• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.345-345
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• 2022

기후변화의 영향으로 도시하천의 홍수피해가 증가추세이며, 여름철 돌발호우 발생으로 하천내 고립사고 피해가 빈번히 발생하고 있다. 특히 중·소규모 도시하천은 홍수유출 도달시간이 매우 짧고 수위가 급격히 상승하여 돌발호우에 매우 취약하므로, 정확한 홍수발생 가능성 및 시점 예측을 통한 신속한 홍수 예·경보가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 강우강도, 강우시간분포, 강우지속시간 등에 따른 홍수발생여부 뿐만 아니라 홍수발생시간을 예측할 수 있는 Flooding Time Nomograph (FTN)를 개발하였다. 본 연구의 대상유역은 도림천 유역으로, FTN 개발을 위하여 도시하천의 강우-유출모의에 적합한 XP-SWMM 모형을 구축하여 활용하였다. 또한 Huff의 4분위 강우분포를 이용한 다양한 형태의 가상 강우시나리오를 설정하여 강우유출모의를 수행하였으며, 모의결과를 기반으로 강우강도와 홍수발생시간의 관계식을 산정하여 FTN을 생성하였다. 실제 호우 사상에 대한 관측 홍수발생시간과의 비교를 통해 FTN의 적용성을 평가한 결과, 상관계수 CC=0.8, NSE=0.6 이상으로 높은 정확도를 보이는 것으로 나타났으며, 강우발생 시 둔치수위 도달 홍수위 기준 최대 30분의 사전 대피시간 확보가 가능함을 확인하였다. 따라서 본 연구에서 개발한 FTN을 이용한 도시하천의 홍수 예·경보 시스템 구축의 경우, 강우정보에 따른 홍수발생여부 및 홍수발생시간을 합리적으로 판단할 수 있어, 둔치 수위 예·경보 등 보다 신속한 상황대응이 가능할 것으로 사료된다.

• Journal of Wetlands Research
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• v.19 no.4
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• pp.375-382
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• 2017

In this study, general characteristics of dynamic behavior of stormwater runoff from a small impervious catchment was investigated from a series of simulations for a radial type surface runoff. Based on the simulation results, a better placement strategy for stormwater inlets to improve performance of a structural best management practice (BMP) was suggested. The degree of pollutant first flush from an ideal radial type impervious catchment was simulated using a 1-D diffusion wave equation coupled with a pollutant transport equation. The results showed that the first flush of the chemical oxygen demand was the strongest when the catchment length ranged 30-50m at a bed slope of 0.02. This result suggested that a required degree of the first flush can be intentionally obtained by just changing the locations and numbers of stormwater inlets, and thereby adjusting the catchment length. Particularly, the overall performance of a structural BMP in reducing pollutant load can be improved by placing the stormwater inlets at locations for obtaining a required first flush strength.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.123-123
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• 2021

도시하천유역이나 복합유역 등 지역적 성향을 고려한 도달시간 산정에 관한 연구는 현재까지도 미흡한 실정이다. 소규모 유역의 홍수량을 산정할 경우 유하시간보다 유입시간 비중이 상대적으로 크다. 그러나 유하시간만을 고려하여 도달시간을 산정할 때, 소규모 유역의 경우 하도가 없고 유역면적이 5km² 내외 또는 하도의 저류 효과를 기대할 수 없는 경우 도달시간이 짧아 홍수량이 과대 산정된다. 이를 극복하고자 재해영향성평가등의 협의 실무지침에서는 도달시간 이외에 매개변수인 저류상수를 인위적으로 증가시키는 방법을 제안하고 있다. 하지만 이 방법 역시 유역의 물리적인 특성을 나타내는 변수를 왜곡한다는 근복적인 문제를 완전히 해결하지 못하였다. 이에 본 연구에서는 기존 중·대규모 하천을 대상으로 수행된 연구결과를 바탕으로 제안된 홍수 도달시간 산정방법의 한계를 극복하고, 유입시간이 지배적인 소규모 복합유역에 적용 가능한 도달시간 산정방안을 제시하고자 한다. 이를 위해 실증실험을 통해 기존 유입시간 산정식을 개선하고, 도시수문 모니터링 시범유역에 적용하여 정확성을 평가하고자 하였다. 먼저, 홍수도달 시간 측정을 위한 강우유출 실내 실험장치를 제작하였다. 실험장치는 본체(길이3m×폭1.2m×높이0.8m)와 경사조절 장치(0~15도)를 포함하고 있다. 본체 전면부를 타공(ø10mm)하고 상·하단에서 지표와 기저유출을 집수하여 티핑버킷으로 유량을 측정하였고, 토체 내에는 토양수분센서를 설치하여 강우유출 발생시간 동안 토양수분 변화를 측정하였다. 본 연구에서는 하도흐름인 유하시간(Kraven 공식)을 계산하여 도달시간을 산정하기 보다 지표면 흐름인 유입시간(Kerby 공식)에 보정계수를 도입하여 도달시간을 산정하는 방안을 검토하였다. 실험 결과, 불투수 면적비율이 증가함에 따라 도달시간은 감소하고, 불투수 유역이 하류에 위치할수록 유출발생시간이 빨라졌다. 실증실험 결과를 바탕으로 도시수문 모니터링 시범유역에 적용하여 기존 유하시간과 저류상수를 보정하는 도달시간 산정방식(연속형 Kraven)과 유입시간을 보정한 도달시간 산정(수정 Kerby)으로 도출된 유출량을 실측 유량과 비교하였다. 그 결과 제안된 홍수도달시간 산정식에서 모의된 홍수량이 기존 방식과 유사하거나 우수한 첨두홍수량을 보였으며, 설계자 임의성이 배제된 일관성있는 해석값을 제시해 줄 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.232-232
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• 2021

수재해 저감과 예방을 위해서는 공간적 변동성을 반영한 정확한 면적 강우량의 측정은 필수적이다. 이러한 요구에 부응하기 위해 24 GHz 이중편파 전자파를 기반으로 소규모 공간 범위에 대해 저고도의 지상 강우를 30 m의 거리해상도로 관측할 수 있는 전파강수계가 개발되었다. 전파강수계는 시제품이 개발된 이래로 한국건설기술연구원 연천센터와 국내 여러 현장과 인도네시아 등에서 시험을 실시하였다. 임상훈 등(2020)은 전파강수계의 반사도와 비차등위상차를 이용한 강우 추정식을 개발하여 연천 및 거제 관측 자료에 적용한 바 있다. 본 논문에서는 연천센터에 분산 배치한 우량계 자료를 이용하여 전파강수계의 강우 공간분포 측정 성능을 평가하였다. 공간우량계는 15대 중 음영구역 바깥에서 정상 작동한 7개의 0.5mm급 우량계 자료와 핏게이지에 있는 0.2mm급 우량계 2대가 비교에 사용되었다. 전파강수계 강우강도는 비교 위치에 해당하는 점 주변의 레이 방향 5개(37.5 m에 해당) 및 방위각 방향 5개 게이트 등 총 25개의 복셀에서 산출된 강우 정보를 평균하여 비교하였다. 정확도는 지상우량계를 참값으로 보고 MAE(Mean absolute error)로 평가하였다. 그 결과 평균 4.2%의 오차를 보였으며, 우량계의 오차를 ±5%로 가정할 경우 3.3~7.9%로 나타났다. 전파강수계의 누적 강우량 값은 강우계에 비해 작은데, 이는 지속적인 관측을 통해 강우 산정의 정확도를 개선하는 것이 필요함을 의미한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.380-380
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• 2023

기후변화와 도시화에 따른 개발사업으로 인하여 재해 위험성은 날로 증가하고 있다. 이로 인한 재해의 영향을 최소화하기 위해 각종 개발사업 시 자연재해대책법에 따라 사전에 자연재해에 따른 피해를 예방하기 위한 목적으로 재해영향평가 협의가 시행되고 있다. 재해영향평가 협의에서 홍수로 인한 재해예방을 위해 개발사업으로 인한 홍수유출 증가량 검토하고 저감 대책을 제시하게 된다. 이중 소규모 재해영향평가는 면적 5천m² 이상 5만m² 미만의 개발사업을 대상으로 실시되고 있으며, 이를 위한 첨두홍수량 산정 방법으로는 합리식, clark단위도법 등이 사용되고 있다. 소규모 유역의 첨두홍수량을 합리식, 단위도법 등으로 산정할 경우 도달시간이 매우 짧아 홍수량이 과다하게 산정된다. 이를 방지하기 위해 합리식에서는 강우지속기간을 늘리기 위해 일정 유입시간을 고려하고 있으며, 단위도법에서는 유역반응시간을 조정하고 있다. 기존의 연구에서 clark단위도법에서 저류상수 매개변수 보정을 7 ~ 10분으로 적용하도록 하고 있다. 본 연구에서는 화성, 양주, 청주지역의 소규모 재해영향평가협의 대상인 공장부지 조성사업의 홍수량 산정시 저류상수 매개변수 조정 사례를 조사하고 그 중 유역의 상황변화를 고려하지 않고 개발 후 매개변수 조정을 10분으로 적용한 10개 사업을 대상으로 선정하였다. 본 연구에서는 개발 후 매개변수 보정량을 10분을 7분으로 변경하여 홍수량을 산정하였다. 10개 사업 홍수량 산정결과 「재해영향평가등의 협의 실무지침 (2021.01, 행정안전부)」에서 제시하는 소유역 비홍수량의 범위인 25 ~ 35m³/s/km²에 8개 사업이 만족되었고, 2개 사업은 개발 후 비홍수량이 제시 범위를 다소 초과하였고, 홍수량의 증가는 4.7 ~ 16.3% 범위로 나타났다. 소규모 유역에서 저류상수 보정량이 홍수량 산정에 미치는 영향이 큰것을 감안하면 유역의 도시화등 상태변화 비율 및 소유역 면적별로 매개변수 조정량을 정량화하는 추가 연구가 필요하다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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• pp.496-500
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• 2015

우리나라는 전 국토의 70%가 산지이고 하천경사가 다른 나라에 비해 상대적으로 급하여 홍수 관리에 매우 불리한 조건을 가지고 있으며, 특히 홍수기간의 집중호우 및 돌발홍수는 인명과 재산의 막대한 피해를 입히고 있다. 최근은 기후변화의 영향으로 집중호우 및 돌발홍수는 증가하는 추세에 있다. 이것은 홍수의 위험성 및 자연재해의 발생을 증대시키므로 이에 대한 하천유역 단위의 홍수량 예측 및 재해방지를 위한 설계기법의 개선과 개발, 신뢰성 있는 수문정보 획득을 위한 정밀 수문조사는 매우 필요한 상황이다. 기후변화에 대응하기 위한 수문조사의 방향은 새로운 전환기에 이르렀다고 볼 수 있다. 기존의 수문조사 방법을 통해 획득했던 수문량의 초과치를 벗어난 극대값의 수문량 관측 및 측정을 극복하는 문제, 홍수량 산정 및 예측을 위한 새로운 설계기법의 개발 또는 기존 방법의 개선 등 문제 해결을 위한 방향이 모색되어야 한다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서는 중 소규모 유역 단위를 대상으로 지속적이고 신뢰성 있는 자료의 획득과 축적이 중요한 상황이다. 중 소규모 유역 단위의 대표성 있는 시험유역의 운영은 이러한 문제의 해결을 가능하게 할 수 있다. 본 논문에서는 설마천 유역(유역면적 $8.48km^2$, 유로경사 2.15%, 경기도 파주시 적성면 소재)의 2014년 관측자료를 이용하여 수문특성을 분석하였으며, 2013년 관측결과와 비교 분석하였다. 2014년 연간 유출률은 연간 총강우량의 감소에 기인하여 2013년 보다 매우 적은 유출률을 보이고 있다. 그 원인으로는 2013년보다 강우지속기간(평균, 최대), 강우강도(평균, 최대)가 적게 나타나는 호우 특징과 강우일수의 감소(약 20일)에 기인한 증발산량의 증가(2013년 대비 31.7% 증가)에 있다. 따라서 2014년 설마천 유역은 2013년 대비 하천유출량과 지하수함양량은 매우 큰 감소가 있었으며, 증발산량은 크게 증가한 수문특성을 보이고 있다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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• pp.491-495
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• 2015

우리나라는 전 국토의 70%가 산지이고 하천경사가 다른 나라에 비해 상대적으로 급하여 홍수 관리에 매우 불리한 조건을 가지고 있으며, 특히 홍수기간의 집중호우 및 돌발홍수는 인명과 재산의 막대한 피해를 입히고 있다. 최근은 기후변화의 영향으로 집중호우 및 돌발홍수는 증가하는 추세에 있다. 이것은 홍수의 위험성 및 자연재해의 발생을 증대시키므로 이에 대한 하천유역 단위의 홍수량 예측 및 재해방지를 위한 설계기법의 개선과 개발, 신뢰성 있는 수문정보 획득을 위한 정밀 수문조사는 매우 필요한 상황이다. 기후변화에 대응하기 위한 수문조사의 방향은 새로운 전환기에 이르렀다고 볼 수 있다. 기존의 수문조사 방법을 통해 획득했던 수문량의 초과치를 벗어난 극대값의 수문량 관측 및 측정을 극복하는 문제, 홍수량 산정 및 예측을 위한 새로운 설계기법의 개발 또는 기존 방법의 개선 등 문제 해결을 위한 방향이 모색되어야 한다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서는 중 소규모 유역 단위를 대상으로 지속적이고 신뢰성 있는 자료의 획득과 축적이 중요한 상황이다. 중 소규모 유역 단위의 대표성 있는 시험유역의 운영은 이러한 문제의 해결을 가능하게 할수 있다. 본 논문에서는 차탄천 유역(장진교/보막교 : 유역면적($190.64km^2/88.17km^2$), 유로경사(0.96%/1.62%), 경기도 연천군 소재)의 2014년 관측자료를 이용하여 수문특성을 분석하였으며, 2013년 관측결과와 비교 분석하였다. 2014년 연간 유출률은 연간 총강우량의 감소에 기인하여 2013년 보다 매우 적은 유출률을 보이고 있다. 그 원인으로는 2013년보다 강우지속기간(평균, 최대), 강우강도(평균, 최대)가 적게 나타나는 호우 특징과 강우일수의 감소(약 15일)에 있다. 따라서 2014년 차탄천 유역은 2013년 대비 하천유출량은 매우 크게 감소하였고, 지하수함양량과 증발산량은 적은 변화를 보인 수문특성을 보이고 있다.

• Journal of Korean Society of Disaster and Security
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• v.16 no.2
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• pp.99-104
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• 2023

In recent years, the occurrence of abnormal weather has increased rapidly, increasing the frequency of torrential rain. As a result, stable water resource management is difficult, and human and material damage is increasing. Various measures are being established to reduce damage caused by torrential rains, but small-scale mountain catchments are relatively difficult to manage due to lack of basic plan. In this study, the risk of flooding was evaluated using the rainfall-flow model in the Yeonhwa-dong catchment national park among national parks in Korea. The Yeonhwa-dong catchment of Mt. Sobaeksan was simulated to cause flooding when rainfall of more than 50 years occurred, and it was confirmed that there was a high risk of water resource structures, safety facilities, and trails.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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• pp.349-353
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• 2019

우리나라는 전 국토의 70%가 산지이고 하천경사가 다른 나라에 비해 상대적으로 급하여 홍수 관리에 매우 불리한 조건을 가지고 있으며, 특히 홍수기간의 집중호우 및 돌발홍수는 인명과 재산의 막대한 피해를 입히고 있다. 최근은 기후변화로 인하여 극심한 홍수, 가뭄 등 재해의 발생빈도가 증가하는 추세로 기후변화의 영향을 최소화할 수 있는 수재해 방재관리가 필요한 상황이다. 중 대하천의 경우에는 비교적 수재해 방재관리가 잘 이루어지고 있으나, 소하천(일부 중하천 포함)의 경우에는 취약한 구조를 보이고 있다. 특히 홍수기간(7월~9월)의 인명과 재산의 피해는 주로 소하천 위주로 발생하고 있으며, 사전 사후의 체계적인 대응이 이루어지지 못하고 있다. 수재해 방재관리를 위해서는 일차적으로 수문자료의 획득에 있으며, 그 이후 해당유역에 적합한 수재해 대응을 위한 체계적인 방법론과 방재시스템 개발 운영이 수반되어야 안전한 방재관리를 할 수 있다. 따라서 수재해 방재관리 체계를 구축하기 위해서는 중 소규모 유역 단위를 대상으로 지속적이고 신뢰성 있는 자료의 획득과 축적이 중요하므로 중 소규모 유역 단위의 대표성 있는 시험유역의 운영은 매우 의미가 있다고 볼 수 있다. 본 논문에서는 한국건설기술연구원에서 운영하는 설마천 시험유역(유역면적 $8.48km^2$, 유로경사 2.15%, 경기도 파주시 적성면 소재)의 신뢰성 높은 2018년 관측자료를 이용하여 강우특성, 유출특성, 증발산량과 지하수 함양량 산정 등 수문특성을 분석하였으며, 2017년 관측결과와 비교하였다. 강우특성 분석으로는 호우사상 분리, 주요 호우사상 분석, 지속기간별 최대강우량, 시간분포 등이 있다. 2018년은 2017년보다 최대 강우지속기간은 작게, 평균 강우지속기간은 크게 나타나며, 최대 강우강도와 평균 강우강도도 크게 나타나는 호우의 특징을 보인다. 2018년 지속기간별 최대강우량의 경우 지속기간 1시간까지는 2017년과 유사한 패턴을 보이나 그 이후는 많은 강우량을 보인다. 2018년의 하천유출률은 58.1%로 2017년 연간 유출률인 64.8% 보다는 적은 유출률을 보인다. 이의 원인으로는 연간 총강우량은 2017년보다 397.9mm 많으나 2018년의 7월~8월 집중호우기간의 강우량이 2017년 7월~8월 강우량보다 적어 하천유출에 적게 기여한 결과로 판단된다. 2018년의 증발산량(555.8mm)과 지하수 함양량(32.0mm)은 2017년의 증발산량(328.8mm)과 지하수 함양량(24.8mm)보다 크게 나타나는 것으로 분석되었다. 이와 같이 산정된 수문자료는 수재해 방재와 유역의 물순환 과정 규명을 위한 기초자료로 매우 유용하게 활용될 수 있으며, 수재해 방재관리를 위한 의사결정 과정에 중요한 역할을 할 수 있으므로 지속적인 시험유역의 운영은 매우 필요하다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.678-682
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• 2012

본 연구는 한국건설기술연구원의 주요사업인 "산지하천 유역의 홍수예측을 위한 수문조사(2011~2015년)"의 Test-bed 유역중의 하나인 설마천 유역(경기도 파주시 적성면)을 운영하면서 신뢰성 있는 수문자료를 지속적으로 획득함과 동시에 산지하천 유역의 홍수량 예측과 재해방지 설계기법을 개선하고 수문정보를 제공하는데 있다(Test-bed 유역중의 또 하나인 차탄천 유역은 2011년 수문관측 기반구축 완성). 이를 위하여 2011년에도 지속적인 수문조사를 하였으며, 수문자료의 품질 향상을 위한 관측기기의 유지관리와 수집된 자료의 처리절차를 통하여 신뢰성 있는 수문자료를 생성하고, 이들 자료를 바탕으로 유역의 수문특성을 분석하였다. 또한 홍수량 예측과 재해방지 설계기법 개선을 위해서는 관련 기술조사, 평가와 취약 설계인자를 도출하였으며, 정량화를 위한 시험 및 조사방법을 결정하는 과정을 진행하고 있다. 설마천-차탄천 수문정보시스템(http://seolmacheon.kict.re.kr)은 Test-bed 유역(설마천 유역 이외에 차탄천 유역 포함)에서 생성되는 수문자료를 수집, 저장, 공유하는 기능을 포함하고, 홍수예측 모형(집중형 모형)과 강우레이더 자료(RDAPS 자료)를 결합한 산지하천의 홍수예측을 모의할 수 있는 기능을 추가하였으며, 향후 모의의 정도를 개선하고자 다른 모형과 다른 강우레이더 자료 도입을 목표로 진행할 예정이다. 그리고 Test-bed 유역을 기반으로 한 홍수량 예측 모형의 적용성 평가를 통해 중 소규모 산지하천 유역에 적합한 실시간 홍수예보 시스템 개발과 유역 수문조사 지침서 작성을 통해 가이드를 제시하고자 한다. 2011년 설마천 유역에서 생성된 자료로는 6개 우량관측소의 우량자료, 2개 수위관측소의 하천수위 및 지하수위, 유량측정성과 등이 있으며, 이로부터 산정된 유역평균우량과 유량자료 등이 있다. 확정된 강우-유출자료를 이용하여 강우의 호우사상 분석(강우강도, 지속기간), 강우의 지속기간별 최대강우량, 강우의 시 공간 분포 특성 분석, 월별 유출 및 주요 호우사상의 유출특성 분석 등 기본적인 강우-유출 특성을 분석하였다. 그리고, 유량측정성과의 불확실도 분석을 통하여 측정한 유량자료의 정확도를 제고하였다. 설마천 유역에서 축적된 수문자료는 자료의 공유를 통하여 자료의 검증을 확보함과 동시에 연구성과가 수자원 개발 분야에 활용되기 위해서는 지속적이고 안정적인 자료확보와 수문관측 기술개발을 위한 노력과 투자가 더욱더 필요한 상황이다.