[논문]농업용수 공급량과의 비교를 통한 논벼 증발산량 산정 방법 평가

김상현; 조건호; 최경숙

doi:10.3741/jkwra.2020.53.12.1131

농업용수 공급량과의 비교를 통한 논벼 증발산량 산정 방법 평가
Assessment of paddy rice evapotranspiration estimation methods based on comparisons of agricultural water supply 원문보기

Journal of Korea Water Resources Association = 한국수자원학회논문집, v.53 no.12, 2020년, pp.1131 - 1142

김상현 (경북대학교 농업생명과학대학 농업토목공학과) , 조건호 (경북대학교 농업생명과학대학 농업토목공학과) , 최경숙 (경북대학교 농업생명과학대학 농업토목공학과)

초록
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본 연구에서는 농업용수 공급계획 및 수리시설설계에 적용하기 위한 논벼 수요량 추정에 있어서 증발산량 산정 방법을 농업용수 공급량을 기반으로 평가해 보았다. 증발산량 산정 방법은 기존의 논벼 수요량에 적용 되어온 Modifeid-Penman (MP) 방법과 최근에 농촌진흥청에서 작물계수 개발에 적용한 Penman-Monteith (PM) 방법이 고려되었다. 호남지역 한국농어촌공사 관할지구를 선정하여 기상특성을 분석하고, MP 방법과 PM 방법에 의한 논벼 수요량을 산정하여 현장의 용수 공급량과 비교분석하여 증발산량의 적용성을 평가해 보았다. 대상지구의 기상특성은 30년 기간 연평균 및 논벼 생육기간 평균기온은 증가하고 연평균 강우량과 논벼 생육기간 강우량은 감소하는 경향을 보였다. 이러한 기상특성은 증발산량 산정과 논벼 수요량 결과에 직접적인 영향을 미치는 것으로 파악되었다. 두 증발산량 산정방법 적용에 의한 수요량 결과 비교분석에서 MP 방법에 의한 논벼 수요량이 PM 방법 보다 더 높게 산정되는 경향을 보였으며, 농업용수 공급량과의 비교분석에서 MP 방법이 PM 방법 보다 더 적은 격차를 나타내었다. 따라서 현장여건이 반영된 농업용수 공급량 기반 평가에서 논벼 수요량 산정에 MP 방법을 적용하는 것이 농업용수 관리계획 및 용수공급 안정성 확보에 유리할 것으로 사료된다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study assessed evapotranspiration (ET) methods applying for estimation of paddy rice water demand based on agricultural water supply. The Modified Penman (MP) method and the Penman-Monteith (PM) method recently suggested by Rural Development Administration (RDA) were considered. The 6 Korea Rural Community Corporation (KRC) command areas located in Honam province were selected in this study. The climate characteristics were also analysed with the average annual and the growing season temperatures and rainfalls. As a result, the annual average and the growing season temperature showed the increased trend while the rainfall tended to decrease during 30 years. The paddy rice water demand found to be directly influenced by these climate trends as ET also affected by them. The higher values of paddy rice water demand were obtained from applying MP method compared to the one applying PM method. The lower differences were also obtained from MP method for the comparisons between the paddy rice water demand estimated by both methods with agricultural water supply. Therefore, these results suggest that the MP method is more desirable to use for estimating paddy rice water demand in order to achieve stability of irrigation designs and plans.

주제어

표/그림 (15)

표 Table 1. Paddy rice crop coefficients (Cho et al., 2019)
그림 Fig. 1. Location of the selected agricultural reservoirs and meteorological stations
표 Table 2. The Command area and meteorological station of selected study areas
그림 Fig. 2. Average temperature variability during rice growing seasons
그림 Fig. 3. Monthly average temperature changes during rice growth seasons
그림 Fig. 4. Comparisons of annual and rice-growing season temperature
그림 Fig. 5. Average rainfall variability during rice growing season
표 Table 3. Comparisons of annual and rice-growing season tempera-ture (℃)
그림 Fig. 6. Monthly average rainfall changes during rice growth
표 Table 4. Comparisons of annual and rice-growing season rainfall of 2019
그림 Fig. 7. Comparisons of annual and rice-growing season rainfall of 2019
그림 Fig. 8. Paddy water demand based on MP and PM methods
표 Table 5. Agricultural water supply during rice growing season in 2019
그림 Fig. 9. Comparisons of agricultural water supply and paddy water demand with rainfall
표 Table 6. Comparisons of agricultural water supply and paddy water demand with MP and PM methods

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구에서는 필지단위의 논벼 수요량 산정에 있어 가장 근본적인 필요수량 구성요소가 되는 증발산량의 산정기법을 평가하기 위해 기존의 MP 방법과 최근 제안되고 있는 PM 방법을 적용한 논벼 수요량을 산정하고, 실제 현장에서의 농업용수 공급량과 비교 분석을 실시하여 우리나라 농업환경에 적합한 논벼 증발산량 산정방법을 제안하고자 하였다.
8%를 나타내었다. 본 연구에서는 논벼 수요량 대비 농업용수 공급량을 비교 분석하기 위해 농업용수 공급량은 주수원공과 보조수원공 자료가 모두 가용한 2019년 자료를 적용하여 산정하였다.
본 연구에서는 농업용수 공급계획 및 수리시설 설계에 적용하기 위한 논벼 수요량 추정에 이용되는 증발산량 산정 방법의 적용성 평가를 위해 농업용수 공급량과 기존의 MP 방법과 최근에 제안된 PM 방법을 적용하여 산정된 논벼 수요량을 비교·분석해 보았다. PM 방법에 의한 작물계수가 개발된 호남지역을 중심으로 대상지구를 선정하여 기상특성을 분석하고, 두 증발산량 산정 방법에 의한 논벼 수요량과 농업용수 공급량의 비교분석을 통해 증발산량 산정 방법을 평가하였다.

제안 방법

논벼 수요량 산정 Eq. (1)에서 토양 침투량은 농업기반 정비사업설계기준 관개편(MAF, 1998)에서 제안한 평균 침투량 5 mm/day를 적용하였으며, 재배관리용수량은 영농방식 변화에 따른 필요수량 변화 연구(KRC, 1995)에서 제안한 140 mm와 시설관리용수량은 농업기반정비사업설계기준 관개 편(MAF, 1998)에서 제안한 콘크리트 및 아스팔트 수로 5 ~ 7%, 토공 수로 10 ~ 25%의 손실률을 각각 적용하였다.
보았다. PM 방법에 의한 작물계수가 개발된 호남지역을 중심으로 대상지구를 선정하여 기상특성을 분석하고, 두 증발산량 산정 방법에 의한 논벼 수요량과 농업용수 공급량의 비교분석을 통해 증발산량 산정 방법을 평가하였다.
5년 단위로 기상변화를 비교 분석해 보았다. 또한 논벼 수요량 대비 농업용수 공급량 비교 분석을 위해 논벼 수요량 산정에 적용된 2019년 기상자료에 대한 연평균 및 논벼 생육 기간의 수치도 비교 분석해 보았다.
말한다. 본 연구에서는 농업용수 공급량을 저수지의 경우에는 저수율을 활용하여 저수량을 산정한 후, 저수량의 일별 차이를 파악하여 산정하였으며, 양수장의 경우에는 펌프의 전력량을 이용하여 가동시간을 파악하고 여기에 펌프유량을 곱하여 산정하였다. 이를 식으로 표현하면, 저수지의 공급량은 Eq.
본 연구에서는 연구 대상지구의 기상특성을 분석하기 위해 1990년부터 2019년까지 30년간 4월 ~ 9월 논벼 생육 기간의 기온 및 강우량 자료를 활용하여 전체 변화 추이를 파악하고, 5년 단위로 기상변화를 비교 분석해 보았다. 또한 논벼 수요량 대비 농업용수 공급량 비교 분석을 위해 논벼 수요량 산정에 적용된 2019년 기상자료에 대한 연평균 및 논벼 생육 기간의 수치도 비교 분석해 보았다.
(5) and (6)의 일별 담수 심법을 적용하였다. 여기서 최대 담수심 및 최소 담수심은 영농방식 변화에 따른 수요량 변화 연구(KRC, 1995)를 기준으로 80 mm 및 20 mm를 각각 적용하였다.

대상 데이터

연구 대상지구는 본 연구에서 적용한 PM 방법의 작물계수가 전주지역에서 개발(RDA, 2019) 되었으므로 전주지역의 기상 여건과 벼 생육여건이 유사한 지역인 호남지역의 논벼 용수공급지역을 선정하였다. 호남지역 내 한국농어촌공사 관할지구 중 100만 톤 이상 저수지 지구를 대상으로 주수원공과 보조수원공의 농업용수 공급량 자료의 유무를 파악하고, 자료가 있을 경우 공급량 자료의 신뢰성을 검토한 후 최종적으로 전북지역 3개 지구, 전남지역 3개 지구를 각각 선정하여 총 6개 지구를 대상으로 본 연구를 수행하였다.
선정하였다. 호남지역 내 한국농어촌공사 관할지구 중 100만 톤 이상 저수지 지구를 대상으로 주수원공과 보조수원공의 농업용수 공급량 자료의 유무를 파악하고, 자료가 있을 경우 공급량 자료의 신뢰성을 검토한 후 최종적으로 전북지역 3개 지구, 전남지역 3개 지구를 각각 선정하여 총 6개 지구를 대상으로 본 연구를 수행하였다. Fig.

이론/모형

논벼 증발산량 산정을 위해 필요한 작물계수(K_c)는 MP 방법의 경우 한국농어촌공사(KRC, 1997)의 자료를 적용하였으며, PM 방법은 최근 농촌진흥청(RDA, 2019)에서 제안한 작물계수를 적용하였다. Table 1은 MP 방법과 PM 방법에 의한 논벼 실제증발산량에 적용한 순별 작물계수를 각각 나타낸다.

성능/효과

Fig. 7에서 나타낸 바와 같이 대상지구별 2019년 연 강우량과 논벼 생육기간 강우량은 최근 30년간의 경향과 동일하게 임실지역이 1069.7 mm과 634.2 mm를 각각 나타내어 대상지구 중 가장 낮은 강우량을 나타내었으며, 장흥지역은 1517.44 mm, 923.7 mm를 각각 나타내어 대상지구 중 가장 높은 강우량을 나타내었다.
MP 방법과 PM 방법을 적용한 논벼 수요량 산정 결과의 비교·분석에서는 MP 방법에 의한 논벼 수요량이 PM 방법에 의한 수요량 보다 더 높게 산정되는 경향을 보였으며, 두 증발산량에 의한 논벼 수요량과 농업용수 공급량과의 비교 분석에서는 MP 방법에 의한 수요량이 PM 방법에 의한 수요량 보다 농업용수 공급량과 적은 차이를 보였다.
8은 증발산량 산정기법인 MP 방법과 PM 방법에 의한 논벼 수요량 산정 결과를 나타낸다. MP 방법으로 산정된 논벼 수요량은 754.6 mm ~ 906.6 mm로, 평균 832.6 mm를 나타냈으며, PM 방법으로 산정된 논벼 수요량은 603.7 mm ~ 729.8 mm로, 평균 673.7 mm를 나타내었다. 따라서 PM 방법이 MP 방법에 비해 150.
논벼 수요량을 비교 분석한 결과를 나타낸다. MP 방법을 적용한 경우 논벼 수요량은 농업용수 공급량의 47.1 ~ 97.1%로, 평균 68.4%를 차지하는 것으로 나타났으며, PM 방법을 적용한 경우 농업용수 공급량의 37.7 ~ 78.2%로, 평균 55.4%를 차지하는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 현재의 설계기준에서 제시하고 있는 설계인자의 수치를 그대로 반영할 경우 PM 방법의 적용에 의해 산정된 논벼 수요량은 농업용수 공급량과의 격차를 더 넓히게 되어 현장에서의 용수공급 불안정을 야기하게 되는 경우가 발생하게 된다.
월별 논벼 수요량 및 공급량과 강우량의 패턴은 대체적으로 비슷한 경향을 나타내었다. 논벼 생육 기간 MP 방법과 PM 방법에 의해 산정된 논벼 수요량과 농업용수 공급량과의 비교에서는 MP 방법에 의한 수요량이 PM 방법에 의한 수요량 보다 공급량과 적은 차이를 나타내었다.
4% 높게 나타났다. 농업용수 공급일수는 평균적으로 약 84일이었으며, 전북지역은 약 81일, 전남지역은 약 86일로 나타났다.
3% 증가한 것으로 나타났다. 대상지구 중 가장 높은 증가폭을 나타낸 남원지역은 과거대비 69.3 mm의 8.8% 증가율을 보였으나, 대상지구 중 광주지역만 유일하게 17.5 mm 감소하여 과거 대비 2.0% 감소한 경향을 나타내었다.
증가로 논벼 수요량의 감소를 유발한다. 대상지구 중 구성지구와 사산지구의 경우 논벼 생육기간 평균기온이 사산지구가 0.2℃ 정도 미비하게 높은 반면, 강우량은 사산지구가 구성지구에 비해 논벼 생육기간 대비 강우량이 현저히 낮게 나타나, 사산지구의 논벼 수요량이 구성지구에 비해 적은 결과를 보였다. 또한 사산지구와 연지지구의 경우, 논벼 생육 기간 평균기온은 동일하나, 사산지구의 강우량이 연지지구보다 높아 연지지구의 논벼 수요량이 사산지구에 비해 낮은 결과를 도출하였다.
대상지구별로는 구성지구의 논벼 수요량이 가장 높게 나타났으며, 연지지구가 가장 낮게 나타났다. 또한 MP 방법과 PM 방법에 의한 논벼 수요량의 차이가 가장 많은 지구는 구성으로서 176.
이러한 결과는 논벼 증발산량과 논벼 수요량 산정에 직접적인 영향을 미치는 것으로 파악되었다. 대상지구의 강우량과 논벼 수요량, 농업용수 공급량 및 공급일수를 비교분석한 결과 농업용수 공급량 패턴 및 공급일수는 강우량 패턴과 관계성을 보이지 않았다.
대상지구의 기상특성은 30년 동안 연평균 및 논벼 생육 기간 평균기온은 증가하는 반면, 연평균 강우량과 논벼 생육 기간 강우량은 감소하는 경향을 보였다. 이러한 결과는 논벼 증발산량과 논벼 수요량 산정에 직접적인 영향을 미치는 것으로 파악되었다.
대상지구의 농업용수 공급량은 평균 1, 216.4 mm를 나타내며, 대상지구별로 큰 폭의 차이를 나타내었다. 전북지역의 평균 공급량은 1, 265.
2에 나타낸 바와 같다. 대상지구의 수혜면적 대비 주수원공의 면적 범위는 45.8 ~ 69.0%로, 평균 56.5%를 나타내며, 보조수원공의 면적 범위는 22.2 ~ 54.2%로, 평균 40.8%를 나타내었다. 본 연구에서는 논벼 수요량 대비 농업용수 공급량을 비교 분석하기 위해 농업용수 공급량은 주수원공과 보조수원공 자료가 모두 가용한 2019년 자료를 적용하여 산정하였다.
7 mm를 나타내었다. 따라서 PM 방법이 MP 방법에 비해 150.9 mm ~ 176.8 mm 정도 논벼 수요량이 낮게 산정되어, 평균 19.1% 낮은 수요량이 산정되었다.
이러한 결과는 현재의 설계기준에서 제시하고 있는 설계인자의 수치를 그대로 반영할 경우 PM 방법의 적용에 의해 산정된 논벼 수요량은 농업용수 공급량과의 격차를 더 넓히게 되어 현장에서의 용수공급 불안정을 야기하게 되는 경우가 발생하게 된다. 따라서 현재의 논벼 수요량 산정기준으로는 용수계획의 안정성과 관리상의 이수안전도 확보 측면에서 최근 제안되고 있는 PM 방법보다는 기존의 MP 방법을 적용하여 논벼 수요량을 산정하는 것이 적합할 것으로 판단된다.
연지지구가 가장 낮게 나타났다. 또한 MP 방법과 PM 방법에 의한 논벼 수요량의 차이가 가장 많은 지구는 구성으로서 176.8 mm의 차이를 보였고, MP 방법 대비 PM 방법에 의한 논벼 수요량의 차이가 가장 낮은 지구는 장남으로서 144.9 mm의 차이를 보였다.
2℃ 정도 미비하게 높은 반면, 강우량은 사산지구가 구성지구에 비해 논벼 생육기간 대비 강우량이 현저히 낮게 나타나, 사산지구의 논벼 수요량이 구성지구에 비해 적은 결과를 보였다. 또한 사산지구와 연지지구의 경우, 논벼 생육 기간 평균기온은 동일하나, 사산지구의 강우량이 연지지구보다 높아 연지지구의 논벼 수요량이 사산지구에 비해 낮은 결과를 도출하였다.
6%를 차지하였다. 전남지역과 전북지역의 연평균 강우량 및 논벼 생육기간 평균 강우량을 비교하였을 때, 전남지역이 전북지역에 비해 138.4 mm와 83.4 mm 각각 높게 나타났다.
5℃ 차이를 보였다. 전남지역과 전북지역의 연평균 기온 및 논벼 생육기간 평균기온을 비교하였을 때 남쪽에 위치한 전남지역이 전북지역에 비해 1.4℃와 0.8℃ 각각 높게 나타났다.
6%를 차지한다. 전북지역과 전남지역의 유효우량 비교에서는 전북지역이 전남지역에 비해 논벼 생육기간 강우량의 유효 우량이 차지하는 비율이 더 높게 나타났다.

후속연구

단, 본 연구는 자료의 제한으로 충분한 기간의 공급량 자료를 활용하지 못하고, 용수로 유량 자료 없이 저수율과 양수장 전력량만을 활용하여 산출한 공급량을 기준으로 분석한 한계성이 있기 때문에 향후 논벼 수요량 산정의 신뢰성 확보를 위해 실제 현장 요소들을 반영한 종합적인 증발산량 산정 방법의 현장 적용성 평가가 요구된다.
판단된다. 따라서 현재 사용하고 있는 수요량 설계인자의 개선 없이는 공급량과 차이를 적게 나타내는 MP 방법의 적용이 더 적합한 것으로 사료되며, 향후 현장 조건에 대한 면밀한 연구를 통해 설계 인자의 개선이 이루어진다면, PM 방법의 재평가를 통해 현장 적용 여부를 재고려하는 절차가 필요할 것으로 판단된다.

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표제어: PCR

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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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