초록 ▼

□ 연구개발 목표 및 내용
■ 최종 목표
노지 밭작물에 적용가능한 지중점적관 국산화 기술 개발
■ 전체 내용
<세부목표 1> 노지 밭작물 관개용 국산 지중점적관의 정밀설계 및 관개효율성 성능평가
○ CFD 분석을 통한 낙수방지 및 압력보상 장치의 유동해석
○ 지중관수장치의 압력에 따른 지중 Wetted Pattern의 이론해석
○ 현장 시험에 의한 Wetted Pattern의 실험적 구명
○ 재배작물의 근역에 따른 생육시기별 지중관수량 설계

<세부목표 2> 노지 밭작물

□ 연구개발 목표 및 내용
■ 최종 목표
노지 밭작물에 적용가능한 지중점적관 국산화 기술 개발
■ 전체 내용
<세부목표 1> 노지 밭작물 관개용 국산 지중점적관의 정밀설계 및 관개효율성 성능평가
○ CFD 분석을 통한 낙수방지 및 압력보상 장치의 유동해석
○ 지중관수장치의 압력에 따른 지중 Wetted Pattern의 이론해석
○ 현장 시험에 의한 Wetted Pattern의 실험적 구명
○ 재배작물의 근역에 따른 생육시기별 지중관수량 설계

<세부목표 2> 노지 밭작물 점적관개시스템에 적합한 지중점적관 개발
○ 압력보상형 점적관용 드리퍼 개발 제작
○ 압력보상 및 낙수방지 기능을 겸비한 지중관수용 점적호스 제작
○ 작물 뿌리 막힘 방지기술 개발 및 제품 적용

<세부목표 3> 노지 밭작물 관개용 지중점적관의 현장 적용성 평가
○ 점적관 유출량 기준설정 및 경사에 따른 유출량 평가
○ 트랙터 부착형 지중점적관 매설기 적용성 검토
○ 토양수분확산패턴 분석을 통한 점적관의 균등성 평가
○ 국내개발 지중점적관의 농가현장 실증평가
○ 지중점적관 국산화에 따른 지중점적관개시스템의 경제성 분석

□ 연구개발성과
<세부목표 1> 노지 밭작물 관개용 국산 지중점적관의 정밀설계 및 관개효율성 성능평가
1) CFD 분석을 통한 낙수방지 및 압력보상 장치의 유동해석(‘20)
- 지중관수용 드리퍼의 실리콘 변형 예측을 통한 유량의 경계조건 해석
* 유동조건내 실리콘의 고무 변형 예측에서 입구 경계조건에 유량 0.05-4.1L/h, 출구 경계 조건은 0kPa로 설정하여 시뮬레이션 함
* 실리콘 높이 최대 0.6-0.7mm에서 변형 발생, 후단의 막힘을 방지하기 위해 0.5mm로 설정
- CFD는 압력보상 범위(압력: 50 kPa↑，유량: 4L/h)에서 확인，실리콘의 변형 실측치 반영
* 실리콘 경도 50, 두께 0.5mm로 설정함

2) 토양 종류에 따른 공급유량별 지중습윤 패턴 및 모델 개발(‘20)
- 미사질양토(밀양)，사질토(상주)의 공급유량(2, 4, 8L/h)에 대한 지중 습윤양상 구명
* 미사질양토와 사질토에서 2Uh를 공급한 경우 지표면 9cm까지 수분이 상승 이동하여 가장 적합
- 공급유량(2, 4, 8L/ h)에 대한 지중 수분 확산 형태와 확산예측 모델식 산출
* 미사질 양토와 사질토의 토양수분 확산이론을 통하여 토양의 지중위치별 공급량 예측
- 콩의 생육 초기 뿌리의 지중 성장을 실측하여 지중 수분 공급량 예측
* 콩의 생육 초기 (10일)에는 8,000mL 이상 , 20일 이후에는 4,000〜5,000mL 공급이 적합

3) CFD 해석을 통한 뿌리막힘의 미로형성 설계 및 개선(‘21)
- 뿌리의 막힘은 Insert의 유출구보다 호스의 지름을 더 크게하여 내부의 유동저항을 줄임
* 호스의 단면적을 Insert 유출구 단면적보다 2〜3배(2.93〜6.3mm²) 크게 설계함
- Insert의 내부로 유입되는 뿌리의 유출구 막힘 재설계
* Insert의 유출구에 뿌리 유입 방지를 위한 차벽을 설치하고, 유입되는 뿌리는 미로 돌기에서 걸리도록 설계
- 실리콘을 통과한 유량의 균등성을 유지하도록 지그재그 채널의 재설계
* 지중관수기를 개발하기 위해 지그재그 미로 5개를 좁게 설계하여 유량 2.0L/h으로 개발

4) 토양별 수분함량에 따른 수분확산 분석(‘21)
- 미사질양토와 사질토의 지중 수분확산시 수분함량별 등습선을 통한 공급유량 설계
* 미사질양토에 6,000mL 공급할 경우 유효 수분량의 영역인 함수비 25% 이상은 약 3,092.7mL로 나타나 전체 공급량의 50%가 유효수분임을 확인함
* 사질토에서 함수비가 25% 이상인 수분확산 영역은 3,797mL으로 전체 공급량의 63%가 유효수분으로 판단함
- 미사질양토와 사질토의 유효수분량 기준 콩의 생육초기 지중관수량 설정
* 미사질양토의 지중관수량은 콩의 생육 초기에는 8,000mmL, 생육 20일 후에는 7,000mL 정도 공급하며 생육 30일 이후에는 6,500mL이하로 공급하는 것이 적절함
* 사질토는 생육 초기에는 7,500mmL, 생육 20일 후에는 6,500mL 정도 공급하며 생육 30일 이후에는 6,000mL이하로 공급하는 것이 적절할 것으로 판단함

5) CFD 해석을 통한 길이별 지중관수 장치의 압력강하 해석(‘22)
- 수입품과 개발품의 드리퍼 형상에 따른 길이별 압력강하 해석
* 호스내 드리퍼 하단의 유속이 빠르고 유체 마찰저항이 크게 나타남
- 수입품과 개발품의 동일 유량에 대한 펌프 소요압력
* 개발품 100m의 지중관수 호스에서 30%(80〜90kPa) 적게 압력강하 (편차)가 나타남
* 따라서 수입산은 개발품에 비해 호스 길이가 길어질수록 소요압력이 증가하였음

6) 개발 지중점적관의 관수방법에 따른 지중관수량 설계(‘22)
- 수입품과 개발품의 수평습윤 거리 확산성
* 관수점 (중앙)의 수평습윤 거리는 수입산 1.6L/h를 사용한 경우가 개발품 2L/h 보다 약 20% 더 크게 확산되었음
* 단위시간당 공급량이 적을수록 확산성이 뛰어나 2 .0L/h 이하의 지중관수기가 요구됨
- 미사질양토와 사질토에서 지중관수 수평관을 매설할 경우 지중관수 공급량 설계
* 콩의 뿌리 성장과 수분확산 거리를 비교하면 미사질양토에서는 8,000mL를 공급할 경우 72mm 까지 상승함
* 미사질양토에서는 콩의 생육 초기 (파종 후 10일 정도)에는 9,000mL 정도 공급하여야 할 것으로 판단되며 , 사질토에서는 생육 초기에 는 8,000mL가 적합할 것으로 판단함. 그 이후에는 10일 간격으로 1,000mL를 줄여 공급하는 방법을 제안함

<세부목표 2> 노지 밭작물 관개용 지중점적관 개발
1) 노지 점적관개시스템에 적합한 복합기능의 지중점적관 개발(’20〜’22)
- 압력보상형 지중관수형 점적관용 드리퍼 및 실리콘 설계
- 지중점적용 드리퍼 목업금형 및 시사출품 제작
- 낙수방지와 압력보상의 균일유량(2.0L/h)을 위한 최적구조를 도출
- 지중점적관의 뿌리막힘 방지기술의 설계 및 제작
* 드리퍼 인서트 상단에 뿌리막힘 방지턱 삽입하여 뿌리 침투를 방지
- 2.0L/h 복합기능 드리퍼 금형을 수정하여 지중점적용 1.2L/h 드리퍼 개발
- 압력보상，낙수방지，뿌리막힘방지 복합기능의 지중점적관 시제품 제작 완료
* 2가지 유출량 모델 시험성적서 획득 : 1.2L/h, 2.0L/h

2) 국내 개발 지중점적관의 성능평가(’20〜’22)
- 유량균등성 테스트 : 남경 자체 38회 실시，경북대，식량과학원 테스트 실시
- KTL(한국산업기술시험원) 유량균등성 및 낙수방지 기능 시험 2회 실시
* 국내 개발 지중점적관 유량균등성 95% 달성. 낙수방지기능 수입산보다 우수
- 뿌리관찰 소형포터，토양조(soil bin) tl험，아크릴큐브 뿌리침투현상 평가
* 점적관 내부 뿌리침투현상은 발견되지 않았음
* 관표면 토출구 형상은 뿌리침투현상과 큰 상관관계 없음을 확인함

3) 국내 개발 지중점적관의 양산 및 디자인 개선(’22)
- 지중점적관용 와인더 드럼 제작
* 점적관 롤 내경을 400mm로 표준화 통일
- 양산생산체제 구축을 위한 지중점적관 포장용 설비 개선
- 개발 국산 지중점적관 디자인 개선
* 점적관 표면에 블루라인 삽입으로 제품 차별성 부여

4) 국내 개발 지중점적관 설치메뉴얼 제작 및 제품 출시(’22)
- 지중매설용 점적관 설치 매뉴얼 리플릿 제작 배포
* 토양에 따른 매설 간격, 깊이 및 매설기 소개 내용의 리플렛 제작 배포
- 지중점적관 개발품 전시회 출시: 2022 국제농기계자재박람회 대구EXCO 신제품 홍보
- 해외 수입제품 비교 및 소비자가격 공개
* 해외 수입산 대비 판매가격 40% 절감 달성 : 외산 (1,000원/m), 남경 (600원/m)

<세부목표 3> 노지 밭작물 관개용 지중점적관의 현장 적용성 평가
1) 국내 유통 점적관의 성능 평가 (’20)
- 국내 유통 지중점적관은 압력보상기능，낙수방지 기능 유무에 따라 유출량의 차이를 보임
* 압력보상 기능이 없는 점적관은 압력증가에 따라 유출량이 증가 → 지중관개용 부적합
- 점적관에 걸리는 압력은 거리에 따라 감소하지만，감소비율은 점적관에 따라 다양하고 원통형인 점적기 부착 점적관의 압력감소가 가장 적었음
- 경사도에 따른 유출량의 변화는 압력보상 기능의 점적관에서는 상대적으로 미미하였음

2) 지중점적관개시스템 효율성 증대를 위한 점적관 유출량 기준 설정(’20〜’21)
- 콩 재배기간동안 사용한 농업용수의 총량은 평균 159ton/ha로 나타냄
- 관개수분이용효율 : 스프링클러 처리구에서 가장 낮은 1.90kg/m³을 보였으며，유출량 1.0L/h 처리구에서 가장 높은 2.60kg/m³를 나타냄
* 유출량이 적은 점적관의 관개수분이용효율이 높아 2.0L7h 및 1.2L/h 점적관 개발 기준 제시
- 지중점적관개시 스프링클러 대비 37% 높은 효율성을 나타냄

3) 개발 지중점적관의 유량균등성 및 낙수방지 성능 평가(’22)
- 시제품 점적관의 타공형태는 유량균등성 및 낙수방지 기능에 영향을 미치지 않음
* 점적관의 양산을 고려하여 점적관의 타공은 원형타공으로 설정
- 유량균등성을 위한 펌프 압력: 최대설치거리 100m → 200kPa, 120m → 250kPa
* 최대설치 거리: 유출량 2.0L/h → 100m내외, 유출량 1.2L/h → 140m 내외
- 시제품(유출량 2.0L/h)은 수입산(유출량 1.6L/h) 대비 압력이 떨어지는 압력강화에 유리하여 적은 압력으로 기준량을 공급할 것으로 판단됨
- 개발 국산 지중점적관은 낙수방지 기능을 65kPa에서 구현

4) 개발 지중점적관의 농가현장 적용성 평가(’22)
- 국내 개발 지중점적관의 수분공급능력은 수입산과 동일한 것으로 판단
* 표토의 수분함량: 자연강우구 25.0%, 외산 점적관 27.9%, 국산 점적관 27.7%
- 현장실증평가에 적용한 지중관개시스템(0.2ha)의 압력별 유량균등성이 수입산 대비 우수
* 기준량 2.0L/h 공급시 필요한 압력 200kPa (수입산 300kPa)
- 경제성 분석: 국산 지중점적관이 드리퍼 부피가 40% 수준으로 제작단가에 유리
* 예상 소매가격: 국개 개발 점적관 600원/m, 수입산 1,000원/m 대비 60% 수준
- 국산 지중점적관 활용 지중관개시스템 기반조성 비용은 ha당 500만원 절감 가능
* 기반조성 비용 : 수입산 활용시 2,900만원/ha, 국산 점적관 활용시 2,400만원/ha
- 점적관 만족도: 수입산 대비 낮은 가격 및 안정성 등에서 만족도가 높았음
- 최대 인장강도: 국개 개발 점적관 659N으로 수입산(603N) 대비 9.2% 높은 값을 나타내 점적관 매설시 훼손될 가능성이 수입산에 비해 낮을 것으로 평가됨

□ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과
□. 기술적 측면의 기대효과
〇 국내 최초의 낙수방지와 뿌리막힘 방지기능을 겸비한 압력보상형 지중점적관 개발
〇 선진국 수준의 지중점적관개기술의 원천기술 확보
- 유량균등성 신뢰수준 95% 달성 (세계 수준 : 95%)
〇 친환경적인 물리적 방지 기술 개발: 산화구리 방식을 지향한 물리적 설계에 의한 방지 기술 개발
〇 정밀 관수자재의 국산화로 농업용수 절감 및 작물생산성 향상

□ 경제적•산업적 측면의 기대효과
〇 점적관 국산화를 통한 수입대체 효과 및 설치비용 절감
- 점적관 비용 40% 절감으로 설치비용 절감 효과(수입산 1,000원/m → 600원/m)
- 개발 완료후 2년차부터 매년 5〜10% 공급가 할인 예상
〇 관수 관련 전후방산업 육성을 통한 생산기반 인프라 구축
〇 기후변화 대응 노지 밭작물 안정생산 기반 구축으로 밭작물 생산성 향상으로 농업경쟁력 강화
〇 국내 주요 밭작물(5종)의 노동 력 절감 및 가뭄 방지효과: 300〜500억원(추정)/년
〇 관수자재의 수입대체 효과는 연구개발 종료후 3년간 32억원 예상

(출처 : 요 약 문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 요약문 ... 2
• 목차 ... 6
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 7
• 1) 연구개발 필요성 ... 7
• 2) 연구개발 목적 ... 8
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행내용 ... 10
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 정도 ... 14
• 1) 연구 수행 결과 ... 14
• (1) 정성적 연구개발성과 ... 14
• (2) 정량적 연구개발성과 ... 115
• (3) 세부 정량적 연구개발성과 ... 115
• 2) 목표 달성 수준 ... 119
• 4. 목표 미달 시 원인분석 ... 120
• 5. 연구개발성과 및 관련 분야에 대한 기여 정도 ... 120
• 6. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 120
• 7. 참고문헌 ... 121
• 끝페이지 ... 123