[논문]Estimation of irrigation return flow from paddy fields based on the reservoir storage rate

An, Hyunuk; Kang, Hansol; Nam, Wonho; Lee, Kwangya

doi:10.7744/kjoas.20190083

Abstract ▼ AI-Helper

This study proposed a simple estimation method for irrigation return flow from paddy fields using the water balance model. The merit of this method is applicability to other paddy fields irrigated from agricultural reservoirs due to the simplicity compared with the previous monitoring based estimati...

This study proposed a simple estimation method for irrigation return flow from paddy fields using the water balance model. The merit of this method is applicability to other paddy fields irrigated from agricultural reservoirs due to the simplicity compared with the previous monitoring based estimation method. It was assumed that the unused amount of irrigation water was the return flow which included the quick and delayed return flows. The amount of irrigation supply from a reservoir was estimated from the reservoir water balance with the storage rate and runoff model. It was also assumed that the infiltration was the main source of the delayed return flow and that the other delayed return flow was neglected. In this study, the amount of reservoir inflow and water demand from paddy field are calculated on a daily basis, and irrigation supply was calculated on 10-day basis, taking into account the uncertainty of the model and the reliability of the data. The regression rate was calculated on a yearly basis, and yearly data was computed by accumulating daily and 10-day data, considering that the recirculating water circulation cycle was relatively long. The proposed method was applied to the paddy blocks of the Jamhong and Seosan agricultural reservoirs and the results were acceptable.

주제어

표/그림 (9)

그림 Fig. 1. Water balance equation of agricultural reservoir.
표 Table 1. Crop factor of Penman-Monteith equation (Yoo et al., 2006).
그림 Fig. 2. Study irrigation site.
그림 Fig. 3. Gauaged storage rates of (a) Jamhong and (b) Seongam reservoirs.
그림 Fig. 4. Estimated runof infow to (a) Jamhong and (b) Seongam reservoirs.
표 Table 2. Results of return fow estimation for Jamhong reservoir irrigation paddy block.
표 Table 3. Results of return fow estimation for Seongam reservoir irrigation paddy block.
그림 Fig. 5. Estimated yearly irrigation supply of (a) Jamhong and (b) Seongam reservoirs.
그림 Fig. 6. Estimated yearly rate of return fow of (a) Jamhong and (b) Seongam reservoirs.

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 광범위한 적용을 목적으로 현장관측 없이 모델링 방법에 기반하여 농업용수의 회귀율을 산정하는 방법을 제시하였다. 본 방법의 특징은 농업용 저수지의 저수율자료에 기반하여 관개공급량을 산정한다는 점이며, 공급량 중 필요수량을 제외한 양은 하천으로 회귀하는 것으로 가정하였다.
본 연구에서는 이러한 한계를 극복하고자 현장관측 없이 공급량 중 관개에 사용되지 않는 양을 회귀수로 정의 하고 물수지식을 사용하여 회귀율을 추정하는 방법론을 제시하였다. 농업용저수지로부터의 관개공급량을 저수지 저수율자료에 기반하여 추정하고, 필요수량 이론에 근거하여 회귀율을 간이적으로 산정하였다.

가설 설정

본 연구에서는 광범위한 적용을 목적으로 현장관측 없이 모델링 방법에 기반하여 농업용수의 회귀율을 산정하는 방법을 제시하였다. 본 방법의 특징은 농업용 저수지의 저수율자료에 기반하여 관개공급량을 산정한다는 점이며, 공급량 중 필요수량을 제외한 양은 하천으로 회귀하는 것으로 가정하였다. 제시한 방법론을 충남 서산 기상관측소 인근의 잠홍저수지와 성암저수지에 적용하여 회귀율을 분석하였다.

제안 방법

본 연구에서는 이러한 한계를 극복하고자 현장관측 없이 공급량 중 관개에 사용되지 않는 양을 회귀수로 정의 하고 물수지식을 사용하여 회귀율을 추정하는 방법론을 제시하였다. 농업용저수지로부터의 관개공급량을 저수지 저수율자료에 기반하여 추정하고, 필요수량 이론에 근거하여 회귀율을 간이적으로 산정하였다. 제시한 방법론을 충남 잠홍저수지와 성암저수지의 관개지구에 적용하고 그 결과를 분석하였다.
본 연구에서 모형의 불확실성과 데이터의 신뢰성을 고려하여 저수지유입량과 필요수량은 일별로 계산하고 있으며, 공급량은 순단위로 산정하였다. 현재까지 잘 구축되어 있는 방법론을 사용하여 일단위 계산을 하고 불확실성을 줄이기 위하여 이를 순단위로 누적하여 사용하였다.
본 연구에서는 관개지구 단위에서 해당년도 관개기간 동안 관개용수 공급량과 논에서의 소비수량을 간접적으로 추정하여, 관개용수로 사용되지 않은 양을 회귀수량으로 정의하고 연구를 진행하였다. 따라서, 본 연구에서 회귀율은 다음과 같다.
본 연구에서는 저수지의 물수지와 저수율자료에 기반하여 농업용수 공급량을 추정하였다. 저수지 물수지모형의 간이식은 다음과 같다(Fig.

대상 데이터

4와 624 ha이며, 유역면적은 1,129와 1,936 ha이다. 대상지구들은 모두 서산기상관측소와 가까워, 서산관측소의 강우와, 증발산량 산정을 위한 기상자료를 사용하였다. 분석기간은 2001 - 2015년으로 총 15 년간의 기간을 분석대상으로 하였다.
본 연구에서는 대상지역으로 충남 서산기상관측소 10 km이내의 두 저수지(잠홍, 성암)의 관개지구를 선정하였다(Fig. 2).
대상지구들은 모두 서산기상관측소와 가까워, 서산관측소의 강우와, 증발산량 산정을 위한 기상자료를 사용하였다. 분석기간은 2001 - 2015년으로 총 15 년간의 기간을 분석대상으로 하였다. 사용한 저수율 자료는 Fig.

데이터처리

본 방법의 특징은 농업용 저수지의 저수율자료에 기반하여 관개공급량을 산정한다는 점이며, 공급량 중 필요수량을 제외한 양은 하천으로 회귀하는 것으로 가정하였다. 제시한 방법론을 충남 서산 기상관측소 인근의 잠홍저수지와 성암저수지에 적용하여 회귀율을 분석하였다. 본 연구에서 제시한 방법은 모델링에 근거한 방법으로 계측자료를 이용한 검증이 이루어지지 않은한계가 있어, 향후 공급수량, 신속회귀수량 등을 모니터링하여 검증할 필요가 있다.
농업용저수지로부터의 관개공급량을 저수지 저수율자료에 기반하여 추정하고, 필요수량 이론에 근거하여 회귀율을 간이적으로 산정하였다. 제시한 방법론을 충남 잠홍저수지와 성암저수지의 관개지구에 적용하고 그 결과를 분석하였다.

이론/모형

유입량 I는 계측자료 또는 수문모형을 통해 산정할 수 있으나, 현재 대부분의 농업용저수지에서는 유입량 계측을 하지 않고 있다. 따라서 본 과업에서는 미계측유역에 적용이 가능한 일단위 유출모형인 수정 3단 Tank Model을 사용하여 저수지 유입량을 산정하였다. 저수지 유입량과 저수율 변화량의 불확실성을 감소시키기 위하여 관개공급량은 순단위로 산정하였다.
잠재증발산량은 실제 증발산량에 근접할 가능성이 있는 Penman-Monteith (FAO-56)식을 이용하였으며, 식은 다음과 같다(Jeon et al., 2019).

성능/효과

8%로 분석되었다. 잠홍저수지에 비해 성암저수지의 신속회귀율이 높게 나타났으며, 특히 신속회귀율이 전반적으로 높은 것으로 나타났다. 이는 관개공급량 중 손실수량의 비율이 상대적으로 성암저수지가 잠홍저수지보다 높은 것을 뜻한다.
4, Table 2와 Table 3과 같이 산정되었다. 잠홍저수지의 연도별 회귀율은 지연회귀율 10.1 - 38.7%, 신속회귀율 6.5 - 73.2%, 전체회귀율 40.2 - 89.9%로 분석되었으며, 성암저수지의 연도별 회귀율은 지연회귀율 7.4 - 20.9%, 신속회귀율 51.1 - 88.4%, 전체회귀율 67.8 - 95.8%로 분석되었다. 잠홍저수지에 비해 성암저수지의 신속회귀율이 높게 나타났으며, 특히 신속회귀율이 전반적으로 높은 것으로 나타났다.

후속연구

본 연구에서 제시한 방법은 모델링에 근거한 방법으로 계측자료를 이용한 검증이 이루어지지 않은한계가 있어, 향후 공급수량, 신속회귀수량 등을 모니터링하여 검증할 필요가 있다. 또한 침투량을 선행연구에 기반해서 일괄적으로 적용했다는 점에서 한계가 있을 수 있다. 하지만, 현장관측을 기반으로 한 방법 이외에 농업용수의 회귀율을 산정하기 위한 정량적 방법론이 현재까지 거의 없다는 점을 고려할 때 저수율과 기상데이터를 사용하여 적용이 가능한 본 연구에서의 방법론이 전국단위의 농업용수 회귀수량의 산정에 넓게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
제시한 방법론을 충남 서산 기상관측소 인근의 잠홍저수지와 성암저수지에 적용하여 회귀율을 분석하였다. 본 연구에서 제시한 방법은 모델링에 근거한 방법으로 계측자료를 이용한 검증이 이루어지지 않은한계가 있어, 향후 공급수량, 신속회귀수량 등을 모니터링하여 검증할 필요가 있다. 또한 침투량을 선행연구에 기반해서 일괄적으로 적용했다는 점에서 한계가 있을 수 있다.
또한 침투량을 선행연구에 기반해서 일괄적으로 적용했다는 점에서 한계가 있을 수 있다. 하지만, 현장관측을 기반으로 한 방법 이외에 농업용수의 회귀율을 산정하기 위한 정량적 방법론이 현재까지 거의 없다는 점을 고려할 때 저수율과 기상데이터를 사용하여 적용이 가능한 본 연구에서의 방법론이 전국단위의 농업용수 회귀수량의 산정에 넓게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	계측망을 구축하여 논물수지모형에 기초한 계측을 바탕으로 한 농업용수 회귀율 산정 방법의 단점은?	, 2010). 이러한 계측을 바탕으로 한 선행연구방법들은 회귀율 산정의 기본이 되는 공급량과 배수 량의 정확한 파악이 가능하여 비교적 신뢰성 높은 회귀율 산정이 가능하다는 장점이 있으나, 계측에 많은 비용과 인력이 필요하다는 단점이 있다. 또한 관개구역의 회귀율은 강우 및 증발산 등의 기상요인, 작부시기 및 수문 조작 등의 관개관행, 침투량에 영향을 미치는 지질요인 등에 따라 달라지게 되어, 산정한 회귀율을 타 지역에 적용하는 것은 한계가 있다.
	회귀수란?	본 연구에서는 이러한 한계를 극복하고자 현장관측 없이 공급량 중 관개에 사용되지 않는 양을 회귀수로 정의 하고 물수지식을 사용하여 회귀율을 추정하는 방법론을 제시하였다. 농업용저수지로부터의 관개공급량을 저수지 저수율자료에 기반하여 추정하고, 필요수량 이론에 근거하여 회귀율을 간이적으로 산정하였다.
	농업용수의 개념은 어떻게 변화하고 있는가?	현재 정부에서는 수질(환경부) 및 수량(국토부)로 구분된 국가 물관리 운영체계를 환경 부로 일원화하여 수량, 수질, 생태 및 문화 등 지역의 이해관계를 고려한 미래 지속적인 물이용 효율이 극대화되도록 통합물관리를 시행하고 있다. 이에 따라 관개용수로만 인식되던 농업용수의 개념이 농촌생활환경개선을 포함하는 다양한 지역용수로의 포괄적 개념으로 전환되고 있으며, 식량생산 이외의 효용을 위한 다원적 기능에 관한 관심이 증가하는 추세이다. 특히, 환경유 지용수로서의 기능이 점차 중요시 되고 있으며, 이러한 농업용수의 다용도 활용을 위해서는 농업용수 회귀수량의 정량적인 파악이 선결되어야 한다.

참고문헌 (12)

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Song JH, Song IH, Kim JT, Kang MS. 2015. Characteristics of irrigation return flow in a reservoir irrigated district. Journal of the Korean Society of Agricultural Engineers 57:69-78. [in Korean]
Yoo SH, Choi JY, Jang MW. 2006. Estimation of paddy rice crop coefficients for FAO Penman-Monteith and modified Penman method. Journal of the Korean Society of Agricultural Engineers 48:13-23. [in Korean]

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