1. 서 론
2. 원격탐사 기반 수자원 물그릇 DEM 구축 기술
2.1 수자원 물그릇 DEM의 개념 및 필요성
2.2 원격탐사 기반 수자원 물그릇 DEM 구축 기술 동향
3. 다종 원격탐사 자료 기반 수자원량 산정 기술
3.1 위성 원격탐사 자료 기반 수표면적 산정 기술
3.2 위성 원격탐사 자료 기반 수위 산정 기술
3.3 다종 원격탐사 자료 기반 수자원량 산정 기술
4. 시사점 및 향후 방향
4.1 전국 단위 수자원 물그릇 DEM 표준화 및 향후 방향
4.2 첨단 원격 탐사 자료 기반 수자원 활용 가능량 감시 체계 구축 방안 및 향후 방향
4.3 수자원 통합 모니터링 시스템 개발 방향 및 전망
5. 결 론
1. 서 론
기후변화의 가속화로 가뭄 취약 지역이 전 세계적으로 확대되고 있으며, 국내에서도 2020년대 이후 극심한 가뭄이 반복되면서 첨단 기술 기반의 물관리 체계 구축이 시급히 요구되고 있다(Vicente-Serrano et al., 2022; Gebrechorkos et al., 2025). 지구온난화로 대기 기온이 1°C 상승할 때 수증기량은 약 7% 증가하는 반면 평균 강수량 증가는 2%에 그쳐, 대기 건조화와 함께 가뭄의 발생 가능성과 강도가 지속적으로 증가하고 있다(Allen and Ingram, 2002; Chiang et al., 2021). 실제로 2022년 남부 지역과 2025년 강릉·안동 지역에서 저수율 급감과 용수 감량 등 심각한 물부족 피해가 발생하였으며(Water Journal, 2022; Environment Focus, 2025), 가뭄 양상도 단순 무강우 증가에서 강우 시기 변화·국지적 편중에 따른 지역적 수자원 불균형으로 변화하고 있다. 이는 기존 강수량 기반 대응 체계의 한계를 드러내며, 시·공간적으로 불균등하게 분포하는 수자원 현황을 정밀하게 파악할 필요성을 제기한다.
수자원의 안정적 확보를 위해서는 하천·저수지의 실질적 수자원량을 정량적으로 파악하는 것이 핵심 과제이나, 기존 평가 체계는 이를 충분히 반영하지 못하고 있다. 수위-유량 관계와 수위-저수용량 곡선 등 지점·곡선 기반 평가 위주로 운영되어, 하천·저수지의 실제 물그릇(Water Storage System) 형상을 반영한 공간 단위 평가에 구조적 한계를 지니기 때문이다(Liu et al., 2020). 특히 우리나라는 강수의 계절적 편중과 짧은 하천 연장, 급경사 지형으로 인해 유역·하천별 수자원 반응이 상이하여, 저수량·유출량 중심의 기존 평가는 수자원 활용 가능량을 과대 또는 과소 평가할 가능성이 있다(Kim et al., 2018). 따라서 하천·저수지·댐의 3차원 수중지형 정보와 수위·수문 관측자료를 연계한 통합 분석 체계 구축이 필요하다.
이러한 통합 분석 체계 구축을 위한 핵심 수단으로 인공위성 원격탐사 기술이 주목받고 있다. 위성 원격탐사는 물리적으로 접근이 어려운 지역에서도 광역적인 데이터를 주기적으로 수집할 수 있어 기존 지점 관측의 공간적 한계를 효과적으로 보완할 수 있으며, 수체와 비수체 간의 전자기파 반사 특성 차이를 활용하여 수체의 면적, 수위, 저수량 변화를 연속적으로 탐지할 수 있다는 강점을 가진다(Huang et al., 2018). 특히 SWOT (Surface Water and Ocean Topography) 위성은 전 지구 지표수의 수위·면적·저수량을 고해상도로 관측할 수 있어 댐·저수지·하천의 수자원량 산정 연구에 새로운 가능성을 제시하고 있으며(Biancamaria et al., 2016), 광학(Optical) 및 합성개구레이더(Synthetic Aperture Radar, SAR) 위성영상을 활용한 수표면적 탐지, 수위 산정, 저수량 추정 연구도 국내외에서 점진적으로 확대되고 있다(Gao et al., 2012; Jeong et al., 2021; Kim et al., 2024). 그러나 위성 원격탐사 기술이 수자원 관리에 실질적으로 활용되기 위해서는 기존의 지상 관측 자료와의 효과적인 연계·융합이 필수적이다. 국외에서는 위성 원격탐사 자료뿐 아니라 드론 기반 다중분광·레이더 영상과 무인선박·드론에 탑재한 음향측심 자료를 지상 실측 자료와 연계·융합하여, 수면 표고·하폭·수심 등 다양한 수문 변수를 고해상도로 정량화하고 지형-수심 통합 표고 모델을 구축하는 연구가 활발히 수행되어 왔다(López et al., 2025; Tang et al., 2025). 이러한 다중소스 자료의 통합은 개별 관측 방식의 공간적·시간적 한계를 상호 보완하여 광역 단위 수문 모니터링의 핵심 방향으로 제시되고 있다. 국내에서도 한국수자원조사기술원을 중심으로 하천 수위·유량 관측, 하천측량, 음향측심 기반 수심자료 등 다양한 지형·수문 기초자료가 축적되어 있으나, 조사 목적과 구축 시기가 상이하고 공간 해상도와 자료 형식이 서로 달라 원격탐사 자료와의 광역 단위 통합 활용에 제한적인 실정이다. 이에 따라 기존 지형·수문 자료와 원격탐사 자료를 연계·융합하기 위한 표준화된 물그릇 DEM (Digital Elevation Model) 구축 기술과 전국 단위 수자원 활용 가능량 산정 체계의 고도화 요구가 증가하고 있다.
수자원 활용 가능량(Available Water Resources)은 단순한 저수량이나 유량이 아닌, 취수 가능 조건과 용수 수요, 수문·기상 조건을 종합적으로 반영한 실질적 이용 가능성 중심의 개념이다. 국외에서는 수자원 공급과 수요를 통합한 물 가용성 평가 연구가 지속적으로 수행되어 왔으며, 기후변화와 인구 증가를 고려한 수자원 취약성 및 가용성 평가 체계가 비교적 체계적으로 정립되어 있다(Vörösmarty et al., 2000; Alcamo et al., 2003). 반면 국내에서는 저수량, 유효저수량, 가용수량 등의 개념이 개별 댐·저수지 운영 목적에 따라 분산적으로 사용되고 있어 시·공간적 변동성을 통합적으로 고려한 표준화된 산정 방법론이 아직 정립되지 않은 상황이다. 국내 연구 차원에서도 강수량, 저수율, 유량 등을 활용한 지표 기반 가뭄 평가 연구가 수행되어 왔으나, 이는 지점 또는 행정 단위 중심의 평가에 머무르고 있으며, 원격탐사 자료를 활용하여 공간적으로 연속적인 수자원 활용 가능량을 모니터링하는 연구 사례는 매우 제한적인 실정이다. 이에 국내에서도 첨단 원격탐사 자료를 직접적인 입력자료로 활용한 전국 단위 수자원 활용 가능량의 시·공간적 정량화 및 모니터링 기술 개발이 요구된다.
이에 본 연구에서는 첨단 원격탐사 자료를 활용하여 수자원 활용 가능량을 정량적으로 파악하기 위한 기술 동향을 종합적으로 고찰하고, 향후 전국 단위 모니터링 기술 개발을 위한 방향성을 제시하고자 한다. 특히 본 연구는 개별 기술을 분절적으로 검토하는 데 그치지 않고, 물그릇 DEM 구축에서 수표면적·수위·수자원량 산정, 나아가 최소유지수량·수질·지하수·강수량을 통합한 활용 가능량 산정에 이르는 과정을 하나의 연속된 체계로 연결하여 고찰하고, 이를 실제 국내 유역에 적용한 사례와 함께 제시한다는 점에서 기존 리뷰 연구와 차별성을 가진다. 이를 위해 2장에서는 원격탐사 기반 수자원 물그릇 DEM (Digital Elevation Model) 구축 기술을, 3장에서는 다종 원격탐사 자료 기반 수표면적·수위·수자원량 산정 기술과 그 적용 사례를 고찰한다. 4장에서는 수자원 활용 가능량 모니터링 체계와 통합 모니터링 시스템의 개발 방향 및 시사점을 주암댐 중권역 적용 사례와 함께 논의하고, 5장에서 결론을 도출한다.
2. 원격탐사 기반 수자원 물그릇 DEM 구축 기술
2.1 수자원 물그릇 DEM의 개념 및 필요성
수자원 물그릇 DEM이란 하천·저수지·댐 등 수자원 수체의 수중지형을 3차원으로 표현한 수치표고모델로, 관측 당시의 수면 고도와 무관하게 표준 수직기준면(평균해수면 기준 표고)을 기준으로 한 수체 바닥면의 절대 표고를 정밀하게 반영하는 기초 지형정보를 의미한다. 이때 특정 시점의 수심은 해당 시점의 수면 고도와 바닥면 표고의 차이로 산정되며, 임의의 수위 조건에서 수체의 공간적 형상과 저수용량을 정밀하게 도출할 수 있다. 수체의 저장 용량은 수면 아래 지형에 따라 결정되므로, 물그릇 DEM은 특정 수위에서의 저수용량을 공간적으로 정밀하게 산정하는 핵심 기초 정보로 기능한다. 특히 퇴적·침식 등 하상변동이 지속되는 하천·저수지 환경에서는 물그릇 형상 변화를 정기적으로 갱신하지 않을 경우 저수용량 추정 오차가 누적되므로, 고정밀 물그릇 DEM의 구축과 지속적 갱신이 수자원 관리의 정확성을 담보하는 핵심 요소로 인식된다.
기존 수자원 관리에서는 수위-유량 관계 및 수위-저수용량 곡선 등 지점·곡선 기반 평가 체계가 주로 활용되어 왔다. 이는 실무 적용이 간편하나, 실제 물그릇 형상을 직접 반영하지 못하고 지점 단위 관측에 한정되어 공간적으로 연속적인 수자원량 분포를 파악하기 어렵다는 본질적 한계를 지닌다(Liu et al., 2020). 특히 하상변동이 빈번하거나 저수지 형상이 복잡한 경우 저수용량 곡선의 정확도가 저하되어 수자원 활용 가능량이 과대·과소 평가될 수 있으며(Yao et al., 2023b), 기후변화로 극한 가뭄·홍수가 빈발하고 수위 변동폭이 확대됨에 따라 넓은 수위 범위에서도 정확한 저수용량 산정이 가능한 고정밀 물그릇 DEM의 필요성이 커지고 있다(Cooley et al., 2021).
수자원 물그릇 DEM은 이러한 한계를 극복하는 핵심 기초 정보로, 위성 원격탐사 기반 수위 공간분포와 연계하면 특정 시점의 실시간 저수량 산정은 물론 전국 단위 수자원 활용 가능량의 시·공간적 변동을 정량적으로 파악할 수 있다. 단일 시설·지점에 한정된 기존 평가와 달리 하천·댐·저수지를 포괄하는 광역 단위에서 공간적으로 연속적인 수자원량 분포를 제공하여 지역별 수자원 불균형 분석과 가뭄 대응에 직접 활용될 수 있으며(Gao et al., 2012), 중권역·유역 단위 활용 가능량 평가의 핵심 입력 자료로 기능한다. 이에 따라 물그릇 DEM 구축 기술의 중요성이 커지고 있으며, 표준화된 구축 기술과 광역 단위 적용 방법론의 개발이 시급한 과제로 대두되고 있다.
2.2 원격탐사 기반 수자원 물그릇 DEM 구축 기술 동향
수자원 물그릇 DEM 구축을 위한 수중지형 관측 기술은 음향측심 기반 측량과 항공 라이다 기반 수심 측량으로 구분되며, 적용 수심 범위·공간 해상도·자료 취득 방식이 서로 다르다. 단일 기술만으로는 댐·저수지·하천의 전 수심 범위에서 일관된 고해상도 정보를 확보하기 어려워, 다종 관측 기술의 상호 보완적 활용이 물그릇 DEM 구축의 핵심 전략으로 인식되고 있다. 본 절에서 검토하는 단일빔음향측심(Single-Beam Echo Sounder, SBES), 다중빔음향측심(Multi-Beam Echo Sounder, MBES), 항공 수심라이다(Airborne Bathymetric LiDAR, ALB)의 주요 특성은 Table 1과 같다.
Table 1.
Characteristics of remote sensing techniques for bathymetric DEM construction
음향측심은 음파의 반사 신호로 수심을 측정하는 방식으로 가장 오랜 적용 이력을 가진다. SBES는 구조가 단순해 소규모 하천·저수지에 널리 쓰이나, 측선 사이 지형을 직접 취득하기 어려워 측선 밀도에 DEM 정확도가 좌우된다(Parente and Vallario, 2019; Landero Figueroa et al., 2021). 반면 MBES는 부채꼴 빔으로 넓은 폭을 면 단위로 측량해 고수심부에서 높은 해상도와 정확도를 확보하며(Lurton, 2010), 측량 효율이 높고 미세 지형까지 포착해 저수지 퇴적·하상변동 모니터링에 효과적이다(Yan et al., 2018). 국내외 수문·해양 기관에서 MBES 기반 수심자료가 지속적으로 축적되고 있으나(Danielson et al., 2016), 음향측심은 선박 접근이 어려운 천해역·저수심부와 갈수기에 측량 구간이 크게 축소되는 한계가 있다.
항공 수심라이다는 이러한 접근성 한계를 보완하는 기술로, 항공기 또는 드론에 탑재된 라이다로 수면과 수저를 동시에 관측한다. 녹색 파장대(약 532 nm) 레이저의 수중 투과 특성을 이용해 수면·수저 반사 신호를 분리함으로써, 선박 접근이 어려운 저수심부·천해역에서도 광역 수심 정보를 신속히 취득한다(Wang et al., 2022). 또한 육상·수중지형을 동시에 취득해 수면 경계부의 지형-수심 통합 DEM 구축이 가능하고 음향측심 대비 시간·비용 효율이 높으며(Danielson et al., 2016), 최근에는 드론 탑재형으로 기동성과 해상도가 향상되고 있다(Wang et al., 2022). 국내외에서 연안·하천을 대상으로 ALB 적용이 확대되고 있으나(Pricope and Bashit, 2023), 탁도나 부유물질이 많은 조건에서는 레이저 투과가 제한되어 적용 수심이 감소하므로 탁도 조건에 따른 적용성 평가가 선행되어야 한다(Kastdalen et al., 2024).
두 기술은 강점과 한계가 상호 보완적이어서, 고수심부는 MBES가 저수심부·접근 제한 구간은 ALB가 담당하는 통합 접근이 물그릇 DEM 구축의 핵심 전략으로 부각된다. 국내에서도 개별 관측 기술의 적용 가능성을 검증하는 연구가 수행되어, Lee et al. (2021)은 항공수심라이다(Leica Chiroptera 4X) 기반으로 곡교천의 수면·하상을 분리 측량해 분류정확도 88.8%를 확보하였고, Kim et al. (2020)은 완도 해역을 대상으로 다중빔음향측심기(MBES)를 이용한 해저지형 수심측량을 수행하였다. 반면 국외에서는 개별 기술의 실증을 넘어, USGS의 CoNED 프로젝트가 186개 이종 자료원을 통합해 Puget Sound 지역 1 m 해상도 통합 DEM을 구축하는 등 다종 자료의 표준 통합 단계로 진전되었다(Danielson et al., 2016; Cushing and Tyler, 2024). 이처럼 국내가 특정 수체 대상의 개별 기술 실증에 머무는 반면 국외는 광역 단위 통합을 구현했다는 차이가 있다. 다만 해상도·오차 구조·좌표계·자료 형식이 상이해 단순 결합만으로는 실제 물그릇 형상을 반영하기 어렵고 국내 광역 구축 사례도 제한적이므로, 관측 기술 간 특성을 고려한 정합적 자료 통합 기술과 표준화된 광역 물그릇 DEM 구축 방법론의 개발이 요구된다
실제로 USGS의 CoNED 프로젝트는 186개 이종 자료원을 통합해 Puget Sound 지역 1 m 해상도 통합 DEM을 구축한 바 있다(Danielson et al., 2016; Cushing and Tyler, 2024). 다만 해상도·오차 구조·좌표계·자료 형식이 상이해 단순 결합만으로는 실제 물그릇 형상을 반영하기 어렵고, 전국·광역 단위의 체계적 구축 사례도 제한적이어서 관측 기술 간 특성을 고려한 정합적 자료 통합 기술의 개발이 필요하다.
3. 다종 원격탐사 자료 기반 수자원량 산정 기술
3.1 위성 원격탐사 자료 기반 수표면적 산정 기술
수체의 수표면적은 수위와 함께 저수량 산정의 핵심 입력 변수로, 위성 원격탐사 기술의 발전과 함께 광역적·주기적으로 산정하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 위성 원격탐사 기반 수표면적 산정 방법은 크게 광학 위성영상 및 SAR 위성영상 기반 수체 탐지 기법으로 구분되며, 각각의 기법은 활용 가능한 기상 조건, 공간 해상도, 탐지 정확도 측면에서 상이한 특성을 보유하고 있다. 각 기법에 활용되는 주요 위성의 센서 유형, 공간 해상도, 재방문 주기 등 특성을 비교하면 Table 2와 같다.
Table 2.
Characteristics of optical and SAR satellites for surface water area estimation
광학 위성영상 기반 수체 탐지는 수체와 비수체의 반사 특성 차이를 이용하며, 수체지수(Water Index) 기반 방법이 가장 널리 쓰인다. NDWI는 녹색·근적외선 밴드 차이로 개방 수면을 탐지하나 도시 지역과 혼동되는 한계가 있고(McFeeters, 1996), 이를 개선해 단파적외선(SWIR) 밴드를 적용한 MNDWI (Xu, 2006)와 이후 AWEI 등 다양한 지수가 개발되며 정확도가 향상되었다(Feyisa et al., 2014). Landsat 기반 전 지구 지표수 지도는 30 m 해상도로 32년간의 수체 변화를 정량화했고(Pekel et al., 2016), Sentinel-2(10 m)는 소규모 수체까지 정밀 탐지를 가능하게 한다(Cho et al., 2025). 국내에서는 2021년 발사된 차세대중형위성 1호(CAS500-1)가 흑백 0.5 m·컬러 2 m급 고해상도 영상을 제공해 소규모 저수지·하천 지류의 수체 경계 탐지에 활용 가능성이 높다(Kim et al., 2025). 다만 광학영상은 높은 정확도로 수표면적을 탐지하는 강점에도, 구름·안개·강우 등 기상 조건에 관측이 제약되며, 특히 국내 여름철 장마기에는 구름 피복으로 관측 가능일수가 급감해 극한수문사상 시 실시간 모니터링에 큰 제약이 된다.
이러한 한계를 보완하기 위해 합성개구레이더(Synthetic Aperture Radar, SAR) 기반 수체 탐지 연구가 활발히 수행되고 있다. SAR는 능동형 마이크로파 센서로 태양광에 의존하지 않고 구름·강우와 무관하게 전천후·전시간 관측이 가능하며(Huang et al., 2018), 매끄러운 수면은 정반사로 낮은 후방산란을, 거친 비수체는 높은 후방산란을 나타내는 차이를 이용한다. 대표적으로 ESA의 Sentinel-1은 10m C-밴드 영상을 6~12일 주기로 제공해 수체·홍수·토양수분 모니터링에 가장 널리 활용된다(Lee et al., 2026; Wagner et al., 2026). 최근에는 초소형 SAR 군집위성이 확대되어, 핀란드 ICEYE와 미국 Capella Space가 스포트라이트 모드에서 1 m 이내 영상과 수 시간 내 재방문을 제공해 홍수 초기 수체 변화 탐지에 효과적이다(Ardila et al., 2022). 향후 NASA-ISRO의 NISAR는 L·S 이중 주파수 SAR를 탑재해 12일 주기로 수체 면적·침수 범위·식생 하부 침수 탐지에 활용될 것으로 기대된다. 다만 SAR는 바람에 의한 수면 거칠기, 산악 그림자, 스페클 잡음으로 정확도가 저하될 수 있고, 특히 강우·강풍 시 수면 후방산란이 증가해 수체 구분이 어려워진다(Kim et al., 2024). 이에 광학과 SAR를 상호 보완적으로 융합해 관측 빈도와 탐지 정확도를 동시에 확보하는 연구가 확대되고 있다(Kseňak et al., 2022).
최근에는 딥러닝 기술의 급속한 발전으로 위성 원격탐사 기반 수체 탐지 정확도가 크게 향상되고 있다. 초기에는 합성곱신경망(Convolutional Neural Network, CNN) 기반의 의미론적 분할(Semantic Segmentation) 기법이 적용되면서 기존 분광지수 기반 방법 대비 높은 탐지 정확도를 달성하였으며, 이후 복잡한 지형이나 소규모 수체, 수체 경계부에서의 탐지 성능도 지속적으로 향상되어 왔다(Alzubaidi et al., 2021). 최근에는 트랜스포머(Transformer) 기반 모델이 도입되면서 광학 및 SAR 위성영상 기반 수체 탐지에서 더욱 높은 성능을 보이고 있다. 국내에서도 Swin-Transformer, HRNet 등 첨단 딥러닝 모델을 활용한 수체 탐지 연구가 수행되고 있으며, PlanetScope 및 국토위성 1호 등 다양한 위성 자료에 적용하여 높은 탐지 정확도를 달성한 사례가 보고되고 있다(Kim et al., 2024; Kim et al., 2025). 이러한 딥러닝 기반 수체 탐지 기술의 적용 사례로, 광학 및 SAR 위성영상에 Swin Transformer 모델을 결합하여 기상 조건에 관계없이 높은 정확도의 수체 탐지를 수행한 결과를 Fig. 1에 제시하였다. 이는 전국 단위의 하천·저수지 수표면적을 시·공간적으로 연속 모니터링할 수 있는 기술적 기반을 보여준다.
3.2 위성 원격탐사 자료 기반 수위 산정 기술
위성 고도계(Satellite Altimetry)는 위성에서 지표면을 향해 레이더 또는 레이저 신호를 발사하고 반사된 신호의 왕복 시간을 측정하여 수면 고도를 산정하는 기술로, 지상 관측망이 부재한 지역에서도 광역적인 수위 정보를 획득할 수 있어 내륙 수체 모니터링 분야에서 널리 활용되어 왔다. 위성 고도계의 기본 원리는 위성에서 지표면을 향해 전자기파 펄스를 발사하고, 반사되어 돌아오는 신호의 왕복 시간을 측정하여 위성과 지표면 사이의 거리를 산출하는 방식이다. 이렇게 산출된 거리 정보와 위성의 궤도 고도를 결합하고, 대기 지연, 조석, 지구물리학적 보정 등을 적용하면 기준 타원체 대비 수면 고도를 산정할 수 있다(Kumar et al., 2025). 다만 위성 고도계가 제공하는 수면 고도는 기준 타원체를 기준으로 산정된 값으로, 현장 수위계에서 측정하는 절대 수위와는 차이가 있어 시계열 상의 수위 변동량(상대적 수위 변화)을 파악하는 데 주로 활용되고 있다. 수위 산정에 활용되는 주요 위성 고도계의 관측 방식과 시·공간 해상도, 적용 대상 등 특성을 비교하면 Table 3과 같다.
Table 3.
Characteristics of satellite altimetry missions for water level estimation
위성 고도계를 활용한 내륙 수체 수위 산정은 1990년대 TOPEX/Poseidon을 시작으로 ERS-2, ENVISAT 등 레이더 고도계로 대형 호수·저수지·하천의 수위 변동을 탐지해 왔으며, 이후 Jason-1/2/3, Sentinel-3, CryoSat-2, Sentinel-6 등 후속 임무를 통해 장기 수위 시계열 구축이 가능해졌다(Shu et al., 2020; An et al., 2022). 정확도도 지속적으로 향상되어 Jason-3와 Sentinel-6는 대형 내륙 수체에서 약 0.07m RMSE를 달성하며(An et al., 2022), 레이저 고도계인 ICESat-2는 약 17 m 풋프린트로 소규모 수체의 수면 고도를 수 센티미터 오차로 측정해 레이더 고도계의 한계를 보완한다(Scherer et al., 2022). 국내에서도 Hwang et al. (2023)이 Jason-3의 20 Hz 고해상도 고도계 자료를 국내 최대 호수인 소양호와 울릉도 연안에 적용하여, 기존 1 Hz 자료 대비 육지에 인접한 수체에서 더 조밀한 수면 고도 정보를 제공할 수 있음을 확인하고 복잡한 해안선·소규모 호수에서의 활용 가능성을 제시하였다. 또한 Han et al. (2021)은 ICESat-2 고도계의 표면 고도 및 광자 수 자료를 활용하여 수체 탐지 알고리즘을 개발하는 등, 국내에서도 레이저 고도계 자료의 처리·활용 역량이 축적되고 있다. 다만 기존 위성 고도계는 궤도를 따르는 1차원 측선·지점 단위 자료만 제공해, 궤도 간격상 관측되지 않는 수체가 발생하고 재방문 주기가 길어 극한수문사상 시 연속 모니터링에 제약이 있다(Bogning et al., 2018; Scherer et al., 2022).
이러한 기존 위성 고도계의 한계를 근본적으로 극복하는 기술로 2022년 12월 NASA와 프랑스 국립우주연구센터(Centre National d'Études Spatiales, CNES)가 공동 개발하여 발사한 SWOT(Surface Water and Ocean Topography) 위성이 주목받고 있다. SWOT는 기존 위성 고도계와 달리 Ka-밴드 레이더 간섭계(Ka-band Radar Interferometer, KaRIn)를 탑재하여 수면 고도를 2차원 공간 자료로 제공하는 최초의 위성 임무이다. KaRIn의 작동 원리는 10m 길이의 지지대 양 끝에 위치한 두 개의 SAR 안테나가 Ka-밴드 레이더 신호를 동시에 발사하고, 지표면에서 반사된 신호를 수신하여 두 안테나 간의 위상 차이(phase difference)를 간섭계 방식으로 분석함으로써 수면 고도를 정밀하게 산정하는 방식이다(Wu et al., 2011; Biancamaria et al., 2016). 이를 통해 위성 진행 방향 양측으로 각각 50 km씩 총 120 km 폭의 광역 관측 영역에서 수면 고도를 동시에 면 단위 2차원 공간 자료로 관측할 수 있으며, 이는 기존 고도계 위성이 제공하는 1차원 지점·측선 기반 수위 변동 자료와 근본적으로 차별화되는 핵심 강점이다. SWOT 또한 기준 타원체 대비 수면 고도를 제공하므로 절대 수위와의 차이는 존재하지만, 공간적으로 연속적인 2차원 수면 고도 분포를 제공함으로써 하천·저수지의 수위 변동 공간 패턴과 수면 경사를 광역적으로 파악할 수 있다는 점에서 기존 지점 기반 관측 체계의 한계를 크게 보완한다(Yao et al., 2025). SWOT는 수면 폭 100 m 이상의 하천과 면적 250 m2 이상의 호수·저수지를 대상으로 약 21일 주기로 전 지구 지표수의 수면 고도, 수체 면적, 수면 경사를 동시에 관측할 수 있으며, 수면 고도 산정 정확도는 내륙 수체에서 약 0.1~0.2 m 수준으로 평가되고 있다(Yao et al., 2025). SWOT는 수면 고도뿐만 아니라 수체 면적과 수면 경사 자료를 동시에 제공한다는 점에서 기존 위성 고도계와 차별화된다. 다만 SWOT의 원시 픽셀 자료(Pixel Cloud, PIXC)는 픽셀 단위에서 수 미터 수준의 수면 고도 오차를 포함하고 있어, 광역 유역 또는 전 지구 단위 적용에는 실용성이 제한되는 한계가 있다(Patidar et al., 2025). 이를 보완하기 위해 PIXC 자료를 집계하여 생성되는 하천 벡터(RiverSP) 및 호수 벡터(LakeSP) 등 상위 레벨 자료를 활용하는 방식이 일반적으로 적용되고 있으며, 이에 따라 SWOT 기반 수위 자료는 물그릇 DEM 및 광학·SAR 위성 기반 수표면적 자료와 연계할 경우 전국 단위 수자원 활용 가능량의 시·공간적 변동을 정량적으로 모니터링하는 핵심 기반 자료로 기능할 수 있을 것으로 기대된다.
3.3 다종 원격탐사 자료 기반 수자원량 산정 기술
원격탐사 기반 수자원량 산정 기술은 크게 수표면적-저수량 회귀식 기반, 수표면적과 위성 고도계 수위 결합 기반, 물그릇 DEM 기반의 세 가지 접근으로 구분되며, 주요 선행연구의 자료·방법·정확도를 Table 4에 정리하였다.
Table 4.
Summary of remote sensing-based studies for water storage estimation
| References | Approach | Data | Key features |
| Gao et al. (2012) | Area, altimetry | Satellite altimetry and MODIS | Storage correlated with gauge data at R = 0.92-0.99. |
| Cai et al. (2016) | Area-based regression | MODIS | Reservoir storage rose 177 and lake storage fell 14 M m3 per month (2000–2014). |
| Busker et al. (2019) | Area, altimetry |
GSW (Landsat) and DAHITI altimetry | Volume validated at mean r = 0.97 and NRMSE = 7.42% over 18 sites. |
| Liu et al. (2020) | DEM-based | SRTM DEM and Satellite imagery | Field-survey-free storage comparable to documented reservoir capacity. |
| Li et al. (2020) | DEM-based | ICESat, G-REALM, Hydroweb altimetry and Landsat | Bathymetry validated against surveys at R2 = 0.82-0.99, with storage NRMSE = 0.50–5.07%. |
| Jeong et al. (2021) | Area–storage regression | Sentinel-1 and in-situ storage |
KI-threshold storage reached mean r = 0.9235 and KGE' = 0.8691. |
| Shen et al. (2022) | Area, altimetry and DEM | Six altimeters and Landsat/Sentinel-2 | Storage validated on 93 reservoirs at median CC = 0.89, NRMSE = 11%, RMSE = 0.021 km3. |
| Kim et al. (2024) | Area–storage regression | Sentinel-1 SAR | Best-case storage estimates reached R = 0.75–0.98 across the study sites. |
| Das and Hossain (2025) | Area + altimetry |
SWOT and optical/ SAR imagery |
SWOT storage reached median R2 near 1, with RMSE about tenfold lower than earlier methods. |
위성 기반 수표면적 자료를 이용하면 저수지·댐의 수자원량을 간접적으로 모니터링할 수 있다. 저수면적과 저수량은 밀접한 관계를 가지며, 수위가 낮을 때는 저수량 대비 면적 증가율이 크고 수위가 높아질수록 그 증가율이 감소해(Jang et al., 2020) 두 변수의 관계는 멱함수(Power Function) 형태에서 가장 높은 상관을 보인다. 이 관계를 회귀식으로 정립해 수표면적으로부터 수자원량을 산정하는 연구가 국내외에서 수행되어 왔다(Jeong et al., 2021). 국외에서는 Landsat 기반 수표면적과 실측 수위를 결합해 1992~2010년 대형 호수·저수지의 수자원량 변동을 효과적으로 파악하였고(Cai et al., 2016), 국내에서는 Sentinel-1 SAR 기반 수표면적으로 광학영상의 기상 의존성을 보완해 중·대규모 저수지의 연속적 수자원량 모니터링이 가능함을 실증하였다(Kim et al., 2024). 이러한 기술의 적용 사례로, 전남 순천시 주암댐을 대상으로 2017~2025년 Sentinel-1 SAR 영상을 이용하여 수체 탐지 및 수자원량 산정을 수행한 결과를 Fig. 2에 제시하였다. Fig. 2(a)의 수체 빈도맵은 분석 기간 중 수체로 탐지된 누적 빈도를 공간적으로 나타내어 수위 변동에 따른 수체 분포의 시·공간적 변화를 보여준다. Fig. 2(b)는 수표면적-저수량 회귀식으로 산정한 수자원량과 실측 저수량을 비교한 것으로, 상관계수(R) 0.93, RMSE 27.98(×106 tons)의 높은 정확도를 보여 계측 저수지의 수자원량 변동을 효과적으로 추정할 수 있음을 실증하였다. 다만 이 방법은 회귀식이 저수지 형상별로 상이하게 구축되어야 하고, 하상변동 발생 시 정확도가 저하되어 주기적 갱신이 필요하다.
저수면적-저수량 회귀식 기반 방법이 실측 저수량 의존성과 하상변동에 따른 정확도 저하를 내포하는 반면, 위성 수표면적과 위성 고도계 수위를 결합하는 방법은 현장 실측 없이 수자원량 변동을 추정할 수 있다. 이 방법은 광학·SAR 영상에서 추출한 수표면적 시계열과 고도계 수면 고도 시계열을 결합해 수위-면적 관계를 구축하고, 이를 적분하여 수자원량 변동량(ΔV)을 산정한다(Gao et al., 2012; Tortini et al., 2020). 이때 동일 시기의 수표면적-수면 고도 쌍을 다수 확보할수록 관계식의 신뢰도가 향상된다. 다만 위성 고도계는 절대 수위가 아닌 상대적 변동량을 제공하므로 산정 결과 역시 기준 시점 대비 상대적 저수량 변동에 해당하나, 가뭄 모니터링·저수량 변동 추적·수급 분석 등 실무에서는 그 활용 가치가 높다(Busker et al., 2019). 또한 현장 관측망이 부재한 지역에서도 위성 자료만으로 모니터링이 가능해 전 지구 규모 호수·저수지 연구에 광범위하게 적용되어 왔다. 특히 SWOT는 수면 고도·경사를 2차원 자료로 제공해 이를 수표면적과 결합하면 수위-면적 관계의 공간 정밀도를 크게 높일 수 있으나, 2022년 12월 발사 이후 내륙 수체 적용은 초기 단계로, 다양한 규모·형상의 수체를 대상으로 한 정확도 평가와 적용성 검증이 요구된다.
절대 수자원량 산정을 위해서는 음향측심·항공 라이다 기반 물그릇 DEM (Bathymetric DEM)과 위성 수표면적을 결합하는 방법이 요구된다. 이 방법은 위성으로 탐지한 수체 경계선을 물그릇 DEM에 중첩해 대응 수위를 역산하고, 그 수위 이하 DEM 격자 체적을 누적 적분하여 특정 시점의 저수량을 직접 산정한다(Liu et al., 2020). 따라서 수표면적의 공간 정확도, 특히 수체 경계부 탐지 정확도가 최종 산정 신뢰도를 좌우하는 핵심 요소로 작용한다. 실측 수위 없이 실제 수중지형을 직접 반영하므로 저수지 형상이 복잡하거나 수위 변동 범위가 넓은 경우에도 높은 정확도를 유지하며, 고정밀 물그릇 DEM을 활용하면 수위-면적-저수용량 관계를 정밀하게 구축해 기존 수위-저수용량 곡선 방법보다 높은 정확도를 달성할 수 있다(Eilander et al., 2014). 또한 물그릇 DEM은 한 번 구축되면 반복 활용이 가능해 위성 시계열과 결합하면 수자원량의 계절 변동과 장기 추세를 공간적으로 연속하여 파악할 수 있다(Busker et al., 2019). 다만 이 방법은 고정밀 물그릇 DEM 구축 여부에 크게 의존해, DEM이 없는 저수지·하천에서는 산정 자체가 불가능하다. 국내에서는 주요 다목적댐과 일부 대형 저수지를 제외하면 중소규모 저수지·하천에 물그릇 DEM이 구축되지 않아 전국 단위 적용에 한계가 있으며, 이는 표준화된 물그릇 DEM의 구축과 지속적 갱신이 시급함을 시사한다.
4. 시사점 및 향후 방향
4.1 전국 단위 수자원 물그릇 DEM 표준화 및 향후 방향
수자원 물그릇 DEM의 전국 단위 구축·활용을 위해서는 관측 기술별로 상이한 자료 특성을 고려한 표준화 체계가 선행되어야 한다. 표준화의 핵심은 음향측심·항공 라이다 등 다종 수단에서 취득된 수중지형자료를 일관된 기준으로 통합하도록 자료 취득 기준, 전처리 절차, 좌표계, 자료 형식, 품질 관리 기준을 정립하는 것이다. 국내에서는 관련 기관이 목적에 따라 수중지형자료를 취득·관리하고 있으나, 조사 시기와 해상도·형식이 서로 달라 광역 통합 활용이 제한적이다. 이를 극복하려면 기관 간 자료 공유를 위한 표준 가이드라인과 함께, 고수심부 음향측심과 저수심부 항공 라이다 자료의 수심 중첩 구간 정합성 검증, 오차 특성을 고려한 보정 기준, 통합 DEM의 정확도 평가 기준을 포함하는 표준화 방안이 필요하다. 미국 USGS CoNED 프로젝트는 다종 자료를 표준 워크플로우로 통합해 광역 지형-수심 통합 DEM을 구축한 대표 사례로, 국내 표준화 방안 수립의 참고 기준이 될 수 있다(Danielson et al., 2016).
위성 원격탐사 자료와의 융합은 물그릇 DEM의 공간적 완전성과 시간적 갱신 측면에서 중요하다. 광학 기반 수면 경계 탐지 자료는 수위 변동에 따른 수체 면적 변화를 주기적으로 파악하며, 이를 물그릇 DEM과 연계하면 특정 시점의 저수량을 공간적으로 산정할 수 있다(Liu et al., 2020; Gao et al., 2012). 최근에는 광학과 SAR를 융합해 저수량 변화를 보다 정밀하게 추적하는 연구도 확대되고 있다(Kim et al., 2024). 이러한 융합 체계를 표준화하면 전국 단위 수자원 활용 가능량의 시·공간적 변동을 연속적으로 모니터링하는 기반을 마련할 수 있으며, 하상변동·저수지 퇴적에 따른 물그릇 형상 변화를 주기적으로 반영하는 갱신 체계를 함께 구축해 장기 산정의 신뢰도를 유지해야 한다(Yao et al., 2023a).
나아가 NOAA, Copernicus, NASA 등 해외 주요 기관과의 공동연구를 통해 표준 데이터 활용, 검증 체계 공유, 실증 결과의 국제 비교 측면에서 기술 신뢰도를 제고하는 방안도 모색할 필요가 있다. 궁극적으로 표준화된 물그릇 DEM 구축 기술은 위성 기반 수자원량 산정 기술과 연계되어 하천·댐·저수지를 포괄하는 전국 단위 수자원 활용 가능량 모니터링 체계의 핵심 기반으로 기능할 것으로 기대된다.
4.2 첨단 원격 탐사 자료 기반 수자원 활용 가능량 감시 체계 구축 방안 및 향후 방향
수자원 활용 가능량을 정량 산정하려면 물리적 수자원량에서 최소유지수량을 차감하고, 이용 목적별 수질 조건을 반영해 실질 이용 가능량을 도출하는 통합 산정 구조가 필요하다. 이때 수체 유형별로 기준이 다른데, 댐은 운영수위(정상·제한·저수위)와 하류 최소 방류 기준, 저수지는 관개기/비관개기별 최소 저장량, 하천은 환경·하천유지유량 기준이 적용된다(Hoque et al., 2022). 또한 갈수기·홍수기 등 계절적 변동성과 상·하류 수체 간 연계 관계도 산정 구조에 함께 반영해야 한다.
이러한 접근의 적용 사례로, 2023년 전남 가뭄 대상 지역인 주암댐 중권역(섬진강 수계)을 대상으로 지점 관측 자료와 Sentinel-1 위성영상 자료를 기반으로 수자원 활용 가능량을 산정한 예비 결과를 Fig. 3에 제시하였다. 주암댐·동복댐 및 계측 저수지는 지점 관측 자료를 활용하였으며, 현장 관측이 이루어지지 않는 미계측 저수지와 하천은 Sentinel-1 위성 영상으로부터 추출한 수표면적에 임의의 수표면적-수량 관계식()을 적용하여 수자원량을 산정하였다. 수자원 활용 가능량 산정 기준은 수계 내 수원 유형에 따라 구분하여 적용하였다. 주암댐과 동복댐을 포함한 계측 댐·저수지는 전체 저수량의 30%를 최소유지수량으로 설정하고 이를 차감한 값을 활용 가능량으로 정의하였으며, 미계측 저수지 및 하천은 Sentinel-1 위성 영상 기반으로 추정된 평수기 전체 수량의 30%를 제외한 값을 활용 가능량으로 산정하였다. 산정 결과, 평수기(2020년 8월 15일) 중권역 총 수자원 활용 가능량은 505 × 106 tons로 나타났으나, 갈수기(2023년 3월 25일)에는 42 × 106 tons로 약 92% 감소하였다. 수계별로는 주암댐이 386 × 106 tons에서 16 × 106 tons로, 동복댐이 84 × 106 tons에서 3 × 106 tons으로 각각 급감하였으며, 미계측 저수지(84→3) 및 하천(10→6)에서도 뚜렷한 감소가 나타났다. 갈수기 기준 활용 가능량의 구성 비율은 주암댐 38%, 계측 저수지 31%, 하천 14%, 미계측 저수지 10%, 동복댐 7% 순으로, 평수기 대비 주암댐 의존도가 낮아진 반면 계측 저수지 및 미계측 수자원의 상대적 비중이 증가하는 양상을 보였다. 특히 위성 자료를 통해서만 파악 가능한 미계측 수자원의 갈수기 활용 가능량은 약 10 × 106 tons으로 추정되며, 이는 전라도 및 광주광역시 인구 기준 약 10일간의 생활용수 공급에 해당하는 규모이다(ME, 2022). 이 결과는 지점 관측만으로는 파악할 수 없는 미계측 수자원의 존재와 규모를 위성 원격탐사로 정량 추정할 수 있음을 보여주며, 지상 관측 체계의 공간적 공백을 보완하는 위성 기반 모니터링의 실용성을 시사한다. 다만 현재는 임의의 수표면적-수량 관계식에 의존해 정확도에 한계가 있으며, 2장의 음향측심·항공라이다 기반 물그릇 DEM이 구축되어 위성 수표면적 자료와 연계되면 보다 신뢰성 높은 산정이 가능할 것으로 판단된다. 본 예비 결과는 지점 관측과 위성 자료를 통합한 유역 단위 수자원 모니터링 가능성을 제시하며, 가뭄 대응 의사결정의 실용적 기반이 될 것으로 기대된다.
수자원 활용 가능량은 수량뿐 아니라 수질이 이용 목적에 적합한지에 따라 실질 가용 범위가 달라진다(Fig. 4). 기후변화에 따른 기온 상승·강수 패턴 변화는 수온 상승, 영양염 농축, 체류시간 증가 등을 유발해 녹조·부영양화를 빈발시키고, 동일 저수량에서도 이용 목적별 실제 취수 가능량을 크게 줄인다(Paerl et al., 2016). 따라서 실질적 평가에는 수량 산정과 함께 위성 기반 수질 모니터링의 통합 활용이 필요하다. 위성 원격탐사는 광역·반복 관측으로 지점 관측의 공간적 한계를 보완하며 탁도, 총부유물질(Total Suspended Matter, TSM), 클로로필-a, 용존유기물(Colored Dissolved Organic Matter, CDOM) 등의 시·공간 분포 파악에 효과적이다(Topp et al., 2020; Yang et al., 2022). 특히 클로로필-a는 부영양화·녹조의 대표 지표로, 이를 위성 원격탐사로 추정하는 연구가 국내외에서 수행되어 왔다. 국내에서는 Choi et al. (2011)이 RapidEye의 적색경계 밴드로 낙동강 클로로필-a를 추정하였고(R2 = 0.73), Lim et al. (2015)은 Landsat 8 위성영상의 밴드 반사도와 현장실측 자료 간 다중회귀식을 구축하여 금강의 총질소·총인 농도를 추정하고 그 공간분포로부터 녹조 취약지점을 확인하였다. 이후 Park et al. (2023)은 위성영상과 수질·수문·기상 인자를 결합한 머신러닝 기법으로 낙동강의 클로로필-a 농도를 추정하였다. 국외에서는 Sentinel-2 적색경계 밴드 기반 알고리즘이 유해 남조류 모니터링에 우수하며(Guo et al., 2021; Caballero et al., 2020), Sentinel-3 OLCI가 대형 호수·저수지 녹조를 광역 모니터링하는 데 활용되는 등(Petus et al., 2019; Bar et al., 2023) 광역·연속 모니터링 단계로 확장되어 있다. 이처럼 국내 연구는 국외와 대등한 탐지 수준에 도달했으나 특정 수체·시기의 녹조 탐지에 집중되어 있어, 수질을 수량 산정과 통합해 이용 목적별 활용 가능량으로 연계하는 체계로의 확장이 향후 과제로 요구된다.
지표수 중심 평가만으로는 유역 전체의 수자원 가용성을 충분히 반영하기 어렵다. 수자원 활용 가능량은 현재 지표수량뿐 아니라 강수량 변동과 지하수 저장량 변화에 의해 복합적으로 결정되기 때문이다. 기후변화로 강수의 시·공간 변동성이 커지면서 댐·하천 유입량에 직접 영향을 미쳐 예측 가능성을 낮추고(Schewe et al., 2014), 가뭄이 장기화되면 지하수 의존도가 급증하지만 지하수는 직접 관측이 어렵고 지점 관측의 공간적 대표성이 제한적이라 광역 저장량 변동 파악이 어렵다. 따라서 지표수 산정과 함께 강수량·지하수 저장량 변동을 위성 원격탐사로 광역 파악해 통합하는 것이 종합 평가에 필수적이다. 위성 기반 강수량 자료는 지상 관측망이 부족한 지역에서도 광역 분포·시계열 변동을 파악하는 핵심 수단으로, 미국 항공우주국(NASA)의 전지구 강수 측정(Global Precipitation Measurement, GPM) 위성의 통합 다중위성 강수 추정(Integrated Multi-satellitE Retrievals for GPM, IMERG) 산출물은 전 지구 강수량을 30분 간격, 0.1° 해상도로 제공해 수자원·수재해 분야에 널리 활용된다(Pradhan et al., 2022). 이는 댐·저수지 유입량 예측, 토양수분 추정, 가뭄지수 산정 등에 쓰여 활용 가능량의 단·중기 변동 전망에 기여한다. 한편 지하수는 갈수기 지표수를 대체하는 핵심 수자원이나 직접 관측이 어렵고 지점 관측의 공간 대표성이 제한적이어서, 위성 중력자료를 활용한 저장량 변동 추정이 주목받고 있다. NASA의 GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment) 및 후속 임무인 GRACE-FO (Follow-On)는 중력 이상 분석으로 육지의 총 수량(Terrestrial Water Storage, TWS)의 월별 변동을 광역적으로 관측한다. 국내에서는 Lee et al. (2012)이 GRACE 중력자료로 한반도의 평균 수자원변화량(TWSC)을 산정하고 지상관측 기반 값과 비교·검증하여 위성 중력자료의 국내 적용성을 확인하였다. 국외에서는 여기서 나아가 TWS에서 토양수분·적설·지표수 기여분을 제거해 지하수 저장량 변동을 분리·추정하는 연구가 활발히 수행되고 있다(Famiglietti et al., 2011; Li et al., 2019). 다만 국내에서는 이를 지표수 저수량·강수량과 연계해 지표수-지하수 통합 활용 가능량으로 확장한 사례가 제한적이어서, 통합 산정 체계로의 발전이 요구된다.
수자원 활용 가능량의 정밀 평가를 위해서는 지표수 중심 체계를 넘어 강수(대기 수자원), 지하수 저장량 변동, 위성 기반 수질 정보를 함께 통합하는 방향으로 개념과 산정 체계를 확장해야 한다. 지표수·지하수·대기 수자원은 수문 순환에서 긴밀히 연계되어 있어 어느 한 요소만 고려하면 활용 가능량을 과대·과소 평가할 수 있다. 특히 수질은 동일 저수량에서도 이용 목적별 실질 취수 가능량을 결정하는 핵심 요인이므로 수량과 수질을 분리하는 기존 방식으로는 정확한 산정에 한계가 있다. 따라서 위성 원격탐사를 기반으로 지표수·지하수·대기 수자원과 수질을 통합 고려하는 수자원 활용 가능량 개념 정립과 표준화된 산정 체계 구축이 향후 핵심 과제로 요구된다.
4.3 수자원 통합 모니터링 시스템 개발 방향 및 전망
위성 원격탐사 기반 수자원 모니터링의 실용화를 위해서는 다종 위성 자료의 처리·분석 결과를 관리 의사결정에 직접 활용할 수 있는 통합 모니터링 시스템 구축이 필수적이다. 국내에서는 ㈜에스이랩이 국토교통과학기술진흥원 과제 지원을 받아 농업저수지를 대상으로 위성영상 기반 수체 탐지, 수표면적·수자원량 산정, 수표면적 빈도맵 등을 통합 제공하는 저수지 수체변화 모니터링 시스템을 구축·운영하고 있다(https://reservoir.selab.cloud, Fig. 5). 이 시스템은 저수지 현황·저수율 예측·운영 정보 등을 웹 플랫폼으로 통합하고 3차원 모델과 실측 데이터를 연계한 시각화를 구현하며, 특히 저수율 예측과 실시간 관측값 비교를 통해 현황 파악을 넘어 의사결정 지원 기능까지 제공한다는 점에서 기존 체계와 차별화된다. 또한 기상 조건과 무관하게 관측 가능한 SAR 위성영상을 활용해 광학 영상 기반 모니터링의 한계를 보완하고 장마·홍수기에도 연속 관측이 가능하다는 점에서 실용적 가치가 높다. 수표면적 빈도맵은 장기 누적 관측으로 수체의 시·공간 분포 변화를 정량 표현해 계절 변동·장기 추세 파악에 효과적이며, 수자원량 산정 결과는 실측 저수량과의 비교·검증으로 신뢰성이 확인된 정보를 제공한다.
향후 수자원 통합 모니터링 시스템의 발전을 위해서는 데이터 분량과 동시 접속을 고려한 확장 가능한 시스템 설계가 선행되어야 한다. 현재는 농업저수지 중심의 개별 수체 단위 모니터링에 초점이 맞춰져 있으나, 향후에는 댐·저수지·하천을 포괄하는 전국 단위 통합 모니터링 체계로 확장하는 것이 요구된다. 이를 위해 공간 GIS 데이터베이스와 시계열 데이터베이스를 결합한 시공간 집계 체계를 구축하고, 실시간 운영 시 발생하는 자료 지연·결측·재처리 상황에 대응하는 기술 개발이 핵심 과제로 부각된다. 위성 자료 특성상 구름에 의한 관측 공백, 재방문 주기에 따른 자료 단절, 다종 위성 간 해상도·관측 시기 불일치 등이 실시간 모니터링의 제약이 될 수 있어, 이러한 결측·불일치를 자동 탐지·보완하는 기술이 필요하다. 또한 일방적인 지표 제공을 넘어 의사결정 근거가 되는 입력 자료·모델 구조·주요 가정 등 정량적 정보를 함께 표출하고, 데이터 이력 조회와 산정 결과의 신뢰도 정보를 제공함으로써 수자원 관리자의 의사결정을 실질적으로 지원하는 체계를 마련해야 한다.
나아가 시각화 중심의 정보 제공을 넘어 수집→저장→집계→표출로 이어지는 운영형 모니터링 체계로 발전시키고, 시스템의 확장성과 이관 가능성 확보를 위해 표준 준수 및 오픈소스 기반 라이브러리를 활용하는 방향으로 개발이 추진되어야 한다. 특히 2차원 상황판과 3차원 디지털 트윈의 역할을 적절히 분배해 전국 단위 실시간 현황 파악과 시나리오 기반 예측·시뮬레이션을 동시에 지원하는 통합 플랫폼으로 발전시키는 것이 중요하다. 또한 현재의 수자원량 중심 체계에서 나아가 앞서 살펴본 최소유지수량·수질·지하수·강수량 등 다양한 요소를 통합 반영한 수자원 활용 가능량 모니터링 기능을 시스템에 포함하는 것이 향후 핵심 과제로 요구된다. 이를 통해 단순 저수량 현황 제공을 넘어 이용 목적별 실질 활용 가능량을 시·공간적으로 연속 파악·제공하는 체계를 구축함으로써, 가뭄 대응·수자원 관리 정책 수립·용수 배분 의사결정을 직접 지원하는 공공 활용 중심의 핵심 인프라로 기능할 수 있을 것으로 기대된다.
5. 결 론
본 연구는 기후변화에 따른 수자원 관리의 고도화 필요성에 대응하여, 첨단 원격탐사 자료 기반 수자원 활용 가능량 모니터링 기술의 현황을 체계적으로 검토하고 향후 기술 발전 방향을 제시하였다. 기존의 지점 기반 수문 관측 체계가 시·공간적으로 불균등하게 분포하는 수자원 현황을 광역적으로 파악하는 데 구조적 한계를 지니고 있는 가운데, 본 연구는 수자원 물그릇 DEM 구축, 수표면적 및 수위 산정, 수자원량 산정, 수자원 활용 가능량 모니터링 체계 구축, 통합 모니터링 시스템 개발의 관점에서 관련 기술 동향을 종합적으로 검토하고 국내 적용 가능성과 향후 발전 방향을 검토하였다.
수자원 물그릇 DEM 구축 기술과 관련하여, 음향측심 및 항공 라이다 기반 수중지형 측량 기술이 각각의 강점과 한계를 보유하고 있으며, 두 기술을 상호 보완적으로 활용하는 통합 접근이 물그릇 DEM 구축의 효율성과 정확도를 동시에 제고하는 핵심 전략이다. 전국 또는 광역 단위에서 상시적 수자원 관리를 목적으로 한 체계적인 물그릇 DEM 구축 사례는 아직 제한적인 실정으로, 표준화된 구축 기술과 광역 단위 적용 방법론의 개발이 필요하다.
위성 원격탐사 기반 수표면적 산정 기술과 관련하여, 광학 위성영상 기반 수체지수 및 딥러닝 기반 탐지 기법과 SAR 위성영상 기반 수체 탐지 기법이 각각의 특성에 따라 상호 보완적으로 활용되고 있으며, 특히 광학 및 SAR 위성자료를 융합하고 딥러닝 모델을 적용함으로써 기상 조건에 관계없이 높은 정확도의 수체 탐지와 지속적인 수표면적 모니터링이 가능하다. 국내 사례로 주암댐을 대상으로 2017년부터 2025년까지 Sentinel-1 SAR 위성영상을 활용하여 수체 탐지 및 수자원량 산정을 수행한 결과 R = 0.93, RMSE = 27.98(106 tons)의 높은 산정 정확도를 달성하여 위성 원격탐사 기반 수자원량 모니터링의 실용 가능성을 실증하였다. 위성 고도계 기반 수위 산정 기술과 관련하여, 기존 위성 고도계가 1차원 지점·측선 기반의 상대적 수위 변동량만을 제공하는 구조적 한계를 지니는 반면, SWOT 위성은 수면 고도를 2차원 공간 자료로 제공함으로써 하천·저수지의 수위 변동 공간 분포를 광역적으로 파악할 수 있는 새로운 가능성을 제시하고 있다. 나아가 수표면적-수량 회귀식, 위성영상 기반 수표면적과 위성 고도계 수위 자료를 결합한 상대 수량 산정, 물그릇 DEM과 수표면적을 융합한 절대 수량 산정 방법이 각각의 장단점을 보유하고 있으며, 물그릇 DEM 구축 여부와 가용 자료의 종류에 따라 적절한 방법을 선택적으로 적용하는 것이 중요하다.
수자원 활용 가능량 모니터링 체계 구축과 관련하여, 물리적 수자원량에 최소유지수량과 수질 조건을 단계적으로 반영하는 통합 산정 구조의 정립이 필요하며, 나아가 GRACE 기반 지하수 저장량 변동과 GPM 기반 강수량 자료를 통합함으로써 지표수·지하수·대기 수자원과 수질 정보를 포괄하는 수자원 활용 가능량 개념의 정립과 표준화된 산정 체계의 구축이 향후 핵심 과제로 요구된다. 또한 현재 구축된 위성영상 기반 저수지 수체변화 모니터링 시스템을 수자원 활용 가능량 모니터링을 포함하는 방향으로 확장하고, 수집→저장→집계→표출로 이어지는 운영형 모니터링 체계와 2차원 상황판 및 3차원 디지털 트윈을 결합한 통합 플랫폼으로 발전시키는 것이 향후 수자원 통합 모니터링 시스템의 핵심 발전 방향으로 판단된다.
본 연구에서 검토한 첨단 원격탐사 기반 수자원 활용 가능량 모니터링 기술은 기존 지점 기반 수문 관측 체계의 공간적 한계를 극복하고, 전국 단위의 수자원 현황을 시·공간적으로 연속하여 파악함으로써 기후변화에 따른 가뭄 대응, 수자원 관리 정책 수립, 용수 배분 의사결정을 직접 지원하는 핵심 기술로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
