The purpose of this study is to evaluate the paddy irrigation efficiency using real-time water level monitoring data and intermittent irrigation model in Gimjae, Dong-Jin irrigation district. For this study, the real-time water level data in Gimjae main canal and other secondary canals were collecte...
The purpose of this study is to evaluate the paddy irrigation efficiency using real-time water level monitoring data and intermittent irrigation model in Gimjae, Dong-Jin irrigation district. For this study, the real-time water level data in Gimjae main canal and other secondary canals were collected from 2012 to 2014 and converted to daily discharge using rating curve in each canal. From intermittent irrigation model in paddy, irrigation water requirement was estimated and irrigation efficiency was calculated. The average amount of irrigation water supply per unit irrigation area was 1,011 mm in Gimjae main canal for 12,749 ha irrigation area, 1,011 mm in the secondary canal of upper region and 1,470 mm in the secondary canal of lower region. The median irrigation loss was 43 % in Gimjae main canal, 25 % in secondary canal of upper region and 35 % in the secondary canal of lower region. The larger irrigation area is, the irrigation loss rates tend to decrease in secondary canals. Monthly median irrigation losses in upper region were 10 (June) - 40 % (September) and those in lower region were 25 (May) to 40 % (April, June, August, and September). The results of canal management loss can be available as the basic data for irrigation water management and estimating guideline of optimal irrigation water supply to improve agricultural water use efficiencies.
The purpose of this study is to evaluate the paddy irrigation efficiency using real-time water level monitoring data and intermittent irrigation model in Gimjae, Dong-Jin irrigation district. For this study, the real-time water level data in Gimjae main canal and other secondary canals were collected from 2012 to 2014 and converted to daily discharge using rating curve in each canal. From intermittent irrigation model in paddy, irrigation water requirement was estimated and irrigation efficiency was calculated. The average amount of irrigation water supply per unit irrigation area was 1,011 mm in Gimjae main canal for 12,749 ha irrigation area, 1,011 mm in the secondary canal of upper region and 1,470 mm in the secondary canal of lower region. The median irrigation loss was 43 % in Gimjae main canal, 25 % in secondary canal of upper region and 35 % in the secondary canal of lower region. The larger irrigation area is, the irrigation loss rates tend to decrease in secondary canals. Monthly median irrigation losses in upper region were 10 (June) - 40 % (September) and those in lower region were 25 (May) to 40 % (April, June, August, and September). The results of canal management loss can be available as the basic data for irrigation water management and estimating guideline of optimal irrigation water supply to improve agricultural water use efficiencies.
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문제 정의
본 연구에서는 동진지구 김제간선 논 관개용수 손실률을 산정하기 위하여 김제간선 시점부 및 주요 지선에 구축되어 있는 자동수위계측기 수위 자료를 활용하여 2012-2014년 3년간 관개수로 수위 변화를 분석하고, 수위-유량 곡선을 활용하여 지선별 실제 공급량을 산정하였다. 또한, 간단관개 모형을 활용하여 동진지구 지선별 농업용수 필요수량을 산정하고 지선별 월별 관개효율을 평가하였다.
가설 설정
논 필요수량 (REQ(t))은 D(t)가 0보다 작을 때 유효우량 (ER(t))을 고려하여 식 (4)와 같이 산정하며, 비급수일은 식 (3)에서 REQ(t)=0을 적용하여 담수심을 산정하였다. FAO Penman-Monteith 식(Allen et al., 1998)과 작물계수를 이용하여 논 증발산량(ETc(t))을 산정하였으며, 물꼬높이 (H)는 60 mm로 가정하였고 (MAF, 1998), 중간낙수 기간 (6월 하순)의 담수심은 0으로 가정하였다. 유효우량 (ER(t))은 강우량에서 포장에 직접 저류되는 양으로써, 포장 물꼬높이와 강우 전 담수심 조건에 따라 식 (5)와 같이 산정하였다 (Hong et al.
본 연구에서는 기준수위를 적용하여 수위-유량곡선을 반영하였으며, 기준수위 이하 흐름이 없는 구간의 유량을 ‘0’ 으로 가정하였다.
간단관개 모형 및 실제 용수공급량을 활용하여 김제간선시점부와 지선별 손실률을 산정하였다. 실제 용수공급량 분석 결과, 상류부 신용, 용성지선, 하류부 북죽, 진봉지선은 말단부에서 양수에 의한 관개용수 공급량이 많아 손실률 산정시 제외하였다.
, 2013). 동진지구 김제간선에 구축된 물 관리 시스템은 실시간 수위모니터링 결과 뿐 아니라 지선별 최적용수공급량을 제공하여 관리자가 농업용수 공급 패턴을 파악하고 공급 및 수요 관점에서 농업용수를 통합관리 할 수 있도록 설계되었다. 김제간선은 관개면적에 비해 농업용수가 부족하여 전 구간 연속급수가 불가능하기 때문에 상류부와 하류부로 구분하여 급수일지에 따라 간단급수를 하고 있다.
동진지구 김제간선의 강우특성을 분석하기 위하여, 김제간선에 인접한 전주 측후소의 강우특성을 분석하였다. 연강수량을 기준으로 갈수년은 1988년 (707 mm), 풍수년은 2003년 (1,860 mm) 이었다.
간단관개 모형을 활용하여 2012-2014년 시설관리 손실률을 20 %로 가정하여 지선별 실제 용수공급량과 모의치를 비교한 결과, 지선별 관개효율에는 차이가 발생하였다. 따라서 실제 용수공급량과 간단관개 모의 값을 비교하여 지선별 관개효율을 평가하였다. 지선별 실제 용수공급 특성 분석 시 양수에 의한 공급량이 많았던 상류부 신용, 용성 지선, 하류부북죽, 진봉 지선은 각 지선 시점부에서의 농업용수 실제 공급량을 이용한 손실률 산정에 한계가 있어 본 연구에서 손실률산정 시 제외하였다.
본 연구에서는 동진지구 김제간선 논 관개용수 손실률을 산정하기 위하여 김제간선 시점부 및 주요 지선에 구축되어 있는 자동수위계측기 수위 자료를 활용하여 2012-2014년 3년간 관개수로 수위 변화를 분석하고, 수위-유량 곡선을 활용하여 지선별 실제 공급량을 산정하였다. 또한, 간단관개 모형을 활용하여 동진지구 지선별 농업용수 필요수량을 산정하고 지선별 월별 관개효율을 평가하였다.
본 연구는 동진지구 김제간선 논 관개지구를 대상으로 2012-2014년 3년간 자동수위계측기 실시간 수위 모니터링 자료 및 간단관개 모형을 활용하여 김제간선 시점부 및 주요지선 농업용수 필요수량을 산정하고 지선별 월별 논 관개용수효율을 평가하였다.
본 연구에서는 「시범지구 수위-유량관계 실용화 연구 (2011-2014)」에서 산정한 수위-유량곡선을 반영하여 지선별 일 유량을 산정하고, 실제 공급량을 분석하였다. 수로 시점부에서 관개용수를 말단부까지 공급하기 위해서는 일정수위 이상을 유지하여야 하며, 기준수위 이하에서는 관개용수의 흐름이 거의 없었다.
논 관개용수 수요량을 조사한 「농촌용수 수요량조사 종합보고서 (MAF, 1999)」에서 논 관개용수 손실률을 평균 23%로 분석하였다. 본 연구에서는 시설관리 손실률 (canal management/system loss)을 20 %로 가정하고 간단관개 모형을 적용하여 지선별 관개면적에 필요한 순용수량 (net water requirement) 및 조용수량 (gross water requirement)을 산정하였다. 지선별 손실률을 산정하기 위하여 지선별 조용수량과 실제 공급량과 비교하여 지선별 용수공급량의 특징에 대하여 분석하였다.
본 연구에서는 시설관리 손실률 (canal management/system loss)을 20 %로 가정하고 간단관개 모형을 적용하여 지선별 관개면적에 필요한 순용수량 (net water requirement) 및 조용수량 (gross water requirement)을 산정하였다. 지선별 손실률을 산정하기 위하여 지선별 조용수량과 실제 공급량과 비교하여 지선별 용수공급량의 특징에 대하여 분석하였다. Fig.
5와 같다. 지선별 용수공급량은 지선별로 시점부의 말단부의 수위-유량 모니터링 값의 차이를 해당 지선의 관개면적으로 나누어 산정하였다. 상류부 평균 단위용수공급량은 1,011 mm, 하류부는 1,470 mm, 김제간선시점부는 1,900 mm 이었다.
대상 데이터
본 연구에서는 관개수로의 공급량에 대한 정량적인 해석을 위하여 한국농어촌공사의 농촌용수 스마트물관리시스템(smarter water management system, http://dongjin.uirri.kr)사업의 일환으로 동진강 유역 김제간선에 구축되어 있는 자동수위계측 시스템의 실시간 모니터링 시스템 자료를 활용하였다 (Fig. 1). Fig.
2는 김제간선 내 주요 수로 수위계측기 지점의 위치와 관개면적을 나타낸 것이며, 김제간선 시점부를 시작으로 9개 용수지선 (화호, 대평, 감곡, 신용, 신평, 용성, 죽산, 종신, 북죽) 시점부와 말단부, 6개 용수지선 (옥성, 대목, 월미, 고현, 진봉, 광활) 시점부, 포교제수문 상류/하류, 성덕제수문 상류/하류, 가실제수문 상류에 실시간 수위계측기를 설치하여 2012년부터 수로 수위를 모니터링을 하고 있다. 본 연구에서는 관개용수 공급시기를 대상으로 2012년 4월부터 2014년 10월까지 실시간 수위계측 데이터를 활용하였다.
본 연구에서는 김제간선 시점부와 김제간선 내 화호, 대평, 감곡, 신용, 신평, 용성, 죽산, 종신, 북죽, 대목, 월미, 고현, 진봉지선의 2012-2014년 수위 모니터링 자료를 보정하여 활용하였다. 하지만.
하지만. 하류부인 북죽, 대목, 월미, 고현, 진봉 지선에서는 2012년 결측치가 많아 2013-2014년 수위 데이터를 보정하여 사용하였다. Table 4는 김제간선 시점부 및 상류부와 하류부의 주요지선 연 평균, 연 최대 수위 및 수위 편차이다.
데이터처리
논 관개용수 수요량을 조사한 「농촌용수 수요량조사 종합보고서 (MAF, 1999)」에서 논 관개용수 손실률을 평균 23%로 분석하였다. 본 연구에서는 시설관리 손실률 (canal management/system loss)을 20 %로 가정하고 간단관개 모형을 적용하여 지선별 관개면적에 필요한 순용수량 (net water requirement) 및 조용수량 (gross water requirement)을 산정하였다.
이론/모형
간단관개를 고려하여 지선별 필요수량을 산정하기 위하여, Hong et al. (2014)에 의해 수정된 간단관개모형을 활용하였다. 간단관개모형은 기존 논 물수지 모형에 급수 일을 추가하여 간단관개 시 적정 용수량을 산정할 수 있는 모형이다.
성능/효과
간단관개 모형을 활용하여 2012-2014년 시설관리 손실률을 20 %로 가정하여 지선별 실제 용수공급량과 모의치를 비교한 결과, 지선별 관개효율에는 차이가 발생하였다. 따라서 실제 용수공급량과 간단관개 모의 값을 비교하여 지선별 관개효율을 평가하였다.
6은 실제 단위용수공급량과 손실률 20%로 가정한 간단관개 모형 모의 값을 비교한 결과이다. 김제간선 시점부 관개면적 12,749 ha에서 손실률을 20 %로 가정한 간단관개모형 적용 결과, 김제간선 적정용수량 모형 모의결과 단위용수공급량은 1,077-1,337 mm로, 실제 김제간선시점부에서 공급된 용수량 (1,900 mm)은 20 % 이상의 손실률을 고려하여 공급된 것으로 분석되었다. 이는 김제간선에서 공급되는 용수량은 상류부부터 하류부까지 간선에서의 용수 이동시 손실, 수로 손실 및 각 지선 시점부에서 말단부 까지의 배분관리손실, 지선별 필요수량 등을 고려하여 공급하기 때문으로 판단된다.
실제 용수공급량 분석 결과, 상류부 신용, 용성지선, 하류부 북죽, 진봉지선은 말단부에서 양수에 의한 관개용수 공급량이 많아 손실률 산정시 제외하였다. 김제간선 시점부에서 김제간선 전체 관개면적 12,749 ha에 공급되는 관개용수 시설관리손실률은 43 %이었으며, 김제간선 상류부 주요지선 손실률 중앙값은 25 %, 하류부는 주요지선 손실률 중앙값은 35 % 이었다. 김제간선시점부에서 공급된 관개용수량는 김제간선 및 지선에서의 수로손실, 각 지선으로의 배분 손실 등을 고려하여 하류부 말단까지 공급해야 하기 때문에 상류부나 하류부 관개면적당 용수공급량과 비교하여 많은 양의 관개용수가 공급되고 손실률도 높은 것으로 판단된다.
김제간선 시점부에서 김제간선 전체 관개면적 12,749 ha에 공급되는 농업용수 공급량과 모의 값을 분석한 결과, 손실률은 43 % 이었다. 김제간선 상류부 주요지선 손실률 중앙값은 25 %, 하류부는 지선별 차이가 컸으나, 주요지선 손실률 중앙값은 35 % 이었다.
김제간선 주요 지선에서 손실률을 20 %로 가정한 간단관개모형 적용 결과, 상류부 단위용수공급량은 평균 967 mm, 하류부는 1,037 mm로 실제 용수공급량 1,011 mm (상류부), 1,470 mm (하류부)보다 적게 모의되어 실제 손실률은 20 %이상인 것으로 분석되었다. 김제간선 상류부 화호, 대평, 감곡신용 4개 지선에서는 2012년에는 모의치가 관측치를 초과하였으며, 2013, 2014년은 모의치보다 실제 공급량이 많았다.
김제간선 하류부 주요지선 죽산, 종신, 대목, 월미, 고현 지선 실제 공급량은 간단관개모형 손실률 20 % 가정시 모의공급량과 비교하여 많았다. 반면, 북죽과 진봉지선은 간단관개모형을 이용한 모의치가 실제공급량과 비교하여 많았다.
(2008)은 이동, 고삼, 금광, 고덕 4 개 지구에서 현장 조사를 통한 관개용수로 시설관리 손실률을 분석하였다. 수로 종류, 규모, 유형별로 구분하여 손실률을 산정하였으며, 수로별로 평균 1-5회 분석 결과 평균 54.6 % 손실률이 발생하였다. Nam et al.
또한, 월별 손실률 분석 결과 상류부 중앙값은 10 % (6월) - 40 % (9월), 하류부 중앙값은 25 % (5월) - 40 % (4, 6, 8, 9월) 이었다. 특히, 필요수량이 상대적으로 적었던 9월 상류부 및 하류부 모두 손실률이 높았다. 9월은 수초가 자라면서 유속이 느려져 관개용수를 수로 말단부까지 공급하기 위해서 필요수량 이상의 용수를 공급한 것으로 판단된다.
후속연구
본 연구의 결과는 월별, 간선별, 지선별 손실률을 제시함으로써 향후 논 관개용수 최적공급량 산정에 있어 농업용수 관리의 기초자료로 사용 가능할 것으로 판단된다. 또한, 관개지구 내 실시간 수위, 유량 데이터와 비교하여 용수공급 현황을 분석하고, 농업용수의 효율적 분배를 위한 평가 기준 정립에 활용될 수 있을 것이다.
본 연구의 결과는 월별, 간선별, 지선별 손실률을 제시함으로써 향후 논 관개용수 최적공급량 산정에 있어 농업용수 관리의 기초자료로 사용 가능할 것으로 판단된다. 또한, 관개지구 내 실시간 수위, 유량 데이터와 비교하여 용수공급 현황을 분석하고, 농업용수의 효율적 분배를 위한 평가 기준 정립에 활용될 수 있을 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
농업생산기반정비사업계획설계기준에서 배분관리손실률의 경우 한계는 무엇인가?
6 %로 명시되어있다. 하지만 배분관리손실률의 경우 조사면적이 작고, 조사 시기가 이앙시기 또는 건답직파시기 등으로 제한적이기 때문에 국외의 연구결과를 적용하고 있는 실정이다(Kim et al., 2005; Lee et al.
농업용수관리는 과거에 어떤 문제가 있었는가?
과거 농업용수관리는 실시간 관리가 불가능하여 관리자의 경험에 의존하였으며, 농업용수 수요와 공급의 불균형으로 인한 손실이 발생하였다 (Koo et al., 1982; Korkmaz et al.
동진지구 김제간선에 구축된 물 관리 시스템은 어떻게 설계되어있는가?
, 2013). 동진지구 김제간선에 구축된 물 관리 시스템은 실시간 수위모니터링 결과 뿐 아니라 지선별 최적용수공급량을 제공하여 관리자가 농업용수 공급 패턴을 파악하고 공급 및 수요 관점에서 농업용수를 통합관리 할 수 있도록 설계되었다. 김제간선은 관개면적에 비해 농업용수가 부족하여 전 구간 연속급수가 불가능하기 때문에 상류부와 하류부로 구분하여 급수일지에 따라 간단급수를 하고 있다.
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