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노지 밭작물 관·배수 통합 자동제어 물관리 시스템 개발
김종순 ( Jongsoon Kim ),권순홍 ( Soon Hong Kwon ),정기열 ( Ki-yeol Jung ),김동현 ( Dong-hyun Kim ),강동균 ( Dong Kyun Kang ),신준기 ( Jun Ki Shin ) 한국농업기계학회 2021 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.26 No.2
밭작물의 수요와 부가가치 향상으로 노지 밭작물 재배 면적이 매년 증가하고 있으나 관·배수 기반 시설은 논에 비해 취약하다. 따라서 본 연구의 목적은 ICT 기술을 이용하여 관수와 배수를 동시에 제어할 수 있는 관·배수 통합 물관리 시스템을 개발하는 것이다. 토양 수분 센서를 설치하여 깊이별로 토양 수분, 온도, EC를 실시간으로 측정하였다. 관수와 배수를 겸용할 수 있는 소구경(25mm) 유공관을 토양 하부 50cm 깊이에 매설하였고, 전자 밸브를 이용하여 관수와 배수의 작동을 제어하였다. 자동 물관리 시스템에서 실시간으로 측정된 토양 수분값이 설정된 토양 수분값보다 낮으면 관수 전자 밸브를 작동하여 점적관에 물을 공급하며 배수 전자 밸브는 닫힌다. 강우로 인하여 수분이 포장용수량에 도달하게 되면 배수 전자 밸브는 열리고 관수 전자 밸브는 닫힌다. 모든 센서 데이터는 웹서버로 전송되며, 컴퓨터 및 스마트폰으로 모니터링 및 제어하였다. 관·배수 통합 시스템의 효율성을 평가하기 위하여 무관개, 땅속배수, 지중점적, 관·배수 통합 조건에서 콩을 재배하며 수분 특성을 비교하였다. 콩의 생육기간 동안 관배수 통합 조건에서 평균 토양 수분(30.0%)이 무관개(20.2%)보다 10% 높게 나타났으며, 지중점적(29.7%)과는 유사한 값을 보였다. 땅속배수의 경우 가장 낮은 토양 수분 값(12.0%)을 나타냈다. 강우시 관배수 통합의 경우 지중점적 조건보다 30cm와 40cm 깊이에서 배수로 인하여 토양 수분이 각각 7.47%, 1.02% 낮게 나타났다. 근권부의 토양 수분은 포화 상태에서 시간이 경과함에 따라 빠르게 적정 수분 상태로 유지되었다. 결론적으로 관배수통합의 경우 하나의 유공관을 이용하여 관수와 배수를 모두 효과적으로 수행할 수 있는 것으로 나타났다. 이러한 노지 밭작물의 관·배수 통합 물관리 시스템은 작물 생산성 향상 및 식량 자급률 향상에 크게 기여 할 것으로 기대된다.
노지 밭작물 재배를 위한 관·배수 통합 유공관의 토양 수분 분포 시뮬레이션
김동현 ( Dong-hyun Kim ),권순홍 ( Soon Hong Kwon ),정기열 ( Ki-yeol Jung ),강동균 ( Dong Kyun Kang ),신준기 ( Jun Ki Shin ),김종순 ( Jongsoon Kim ) 한국농업기계학회 2021 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.26 No.2
최근 밭작물의 생산량 증가를 위하여 논에서의 밭작물 재배 생산기술이 개발되고 있다. 논 범용화를 위해 암거배수와 가뭄피해 예방에 필요한 관개기술이 각각 개발되었으나, 반복적인 설치 및 철거에 소요되는 노력 비용이 가중되고 있다. 이러한 노력비용을 감소시키기 위하여 관·배수를 통합할 수 있는 기자재가 필요하다. 본 연구의 목적은 토양에서의 수분 이동 시뮬레이션을 통하여 관수와 배수를 겸용하는 소구경 유공관의 적절한 크기를 설정하는 것이다. HYDRUS를 이용하여 토양 하부 50cm 깊이에 25mm, 35mm, 50mm 유공관을 설정하여 비교하였으며, 토성은 사양토로 하였다. 유공관에서 관·배수에 적절한 크기를 설정하기 위하여 관수와 배수를 각각 시뮬레이션하였다. 관수는 초기조건 토양 수분 20%에서 실시하여, 근권부의 토양 수분이 30%까지 증가하는데 걸리는 시간을 비교하였으며, 배수는 초기조건 토양 수분 40%에서 실시하여 근권부의 토양 수분이 30%까지 감소하는데 걸리는 시간을 비교하였다. 관수 시뮬레이션 결과에서 근권부의 토양 수분은 각각 60분(25mm), 46분(35mm), 30분(50mm)이 경과한 후 증가하기 시작하여, 토양 수분이 30%가 되는 시간은 210분(25mm), 128분(35mm), 76분(50mm)이 걸렸다. 유공관의 크기가 클수록 토양수분이 빠르게 공급되었으며, 근권부의 토양수분함량이 급격하게 증가하였다. 반면에, 배수 시뮬레이션에서는 근권부의 토양수분이 30%까지 감소하는데 걸리는 시간이 380분(25mm), 370분(35mm), 360분(50mm)으로 유공관의 크기에 따른 차이가 거의 나타나지 않았다. 결론적으로 관·배수 통합 유공관의 크기를 설정하기 위해서는 배수보다 관수의 효율을 고려하는 것이 적절한 것으로 나타났다. 작물과 토양에 맞는 적절한 관·배수 통합 유공관을 사용한다면, 노지 밭작물의 생산 효율이 크게 증가하여 밭작물의 안정생산에 크게 기여 할 것이다.