[논문]강우 유출수 활용 대체농업용수 시스템의 적용 가능 대상지 선정을 위한 국내 이수취약 중산간 밭농업 단지 추출 연구

최지은; 김시호; 이정은; 김영진; 장민원; 황세운

doi:10.5389/ksae.2024.66.6.015

[국내논문] 강우 유출수 활용 대체농업용수 시스템의 적용 가능 대상지 선정을 위한 국내 이수취약 중산간 밭농업 단지 추출 연구
Classification of Suitable Sites for Application of Alternative Irrigation Water Systems Utilizing Rainfall-Runoff in Drought-Prone Mid-Mountainous Farmlands in Korea 원문보기

한국농공학회논문집 = Journal of the Korean Society of Agricultural Engineers, v.66 no.6, 2024년, pp.15 - 26

최지은 (Department of Agricultural Engineering, Gyeongsang National University) , 김시호 (Department of Agricultural Engineering, Gyeongsang National University) , 이정은 (Department of Agricultural Engineering, Gyeongsang National University) , 김영진 (Department of Agricultural Engineering, National Institute of Agricultural Science, Rural Development Administration) , 장민원 (Department of Agricultural Engineering (Institute of Agriculture and Life Science), Gyeongsang National University) , 황세운 (Department of Agricultural Engineering (Institute of Agriculture and Life Science), Gyeongsang National University)

Abstract ▼ AI-Helper

Climate change is leading to an increase in agricultural droughts, with small-scale upland farming areas particularly vulnerable due to their lack of distinct water sources. These scattered mid-mountain regions are especially susceptible to agricultural droughts because they do not have well-defind sources for water extraction. This study aims to identify small-scale upland farming areas in Korea that are vulnerable to agricultural drought and in need of alternative agricultural water sources. To achieve this, evaluation criteria and indicators for irrigation-vulnerable agricultural areas were established, and these areas were extracted and quantitatively presented in terms of area and number of locations. The extracted irrigation-vulnerable agricultural areas cover an area of 10,330.7 ha and consist of a total of 2,635 village-scale farming locations, with the highest concentration of these areas in Gyeonggi-do. Based on this, an altitudinal analysis was conducted, and it was found that areas in Gangwon-do showed a lower rate of area reduction per 100 m elevation interval, while areas in Gyeonggi-do exhibited a higher rate of area reduction. This indicates that the target areas in Gangwon-do are located at relatively higher altitudes, while those in Gyeonggi-do are situated at lower altitudes. The results of this study are expected to serve as foundational data for selecting priority sites for the on-site application of alternative agricultural water systems in the future. Future studies may additionally be conduted to assess the effectiveness and economic viability of applying alternative agricultural water systems to irrigation-vulnerable agricultural areas.

Keyword

표/그림 (13)

그림 Fig. 1 Framework of the study
표 Table 1 Types and properties of research materials
그림 Fig. 2 Step by step process for extracting irrigation-vulnerable agricultural areas
표 Table 2 Factors and each criteria for identifying irrigationvulnerable agricultural areas
그림 Fig. 3 Comparison of the distribution of irrigation-vulnerable fields by province according to criteria
표 Table 3 Area of vulnerable agricultural areas and number of villages by province according to criteria
그림 Fig. 4 Distribution of area of water-vulnerable fields and the number of villages by province, The number inside the circle indicates the area
그림 Fig. 5 Comparison of altitude distribution of agricultural areas with water vulnerability according to evaluation factors
표 Table 4 Area of vulnerable fields and agricultural areas and number of villages by province
그림 Fig. 6 Comparison of the distribution of agricultural areas with irrigation-vulnerable fields and the number of villages applying additional altitude standards
그림 Fig. 7 Comparison of distribution of irrigation-vulnerable agricultural areas according to altitude
그림 Fig. 8 Comparison of area reduction rates in vulnerable agricultural areas according to altitude standards
그림 Fig. 9 Comparison of area distribution in irrigation-vulnerable agricultural areas

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

본 연구에서는 강우 유출수를 활용한 대체농업용수 적용 사업의 우선순위 대상지를 선정하기 위하여 중산간 농업지역을 포함한 국내 이수취약 밭 농업지역의 평가 기준을 제안하고, 각 기준에 부합하는 대상지역에 대한 정량적 결과를 제시하고자 한다.
이는 하천, 저수지 등의 평가인자들이 낮은 지역에 위치하기 때문에, 비교적 저지대에 위치한 지역은 이수취약 밭 농업지역의 추출 기준에 부합되기 어렵다는 것을 의미한다. 이러한 결과를 통해 대체농업용수 시스템 현장 적용 사업의 우선순위 대상지를 선정하기 위하여 해발고도에 따른 이수취약 밭 농업지역의 분석이 필요하다고 판단하였다.
수리시설의 용수공급 대상지역이 아니며, 안정적 용수공급이 어려운 중산간 지역에 산재하여 있는 밭 농업지역의 가뭄 해소를 위해 지리적 한계를 극복한 강우 유출수 활용 대체농업용수 시스템 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 개발되고 있는 이러한 대체용수 확보시스템의 현장적용 및 실용화를 통한 사업성을 평가하기 위하여 농업가뭄에 취약하여 대체용수의 수요가 있는 국내 이수취약 밭 농업지역을 추출하는 판별기준을 제시하고 조건에 따른 대상지역을 추출하였다.

제안 방법

더불어, 2022년 한국농어촌공사가 공표한 『농어촌용수 및 농업생산기반시설 기후변화 영향⋅취약성 평가』 결과를 바탕으로 잠재적 이수취약성 정도를 고려한 대상지역을 선정하였으며, 고도에 따른 중산간 농업지역 분류를 위해 2023년의 국토지리정보원의 수치지형도 기반 국내 DEM (Digital Elevation Model)을 적용한 결과를 비교⋅분석하였다 (Table 1).
1은 선정 평가인자와 판별기준을 순차적으로 적용하여 이수취약 밭 농업지역을 도출하는 금회 연구의 흐름도이다. 더불어 근접한 밭 필지를 동일한 하나의 단지단위 농업지역으로 취급하고, 해발고도에 따른 네 가지 이수취약 밭 농업지역 추출 조건을 설정하여 각 조건에 따른 결과를 추가로 도출하여 비교하였으며, 각 기준에 따른 대상지역을 광역지자체 단위별로 제시하였다.
지하수법 제7조의2 및 동법 시행령 제12조의2에 따라 하천 인근의 기준은 하천구역의 경계로부터 300 m 이내의 범위로 명시하고 있다. 따라서, 본 연구에서는 수혜구역 주변 지역의 기준을 300 m로 규정하고, 하천, 저수지, 수리시설 수혜구역을 포함한 해당 구역의 경계로부터 300 m 이상 이격된 지역을 잠재적 이수취약 밭 농업지역으로 판별하였다.
일반적으로 중산간 지역의 사전적 의미는 해발 100∼300 m의 고지대라고 제시되어 있다. 이를 바탕으로, 해발고도 차이에 따른 대상지역의 면적 및 단지단위 밭 농업지역의 개수를 분석하기 위하여 고도를 고려하지 않은 경우와 고도 100 m, 200 m, 300 m 이상의 경우로 구분하여 추출된 농업지역 면적 및 밭 농업 단지 개수를 분석하였다. Table 2은 대체농업용수 시스템의 적용 가능 대상지역을 추출하기 위해 적용한 상기 이수취약 밭 농업지역의 평가인자 및 판별기준을 정리한 표이다.
대체농업용수 시스템의 적용 가능성을 종합적으로 평가하기 위하여 앞서 적용한 평가인자를 국내 중산간 밭 농업지역을 대상으로 중첩⋅적용하여 이수취약 밭 농업지역을 추출하였다 (Fig
이러한 결과를 바탕으로, 단지단위 밭 농업지역의 고도 분포를 분석하기 위하여 수역 평가인자인 저수지, 하천 기준에 따라 추출한 이수취약 밭 농업지역과 모든 평가인자를 중첩하여 추출한 대상지역의 고도 분포를 비교하였다 (Fig. 5).
해발고도에 따른 이수취약 밭 농업지역의 분석을 위하여 고도 100 m 이상, 200 m 이상, 300 m 이상의 경우를 추출하여 해발고도를 고려하지 않은 기존의 대상지역 추출 결과와 비교하였다 (Table 4, Fig. 6).
추출한 이수취약 밭 농업지역의 해발고도에 따른 도별 특징을 파악하기 위해 해발고도를 고려하지 않은 경우에 대한 각 고도 기준 적용시의 면적 비율을 분석하였다 (Fig. 7, Fig.
더불어 해발고도에 따른 이수취약 밭 농업지역 분포 특성을 분석하기 위하여 고도기준 (100 m, 200 m, 300 m 이상)에 대한 농업지역을 지자체 단위로 추출하여 비교⋅분석하였다.
나아가, 추출된 이수취약 밭 농업 단지의 면적 분포를 파악하기 위하여 2 ha 이상 15 ha 미만으로 이루어진 대상지를 2 ha 이상 5 ha 미만, 5 ha 이상 10 ha 미만, 10 ha 이상 15 ha 미만의 면적 기준으로 나누어 분류하였다 (Fig. 9).
소규모 필지로 산재되어 있는 밭 농업지역의 대체농업용수 시스템 적용을 고려하여, 30 m 이내로 인접하여 있는 필지를 하나의 단지단위로 취급한 2 ha 이상 15 ha 미만의 단지단위밭 농업지역을 평가대상으로 설정하였다. 이후 수리시설 수혜구역, 하천, 저수지로부터의 이격거리, 기존의 전국단위 농업용수 기후변화 취약성 결과를 고려하여 판별기준에 따른 이수취약 밭 농업지역을 추출하였다. 더불어 해발고도에 따른 이수취약 밭 농업지역 분포 특성을 분석하기 위하여 고도기준 (100 m, 200 m, 300 m 이상)에 대한 농업지역을 지자체 단위로 추출하여 비교⋅분석하였다.
본 연구에서는 잠재적 이수취약 밭 농업지역을 추출하기 위해 저수지와 같은 농업용 수리시설로부터 특정거리 기준(300 m) 이상 이격된 지역을 평가인자의 기준으로 설정하였다. 이는 전국을 대상으로 획일적인 기준을 적용한 결과이기 때문에 저수지 위치에 따른 상하류 특성을 반영하지 못하는 한계가 존재한다.

대상 데이터

이수취약 밭 농업지역의 추출을 위한 전국의 밭 필지 자료는 2022년 농림축산식품부가 개방한 농경지 전자지도 팜맵에서 밭과 과수 필지를 추출하여 사용하였으며, 저수지 수역의 인근에 위치하며 기존 수리시설의 수혜를 받아 용수공급의 안정성을 가지는 농업지역을 제외하기 위하여 한국농어촌공사의 2018년도 논⋅밭 수리시설수혜구역 자료와 2021년 국토지리정보원의 연속수치지형도 저수지 자료를 활용하였다
이수취약 밭 농업지역의 추출을 위한 전국의 밭 필지 자료는 2022년 농림축산식품부가 개방한 농경지 전자지도 팜맵에서 밭과 과수 필지를 추출하여 사용하였으며, 저수지 수역의 인근에 위치하며 기존 수리시설의 수혜를 받아 용수공급의 안정성을 가지는 농업지역을 제외하기 위하여 한국농어촌공사의 2018년도 논⋅밭 수리시설수혜구역 자료와 2021년 국토지리정보원의 연속수치지형도 저수지 자료를 활용하였다. 또한, 하천 인접성을 평가하기 위해 2023년 국토교통부의 하천망도 자료를 통해 국가하천, 지방하천 (1급, 2급) 자료를 확보하여 사용하였다. 더불어, 2022년 한국농어촌공사가 공표한 『농어촌용수 및 농업생산기반시설 기후변화 영향⋅취약성 평가』 결과를 바탕으로 잠재적 이수취약성 정도를 고려한 대상지역을 선정하였으며, 고도에 따른 중산간 농업지역 분류를 위해 2023년의 국토지리정보원의 수치지형도 기반 국내 DEM (Digital Elevation Model)을 적용한 결과를 비교⋅분석하였다 (Table 1).
1 ha의 면적을 가지며, 이는 전체 밭 면적 중 약 30%를 차지한다. 추출한 단지단위 밭 농업지역을 대상으로 수리시설 수혜구역, 하천, 저수지 및 기후변화 취약성 평가인자의 판별기준에 따라 각각의 대상지역을 추출하였다. 수리시설 수혜구역 기준에 따른 이수취약 밭 농업지역은 73,095.
소규모 필지로 산재되어 있는 밭 농업지역의 대체농업용수 시스템 적용을 고려하여, 30 m 이내로 인접하여 있는 필지를 하나의 단지단위로 취급한 2 ha 이상 15 ha 미만의 단지단위밭 농업지역을 평가대상으로 설정하였다. 이후 수리시설 수혜구역, 하천, 저수지로부터의 이격거리, 기존의 전국단위 농업용수 기후변화 취약성 결과를 고려하여 판별기준에 따른 이수취약 밭 농업지역을 추출하였다.

성능/효과

이상의 평가인자와 기준을 적용하여 추출한 농업지역의 고도별 밀집도를 분석한 결과 지역별로 이수취약 지역의 위치 및 고도에 따른 특성 차이를 보이는 것으로 분석되었다. 일반적으로 중산간 지역의 사전적 의미는 해발 100∼300 m의 고지대라고 제시되어 있다.
7 ha이며, 이는 총 2,635개의 밭 농업 단지로 이루어진 것으로 분석되었다. 또한, 추출한 이수취약 밭 농업지역을 도별로 분류한 결과 가장 많은 대상지가 분포하고 있는 지역은 면적 2,721.5 ha, 밭 농업 단지의 개수는 699개인 경기도이며, 두 번째로 많은 지역은 2,586.2 ha (609개)인 강원도로 나타났다.
8). 강원도 농업지역에 대해 추출된 이수취약 밭 농업지역은 해발고도를 고려하지 않은 경우 대비 고도 100 m, 200 m, 300 m 이상의 대상지역 면적 비율이 각각 93%, 88%, 81%로 분석되었으며, 고도 100 m 간격 고지대 기준에 따른 면적 변화율은 -7%, -6%, -7%로 해발고도에 따른 면적 감소가 적게 나타났으며, 이는 강원도의 이수취약 밭 농업지역이 비교적 300 m 이상의 고지대에 위치하여 있음을 보여준다. 경상북도의 대상지역 또한 해발고도를 고려하지 않은 경우에 대한 면적 비율이 크고, 고도 100 m 간격 고지대 기준에 대한 면적 변화율이 작아, 상대적으로 높은 고도에 위치하여 있는 것을 알 수 있다.

후속연구

강우 유출수를 활용한 대체농업용수 시스템은 중산간 지역의 밭 농업지역을 대상으로 강우시 발생하는 지표유출수를 토사 제거 등 간단한 수처리 후 임시 저류하고 관개기에 이용이 가능하도록 하는 이수시스템이다. 본 시스템의 적용을 위해서는 일정 규모 이상의 단지단위 농업이 이루어지는 경우, 배후유역과 마을의 경사가 있어 강우시 발생하는 세류천 유출수의 자연유하식 집수가 가능한 경우 등 시스템의 입지 조건에 부합하는지에 대한 평가가 필요하다. 더불어 하수재이용 농업용수 적용과 달리 강우 유출수를 이용한 집수 시스템의 잠재적 적용 가능 대상 지역은 지형, 영농, 이수취약성을 종합적으로 고려하여 선별할 필요가 있다.
본 시스템의 적용을 위해서는 일정 규모 이상의 단지단위 농업이 이루어지는 경우, 배후유역과 마을의 경사가 있어 강우시 발생하는 세류천 유출수의 자연유하식 집수가 가능한 경우 등 시스템의 입지 조건에 부합하는지에 대한 평가가 필요하다. 더불어 하수재이용 농업용수 적용과 달리 강우 유출수를 이용한 집수 시스템의 잠재적 적용 가능 대상 지역은 지형, 영농, 이수취약성을 종합적으로 고려하여 선별할 필요가 있다.
본 연구의 결과는 추후 가뭄해소 대책⋅기술 연구 및 강우 유출수를 활용한 대체농업용수 시스템의 실용화 및 우선사업 대상지 선정시 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대한다
더불어 고도별 면적 변화율을 추출한 결과 고도 기준이 높아짐에 따라 감소하는 대상지역이 가장 적은 곳은 강원도로 나타났으며, 이는 강원도 내의 밭 농업지역이 상대적으로 높은 고도에 위치한 것을 보여준다. 또한, 대상지역의 밭 농업 단지의 면적 분석결과 2 ha 이상 5 ha 미만의 면적을 가지는 단지단위 밭 농업지역이 5 ha 이상의 면적을 가지는 대상지역에 비하여 상대적으로 많이 추출된 것으로 나타났으며, 이는 소규모로 산재된 이수취약 밭 농업 지역을 위한 대체농업용수 공급 방안 마련이 필요함을 시사한다.
이는 전국을 대상으로 획일적인 기준을 적용한 결과이기 때문에 저수지 위치에 따른 상하류 특성을 반영하지 못하는 한계가 존재한다. 이를 보완하기 위해서는 지역적 특성을 보다 세밀하게 고려한 이수 취약성 평가 기준에 관한 지속적인 연구가 필요하다.
본 연구의 결과는 추후 가뭄해소 대책⋅기술 연구 및 강우 유출수를 활용한 대체농업용수 시스템의 실용화 및 우선사업 대상지 선정시 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대한다. 향후 본 연구결과를 바탕으로 대체용수 확보시스템의 적용시 대상지역의 이수개선도, 작물 생산량 변화, 추가 확보가능한 용수량 등을 산정하여 이수개선효과 및 경제성에 대한 정량적 평가가 이루어질 수 있을 것이다.

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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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