[논문]농업용수의 잔여 공급계획량 및 수요예측량에 의한 관개 취약시기 산정

남원호; 김태곤; 최진용; 이정재

doi:10.5389/ksae.2012.54.5.123

농업용수의 잔여 공급계획량 및 수요예측량에 의한 관개 취약시기 산정
Estimating Vulnerable Duration for Irrigation with Agricultural Water Supply and Demand during Residual Periods 원문보기

한국농공학회논문집 = Journal of the Korean Society of Agricultural Engineers, v.54 no.5, 2012년, pp.123 - 128

남원호 (서울대학교 생태조경.지역시스템공학부) , 김태곤 (서울대학교 생태조경.지역시스템공학부) , 최진용 (서울대학교 조경.지역시스템공학부, 농업생명과학연구원) , 이정재 (서울대학교 조경.지역시스템공학부, 농업생명과학연구원)

Abstract ▼ AI-Helper

For optimal reservoir operation and management, there are essential elements including water supply in agricultural reservoir and demand in irrigation district. To estimate agricultural water demand and supply, many factors such as weather, crops, soil, growing conditions cultivation method and the watershed/irrigation area should be considered, however, there are occurred water supply impossible duration under the influence of the variability and uncertainty of meteorological and hydrological phenomenon. Focusing on agricultural reservoir, amount and tendency of agricultural water supply and demand shows seasonally/regionally different patterns. Through the analysis of deviation and changes in the timing of the two elements, duration in excess of water supply can be identified quantitatively. Here, we introduce an approach to assessment of irrigation vulnerable duration for effective management of agricultural reservoir using time dependent change analysis of residual water supply and irrigation water requirements. Irrigation vulnerable duration has been determined through the comparison of water supply in agricultural reservoir and demand in irrigation district based on the water budget analysis, therefore can be used as an improved and basis data for the effective and intensive water management.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

잔여 공급계획량과 수요예측량은 현 시점에서 관개 종료기간까지의 누적 공급량과 누적 수요량으로 정의하였다. 본 연구에서는 강수의 부족으로 유역으로부터 유입되는 공급량이 적은 시기와 관개지역의 필요한 수량이 많은 시기가 동시에 발현되는 시기를 관개 취약 시기 또는 집중 물관리 시기로 정의하였다.
본 연구에서는 농업용 저수지 운영 및 관리의 경우 과거 경험적이고 관행적인 방법에서 능동적이고 탄력적으로 대처하기 위하여 수요량과 공급량의 기간별 정량적 차이를 분석함으로써 관개취약시기를 정립하고 수치화하였다. 지역수자원 물 공급 체계를 구성하는 유역의 공급계획량과 관개지역의 수요예측량, 두 가지 요소로부터 관개취약시기를 정의하고 경향성 및 주기성 변화를 분석하였다.
본 연구에서는 잔여 공급계획량과 수요예측량의 시기별 변화 분석을 활용하여 관개 취약시기를 평가하였다. 저수지 수위 또는 저수량을 기준으로 관개취약시기를 평가하는 방법은 지역별로 관개 시기가 상이하기 때문에 개별 저수지마다 다른 기준 (수위)을 제시해야 하는 반면, 공급계획량과 수요예측량을 활용한 관개 취약시기 평가는 향후 관개기간에 대한 잔여 필요수량을 기준으로 지역별로 일관된 평가 기법을 제시할 수 있다.
본 연구에서는 지역수자원 물 공급 체계를 구성하는 유역의 공급계획량과 관개지역 수요예측량의 관계로부터 관개취약시기를 정의하고 관개취약시기의 경향성 및 시계열 변화를 분석하여 농업용수 관개 취약성의 체계적인 접근법을 제시하였다. 이를 통해 한정된 지역수자원의 탄력적인 운영을 위한 기초 자료를 구축하고, 기후변화로 인한 가뭄 및 홍수 등의 수문사상 변화를 반영하여 집중 물관리 시기를 파악하였다.
본 연구에서는 지역수자원의 효율적인 관리를 위하여 유역의 유출에서부터 관개지역의 수요량을 고려하고 저수지를 운용할 수 있는 유역-저수지-관개지구 개념의 종합적인 거동을 분석하고자 하며, 농업용 저수지의 공급계획량 및 수요예측량 분포를 활용한 관개취약시기 평가의 과정을 Fig. 1과 같이 정리하였다. (a) 기상자료 및 유역 수문자료, 관개지구 특성 자료를 활용하여, (b) 지역수자원 공급 체계에 대한 입출력 요소로서 공급량과 수요량을 산정한다.
, 2004). 지역용수는 대부분 논농사를 위한 용수 공급을 대상으로 하고 있으므로 본 연구에서는 벼 재배에 필요한 농업용수의 수요량 및 공급량으로 국한하기로 한다.

제안 방법

5의 점선)를 기준으로 2005년 (풍수년)의 경우 공급계획량은 1,408 10³ m³ , 수요예측량은 1,074 10³ m³로 산정되어 약 400 10³ m³정도 용수의 여유분이 발생하였으며, 1988년 (갈수년)의 경우 공급계획량과 수요예측량이 각각 1,024 10³ m³ , 1,645 10³ m³로산정되어 약 620 10³ m³의 용수 부족이 발생하였다. 공급계획량과 수요예측량의 총량 비로부터 갈수년 (1975년, 1982년, 1988년, 1995년), 평수년 (1991년, 1993년, 1999년, 2002년), 풍수년 (1990년, 1998년, 2004년, 2005년)을 구분하여 시계열 변화를 분석하였다.
일별 담수심법을 사용하여 논에서의 유효우량을 산정하였으며, 수로손실 및 관리 손실을 반영하여 수요량을 산정하였다. 공급계획량은 현재 저수량과 향후 관개기간 유입량과 월류량 차이의 누적 값으로 정의하였고, 수요예측량은 관개기간 논벼 필요수량의 누적 값을 사용하였다. 송악 저수지의 연도별 관개기간 공급계획량과 수요예측량의 누적 값에 대한 분포를 Fig.
본 연구에서는 Fig. 3에 도시한 바와 같이 관개기 (4월 1일∼9월 30일)기간 동안 향후 누적 값을 기준으로 시간의 경과에 따라 183일간의 일별 누적 공급계획량과 수요예측량을 산정하였다.
송악 저수지를 대상으로 공급계획량과 수요예측량의 누적 총량으로부터 풍수년, 평수년, 갈수년을 구분하고 시간의 경과에 따라 시계열 분포 변화를 살펴보았다. 풍수년의 경우 관개기 전기간 동안 물 부족 기간이 발생하지 않았으며, 평수년, 갈수년의 경우 강수의 부족으로 수요예측량이 공급계획량을 초과하는 기간이 지속되었다.
하지만 강수의 부족 또는 저수량의 부족으로 인하여 잔여 공급계획량은 동일한 값이 지속되고 당일 수요량의 절감으로 인한 잔여 수요예측량의 지속적인 감소로 인하여 기울기가 급감하는 구간이 발생하였다. 앞서 공급계획량과 수요예측량의 누적 총량으로 구분한 갈수년, 평수년, 풍수년에 따라 기울기가 급감하는 시기를 분석하고 경향성을 파악하여 관개취약시기를 평가하였다.
본 연구에서는 지역수자원 물 공급 체계를 구성하는 유역의 공급계획량과 관개지역 수요예측량의 관계로부터 관개취약시기를 정의하고 관개취약시기의 경향성 및 시계열 변화를 분석하여 농업용수 관개 취약성의 체계적인 접근법을 제시하였다. 이를 통해 한정된 지역수자원의 탄력적인 운영을 위한 기초 자료를 구축하고, 기후변화로 인한 가뭄 및 홍수 등의 수문사상 변화를 반영하여 집중 물관리 시기를 파악하였다.
관개용 저수지의 일별 유입량을 모의하기 위하여 강우-유출 모형인 TANK 모형을 사용하였으며, 관개지구의 필요수량은 FAO Modified-Penman(Doorenbos and Pruitt, 1977)식과 작물계수를 적용하여 작물의 소비수량을 산정하였다. 일별 담수심법을 사용하여 논에서의 유효우량을 산정하였으며, 수로손실 및 관리 손실을 반영하여 수요량을 산정하였다. 공급계획량은 현재 저수량과 향후 관개기간 유입량과 월류량 차이의 누적 값으로 정의하였고, 수요예측량은 관개기간 논벼 필요수량의 누적 값을 사용하였다.
저수지 물수지는 Fig. 2에 도시한 바와 같이 저수량, 유입량, 공급량, 월류량의 관계로 요약할 수 있으며, 본 연구에서는 관개 취약성 판단을 위한 기초자료로써 공급 가능한 가용용수량(potential water supply capacity, PWS)과 관개지역의 필요 수량 (irrigation water requirement, IWR)의 누적 값을 활용하였다. 이상의 관계를 수식으로 표현하면 식 (2), 식 (3)과 같다.
본 연구에서는 농업용 저수지 운영 및 관리의 경우 과거 경험적이고 관행적인 방법에서 능동적이고 탄력적으로 대처하기 위하여 수요량과 공급량의 기간별 정량적 차이를 분석함으로써 관개취약시기를 정립하고 수치화하였다. 지역수자원 물 공급 체계를 구성하는 유역의 공급계획량과 관개지역의 수요예측량, 두 가지 요소로부터 관개취약시기를 정의하고 경향성 및 주기성 변화를 분석하였다.

대상 데이터

본 연구에서는 농업용수 공급을 목적으로 1958년에 준공된 유역면적 500 ha 미만의 소규모 농업용 저수지인 송악 저수지를 선정하였으며, 특성은 Table 1과 같다.
저수지의 유입량과 관개지구의 필요수량, 저수지 물수지 모의에 의한 월류량을 산정하기 위하여 39년간 (1973년∼2011년) 서산 기상관측소의 기상자료를 활용하였다.

이론/모형

저수지의 유입량과 관개지구의 필요수량, 저수지 물수지 모의에 의한 월류량을 산정하기 위하여 39년간 (1973년∼2011년) 서산 기상관측소의 기상자료를 활용하였다. 관개용 저수지의 일별 유입량을 모의하기 위하여 강우-유출 모형인 TANK 모형을 사용하였으며, 관개지구의 필요수량은 FAO Modified-Penman(Doorenbos and Pruitt, 1977)식과 작물계수를 적용하여 작물의 소비수량을 산정하였다. 일별 담수심법을 사용하여 논에서의 유효우량을 산정하였으며, 수로손실 및 관리 손실을 반영하여 수요량을 산정하였다.

성능/효과

풍수년의 경우 관개기 전기간 동안 물 부족 기간이 발생하지 않았으며, 평수년, 갈수년의 경우 강수의 부족으로 수요예측량이 공급계획량을 초과하는 기간이 지속되었다. 지역수자원의 공급계획량과 수요예측량에 대한 주기 및 경향성으로부터 두 요소의 시기적인 편차 및 시계열 변화 분석을 통해 관개취약시기를 정량적으로 파악할 수 있었다.

후속연구

수자원은 시간, 장소, 수량에 있어서 가변적이기 때문에 공급의 불확실성 (uncertainty)을 갖고, 지형, 지질, 수문조건과 같은 자연조건 특성에 의한 지역특수성 (site-specified)을 내포한다(Shim, 2000). 공급의 불확실성과 수요 변화에 의한 지역특수성은 단일 지역수자원 체계에서 유역면적, 저수용량, 관개면적 등에 따라 상이하게 발현하므로 유역 및 저수지, 관개지구를 포함하는 종합적인 이수 및 치수 관리 방안이 필요하다.
갈수년의 관개취약시기를 Table 2와 같이 정리하였으며, 시기적으로 상이한 차이가 발생하였지만 6월 하순∼7월 초순, 8월 하순∼9월 하순으로 분석되었고, 실제 가뭄기록 (Lee and Kim, 2012) 과의 비교 결과 유사한 경향을 확인하였다. 정량적으로 산정된 관개취약시기는 저수지별, 지역별로 차이가 발생할 것으로 예상되며, 집중 물관리 기간으로써 저수지 운영 및 관리를 위한 기초 자료로 활용 가능 할 것으로 판단된다.
현재 농업용 저수지 물관리는 경험에 의한 운영, 적정 필요수량 산정의 불확실성, 정밀한 공급량 제어의 불안정성 등의 요인들이 작용하여, 실제 저수지 운영에서는 수요량 이상의 수자원을 공급하는 경우가 발생한다. 향후 실제 공급량 및 저수지 수위 데이터를 활용한다면 물관리 효율을 가시적으로 평가할 수 있을 것으로 예상된다. 또한 농업용 저수지로부터 관개지역의 물 공급이 취약한 시기를 정량적으로 평가함으로써 관개 취약 기간 동안 집중 물관리의 필요성을 설명하고, 기울기가 급감하는 기간이 발생하지 않도록 절수 관개 등 용수 관리의 효과를 정량적으로 평가할 수 있다.
지역수자원의 관개취약시기 평가는 기후변화로 인한 가뭄 및 홍수 등의 수문사상 변화를 반영하여 집중 물관리 시기를 파악함으로써, 관개취약시기 평가 방법의 일관된 기준으로 사용가능하다고 사료된다. 향후 현장의 실시간 자료 취득이 가능하다면 이상의 적용 결과를 활용하여 농업용 저수지의 최적 운영 및 관리를 위한 기초자료로 활용 가능하다고 기대한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	농업용 저수지의 지속가능한 관개용수 공급을 위해 하드웨어 측면의 관리 방안과 소프트웨어 측면의 관리 방안이 요구되는 이유는?	지역수자원의 시간적, 공간적인 편중을 극복하는 방법으로 1960년대 이후 전국에 약 18,000 여개의 농업용 저수지가 축조되었 으며, 홍수기의 풍부한 수량을 저류한 후 관개기 혹은 갈수기에 이용한다. 농업용수 공급이라는 단일 목적으로 축조된 농업용 저수지는 이상기후 및 집중호우에 대한 취약성, 홍수조절능력의 부재, 시설의 노후화, 관리인의 고령화에 의한 유지관리의 문제 등과 같은 한계들이 제기되고 있다 (Kim et al., 1998; Kim et al., 2004; Lee et al., 2006). 특히, 급변하는 물소비 패턴의 변화 및 수요 증가로 인한 소규모 저수지의 저류용량 부족 문제는 본연의 기능인 안정적인 관개용수 공급이 불가능하다 (Yoo and Park, 2007). 따라서 농업용 저수지의 지속가능한 관개용수 공급을 위해서는 유효저수량 증대를 위한 저수지 증고와 같은 하드웨어 측면의 관리 방안과 효율적인 운영지침 등 소프트웨어 측면의 관리 방안이 요구된다.
	수자원 관리의 기본 목표는?	수자원 관리의 기본 목표는 시간적, 공간적 측면에서 수요와 공급의 균형을 유지하는 것이며, 합리적인 수자원 계획을 위해서는 용수의 수급 상황을 정확히 분석하여 충족한 물의 확보와 안정적인 공급방안이 필요하다 (Shim et al., 1995).
	합리적인 수자원 계획을 위해서 무엇이 필요한가?	수자원 관리의 기본 목표는 시간적, 공간적 측면에서 수요와 공급의 균형을 유지하는 것이며, 합리적인 수자원 계획을 위해서는 용수의 수급 상황을 정확히 분석하여 충족한 물의 확보와 안정적인 공급방안이 필요하다 (Shim et al., 1995).

참고문헌 (14)

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Yoo, C. S. and H. K. Park, 2007. Analysis of morphological characteristics of farm dams in Korea. The Korean Geographic Society 42(6): 940-954 (in Korean).

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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