형, 수리수문 사이의 관계를 규명할 수 있는