[논문]수로부 계측정보 기반 농업용 저수지의 관개용수 공급량 평가

이재남; 노재경; 강문성; 신형진

doi:10.5389/ksae.2020.62.6.063

수로부 계측정보 기반 농업용 저수지의 관개용수 공급량 평가
Evaluation of the Irrigation Water Supply of Agricultural Reservoir Based on Measurement Information from Irrigation Canal 원문보기

한국농공학회논문집 = Journal of the Korean Society of Agricultural Engineers, v.62 no.6, 2020년, pp.63 - 72

이재남 (Rural Research Institute, Korea Rural Community Corporation) , 노재경 (Department of Agricultural and Rural Engineering, Chungnam National University) , 강문성 (Rural Research Institute, Korea Rural Community Corporation) , 신형진 (Rural Research Institute, Korea Rural Community Corporation)

Abstract ▼ AI-Helper

With the implementation of integrated water management policies, the need for information sharing with respect to agricultural water use has increased, necessitating the quantification of irrigation water supply using monitoring data. This study aims to estimate the irrigation water supply amount based on the relationship between the water level and irrigation canal discharge, and evaluate the reliability of monitoring data for irrigation water supply in terms of hydrology. We conducted a flow survey in a canal and reviewed the applicability of the rating curve based on the exponential and parabolic curves. We evaluated the reliability of the monitoring data using a reservoir water balance analysis and compared the calculated results of the supply quantity in terms of the reservoir water reduction rate. We secured 26 readings of measurement data by varying the water levels within 80% of the canal height through water level control. The exponential rating curve in the irrigation canal was found to be more suitable than the parabolic curve. The irrigation water supplied was less than 9.3-28% of the net irrigation water from 2017 to 2019. Analysis of the reservoir water balance by applying the irrigation water monitoring data revealed that the estimation of the irrigation water supply was reliable. The results of this study are expected to be used in establishing an evaluation process for quantifying the irrigation water supply by using measurement information from irrigation canals in agricultural reservoirs.

주제어

표/그림 (10)

그림 Fig. 1 The location of Yedang reservoir
그림 Fig. 2 Water level gauge at starting point of irrigation system
표 Table 1 Specification of Yedang reservoir in the study area
그림 Fig. 3 Flow velocity measuring equipment
표 Table 2 Frequency analysis result of water level in irrigation canal
그림 Fig. 4 Comparison of rating-curve by exponential and polynomial type
표 Table 3 Rating-curve by exponential and polynomial type in irrigation canal
표 Table 4 Water supply ratio of supplied irrigation water to net irrigation water
그림 Fig. 5 Comparison of observed and demanded irrigation water
그림 Fig. 6 Comparison of water storage by applying inflow in Yedang reservoir

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 농업용 저수지의 용수로 시점부의 계측 자료인 수위와 유량 관계로부터 관개용수 공급량을 산정하고 저수지 물수지를 통해 계측기반 관개용수 공급량의 신뢰도를 수문학적 측면에서 평가하였다.
본 연구에서는 농업용 저수지의 용수로 시점부의 계측 자료인 수위와 유량 관계로부터 관개용수 공급량을 산정하고, 저수지 물수지를 통해 계측기반 관개용수 공급량의 신뢰도를 수문학적 측면에서 평가하고자 한다.

제안 방법

2019년 예당간선 수로부에서 계측한 회전식 유속계 4회와 ADCP 22회의 총 26회 유량자료를 이용하여 수위-유량관계식을 도출하였다. Fig.
또한 공급된 수량을 저수지에서 감소된 저수량과 비교 분석하였다. 강우로 인한 저수지 유입량의 영향이 가장 적은 기간을 설정하고 용수공급으로 저수량의 감소가 이뤄지는 시점부터 강우 발생으로 저수율이 상승하기 전까지 기간에 대해 분석하였다.
계측 관개용수 공급량의 신뢰성 평가를 위해 물수지 방법을 적용하여 저수지 유입과 유출에 대한 물수지의 균형 여부를 분석하였다. 또한 공급된 수량을 저수지에서 감소된 저수량과 비교 분석하였다.
8 m까지는 회전식 유속계 (Velocity meter)를 활용한 도섭법으로 조사하였다. 그 이상의 수위에서는 음향 도플러 유속계 (Acoustic Doppler Current Profiler, ADCP)를 활용한 비접촉식 방법을 병행하였다. Fig.
, 2012). 따라서 본 연구에서는 농업용 저수지의 수로부 현장에 적합한 수위-유량관계곡선의 형태를 검토하기 위해 지수식과 포물선식을 모두 적용하였다. 이를 위해 곡선의 형태에 따른 계산 및 실측 유량의 결정계수를 산정하여 비교하였고 (Aitken, 1973), 현장 적용과정에서 발생할 수 있는 문제점을 제시하였다.
계측 관개용수 공급량의 신뢰성 평가를 위해 물수지 방법을 적용하여 저수지 유입과 유출에 대한 물수지의 균형 여부를 분석하였다. 또한 공급된 수량을 저수지에서 감소된 저수량과 비교 분석하였다. 강우로 인한 저수지 유입량의 영향이 가장 적은 기간을 설정하고 용수공급으로 저수량의 감소가 이뤄지는 시점부터 강우 발생으로 저수율이 상승하기 전까지 기간에 대해 분석하였다.
관개용수 공급량은 작물의 재배를 위해 저수지, 양수장 등의 수리시설물에서 실제 공급되는 수량이다. 본 연구에서 관개용수 공급량은 예당저수지에서 논 관개를 위해 공급하는 수량으로 예당간선 시점부에서 자동수위계측정보와 현장 유량조사 자료를 바탕으로 앞서 수로부에 적합한 형태의 수위-유량관계식을 적용하였다. 여기서 계측된 관개용수 공급량은 시설관리 용수량의 계측정보 부재로 포장에서 작물이 소비하는 수량인 순용수량 (MIFAFF, 2018)과 비교 분석하였다.
Table 2는 최근 3년간 (2017∼2019년) 예당간선의 일 수위자료에 대한 빈도분석 결과이다. 수로 높이를 일정 간격 10개 구간으로 구분하여 각 구간별 수위가 유지된 일수를 분석하였다. 예당간선의 최대 수위구간을 살펴보면 2017년과 2019년도에는 각각 수로 높이의 80% 이내, 2018년은 70% 이내에서 수위가 유지되면서 용수공급이 이뤄졌다.
이 자료를 참고하여 취수탑의 수문을 조절하여 다양한 수위별 유량조사를 수행하였다. 수로의 폭이 넓고 깊은 예당간선에서 조사자의 안전을 고려해 용수로 안에서 들어가 측정할 수 있는 수위인 0.8 m까지는 회전식 유속계 (Velocity meter)를 활용한 도섭법으로 조사하였다. 그 이상의 수위에서는 음향 도플러 유속계 (Acoustic Doppler Current Profiler, ADCP)를 활용한 비접촉식 방법을 병행하였다.
유량조사 지점의 수위 변화를 파악하기 위해 2017년부터 2019년까지 일단위 수위자료의 빈도분석을 수행하였다. 이 자료를 참고하여 취수탑의 수문을 조절하여 다양한 수위별 유량조사를 수행하였다. 수로의 폭이 넓고 깊은 예당간선에서 조사자의 안전을 고려해 용수로 안에서 들어가 측정할 수 있는 수위인 0.
따라서 본 연구에서는 농업용 저수지의 수로부 현장에 적합한 수위-유량관계곡선의 형태를 검토하기 위해 지수식과 포물선식을 모두 적용하였다. 이를 위해 곡선의 형태에 따른 계산 및 실측 유량의 결정계수를 산정하여 비교하였고 (Aitken, 1973), 현장 적용과정에서 발생할 수 있는 문제점을 제시하였다.
6 m로 설정하였다. 이를 참고하여 취수탑 수문의 방류조작을 실시하고, 회전식 유속계와 ADCP를 활용하여 26회의 다양한 수위별 유량자료를 확보하였다. 계측 유량자료를 바탕으로 지수식과 포물선식 형태의 수위-유량관계식의 활용성을 검토한 결과, 두 곡선식의 결정계수 (R²)는 모두 0.
저수지 시점부에서 공급된 과거 수위 변화를 사전에 파악하여 수로부 유량조사 계획을 수립하였다. Table 2는 최근 3년간 (2017∼2019년) 예당간선의 일 수위자료에 대한 빈도분석 결과이다.
저수지의 저수량은 저수지 유입량과 수면강우량에 의해 증가하고 수면 증발량과 방류량에 의해 감소하므로 식 (3)과 같이 물수지를 산정하였다. 저수지의 방류는 관개용수, 하천유지용수, 월류량으로 구분할 수 있으나 본 연구에서는 저수지의 수문요소를 단순화하여 식 (4)에 의해 저수지 유입과 공급만을 반영하였다. 저수지 유입량은 TANK모형 (Sugawara, 1967)을 이용하였고, 매개변수는 금강유역조사 (MOLIT, 2006)에서 제시된 값을 적용하였다.

대상 데이터

본 연구에서는 한국농어촌공사 관리저수지 중에서 용수관리 목적의 자동수위계측기가 설치되어 있는 예당저수지를 대상으로 하였다. Fig.
저수지 유입량은 TANK모형 (Sugawara, 1967)을 이용하였고, 매개변수는 금강유역조사 (MOLIT, 2006)에서 제시된 값을 적용하였다. 이를 위해 예당저수지 유역 내 위치한 신양리와 은사교 지점의 강우 자료를 이용하였다.

데이터처리

본 연구에서 관개용수 공급량은 예당저수지에서 논 관개를 위해 공급하는 수량으로 예당간선 시점부에서 자동수위계측정보와 현장 유량조사 자료를 바탕으로 앞서 수로부에 적합한 형태의 수위-유량관계식을 적용하였다. 여기서 계측된 관개용수 공급량은 시설관리 용수량의 계측정보 부재로 포장에서 작물이 소비하는 수량인 순용수량 (MIFAFF, 2018)과 비교 분석하였다.
#WS2 지점의 유량계는 시험운영 중에 있어 본 연구에서는 #WS1 지점에서 유량조사를 실시하였다. 유량조사 지점의 수위 변화를 파악하기 위해 2017년부터 2019년까지 일단위 수위자료의 빈도분석을 수행하였다. 이 자료를 참고하여 취수탑의 수문을 조절하여 다양한 수위별 유량조사를 수행하였다.

이론/모형

저수지의 방류는 관개용수, 하천유지용수, 월류량으로 구분할 수 있으나 본 연구에서는 저수지의 수문요소를 단순화하여 식 (4)에 의해 저수지 유입과 공급만을 반영하였다. 저수지 유입량은 TANK모형 (Sugawara, 1967)을 이용하였고, 매개변수는 금강유역조사 (MOLIT, 2006)에서 제시된 값을 적용하였다. 이를 위해 예당저수지 유역 내 위치한 신양리와 은사교 지점의 강우 자료를 이용하였다.

성능/효과

수혜면적 69 km²에 공급된 수량은 2017년 8,210만 m³, 2018년 11,164만 m³, 2019년 7,414만 m³으로 산정되었고, 설계기준에 의한 순용수량은 각각 9,179만 m³, 12,310만 m³, 10,299만 m³로 분석되었다. 2017년과 2018년 관개용수는 순용수량보다 각각 10.6%와 9.3%가 적게 공급되었고, 2019년 공급량은 순용수량보다 28.0%가 적은 것으로 분석되었다. 최근 3개년간 예당저수지는 가뭄의 영향으로 실제 공급량이 작물의 필요한 순용수량보다 적게 공급된 것으로 파악된다.
저수지 유입량의 영향이 가장 적은 기간에서 계측 관개용수 공급량을 적용하여 산정한 저수지 저수량은 관측값과 유사한 결과를 보였다. 계측 관개용수 공급량은 수문학적 측면에서 저수지 물수지가 균형을 이뤄 계측정보에 의한 관개용수 공급량의 신뢰성을 확인할 수 있었다. 또한 2017년 계측 관개용수 공급량은 저수량 감소의 공급량보다 1.
이를 참고하여 취수탑 수문의 방류조작을 실시하고, 회전식 유속계와 ADCP를 활용하여 26회의 다양한 수위별 유량자료를 확보하였다. 계측 유량자료를 바탕으로 지수식과 포물선식 형태의 수위-유량관계식의 활용성을 검토한 결과, 두 곡선식의 결정계수 (R²)는 모두 0.98로 동일한 값을 보였으나 낮은 수위 구간에서는 지수식 형태가 현장에 더 적합한 것으로 나타났다.
용수로 안에서는 수초, 토사 퇴적 등으로 인해 수로 바닥보다 높은 수위임에도 불구하고 유량이 흐르지 않는 상황을 발생한다. 따라서 본 연구에서는 수로에서 영유량에 대한 반영이 가능한 지수형 형태의 수위-유량관계식이 포물선 형태보다 적합한 것으로 판단하였다. 예당간선에서는 다양한 수위별 유량자료가 확보되어 수위-유량관계식의 도출에 큰 영향이 없었으나 현장의 유량조사가 특정한 수위 구간에 치우치거나 자료가 부족할 경우에는 수위-유량관계식에 의한 계산 및 계측 유량의 차이를 면밀하게 검토하여 적용할 필요가 있다.
예당저수지의 2017년부터 2019년까지 실제 관개용수는 작물이 필요한 수량보다 9.3∼28.0%가 적게 공급되었고 이앙기 이후 본답기에는 간단관개가 지속적으로 시행되어 저수지의 물관리가 효율적으로 이뤄진 것으로 나타났다.
0%가 적게 공급되었고 이앙기 이후 본답기에는 간단관개가 지속적으로 시행되어 저수지의 물관리가 효율적으로 이뤄진 것으로 나타났다. 저수지 유입의 영향이 가장 적은 기간 동안 저수지 물수지가 균형을 이루는 것으로 나타나 수로부에서 계측된 공급량은 수문학적 측면에서 신뢰성이 있는 것으로 평가된다. 실제 공급량은 저수량 감소의 공급량보다 1.
동일기간 계측정보 기반 공급량은 4,292만 m³로 저수량 감소의 공급량보다 1,417만 m³ 많았다. 추정 유입량 1,076만 m³을 반영한 결과 저수지 물수지가 균형을 이루는 것으로 나타나 계측 공급량은 신뢰성이 있는 것으로 평가된다.
동일기간 계측정보 기반 공급량은 519만 m³로 저수량 감소의 공급량보다 290만 m³ 많았다. 추정 유입량 1,908만 m³을 반영한 결과 저수지 물수지가 균형을 이루는 것으로 나타나 계측 공급량은 신뢰성이 있는 것으로 평가된다. Fig.
동일기간 계측 기반 공급량은 3,423만 m³로 저수량 감소의 공급수량보다 470만 m³가 많았다. 현재 예당저수지의 유입량에 대한 실측은 이뤄지고 있지 않아 추정 유입량 628만 m³을 반영한 결과 저수지 물수지가 균형을 이루는 것으로 나타나 계측 공급량은 신뢰성이 있는 것으로 평가된다. Fig.

후속연구

본 연구는 농업용 저수지의 수로에서 계측된 정보를 활용하여 관개용수 공급량의 정량화를 위한 평가계획을 수립하는데 활용할 수 있으며, 향후 저수지 유입량, 수면 증발량 등 계측정보를 반영하여 관개용수 공급량의 신뢰도를 연간 단위로 평가하는 추가적인 연구가 필요할 것으로 판단된다.

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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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