생육시기별 관개용수 염도수준이 벼 생육에 미치는 영향

김학관 ( Hakkwan Kim ),김성필 ( Seongpil Kim ),이동학 ( Donghak Lee ),최선화 ( Sunhwa Choi ),엄한용 ( Hanyong Um ) 한국농공학회 2019 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2019 No.-

농업용수로서 적합한지를 결정하는 중요한 수질 항목인 염분은 작물의 생육을 저해하거나, 말라 죽게 하는 요소이다. 높은 염분은 토양수분포텐셜을 낮추어 작물이 수분과 영양분을 흡수하기 어렵게 만듦으로써 작물의 생산성을 저하시키기 때문에 1950년대부터 농업용수 수질의 적합성을 판단하는 가장 중요한 항목으로 사용되고 있다. 관개용수의 염도는 벼를 포함한 작물의 생산성에 영향을 미치며, 국내에서는 시설재배지에서 작물이 염류 장해를 받지 않는 기준으로 토양 전기전도도를 2.0 dS/m미만으로 정하고 있으며, 국제연합 식량농업기구(FAO, 1985)는 포화추출에 의한 토양의 염류농도(ECe)와 관개수의 염류농도(ECw)로 작물별 토양의 안전사용농도 가이드라인을 제시하였다. 우리나라 농업용수의 수질기준은 3가지 법에서 각기 다른 기준을 적용하고 있다. 하천수는 환경정책기본법 시행령에서 ‘약간나쁨(4급)’ 등급을 농업용수로 사용할 수 있다고 하였으며, 호소수의 경우도 동 시행령에서’약간나쁨(4급)’ 등급을 농업용수로 사용할 수 있다고 하고 있다. 또한 지하수는 지하수의 수질보전 등에 관한 규칙 제11조 ‘지하수 수질기준’에 따라 농업용수의 수질기준을 설정해 두고 있다. 이렇듯 현행법상 수원별로 법령이 다름으로 인해 농업용수의 수질기준 항목 및 기준치가 서로 상이하며, 농업용수 수질기준이 관개용수로서의 기준이 아니라 수원관리의 목적으로 설정된 기준으로 농업용수 수질분쟁 등과 관련된 다수 민원발생의 소지가 있는 것이 현실이다. 또한 우리나라의 간척지 중 약 81.0%는 논으로 사용되고 염해논이 약 21.9%가 존재하는 것으로 파악된다. 이상에서 살펴본 바와 같이 논벼 포함한 작물의 생육은 염도에 따라 영향을 받으며 국내의 경우 간척지에서의 논농업 비중이 높으며 담수호 및 해수의 유입으로 인한 염해 발생도 또한 높으며 가뭄으로 인한 염해의 영향 또한 지속적으로 발생하는 실정이다. 본 연구에서는 논벼의 생육에 영향을 미치는 관개용수의 염도수준에 대한 실험을 수행하였다. 실험의 주목적은 생육기간 전체에 대한 관개용수의 염도수준이 아닌 이앙기-활착기-유수형성기-수잉기-출수기-등숙기로 이어지는 생육단계별 관개용수의 염도수준이 논벼의 생육이 미치는 영향을 평가하여 관개용수의 일시적 염도수준의 변화로 인해 발생하는 문제에 대처할 수 있는 자료를 제시하고자 하였다.

물순환 정책 장애요인을 고려한 유역 물순환 평가

김석현 ( Seohyeon Kim ),김시내 ( Sinae Kim ),황순호 ( Soonho Hwang ),김학관 ( Hakkwan Kim ),강문성 ( Moon Seong Kang ) 한국농공학회 2021 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2021 No.-

유역기반 물순환 취약특성 분석 및 우선관리지역 도출

김시내 ( Sinae Kim ),김석현 ( Seokhyeon Kim ),이현지 ( Hyunji Lee ),김지혜 ( Jihye Kim ),김학관 ( Hakkwan Kim ),강문성 ( Moon-seong Kang ) 한국농공학회 2021 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2021 No.-

기후변화에 따른 한강유역 미래 물순환 건강성 평가

김시내 ( Si Nae Kim ),이현지 ( Hyunji Lee ),김계웅 ( Kyeung Kim ),김학관 ( Hakkwan Kim ),강문성 ( Moon Seong Kang ) 한국농공학회 2020 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2020 No.-

기후변화와 토지이용의 변화는 물순환 체계를 변화시키며, 물순환 체계 변화 분석을 위해 다수의 연구에서는 유역단위 물순환 평가를 수행하고 있다. 하지만, 현재까지 선행 연구는 현 상태의 물순환 체계를 평가하였으며, 기후변화에 따른 장래의 물순환 변화 평가 연구는 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 HSPF(Hydrologic Simulation Program-FORTRAN) 모형으로 유역 물수지 분석을 수행하고, 기후변화 시나리오를 적용하여 장래 변화를 분석하였으며, 물순환 변화 평가를 위해 Budyko 곡선을 활용한 물순환 건강성 지표를 산정·비교하였다. 대상유역으로 한강유역을 선정하였으며, 과거 대비 현재 및 미래의 물순환 건강성 평가를 위해 1975년도를 기준년도로 설정하였다. 1975년도 기준토지이용도를 HSPF 모형의 입력자료로 사용하였으며, 2013년도 토지이용도를 이용한 보정 매개변수의 계수를 적용하여 HSPF 모형을 구축하였다. HSPF 모형의 기상자료 구축을 위해 기상청에서 제공하는 과거 1970∼2015년 기상자료를 활용하였으며, 기후변화 자료는 CMIP6 (Coupled Model Intercomparison Project Phase 6) SSP5-8.5 시나리오의 UKESM1-0-LL모형을 선정하여 2054∼2099년 미래 기상자료를 활용하였다. HSPF 모형을 통한 현재 및 미래기간의 물수지 분석 결과 유출량, 강수량, 잠재증발산량을 산정하였으며, 이를 통해 현재 및 미래의 물순환 왜곡도를 산정하고 Budyko 곡선을 구축하였다. 본 연구의 결과는 장래 물순환 변화를 예측하고, 물순환 관리계획 설정을 위한 기초자료로 활용할 수 있을 것으로 사료된다.

HSPF의 surface FTABLE 기능을 활용한 저영향개발 기법 적용에 따른 수문요소 분석

이현지 ( Hyunji Lee ),강문성 ( Moon Seong Kang ),김학관 ( Hakkwan Kim ),김지혜 ( Jihye Kim ),김석현 ( Seokhyeon Kim ),곽지혜 ( Jihye Kwak ),김시내 ( Sinae Kim ) 한국농공학회 2022 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2022 No.-

도시화로 인해 유역의 불투수면적이 증가하였으며 이는 유역의 수문학적 요소에 큰 변화를 가져왔다. 이러한 증가된 불투수면적이 강우유출수의 수문에 미치는 영향을 완화하기 위해 최근 저영향개발(Low Impact Development; LID) 기법이 개발되어 적용되고 있다. LID 기법은 개발 이전의 수문순환 상태에 최대한 근사하도록 개발하는 기법으로 우수 유출 속도 감소, 유역에서의 저류, 침투 및 증발산 과정을 촉진시킨다. 효과적인 저영향개발 기법 적용을 위해서는 시설 설치 전 모형을 이용한 저영향개발 기법의 적용 효과를 파악해야 한다. 이에 따라 많은 저영향개발 기법 모형들이 개발되어 적용되고 있다. 기존 HSPF (Hydrological Simulation Program: FORTRAN) 모형 내 LID tool을 이용하여 LID 기법 적용 시 LID 시설을 통한 침투량이 유역의 중간유출이나 기저유출에 기여하지 못하는 문제가 있었다. 이에 본 연구에서는 HSPF 12.4 버전에 추가된 surface FTABLE 기능을 활용하여 LID 기법의 저류현상을 구현하고 기존의 LID tool을 활용한 방법과의 수문요소에 대한 영향을 분석하였다. HSPF 모형의 입력자료를 구축하여 모형을 구축하고 LID 기법 적용 전에 모형의 보정 및 검정을 수행하였으며, LID 기법을 적용하여 유역 내 수문요소들의 변화를 분석하였다. 지표유출의 경우 두 방법에서 모두 유사하게 감소하였다. 기존의 LID tool을 활용한 방법에서는 중간유출과 기저유출이 LID 기법을 적용하지 않은 경우와 유사한 값을 보이며 물수지 분석에서 LID 기법을 적용하지 않은 경우와 큰 차이가 발생하였다. 그러나 surface FTABLE을 활용한 방법에서는 LID 시설을 통한 침투량이 중간유출과 기저유출에 기여하여 그 값이 증가한 것을 확인할 수 있었으며 물수지 분석에서도 LID 기법을 적용하지 않은 경우와 유사한 값을 보였다. 본 연구의 결과는 향후 LID 효과분석을 위해 활용할 수 있을 것으로 사료된다.

관개용수 염도수준에 따른 시설 상추 및 당근의 생육 영향 분석

전지혜,정한석,김학관,Jeon, Jihye,Jeong, Hanseok,Kim, Hakkwan 한국농공학회 2015 한국농공학회논문집 Vol.57 No.4

The objectives of this study were to monitor and assess the effects of saline irrigation water on lettuce and carrot growth in protected cultivation. One control and 4 treatments with three replications, which were differentiated according to the level of salinity in irrigated water, were employed for each vegetable to assess the effects of the irrigation with saline water. Monitoring results showed that the use of irrigation water containing above a certain level of salinity was found to cause excessive accumulation of salts in the soil as saline irrigation water increased electrical conductivity (EC) and sodium ($Na^+$) content in both lettuce and carrot soil samples, while tap water irrigation used as control decreased the salinity in the samples. The salinity higher than the threshold level of irrigation water was found to reduce the yields of lettuce and carrot, while in less than the threshold level the higher the salinity of the irrigation water increased the yields. The salinity of the irrigation water also appeared to increase the internal salinity of the plant as the $Na^+$ content in plant increased as the salinity of irrigation water increase. Increased $Na^+$ content was analyzed to be able to increase the sugar content in carrot. This study could contribute to suggest water quality criteria for safe use of saline water in protected cultivation, although long-term monitoring is needed to get more representative results.

Budyko 곡선을 활용한 수문시스템 변화 분석

김계웅 ( Kyeung Kim ),이현지 ( Hyunji Lee ),김학관 ( Hakkwan Kim ),강문성 ( Moon Seong Kang ) 한국농공학회 2020 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2020 No.-

수문시스템은 기후변화와 도시화와 같은 다양한 인간활동으로 인하여 지속적으로 변해오고 있다. 수문시스템의 변화를 이해하는 것은 주요한 과제였으며, 수문모델링, 기후탄력모델 등을 통해 변화의 원인과 정도를 정량화하고자 하는 노력이 이루어져 왔다. 수문모델링 방법은 변화 원인을 통제하고, 각 조건에 따른 영향분석을 수행하기에 용이하나, 유역별 수문모형의 보정과정은 연구자의 많은 노력이 필요하다. 기후탄력모델은 주로 Budyko 곡선이 활용되어왔으며, 장기간의 실측자료를 기반으로 작성된 곡선에서 변화 폭을 통해 기후변화와 인간활동의 영향을 정량화하는 연구가 진행되어왔으나, 장기간의 실측자료가 미비한 유역에서는 적용에 한계가 있다. 본 연구에서는 기후변화와 인간활동에 의한 수문시스템의 변화를 정량화하기 위해 climate elasticity model과 hydrological model을 접목하여 시범유역을 대상으로 분석하고자 한다. 장기간의 유역 유출량 자료는 HSPF 모형을 활용하여 모의하였으며, 2013∼2015년은 보정, 2010∼2012년은 검정된 모델을 활용하였다. 1970년부터 2015년까지 유출량자료를 활용하여 Budyko curve를 작성하였으며, 1970년대비 2015년의 수문시스템의 변화를 각 원인별로 정량화하였다. 본 연구는 수문시스템의 변화 원인 파악 및 회복을 위한 정책 수립에 기초로 활용할 수 있을 것으로 사료된다.

농업생산기반시설 설계기준 개정에 관한 연구: 농지관개 논관개계획 편을 대상으로

강문성 ( Moonseong Kang ),김학관 ( Hakkwan Kim ),황세운 ( Syewoon Hwang ),황순호 ( Soonho Hwang ),박찬기 ( Chan-gi Park ) 한국농공학회 2020 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2020 No.-

농림축산식품부는 국가건설기준센터를 통해서 농업용 필댐, 콘크리트댐, 관수로, 저수지 등과 같은 농업생산기반시설에 대한 조사, 설계, 운영 등에 관한 지침을 제시하고 있다. 이러한 지침들은 실무에서 활용될 수 있도록 정책적 근거와 기술적 요소들에 대해 제시할 필요가 있다. 국가건설기준 내에서 농지관개 논관개계획 편은 1969년에 농지개량사업계획설계기준의 관개편으로 제정되었으며, 이후 현장 실무자의 편의를 도모하기 위하여 1998년에 평이하고 정확하게 기술된 농업생산기반정비사업 계획설계기준 관개편으로 개정되었다. 그리고 2018년에 국토교통부 건설공사기준 코드체계 전환에 따른 건설기준 코드 정비가 이루어졌으며, 건설기술진흥법 (제44조)에 의거하여 국가건설기준의 KDS 67 40 20으로 제정되었다. 논관개계획 기준은 농어촌정비법에 근거한 논관개사업에 관한 조사, 계획, 설계에 필요한 기술적 사항을 규정하는 데 목적을 두고 있으며, 현재 국가건설기준센터를 통해 배포되고 있다. 이 기준은 농어촌정비법에 근거한 농업생산기반 조성·확충을 위한 정비사업 및 논관개와 관련한 농어촌용수 개발사업의 조사 및 계획을 제시해야 할 필요가 있다. 또한, 이 기준은 해당 사업을 위한 설계가 현재의 논관개 수요를 만족하고 기후변화, 농업환경 변화, 농업수요 변화 등 다양한 미래 요소를 고려하여 중장기적으로 지속가능한 기능을 성공적으로 수행할 수 있도록 설정하여야 할 것이다. 그러나 현재 이 기준에서는 논관개계획에서 사용되는 용어에 대한 정의가 제시되어 있지 않으며, 논관개계획과 관련된 조사, 설계 등에 대한 사항들이 명확하지 않으며, 최신 기술동향 및 신기술 도입 등이 반영되어 있지 않다. 따라서 본 연구에서는 실무자가 대상지구의 논관개계획과 관련하여 지침으로써 활용될 수 있는 방안을 제시하고자 하였다. 이를 위하여 이 대책의 적용범위, 신기술, 논관개계획, 관계법령 등을 명확하게 규정하였으며, 논관개계획에 대한 조사 방법 및 설계에 대해 실무자가 활용할 수 있도록 해설편을 작성하여 세부 기준을 충분히 제시하였다. 특히, 현장실무자의 창의적 활용성을 높이기 위하여 개정안에는 개념적 측면을 강조하였으며, 해설편에서는 개정안의 개념에 대한 상세한 기술적 토대를 다루도록 작성하여 제시하였다. 더욱이 본 기준은 관련부처의 관련 법령과 가이드라인을 종합적으로 반영함으로서 정책적 측면에서의 합리성을 유지할 수 있도록 하였다.

저수지 수위 자료와 전문가 지식을 연계한 유입량 및 방류량 추정 프레임워크

송정헌 ( Jung-hun Song ),김학관 ( Hakkwan Kim ),허용구 ( Younggu Her ),강문성 ( Moon-seong Kang ) 한국농공학회 2022 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2022 No.-

저수지 유입량과 방류량 산정은 효율적인 저수지 관리를 위한 중요한 요소로 물수지 분석을 기반으로 한 후속 분석의 기초자료로 이용되기 때문에 대상지역의 유역특성을 반영한 정확한 값의 이용이 중요하다. 하지만 저수지 유입량의 산정은 측정으로는 현실적으로 불가능하다. 일부 저수지에서는 저수지 상류에서 흘러들어오는 주요 하천에 대해 유량을 실시간으로 측정하는 경우가 있으나, 모든 저수지를 대상으로 현실적인 한계가 있다. 설령 주요 하천의 유량을 측정했을지라도, 저수지 유입량은 그 저수지로 유입되는 모든 지류에서 수량을 포함하는 개념이기에 오차가 발생할 수밖에 없다. 저수지 방류량은 수자원공사에서 관리하는 대규모 댐의 경우 측정이 이루어지나, 농어촌공사에서 관리하는 중소규모 저수지에서는 측정하지 않는 경우가 대다수이다. 한편, 농어촌공사에서는 유효저수량 10만톤 이상 저수지에 대해 수위 계측기를 설치하여 수위 자료를 관측하고 있으며, 이는 수위-내용적 곡선을 통해 저수량으로 변환할 수 있다. 하지만, 저수지 유입량과 방류량은 여전히 미지수이며, 이는 방정식의 수는 한 개(저수지 물수지 식)이나 미지수의 수는 두 개(유입량과 방류량)인 부정정 문제이다. 저수지 유입량과 방류량 자료가 확보되지 않은 경우, 전문가 지식을 이용하여 저수지 수위의 변화를 분석하면 유입량과 방류량을 예측하기 위한 정보를 제공할 수 있다. 본 연구에서는 국내에서 용이하게 취득할 수 있는 저수지 수위 자료로부터 유입량과 방류량을 예측하는 프레임워크를 개발하였다. 개발된 프레임워크에서는 저수지 운영에 관한 전문가 지식을 이용하여 부정정 방정식을 특정 구간에 대한 정정 방정식으로 변환하였으며, 이와 같이 부분적으로 확보된 유입량 자료를 수문모델링 기술과 연계하여 연속적인 유입량과 방류량 자료로 재구성함으로써 부정정 문제를 해결하였다. 개발된 프레임워크는 실무에서 관행적으로 사용하던 매개변수 지역화식 기반 추정 방법을 대체하여 농업용 저수지 운영에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

국가건설기준의 농업용 댐 일반계획 지침 개정 방안 연구

강문성 ( Kang Moonseong ),김학관 ( Kim Hakkwan ),황세운 ( Hwang Syewoon ),전상민 ( Jun Sang-min ),박찬기 ( Park Chan-gi ) 한국농공학회 2022 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2022 No.-

농림축산식품부는 국가건설기준센터를 통해서 농업용 필댐, 콘크리트댐, 관수로, 저수지, 양수장, 배수장 등과 같은 농업생산기반시설에 대한 조사, 계획, 설계, 운영 등에 관한 지침을 제시하고 있다. 이러한 지침들은 실무에서 활용될 수 있도록 정책적 근거와 기술적 요소들이 제시되어야 한다. 현재 국가건설기준의 농업용 댐 계획 편은 1968년 12월에 농업생산기반정비사업 계획설계기준 필댐편으로 제정되었고, 1982년 12월에 콘크리트댐에 관한 사항을 포함하면서 농업생산기반정비사업 계획설계기준 댐편으로 개정되었다. 그리고 1989년 12월에 동일 사업 및 기준의 댐편에서 분리되면서 농업생산기반정비사업 계획설계기준 콘크리트댐 설계 편으로 제정되었으며, 2002년 12월에 농업생산기반정비사업 계획설계기준 필댐편으로 개정되었고, 마지막으로 2018년 4월에 KDS 67 10 10 “농업용 댐 계획” 편으로 다시 제정되어 국가건설기준센터를 통해 배포되고 있다. 이 기준은 농어촌정비법에 근거한 농업생산기반정비사업으로 개발 또는 개보수되는 농업용 댐의 계획을 수립하기 위한 것이다. 또한, 이 기준은 기후변화를 고려한 농업용 댐 계획 수립에 필요한 유입량, 홍수량, 저수용량, 위치 및 형식 등 관련 기준을 제시하는 것을 목적으로 한다. 따라서 본 연구에서는 실무자가 농업용 댐의 설계를 위한 일반적인 계획과 관련하여 그 지침으로써 활용될 수 있는 방안을 제시하고자 하였다. 이를 위하여 기존의 ‘필댐 설계’, ‘콘크리트댐 설계’, ‘콘크리트 중력댐 설계’ 및 ‘아치댐 설계’ 편 등에 산재되어 있는 공통사항을 ‘농업용 댐 계획’ 편으로 취합 및 정리하였으며, 그에 따른 계획 지침의 적용범위, 신기술, 댐 일반계획, 관계법령 등을 명확하게 규정하였다. 즉, 새롭게 제시된 지침에서는 농업용 댐 관련 설계기준의 내용 중 농업용 댐의 설계에 필요한 공통사항인 계획일반, 저수용량, 설계홍수량, 위치 및 형식, 친환경 댐 계획 및 경제성 평가 내용을 발췌 및 수정하여 ‘농업용 댐 계획’편에 정리하였으며, 기후변화 및 비점 등 수질관리특성을 고려한 관련 기준의 반영을 제시하였다. 또한, 본 기준은 관련부처의 관련 법령과 가이드라인을 종합적으로 반영함으로서 정책적 측면에서의 합리성을 유지할 수 있도록 하였다.