우량관측용으로 사용되고 있는 강우량계는 전도형, 저수형, 로드셀형, 중량식 등이 있으며 이 중 측정과 신호의 처리가 간편한 전도형 우량계가 널리 사용되고 있다. 우량관측은 목적에 따라 기상청은 0.5 mm 급 전도형 우량계를 주로 사용하고 있으며, 국토해양부에서는 1 mm 급 전도형 우량계를 주로 사용하고 있다. 본 연구에서는 강우량 증가 및 강우강도에 따른 0.5 mm 및 1 mm 급 전도형 우량계의 측정값을 분석하여 실제값과 얼마의 오차를 보이는지 그 특성을 비교 분석하였다. 이 실험은 수문조사기기 검정대행기관인 유량조사사업단에서 우량계 검정에 사용하고 있는 강우량 검정용 기준기를 이용하여 10~20 mm 강우량 및 20~100 mm/h의 강우강도 변화에 따라 0.5 mm 및 1 mm 급 전도형 우량계의 측정값을 비교하여 각 우량계에 대한 특성을 분석하였다. 본 연구는 향후 실제 강우에 대한 같은 특성 분석 연구를 통해 이 결과를 확인 및 보완하는 연구를 진행할 예정이다.
강우량계는 기상관측 장비중 비가 온 양을 측정하기 위한 장비로 전도형, 저수형, 중량형, 로드셀형 등 다양한 종류의 강우량계가 있다. 전도형 우량계의 경우 단순한 측정방법 및 유지보수의 용이성, 접점방식에 의한 신호의 디지털화 적용성이 우수하기 때문에 가장 널리 사용되고 있다. 전도형 우량계는 분해능에 따라 0.1mm, 0.2mm, 0.5mm, 그리고 1.0mm급으로 분류며, 저수지 관리를 위해 사용되고 있는 우량계는 1.0mm 급을 주로 사용하고 있으며, 보다 정밀하게 측정하기 위하여 0.5mm 급 우량계도 사용하고 있다. 이러한 전도형 우량계의 정확도를 검정하기 위한 방법으로 수자원연구원에 질량측정에 의한 검 교정을 할 수 있는 표준교정시스템이 구축되어 있으며, 이 시스템을 이용하여 0.5mm 및 1.0mm 전도형 우량계에 대하여 강우강도를 20, 40, 60, 80, 100, 120, 140, 160, 180, 200 mm/h로 가변하면서 강우강도의 변화에 따른 분해능이 다른 우량계의 오차특성을 비교 분석하고자 한다.
수문관측용으로 사용되는 강우량계는 측정의 편의성과 강인성의 장점 때문에 대부분 전도형 우량계를 사용하고 있다. 한국수자원공사에서는 약 160여개의 우량국을 관리하고 있으며, 2006년도 교정주기가 도래한 우량계 16개 및 특성 분석이 필요한 우량계 4개 등 총 20개에 대하여 한국수자원공사 수자원연구원에서 개발한 전도형 우량계 표준교정시스템을 이용하여 교정을 실시하였다. 우량계의 교정결과 버켓의 평균값이 기준값 1 mm에 대하여 0.95$\sim$1.04mm까지 다양하게 측정되었으나, 모두 기준인 $\pm$5 %를 만족하는 것으로 나타났으며, 전도형 우량계는 강우강도가 강할수록 측정되는 강우량이 많아지는 특성을 확인할 수 있었다.
우량계의 개발은 1441년 세종대왕 때 개발되어 관측을 시작한 이후 다양한 형태의 우량계가 개발되어 사용되고 있다. 이들 우량계 중 0.5mm급의 전도형 우량계가 자동관측용으로 가장 많이 사용되고 있다. 그 이유로는 간단한 구조와 저렴한 가격, 사용되는 신호가 자동관측에 아주 용이하다는 점이다.(중략)
현재까지 진행된 연구는 새로운 검정 장비를 이용하여 개발된 우량 측정 메카니즘을 검정하였다. 그리고 중량식 우량계를 별도 제작하여 야외에서 정확한 우량 비교 검정을 위해 일본 쯔쿠바 대학 TERC노장에 설치하여 다음과 같은 결과를 얻을 수 있었다. 장기간 로드셀의 특성을 조사한 결과 장시간에 안정성이 입증되어 다양한 측정 장비 개발에 사용 가능함이 밝혀졌다. 새로운 검정 장비는 1 분 간격으로 정확한 강우량을 측정 할 수 있어 높은 분해능의 우량계를 검정할 수 있는 새로운 방안을 제시하였다. 본 연구의 가장 중요한 목표인 0.01 mm 급 우량 측정 메카니즘을 완성하였으며, 전도형 우량계가 가지고 있는 분해능 한계와 중량식 우량계가 갖는 배수의 문제점을 극복하였다 그리고 현업, 도시 수문, 토목 등의 여러 분야에서 요구하는 실시간 강우강도 관측 과 정확한 우량 측정이 가능한 우량계를 제작 할 수 있게 되었다. 본 연구에서 개발된 Lee-A type 우량계에 사용하는 접점신호와 로드셀의 중량 신호는 기존의 자동관측장비에 완벽한 호환성이 있어 적용에 문제점이 없다. 국내에서도 장비 개발이 충분히 될 수 있음을 알 수 있었으며, 새로운 장비 개발에 대한 가능성을 볼 수 있었다.
본 연구는 12회에 걸친 실내 검정과 태풍의 영향권에 들었을 당시 강우량의 정확한 관측을 통해서 중량식 전도형 우량계에 대해서 다음과 같은 결과를 도출할 수 있었다 중량식 전도형 우량계는 0.1mm 이하의 분해능으로 연속적인 강우의 측정이 가능하며, WMO의 권고 기준인 0.2mm 관측을 충분히 만족시켜 강우 계측기로써 사용하는데 문제가 없었다. 1mm 전도형 bucket로 매 1분마다 100mm/h 이상의 강우 강도를 관측할 수 있어 수자원 관리와 이용 분야연구에 많은 도움을 줄 수 있다. 정밀하고 세밀한 강우 관측으로 레이다나 위성을 이용한 강우의 원격 탐사에 관련한 연구에 필요로 하는 지상 정보를 제공할 수 있어, 수문과 관련한 연구 분야의 발달과 연구 영역의 확장을 도모할 수 있다. 두 개의 신호선을 이용하여 우량을 관측하는 중량식 전도형 우량계는 원격지에서 우량계의 고장 유무를 알 수 있어 자동 관측 장비관리의 애로 사항을 해결할 수 있고, 결측과 오차를 줄여 고품질의 관측 자료 생산이 가능하게 된다. 우량관측 장비의 국산화 개발과 테스트를 할 수 있는 독자적인 기술을 확보하였으며, 나아가 새로운 장비를 개발할 수 있는 기초를 마련하였다.
유역에 내린 강우의 총량은 홍수나 갈수 측면에서 매우 중요하다. 점 강우량에 의해 측정된 강우량을 이용하여 유역 총강우량으로 환산하는 과정에 많은 오차가 포함되어 있다. 선행연구에 따르면, 우량계를 통한 강우관측에서 언더캐치(undercatch)에 의한 계통오차는 일반적으로 5~16%, 우연오차는 약 5%가 발생된다고 보고하였으며, 점 우량계 자료를 내삽하여 공간자료로 변환할 경우 0.1km 규모에서 표준오차가 4~14%, 1km 규모에서는 33~45%, 10km 규모에서는 약 65% 정도 발생된다고 한다. 이러한 우량계 관측오차 및 강우자료 처리과정에서 발생되는 오차는 유역의 유출량 계산에 영향을 주어 홍수예보 정확도를 크게 떨어뜨릴 수 있다. 우리나라에서는 지금까지 유역 총강우량 산정 측면에서 지점강우량의 불확실성에 대한 연구가 많이 이루어지지 못하였다. 본 연구에서는 우리나라에서 주로 사용되고 있는 전도형 우량계를 이용하여 소규모 구역에서 관측되는 강우관측의 불확실성을 분석하고자 하였다. 연구에 사용된 우량계는 0.5mm 급 표준 전도형 우량계로 정밀도는 시간당 1~100mm 기준으로 ${\pm}1%$를 기록하여 기상검정규격인 ${\pm}3%$를 만족하고 있다. 이 우량계는 한국건설기술연구원 안동하천실험센터 내에 장애물이 없는 평지에 60m 간격으로 총 6대($2{\times}3$)를 설치하여 2014년 7월 11일부터 9월 2일까지 54일간 관측을 수행하였다. 관측기간 동안 2대의 우량계가 수일동안 강우가 기록되지 않아서 분석에서 제외하였다. 우량계 상호 간의 누적강우량(54일간)을 비교한 결과 2.5~25.5mm의 차이를 나타냈다. 강우강도별 강우량 합계를 비교한 결과 시간당 1mm 이상에서는 약 1%의 차이가 났으며, 시간당 15mm 이상에서는 7.4%의 차이를 나타내어 강도가 큰 강우사상에서 우량계 간의 관측오차가 더 크게 나타났다. 또한 우량계 상호 간의 상관계수를 분석한 결과, 우량계 간의 거리가 가까울수록 그리고 누적시간이 길수록 상관계수는 커지는 것을 확인할 수 있었다. 도출된 결과를 토대로 하면 앞서 언급한 바와 같이 점 우량계 자료를 내삽하거나 유역 또는 계산격자의 대푯값으로 사용하여 1시간 이하 단위로 유출모의를 할 경우 심각한 오차를 발생시킬 수 있음을 시사한다. 보다 신뢰성 있는 홍수예보와 효율적인 유역관리를 위해서는 점 중심의 강우 관측이 아닌 면적 우량에 대한 관측이 이루어져야 하며 이를 위한 기술의 개발이 필요하다.
Because the rain gauges of tipping bucket type can easily use the digital signal, the rain gauges are widely used for the meteorological observation. In general, the resolution of rain gauges of tipping bucket type can be categorized by the 0.1mm, 0.5mm, and 1.0mm classes. But, the error of the tipping bucket rain gauges is made by the intensity of rainfalls and is expected to make the standard calibration method for error measurement. Thus, we developed the hardware of standard calibration facility for rain gauges by weighting measurement method and proposed the standard procedure by rainfall intensity in this study. Also, we calculated the error for the rainfall intensity and obtained useful result through the proposed calibration method.
정확한 강수량의 측정은 댐 및 하천의 운영, 농어촌 및 산림녹화, 안전관리 등 사용분야가 광범위하며, 재난재해를 대비하고 강우발생시 경제적인 효과를 얻기 위해서 필요하다. 본 연구에서는 집수형 강수량계의 성능을 분석할 수 있는 통합검증시스템에 의한 강수량계 종류별 특성시험을 실시하였다. 전도형 강수량계는 0.0041 mm, 무게식 강수량계는 0.0045 mm, 표면장력식 강수량계는 0.0039 mm으로 불확도가 산출되었으며, 강수량계의 종류 및 특성에 따른 불확도는 크게 다르지 않음을 알 수 있었다. 이러한 특성시험을 통하여 강수량계 종류에 따른 기상관측 및 수문관측 데이터의 신뢰성을 확보하고자 하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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