The objective of this study is to assess the feasibility of wastewater reuse for the vegetable farming. The study region, about 250 ha in size, is located on the west coast of Jejudo, Korea. Major agricultural products of the study area are the cabbage, broccoli, garlic and onion. To confirm the fea...
The objective of this study is to assess the feasibility of wastewater reuse for the vegetable farming. The study region, about 250 ha in size, is located on the west coast of Jejudo, Korea. Major agricultural products of the study area are the cabbage, broccoli, garlic and onion. To confirm the feasibility of wastewater reuse, the drought duration and the water requirement analysis were conducted respectively. The average annual precipitation of the study region (1,121 mm) was smaller than that of Jeju island (1,975 mm). The drought duration for a ten-year return period in October through November was more than 20 days. The water requirement for irrigation was calculated by the FAQ Penman-Monteith method which took into account the cultivated crops, planting system, and meteorological conditions of the study region. The water requirement for a ten-year return period was estimated 4.7 mm/day and the water demand for irrigation was $4,584\;m^3/day$. As a result, the irrigation water for the crops was insufficient during their breeding season, especially in October through November. Thus, the result indicated that the study region required the alternative water supply such as wastewater reuse during the non-rainy season. As drought continues to place considerable stress on the availability of fresh water supplies in the study region, irrigation with reclaimed wastewater will play an important role in helping to meet future water demands.
The objective of this study is to assess the feasibility of wastewater reuse for the vegetable farming. The study region, about 250 ha in size, is located on the west coast of Jejudo, Korea. Major agricultural products of the study area are the cabbage, broccoli, garlic and onion. To confirm the feasibility of wastewater reuse, the drought duration and the water requirement analysis were conducted respectively. The average annual precipitation of the study region (1,121 mm) was smaller than that of Jeju island (1,975 mm). The drought duration for a ten-year return period in October through November was more than 20 days. The water requirement for irrigation was calculated by the FAQ Penman-Monteith method which took into account the cultivated crops, planting system, and meteorological conditions of the study region. The water requirement for a ten-year return period was estimated 4.7 mm/day and the water demand for irrigation was $4,584\;m^3/day$. As a result, the irrigation water for the crops was insufficient during their breeding season, especially in October through November. Thus, the result indicated that the study region required the alternative water supply such as wastewater reuse during the non-rainy season. As drought continues to place considerable stress on the availability of fresh water supplies in the study region, irrigation with reclaimed wastewater will play an important role in helping to meet future water demands.
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문제 정의
작물 및 용수수급 현황을 조사 분석하고, 2) 과우일수와 필요 수량을 산정함으로서, 대상지구의 특성을 고려한 하수처리 수의 농업용수 재이용의 타당성을 평가하는데 있다.
SPI 지수법, Palmer 지수법 등이 우리나라에 소개되었으며, 최근에는 잠재증발산량을 고려한 토양수분을 적용하는 방법도 도입되고 있는 실정이다. 본 연구에서는 대상지구의 강수량 자료로부터 과우일수를 산정하여 가뭄특성을 분석하였다.
본 연구에서는 제주판포지구의 농업용수 재이용타당성을 검토하기 위해 과우일수를 분석하고, 대상지구의 작물재배에 따른 필요수량을 추정하였으며, 연구결과를 바탕으로 대상지구의 하수재이용의 타당성을 평가하였다. 본 연구의 결과를 요약하면 다음과 같다.
제안 방법
, 1996). 본 연구에서는 5 mm 이하의 일강수량을 포함한 무강 수일을 순별로 계산하여 과우일수를 산정하였다.
일별 소비수량은 계산된 잠재증발산량(E%)에 작물의 종류와 생육단계에 따라 작물계수를 적용하여 산정하였으며, 이를 바탕으로 10년 빈도 한발시의 계획 일소비수량을 결정하였다. 필요수량 (조용수량)은 대상지구의 관개방식에 따른 관개 효율을 적용하여 산정하였다.
증발산량 공식을 적용하여 1988~2007년까지 일별 증발산량을 계산하였으며, 그 결과는 Fig. 3과 같다. 일별 증발산량 중 연최대값은 3.
일별 소비수량은 계산된 잠재증발산량(E%)에 작물의 종류와 생육단계에 따라 작물계수를 적용하여 산정하였으며, 이를 바탕으로 10년 빈도 한발시의 계획 일소비수량을 결정하였다. 필요수량 (조용수량)은 대상지구의 관개방식에 따른 관개 효율을 적용하여 산정하였다.
대상 데이터
1) 대상지구의 과우일수 분석과 용수수요량 추정을 위한 기상자료의 수집을 위해 관측기간이 비교적 긴 제주도의 기상청 산하 기상관측소를 대상으로 티센망을 구축하여 대상지구의 기상 특성을 잘 반영하고 있다고 판단되는 고산관측소를 선정하였다.
북부 지역인 제주와 고산 관측소의 경우 성산포와 서귀포에 비해 연평균 강우량이 400-700 mm 정도 적은 것으로 관측되었으며, 특히 대상지구을 대표하는 고산관측소의 평년강우량은 1, 121 mm로 한라산의 지형적 영향으로 제주도에서 강우량이 가장 적은 곳이며, 9~11월에는 용수수요량이 증가되어 물 부족 문제가 발생하고 있다. 강수일수 분석을 위한 강수자료는 1974~2004년의 31년 동안의 일단위 강수량 자료를 이용하였다.
과우일수를 분석하기 위한 강수량 자료는 제주도내에서 관측 기간이 긴 기상청 산하 강수관측소 4곳 중 고산관측소 자료를 이용하였다. Fig.
기상자료는 고산관측소의 1988~2007년 일별 자료를 이용하였다. 일별 소비수량은 계산된 잠재증발산량(E%)에 작물의 종류와 생육단계에 따라 작물계수를 적용하여 산정하였으며, 이를 바탕으로 10년 빈도 한발시의 계획 일소비수량을 결정하였다.
있다. 대상지구는 제주시 한경면 판포리에 위치한 서부하수처리장 일대의 지하수 관개지역으로서 몽리면적은 약 250 ha 이다.
대상지구는 제주시에서 서쪽으로 약 40 km 떨어진 해안가에 위치하고 있으며, 한라산을 중심으로 제주도의 서쪽에 위치하고 있다. 대상지구는 제주시 한경면 판포리에 위치한 서부하수처리장 일대의 지하수 관개지역으로서 몽리면적은 약 250 ha 이다.
이론/모형
3) 대상지구의 필요수량을 추정하기 위해 대표적인 증발산량공식인 FAO Penman-Monteith 공식을 이용하여 1988~2007 년의 기상자료와 대상지구의 작물종류 및 재배형태 등을 고려하여 일별 증발산량을 추정하였다. 이로부터 10년빈도 한발 시의 증발산량은 4.
관개효율의 농업생산정비 계획설계기준 (MAF, 1998)을참고하여 적용하였다.
대상지구의 필요수량은 농업생산정비 계획설계기 준 (관개 편) (MAF, 1998)에 제시된 방법을 이용하여 산정하였다.
2) 1974~ 2004년의 일강수자료로부터 순별과우일수를 분석한 결과 대상지구의 용수수요량이 큰 9~11월의 과우일수는 10~21일로 10일 이상의 과우일수가 나타났다. 순별과우일수를 바탕으로 10년 빈도 한발시의 과우일수를 분석한 결과 연중 9~43일의 범위로 분석되었고, 9~11월에는 18~42일로서 한달 이상의 과우일수가 나타나는 것으로 분석되었다.
4) 대상지구 전체 필요수량은 13, 514 irf/day로 산정되었다. 이는 기존 지하수 관정의 취수량을 고려하면 6, 611 E/day의관개용수가 부족한 것을 나타내며, 대상지구 경지면적의 49 % 인 119.
5) 본 연구의 결과로부터, 대상지구의 수자원여건과 장래 수요, 그리고 지하수 개발을 통한 용수수요 충족의 한계성 등을 고려할 때, 제주도 서부하수처리장의 하수처리수의 농업용수 재이용 사업은 타당성이 높은 것으로 평가되었다.
Fig. 2와 같이 고산관측소는 제주도를 기상청 산하 강수관측소를 기준으로 티센망 작성시 대상지구를 포함하고 있으며, 직선거리상으로도 약 6 km 정도 떨어진 곳에 위치하고있어 대상지구의 기상특성을 잘 반영하는 것으로 나타났다. 북부 지역인 제주와 고산 관측소의 경우 성산포와 서귀포에 비해 연평균 강우량이 400-700 mm 정도 적은 것으로 관측되었으며, 특히 대상지구을 대표하는 고산관측소의 평년강우량은 1, 121 mm로 한라산의 지형적 영향으로 제주도에서 강우량이 가장 적은 곳이며, 9~11월에는 용수수요량이 증가되어 물 부족 문제가 발생하고 있다.
있다. Table 6에서와 같이, 관개효율을 고려한 10년 빈도한발시의 대상지구 전체 필요수량은 13, 514 m7day 로 산정되었으며, 기존 지하수 관정으로부터 취수되는 양을 제외하면 6, 611 nf/day의 관개용수가 부족한 것으로 나타났다. 즉, 10 년 빈도 한발시 관개용수의 부족으로 인하여 대상지구 경지중 약 49%인 119.
과우일수와 필요수량을 산정한 결과에서 보듯이, 10년 빈도 한발 시 관개용수의 부족으로 몽리구역의 약 49%에 대해서 부족한 관개수량을 확보해야 하는 것으로 나타났다.
2와 같이 고산관측소는 제주도를 기상청 산하 강수관측소를 기준으로 티센망 작성시 대상지구를 포함하고 있으며, 직선거리상으로도 약 6 km 정도 떨어진 곳에 위치하고있어 대상지구의 기상특성을 잘 반영하는 것으로 나타났다. 북부 지역인 제주와 고산 관측소의 경우 성산포와 서귀포에 비해 연평균 강우량이 400-700 mm 정도 적은 것으로 관측되었으며, 특히 대상지구을 대표하는 고산관측소의 평년강우량은 1, 121 mm로 한라산의 지형적 영향으로 제주도에서 강우량이 가장 적은 곳이며, 9~11월에는 용수수요량이 증가되어 물 부족 문제가 발생하고 있다. 강수일수 분석을 위한 강수자료는 1974~2004년의 31년 동안의 일단위 강수량 자료를 이용하였다.
Table 5은 연최대 증발산량을 대상으로 빈도분석을 실시한 결과를 나타내고 있다. 빈도분석시 확률분포는 Gaussian (Normal) 분포를 적용하였으며, 관개조직 설계시 적용하는 10년 빈도 한발 시의 증발산량은 4.7 mm/day인 것으로 나타났다.
특히, 타지역에 비해 연평균 강수량이 700 mm 이상 부족한 서부지역인 한경면일원의 경우는 2~3년 주기로 상습적인 가뭄현상이 발생하고 있으며, 주요재배작물인 마늘, 양파, 양배추 등의 파종 및생육기에 강수가 없을시 심각한 물부족 현상이 발생하고 있다. 순별 과우일수를 분석한 결과 평균 6~24일의 변화를 나타냈으며, 대상지구의 주요작물인 마늘, 양파, 양배추 등의 용수수요량이 큰 9~11월의 과우일수는 10~21일의 범위로서 과우일수가 10일을 초과하는 것으로 나타났다. Table 4는 과우일수의 확률빈도 분석 결과를 나타내고 있다.
순별과우일수를 바탕으로 10년 빈도 한발시의 과우일수를 분석한 결과 연중 9~43일의 범위로 분석되었고, 9~11월에는 18~42일로서 한달 이상의 과우일수가 나타나는 것으로 분석되었다.
Table 6에서와 같이, 관개효율을 고려한 10년 빈도한발시의 대상지구 전체 필요수량은 13, 514 m7day 로 산정되었으며, 기존 지하수 관정으로부터 취수되는 양을 제외하면 6, 611 nf/day의 관개용수가 부족한 것으로 나타났다. 즉, 10 년 빈도 한발시 관개용수의 부족으로 인하여 대상지구 경지중 약 49%인 119.6 ha의 면적이 관개용수 공급을 받지 못하는 것으로 나타났다. 따라서, 대체수자원 개발 등을 통해 부족한 관개수량을 확보해야 할 것이다.
해안가에 취락이 발달한 대상지구의 특성상 여러 경로를 통하여 염도가 높은 하수가 많이 발생하게 되며, 하수처리장의 방류수를 채취하여 분석한 결과, 하수방류수의 염도는 시기 및 조위에 따라 1,500~3, 500 uS/cm 정도로 범위로서 내륙지방에 비해 비교적 높은 편이였다. 따라서, 하수방류수를 농업용수로 재이용하기 위해서는 하수방류수의 염도를 조절하여 작물이 염해 피해를 입지 않도록 주의가 필요하다.
현지조사 결과 대상지구는 제주도의 대표적인 소우지역으로전통적으로 보리, 콩 등의 작물이 재배되어 온 지역이었다. 그러나, 현재는 농가소득이 높은 양파, 마늘, 브로콜리, 양배추등의 밭작물을 주로 재배하고 있는 것으로 조사되었다.
후속연구
하는 재이용시스템이 적용되어야만 할 것이다. 다만, 어떤형식의 재이용시스템이 수질기준을 충족시키고, 보건위생위험성이 없고, 수확물의 소비자 인증이 가능한지를 면밀히 검토하고, 각각의 경제성과 장단점을 비교 검토하여 최적의 시스템을구성하는 것이 바람직할 것이다.
대상지구의 경우는 서부하수처리장 2단계 사업에 따른 공단폐수나 축산분뇨 등의 추가 유입으로 인한 중금속 처리 문제등과 같은 하수재이용에 대한 보건위생 안전성, 심미적 저항감, 소비자의 수요 그리고 재배작물과 관개방식의 특성을 고려한재배기술 등을 고려하여 경제적인 재이용시스템을 적용해야 할것으로 사료된다. 또한, 대상지구와 같이 하수처리수를 가뭄시일정기간에만 비상급수원으로 활용하는 채소농업의 경우는 안전성 확보뿐만 아니라 시설비와 운영비를 저감하는 방안이 필요할 것이다.
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