강우관측망 평가는 가용한 수자원의 정확한 양을 파악하기 위해, 또한 강우-유출의 해석에 있어서 입력자료로 사용되는 면적평균강우량의 적절한 추정을 위해 중요하다. 따라서 강우관측망의 평가와 보완은 유역의 전반에 걸쳐 내린 면적평균강우량을 산정하기 전에 반드시 고려되어야 할 부분이다. 관측소 설치의 다양한 목적인 면적평균강우량의 정도 있는 추정을 고려하면 강우관측소는 공간적으로 균등하게 설치된 경우가 가장 이상적이다. 이에 본 연구에서는 보다 향상된 유역 면적평균강우량 산정을 위한 평가방법론을 제시하고, 4대강 유역 및 섬진강 유역에 대해 강우관측망의 공간적 특성을 파악하였다. 강우관측소의 공간적 분포 특성은 최근린 지수(nearest neighbor index)를 이용하여 정량화하였다. 아울러 2013년의 강우사상에 대해 산술평균법, 티센법, 추정이론을 이용하여 면적평균강우량을 산정하고 각 경우에 대해 오차를 평가하였다. 그 결과 공간분포가 우수한 유역은 면적평균강우량의 추정오차가 상대적으로 작으며, 반대로 공간분포가 왜곡된 유역의 경우는 상대적으로 추정오차가 큼을 확인하였다.

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.

강우관측소로부터 수집된 강우량 자료는 강우-유출 해석모형, 다양한 재해 예경보 시스템(disaster forecasting and warning system)등의 입력자료로 이용된다. 현재 여러 관할기관(the competent authorities?)에서는 악기상의 감시(Monitoring of severe weather), 홍수 예경보(flood forecasting and warning system), 다목적댐(multipurpose dam)의 관리 및 운영을 목적으로 강우관측소를 설치 운영중에 있다. 강우관측망을 평가하는 기법들로는 엔트로피 이론, 주성분회귀분석(principle component regression anlysis), 상관성 분석(correlation analysis), 평균제곱근오차 분석(RMSE analysis) 등이 있으며, 주로 엔트로피 이론에 의해 평가되고 있다. 그러나 엔트로피 이론을 통한 강우관측망 평가는 정보전달량(total information)의 크기만을 이용하여 강우관측망을 평가하는 방법으로, 단순히 관측자료의 특성만이 고려되는 한계가 있다. 그러나 경우에 따라 중요한 관측소가 단지 정보전달량이 작다는 이유로 최적 관측망에서 배제(exclusion) 될 가능성이 있다. 관측소 설치의 다양한 목적 중 면적평균강우량(area average rainfall)의 정도 있는 추정을 고려하면 강우관측소는 공간적으로 균등(uniform)하게 설치된 경우가 가장 이상적이다. 따라서 관측자료의 특성과 면적평균강우량을 산정을 위한 공간적 특성이 동시에 반영된 경우가 최적의 관측망이라 할 수 있다. 이에 본 연구에서는 낙동강 임하댐 유역을 대상으로 엔트로피 이론(혼합분포 적용, mixed distribution)과 관측소의 공간적 분포를 동시에 고려하여 강우관측망을 평가하였다. 혼합분포를 이용하는 강우관측망 평가는 연속분포(continuous distribution)를 이용하는 경우 비해 강우의 시공간적 간헐성(rainfall intermittency in time and space)을 고려할 수 있다는 장점이 있다. 아울러 강우관측소(raingauge station)의 공간적 분포 특성(spatial distribution characteristics)은 최근린 지수(nearest neighbor index)를 이용하여 정량화(quantification)할 수 있으며, 최근린 지수는 임의의 점에 가장 가까운 인접 점들 간의 거리 특성을 이용하는 방법으로 점의 분포를 보다 지리적(geographically)으로 파악할 수 있다. 최근린 지수를 이용하여 강우관측소의 공간적 특성을 파악한 후, 이를 바탕으로 강우관측소의 등급을 결정하였다. 엔트로피의 최대 정보전달량(maximum amount of total information of entropy) 및 강우관측소의 공간적 특성(spatial characteristics)을 동시에 고려하기 위해 유클리디언 거리(euclidean distance)를 이용하여 2개의 목적함수(objective functions)를 통합하였으며, 이를 MOGA(Multi Objective Genetic Algorithm)를 이용하여 최적관측망(optimal raingauge network)을 선정하였다. 그 결과 MOGA를 이용하여 관측망을 평가한 경우, 엔트로피 이론만을 적용했을 때보다 선정된 최적관측소가 보다 공간적으로 분산됨을(dispersed) 확인하였다. 이는 강우관측소의 공간적 분포와 자료의 특성이 동시에 반영된 결과이다.

A new method of automatic recording raingauge is developed to measure rainfall with 0.01mm resolution. This use two different signals to measure rainfall more accurately compare than other raingauges. One is weight of the tipping bucket with rainfall amount and the other is pulse from tipping bucket reverse. New method applied 1 mm tipping bucket mechanism and install loadcell under tipping bucket mechanism for measuring rainfall weight. Loadcell measure weight of rainfall until 1 mm with 0.01 mm resolution and more than 1 mm than bucket reverse and pulse signal generate, after that loadcell measure weight again. The validation of new instrument was examined in the room 65 mm/hour rainfall rate total 53 mm range. There is below than 1 % error of absolute rainfall amount and 0.01 mm resolution. The field test of instrument was carried out by comparing its measured values with values recorded by weight type and standard type on June 1 2003 at Terrestrial Environmental Research Center at Tsukuba University in Tsukuba of Japan, when it has recorded total amount of 40.58 mm rainfall by standard raingauge and new raingauge recorded 41.032 mm. Same rainfall intensity pattern observed in field observation with weight type raingauge. Rainfall intensity between weight type and Lee-A type raingauge reached 0.9947 correlation in 3 minute average.

본 연구에서는 강우가 공간적으로 균질하며 아울러 그 공간상관구조도 지수함수를 따른다고 가정하여 남한강 유역의 강우관측망을 평가하였고 아울러 WMO의 기준과 비교하였다. 그 결과를 정리하면 다음과 같다. (1) 남한강유역은 WMO의 기준으로 볼 때 산지도 평지도 아닌 중간적 특성을 나타낸다. 그러나 남한강 상류부에서 관측된강우의 공간상관거리는 남한강 하류부에서 관측된 강우의 공간상관거리에 비해 짧게 나타나며 따라서 상류부와 하류부는 그 강우특성이 구별된다