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문제 정의
- 대규모 유역단위의 회귀율조사는 많은 관측기기와 인력이 소요되므로 많은 예산이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 소규모 논 유역에 대한 회귀율 조사를 수행하였다. 본 시험지구 선정기준은 유역의 농업 특징을 잘 나타낼 수 있는 대표적인 지구, 경지정리가 되었으며 용수로와 배수로 조직이 단순하여 관개량과 배수량을 안정적으로 측정할 수 있으며, 외부 유역으로부터의 지표수 유입이나 지하수 용출이 없는 지구라야 한다.
- 본 연구는 낙동강유역 내의 논지대에 조사지구를 선정하여 2003년도 영농기간 동안 농업용수 공급량과 배수량을 조사 분석하여 회귀율을 산출하고, 이를 향후 수자원계획의 기초자료로 활용하기 위하여 수행하였다.
가설 설정
- 낙동강수계의 청도군 각남면 녹명지구의 논 지구를 선정하고 수문모니터링을 실시하여 물수지를 분석하고 회귀율을 산정하였다. 지연회귀율은 침투량의 100%로 가정하였다. 관측기간인 2003년도에는 강우회수와 강우량이 예년에 비해 매우 많았기 때문에 무강우시의 물관리가 안정된 기간이 비교적 짧았다.
제안 방법
- 강우량은 시험지구에 인접한 청도군 각남면사무소의 자기우량계에 의해 관측된 자료를 이용하였으며, 이들 강우 자료의 검정을 위해 시험지구에 별도의 간이우량계를 설치하였다. 강우 자료 이외에 기온, 일사량, 풍속 등의 기상자료는 시험지구에서 가장 가까운 거리에 위치한 대구기상대의 자료를 이용하였다.
- 최종 낙수는 논의 물이 자연히 소모되도록 하여 별도의 배수가 없이 하는 방법을 사용하였다. 관개량과 배수량은 강우가 없고 물관리가 안정된 기간에 대하여 분석하였다.
- 이들의 설치 깊이는 벼의 뿌리깊이를 고려하여 지표면 아러 20cm 깊이까지 매설하였다. 관측된 일별 감수심에서 침투량 관측치를 빼어서 증발산량을 계산하였다. 감수심계 안에는 표준 재식밀도를 고려하여 벼 두포기를 심었다.
- 낙동강수계의 농업용수의 회귀수량을 조사하기 위하여 2003년 영농기(5월~9월)에 현장관측을 수행하였다. 낙동강수계의 청도군 각남면 녹명지구의 논 지구를 선정하고 수문모니터링을 실시하여 물수지를 분석하고 회귀율을 산정하였다.
- 수행하였다. 낙동강수계의 청도군 각남면 녹명지구의 논 지구를 선정하고 수문모니터링을 실시하여 물수지를 분석하고 회귀율을 산정하였다. 지연회귀율은 침투량의 100%로 가정하였다.
- 이 연구에서는 lysimeter를 설치하여 강우량 관개량, 배수량 및 토양수분의 변화량을 측정하고, 물수지식을 이용하여 증발산량을 추정하였으며 심층 침투량을 이용하여 회귀수량을 추정하였다. 또한 lysimeter 실험자료를 이용하여 관개량으로부터 회귀수량을 추정하는 경험식을 개발하였다. Solley 등(1998)은 미국내의 수자원을 평가하기 위하여 용수목적별로 물 사용량을 조사하였으며, 1995년에 미국의 전체 물 사용량 중에서 농축산용수가 40.
- 수로손실량은 수로의 재료에 따라 다르나, 농림부 설계기준은 흙수로에서는 지거용수로는 0%로 보고, 지선용수로는 10-20%, 간선용수로는 15~25%이며, 콘크리트 간선용수로는 5~7%이고 관수로에서는 5%정도이다(농수산부, 1983). 본 연구에서는 시험구역면적이 작아서 수로 길이 또한 짧아서 수로손실량을 무시하였다.
- 그러나 전체적인 논에서의 물수지를 검토하기 위하여 일반적으로 논에서의 물수지 항목을 모두 조사한다. 본 연구에서의 조사항목은 기상자료, 관개량 및 배수량 침투량, 증발산량, 회귀수량 등이며, 증발산량은 감수심과 침투량 관측치로부터 계산하였다.
- 본 조사에서는 소규모 시험지구에 대한 1년 동안의 관측자료를 이용하여 농업용수 회귀율을 산정하였다. 본 조사기간에는 예년에 비해 매우 많은 강우가 있었기때문에 조사 결과도 예년과는 많은 차이가 날 수도 있다.
- 본 조사에서는 지표배수량(D2)을 신속회귀수량으로 보고, 심층침투량(P)은 전량이 언젠가는 하천으로 유출한다고 보고 지연회귀수량으로 간주하였다. 따라서 신속회귀율은 식 (6), 지연회귀율은 식 (7)로 구하며 총회귀율은 신속회귀율과 지연회귀율을 합한 값이다.
- 수위관측은 용수로가 한 지점에서 시작하므로 시점 1개소에 압력식 수위계(WL-15)를 설치하고, 배수로 말단 1개소에 Thalimedes(독일 OTT사 제품) 부표식 기록형 수위계를 설치하여 30분 간격으로 측정하였다. 유량산정은 수위계 설치지점에서 전자식 유속계를 이용하여 관개기간동안 약 1주일 간격으로 수위별 유속을 측정하였으며, 수위-유량관계식을 도출하고 관측 수위로부터 유량을 계산하였다.
- 따라서 신속회귀율은 식 (6), 지연회귀율은 식 (7)로 구하며 총회귀율은 신속회귀율과 지연회귀율을 합한 값이다. 시험유역의 회귀율은 순별, 월별 및 관개기간 전체에 대하여 구하였다.
- 유량산정은 수위계 설치지점에서 전자식 유속계를 이용하여 관개기간동안 약 1주일 간격으로 수위별 유속을 측정하였으며, 수위-유량관계식을 도출하고 관측 수위로부터 유량을 계산하였다.
- 농업용수 회귀율을 추정하였다. 이 연구는 모형을 이용하여 유역 전체에 대하여 유출량 관개량, 증발산량 등을 산정하여 회귀율을 추정하였다. 물론 유역내의 반복이용이 모두 고려되었다.
- 이 연구에서의 회귀수량의 정의는 심층침투량을 뜻한다. 이 연구에서는 lysimeter를 설치하여 강우량 관개량, 배수량 및 토양수분의 변화량을 측정하고, 물수지식을 이용하여 증발산량을 추정하였으며 심층 침투량을 이용하여 회귀수량을 추정하였다. 또한 lysimeter 실험자료를 이용하여 관개량으로부터 회귀수량을 추정하는 경험식을 개발하였다.
- 일별 침투량과 감수심은 조사구역의 중류부에 2개소를 선정하여 각각 직경 200mm PVC 침투계와 직경 300mm PVC 감수심계를 설치하여 매일 오전 9시경에 수위변화를 관측하였다. 이들의 설치 깊이는 벼의 뿌리깊이를 고려하여 지표면 아러 20cm 깊이까지 매설하였다.
- 본 조사지역에서는 중간낙수를 실시하지 않았다. 최종 낙수는 논의 물이 자연히 소모되도록 하여 별도의 배수가 없이 하는 방법을 사용하였다. 관개량과 배수량은 강우가 없고 물관리가 안정된 기간에 대하여 분석하였다.
- 표 3은 대구기상대의 자료로부터 영농기간인 6월부터 9월까지 2003년도의 관측값과 19기년부터 2000년까지 30년간의 평균값을 비교하였다. 2003년 7월의 평균기온이 30년 평균값 보다 3.
대상 데이터
- 설치하였다. 강우 자료 이외에 기온, 일사량, 풍속 등의 기상자료는 시험지구에서 가장 가까운 거리에 위치한 대구기상대의 자료를 이용하였다.
- 본 조사구역의 특성은 낙동강 유역의 소규모 농경지대로 구획크기는 0.3ha(30x100m)의 소구획 지구이며, 용 · 배수가 분리되어 있으며, 용수로는 콘크리트 수로이고 배수로는 흙수로에 호안블록 라이닝을 하였다. 평싱시에는 사리저수지의 물이 공급되며 가물어서 사리저수지의 물이 충분하지 못하면 보조수원공인 구만저수지의 물이 공급된다.
- 본 시험지구 선정기준은 유역의 농업 특징을 잘 나타낼 수 있는 대표적인 지구, 경지정리가 되었으며 용수로와 배수로 조직이 단순하여 관개량과 배수량을 안정적으로 측정할 수 있으며, 외부 유역으로부터의 지표수 유입이나 지하수 용출이 없는 지구라야 한다. 이러한 조건을 고려하여 경북 청도군 각남면 녹명리에 위치한 5.5ha의 논지역을 시험지구로 선정하였다. 청도 녹명지구도 벼 단일작으로 용수관리는 농업기반공사 경산지사 관리구역으로 일용직인부가 담당하였다.
- 표 1은 우리나라의 관련분야 연구실적이며 앞의 5개 연구는 건설교통부 주관으로 각 지방국토관리청과 한국건설기술연구원에서 수행한 4대강 유역 하천수 사용실태 조사의 일부분이며 조사 대상 논 구역의 면적은 62ha~171ha 이다. 회귀율은 대부분의 연구에서 지표배수량만을 고려하여 신속회귀율만 조사하였다.
데이터처리
- 감수심계 안에는 표준 재식밀도를 고려하여 벼 두포기를 심었다. 또한 시험지구 인근인 대구기상대의 기상자료를 이용하여 관개기간 중의 증발산량을 FAO 수정 Penman 식을 이용하였으며 Utah State University에서 개발한 REF-ET 모형을 이용하여 계산하였으며, 이를 관측치로부터 구한 증발산량과 비교하였다.
성능/효과
- 우리나라의 농업용수는 타 목적별 용수에 비하여 사용량이 연중 고르지 못해 주로 6월부터 9월 중순까지 소요되는 용수로서, 농업용수량은 기후, 토양, 관개방식, 용수로시설의 양부, 지하수위 등의 지배를 받으며 시기적, 지역적으로 변동이 많아 정확하게 그 양을 측정한다는 것은 매우 어려운 일이다. 농업용수의 특징은 타용도 용수에 비해 유효우량의 비중이 높다는 것과 회귀수량이 반복 이용됨으로써 반복 이용효율이 높으며 물의 소비기구가 복잡하여 기상, 토양, 작물의 종류, 생육조건, 수원공의 종류 등의 인자에 크게 영향을 받는다는 것이다.
- 무강우시 물수지 분석결과 관개량은 600.1mm, 지표배수량은 181.5mm, 침투량은 141.0mm, 증발산량은 206.8mm이었으며 일평균 증발산량은 4.4mm/d 이었다. 무강우시 회귀율 분석결과 신속회귀율은 30.
- 4mm/d 이었다. 무강우시 회귀율 분석결과 신속회귀율은 30.2%, 지연회귀율은 23.5%로 전체 회귀율은 53.7%로 나타났다.
- 8mm이었다. 신속회귀율은 30.2%, 지연 회귀율은 23.5%로 전체 회귀율은 53.7%로 나타났다. 순별 최대 회귀율은 7월 중순에 62.
- Bold 등(1999)은 미국 중서부 지방의 곡창지대인 Nebraska주 Platte강 유역의 밭 관개지구에서 관개방식에 따른 회귀수량을 추정하고, 수자원의 효율적 관리방안을 수립하기 위하여 작물 생육 모형과 관개모형을 개발하고, 이로 부터 관개량, 작물수확량, 회귀수량 등을 추정하였다. 심층 침투량을 회귀수량으로 보았으며, 센터피봇 스프링클러 관개에서는 관개량이 370mm, 회귀량이 60mm로 회귀율은 16%이었고, 고랑관개에서는 관개량이 500mm, 회귀량이 230mm로 회귀율응 46%이었다. 즉 관개량이 많은 관개방식에서 높은 회귀율을 보여주었다.
- 1mm/d로 나타났다. 우리나라에서 일반적으로 알려진 바와 같이 수정 Penman법으로 계산한 값이 실측값보다 38% 더 크게 나타났다.
- 심층 침투량을 회귀수량으로 보았으며, 센터피봇 스프링클러 관개에서는 관개량이 370mm, 회귀량이 60mm로 회귀율은 16%이었고, 고랑관개에서는 관개량이 500mm, 회귀량이 230mm로 회귀율응 46%이었다. 즉 관개량이 많은 관개방식에서 높은 회귀율을 보여주었다. Oad 등(1997)은 미국 서부지역의 물 소비량 중에서 많은 부분을 차지하고 있는 잔디의 관개용수에 대한 회귀수량을 조사하였다.
- 조사기간(5월-9월)동안 대구기상대 자료를 이용한 잠재증발산량과 논증발산량을 나타낸 것으로 수정 Penman 공식으로 구한 잠재증발산량에 농림부에서 제시한 벼의 작물계수를 곱하여 논의 증발산량을 구한 결과는 표 4에 제시하였다. 표 4에서 조사기간 (5~9월) 동안 녹명지구의 침투량은 141.0mm로써 일평균 값은 3mm/d 로 나타났으며, 실측 증발산량은 206.8mm로써 일평균값은 4.4mm/d로, 수정 Penman 공식으로 구한 증발산량은 286.0mm로써 일평균값이 6.1mm/d로 나타났다. 우리나라에서 일반적으로 알려진 바와 같이 수정 Penman법으로 계산한 값이 실측값보다 38% 더 크게 나타났다.
- 관개면적이 202ha~4,083ha인 대상유역에 대하여 유역단위 회귀율을 추정하였다. 회귀율은 1.3%~23.5%를 나타내었으며 2개소를 제외하고는 4.5%~9.8%의 범위를 보여주었다.
후속연구
- 최와 최 (2002)의 한강유역 조사에서는 지연회귀율도 포함하였다. 그러므로 농업용수회귀율에 대한 체계적인 연구가 아직 미흡한 실정이라고 볼 수 있으며 지금까지의 연구 결과로부터 어떤 결론을 도출하기는 어렵다고 하겠으며, 앞으로 이 분야에 대한 심도 깊은 연구가 이루어져야 할 것이다.
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