수공구조물 설계에 적용하는 설계홍수량은 지점강우량을 대상 유역 내 면적강우량으로 환산하기 위해 면적감소계수(ARF, Areal Reduction Factors)를 적용한다. 일반적으로 ARF를 산정하는 방법은 크게 면적고정형법(Fixed-Area Method)과 호우중심형법(Storm-Centered Method)으로 분류된다. 현재 국내의 하천설계기준의 설계강우량에서 활용하고 있는 면적감소계수는 지상에서의 우량계측을 이용하여 면적고정형법으로 산정하고 있다. 기존의 면적고정형 ARF는 지점 관측을 이용하여 산정하는 방법이기 때문에 지점 관측밀도가 낮을 경우, 정확한 면적강우 산정과 지형 및 강우의 공간분포 특성을 적절히 반영하는데 상당한 제약이 따른다. 또한 지점강우량과 면적강우량은 연 최댓값의 독립적인 빈도해석을 통해 산정하므로 동시간(Synchronized)에 발생하는 값이 아니기 때문에 산정되는 ARF는 비현실적인 값이라 할 수 있으며, 실제 발생하는 강우사상에 비하여 과다 산정될 가능성을 내포하고 있다.
본 연구에서는 실제 동시간에 발생하고, 강우의 공간분포 특성을 효과적으로 반영할 수 있도록 레이더 강우 자료를 활용해 호우중심형 ARF를 산정하였다. 레이더 강우 자료는 기상청에서 제공하는 단일편파 전국합성 레이더 자료를 활용하였으며, 대상 유역은 한강권역으로 선정하였다. 레이더 자료의 특성 상 강우의 형상을 파악할 수 있기 때문에 면적강우량 산정 시, 면적을 원형 및 타원으로 설정하여 최대한 실제 강우사상과 유사한 면적강우량을 산정하고자 하였다. 레이더 강우를 이용한 한강권역의 지속시간 1, 3, 6, 12, 24시간의 재현기간별 호우중심형 ARF 산정 결과와 실제 레이더 강우 영상을 비교한 결과, 기존 국토해양부(2011)에서 제시한 ARF 값은 실제 강우 형상에 비해 다소 크게 산정됨을 확인하였다. 다만, 본 연구에서 적용한 레이더 강우 자료의 가용기간이 짧아 다양한 빈도의 호우사상을 다수 확보할 수 없는 한계가 존재하여 높은 재현기간에서 일반적인 결론을 유도하기에는 무리가 있다고 판단된다. 이러한 한계점을 지상 강우 관측 자료를 활용한 호우중심형 ARF를 산정해 보완하고자 하였다. 지상 강우 자료는 비교적 레이더 강우 자료에 비해 자료의 축적된 기간이 길기 때문에 다양한 동시간대 발생한 강우사상을 확보하여 호우중심형 ARF를 산정할 수 있었다.
지상 강우 호우중심형 ARF 산정을 위해 대상유역은 동일한 한강권역으로 설정하였으며, 한강권역에 위치한 총 137개의 기상청 및 국토교통부 강우관측소를 선정하였다. 선정된 강우관측소의 시단위 강우량 자료를 이용하여 동시간대에 발생한 강우사상으로 호우중심형 ARF를 산정하고, 앞서 산정한 레이더 강우 ARF와 합성해 제시하였다. 레이더강우 및 지상강우 ARF의 합성은 통계적 분석을 이용해 비초과확률 90%, 95%의 값을 추출하여 나타냈다. 비초과확률 90% ARF는 기존 국토해양부(2011)의 ARF와 큰 차이를 보이지 않았으나, 지속시간이 짧은 1시간, 3시간, 6시간에서는 본 연구의 ARF가 다소 크게 산정되었으며, 지속시간이 비교적 긴 12시간, 24시간에서는 작게 산정된 결과를 도출했다. 결과를 이용해 본 연구에서 제시한 ARF가 설계홍수량에 미치는 영향을 평가하고자 한강권역 내에 위치한 왕숙천 유역을 대상으로 재현기간 100년에 해당하는 홍수량을 산정하였다. 기존 국토해양부 ARF와 본 연구 ARF를 적용한 설계홍수량 비교 결과, 지속시간 24시간에서 레이더강우 및 지상강우 합성 ARF 적용한 설계홍수량이 6.7% 감소하는 경향을 보였다.
본 연구 결과를 통해 기존 국토해양부 ARF는 설계홍수량이 과다하게 산정될 가능성이 있으며, 임의 유역에서의 설계홍수량 산정 시 실제 강우사상을 이용해 산정한 레이더 및 지상강우 합성 ARF를 적용한다면 보다 현실적이고 경제적인 설계가 될 것으로 기대된다.