국내의 수문관측은 1441년의 측우기 발명으로부터 시작하였으며, 근대적인 수문조사는 일제강점기부터 시작되어 현재에 이르고 있다(MOLIT, 2013). 과거의 수자원정책은 치수에 치중되어 있어 수문관측소를 홍수예보 목적으로 활용하였다. 현재는 이수적 측면 및 환경적 측면의 중요성이 요구되어 보다 체계적인 수문관측이 필요하다. 국내의 지형학적 특성은 국토의 70% 정도가 산악지형으로 형성되어 있어 산악지형 특성과 섬 지형의 특성을 보이고 있다(Lee et al., 2017). 더욱이 기상 이변으로 인해 국지성호우 및 가뭄발생이 빈번하여 국가수문계획을 수립하는데 있어 보다 정밀한 기초수문자료의 축적이 중요하다.

수자원을 효율적으로 계획 및 관리하는 일은 국가적인 차원에서 매우 중요하다 할 수 있다. 특히 신뢰성 있는 수문자료는 치수ㆍ이수적 측면인 수공구조물 설계에 반드시 필요하다. 그동안의 수문자료는 여러 기관에서 관측하여 체계적인 자료축적 되지 못하여 그 활용도가 제한적이였다. 또한 수문조사 종사자의 잦은 교체와 장비 부족 등으로 자료 품질에도 많은 문제점를 안고 있다. 강우, 유출, 증발산 등과 같이 시공간적으로 변동이 심하고 무작위성이 큰 수문현상을 정확하게 관측하거나 규명하는 것은 현실적으로 어렵다(Chun, 2015). 따라서 주요 지점에 관측소를 배치하여 지속적으로 운영함으로써 지점별 수문량을 파악하고 이를 시공간적으로 확장하여 이용하는 것이 일반적이다(MOLIT, 2011).

지점별 수문량에는 다양한 관측오차를 포함하고 있다. 오차를 발생시키는 대표적인 원인으로는 관측소 주변 여건 변화, 관측시설의 유지관리 상태, 관측장비의 오작동으로 인한 오차 등이 있다. 특히, 수문관측시설은 연속적인 작동으로 인해 현장의 강우, 습도, 먼지 등에 의해 오차가 발생할 가능성이 크며, 이러한 오차는 지속적으로 누적된다. 오차를 줄이기 위해서는 문제가 발생되는 지점에 대해서 지속적인 유지관리를 하여야 한다. 유지관리는 현장점검을 통해 관리하거나, 통계학적으로 자료를 분석하는 방법 등이 있다. 자료를 분석하는 방법은 시계열 분석을 통해 이상치를 검정하고 결측값에 대해서는 시계열 특성이나 주변의 관측소자료를 활용하여 자료를 재생산하는 방법이다. 유지관리를 위해 수문자료를 활용하는 방법은 장기간의 자료의 축적이 필요하다. 반면, 현장점검을 통한 유지관리 방안은 오류의 문제점들을 사전에 예측함으로서 보다 신속한 현장조치가 가능하다.

수문조사의 어려움과 수문자료의 개선을 위해 수문조사 선진화계획이 수립되었으며, 이를 바탕으로 다양한 수문조사 관련 사업으로 발전하였다. 대표적으로 MOLIT (2008, 2010)는 안정적인 실시간 자료의 생성을 위해 국가수문관측망과 국가유량관측망을 구축한 바 있다. 수위관측의 경우 측정자동화로 인해 보다 효율성적인 유지관리가 상대적으로 쉽다. 반면 유량관측의 경우 수위-유량관측곡선식의 유도를 목적으로 수행되며, 유량관측은 많은 인력투입을 투입하야만 모든 유량관측소의 운영이 가능하다. 특히 우기시 모든 유량관측소를 동시에 운영ㆍ관리하는 것은 현실적으로 어려우며, 유량관측소의 효율성을 제고하기 위해 유지관리의 우선순위를 결정하여 관리하는 것이 보다 효율적이다. 즉, 주변의 여건이나 하상변동의 심한 경우 정확도 확보를 위해 주기적인 관측이 필요하며, 상대적으로 안정된 하천의 경우 전자에 비해 주기적인 관측의 중요성이 떨어진다. 따라서 자료수집이 안정적인 수위관측소보다는 주변 여건 변동이라든지, 장비의 오류가 자주발생되는 지점에 대해 우선적으로 점검하여야 한다.

관측소 운영에 관련된 국내외 연구사례를 살펴보면 다음과 같다. Jo et al. (2012)는 하천유지관리기술을 확보하기 위해 항공레이저측량과 영상자료를 활용하여 하상자료 및 하상변동을 분석하였으며, Park et al. (2008)은 공간정보기술을 하천에 적용하여 하천구역관리 방안을 제안한 바 있다. Yu et al. (2011)은 하천의 효율적 관리를 위한 하상변동 모니터링을 수행하였으며, Hong and Shin (2015)은 수문관측설비에 대한 안정성 확보를 위해 성능시험 표준가이드라인을 제시하여 관측설비의 표준화된 검증체계를 구축하였다. 유역을 대표할 수 있는 관측망 구축은 엔트로피 이론, 상관성분석, 주성분 회귀분석과 같은 통계학 기법이 주로 이용되고 있다(참고문헌). 국외에서는 Chapman (1986)이 엔트로피 이론을 적용하여 관측자료의 불확실성을 검토하였으며, Yang and Burn (1994)과 Al-Zahrani and Husain (1998)은 최적관측망 설계 및 관측소 신설을 위해 엔트로피 이론을 적용하였다. 국내에서는 수위관측망 구축을 위해 Lee et al. (2014)는 다목적 최적화 기법을 적용을, Jo et al. (2012)는 앙상블 기법을 적용하여 관측망을 구축한 바 있다. 또한 수위관측소의 중요도를 선별하기 위해 MOLIT (2008)는 홍수예경보 지점, 중권역권의 출구점, 자료보유기간, 국가유량측정망 지점, 수질 관리지점 등을 고려하여 수위관측소의 중요도를 등급화 하였다. Lee et al. (2017)은 로지스틱 회귀모형을 통해 수위관측소의 문제점을 예측할 수 있는 기법을 제시하고, 회귀모형의 정확도 검증을 위해 ROC 성능평가기법을 적용하였다. 국내ㆍ외의 연구를 종합해 보면 수위관측소에 관련된 국내연구는 유역을 대표할 수 있는 관측소의 위치 및 개수에 중점을 두고 있다. 그러나 이러한 연구들은 안정적인 자료의 생산보다는 유역을 대표할 수 있는 관측소선별 과정이다. 따라서 관측소 운영시 문제점이 발생할 수 있는 가능성이 높은 지점에 대한 유지관리 기법은 아니다. 이에 본 연구에서는 Lee et al. (2017)에서 제시한 로지스틱 회귀모형을 통해 오류발생 가능성이 큰 관측소를 선별하고, 오류가 발생된 사례분석을 통해 국토교통부에서 제시한 관측소 관리등급의 적정성을 검토하고자 한다. 이를 위해 한강유역의 46개의 유량관측소를 대상으로 적용하여 제안된 방법론의 효율성을 검토하였다.

본 연구에서는 Lee et al. (2017)의 연구에서 유도된 로지스틱 회귀모형을 통해 오류발생 가능성이 큰 유량관측소를 선별하고, 유지관리 사례분석을 통해 국토교통부에서 제시한 관측소 관리등급의 적정성을 검토하였다. 이를 한강유역의 46개의 유량관측소를 대상으로 적용하여 제안된 방법론의 효율성을 검토하였다. 그 결과를 정리하면 다음과 같다.

회귀모형과 유지관리 사례를 통해 관측오류의 문제점이 낮은 관측소는 23개로 분석되었다. 또한 회귀모형에서 문제발생가능성이 있다고 예측하였으나 실제 유지관리 사례와 비교한 결과, 문제가 발생되지 않은 수위관측소는 16개소였다. 이를 국토교통부에서 제시한 관측소의 등급과 회귀모형의 결과를 동시에 고려하여 관리등급의 적정성을 검토하였다. 그 결과, 신설지점인 와평, 봉상 지점을 제외한 송산 지점만이 관리등급 B로 분류되었으며, 나머지 지점들은 관리등급 A로 분류되었다. 이중 국토교통부에서 제시한 관리등급 A 관측소중 회귀모형과 실제 유지관리시 잦은 오류가 발생된 지점은 장호원 지점, 흥천 지점, 부평 지점이다. 본 관측소의 국토교통부의 관리등급의 조정이 필요한 지점으로 판단된다. 본 연구에서는 한정된 인력과 장비로 매년 증가하는 관측소에 대응하기 위해 유지관리 지점을 선별하여 관리함으로서 보다 안정적인 관측자료 생산하는데 목적이 있다.