면적평균강우량의 산정은 가용 수자원의 정확한 양을 파악하고 강우-유출해석에 필수적인 입력자료이기 때문에 매우 중요하다. 이와 같은 면적평균강우량의 정확한 산정을 위한 필수적인 조건은 강우관측망의 균일한 공간적 분포이다. 본 연구에서는 보다 향상된 유역 면적평균강우량 산정을 위한 강우관측망의 공간분포 평가방법론을 제시하고, 이를 5대강 유역에 적용하였다. 강우관측소의 공간적 분포 특성은 최근린 지수(nearest neighbor index)를 이용하여 정량화하였다. 유역별 강우관측소의 공간적 분포가 면적평균강우량 산정에 미치는 영향을 평가하기 위하여 2005년~2014년의 강우사상에 대해 산술평균법, 티센가중법, 추정이론을 이용하여 면적평균강우량을 산정하고 각 경우에 대해 추정오차를 평가하였다. 적용 유역에 대해 수문학적 유출특성을 고려하여 분할된 중유역을 바탕으로 강우관측소의 공간적 특성을 평가한 결과 국토교통부의 강우관측망은 최근린 지수가 1이상으로 공간적 분포가 상당히 분산되어 있음을 확인하였다. 이러한 결과는 국토교통부의 강우관측소 설치 목적인, 즉, 강우-유출 해석의 입력자료인 면적평균강우량을 정도 있게 추정하기 위한 목적에 상당히 배치된다. 아울러 면적평균강우량의 추정오차를 공간분포가 우수한 중유역과 상대적으로 떨어지는 중유역에 대해 산정한 결과 공간분포가 떨어지는 중유역에서 상대적으로 면적평균강우량의 오차가 더욱 크게 산정됨을 확인하였다. 이는 공간적 변동성이 큼으로 인해 면적평균강우량의 추정에 큰 오차가 포함되기 때문이다. 면적평균강우량 산정 방법별 가중치를 산정한 결과 공간분포가 우수한 유역에서는 가중치의 편차가 작아 공간적 변동성이 작음을 재확인하였다. 향후 관할 기관별 목적에 의해 강우관측망을 평가한다면 보다 설득력이 있는 관측망 평가가 가능할 것이다.

본 연구에서는 서울지역에 설치된 SK-Planet의 강우관측소에서 관측된 강우자료의 품질을 평가하고, 자료의 품질과 관측소의 공간분포를 고려하여 자료의 신뢰성 및 활용성이 검증된 최적관측소를 선정하였다. 이를 위해 SK-Planet 강우관측소에서 2013년 6월 1일부터 2014년 5월 31일까지 관측된 강우자료를 수집하여 관측소별 결측치와 이상치에 대한 통계적 특성을 분석하였다. 강우자료의 결측률은 전체 자료에 대한 것뿐만 아니라 강우발생 조건과 강우강도를 고려하여 분석하였다. 그 결과 전체 자료에 대한 결측률은 대략 20% 전후로 나타났으며, 강우 발생 시 결측률은 대략 10% 미만으로 나타났다. 이상치는 각 관측소의 총 강우량 및 인근 관측소의 강우자료를 이용하여 분석하였다. 그 결과 전체 자료에 대한 오측률은 대략 10% 전후로 나타났다. 분석 결과를 이용하여 우수한 품질의 강우자료를 관측하는 최적관측소를 선정하였다. 그 결과, 서울 지역에 설치된 전체 263개의 강우관측소 중 64개의 관측소가 최적관측소로 선정되었다. 최적관측소는 공간적으로 균질하게 분포하고 있으며, 영향범위를 고려했을 때 서울 지역을 전체적으로 포괄하는 것으로 나타났다. 본 연구에서 선정된 최적관측소의 강우자료는 서울 지역에 대한 홍수예경보 및 강우유출해석에 유용한 기초자료로 쓰일 수 있을 것이라 판단된다.

강우량은 관측소의 설치고도에 따라 관측량의 편차가 심하며, 이로 인해 도시지역과 산지지역의 강우발생 특성이 다르다. 이로 인해 산지 돌발홍수가 자주 발생하고 있으며, 따라서 산악 지역의 경우 강우관측소의 밀도가 높아야 한다. 강우관측소의 고도를 고려한 관측망의 평가는 유역평균강우량 산정 및 레이더 자료의 보정에 있어 중요한 과정이 된다. 이에 본 연구에서는 강우관측소의 설치고도를 고려한 강우관측망을 평가방법론을 제시하였다. 강우관측소의 설치고도를 고려한 강우관측망 평가를 위해 고도별 면적에 해당되는 관측소 설치밀도의 변동계수(CV: Coefficient of Variation)를 이용하였다. 변동계수는 자료의 표준편차와 평균의 비를 의미하며 표준편차를 평균으로 나누어 간단히 산정할 수 있다. 일반적으로 변동계수가 작으면 자료의 분포가 균일(고도별로 설치된 관측소가 일정)하다고 판단하며, 반대로 변동계수가 크면 자료의 편차가 심해 고도별도 설치된 강우관측소의 밀도가 일정하지 않다고 판단할 수 있다.

강우관측소 설치의 다양한 목적 중 면적평균강우량의 정도 있는 추정을 고려하면 강우관측소는 공간적으로 균등하게 설치된 경우가 가장 이상적이다. 아울러 산지효과를 파악하기 위해서는 강우관측소의 고도별 설치밀도 파악이 필수적이다. 이에 본 연구에서는 강우관측소의 공간적 분포특성과 강우관측소의 고도별 특성을 동시에 고려하기 위해 유클리디언 거리를 이용하여 2개의 목적함수를 통합하였다. 강우관측소의 공간적 특성은 최근린지수를 이용하여 정량화하였으며, 관측소의 고도별 설치밀도의 특성은 변동계수를 이용하여 평가하였다. 이를 4대강 유역에 대해 적용하여 유역별 강우관측망을 평가 및 비교하였다.