관개용수로의 자동수위측정 자료를 활용한 농업용 저수지 공급량 산정 및 분석 Assessing Irrigation Water Supply from Agricultural Reservoir Using Automatic Water Level Data of Irrigation Canal원문보기
KRC (Korea Rural Community Corporation) is in charge of about 3,400 agricultural reservoirs out of 17,240 agricultural reservoirs, and automatic water level gauges in reservoirs and canals were installed to collect reservoir and canal water level data from 2010. In this study, 10-minute water level ...
KRC (Korea Rural Community Corporation) is in charge of about 3,400 agricultural reservoirs out of 17,240 agricultural reservoirs, and automatic water level gauges in reservoirs and canals were installed to collect reservoir and canal water level data from 2010. In this study, 10-minute water level data of 173 reservoir irrigation canals from 2016 to 2018 are collected, and discharge during irrigation season was calculated using rating curves. For estimation of water supply, irrigation water requirement was calculated with HOMWRS (Hydrological Operation Model for Water Resources System), and the summation of reservoir water storage decrease was calculated with daily reservoir storage data from RAWRIS (Rural Agricultural Water Resource Information System). From the results, the total yearly amount of irrigation water supply showed less than 10% difference than the irrigation water requirement. The regional analysis revealed that reservoirs in Jeollanam-do and Chungcheongnam-do supply greater irrigation water than average. On the contrary, reservoirs in Gyeongsangnam-do and Chungcheongbuk-do supply less than others. This study was conducted with a limited number of reservoirs compared to total agricultural reservoirs. Nevertheless, it can indicate irrigation water supply from agricultural reservoirs to provide information about agricultural water use for irrigation.
KRC (Korea Rural Community Corporation) is in charge of about 3,400 agricultural reservoirs out of 17,240 agricultural reservoirs, and automatic water level gauges in reservoirs and canals were installed to collect reservoir and canal water level data from 2010. In this study, 10-minute water level data of 173 reservoir irrigation canals from 2016 to 2018 are collected, and discharge during irrigation season was calculated using rating curves. For estimation of water supply, irrigation water requirement was calculated with HOMWRS (Hydrological Operation Model for Water Resources System), and the summation of reservoir water storage decrease was calculated with daily reservoir storage data from RAWRIS (Rural Agricultural Water Resource Information System). From the results, the total yearly amount of irrigation water supply showed less than 10% difference than the irrigation water requirement. The regional analysis revealed that reservoirs in Jeollanam-do and Chungcheongnam-do supply greater irrigation water than average. On the contrary, reservoirs in Gyeongsangnam-do and Chungcheongbuk-do supply less than others. This study was conducted with a limited number of reservoirs compared to total agricultural reservoirs. Nevertheless, it can indicate irrigation water supply from agricultural reservoirs to provide information about agricultural water use for irrigation.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 첫째로 기존 연구에 활용된 적 없던 173개 농업용 저수지의 수로부 수위 실측 자료 기반 실제 용수공급량을 산정하고, 둘째로 해당 수원공의 용수수요량을 산정해 공급량 평가를 실시하여 통합물관리에 대응한 농업용 저수지의 공급량에 대한 신뢰성 있는 정보를 제공하고자 한다.
본 연구에서는 농업용수 공급량 산정 결과를 활용해 연도별, 지역별로 비교 및 분석하고자 하였다. 또한, 기존의 농업 용수수요량 산정방법을 이용하여 계산된 수요량과 농업용수 공급량을 비교, 평가하는 것에 초점을 맞추어 진행되었다. 본 연구의 전체적인 흐름은 자료 구축, 공급량 및 수요량의 계산, 결과 도출 및 평가의 세 단계로 진행하였으며 이를 그림으로 설명하면 Fig.
본 연구에서는 기상 자료 외에는 이론 적용만을 통해 이루어지던 관행적 농업용수 수요량 산정이 아닌 농업 용수로의 실측 자료를 활용해 용수공급량을 산정한 것에 그 의의가 있다고 할 수 있다. 농업 분야에서도 계측 자료로 활용할 수 있는 충분한 측정 기반이 마련되고 있으며 축적이 지속해서 이루어지고 있다.
수위 자료는 한국농어촌공사에서 품질 관리된 자료를 활용하였다. 본 연구에서는 농업용수 공급량 산정 결과를 활용해 연도별, 지역별로 비교 및 분석하고자 하였다. 또한, 기존의 농업 용수수요량 산정방법을 이용하여 계산된 수요량과 농업용수 공급량을 비교, 평가하는 것에 초점을 맞추어 진행되었다.
제안 방법
대상 저수지는 지역별로 다르게 분포하기 때문에 부피 단위로 산정된 용수공급량을 비교하는 것은 같은 기준으로 간주할 수 없다. 따라서 지역별 비교를 위한 기준을 위해 용수공급량을 유효저수량으로 나눈 값 (이하 유효저수량 비)을 추가로 제시하였다. 2016 년의 유효저수량 비 전국 평균은 1.
2와 같다. 또한, 농업용수 공급량 및 수요량의 산정에 필요한 시계열 수위, 저수지 특성, 수로 특성 등의 자료를 저수지별로 구축하였으며 자세한 수집자료목록은 Table 1에 나타내었다.
본 연구는 한국농어촌공사에서 설치한 저수지 수로부 자동수위측정기의 10분 단위 축적 자료를 활용하여 최근 3년간의 (2016-2018년) 농업용수 공급량을 산정하였다. 해당 수위 자료는 10분 단위로 기록되어 저장되므로 기존의 일별 기록에 대비해 상세한 결과 도출이 가능하며, 실측 자료를 기반으로 하므로 신뢰성 높은 농업용수 공급량을 산정할 수 있다.
본 연구에서는 173개 농업용 저수지 수로부의 10분 단위 자동 수위측정 자료와 수위-유량 관계식을 이용하여 수로를 통해 필지에 공급되는 농업용수 공급량을 산정하였다. 저수지별 10분 단위 유량 산정 결과를 순별, 월별, 연별로 누적해 기간에 따른 용수공급량을 산정하였으며, 동일 기간의 농업용수 수요량, 농업용수종합정보시스템 저수율 감소량과 강우량을 공급량 결과와 비교 평가하였다 (Table 3).
본 연구에서는 2016, 2017, 2018년의 저수지별 농업 용수공급량을 산정하였으며, 공급량 과의 비교 평가를 위해 용수수요량을 산정하였다. 용수수요량 산정 과정 중 논벼의 작물 소비수량 계산 및 유효우량 산정에 필요한 기상 자료는 일별 강수량, 일별 최고기온, 일별 최저기온, 일별 평균기온, 일별 평균 상대습도, 일별 평균풍속, 일별 일조시간 자료였으며, 이를 위하여 전국에 있는 93개 종관관측소 (ASOS, Automated Surface Observing System)의 2016년 1월 1일부터 2018년 12 월 31일까지의 일별 기상 관측 자료를 수집하였다.
본 연구에서는 다가오는 통합 물관리 체제의 대응 방안으로서 농업 분야의 ICT 시스템 적용 이후 축적된 자동계측자료를 활용해 농업용 저수지 용수공급량을 산정 및 분석하였다. 연구 대상으로는 전국에 분포한 농업용 저수지 중 50만 m3 이상의 유효저수량을 가지는 173개소를 임의로 선정하였으며 해당 수원공의 2016-2018년의 10분 단위 자동수위계측 수로 자료와 수로별 수위-유량 곡선을 활용하여 유량을 산정하고 이를 누적하여 기간별 용수공급량을 산정하였다.
유효저수량은 저수지에서 10년 빈도 이내의 한발에 대응해 운영할 수 있도록 기상 자료 및 과학적, 확률론적 방법론에 기반하여 도출한 저수지 용량이므로 용수공급량 값의 평가 기준으로 충분하다고 판단하였다. 본 연구에서는 지역별로 산정된 용수공급량을 유효저수량으로 나눈 값을 용수공급량 계산 결과와 동시에 제시해 지역별 비교에 활용하였다.
또한, 기존의 농업 용수수요량 산정방법을 이용하여 계산된 수요량과 농업용수 공급량을 비교, 평가하는 것에 초점을 맞추어 진행되었다. 본 연구의 전체적인 흐름은 자료 구축, 공급량 및 수요량의 계산, 결과 도출 및 평가의 세 단계로 진행하였으며 이를 그림으로 설명하면 Fig. 1과 같다.
연구 대상으로는 전국에 분포한 농업용 저수지 중 50만 m3 이상의 유효저수량을 가지는 173개소를 임의로 선정하였으며 해당 수원공의 2016-2018년의 10분 단위 자동수위계측 수로 자료와 수로별 수위-유량 곡선을 활용하여 유량을 산정하고 이를 누적하여 기간별 용수공급량을 산정하였다. 산정된 용수공급량의 검증을 위해 HOMWRS를 활용해 산정한 용수수요량, RIMS의 저수율 자료로 계산한 용수 감소량, 저수지별 유효저수량 합산 자료와 비교하였다.
산정된 용수공급량이 적절한 범위에 속하는지 확인하기 위해 한국농어촌공사에서 개발한 수리시설물 모의조작 시스템 (HOMWRS, Hydrological Operation Model for Water Resources System)을 활용해 산정한 용수수요량, 농촌 용수 종합정보시스템 일별 저수율 자료를 이용해 산정한 저수량 감소량과 동일 기간 누적 강우량을 산정하여 비교하였다.
(1)을 활용하여 유량을 산정하였다. 선정된 수위-유량 곡선을 이용하여 10분 단위 수위에서 산정된 유량을 누적하여 일별, 순별, 월별 누적 용수공급량을 산정하였다.
유입량이 미지수로 존재하는 상황에서는 저수량 감소만을 용수공급량으로 추정할 수 있으며, 본 연구에서는 수위-유량 곡선을 활용해 산정한 용수공급량의 하한값 (lower limit)으로 참고하였다.
저수지별 10분 단위 유량 산정 결과를 순별, 월별, 연별로 누적해 기간에 따른 용수공급량을 산정하였으며, 동일 기간의 농업용수 수요량, 농업용수종합정보시스템 저수율 감소량과 강우량을 공급량 결과와 비교 평가하였다 (Table 3).
4에 그래프로 도시하였다. 총 용수량 산정 결과 비교 분석 항목과 같이 유효저수량, 용수공급량, 용수수요량, 농업용수종합정보시스템 자료 저수량 감소량을 지역별로 비교 분석하였다. 대상 저수지는 지역별로 다르게 분포하기 때문에 부피 단위로 산정된 용수공급량을 비교하는 것은 같은 기준으로 간주할 수 없다.
저수지 모의 조작은 Kim and Park (1988)이 제안한 DIROM 모형을 활용한다. 해당 프로그램은 농업수리 연구 및 저수지 설계 실무 등에서 사용되어왔으며 매년 기상자료를 업데이트해 사용자 편의성을 고려하는바, 본 연구에서는 공급량 평가를 위해 논의 일별 물수지 모형을 활용한 조용수량 산정 과정을 용수수요량 산정에 사용하였다.
대상 데이터
저수지 기본 정보, 특성 정보 및 참고자료와 계산에 필요한 입력자료는 한국농어촌공사의 농촌용수종합정보시스템 (RAWRIS, Rural Agricultural Water Resource Information System)로부터 수집하였다. 농업용수 공급량 산정을 위한 수로부 자동수위측정 자료는 10분 단위 자료를 사용하였으며, 수위-유량 곡선은 한국농어촌공사에서 작성한 것을 이용하였다. Fig.
지역별 개소 수는 경상북도에 37개소로 가장 많았으며, 충남, 전남, 전북, 강원, 경기, 경남, 충북의 순서로 29, 25, 21, 17, 16, 15, 13개소이다. 본 연구에 포함된 농업용 저수지 의총 유효저수량은 42만 3천 m3이며 수혜면적은 49천 ha, 유역면적은 234천 ha 이다. 지역별 유효저수량은 저수지 개소가 가장 많은 경상북도 지역이 94천 m3로 최대이며 경기도 지역의 경우 고삼, 이동 저수지가 속해있어 16개소지만 유효저수량이 70천 m3로 나타났다.
본 연구의 대상 저수지는 전국에 존재하는 농업용 저수지 중 유효저수량이 50만 m3 이상인 저수지 중 173개소를 무작위로 선별하였으며 이는 Fig. 2와 같다. 또한, 농업용수 공급량 및 수요량의 산정에 필요한 시계열 수위, 저수지 특성, 수로 특성 등의 자료를 저수지별로 구축하였으며 자세한 수집자료목록은 Table 1에 나타내었다.
해당 수위 자료는 10분 단위로 기록되어 저장되므로 기존의 일별 기록에 대비해 상세한 결과 도출이 가능하며, 실측 자료를 기반으로 하므로 신뢰성 높은 농업용수 공급량을 산정할 수 있다. 수위 자료는 한국농어촌공사에서 품질 관리된 자료를 활용하였다. 본 연구에서는 농업용수 공급량 산정 결과를 활용해 연도별, 지역별로 비교 및 분석하고자 하였다.
분석하였다. 연구 대상으로는 전국에 분포한 농업용 저수지 중 50만 m3 이상의 유효저수량을 가지는 173개소를 임의로 선정하였으며 해당 수원공의 2016-2018년의 10분 단위 자동수위계측 수로 자료와 수로별 수위-유량 곡선을 활용하여 유량을 산정하고 이를 누적하여 기간별 용수공급량을 산정하였다. 산정된 용수공급량의 검증을 위해 HOMWRS를 활용해 산정한 용수수요량, RIMS의 저수율 자료로 계산한 용수 감소량, 저수지별 유효저수량 합산 자료와 비교하였다.
산정하였다. 용수수요량 산정 과정 중 논벼의 작물 소비수량 계산 및 유효우량 산정에 필요한 기상 자료는 일별 강수량, 일별 최고기온, 일별 최저기온, 일별 평균기온, 일별 평균 상대습도, 일별 평균풍속, 일별 일조시간 자료였으며, 이를 위하여 전국에 있는 93개 종관관측소 (ASOS, Automated Surface Observing System)의 2016년 1월 1일부터 2018년 12 월 31일까지의 일별 기상 관측 자료를 수집하였다.
저수지 기본 정보, 특성 정보 및 참고자료와 계산에 필요한 입력자료는 한국농어촌공사의 농촌용수종합정보시스템 (RAWRIS, Rural Agricultural Water Resource Information System)로부터 수집하였다. 농업용수 공급량 산정을 위한 수로부 자동수위측정 자료는 10분 단위 자료를 사용하였으며, 수위-유량 곡선은 한국농어촌공사에서 작성한 것을 이용하였다.
한국농어촌공사에서 상황의 개선을 위해 자동수위측정 센서를 도입, 자료 신뢰성 향상을 도모하고 있음을 고려해 본 연구 결과의 비교, 평가를 위해 농업용수종합정보시스템 자료를 추가로 활용하였다.
이론/모형
해당 모형은 논의 저류량을 일별로 모의하며, 유효우량, 순용수량, 조용수량 등을 산정한다. 저수지 모의 조작은 Kim and Park (1988)이 제안한 DIROM 모형을 활용한다. 해당 프로그램은 농업수리 연구 및 저수지 설계 실무 등에서 사용되어왔으며 매년 기상자료를 업데이트해 사용자 편의성을 고려하는바, 본 연구에서는 공급량 평가를 위해 논의 일별 물수지 모형을 활용한 조용수량 산정 과정을 용수수요량 산정에 사용하였다.
HOMWRS는 세 가지 모형으로 구성되어 있다. 저수지 유역의 유출량을 산정하는 강우-유출 모형은 Tank 모형으로 Kim and Park (1986)이 제안한 매개변수를 활용한다. 최근 모형의 개선을 위한 다수의 연구가 진행되고 있으나 (Kang et al.
, 2019) HOMWRS에는 반영되지 않은 상황이다. 필요수량 산정 모형은 일별 물수지 모형 (Kim et al., 2003)을 활용한다. 해당 모형은 논의 저류량을 일별로 모의하며, 유효우량, 순용수량, 조용수량 등을 산정한다.
성능/효과
173개 대상 저수지의 2016년의 용수공급량은 7억 45백만 m3, 용수수요량은 7억 42백만 m3로 나타나 두 값이 1% 미만의 차이를 보였으며 이론적으로 계산된 수요량만큼의 용수가 필지에 공급된 것으로 나타났다. 농업용수종합정보시스템 자료의 저수량 감소량 값인 3억 99백만 m3 대비 약 1.
3개년 결과에서 유효저수량 비는 충청남도와 전라남도의 대상 저수지에서 타 지역 대비 큰 값, 경상남도에서 작은 값을 보였다. 즉, 충청남도와 전라남도는 상대적으로 다량의 용수공급을 하는 편이며, 경상남도는 비교적 적은 양의 용수를 공급하는 것으로 이해할 수 있다.
거시적 관점에서 살펴본 결과 173개 대상 저수지 기준 용수공급량 총량은 수요량 총량 대비 10% 미만의 오차를 보였으며, 이를 통해 현재 농업용 저수지의 용수 공급이 적절한 수준으로 이루어지고 있다는 것으로 유추할 수 있었다. 우리나라 농업용 저수지는 2018년 기준 전국 17, 240개소, 수혜면적 427천 ha이며 본 연구의 173개 대상 저수지의 수혜면적이 55.
HOMWRS 모델의 용수수요량은 작물이 필요한 필요수량 총량을 기준으로 유효강우를 배제한 값이므로 강우가 많으면 용수수요량이 적고 강우가 적으면 용수수요량이 많은 반비례 관계에 있음이 자명하다. 그러나 실측 자료를 활용한 용수공급량을 산정한 결과 강수량과 용수공급량은 서로 비례한 것으로 나타났다. 이는 강우가 적을 경우 실제 저수지 운영 측면에서 물이 충분히 모이지 않아 제한적인 공급이 이루어지는 것을 의미한다.
가로축이 수혜면적, 세로축이 유역면적이며 원의 크기가 유효저수량 부피를 나타낸다. 대다수의 저수지가 수혜면적 500 ha, 유역면적 2,000 ha 이내의 범위 안에 있었으며, 수혜면적, 유역면적이 증가할수록 유효저수량이 증가하는 것을 확인할 수 있었다.
작은 것을 확인하였다. 본 결과는 한국농어촌공사 물관리 실무자가 제시한 기준인 연간 유효저수량의 1.5배에서 2배 정도를 공급한다고 알려진 관행적 명제에 부합하였으며, 거시적인 관점에서 수요량 대비 적절한 용수량을 공급하는 것으로 사료되었다.
본 연구에서는 강수량과 용수공급량이 비례 관계를 이루고 있음을 확인하였다. 기존 연구에서는 공급량을 실측할 수 있는 자료가 부족하여 용수공급량과 용수수요량이란 단어가 명확히 구분되지 않고 혼용되어 왔다.
(1998, MAF). 유효저수량은 저수지에서 10년 빈도 이내의 한발에 대응해 운영할 수 있도록 기상 자료 및 과학적, 확률론적 방법론에 기반하여 도출한 저수지 용량이므로 용수공급량 값의 평가 기준으로 충분하다고 판단하였다. 본 연구에서는 지역별로 산정된 용수공급량을 유효저수량으로 나눈 값을 용수공급량 계산 결과와 동시에 제시해 지역별 비교에 활용하였다.
전체 대상 저수지의 3개년 용수공급량을 용수수요량과 비교한 결과 연별로 수요량 대비 적게 공급한 경우와 많이 공급한 경우가 모두 존재하였으나, 그 차이는 10% 미만으로 비교적 작은 것을 확인하였다. 본 결과는 한국농어촌공사 물관리 실무자가 제시한 기준인 연간 유효저수량의 1.
본 연구에 포함된 농업용 저수지 의총 유효저수량은 42만 3천 m3이며 수혜면적은 49천 ha, 유역면적은 234천 ha 이다. 지역별 유효저수량은 저수지 개소가 가장 많은 경상북도 지역이 94천 m3로 최대이며 경기도 지역의 경우 고삼, 이동 저수지가 속해있어 16개소지만 유효저수량이 70천 m3로 나타났다. 자세한 내용은 Table 2와 같다.
농업용수 공급량을 산정하였다. 해당 수위 자료는 10분 단위로 기록되어 저장되므로 기존의 일별 기록에 대비해 상세한 결과 도출이 가능하며, 실측 자료를 기반으로 하므로 신뢰성 높은 농업용수 공급량을 산정할 수 있다. 수위 자료는 한국농어촌공사에서 품질 관리된 자료를 활용하였다.
후속연구
농업 분야에서도 계측 자료로 활용할 수 있는 충분한 측정 기반이 마련되고 있으며 축적이 지속해서 이루어지고 있다. 실측 자료를 확보 및 사용 가능한 상황에서 농업 분야 과학적 기틀 마련을 위해 용수공급량과 용수수요량뿐 아니라 다양한 연구자들이 이를 활용해 연구를 진행할 수 있다면 연구 및 실무 현장에 의미 있는 다양한 결과가 도출될 수 있을 것이다.
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