RCP 시나리오에 따른 비관개기 누적강수량을 고려한 둑높이기 저수지의 미래 가뭄대응능력 평가

방재홍,이상현,최진용,이성학,Bang, JeHong,Lee, Sang-Hyun,Choi, Jin-Yong,Lee, Sung-Hack 한국농공학회 2017 한국농공학회논문집 Vol.59 No.1

Recent studies about irrigation water use have focused on agricultural reservoir operation in irrigation period. At the same time, it is significant to store water resource in reservoir during non-irrigation period in order to secure sufficient water in early growing season. In this study, Representative Concentration Pathways (RCP) 4.5, 8.5 scenarios with the Global Climate Model (GCM) of The Second Generation Earth System Model (CanESM2) were downscaled with bias correlation method. Cumulative precipitation during non-irrigation season, October to March, was analyzed. Interaction between cumulative precipitation and carry-over storage was analyzed with linear regression model for ten study reservoirs. Using the regression model, reservoir drought response ability was evaluated with expression of excess and deficiency. The results showed that future droughts will be more severe than past droughts. Especially in case of non-exceedance probability of 10%, drought in southern region seemed to be serious. Nine study reservoirs showed deficiency range from 10% to 55%, which turned out to be vulnerable for future drought. Only Jang-Chan reservoir was secure for early growing season in spite of drought with deficiency of 8% and -2%. The results of this study represents current agricultural reservoirs have vulnerability for the upcoming drought.

관개용수로의 자동수위측정 자료를 활용한 농업용수 실측 공급량과 기상 인자의 관계 분석

방재홍 ( Jehong Bang ),최진용 ( Jin-yong Choi ),윤푸른 ( Pureun Yoon ) 한국농공학회 2020 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2020 No.-

최근 물관리기본법 및 물기술산업법 제정으로 통합물관리 체계가 시행되고 있으며 농어촌용수 측면에서 이러한 변화에 대응해 수리권 보장, 농업용수 공급량 산정 등의 방안 마련을 위한 논의의 필요성이 대두되고 있다. 특히 농업용수공급량의 경우 수로부 측정 시설이 최근 10년 동안 구축되고 있으며 관행적으로는 증발산량 산정 및 물수지 방법에 기반한 이론적 필요수량을 공급량으로 간주해 활용해오고 있다. 현재 농어촌공사에서는 3,400여 개의 관리 농업용 저수지중 50만 m³ 이상의 저수지 수로부에 자동수위계측기를 설치해 모니터링을 시행하고 있다. 자동수위측정 자료는 10분 주기로 수위를 측정하여 1시간 단위로 현장의 로거(logger)로부터 중앙 데이터베이스에 전송되어 방대한 수위 자료가 저장되고 있다. 본 연구에서는 한국농어촌공사 관리 전국에 분포한 173개 임의 저수지를 연구 대상으로 선정하여 저수지별로 축적된 관개용수로 수위 자료와 수위-유량 곡선을 활용해 실측 용수공급량을 산정 및 기존 방법으로 산정한 농업용수 수요량과 비교 분석을 실시하였다. 그 결과 농업용수 공급량은 당해 강수량과 비례하는 것으로 나타나 기존 이론에 따른 수요량 산정 결과와 상이한 것으로 나타났다. 본 연구에서는 다양한 기상학적 지수를 산정해(유효우량 및 SPI 지수) 실측 용수공급량과의 비교를 통해 그 원인을 분석하고자 하였다. 기존 농업용수 수요량과 농업용수 공급량을 혼용해오는 상황에서 본 연구 결과와 같이 구분해서 사용하여 공급량의 산정 및 평가 방법을 정립할 수 있을 것이며, 농업용수 실측 공급량이 기상에 따라 어떠한 거동을 나타내는지 확인할 수 있을 것으로 예상된다.

관개용수로의 자동수위측정 자료를 활용한 농업용 저수지 공급량 산정 및 분석

방재홍 ( Bang Jehong ),최진용 ( Choi Jin-yong ),윤푸른 ( Yoon Pureun ),오창조 ( Oh Chang-jo ),맹승진 ( Maeng Seung-jin ),배승종 ( Bae Seung-jong ),장민원 ( Jang Min-won ),장태일 ( Jang Taeil ),박명수 ( Park Myeong Soo ) 한국농공학회 2021 한국농공학회논문집 Vol.63 No.1

KRC (Korea Rural Community Corporation) is in charge of about 3,400 agricultural reservoirs out of 17,240 agricultural reservoirs, and automatic water level gauges in reservoirs and canals were installed to collect reservoir and canal water level data from 2010. In this study, 10-minute water level data of 173 reservoir irrigation canals from 2016 to 2018 are collected, and discharge during irrigation season was calculated using rating curves. For estimation of water supply, irrigation water requirement was calculated with HOMWRS (Hydrological Operation Model for Water Resources System), and the summation of reservoir water storage decrease was calculated with daily reservoir storage data from RAWRIS (Rural Agricultural Water Resource Information System). From the results, the total yearly amount of irrigation water supply showed less than 10% difference than the irrigation water requirement. The regional analysis revealed that reservoirs in Jeollanam-do and Chungcheongnam-do supply greater irrigation water than average. On the contrary, reservoirs in Gyeongsangnam-do and Chungcheongbuk-do supply less than others. This study was conducted with a limited number of reservoirs compared to total agricultural reservoirs. Nevertheless, it can indicate irrigation water supply from agricultural reservoirs to provide information about agricultural water use for irrigation.

농업용수로 수위 빅 데이터를 활용한 농업용 저수지 용수공급 특성 분석

방재홍 ( Jehong Bang ),최진용 ( Jin-yong Choi ) 한국농공학회 2022 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2022 No.-

한국농어촌공사는 우리나라 주요 농업용 저수지를 운영하면서 농경지 물 수요에 따른 공급에 차질이 없도록 모니터링 및 관개기술을 개선하고 있다. 특히, 모니터링을 위하여 수위 관측용 수위계를 저수지와 수로부에 설치하기 시작해 현재 약 3,200여 개의 계측 센서가 설치되어 있으며, 10분 주기로 수위 자료를 생성해 1년에 약 1억 6천만 개의 수위 관측 데이터를 저장하고 있다. 그러나 이와 같은 수위 자료 빅 데이터를 용수공급 현황 파악이나 홍수기 수위 모니터링과 같은 한정적인 용도에 사용하고 있으며, 빅 데이터 분석기법을 활용한 농업용 저수지에서의 용수 관리효율 향상 혹은 운영 평가와 같은 관개특성 분석에의 활용은 미진한 실정이다. 따라서, 본 연구에서는 수로부 수위 빅 데이터 분석을 통해 우리나라 농업용 저수지의 시기별, 지역별 용수공급 특성을 고찰하였다. 한국농어촌공사 관리하의 180여 개 저수지를 대상으로 수로부 빅 데이터를 활용해 일별 공급량을 산정 후 순별, 월별, 연별 누적 공급량을 계산하여 이를 HOMWRS 기반의 수요량과 비교 분석하였으며, 수요량 기반의 공급량 평가를 통해 이론적 값과 실제 공급량의 차이를 분석하였다. 또한, 지역에 따른 수요량 대비 공급량 비를 비교 분석하여 지역별 용수공급 특성을 도출하였다. 본 연구에서는 계측 자료를 활용해 우리나라의 전반적인 농업용 저수지 운영 특성을 파악하고자 하였으며, 향후 농업용 저수지 설계 및 관련 연구와 현장 물관리를 반영한 기준 수립 시 기초자료로 활용할 수 있을 것으로 예상된다.

나주호의 용수공급체계 및 보조수원공을 연계한 물수지 분석

방재홍 ( Jehong Bang ),최진용 ( Jin-yong Choi ),김귀훈 ( Kwihoon Kim ) 한국농공학회 2019 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2019 No.-

나주호는 1976년에 축조된 유효 저수량 106백만m3, 유역면적 10,470ha, 수혜면적 9,054ha 의 우리나라를 대표하는 최대 농업용저수지 중 하나이다. 한국농어촌공사에서는 나주호 수혜구역의 원활한 용수공급을 위해 121개의 보조저수지와 36개의 보조양수장을 설치하여 운영해오고 있으며, 지속 가능한 환경용수 확보를 위해 2014년 둑 높이기를 실시하였다. 이러한 노력에도 불구하고 최근 일부 수혜구역에는 용수가 공급되지 않아 경작에 피해를 주는 일이 발생하였으며, 둑 높이기 사업 실시 이후 기존 만수위 이상으로 수위가 상승한 적이 없어 사업의 목표인 환경용수 공급 또한 어려운 실정이다. 본 연구에서는 나주호의 용수공급체계 및 보조수원공을 연계한 물수지 분석을 통해 나주호 용수공급에 도움이 되고자 하였다. 나주호와 보조수원공 간의 연계 분석을 위해 수혜구역을 나주호 용수 직접수혜구역, 보조저수지 혼합수혜구역, 간선보충 보조저수지 혼합수혜구역, 하천수 수혜구역, 회귀수량 양수수혜구역, 영산강 하천수 추가 공급 수혜구역, 독립 수혜구역의 7개 용수공급체계로 분류하였으며, 이중 가장 큰 면적을 차지하는 직접수혜구역과 보조저수지 혼합수혜구역을 중점으로 물수지 분석을 실시하고자 하였다. 혼합수혜구역의 경우 보조저수지 물수지 분석 후 연별 용수부족량을 산정하여 나주호에서 보조저수지로 공급해주는 보충수량으로 간주하였으며, 이를 나주호 직접수혜구역 필요수량에서 제외하여 직접수혜구역 용수공급량을 추정하고자 하였다. 본 연구의 결과는 대규모 저수지의 용수공급체계 분석 및 문제 해결에 참고 자료로 사용될 수 있을 것으로 사료된다.

농업용저수지 시계열 수위자료 이상치 탐지 기법 연구

방재홍 ( Jehong Bang ),이윤희 ( Yoonhee Lee ),정승연 ( Seung-yeon Jung ),최진용 ( Jin-yong Choi ) 한국농공학회 2017 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2017 No.-

우리나라의 농업용저수지는 약 17,000여개소가 있으며 한국농어촌공사 및 지방자치단체에서 관리하고 있다. 한국농어촌공사는 농업용수와 농업용저수지의 효율적인 관리와 운영을 위해 전국에 약 1,600 여개의 수위계를 설치하여 실시간 수위를 측정하고 있으며 통합 물관리 시스템을 통하여 자료를 축적하고 운영에 활용하고 있다. 압력식 센서와 초음파 센서로 측정되는 수위 자료는 10분 단위 자료가 1시간 단위로 수신되고 있으며, 수집되고 있는 자료의 양이 매우 방대하여 이에 대한 품질관리 체계가 필요한 상황이다. 압력식 센서의 경우 사통 내부의 토사물 유입으로 인해 자료의 측정치가 불안정할 수 있고, 초음파 센서는 기온, 습도와 파랑 등으로 인해 측정치가 부정확할 가능성이 있다. 따라서 이와 같은 자료를 활용하기 위해서는 수위계측 자료의 신뢰성을 향상시켜야 하고 이를 위하여 이상치의 탐지, 검증과 보완 절차를 거치는 품질관리가 필요하다고 할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 우리나라 농업용저수지 수위 자료에 대해 자체적인 이상치 탐지 기법을 적용해보고, 미국 USGS의 품질관리 가이드라인을 적용한 자료와 비교하여 그 성능을 분석하였으며, 그 결과 일정부분 이상치 자료에 대한 탐지와 보정이 가능한 것으로 판단되었다.

빅데이터 기법을 이용한 농업용저수지 용수공급 취약성 평가

방재홍 ( Jehong Bang ),최진용 ( Jin-yong Choi ) 한국농공학회 2018 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2018 No.-

농업용저수지는 최근 빈번해지는 가뭄에 더욱 취약해지고 있다. 이의 취약성을 개선하고 운영의 효율을 높이기 위해서는 수위 및 유량 관련 자료의 확보와 분석이 우선되어야 할 것이다. 4차 산업혁명은 여러 분야에서 다양한 가능성을 제시하고 있으며, 이 중 빅데이터 분야는 방대한 자료를 바탕으로 자료의 한계로 인하여 제한적이었던 여러 분야에 적용되고 있다. 현재 농업용저수지와 수로를 관리하기 위하여 약 1,600 여개의 농업용저수지와 약 2,000 여개의 수로에서 수위와 유량을 측정하고 있고, 전국 17,000 여개의 농업용저수지의 제원자료를 데이터베이스로 관리하고 있다. 또한 설치된 수위측정지점으로부터 매일 52만 여개 이상의 수위자료가 데이터베이스에 축적되고 있으나 이와 같은 자료가 농업용저수지의 취약성 평가나 농업용수 운영 특성 분석에 활용된 경우는 거의 없는 실정이다. 본 연구에서는 현재 수집 가능한 모든 계측자료(빅데이터)와 농업수리시설관련 자료를 이용하여 가뭄에 대비한 농업용 저수지의 용수공급 취약성을 평가하고자 한다. 빅데이터를 사용하기 위한 분석 툴로는 데이터 마이닝 기법의 하나인 인공신경망을 사용하고자 하였으며, 기계 학습을 위해 전국에 있는 농업용 저수지의 용수공급 취약성 확률, 해당 지역 기상 자료, 유역 특성 자료, 수위자료, 농업 가뭄 자료 등 접근 가능한 관련 자료를 입력자료로 활용하고자 한다. 학습 결과로는 저수지별 용수공급 취약성 확률의 안전 범위를 제시하고자 하였다. 이를 통해 특정 저수지의 현재 시점 용수공급 취약성 확률이 실제로 안전한 범위 내에 들어가는지 판단할 수 있을 것이며, 이는 가뭄에 대비한 농업용 저수지 운영에 참고할 수 있을 것으로 사료된다.

농업 가뭄의 선제적 대응을 위한 농업용 저수지 용수공급 취약성 지수의 활용

방재홍 ( Jehong Bang ),최진용 ( Jin-yong Choi ),남원호 ( Wonho Nam ) 한국농공학회 2018 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2018 No.-

최근 기후변화로 인해 가뭄, 집중 호우와 같은 극한 기상이 빈번히 일어나고 있으며, 이로 인하여 안정적 농업수자원 확보 및 이용에 큰 영향을 미치고 있다. 우리나라에서는 빈번한 자연재해로 인해 사회·경제적 피해가 매년 발생하고 있다. 자연재해에 대한 대책으로 사후복구보다 사전 대응의 경제적 측면이 유리하지만 사전 대응은 가뭄 발생 상황에 대한 예측 곤란으로 인해 사후복구 중점의 위기 관리가 이루어지고 있다. 본 연구에서는 농업 가뭄 사전 대응을 통해 피해를 최소화하고자 확률론적 접근을 이용하여 선제적 가뭄 대응을 기법을 제시하고자 하였다. 이와 같은 기법의 평가를 위한 대상저수지로 고삼, 고잔, 금광 저수지를 선정하였으며 시기별 용수공급 취약성 지수를 산정하였다. 취약성 지수의 평가는 비관개기와 관개기를 구분하였으며, 비관개기의 경우 탱크 모형을 이용하여 유역 유입량을 모의하였으며, 관개 종료 시점의 저수율을 기준으로 이듬해 관개 시작 시점에 저수율이 90% 이상이 될 확률을 산정하였고, 관개기의 경우 공급가능량과 수요량의 확률 분포를 산정 후 확률곱(convolution)을 통해 남은 관개시기 동안 용수공급에 실패할 확률을 산정하였다. 또한 선제적 가뭄 대응을 위하여 수요량 조정을 통한 실패확률의 감소가 가능하도록 하고, 이를 기준 실패확률과 비교 검토하였다. 본 연구 결과는 선제적 가뭄 대응이 중요해지는 가운데 용수부족이 예상되는 농업용 저수지 운영 방법 도출에 활용될 수 있을 것으로 사료된다.

RCP 시나리오 기반 비관개기 강수량을 고려한 농업용 저수지의 용수공급 확률 분석

방재홍 ( Bang Jehong ),최진용 ( Choi Jin-yong ),이상현 ( Lee Sang-hyun ) 한국농공학회 2018 한국농공학회논문집 Vol.60 No.4

The main function of an agricultural reservoir is to supply irrigation water to paddy rice fields in South Korea. Therefore, the operation of a reservoir is significantly affected by the phenology of paddy rice. For example, the early stage of irrigation season, a lot of irrigation water is required for transplanting rice. Therefore, water storage in the reservoir before irrigation season can be a key factor for sustainable irrigation, and it becomes more important under climate change situation. In this study, we analyzed the climate change impacts on reservoir storage rate at the beginning of irrigation period and simulated the reservoir storage, runoff, and irrigation water requirement under RCP scenarios. Frequency analysis was conducted with simulation results to analyze water supply probabilities of reservoirs. Water supply probability was lower in RCP 8.5 scenario than in RCP 4.5 scenario because of low precipitation in the non-irrigation period. Study reservoirs are classified into 5 groups by water supply probability. Reservoirs in group 5 showed more than 85 percentage probabilities to be filled up from half-filled condition during the non-irrigation period, whereas group 1 showed less than 5 percentages. In conclusion, reservoir capacity to catchment area ratio mainly affected water supply probability. If the ratio was high, reservoirs tended to have a low possibility to supply enough irrigation water amount.

자동수위계측 자료를 활용한 농업용수 공급량 산정 및 평가 방법 연구

방재홍 ( Jehong Bang ),최진용 ( Jin-yong Choi ),윤푸른 ( Kwihoon Kim ) 한국농공학회 2019 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2019 No.-

한국농어촌공사에서는 2007년 이래로 10만m3 이상의 저수지를 대상으로 자동수위계측기를 설치하고 있으며, 2010년부터는 일부 저수지를 대상으로 수로부 초입에 초음파 계측기를 설치하여 측정 자료를 축적하고 있다. 자동수위계측기는 10분 단위로 수위를 측정하여 1시간 단위로 데이터베이스로 자료를 전송하게 되어 있다. 이에 따라 수위계측 자료는 하루 36만 여개, 1년에 약 1억 3천만 개의 자료가 축적되고 있으나 늘어나는 자료 수에 비해 활용이 다양하지 않은 상황이다. 따라서 본 연구에서는 이를 활용하기 위한 방안으로 각 수원공별 수로계측 자료를 활용하여 수원공별 농업용수 공급량을 산정하고자 한다. 한국농어촌공사에서 보유한 일부 농업용 저수지 간선 수로의 수위-유량 관계 곡선 자료를 이용하여 수위자료를 유량 자료로 변환하여 누적하면 수원공별 연별 용수공급량을 추정할 수 있을 것이다. 이후 수원공 별 물수지 분석을 통해 농업용수 수요량을 산정하여 계산된 공급량이 적절한 범위의 값을 가지는지 확인, 평가하고자 한다. 또한 농업용수 수요량, 공급량 등 농업 분야에서 자주 사용되고 있으나 정의가 내려져 있지 않은 다양한 용어들을 정의하고, 과학적인 방법을 통해 해당 용어들의 계산, 추정 과정을 매뉴얼로 제시하여 향후 농업용수 관련용어 사용에 명료성을 더하고자 한다.