농업용수로의 유속측정과 수위-유량관계 분석

오승태 ( Seoungtae Oh ),김진택 ( Jintaek Kim ),박창언 ( Changeon Park ) 한국농공학회 2011 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2011 No.-

농촌용수 이용량은 크게 논관개량, 밭관개량, 그리고 축산용수로 구분되나 농업용수의 대부분인 논 관개에서의 사용되는 양이 83%가 된다. 농업용수 이용량 산정을 위한 기초 자료는 "작물소비수량 산정 방법 정립 연구"이후에 전국적으로 조사가 이루어진 바가 거의 없으므로 전국적인 측정망을 구축하여 지속적인 이용량 측정으로 국가 수자원의 중추적인 역할을 하는 농업용수의 이용량 산정이 확립될 수 있도록 해야 할 것이다. 이에 농업용 수로의 유속측정과 수위 유량관계를 분석하므로써 실제 농업용수 이용량을 산정할 수 있을 것으로 판단된다. 본 유속측정은 농어촌연구원에서 시험지구로 운영하고 있는 경기도 용인의 이동저수지 중심로 용수로의 유속측정을 실시하였으며 유속측정은 용수로의 수위별 유속측정을 하였으며 수위에 따른 유량관계를 분석하였다. 유속측정지점은 3개 저수지의 용수공급 시점부인 이동, 용덕, 미산저수지의 용수로의 유속측정과 수위-유량관계를 산정하였으며 개수로의 대표적인 유량산정식인 manning식과 비교하고 적정 유량산정식을 도출하였다. 향후, 각 저수지의 공급량 산정을 위해 시점부 용수로에서의 실제 유속측정 1회 이상으로 측정하여 유량을 계산하고 적정 유량산정식에 적용하여 농업용수 이용량을 산정할 수 있을 것으로 판단된다.

농촌용수 종합시험지구의 USN 관측망 구축

오승태 ( Seoungtae Oh ),김진택 ( Jintaek Kim ),한국헌 ( Kukheon Han ) 한국농공학회 2011 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2011 No.-

최근 국내 수자원의 중요성이 대두 되면서 여러 연구기관 및 학계에서 시험지구의 운영을 통하여 수자원의 기초자료 관측하고 있다. 국내 시험지구운영 사례를 보면 한국건설기술연구원의 설마천 시험 유역과 한국농어촌공사 농어촌연구원에서 운영하고 있는 농촌용수 종합시험지구가 있다. 또한 학계에서는 연구과제 수행에 따른 시험지구운영을 하고 있으며 과제종료와 함께 시험지구운영은 하지 않고 있는 실정이다. 수자원분야의 미계측 유역의 적용을 위해 시험지구의 운영이 필요성이 증대되고 있다. 이러한 수문기초자료 관측을 위해 시험지구 운영되고 있으며 농업분야에서 농촌용수 종합시험지구는 국내 유일한 시험지구이다. 농업용수의 절약, 과학적 유지관리가 요구되고 있는 상황에서 최근 IT 산업의 발전으로 무선통신과 계측기의 기술발달로 저전력, 저비용으로 물관리 기관의 관리업무 효율성과 물이용자 및 지역주민의 농촌용수 정보를 제공하므로 농촌수자원의 효율적인 물관리와 안정적인 영농을 위해 필요하다. 농촌용수 종합시험지구는 2001년부터 현재까지 시험지구에 관측망을 운영하고 있으며 시험지구 운영을 위해 강우계, 저수지, 하천, 수로수위계를 설치하여 운영하였다. 따라서 농촌수자원의 효율적 관리와 물이용 서비스 제공을 위해 IT기술인 USN(Ubiquitous Sensor Network)적용하여 시험지구 운영 관측망을 구축하였다. 따라서, 본 연구에서는 농업용수의 효율적인 물관리 연구를 위해 경기도 용인에 위치한 이동저수지 지구를 선정하였으며 농업용수 현장 관측항목은 강우량, 하천수위, 저수지수위와 관개지구의 용수로수위를 관측항목에 대해 각각의 관측기를 이동시험지구 현장에 적정하게 설치하여 농업용수 관측망을 설치, 운영하였다. USN 관측망 구성은 수위측정을 위한 센서와 근거리 통신(Zigbee), 서버전송을 위한 CDMA로 구성되어 있다. 저수지 구역은 자동저수위계, 원격강우계, 수로수위계로 구성되어 있으며 양수장 및 하천취입보 구역은 취입부와 토출부에 수로수위계, 평야부에는 용수지선 및 지거에 수로수위계를 설치하였다. 본 시험험지구의 USN 관측망 운영을 통해 농촌수자원의 효율적인 농촌용수 관리가 실현 및 용수관리 기술발전 효과에 기대된다.

농촌용수지구의 원격강우계측시스템 자료 특성

오승태 ( Seoungtae Oh ),김진택 ( Jintaek Kim ),나민철 ( Minchul Na ) 한국농공학회 2011 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2011 No.-

기후변화에 따른 국지성 호우로 인하여 지역별로 강우량의 차이가 많이 나타나고 있다. 그리고 물관리에 있어서 과거 농촌용수 관리는 담당인력이 직접 수리시설물에 가서 수동으로 관리하던 시대에서 최근 원격으로 관리하고 운영하는 수준까지 이르게 되었다. 이에 농촌용수 정보화 시스템 구축을 위해 원격 제어계측시스템으로 농업에서의 중요한 강우 계측시설을 설치하여 인근 AWS의 강우량과 원격강우계측기의 자료를 비교하고 분석하여 농업분야에서 통합정보시스템을 구축하고자 하는 수위계, 유량계, 강우계, CCTV 등과 같은 계측시설을 원격계측시스템을 구축할 수 있는 기반을 마련하고자 한다. 원격강우계측기의 장치구성은 USN 기반으로 태양전지, 밧데리, CDMA, 강우계로 구성되어있다. 원격강우계측기에서 관측된 강우량은 CDMA 통신으로 연구원 서버에 전송되면 Web에서 관측 자료를 시간별 일별 검색 및 다운로드 할 수 있다. 원격강우계측기의 현장 적용을 위해서 한국농어촌공사에서 시범지구로 운영하는 4(이동, 광의, 외산, 인정)지구의 강우관측자료와 인근 AWS의 강우 관측자료를 비교하였다. 원격강우계측기의 설치 위치는 대부분이 저수지 취수탑 인근에 설치하였다. 강우관측자료를 비교한 결과 2011년 6월에서 7월까지의 자료를 비교하였으며 이동지구의 경우 이동 AWS와의 차이가 439 mm 정도 작게 측정되었으며 광의지구는 구례 AWS와 171 mm, 인정지구는 속초 AWS와 47 mm로 나타났다. 외산지구는 청양 AWS와 92 mm로 많이 측정되었다. 인근 AWS와 원격강우계측기의 강우패턴을 살펴보면 비슷한 경향을 보이고 있으며 다소 지역적 특성과 관측지점의 거리, 국지성 호우로 인하여 강우량의 차이를 보이고 있다. 따라서 본 연구결과 농촌용수 통합시스템 구축을 위한 기상관측 강우요소를 원격으로 계측할 수 있는 시스템 기반을 마련할 수 있으며 앞으로 농촌용수 통합시스템 뿐만 아니고 국가 물관리정보화 구축 기반에 기여 할 수 있을 것으로 기대된다.

이동저수지 유역의 강우시 수질특성

김형중 ( Hyungjoong Kim ),오승태 ( Seoungtae Oh ),홍대벽 ( Daebyuk Hong ) 한국농공학회 2009 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2009 No.-

경기도 용인시에 위치한 이동저수지 유역에서 강우시 조사기간 동안에 총 46.4mm의 강우가 내렸는데, 7시간 경과한 후에 유량이 15.0㎥/s로 1차 피크를 보인 후 감소되었다. 그 후 13시간 경과한 후에 19.8㎥/s의 2차 피크를 보였다. 강우가 시작되면서 씻김 현상에 의하여 SS농도가 높아져 유량의 1차 피크시 SS농도도 피크를 보이고 강우가 소강상태일 때에는 다시 급격히 낮아졌다. 그 뒤 다시 강우가 시작되면서 급격히 높아져 2차 유량 피크 1시간전에 SS도 2차 피크를 보이고 급격히 낮아지는 경향을 보였다. COD도 SS와 유사한 경향을 보였는데, 이는 강우에 의해 토양표면이 박리되고 물의 흐름에 의해 씻겨 내려오는 토사의 이동 때문이다. TN의 경우는 강우가 시작되면서 농도가 낮아져 유량의 1차 피크시에는 더욱 낮아지고, 유량의 2차 피크시에도 낮아지는 경향을 보였다. 이는 유량증가에 따른 희석효과로 판단되며, TN은 유량의 변화와 큰 상관성이 없는 것으로 나타났다. TN중에서 차지하는 태별 비율이 88.4%로 가장 높은 NO₃-N이 토양에 잘 흡착되지 않아 토사와 같이 유동하지 않는 특성 때문이다. TP는 유량의 변화와 같은 경향을 보였는데, 이는 토양에 잘 흡착되어 토양과 함께 유동하는 PO₄-P의 성질 때문이다. 즉, TP중 82.1%로 대부분을 차지하는 PO₄-P는 토양에 잘 흡착되기 때문에 SS성분의 유출과 비슷한 경향을 보이는 것이 일반적인 경향이다. 강우시 부하량은 유량의 변화와 유사한 경향을 보였다. 유량과 부하율의 관계는 SS는 L(kg/hr) = 40.587Q^1.3623 이고 R²=0.4433, COD는 L(kg/hr) = 15.103Q^1.12이고, R²=0.7756, TN은 L=7.6575Q^0.9046이고 R²는 0.9807, TP는 L=0.1375Q^1.3838이고 R²=0.773을 나타냈다. According to the results from investigation into water quality and quantity in Idong reservoir watershed during rainfall it has demonstrated that concentration of SS, BOD, COD, and TP showed a similar change tendency to discharge, but TN had hardly interrelationship with discharge.

USN 기반의 농촌용수 관측관리시스템의 녹색성장 효과 고찰

김진택 ( Jintaek Kim ),오승태 ( Seoungtae Oh ),나민철 ( Minchul La ),최규훈 ( Gyuhoon Choi ) 한국농공학회 2011 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2011 No.-

USN(Ubiquitous Sensor Network) 기술을 활용한 스마트 농촌용수 관측관리시스템은 USN기반의 농촌용수관리 무선 통신기술 개발, 태양광 전원과 저전력 계측기술 개발, 센서네트워크 기반의 양방향 디지털 계측기술 개발, 물관리 웹/모바일 기술 개발 등을 통하여 저탄소화, 환경지속성, 환경친화성, 일자리 창출 등으로 녹색성장에 기여하였다. 저탄소화 기여도는 무선통신과 태양광전원을 이용하여 농촌지역에 무분별하게 설치되는 전력ㆍ통신선로와 전신주를 설치하지 않음으로써 소나무 약 5,780만 그루의 탄소배출 저감효과를 기대할 수 있다. 환경지속성 기여도는 현장 실시간 모니터링을 통한 수자원 절약 및 재해대처 능력 강화함으로써 배분관리용수량의 20%에 해당하는 303.4백만톤의 절수가 예상되며 이는 약89.2천톤의 쌀 생산할 수 있으며, 연간 2,400여명이 사용할 수 있는 물을 사용할 수 있는 양이다. 환경친화성 기여도는 농촌지역의 전력ㆍ통신선로와 전신주의 설치를 하지 않아도 됨으로써 농촌의 어메니티, 농촌경관을 보전할 수 있고, 국내 선진 IT 기술의 농촌에의 적용을 활발하게 촉진시키는 한편 해외 농업사업에 수출할 수 있는 국제적인 경쟁력 확보를 통한 일자리 창줄에도 기여할 것으로 기대된다.

농업용 수로에서 Manning공식과 수위-유량관계식과의 유량산정 비교 - 충북 청원군 미호TM/TC지구를 대상으로-

한국헌 ( Kukheon Han ),김진택 ( Jintaek Kim ),오승태 ( Seoungtae Oh ),맹승진 ( Seungjin Maeng ),김태우 ( Taewoo Kim ) 한국농공학회 2011 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2011 No.-

물부족 국가인 우리나라에서 댐과 같은 수자원개발이 곤란하게 된 시점에서 기존 수자원의 효율적인 관리 및 배분이 중요한데, 이를 위해서는 수문자료의 효율적인 활용 및 기초작업으로서 신뢰성 있는 유량자료의 획득이 대단히 중요하다. 그러나 유량산정에 있어 수위-유량관계식(Rating)의 허용오차가 일본의 경우 10%이내이고, 미국의 경우는 8%이내 이지만 우리나라의 경우는 한강유역에서조차 1999년도의 표준오차가 86%를 나타낸 것으로 볼 때 유량측정 기술수준 및 정확성이 크게 미흡함을 알 수 있다. Manning에 의한 유량산정은 조도계수 값의 결정이 중요한데, 조도계수는 평균유속, 흐름저항, 하상입자의 이동, 하상의 변화 등의 흐름특성을 규명하는데 중요한 물리적 요소인데, 조도계수는 어떤 특정한 요인에 의해 결정될 수 있는 것이 아니라 하상입자들의 특성, 식생상태, 수로단면의 변화 및 만곡 등에 의해 영향을 받고, 시간과 공간, 그리고 유량의 규모에 따라 변화하는 가변성을 갖고 있다. 이처럼 많은 요인들에 의해 조도계수는 영향을 받기 때문에 그 산정이 매우 어렵고, 아직까지도 절대적인 산정방법이 없는 실정이다. 따라서, 본 연구는 행정구역상 충청북도 청원군과 증평군에 위치한 경지정리 구획지구인 미호지구를 대상으로 미호 지구내 농업용 수로 8개 지점을 대상으로 실측유량에 의해 산정된 수위-유량관계식과 이론에 의한 유량 산정인 Manning 공식을 이용한 유량 산정 결과와 비교하였다. 본 미호지구 농업용 수로에 적용된 조도계수의 값은 “콘크리트(표면이 마감된)”의 0.011~0.015를 중심으로 하였으나, 미호지구내 수로는 콘크리트 단면으로 되어 있으나 수로내 토사퇴적, 식생분포 및 콘크리트 단면의 부식 등이 있어 0.015보다 큰 조도계수를 적용하여 지점별 유량을 산정하였다. 그 결과 8개 지점 각각에 대한 단면상황에 따른 조도계수를 공학적인 경험에 의해 산정하였으며, 추정된 조도계수로 유량을 산정하는데 참조할 수 있을 것으로 판단되며, 산정된 조도계수를 타 지역의 콘크리트 수로의 유량산정의 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 사료된다.

효율적인 물관리을 위한 농촌용수 관측관리시스템 구축

김진택 ( Jintaek Kim ),윤동균 ( Dongkoun Yun ),오승태 ( Seoungtae Oh ) 한국농공학회 2012 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2012 No.-

최근 가뭄 및 홍수로 인한 재해의 피해가 증가하고 있으며 이로 인한 국가 수자원의 효율적인 관리를 위한 농촌용수관측관리에 대한 국가적인 요구가 증대되고 있다. 농업용수지구의 체계적인 관측, 물관리 실용화 방안 필요하다. 농업용수의 농촌지역 다목적 활용과 4대강 수자원 연계운영 등을 위한 과학적이고 효율적인 용수관리와 물이용서비스 제공을 위한 IT기술기반의 농촌용수 관측관리 시설 현장 설치와 시스템을 구축하였다. 농촌용수 관측관리시스템은 수원공, 하천 및 수로의 수위, 유량관측 시설을 설치하여 수자원의 효율적인 관리 및 재해대처 능력 향상을 도모하는 시스템으로 다음과 같이 3개 시설로 구성되어있다. 현장계측시설, 정보통신시설, 농촌용수 관측관리시스템이다. 현장계측시설은 저수지, 양수장, 용수로 및 농경지에 관측시설을 설치하는 것이며 정보통신시설은 관측시설에 근거리 통신(Zigbee), CDMA와 같은 무선통신장비를 설치한 것이며 농촌용수 관측관리시스템은 관측된 자료 및 정보를 통신장비를 이용하여 서버에 전송하여 용수관리자 및 물사용자에게 정보제공을 할 수 있는 프로그램이다. 관측관리시스템은 2009년부터 2011년까지 시범지구3지구를 포함하여 5지구가 관측관리시스템 구축되었으며 2012년 3지구가 시행중에 있다. 현재 관측관리시스템 운영중인 전남 구례에 위치한 광의지구와 강원 고성에 인정지구, 충남부여에 외산지구, 전북 정읍에 신면지구, 충남 예산에 신양지구에 농촌용수 관측관리시스템을 구축하였다. 농촌용수 관측관리시스템의 구축으로 현장 모니터링을 통한 실시간 용수공급현황과 수자원의 관리를 위한 가뭄·홍수 재해 대처능력 강화 및 농촌용수 다목적이용 및 하천연계 운영을 위한 계측자료 확보, 현장계측과 적정 용수공급량산정 프로그램을 이용하여 수자원의 절감, 대농업인 용수서비스 개선, 선진 IT기술과 융합한 농촌용수 관리기술 발전에 기여할 것으로 기대된다.

농촌용수 관측관리시스템 구축 사례

김진택 ( Jintaek Kim ),윤동균 ( Dongkoun Yun ),오승태 ( Seoungtae Oh ) 한국농공학회 2011 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2011 No.-

국가 수자원의 효율적인 관리를 위한 농촌용수 관측관리에 대한 국가적인 요구가 증대되고 있으며 단위 용수지구의 체계적인 관측 물관리 실용화 방안 필요하다. 농업용수의 농촌지역 다목적 활용과 4대강 수자원 연계운영 등을 위한 과학적이고 효율적인 용수관리와 물이용서비스 제공을 위한 IT기술기반의 농촌용수 관측관리 시설 현장 설치와 시스템 구축 필요하다. 농촌용수 관측관리시스템은 수원공, 하천 및 수로의 수위, 유량관측 시설을 설치하여 수자원의 효율적인 관리 및 재해대처 능력 향상을 도모하는 시스템으로 다음과 같이 3개 시설로 구성되어있다. 현장계측시설, 정보통신시설, 농촌용수 관측관리시스템이다. 현장계측시설은 저수지, 양수장, 용수로 및 농경지에 관측시설을 설치하는 것이며 정보통신시설은 관측시설에 근거리 통신(Zigbee), CDMA와 같은 무선통신장비를 설치한 것이며 농촌용수 관측관리시스템은 관측된 자료 및 정보를 통신장비를 이용하여 서버에 전송하여 용수관리자 및 물사용자에게 정보제공을 할 수 있는 프로그램 이다. 관측관리시스템의 시범구축으로 총저수량 10만톤 이상, 수혜면적 50 ㏊ 이상 지구를 적용하여 2009년 전남 구례에 위치한 광의지구와 2010년 강원 고성에 위치한 인정지구, 충남 부여에 위치한 외산지구에 총 3지구에 농촌용수 관측관 리시스템을 구축하였다. 농촌용수 관측관리시스템의 시범구축으로 현장 모니터링을 통한 가뭄ㆍ홍수 재해 대처능력 강화 및 농촌용수 다목적 이용 및 하천연계 운영을 위한 계측자료 확보, 현장계측과 적정 물공급을 통한 수자원의 절감, 대농업인 용수서비스 개선, 선진 IT기술과 융합한 농촌용수 관리기술 발전에 기여할 것으로 기대된다.