[논문]다목적 용수를 고려한 제주도 농업용 지하수 이용량 모델 개발

안중기; 송성호; 이동림

doi:10.5322/jesi.2015.24.4.515

다목적 용수를 고려한 제주도 농업용 지하수 이용량 모델 개발
Development of Agricultural Groundwater Usage Model Considering Multipurpose Water in Jeju Island 원문보기

Journal of environmental science international = 한국환경과학회지, v.24 no.4, 2015년, pp.515 - 524

안중기 (한국농어촌공사 농어촌연구원) , 송성호 (한국농어촌공사 농어촌연구원) , 이동림 (한국농어촌공사 제주지역본부)

Abstract ▼ AI-Helper

The estimation of groundwater usage in Jeju island is important to understand hydrologic cycle system and to plan management of water resource because large amounts of groundwater have been used for agricultural and domestic purpose. The model has been developed to estimate agricultural groundwater usage for garlic at uplands and citrus at orchards raising outdoors using the soil water balance model from FAO 56, respectively. The total amount of water supplied for the crop evapotranspiration and the multipurpose function such as sprout promotion can be simulated by the model. However, due to the discrepancy of water use in initial stage between calculated and observed, the model was calibrated and verified using actual groundwater usage monitoring data for 3.5 years (2011.6 to 2014.12) at three uplands for garlic and three orchards for citrus. Consequently, it would be concluded that the model simulated efficiently actual water usage in that root mean square (RMS) and normalized RMS of the validation stage were less than 8.99 mm and 2.43%, respectively, in two different conditions.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 시·공간적으로 변화가 심한 농업용 지하수의 실제 이용량을 평가하기 위해 토양물수지법을 기초로 하여 수분보급용수량과 함께 다목적용수량을 모의하는 모델을 개발하였다. 모델은 제주도에서 생육초기에 다량의 용수를 사용하는 마늘과 재배면적이 가장 넓은 노지 감귤을 대상으로 하였다.

가설 설정

농약살포용수량은 농약 종류, 작물의 엽 면적 지수 등에 따라 다르지만 본 연구에서는 일정한 것으로 가정하였다.

제안 방법

개발한 모델의 매개변수는 CN#, TAW, p, p_qs, IE, K_c, RC, SAT(감귤의 경우 Q_m), Q_e 등 총 9개로 이중에서 3개 변수는 보정에 의해 결정하고 다른 변수들은 기존 문헌의 값을 적용하였다. 보정에 의해 결정한 변수는 마늘의 경우 K_c, RC, SAT 이며 감귤의 경우 K_c, P_qs, Q_e이다.
본 연구에서 i일 관개량은 1회 수분보급용수량 (Q_e)에 관개효율 (IE)을 적용한 양과 1회 다목적용수량 (Q_m)으로 구성된다.
제주도에서 다량의 다목적 용수를 사용하는 마늘과 재배면적이 가장 넓은 노지감귤을 대상으로 토양 물수지 방법으로 지하수 이용량을 모의하는 모델을 개발하였다. 모델의 개발 및 매개변수 보정 및 검증에는 실제 이용량 관측 자료를 사용하였다.

대상 데이터

본 연구에서는 시·공간적으로 변화가 심한 농업용 지하수의 실제 이용량을 평가하기 위해 토양물수지법을 기초로 하여 수분보급용수량과 함께 다목적용수량을 모의하는 모델을 개발하였다. 모델은 제주도에서 생육초기에 다량의 용수를 사용하는 마늘과 재배면적이 가장 넓은 노지 감귤을 대상으로 하였다.
물수지 분석에 필요한 기상 자료는 농경지 인근의 고산과 서귀포 기상청 관측소의 일 단위 자료를 이용하였다. 이용한 기상요소는 강수량과 FAO-56 PenmanMonteith 방법에 의한 기준작물증발산 계산에 필요한 최고기온, 최저기온, 평균풍속, 일조시간, 상대습도이다.

데이터처리

3배 정도 감소하므로 (Allen 등, 1998) RC는 이 범위에서 보정하여 사용하였다. RC를 포함한 매개 변수 보정에는 지하수 이용량 검침 시점의 누적 관측 이용량과 모의 이용량으로 구한 Root Mean Square (RMS)와 Normalized RMS를 지표로 사용하였다.

이론/모형

3]. 기존 연구 (Choi 등, 2013)에서는 마늘의 10년 빈도 수요량 산정을 위해 농촌진흥청 난지농업연구소가 라이지메타를 이용하여 실측한 계수 (KRC, 2005)를 사용하였다. 기존 작물 계수로 다목적용 수 및 RC를 고려치 않고 수분보급용수량을 모의할 경우 모델은 파종 이후부터 발아 초기인 9월까지 지하수 이용량 증가를 모의하지 못하고 있다.
는 기존 연구 (Choi 등, 2013)에서 이용한 계수를 적용한 후 관측자료로 보정하여 일부 기간의 계수를 변경하였다. 마늘의 발아초기 다목적용수 사용기간은 FAO 56의 생육초기의 작물계수 계산 방법을 적용하였다. 작물계수는 농경지에 피복하는 멀칭에 의해 일반적으로 0.
산정을 위한 토지이용은 “이랑농경지, 식생피복 상태는 등고선, 테라스 경작, 수문학적 좋은” 등급으로 적용하였다. 토양 수문학적 분류는 Jung 등 (2006)의 분류를 이용하였다. TAW는 국립농업과학원 토양환경정보시스템(NAAS, 2015)의 대표 토양통에 대한 보수력 및 가비중 자료, FAO 56의 최대유효뿌리깊이의 중간 값으로 산정하였다.

성능/효과

1) 증발산에 소요되는 수분보급용수 외에 마늘 발아 용수 등 다목적용수를 고려한 모델은 실제 지하수 이용량을 유사하게 모의할 수 있었다.
2) 본 모델은 마늘의 다목적 용수량을 표층토의 포화 수분량으로 정의하고, 작물계수에 영향을 미치는 멀칭효과를 설명하는 매개변수 (RC)를 도입한 점이 기존 모델과 차이가 있다.
3) 본 모델은 실제 지하수 이용량 관측 자료로 일부 매개변수를 보정 및 검증한 모델이며, 많은 변수를 정밀토양도, FAO 56 등 기존 자료로부터 도출 가능한 실용적인 모델이라는 장점이 있다.

후속연구

4) 개발된 모델은 작물재배에 필요한 총 물의 양과 강수 중에 이용량, 관개량을 산정할 수 있으므로 지하수영향조사의 관정 개발량 결정이나 수자원 개발·관리개발 관리 계획 수립에 활용이 가능하다.
개발된 모델은 작물재배에 필요한 총 물의 양과 강수 중에서 이용량, 관개량을 산정할 수 있으므로, 지하수영향조사 시 관정 개발량 결정이나 수자원 개발·관리계획 수립에 활용이 가능하다. 3개 노지 감귤 과수원에 대한 3년간(2012~2014년) 지하수 이용량 모의 결과 감귤 생육을 위해 평균 533.
관개시기, 1회 관개량 및 작물계수 축소율 등의 매개 변수는 경작자의 작물재배 경험, 지역별 관개급수 관행 등에 따라 차이가 크므로 향후 설문조사 등을 통해 이런 특성이 고려되면 모델의 설명력이 더 높아질 것으로 생각된다. 또한 모델의 실용화를 위해서 제주도 전역 농경지 토양의 CN#, TAW 등 매개변수의 DB화와 도내 재배 면적이 넓은 하우스 감귤과 양배추등과 같은 타 작물에 대한 모델의 적용과 검증이 필요하다.
관개시기, 1회 관개량 및 작물계수 축소율 등의 매개 변수는 경작자의 작물재배 경험, 지역별 관개급수 관행 등에 따라 차이가 크므로 향후 설문조사 등을 통해 이런 특성이 고려되면 모델의 설명력이 더 높아질 것으로 생각된다. 또한 모델의 실용화를 위해서 제주도 전역 농경지 토양의 CN#, TAW 등 매개변수의 DB화와 도내 재배 면적이 넓은 하우스 감귤과 양배추등과 같은 타 작물에 대한 모델의 적용과 검증이 필요하다.
72%로 설명력이 작아지므로 TAW가 큰 농경지는 이용량 모의를 위해 농약살포용수를 고려해야 한다. 본 연구에서 1회 농약살포 용수량을 기존 연구의 평균값을 사용하였으나 이 양은 감귤의 엽 면적과 관계가 깊으므로 향후 항공사진을 이용한 감귤 나무 밀도와 수관의 면적 추정 자료로부터 농약살포용수량을 산정하는 연구가 필요하다.
생육 후기에 해당하는 이 시기는 토양수분상태 외에도 마늘 품종, 또는 수확 용이성 등의 요인에 따라 지하수 이용량이 달라질 수 있다. 향후 이 시기의 작물계수와 관개관행에 대한 검토 및 수정이 필요한 것으로 판단된다.

참고문헌 (11)

Allen, R. G., Pereira, L. S., Raes, D., Smith, M., 1998, Crop evapotranspiration guidelines for computing crop water requirements, FAO irrigation and drainage paper 56, Food and Agriculture Organization of the United Nations, Rome, Italy.
Choi, K. J., Song, S. H., Kim, J. S., Lim, C. W., 2013, Estimation of regional agricultural water demand over the Jeju Island, J. Environ. Sci. Int., 22(5), 639-649.

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Jeju Special Self-Governing Province(JSSP), 2013, Master plan for water resources management in Jeju Special Self-Governing Province.
Jung, K. H., Jung, S. J., Sonn, Y. K., Hong, S. Y., 2006, Classification of hydrologic soil group of Korean soils, Report of National Academy of Agricultural Science (NAAS).
Korea Rural Community Corporation(KRC), 2005, Estimation of irrigation water requirements for upland crops in Jeju.
KRC, 2010, Hydrological operation model for water resources system.
NAAS, 2015, Korean soil information system, http://soil.rda.go.kr/soil/koreaSoils.
Ministry of Agriculture, Food, and Rural Affairs(MIAFRA), 1998, Planning and Design Criteria for the agricultural infrastructure maintenance projects ; irrigation.
Seo, M. C., Hur, S. O., Cho, H. S, Jeon., W. T., Kim. M. K., Kim. M. T., 2012, The development of estimation model (AFKAE 0.5) for water balance and soil water content using daily weather data, Korean J. Soil Sci. Fert. 45(6), 1203-1210.

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Smith. M., 1992. CROPWAT : a computer program for irrigation planning and management by FAO Irrigation and Drainage Paper No. 26, Food and Agriculture Organization of the United Nations, Rome, Italy.
Song, S. H., Choi, K. J., Kim, J. S., 2013, Evaluation of regional characteristics using time-series data of ground-water level in Jeju Island, J. Environ. Sci. Int., 22(5), 609-623.

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