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농업생산기반시설 설계기준 해설편의 미래기후변화 시나리오 적용성 분석: 농지관개 논관개 계획편을 대상으로
주동혁 ( Donghyuk Joo ),나라 ( Ra Na ),김하영 ( Hayoung Kim ),유승환 ( Seung-hwan Yoo ) 한국농공학회 2023 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2023 No.0
최근 세계 경제 포럼의 Global Risks Report 2023에 따르면 향후 10년 TOP 10 글로벌 리스크로 기후변화 완화 실패, 기후변화 적응 실패, 자연재해 및 극단적인 기상현상 등이 가장 위험한 글로벌 리스크로 평가되었으며, 전지구적으로 극한가뭄 및 홍수로 인해 인명 및 재산 피해의 정도가 극심하게 증가하는 상황이다. 한반도의 경우 연평균기온은 약 1.8℃ 상승하여 전 지구 평균 온난화(0.85℃)의 진행 속도보다 확연히 빠르게 진행되고 있으며, 10년간 여름철 강수량의 증가, 극한 강우의 발생률이 증가하는 상황이다. 농어촌용수 및 농업생산기반시설에서의 기후변화 영향은 타 산업에 비해 크며, 발생빈도 및 피해규모의 불규칙성으로 인해 과학적 예측 및 사전대응에 어려움이 있다. 이러한 기후변화는 농촌지역의 수자원 가용성, 식량안보, 기반시설, 농촌 수익 등에 큰 영향을 미칠 것으로 예상되며, 기후·기상 변동성의 증가는 농업 수자원 및 농업생산기반시설의 이수 관리의 부담을 증가시키고 있다. 한편 2022년 1월 개정된 농업생산기반시설 설계기준(농지관개편)에는 기후변화 관련 문구가 있으나, 설계 당사자가 기후변화를 고려하여 설계할 수 있는 구체적인 방안이 해설편에 제시되어 있지 않은 상황이다. 이에 본 연구에서는 국내·외 미래 기후변화를 반영한 설계기준 개선사례를 조사 및 설계기준의 설계인자를 분석하고, 최종적으로 기후변화 관련 설계기준의 해설편을 제시하고, 적용성을 분석하고자 한다. 설계기준 주요 인자 검토 및 도출을 위해 작물종류, 재배면적, 작부체계 등을 고려한 유입량, 필요수량, 단위용수량 산정 및 경향성을 파악하였으며, 지역 및 시기별 경향성을 분석하였다. 또한 미래기후변화 시나리오 적용방안 분석을 위해 가중치(안전계수)를 도입한 해설편을 제시하고, 농업용 저수지 물수지 분석 및 주요 설계인자를 산정하여 기존 설계기준과 비교·분석하여 개선방안을 제시하였다. 본 연구를 통해 미래 기후변화를 반영하여 효율적인 관개시스템 및 농업용수의 수요 조절 등 다양한 기술 및 전략 도입이 가능한 농업생산기반시설 설계기준 해설편(농지관개 논관개계획편) 개정 방안의 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
통계적 기법을 활용한 저수지 수위자료 실시간 품질관리 기법 연구
주동혁 ( Donghyuk Joo ),김경환 ( Kyunghwan Kim ),최규훈 ( Gyuhoon Choi ),유승환 ( Seung-hwan Yoo ),최은혁 ( Eunhyuk Choi ),강문성 ( Munsung Kang ) 한국농공학회 2020 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2020 No.-
저수지의 수위는 강우, 증발산, 용수공급 등에 의해 항상 변화하고 있으며, 재난예방 등 유지관리를 위하여 이를 적절히 관리해야하는 의무가 있다. 한국농어촌공사에서는 유효저수량 10만㎥ 이상의 저수지 1,700여개소에 10분 단위 자동수위계측을 실시하여 수위자료를 다량으로 축적 및 보정관리하고 있음에도 불구하고, 실시간으로 발생되는 수위자료의 이상치 검출 및 관리시스템 자료와의 비교검증, 보간을 활용한 최적화 값 도출·적용하기까지의 일련의 단계는 실시간으로 대응하기에는 한계가 있다. 기존 연구는 빅데이터를 활용하여 과거자료의 보정 및 관리에는 탁월하였으나, 시계열거동 특성을 보이는 수위자료에서는 정확도의 상향을 기대하기 어려우며, 다양한 원인의 이상치를 하나의 이상치로 묶어 자동분류 되는 경우에는 통계적인 모호성이 커져서 오분류의 가능성도 존재하게 된다. 기존의 일괄적으로 보정하는 품질관리 절차를 실시간 데이터 처리 적용 시에는 문제점이 드러나고 있다. 이에 본 연구에서는 여러 보정방법 중에서 Hampel Filter를 적용하여 보정방법의 간소화 및 정확도를 상향시키고, 실시간 자동점검기준의 범위를 축소한 ‘국지적 최적화 방식’을 이용한 실시간 품질관리 기법을 고도화 방안을 개발하였다. 또한 통계적 분류의 효율성을 높이기 위한 ‘이상치 원인 분류 및 품질등급 부여’방안을 제시하고자 한다.
수로부 수위데이터의 신뢰성 향상을 위한 실시간 품질관리 모듈 개발
주동혁 ( Donghyuk Joo ),나라 ( Ra Na ),김하영 ( Hayoung Kim ),최규훈 ( Gyuhoon Choi ),하창용 ( Changyoung Ha ),이규상 ( Gyusang Lee ),유승환 ( Seung-hwan Yoo ) 한국농공학회 2022 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2022 No.-
최근 물관리기본법이 국회에 통과됨에 따라 통합물관리 정책이 추진되는 상황이며, 이에 따른 농업용수 공급량에 대한 산정 결과 및 정보화 요구가 증대되고 있다. 현재 농업용 수로부에서 생산되는 수문자료는 지속적으로 쌓여가고 있으나 이에 따른 수문자료 품질관리의 신뢰도 및 적용성이 확보되지 않고 있으며, 수로부만의 품질관리 프로세스가 정립되어야하는 실정이다. 수로부 수위자료는 저수지와 달리 수원공별 물공급방식 및 수문 구조물의 영향 등으로 인하여 수위-유량 관계식에서의 공급량 산정 시 그 신뢰성이 낮은 경우가 있으므로 신뢰성을 높이기 위해서는 수로부만의 수위데이터 품질관리 기법 연구가 필요하다. 본 연구에서는 hampel filter 기법, N차 중앙 필터기법, 가우시안 필터기법 등과 수로부 수위자료의 특성(상시 물관리 현황, 관개 방식 등)을 고려하여 이상치 검출 및 보정을 하였으며, 그에 따른 신뢰성을 분석하여 수로부 수위 데이터 품질관리 최적기법을 제시하고자 하였다. 또한 수위-유속데이터를 연계한 품질관리 방안을 정립하여 공급량 산정의 오류를 최소화하며, 관리자가 수로부 계측자료의 특성을 바탕으로 품질관리가 가능하도록 개발하고자 하였다. 본 연구의 결과를 통해 농업용수의 과학적 관리를 위한 수로부 계측정보의 데이터 표준화 및 신뢰도 확보가 가능해지며, 농업용수의 정량화, 영농기 적정 용수 공급 및 농업용수 절약 기준 마련을 위한 정밀한 수문 기초자료의 역할을 할 것으로 기대된다.
탄소-토양-물-에너지-식량 넥서스 기반 농업환경보전프로그램 환경진단 플랫폼 설계
나라 ( Ra Na ),주동혁 ( Donghyuk Joo ),김하영 ( Hayoung Kim ),유승환 ( Seung-hwan Yoo ),이상현 ( Lee Sang-hyun ),김수진 ( Soo-jin Kim ),배승종 ( Seung-jong Bae ),최규훈 ( Gyuhoon Choi ),성재훈 ( Jae-hoon Sung ),손정우 ( Jeongwoo 한국농공학회 2022 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2022 No.-
농림축산식품부에서는 농업 생산활동으로 농촌지역에 긍정적인 영향을 주는 환경자원을 보전하기 위해 2018년부터 마을단위의 농업환경보전프로그램 사업을 시행 중에 있다. 농업환경보전프로그램 환경진단을 위해서는 이를 위한 플랫폼을 구축이 필요한데, 본 연구에서는 다양한 기초자료의 수집 및 조사 결과를 바탕으로 데이터베이스 구축 및 인벤토리 작성 후, 모델링을 통한 자원별 정량화를 위한 포트폴리오를 구축하고자 한다. 탄소, 토양, 물, 에너지, 식량자원 등의 주요 농업자원을 고려한 농업환경보전프로그램 실천 매뉴얼을 적용 및 평가할 수 있는 자원관리평가시스템을 설계한 후, 생물물리학적 및 경제학적 모형의 연계를 통한 농업환경보전프로그램 환경진단 넥서스 분석 기술을 개발 하고자 한다. 또한 시스템다이내믹스를 활용하여 복잡한 요인들의 단일방향 연계성뿐 아니라 피드백을 통한 쌍방향 연계성까지 분석하는 것이 최종 목표이다. 본 연구에서 구축된 환경진단 넥서스 플랫폼은 지속가능한 농업을 위한 농업환경보전활동에 대한 효과를 통합적으로 검증하고, 넥서스 기반으로 개발된 통합 플랫폼은 농업환경보전프로그램을 자원의 지속가능성 개념으로 평가함으로써 정책 및 영농의 의사결정 지원도구로 활용할 수 있을 것이라 기대한다.
CS-WEF(기후-토양-물-에너지-식량) 넥서스 기반 농업 가뭄 영향 평가를 위한 플랫폼 설계
나라 ( Ra Na ),주동혁 ( Donghyuk Joo ),김하영 ( Hayoung Kim ),유승환 ( Seung-hwan Yoo ),윤푸른 ( Pu Reun Yoon ),최규훈 ( Gyuhoon Choi ),성재훈 ( Jae-hoon Sung ),오부영 ( Bu-yeong Oh ),허승오 ( Seung-oh Hur ) 한국농공학회 2022 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2022 No.-
미래 기후변화의 위험성은 증가하고 있다. 이상기후를 포함한 기후변화 관련 이슈가 빈번히 발생하며, 한반도 역시 2100년까지 온난화 및 강수량의 변동에 따라 물 부족의 심도, 지속 기간, 강도는 향후 지속해서 증가할 것으로 예상된다. 특히, 가뭄은 사회기반시설, 인적 자본 등과 같은 자산에 직접적인 영향을 미치지 않으나 물을 중요한 투입재로 사용하는 농업 부분에 피해가 집중된다. 가뭄 재해는 준비와 대응에 따라 피해에 큰 차이가 크기 때문에 다른 재해와는 달리 강도뿐만 아니라 지속 기간을 고려해야 한다. 따라서 기후변화가 복합적으로 영향을 미치는 시점에서 자원 간의 연계성을 근간으로 기후변화의 통합적인 영향을 평가할 수 있는 플랫폼 개발이 필요하다. 이에 본 연구에서는 기후변화 등의 외부요인을 반영한 물-에너지-식량(Water-Energy-Food, WEF) 넥서스 기반 농업가뭄 평가 플랫폼 설계를 제안하고자 한다. 이를 위해 물-에너지-식량 넥서스 연계 해석 고도화 기술을 개발하고, 생물-물리학적 모델 및 경제학적 모델 연계형 기후-토양-물-에너지-식량 넥서스(CS-WEF NEXUS) 플랫폼을 구축하여, 최종적으로 기후변화 및 농업 부문 가뭄 준비 및 대응 수단의 영향 평가를 바탕으로 한 의사결정 지원 도구를 제시하는 것이 최종 목표이다. 본 연구에서 구축된 플랫폼은 다양한 식량, 물, 에너지 정책들이 타 요소들에 미치는 영향을 쉽게 평가할 수 있다는 점에서 정책적 의사결정 지원 시스템으로서의 활용도가 높을 것으로 예상된다. 즉, 농업가뭄의 대응이 다양한 측면에서 검토될 수 있어서 물, 식량, 에너지의 지속가능성을 최대한 유지할 수 있는 조건에서의 농업가뭄 대응 정책수립이 가능할 것으로 기대된다.
탄소-토양-물-에너지-식량 넥서스 기반 농업환경보전프로그램 영향 평가 플랫폼 설계
나라 ( Ra Na ),주동혁 ( Donghyuk Joo ),김하영 ( Hayoung Kim ),유승환 ( Seung-hwan Yoo ),이상현 ( Lee Sang-hyun ),김수진 ( Soo-jin Kim ),배승종 ( Seung-jong Bae ),최규훈 ( Gyuhoon Choi ),성재훈 ( Jae-hoon Sung ),손정우 ( Jeongwoo 한국농공학회 2023 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2023 No.0
농림축산식품부에서는 농업 생산활동으로 농촌지역에 긍정적인 영향을 주는 환경자원을 보전하기 위해 2018년부터 마을 단위의 농업환경보전프로그램 사업을 시행 중이다. 사업지구를 대상으로 5년 동안 농업 비점, 생태계, 농촌 경관 및 농업 유산 분야 등 각종 농업환경보전 활동을 실시하며, 가시적 성과평가 방안 마련의 필요성 증대 및 농업환경보전프로그램의 효율성 제고와 대외적 당위성 확보가 필요한 상황이다. 이에 본 연구에서는 다양한 기초자료의 수집 및 조사 결과를 바탕으로 데이터베이스 구축 및 인벤토리 작성 후, 모델링을 통한 자원별 정량화를 위한 포트폴리오를 구축하고자 한다. 탄소-토양-물-에너지-식량 자원을 고려한 농업환경보전프로그램 실천 매뉴얼을 적용 및 평가할 수 있는 사업관리 및 이행점검시스템을 설계한 후, 생물물리학적 및 경제학적 모형의 연계를 통해 농업환경 영향 평가 시스템을 개발하고자 한다. 또한 시스템다이내믹스를 활용하여 복잡한 요인들의 단일방향 연계성뿐 아니라 피드백을 통한 쌍방향 연계성까지 분석하는 것이 최종 목표이다. 본 연구에서 구축된 영향 평가 플랫폼은 지속가능한 농업을 위한 농업환경보전활동에 대한 효과를 통합적으로 검증하고, 넥서스 기반으로 개발된 통합 플랫폼은 농업환경보전프로그램을 자원의 지속가능성 개념으로 평가함으로써 정책 및 영농의 의사결정 지원 도구로 활용할 수 있을 것이라 기대한다.