기후변화 연구를 위한 기상자료 생성 프로그램 개발

윤동균 ( Dongkoun Yun ),김진택 ( Jintaek Kim ),한국헌 ( Kukheon Han ),조진훈 ( Jinhoon Jo ) 한국농공학회 2010 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2010 No.-

농업은 인간시스템과 자연생태계가 만나 관리되는 시스템으로써 기후변화에 민감하게 반응하는 가장 취약한 부분이다. 따라서 이러한 기후변화로 인한 기온 및 강수량 증가에 따른 물수지 과정을 모의하고 농업수자원 변화 등 기후변화에 따른 수문과정을 정량화하기위해 많은 연구들이 수행되고 있다. 그러나 GCM에서 제공하는 기상자료는 농업부분의 증발산량 및 물수지분석에 필요한 기상자료는 구축되지 않은 실정이다. 작물의 증발산량을 산정하기 위해 Blaney-Criddle, Penman FAO24, Penman-Monteith 를 이용하여 증발산량을 산정하고 있으나 수식에 필요한 입력자료가 부족하여 다른 방법 등을 이용하여 분석하고 있다. 이러한 증발산량 및 물수지분석에 필요한 기상자료를 생성하기 위해 본 연구에서는 미래 기상자료를 이용하여 물수지분석에 필요한 4가지 기상자료를 추가로 생성하는 프로그램을 구축하였다. 프로그램을 이용하여 생성된 기상자료는 과거 춘천관측자료를 이용하여 상관관계 분석을 한 결과 증발량, 습도, 일조시간, 풍속은 각각 0.877, 0.702, 0.611, 0.655로 나타났다. 현재 구축된 기상자료생성 프로그램은 현재 농업용수 물수지분석의 장기예척을 위해 반드시 필요하며, 보다 정확한 기상자료 생성을 위해 여러 변수들에 대한 연구가 추가적으로 진행되어야 할 것으로 판단된다.

농업용저수지 취수시설 공동현상 분석

윤동균 ( Dongkoun Yun ),김진택 ( Jintaek Kim ),조진훈 ( Jinhoon Jo ),정상옥 ( Sangok Chung ) 한국농공학회 2010 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2010 No.-

최근 기후변화로 인한 집중호우가 계속적으로 증가하고 있는 실정이다. 그로 인해 1998년에는 40개, 1999년에는 5개의 소규모 저수지가 붕괴된바 있다. 또한 최근에는 경북 포항에 위치한 저수지가 증가한 홍수량을 감당하지 못해 여수토를 파괴시켜 수위를 낮추는 경우도 있었다. 대부분의 저수지가 홍수조절기능을 갖추지 않은 실정이고 53.8%가 광복이전에 만든 노후 된 저수지임에 따라 집중호우시 농업용저수지는 상당히 취약한 위치에 있다고 할 수 있다. 이러한 이상홍수량을 조절하기 위해 대부분 취수시설(사통, 취수탑)을 이용하고 있으나 그로이해 단시간에 증가하는 홍수량을 방류하기 위해 취수수문을 일시에 개방함에 따라 최근 공동현상(Cavitation)이 발생하고 있으며, 그로인한 소음과 진동 등으로 시설물 파손 및 재해위험이 발생할 수 있어 빠른 시일 내에 공동현상에 대한 원인을 분석하고 이상홍수시 시설물관리를 제시하는 것이 시급한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 원활한 홍수 조절 및 수리 시설물의 안정성 확보를 위하여 기존의 공기통 설계 지침을 재검토하고, 대안을 제시하는 것을 목표로 하고 있다. 본 연구를 통해 홍수조절능력이 없는 농업용저수지 및 노후 저수지에 대해서는 이상홍수에 대비할 수 있는 기회가 될 것으로 판단되어 지며, 홍수조절을 통한 경제적 효과도 기대할 수 있을 것으로 판단된다.

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.

지그비(Zigbee) Active 태그를 이용한 농촌용수관리 적용성 고찰

김진택 ( Jintaek Kim ),윤동균 ( Dongkoun Yun ),나민철 ( Minchul La ),박지양 ( Jiyang Park ) 한국농공학회 2011 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2011 No.-

농촌용수관리에 있어서 시설현황 및 운영 자료의 갱신은 가장 중요한 업무 프로세스이다. 농촌수리시설물의 경우에 종래에는 수로감시원이 종이 조사표를 들고 점검을 한 후, 이를 다시 컴퓨터에 입력하는 과정을 거치기 때문에 업무의 비효율성이 크고, 타이핑 과정에서 오타가 발생할 가능성도 있어 신뢰성을 확보하기가 쉽지 않다는 문제점이 있었다. 본 연구에서는 지그비(Zigbee) 무선통신, RFID 태그 및 QR코드를 통한 농촌용수관리 현장적용성을 시행하였다. 지그비 무선통신을 이용한 Zigbee Tag 시스템은 지그비 유심카드를 내장한 스마트폰과 Zigbee Tag, Exciter 신호발신기로 구성되어 RFID Tag가 갖는 낮은 인식률 문제를 해결함과 동시에 QR 코드가 갖고 있는 카메라 포커싱에 의한 인식불가 문제와 함께 카메라 성능과 QR코드의 크기에 따른 인식거리 문제를 해결할 수 있을 것으로 기대된다.

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.

대호저수지 유입량 산정에 관한 연구

한국헌 ( Kukheon Han ),박명수 ( Myeongsoo Park ),윤동균 ( Dongkoun Yun ),김해도 ( Haedo Kim ) 한국농공학회 2012 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2012 No.-

대호지는 대단위 농업종합개발사업의 일환으로 시행되어 방조제 및 배수갑문 공사는 1981년에 착공하여 1985년 12월에 준공되었으며, 대호지의 기본계획에 대해서는 1980년에 이루어져 현재 31개년이 경과되었다. 그간 경제사회의 급격한 발전과 주변환경의 많은 변화가 있었고 이에 따라 당초계획을 검토하면 개발면적과 몽리면적의 내용별 증감, 용수의 다양화 및 추가수요 등이 크게 대두되고 있으며 또한 당초계획때 보다 확률강우량이 증대되고 대호지가 축조된 지장기간이 경과함에 따라 퇴적으로 인한 내용적 감소현상이 나타나는 등 수문조건이 변화하였다. 대호방조제가 위치한 지역에 대한 중분류 토지피복 분류도를 분석한 결과 전지역 중 농업지역이 47.23%, 산림지역37.68%로 84%이상의 토지가 농업지역과 산림지역으로 구성되어 있으며, 농업지역 중 논은 약 12,485.8ha로 84.64%를 차지하였으며 밭은 2,085.3ha, 하우스재배는 12.6ha, 과수원 50.0ha, 기타재배지 117.9ha로 각각 14.14%, 0.09%, 0.034%, 0.8%로 구성되었으며, 지구 내 수역은 내륙수와 해양수로 구분하였으며 전 지구에 대한 내륙수는 약 8.7%, 해양수는 0.1%로 전 지구의 약 8.8%를 차지하는 것으로 나타났다. 대호저수지의 유입량 산정을 위해 대호유역을 답사하고 유역의 수문학적 특성을 잘 나타내며 지속적인 수문관측이 가능한 15개 관측지점을 선정하였으며, 유역면적은 1:100,000 지형도에서 산출하였으며, 유역면적이 가장 작은 지점은 대호 9지점으로 1.28㎢이고 가장 큰 지점은 대호 1지점으로 44.61㎢이다. 또한, 유량산정을 위해 관측지점별 수위표를 설치하였으며, 단면조사는 유량조사와 병행하여 실시하였다. 유량조사는 유속계를 이용해 중간단면평균법으로 조사를 실시하였으며, 사용한 유속계는 BFM 002(Valeport, Co, UK)와 Swoffer 2100 휴대용 유속계를 사용하여 유속을 측정하였다. 대호유역 15개 관측지점에 대해 2011년 각 지점별로 16회씩 유량조사를 실시하였으며, 강우시 유속 측정은 11월18일과 11월 30일 2회에 걸쳐 실시하였다. 유입유량 산정 및 분석결과, 관측 지점 중 대호 3 지점은 대호담수호로 직접 유입되는 지점으로 대호담수호 수면의 영향을 크게 받아 유속이 없고 바닥이 매우 연한 점토질로 되어 있어 도섭에 의한 유량조사가 매우 어려운 지점이었으며, 대호 4지점은 2011년 11월 18일 이후 공사 중인 제2서산사업단지 관련 관로공사가 실시되어 유량측정이 불가하으며, 이외 관측지점에 대해서도 하상정비와 하천내 줄, 갈대 등의 추수식물에 의한 해성점토질 수렁이 형성되어 측정에 어려움이 있었다. 향후 고수위 이상 수위가 발생할 때와 배수갑문 조작에 의한 상류지역의 영향 등을 해석 및 대호담수호 유입유량 산정에 활용하기 위해서는 지속적으로 수위관측 및 유속측정을 통한 유입량 산정이 필요하다고 판단된다.

강우량 상관분석을 이용한 미호 농촌용수지구 기상관측소 특성 분석

한국헌 ( Kukheon Han ),김진택 ( Jintaek Kim ),윤동균 ( Dongkoun Yun ),맹승진 ( Seungjin Maeng ),이승욱 ( Seungwook Lee ) 한국농공학회 2011 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2011 No.-

대상지구내 수문분석과 물수지분석을 위해 기상관측소를 선정하는데 있어 76개 기상관측소를 대상으로 티센망을 이용하여 기상자료를 사용하고 있다. 그러나 강우계 자료는 지점에 대한 정확한 강우량을 나타낼 수 있지만 강우계의 설치밀도가 조밀하지 못하고, 최근 기후변화로 인한 국지성호우의 증가로 인해 해당 지구를 대표하는 강우관측소를 특정 관측소로 결정한다는 것은 논란의 대상이 되고 있다. 따라서, 본 연구는 행정구역상 충청북도 청원군과 증평군에 위치한 경지정리 구획지구인 미호지구를 대상으로 저수지를 포함한 미호지구내 위치한 강우관측소를 대상으로 상관분석을 통해 미호지구에 적합한 기상관측소를 선정함으로써 향후 저수지를 포함한 미호지구내 수문분석과 물수지 분석의 신뢰성을 향상시키는데 도움이 되고자 한다. 미호지구내에 위치한 기상관측소는 기상청에서 관리하는 청주관측소, 진천관측소 및 증평관측소가 있으며, 강우관측소별로 보유하고 있는 강우관측기록은 청주관측소가 1967년부터, 진천과 증평관측소는 1997년부터 현재까지이다. 강우관측소간 상관관계를 분석하기 위해 3개 강우관측소가 공동으로 보유하고 있는 강우기록년인 1997년 이후의 강우 자료를 대상으로 상기의 기간에 해당하는 시강우량을 수집하였다. 또한 보다 다양한 조건의 분석을 위해 수집된 시강우량을 일강우량, 월강우량, 관개기(4월부터 9월), 연강우량으로 구분하여 재정리하였다. 상관 분석은 2개의 강우관측소간 및 분석기간별로 실시하였는데, 청주관측소와 증평관측소, 증평관측소와 진천관측소, 청주관측소와 진천관측소 이들 관측소간 각각에 대해 시강우량, 일강우량, 월강우량, 관개기강우량, 연강우량을 대상으로 총 15가지 경우에 대해 상관분석을 실시하였다. 그 결과 3개 강우관측소간 5% 유의수준에서 유의한 상관관계가 인정되었으며, 시강우량, 일강우량, 월강우량, 관개기강우량에서 상대적으로 청주-증평관측소의 상관선이 다른 관측소에 비해 크게 나타났고, 연강우량에서는 청주-진천관측소의 상관성이 높게 나타났다. 또한, 미호지구내 3개 강우관측소에 대한 강우량의 양적특성을 분석한 결과, 연평균강우량은 청주 1,308mm, 증평 1,256mm, 진천 1,360mm로 청주관측소와 증평관측소는 2% 범위내에서 유사한 반면 진천관측소의 강우량은 지형 및 공간적 특성(산악 등)이 반영되어 타 강우관측소보다 약 7~9% 정도 크게 나타났다. 따라서, 미호지구내 미호저수지 유역의 수문분석 등을 실시할 경우 미호저수지 유역 인근에 위치한 진천관측소의 강우량을 사용하고, 미호저수지 하류부 몽리구역에 대한 물수지 분석 등을 실시할 경우에는 용수공급의 용이성 확보를 위해 청주관측소보다 적은 증평관측소의 강우량을 사용하여 분석할 것으로 판단된다.

HSPF 모형을 이용한 대호저수지 유역의 장기유출량 산정

한국헌 ( Kukheon Han ),조진훈 ( Jinhoon Jo ),박명수 ( Myeongsoo Park ),윤동균 ( Dongkoun Yun ),황진욱 ( Jinwook Hwang ) 한국농공학회 2012 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2012 No.-

대호지는 대단위 농업종합개발사업의 일환으로 시행되어 방조제 및 배수갑문 공사는 1981년에 착공하여 1985년 12월에 준공되었으며, 현재 31개년이 경과되어, 몽리면적의 내용별 증감, 용수의 다양화 및 추가수요 등이 크게 대두되고 있으며 또한 당초계획때 보다 확률강우량이 증대되고 장기간에 대한 퇴적으로 인한 내용적 감소현상이 나타나는 등 수문조건이 변화하였다. 따라서, 본 연구에서는 대호지 유역을 대상으로 수자원의 다양한 활용을 위해 최근 수문조건을 고려한 장기유출량을 산정하였다. 장기 유출 모형은 유역의 예상 유입량과 소비수량 예측을 통해 농업용 댐을 적절하게 관리하기 위하여 필요하며, 본 연구에서는 유역규모, 유역특성 등을 고려해 장기유출량 산정을 위해 HSPF(Hydrological Simulation Program - Fortran) 모형을 선정하였다. HSPF를 이용하여 장기유출량을 추정하는 방법은 지형관련 주제도를 BASINS에서 구축하고, 강우, 온도, 풍속 등의 기상자료를 WDMUtil을 이용해 구축하여 HSPF 호환모형인 WinHSPF 모형을 통해 유출량을 계산한다. 대상유역인 대호저수지 유역의 장기유출량 산정을 위하여 GIS 자료를 이용한 HSPF 모형의 입력자료를 구축하였는데, 대상 유역은 준산간지역과 논, 담수호 등으로 구성되어 있으며 유역별 지형특성은 수치지도와 ArcGIS 9.0을 이용하여 경사방향도, 경사분포도, 음영기복도, 표고분포도, 토양도, 토지이용도 등을 구축하였으며, 대호저수지 유역의 장기유출량 산정을 위하여 전체를 14개 소유역으로 분리하였다. HSPF 모형의 기상자료는 본 지구 내 주변에 위치하면서 비교적 장기간 관측 자료를 보유하고 있는 기상청 관할서산관측소의 강우, 최고기온, 최저기온, 평균풍속, 운량 등의 관측자료(1970-2010)를 WDMUtil을 이용하여 구축하였다. 기본 GIS 자료를 BAINS 4.0을 이용하여 HSPF 모형의 지형자료를 구축하였으며, 구축한 과정은 GIS에서 구축한 대상지역의 DEM, 하천도, 유역도를 이용하여 BASINS 4.0에서 Subbasin Parameters, Stream Network을 결정하고 Watershed Delineation을 구축하였다. 생성된 Subbasins, Streams, Outlets을 기본자료로 GIS 자료인 소유역별 토지피복분류도와 기상자료인 WDMUtil 자료를 이용하여 HSPF 모델의 입력자료를 구축하였으며, 소유역별 토지피복분류도는 시가화 건조지역, 농업지역, 산림지역, 초지, 나지, 습지, 수역(Water)의 7개의 대분류로 나누었고 시가화 건조지역의 불투수성은 60%로 설정하였다. 모형의 분석 결과, 대호호유역의 연간 총 유출량은 평균 171.3백만m3이었으며 연강우량의 평균치는 1,292.5mm로 나타났으며, 2010년 강우량이 2,132.8mm로 최고치를 나타냈고 총 유출량도 약 429.4백만m³으로 최고치였으며 유출고는 1.42m이다. 연강우량의 최저치는 1988년이었으며, 총 유출량은 1975년 51.4백만m3이 최저치로 유출고가 0.17m로 기록되었다. 이와 같이 WinHSPF를 이용하여 40년간(1970-2010)의 평균치를 산정한 결과 대상기간 강우량은 1,292.5mm, 강우량에 대한 평균 유출고는 580.4mm로 유출률은 0.44이다.