[논문]농업용수 유역 물수지 분석 모델 개발 및 적용

윤동현; 남원호; 고보성; 김경모; 조영준; 박진현

doi:10.5389/ksae.2024.66.3.039

[국내논문] 농업용수 유역 물수지 분석 모델 개발 및 적용
Development and Application of Water Balance Network Model in Agricultural Watershed 원문보기

한국농공학회논문집 = Journal of the Korean Society of Agricultural Engineers, v.66 no.3, 2024년, pp.39 - 51

윤동현 (Department of Integrated Systems Engineering, Hankyong National University) , 남원호 (School of Social Safety and Systems Engineering, Institute of Agricultural Environmental Science, National Agricultural Water Research Center, Hankyong National University) , 고보성 (SURI Engineering & Consulting Corporation) , 김경모 (Water Management Supporting Department, Water Resources Management Office, Korea Rural Community Corporation (KRC)) , 조영준 (Water Management Supporting Department, Water Resources Management Office, Korea Rural Community Corporation (KRC)) , 박진현 (Water Resources Management Office, Korea Rural Community Corporation (KRC))

Abstract ▼ AI-Helper

To effectively implement the integrated water management policy outlined in the National Water Management Act, it is essential to analyze agricultural water supply and demand at both basin and water district levels. Currently, agricultural water is primarily distributed through open canal systems and controlled by floodgates, yet the utilization-to-supply ratio remains at a mere 48%. In the case of agricultural water, when analyzing water balance through existing national basin water resource models (K-WEAP, K-MODISM), distortion of supply and regression occurs due to calculation of regression rate based on the concept of net water consumption. In addition, by simplifying the complex and diverse agricultural water supply system within the basin into a single virtual reservoir, it is difficult to analyze the surplus or shortage of agricultural water for each field within the basin. There are limitations in reflecting the characteristics and actual sites of rural water areas, such as inconsistencies with river and reservoir supply priority sites. This study focuses on the development of a model aimed at improving the deficiencies of current water balance analysis methods. The developed model aims to provide standardized water balance analysis nationwide, with initial application to the Anseo standard watershed. Utilizing data from 32 facilities within the standard watershed, the study conducted water balance analysis through watershed linkage, highlighting differences and improvements compared to existing methods.

Keyword

표/그림 (15)

그림 Fig. 1 Location of study area and irrigation facilities in watershed
표 Table 1 Irrigated area status for each irrigation facilities
그림 Fig. 2 Algorithm of the water balance analysis model in agricultural district
그림 Fig. 3 Schematic diagram of the water balance analysis model in agricultural district
그림 Fig. 4 Schematic diagram comparing different water balance analysis methods
표 Table 2 Water balance analysis scenarios
표 Table 3 Comparative analysis of water balance results for the Gicheon reservoir Unit : 1,000 m³
표 Table 4 Comparative analysis of water balance results for the Deokwoo reservoir Unit : 1,000 m³
표 Table 5 Analysis results of supply rate relative to demand
그림 Fig. 5 Water balance analysis results based on scenarios and drought periods
그림 Fig. 6 Scenario comparison via reservoir storage ratio
표 Table 6 Comparison results of water shortage and return flow for 2015 year compared to 2013 year
그림 Fig. 7 Water balance analysis results according to demand separation
표 Table 7 Scenario similarity verification based on RMSE and RMSLE for reservoir storage ratio comparison
그림 Fig. 8 Comparison of estimating the return flow rates

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 기존 농업용수 물수지 분석 시 발생하는 한계점 개선을 목적으로 하천 중심의 유역 연계 물수지 모델을 제시하였다. 기존 국가물관리기본계획과 농어촌용수이용합리화계획 내 물수지 분석 개념 및 기초자료를 기반으로 수요처 미분리로 인한 농업용수 공급 우선순위 및 수문 네트워크 구성 왜곡, 하천 미연계로 인한 단일 물수지 수행, 일률적 회귀율 적용에 따른 공급량 및 회귀량 왜곡을 개선하고자 하였다.

제안 방법

본 연구에서는 전국 대상의 농업용수 물수지 분석을 위해 용수구역을 대상으로 연계 물수지 분석 모형을 개발 및 적용하였다. 본 연구의 농업용수 유역 물수지 분석 모델은 전국 적용을 위해 개별 시설물의 물수지를 단순화하였으며, 수요량 중심의 물수지 분석으로 회귀량, 부족량 등 개별 분석 없이 물수지 분석의 결괏값으로 산출되도록 하여 유역 내 모든 시설물에 대한 물수지 파악이 가능하도록 하였다.
본 연구에서는 전국 대상의 농업용수 물수지 분석을 위해 용수구역을 대상으로 연계 물수지 분석 모형을 개발 및 적용하였다. 본 연구의 농업용수 유역 물수지 분석 모델은 전국 적용을 위해 개별 시설물의 물수지를 단순화하였으며, 수요량 중심의 물수지 분석으로 회귀량, 부족량 등 개별 분석 없이 물수지 분석의 결괏값으로 산출되도록 하여 유역 내 모든 시설물에 대한 물수지 파악이 가능하도록 하였다. 또한, 소유역을 최소 단위로 하천 중심의 네트워크 구성과 하천용수량 추정으로 기존에 배제되었던 양수장, 취입보 등 하천시설에 대한 물수지를 포함한 유역 내 모든 농업용 수리시설물에 대한 연계 네트워크를 구성하여, 기존 물관리계획 내 농업용수 분석시 발생했던 문제점 및 한계점을 개선하였다.
각 모형의 입력자료 중 기상자료는 ASOS 관측자료를 사용하였으며, 유입량 모형의 유역면적 및 토지 이용 비율은 저수지 유역을 제외한 면적 및 비율을 적용하였다. 필요수량 모형 내 입력자료 중 논 수혜면적 자료, 재배 방식, 기간, 재배관리 수량 등은 농어촌용수이용합리화계획 자료를 기반으로 하였으며, 그 외 입력값 (60 mm 담수심법, 증발산량 등)은 기존 HOMWRS 내 제시된 값을 적용하였다. 물수지 분석 개선을 위해 추가적으로 활용한 기초자료로는 농업용수 계측 공급량 원단위, 개별 시설물 공급능력 자료 등이 있으며, 한국농어촌공사의 자료를 참고하였다.
공식 기반의 이론적 수요량 산정은 영농 환경 및 시설물 제원 변화 등 시설물 준공 이후 변화한 현장을 반영하는데 한계가 있다. 본 연구에서는 현실적인 논 용수 수요량을 산정하고자 제1차 국가물관리기본계획에 제시된 농업용수 계측 공급량 기반 수요량 산정 방법을 적용하였으며, 수혜면적 자료를 개선하여 반영하였다. 기존 수혜면적 자료의 검토를 위해 현장조사를 수행하였으며, 실제 시설물 존재 유무, 위치 등을 확인하여 자료 누락 및 왜곡을 보완하였다.
본 연구에서는 현실적인 논 용수 수요량을 산정하고자 제1차 국가물관리기본계획에 제시된 농업용수 계측 공급량 기반 수요량 산정 방법을 적용하였으며, 수혜면적 자료를 개선하여 반영하였다. 기존 수혜면적 자료의 검토를 위해 현장조사를 수행하였으며, 실제 시설물 존재 유무, 위치 등을 확인하여 자료 누락 및 왜곡을 보완하였다. 기존 수혜면적 중 주수원공과 보조수원공의 수혜면적이 중복된 경우 주수원공 면적을 기준으로 하였으며, 전체 면적의 30% (전국 평균 주수원공 수혜면적 비율)를 주수원공 면적에 반영한 후 나머지를 보조수원공 면적에 반영하였다.
일별 필요수량 비율에 계측 기반 공급량 원단위 값을 곱하여 일별 원단위 수요량을 산정하였으며, 해당 원단위 수요량 값에 수혜면적을 곱하여 일별 논 용수 수요량을 산정하였다. 즉, 기존 수요량 산정 방법은 계산한 필요수량 값을 직접 사용하였으나, 본 연구에서는 시계열 분석을 위한 필요수량의 일별 패턴만 추출한 후 계측 공급량을 기준으로 수요량을 산정하였다.
이때, 해당 시설물이 보조수원공이라면 주수원공에서 보충 급수를 받도록 하였으며, 보충 급수도 할 수 없는 상황일 경우 부족량이 발생하도록 설정하였다. 하천시설 물수지는 소유역 내 발생하는 하천 용수량을 합하여 소유역 내 상류 시설물부터 하류 시설물 순으로 수요에 따라 공급하도록 하였으며, 공급가능량이 수요량을 충족하지 못 할 경우 부족량이 발생하도록 하였다.
본 연구에서는 이러한 문제점을 개선하고자 Fig. 2와 같이 유역 단위의 물수지 분석 알고리즘에 기반한 모델을 개발하였다. 본 모델에서는 하천 및 시설물 간 연계, 소유역 및 용수 구역 내 수요처 (저수지, 하천시설)별 물수지 분석을 반영하였다.
2와 같이 유역 단위의 물수지 분석 알고리즘에 기반한 모델을 개발하였다. 본 모델에서는 하천 및 시설물 간 연계, 소유역 및 용수 구역 내 수요처 (저수지, 하천시설)별 물수지 분석을 반영하였다. 하천 물수지의 경우 저수지 및 하천시설에서 발생하는 회귀량에 대한 하천 내 회귀지점이 명확하지 않아, 구간별 공급 가능량 파악과 하천 시설물 간 공급 우선순위 결정에 어려움이 있다.
하천 물수지의 경우 저수지 및 하천시설에서 발생하는 회귀량에 대한 하천 내 회귀지점이 명확하지 않아, 구간별 공급 가능량 파악과 하천 시설물 간 공급 우선순위 결정에 어려움이 있다. 이러한 이유로 소유역 내 저수지 및 하천시설에 대해 각각의 물수지 분석을 수행하였다. Fig.
Fig. 3에 제시한 것과 같이 1차 저수지 물수지 분석을 통해 유출량, 월류량, 회귀량 등 소유역 내 하천용수량을 산정하였으며, 2차 하천 물수지 분석은 해당 하천용수량을 공급량으로, 상류부터 하류까지 순차적으로 분석하였다. 상류 소유역에서 유출량이 발생할 경우 하류 소유역의 유입량으로 반영하였으며, 각 소유역의 물수지 결과를 취합하여 용수구역 물수지를 파악하였다.
3에 제시한 것과 같이 1차 저수지 물수지 분석을 통해 유출량, 월류량, 회귀량 등 소유역 내 하천용수량을 산정하였으며, 2차 하천 물수지 분석은 해당 하천용수량을 공급량으로, 상류부터 하류까지 순차적으로 분석하였다. 상류 소유역에서 유출량이 발생할 경우 하류 소유역의 유입량으로 반영하였으며, 각 소유역의 물수지 결과를 취합하여 용수구역 물수지를 파악하였다.
유역 단위 연계 물수지의 차별성 및 필요성을 확인하기 위해 농어촌용수이용합리화 계획에 제시된 기존 물수지 방법인 단일 물수지와 본 연구에서 제시한 유역 물수지를 비교하였다. 물수지 분석 간 차이는 하천 반영 여부, 시설물 간 연계 여부이며 Fig.
단일 물수지의 경우 하천을 고려하지 않아 하류 지구인 덕우 지구 내 존재하는 양수장 시설들이 배제되었으며, 이에 해당하는 수혜면적은 저수지 수혜면적에 포함하였다. 유역 물수지의 경우 해당 양수장 시설물들을 각각 반영하였으며, 상류 지구인 기천 저수지 물수지 분석을 통해 발생하는 하천 회귀량을 공급량에 포함하여 분석하였다.
용수구역 밖 수혜면적을 분석에 포함할 경우 안서 용수구역에 적용한 주 및 보조 수원공 면적 보정, 하천시설 면적 구분 및 반영이 이루어지지 않아 저수지 운영 및 공급량 산정 시 왜곡이 발생할 수 있다. 이러한 조건을 비교하기 위해 시나리오 1에서는 전체 수혜면적에 대해 분석하였으며, 시나리오 2에서는 안서 용수구역 내 수혜면적만 고려하여 분석하였다.
결과 검증을 위해 실제 계측한 하천 유량 자료와 물수지 분석을 통해 발생하는 하천 내 유출량을 비교하는 것이 가장 바람직하나, 안서 용수구역의 경우 유역 내 양질의 계측자료가 부재하며, 용수구역 유출 지점과 가장 인접한 계측 지점 사이에 타 하천 합류 지점들이 존재하여 직접적인 비교에 어려움이 있다. 따라서, 본 연구에서는 시나리오별 저수지 운영 능력을 평가하여 상대적으로 농업용수 물수지 분석에 적합한 시나리오를 선정하였다. 저수율 비교는 안서 용수구역 내 가장 큰 규모의 저수지인 금광 저수지를 대상으로 하였으며, 본 연구 모델 내 저수율은 분석 시작일인 1971년 1월 1일, 저수율 100%를 입력한 후 실제 기상 변화와 물수지 분석을 통해 발생하는 변화가 저수율에 반영되도록 설정하였다.
본 연구에서는 기존 농업용수 물수지 분석 시 발생하는 한계점 개선을 목적으로 하천 중심의 유역 연계 물수지 모델을 제시하였다. 기존 국가물관리기본계획과 농어촌용수이용합리화계획 내 물수지 분석 개념 및 기초자료를 기반으로 수요처 미분리로 인한 농업용수 공급 우선순위 및 수문 네트워크 구성 왜곡, 하천 미연계로 인한 단일 물수지 수행, 일률적 회귀율 적용에 따른 공급량 및 회귀량 왜곡을 개선하고자 하였다. 기본적인 물수지 분석 모듈은 농어촌용수이용합리화계획 내 모델을 기반으로 하였으며, 수요량 산정 및 하천 물수지 개념은 국가물관리기본계획 내 제시된 방법을 보완하였다.
기존 국가물관리기본계획과 농어촌용수이용합리화계획 내 물수지 분석 개념 및 기초자료를 기반으로 수요처 미분리로 인한 농업용수 공급 우선순위 및 수문 네트워크 구성 왜곡, 하천 미연계로 인한 단일 물수지 수행, 일률적 회귀율 적용에 따른 공급량 및 회귀량 왜곡을 개선하고자 하였다. 기본적인 물수지 분석 모듈은 농어촌용수이용합리화계획 내 모델을 기반으로 하였으며, 수요량 산정 및 하천 물수지 개념은 국가물관리기본계획 내 제시된 방법을 보완하였다. 모델 개발을 위해 용수구역 내 개별 시설물 제원을 공간분포하여 하천 흐름에 따른 위상관계를 정립하였으며, 하천 및 시설물 간 연계 네트워크를 구성하였다.
기본적인 물수지 분석 모듈은 농어촌용수이용합리화계획 내 모델을 기반으로 하였으며, 수요량 산정 및 하천 물수지 개념은 국가물관리기본계획 내 제시된 방법을 보완하였다. 모델 개발을 위해 용수구역 내 개별 시설물 제원을 공간분포하여 하천 흐름에 따른 위상관계를 정립하였으며, 하천 및 시설물 간 연계 네트워크를 구성하였다. 이 과정에서 저수지와 하천시설을 구분하였으며, 각 수요처에 따른 물수지 분석을 수행하였다.
모델 개발을 위해 용수구역 내 개별 시설물 제원을 공간분포하여 하천 흐름에 따른 위상관계를 정립하였으며, 하천 및 시설물 간 연계 네트워크를 구성하였다. 이 과정에서 저수지와 하천시설을 구분하였으며, 각 수요처에 따른 물수지 분석을 수행하였다. 하천 연계에 따른 직관적인 결과 비교가 가능한 평포 용수구역 내 기천 및 덕우 저수지 지구를 대상으로 본 연구에서 제시한 유역 물수지 분석의 차별성 및 필요성을 검증하였다.
안서 용수구역을 대상으로 시나리오별 물수지 분석을 통해 적용성을 확인하였으며, 분석 결과, 저수지 및 하천시설 물수급 특성, 하천 상하류 및 시설물 간 연계 등 현실적인 하천 중심의 물수지 분석이 가능하였다. 이를 통해 기존 물수지 분석의 한계점이었던 용수구역 내 농업용수 수요처 분리 및 물수지 네트워크 구성 오류, 단일 물수지 분석에 의한 왜곡 등을 개선하였다. 또한, 일별 회귀율 산정을 통해 시기별 용수공급 특성 파악 및 가용수자원에 따른 회귀량 추정이 가능하였으며, 이를 통해 기존의 일률적 회귀율 적용에 따른 한계점을 개선하였다.

대상 데이터

본 연구에서는 농업용수 유역 연계 물수지 분석의 검증과 용수구역 단위의 개선된 물수지 분석 결과 제시를 위해 안성천의 평포 및 안서 용수구역을 연구 대상 지역으로 선정하였으며, 위치는 Fig. 1과 같다.
안서 용수구역은 안성천 상류 표준유역과 동일한 범위의 용수구역으로, 생공용수 취수원이 용수구역 외부에 있어 하천 내 생공용수 취수가 없으며, 하천용수량 중 농업용수 비율이 대부분인 지역으로 농업용수 대상 물수지 분석에 적합하였다. 물환경정보시스템 (Water Environment Information System)에서 제공하는 소유역 자료를 적용하여 안서 용수구역을 20개 소유역으로 구분하였으며, 농어촌용수이용합리화 계획 수립 당시 구축한 시설물 개별 제원 자료를 활용하여 Table 1에 제시한 저수지 11개소, 양수장 8개소, 취입보 13개소를 대상으로 분석하였다.
필요수량 모형 내 입력자료 중 논 수혜면적 자료, 재배 방식, 기간, 재배관리 수량 등은 농어촌용수이용합리화계획 자료를 기반으로 하였으며, 그 외 입력값 (60 mm 담수심법, 증발산량 등)은 기존 HOMWRS 내 제시된 값을 적용하였다. 물수지 분석 개선을 위해 추가적으로 활용한 기초자료로는 농업용수 계측 공급량 원단위, 개별 시설물 공급능력 자료 등이 있으며, 한국농어촌공사의 자료를 참고하였다.
따라서, 시설물의 일 최대 공급능력 제한이 분석 결과에 미치는 영향을 비교하기 위해 앞선 시나리오 2와 동일한 조건에서 공급능력만 제한한 시나리오 3을 추가하였다. 시설물의 일별 용수 공급능력은 한국농어촌공사의 통수능 자료를 활용하였으며, 수요량 산정에 사용한 원단위 공급량은 3개 시나리오 모두 전국 평균값인 1,618 mm를 사용하였다.
따라서, 본 연구에서는 시나리오별 저수지 운영 능력을 평가하여 상대적으로 농업용수 물수지 분석에 적합한 시나리오를 선정하였다. 저수율 비교는 안서 용수구역 내 가장 큰 규모의 저수지인 금광 저수지를 대상으로 하였으며, 본 연구 모델 내 저수율은 분석 시작일인 1971년 1월 1일, 저수율 100%를 입력한 후 실제 기상 변화와 물수지 분석을 통해 발생하는 변화가 저수율에 반영되도록 설정하였다. 이에 따라 초기 입력값의 영향을 가장 적게 받는 2010년부터 2020년까지 비교 대상 기간으로 선정하였다.
저수율 비교는 안서 용수구역 내 가장 큰 규모의 저수지인 금광 저수지를 대상으로 하였으며, 본 연구 모델 내 저수율은 분석 시작일인 1971년 1월 1일, 저수율 100%를 입력한 후 실제 기상 변화와 물수지 분석을 통해 발생하는 변화가 저수율에 반영되도록 설정하였다. 이에 따라 초기 입력값의 영향을 가장 적게 받는 2010년부터 2020년까지 비교 대상 기간으로 선정하였다.
단일 유역과 연계 유역 물수지 결과를 비교하기 위하여 비가뭄 시기인 2013년과 가뭄 시기인 2015년을 대상으로 분석하였다. Table 3은 기천 저수지 지구에 대한 물수지 방법별 결과를 나타낸 표이다.
이 과정에서 저수지와 하천시설을 구분하였으며, 각 수요처에 따른 물수지 분석을 수행하였다. 하천 연계에 따른 직관적인 결과 비교가 가능한 평포 용수구역 내 기천 및 덕우 저수지 지구를 대상으로 본 연구에서 제시한 유역 물수지 분석의 차별성 및 필요성을 검증하였다. 안서 용수구역을 대상으로 시나리오별 물수지 분석을 통해 적용성을 확인하였으며, 분석 결과, 저수지 및 하천시설 물수급 특성, 하천 상하류 및 시설물 간 연계 등 현실적인 하천 중심의 물수지 분석이 가능하였다.
본 연구의 모델은 전국 적용을 목적으로 개발하였으나, 적용성 검토를 위해 용수구역을 대상으로 우선 적용하였다. 대상 용수구역 내 활용 가능한 계측자료 부재로 모델 검증에 한계가 있었으며, 하천용수량 산정 시 강우에 의한 유역 유출량, 저수지 및 소유역 물수지를 통한 회귀량만 반영하여 하천 용수량이 과소 산정되는 한계가 있었다.
안서 용수구역 내 기상 자료 구축을 위해 종관기상관측 자료 (Automated Synoptic Observing System, ASOS) 중 이천, 수원 관측소 자료를 사용하였으며, 1971년부터 2020년까지 강우량, 증발량, 기온, 습도, 일조시간, 풍속 등의 자료를 구축하였다. 물수지 분석 대상 시설물의 제원 (한발빈도, 유효저수량, 수혜면적, 유역면적 등)은 한국농어촌공사의 농업기반시설관리시스템 (Rural Infrastructure Management System, RIMS) 및 농업가뭄관리시스템 (Agricultural Drought Management System, ADMS)을 통해 구축하였으며, 공간분포 자료를 기준으로 하천 흐름에 따른 시설물별 위상관계를 정립하였다.
안서 용수구역 내 기상 자료 구축을 위해 종관기상관측 자료 (Automated Synoptic Observing System, ASOS) 중 이천, 수원 관측소 자료를 사용하였으며, 1971년부터 2020년까지 강우량, 증발량, 기온, 습도, 일조시간, 풍속 등의 자료를 구축하였다. 물수지 분석 대상 시설물의 제원 (한발빈도, 유효저수량, 수혜면적, 유역면적 등)은 한국농어촌공사의 농업기반시설관리시스템 (Rural Infrastructure Management System, RIMS) 및 농업가뭄관리시스템 (Agricultural Drought Management System, ADMS)을 통해 구축하였으며, 공간분포 자료를 기준으로 하천 흐름에 따른 시설물별 위상관계를 정립하였다. 침투량 및 수로 손실량은 농어촌용수이용합리화계획 (2014) 수립 시 조사한 자료를 사용하였다.
물수지 분석 대상 시설물의 제원 (한발빈도, 유효저수량, 수혜면적, 유역면적 등)은 한국농어촌공사의 농업기반시설관리시스템 (Rural Infrastructure Management System, RIMS) 및 농업가뭄관리시스템 (Agricultural Drought Management System, ADMS)을 통해 구축하였으며, 공간분포 자료를 기준으로 하천 흐름에 따른 시설물별 위상관계를 정립하였다. 침투량 및 수로 손실량은 농어촌용수이용합리화계획 (2014) 수립 시 조사한 자료를 사용하였다. 안서 용수구역의 일 평균 침투량은 5.
수리시설물 모의조작 시스템 (Hydrological Operation Model for Water Resources System, HOMWRS)의 유입량 모형과 필요수량 모형을 사용하여 일별 유입량, 일별 순용수량을 산정하였다. 각 모형의 입력자료 중 기상자료는 ASOS 관측자료를 사용하였으며, 유입량 모형의 유역면적 및 토지 이용 비율은 저수지 유역을 제외한 면적 및 비율을 적용하였다. 필요수량 모형 내 입력자료 중 논 수혜면적 자료, 재배 방식, 기간, 재배관리 수량 등은 농어촌용수이용합리화계획 자료를 기반으로 하였으며, 그 외 입력값 (60 mm 담수심법, 증발산량 등)은 기존 HOMWRS 내 제시된 값을 적용하였다.
시나리오별 물수지 분석은 안서 용수구역을 대상으로 하였으며, 각 시나리오에 따른 용수공급 특성, 회귀량, 부족량 등 물수지 분석의 결과물을 비교하였다. Fig.

데이터처리

이러한 물수급 패턴 및 경향은 각 시나리오에 따른 결괏값으로, 해당 결과를 통해 특정 시나리오가 농업용수 분석에 적합하다고 판단하기는 어렵다. 따라서, 시나리오별 분석 결과 검증을 위해 저수율 기반 검증을 수행하였다. 계측 저수율과 물수지 분석 기반 시나리오별 저수율의 차이는 Fig.
8과 같다. 일별 분석을 통해 시설물별 일별 회귀율을 산정하였으며, 이를 통합하여 용수구역 회귀율을 산정하였다. 기존 회귀율 개념의 경우 공급량의 35%가 회귀한다고 가정하기 때문에 공급량이 부족한 가뭄 시기에도 35% 회귀량이 확보된다.

이론/모형

수리시설물 모의조작 시스템 (Hydrological Operation Model for Water Resources System, HOMWRS)의 유입량 모형과 필요수량 모형을 사용하여 일별 유입량, 일별 순용수량을 산정하였다. 각 모형의 입력자료 중 기상자료는 ASOS 관측자료를 사용하였으며, 유입량 모형의 유역면적 및 토지 이용 비율은 저수지 유역을 제외한 면적 및 비율을 적용하였다.

성능/효과

본 연구의 농업용수 유역 물수지 분석 모델은 전국 적용을 위해 개별 시설물의 물수지를 단순화하였으며, 수요량 중심의 물수지 분석으로 회귀량, 부족량 등 개별 분석 없이 물수지 분석의 결괏값으로 산출되도록 하여 유역 내 모든 시설물에 대한 물수지 파악이 가능하도록 하였다. 또한, 소유역을 최소 단위로 하천 중심의 네트워크 구성과 하천용수량 추정으로 기존에 배제되었던 양수장, 취입보 등 하천시설에 대한 물수지를 포함한 유역 내 모든 농업용 수리시설물에 대한 연계 네트워크를 구성하여, 기존 물관리계획 내 농업용수 분석시 발생했던 문제점 및 한계점을 개선하였다.
평포 용수구역 내 기천 저수지 지구와 덕우 저수지 지구는 하천을 기준으로 위상관계가 직관적이고 단순하게 연결되어 있다. 하류 지역인 덕우 저수지 지구는 지구 내 5개의 양수장 시설이 존재하여, 하천 연계에 따른 단일 물수지 분석과 유역 물수지 분석의 차이를 비교하는데 적합하다고 판단하였다.
안서 용수구역은 안성천 상류 표준유역과 동일한 범위의 용수구역으로, 생공용수 취수원이 용수구역 외부에 있어 하천 내 생공용수 취수가 없으며, 하천용수량 중 농업용수 비율이 대부분인 지역으로 농업용수 대상 물수지 분석에 적합하였다. 물환경정보시스템 (Water Environment Information System)에서 제공하는 소유역 자료를 적용하여 안서 용수구역을 20개 소유역으로 구분하였으며, 농어촌용수이용합리화 계획 수립 당시 구축한 시설물 개별 제원 자료를 활용하여 Table 1에 제시한 저수지 11개소, 양수장 8개소, 취입보 13개소를 대상으로 분석하였다.
단일 물수지 분석시 약 19만 톤의 부족량이 발생하였으나, 유역 물수지 분석 결과 부족량이 발생하지 않았다. 가뭄 시기인 2015년 분석 결과, 유역 물수지 분석 시 공급량은 약 34만 톤, 회귀량은 약 20만 톤 증가하였으며 부족량은 약 3만 톤이 발생하여 단일 물수지 분석보다 약 34만 톤 감소하였다. 2015년 부족량은 하천시설에서 발생하였으며, 강우량 감소로 인한 하천 용수량 감소가 이유로 판단된다.
하천 연계에 따른 분석 결과 차이는 소유역, 용수구역으로 확대 적용할 경우 더 크게 나타날 것으로 판단된다. 따라서, 하천을 중심으로 각 시설물 연계를 반영한 유역 물수지 분석은 기존 단일 물수지 분석과 비교하여 현실적인 네트워크 구성으로 농업용수 물수지 파악에 더 적합할 것으로 판단된다.
7과 같으며, 각각 저수지, 하천시설, 용수구역의 물수지 분석 결과를 나타낸다. 저수지 물수지 분석 결과, 2013년의 부족량이 2015년보다 낮게 나타나, 비가뭄 시기인 2013년보다 가뭄 시기인 2015년에 물 부족이 크게 발생한 것을 확인할 수 있었다. 반면, 하천 물수지의 경우 하천용수량 산정 시 생공용수, 하수처리수, 상류 용수구역 유출량 등이 반영되지 않아 실제보다 공급가능량이 과소 추정되었다.
반면, 하천 물수지의 경우 하천용수량 산정 시 생공용수, 하수처리수, 상류 용수구역 유출량 등이 반영되지 않아 실제보다 공급가능량이 과소 추정되었다. 그 결과, 공급량 부족이 크게 발생하였으며, 부족량 또한 크게 나타났다. 따라서, 주요 인자에 대한 개선 필요성이 있으며, 해당 결과는 정확한 농업용수 물수지 결괏값 제시보다는 방법론적 개선을 통한 수요처별 물수지 분석 네트워크 구축 및 반영에 의의가 있다고 판단된다.
8을 통해 확인할 수 있듯이 2015년의 경우 대표적인 가뭄 시기이나, 기존 회귀율을 반영할 경우 다른 시기보다 오히려 회귀량이 많이 발생하는 경향을 보였다. 반면 본 모델을 통해 분석한 결과, 2015년은 다른 시기에 비해 낮은 회귀율과 회귀량을 보여 해당 시기에 물 부족이 발생하였다는 것을 유추할 수 있다. 또한, Fig.
하천 연계에 따른 직관적인 결과 비교가 가능한 평포 용수구역 내 기천 및 덕우 저수지 지구를 대상으로 본 연구에서 제시한 유역 물수지 분석의 차별성 및 필요성을 검증하였다. 안서 용수구역을 대상으로 시나리오별 물수지 분석을 통해 적용성을 확인하였으며, 분석 결과, 저수지 및 하천시설 물수급 특성, 하천 상하류 및 시설물 간 연계 등 현실적인 하천 중심의 물수지 분석이 가능하였다. 이를 통해 기존 물수지 분석의 한계점이었던 용수구역 내 농업용수 수요처 분리 및 물수지 네트워크 구성 오류, 단일 물수지 분석에 의한 왜곡 등을 개선하였다.
이를 통해 기존 물수지 분석의 한계점이었던 용수구역 내 농업용수 수요처 분리 및 물수지 네트워크 구성 오류, 단일 물수지 분석에 의한 왜곡 등을 개선하였다. 또한, 일별 회귀율 산정을 통해 시기별 용수공급 특성 파악 및 가용수자원에 따른 회귀량 추정이 가능하였으며, 이를 통해 기존의 일률적 회귀율 적용에 따른 한계점을 개선하였다.
농업용수의 정량적 파악은 기후변화, 사회 및 경제적 여건 변화 등에 효과적으로 대응하고 물관리 일원화 및 통합 물관리 등 미래 물관리 계획을 위한 중점 요소 중 하나이다. 본 연구에서 제시한 유역 물수지 분석 모델은 기존 방법을 개선하여, 보다 현실적이고 정량적인 농업용수 물수급 특성 파악이 가능하였다. 향후 분석 인자 보완을 통한 고도화 및 전국 확대 적용을 통한 추가적인 적용성 검증이 수행된다면 물관리 계획 및 농업용수 관련 연구 등에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

후속연구

기존 논 용수 수요량은 일반적으로 이앙재배, 직파재배 등 재배 방식에 따른 이론적 필요수량 값 (조용수량)을 계산한 후 수혜면적을 곱하여 산정한다. 공식 기반의 이론적 수요량 산정은 영농 환경 및 시설물 제원 변화 등 시설물 준공 이후 변화한 현장을 반영하는데 한계가 있다. 본 연구에서는 현실적인 논 용수 수요량을 산정하고자 제1차 국가물관리기본계획에 제시된 농업용수 계측 공급량 기반 수요량 산정 방법을 적용하였으며, 수혜면적 자료를 개선하여 반영하였다.
용수구역 단위 물수지 분석은 시나리오 3을 기준으로 하였다. 기존의 물수지 분석 내 수요처 미분리 및 하천용수 미반영으로 인한 한계점은 본 연구에서 하천 중심의 유역 연계 분석을 기반으로 수요처별 농업용수 분석 네트워크를 구성하여 개선하였다. 그 결과는 Fig.
그 결과, 공급량 부족이 크게 발생하였으며, 부족량 또한 크게 나타났다. 따라서, 주요 인자에 대한 개선 필요성이 있으며, 해당 결과는 정확한 농업용수 물수지 결괏값 제시보다는 방법론적 개선을 통한 수요처별 물수지 분석 네트워크 구축 및 반영에 의의가 있다고 판단된다.
본 연구의 모델은 전국 적용을 목적으로 개발하였으나, 적용성 검토를 위해 용수구역을 대상으로 우선 적용하였다. 대상 용수구역 내 활용 가능한 계측자료 부재로 모델 검증에 한계가 있었으며, 하천용수량 산정 시 강우에 의한 유역 유출량, 저수지 및 소유역 물수지를 통한 회귀량만 반영하여 하천 용수량이 과소 산정되는 한계가 있었다. 향후 연구에서는 중권역 및 대권역 확대 적용을 통한 검보정 자료 확보 및 모델 검증을 수행하고자 하며, 하천 내 하수처리 방류량, 담수호, 저수지 하천유지용수량, 취입보 저류량 등을 고려하여 보다 현실적인 하천용수량을 반영하고자 한다.
대상 용수구역 내 활용 가능한 계측자료 부재로 모델 검증에 한계가 있었으며, 하천용수량 산정 시 강우에 의한 유역 유출량, 저수지 및 소유역 물수지를 통한 회귀량만 반영하여 하천 용수량이 과소 산정되는 한계가 있었다. 향후 연구에서는 중권역 및 대권역 확대 적용을 통한 검보정 자료 확보 및 모델 검증을 수행하고자 하며, 하천 내 하수처리 방류량, 담수호, 저수지 하천유지용수량, 취입보 저류량 등을 고려하여 보다 현실적인 하천용수량을 반영하고자 한다.
본 연구에서 제시한 유역 물수지 분석 모델은 기존 방법을 개선하여, 보다 현실적이고 정량적인 농업용수 물수급 특성 파악이 가능하였다. 향후 분석 인자 보완을 통한 고도화 및 전국 확대 적용을 통한 추가적인 적용성 검증이 수행된다면 물관리 계획 및 농업용수 관련 연구 등에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

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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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