예산군 밭관개시설물 기후변화 영향평가를 위한 작물 필요수량 모의

김미솔 ( Mi-sol Kim ),전상민 ( Sang-min Jeon ),신형진 ( Hyung-jin Shin ),장용선 ( Yong-seon Jang ),박윤식 ( Youn-shik Park ),전지홍 ( Ji-hong Jeon ),박찬기 ( Chan-gi Park ) 한국농공학회 2018 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2018 No.-

본 연구는 밭관개시설물의 취약성을 평가하기 위하여 밭작물이 필요로 하는 필요수량을 산정하였다. 밭작물의 필요 수량은 강수량 등과 같은 기상 조건이 매년 다르고 또 이에 의해 밭작물의 생장이 달라질 수 있기 때문에, 실측에 의한 필요수량 산정은 수년에 걸친 모니터링이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 장기간에 걸친 수문 거동 모의와 기상 조건에 따른 다양한 작물의 생장을 모의할 수 있는 Soil and Water Assessment Tool(SWAT; Arnold and Srinivasan, 1994) 모형을 이용하였다. 밭작물 필요수량 산정을 위한 SWAT 모형의 대상 유역은 충청남도 예산군을 포함하는 유역으로 선정하였다. SWAT 모형의 구동에 필요한 입력 자료인 강수량 자료와 모형의 보정 및 검정에 필요한 유량 자료는 국가수자원관리종합정보시스템(http://wamis.go.kr)에서 제공하는 국토교통부 관측소 자료를 이용하였다. SWAT 모형은 작물의 생장에 따른 수문 및 수질 변동을 모의하지만 작물에 의해 소비되는 물의 양을 모형의 결과로 직접적으로 제공하지는 않기 때문에, 모형의 결과를 이용하여 작물에 의한 물 소비량을 산정해야 하며, 이 과정에 대한 모형의 소스코드를 수정할 필요가 있다. 본 연구에서는 작물이 재배되도록 지정된 수문학적 반응 단위에 대해서만 초기 함수량과 최종 함수량을 출력할 수 있도록 소스코드를 수정하였다. 본 연구에서는 배추, 사과에 대한 필요수량을 모의하였다. 2000년부터 2017년 동안의 모의에서 작물별 필요수량은, 배추의 경우 253.10 mm∼337.45 mm의 범위를 보이면서 평균 303.93 mm로 모의되었으며, 사과의 경우 347.00 mm∼425.16 mm의 범위를 보이면서 평균 386.24 mm로 모의되었다.

농업수리 구조물의 보수·보강 재료로서 하이브리드 황마/ 유리섬유 섬유보강 폴리머 복합재료의 수분 저항성 평가

김미솔 ( Mi-sol Kim ),전상민 ( Sang-min Jeon ),조성문 ( Sung-mun Jo ),추연재 ( Yeon-jae Choo ),유재환 ( Jae-hwan Yoo ),박찬기 ( Chan-gi Park ) 한국농공학회 2018 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2018 No.-

본 연구에서는 노후화된 농업수리 콘크리트 구조물의 보수 및 보강 재료로서 하이브리드 황마/유리섬유 보강 폴리머 복합재료의 수분 저항성을 평가하였다. 시험은 알칼리 환경, 산 환경, 염해 환경에 노출 후 인장강도 및 전단강도시험을 실시하였다. 환경을 모사하기 위하여 60℃의 증류수, CaCl₂ 용액, MgSO₄ 용액 및 Na₂O₄ 용액에 25일 및 50일간 침지 후에 잔류강도를 측정하였다. 시험결과 모든 용액에서 25일간 노출 후에는 잔류강도 80% 이상으로 큰 감소는 나타나지 않았다. 그러나 50일에서는 60% 이하의 잔류강도를 나타내어 장기 노출 시 수분 조건에 영향을 받는 것을 알 수 있었다. 이와 같은 결과는 황마섬유는 수분에 민감한 천연섬유이다. 따라서 표면에 폴리머 결합재에 결합이 생기면 수분흡수의 가능성이 높아지고 이렇게 되면 황마섬유와 유리섬유, 황마섬유와 폴리머 결합재의 부착계면에 미세균열 등이 발생하여 계면분리가 발생하게 된다. 따라서 인장강도 및 전단강도의 감소가 나타나게 된다. 특히 계면부착에 상대적으로 영향을 받는 전단강도의 감소가 인장강도의 감소가 크게 나타나 수분에 노출은 항마섬유와 유리섬유 및 황마섬유와 폴리머 결합재의 계면에 영향을 미친다는 것을 알 수 있었다.

예산군 밭관개시설물의 기후변화 영향 분석 연구

김미솔 ( Mi-sol Kim ),전상민 ( Sang-min Jeon ),신형진 ( Hyung-jin Shin ),장용선 ( Yong-seon Jang ),이재영 ( Jae-yeong Lee ),박찬기 ( Chan-gi Park ) 한국농공학회 2018 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2018 No.-

본 연구에서는 가뭄에 대응하고 한정된 농촌용수의 합리적 관리를 위한 관개시설물의 영향 분석 및 취약성 평가 기술을 확보하고 이에 적합한 관개시설물 관리 기술 등을 제시하여 기존의 관개시설물의 효율성 증가시킬 수 있는 방안을 제시하고자 한다. 밭관개시설물의 영향평가는 최근 심각해져가는 기후변화에 대한 적응대책 또는 정책을 수립하기 위해 지역, 시설 등을 평가하여 기후변화에 영향을 받는 우선순위를 도출하는 것이다. 본 연구에서 적용한 기후변화 영향 평가의 방법은 기초자료 조사과정, 표준화과정, 기후변화영향 평가 과정 3단계로 구분하였으며, 표준화 방법은 모든 자료를 동일한 범위를 갖도록 하기 위해 스케일 재조정법을 사용하였다. 대상지역은 충청남도 지역의 사과 주산지인 예산군으로 선정하였다. 예산군의 특징은 충청남도 중부에 있는 군으로 542.81㎢의 면적과 인구 84,689명(2014년)의 도시로 연평균 기온은 11.8℃, 1월 평균기온 -4℃, 8월 평균기온 26.3℃, 평균 강수량 1,133mm이며, 농가경지면적은 총 18,268ha 중 밭 경지면적은 5,426ha(2014년)이다. 기후변화 영향 평가 방법론에 제시한 영향 평가 점수 산정식을 적용하기 위해 기후노출, 민감도, 적응능력 3가지고 구분하여 조사항목을 선정하였다. 기후노출 조사항목은 연강수량, 무강우일수 2가지로 선정하였으며, 민감도 조사항목은 재배면적, 지하수위, 지하수수요량 등 3가지로 선정하였다. 또한 적응능력은 지하수 이용량 증대를 위한 관정의 개수, 상수도 보급률을 선정하였다. 상기 기초자료조사를 토대로 표준화 공식과 기후 변화 영향 평가 점수 산정식을 활용하여 기후변화 영향 평가 점수를 도출하였다. 예산군의 평가점수는 예산군은 31.87점으로 분석되었다. 다른 지역과 비교하여 예산군은 기후노출 및 민감도는 큰 차이 없었으나, 예산지역의 적응능력 타 지역에 비해 높이 나타나 기후변화영향이 낮은 것으로 분석되었다.

용·배수로의 보수재료로서 광물질 섬유보강 프리폼 크리트의 압축강도 특성 평가

조성문 ( Sung-mun Jo ),전상민 ( Sang-min Jeon ),김미솔 ( Mi-sol Kim ),추연재 ( Yeon-jae Choo ),김황희 ( Hwang-he Kim ),오리온 ( Ri-on Oh ),박찬기 ( Chan-gi Park ) 한국농공학회 2018 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2018 No.-

기존의 용·배수로는 현장타설 콘크리트 및 콘크리트 공장제품을 활용하여 시공한다. 현장타설 공법은 거푸집, 레미콘 믹서와 같은 장비가 필요하며, 거푸집 설치에 따른 소요시간으로 인하여 공사기간이 많이 소요된다. 콘크리트 2차 제품은 제작 후 형상 및 크기의 변경이 불가능하고 블록 간 연결부에서 하자가 발생한다. 최근 국외에서 수로 설치 및 사면 보강공사의 신속한 시공을 위하여 콘크리트 천을 사용하는 프리폼 크리트를 개발하여 용·배수로 및 사면안정공법에 적용하고 있다. 이 기술은 방염 처리된 패브릭과 방수용 PVC층 사이에, 특수 배합된 콘크리트를 넣어 만든 것으로 마치 두툼한 이불과 같은 형상을 하고 있으며, 철근콘크리트 공법이나 숏크리트 공법에 비해 간편하고 균일한 품질을 얻을 수 있다는 장점이 있다. 본 연구에서는 이와 같은 특성을 가진 프리폼 크리트의 최적 배합비를 결정하기 위한 압축강도 특성을 평가하였다. 프리폼 크리트의 성능을 평가하기 위하여 본 연구에서는 광물질섬유 및 광물질섬유의 혼입률, 규사의 사용량에 따른 압축강도 시험을 실시하였다. 보수 및 보강 재료로서 초기강도를 확보하기 위하여 시멘트는 초속경시멘트를 사용하였다. 또한 광물질섬유는 프리폼 크리트의 휨강도를 확보하기 위하여 적용하였다. 광물질섬유는 초속경 시멘트 중량에 0.0%, 0.5%, 1.0%, 1.5% 및 2.0%를 적용하였으며, 규사는 6호사를 시멘트와 중량비로 4:6, 5:5 및 6:4를 적용하였다. 시험결과 광물질 섬유의 혼입률이 증가할수록 4시간 및 28일 압축강도가 모두 증가하고 있다. 또한 규사의 사용량에 따른 결과 역시 규사보다는 시멘트 사용량이 증가할수록 압축강도는 증가하였다. 또한 광물질섬유는 월래스토나이트 섬유를 적용하는 것이 세피올나이트 섬유를 적용하는 경우보다 압축강도가 증가하는 결과를 나타냈다. 따라서 세피올나이트 섬유보다는 월래스토나이트 섬유를 적용하는 것이 프리폼 크리트의 압축강도 향상에 효과적이라는 것을 알 수 있었다.

농지범용화를 위한 유공관 암거의 전면 필터층 설치에 따른 투수계수 평가

전상민 ( Sang-min Jeon ),김미솔 ( Mi-sol Kim ),조성문 ( Sung-mun Jo ),추연재 ( Yeon-jae Choo ),유재환 ( Jae-hwan Yoo ),박찬기 ( Chan-gi Park ) 한국농공학회 2018 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2018 No.-

논에 쌀 대체 작물을 안정적으로 재배 및 생산하기 위해서는 성능과 경제성이 우수한 논 범용화 시스템을 개발하여 적용할 필요가 있다. 본 연구에서는 암거 패색방지를 위한 전면필터 암거 공법의 성능을 평가하였다. 이를 모형 암거시스템을 이용하여 전면필터 종류에 따른 배수 성능 시험을 실시하였다. 시험은 전면필터를 설치한 경우와 설치하지 않은 경우를 투수계수 시험을 실시하여 비교, 분석하였다. 이를 위하여 본 연구에서는 모형시험용 수조를 제작하였다. 전면필터 방식을 적용한 암거 공법은 스펀지를 전면필터로 적용하고 고로슬래그 골재를 암거주위에 포설하였다. 시험결과 스펀지와 고로슬래그 골재를 전면필터 층으로 설치한 유공관 암거 공법의 투수계수는 3.1×10^-2cm/sec으로 나타나 전면필터 층이 없는 유공관 암거 공법 (1.9×10^-2cm/sec)의 투수계수와 비교하여 우수한 성능을 발휘하였다.

농지범용화를 위한 무굴착 암거 공법의 현장 시험 평가

전상민 ( Sang-min Jeon ),김미솔 ( Mi-sol Kim ),신형진 ( Hyung-jin Shin ),차상선 ( Sang-sun Cha ),김현태 ( Hyun-tae Kim ),박찬기 ( Chan-gi Park ) 한국농공학회 2018 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2018 No.-

논에 쌀 대체 작물을 안정적으로 재배 및 생산하기 위해서는 기후 변화에 의한 집중호우, 국지성 호우 등에 대비할 수 있는 논 범용화 시스템을 개발하여 적용할 필요가 있다. 본 연구에서는 경제적이고 효율이 우수한 무굴착 암거 공법의 현장 적용 특성을 평가하였다. 시험시공은 간척지 1곳 및 저습답 2곳을 선정하여 실시하였다. 간척지로는 전남 해남의 금호지역을 저습답 밭 조성 효과를 평가하기 위하여 충남 서천의 삼산지구를 선정하였다. 시험시공은 공사비가 저렴하고 시공성을 개선할 수 있는 무굴착 유공관+수평매트 지하관개+배수암거 시스템을 적용하였다. 암거모형은 50mm유공관 + 500mm수평필터매트를 사용하였으며, 흡수암거 단관방식을 적용하여 건기에 관개를 가능하도록 하였다. 무굴착암거 시공 후 토양수분의 영향을 평가하기 위하여 함수비를 측정하였다. 분석 결과 모든 지구에서 암거 설치 후 시간이 경과함에 따라 흙의 함수비가 감소하는 결과를 나타내고 있다. 따라서 암거 설치 후 지하배수가 원활하게 이루어지고 있는 것을 알 수 있다. 또한 심토 파쇄와 심토 파쇄를 진행하지 않은 곳의 토양 수분을 측정한 결과 심토 파쇄를 실시한 토양의 토양수분 감소가 크게 나타났다. 따라서 심토 파쇄를 실시하는 것이 암거를 통한 배수성능을 향상시키는 데 효과적임을 알 수 있다.

농지범용화를 위한 유공관 암거의 염해환경 노출 후 잔류강도 평가

전상민 ( Sang-min Jeon ),김미솔 ( Mi-sol Kim ),조성문 ( Sung-mun Jo ),추연재 ( Yeon-jae Choo ),유재환 ( Jae-hwan Yoo ),박찬기 ( Chan-gi Park ) 한국농공학회 2018 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2018 No.-

논에 쌀 대체 작물을 안정적으로 재배 및 생산하기 위해서는 기후 변화에 의한 집중호우, 국지성 호우 등에 대비할 수 있는 논 범용화 시스템을 개발하여 적용할 필요가 있다. 본 연구에서는 경제적이고 효율이 우수한 무굴착 암거 시스템을 농지범용화 시스템에 적용하기 위한 기초 연구로 유공관 암거의 기초성능을 평가하였다. 특히 유공관 암거가 간척지 등에 적용될 경우 염해 등 환경에 노출될 수 있어 이에 대한 장기내구성을 평가하였다. 유공관 암거로는 PVC계의 주름관을 적용하였고 유공관 암거의 내구성능을 평가하기 위하여 본 연구에서는 유공관 암거의 침지시험을 실시하였다. 침지 후 중량변화, 인장시험 및 휨 시험을 실시하였다. 염화환경을 모사하기 위하여 증류수, 염화나트륨 4 % 수용액, 황산 10w/w % 수용액, 황산 10w/w % 수용액, 수산화나트륨 4w/w % 수용액을 제조하였다. 시험은 50일 및 100일 간 노출 후 증량변화율, 잔류인장강도 및 잔류 휨 강도를 측정하였다. 시험결과 중량변화는 모든 환경에서 발생하지 않아 흡수율이 없는 것으로 나타났다. 잔류 인장강도 및 휨 강도 시험 역시 모든 환경에서 약 95% 이상의 잔류 강도를 나타내어 내구성이 우수한 것으로 나타났다.

유공관 암거의 온도변화에 따른 휨강도 특성 평가 연구

차상선 ( Mi-sol Kim ),김미솔 ( Sang-min Jeon ),전상민 ( Sang-sun Cha ),김현태 ( Hyun-tae Kim ) 한국농공학회 2018 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2018 No.-

유공관 암거는 논의 타작물 재배를 위한 생산기반시설물에 있어서 배수성능을 향상시키기 위하여 사용되어왔다. 특히 무굴착 암거공법에 적용되고 있는 PVC 재질의 주름관은 경제성과 효율성 측면에서 간척농지 등에 적용될 가능성이 높다. 그러나 간척농지의 경우 염분이 다량 포함되어 있는 염수를 배출하여야 한다는 측면에서 일반적인 용수를 배출하는 경우와 다른 환경에 노출된다. 따라서 장기적으로 유공관 암거의 노후와 성능저하로 이한 파손으로 성능을 발휘하지 못할 수도 있다. 본 연구에서는 간척농지 등에 적용하기 위한 주름과 암거의 사용수명 예측을 위한 연구를 실시하였다. 사용수명을 예측하기 위한 time-shift factor를 결정하기 위하여 간척농지 및 사용된 재료의 차이가 있지만 간접적인 예측을 위하여 Litherland의 모델을 이용하였으며, 이를 통한 실험조건을 결정하였다. 간척농지와 유사한 환경을 노출하기 위하여 NaCl용액을 이용하였다. 비교대상으로는 증류수를 이용하였다. 시험은 20℃, 40℃, 60℃로 결정하였으며, 시험은 0일, 10일, 20일, 30일, 40일, 50일, 60일, 90일 및 100일간 노출 후 휨강도을 평가하였다. 시험결과를 분석하면 노출 시간이 증가할수록 휨강도는 감소하였다. 또한 온도가 높을수록 휨강도의 감소는 약간씩 증가하였다. 증류수 보다는 NaCl용액에 노출된 경우가 강도의 감소가 크게 나타났다.

개량형 가동보에 적용하기 위한 패널형 유리섬유 보강 클램핑 플레이트의 사용수명 예측 연구

김영준 ( Yeong-jun Kim ),전종찬 ( Jong-chan Jeon ),전상민 ( Sang-min Jeon ),김효동 ( Hyo-dong Kim ),김미솔 ( Mi-sol Kim ),유성열 ( Seong-youl Yoo ),박찬기 ( Chan-gi Park ) 한국농공학회 2016 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2016 No.-

개량형 가동보에서 클램핑 플레이트는 에어백과 콘크리트를 고정시키는 역할을 한다. 따라서 항상 물과 접촉해 있으며 부식의 발생시 개량형 가동보 전체의 수명에 영향을 미치게 된다. 따라서 본 연구에서는 기존의 스틸 클램핑 플레이트를 GFRP 소재를 이용한 클램핑 플레이트로 대체 적용하고자 하였다. 본 연구에서는 GFRP 복합재료 클램핑 플레이트의 화학적 환경에 노출 후 사용수명을 예측하였다. GFRP 재료는 우수한 역학적 성능과 고내구성을 가지고 있는 재료이다. 그러나 유해환경에 노출되면 GFRP 재료는 유리섬유가 수분과 알칼리 환경에 노출되었을 때 리칭(leaching)작용으로 이온이 수분으로 침출되고 에칭(etching)작용에 의해 실리카가 파괴된다. 따라서, 유리섬유 표면이 침식되고 가수분해 산물인 수산화실리콘이 섬유 표면에 축적되어 섬유와 수지의 접착 계면에 파괴가 진행된다. 그러므로 GFRP 재료를 사용하기 위해서는 GFRP 재료의 유해환경 노출 후 성능을 파악하는 것이 중요하다. 본 연구에서 GFRP 재료에 대한 내구성의 평가는 촉진열화시험을 이용하여 평가하였다. 평가결과를 이용하여 GFRP 클램핑 플레이트의 사용수명을 예측하였다. 사용수명 예측을 위한 시간-온도의 관계는 Litherland 등에 의하여 처음 제안된 방법을 적용하였다. 촉진열화환경 조건으로는 온도조건 60℃를 적용하였다. 또한 개량형 가동보가 일반적으로 물에 노출되는 경우가 대부분일 것으로 판단하여 60℃ 물에 노출된 경우와 화학적 환경에 노출된 경우를 고려하여 화학적 환경 중 가장 큰 영향을 받는 것으로 시험결과 나타난 CaCl₂ 용액에 침지시킨 후 시험결과를 이용하여 사용수명을 예측하였다. 사용수명 예측을 위하여 잔류파괴 휨강도를 이용하였으며, 잔류파괴휨강도가 일반적인 물에서는 90%이하로 감소할 때, CaCl₂ 용액에 노출시켰을 때는 80% 이하로 감소할 때를 기준으로 하였다. Litherland의 모델을 이용한 사용수명 예측결과 일반적인 환경(물)에 노출된 경우 GFRP 클램핑 플레이트는 약 65년의 사용수명을 가지고 있는 것으로 분석되었다. 또한, CaCl₂ 용액에 노출된 경우 예측결과 약 50년의 사용수명을 가지고 있었다.

패널형 유리섬유 보강 클램핑 플레이트의 기후환경 노출 후 역학적 특성 연구

김영준 ( Yeong-jun Kim ),전종찬 ( Jong-chan Jeon ),전상민 ( Sang-min Jeon ),김효동 ( Hyo-dong Kim ),김미솔 ( Mi-sol Kim ),유성열 ( Seong-youl Yoo ),박찬기 ( Chan-gi Park ) 한국농공학회 2016 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2016 No.-

개량형 가동보에서 클램핑 플레이트는 에어백과 콘크리트를 고정시키는 역할을 한다. 따라서 항상 물과 접촉해 있으며 부식의 발생시 개량형 가동보 전체의 수명에 영향을 미치게 된다. 따라서 본 연구에서는 기존의 스틸 클램핑 플레이트를 GFRP 소재를 이용한 클램핑 플레이트로 대체 적용하고자 하였다. 본 연구에서는 GFRP 복합재료 클램핑 플레이트의 역학적 특성을 평가하기 위하여 휨파괴시험을 실시하였다. 시험은 ASTM D 4476의 시험방법을 적용하였으며 1,000kN 용량의 UTM(Universal Testing Machine)을 사용하였다. 시험은 플레인형(Plain type), 패널형(Panel type)을 동시에 시험하여 성능을 비교 평가하였다. 시험결과, 패널형 GFRP 클램핑 플레이트는 기존의 플레인형 GFRP 클램핑 플레이트 보다 2배 이상의 파괴휨하중을 나타내었다. 플레인형의 GFRP 클램핑 플레이트의 평균 파괴하중은 약 124kN을 나타내었으며 패널형의 GFRP 클램핑 플레이트의 파괴하중은 약 245kN을 나타냈다. 기후촉진 환경에 노출후 파괴하중 시험 결과, 플레인형 GFRP 클램핑 플레이트의 경우에는 건조-습윤 반복시험 결과 평균 파괴하중은 108.29 kN 및 99.21 kN을 나타내었으며, 장기 동결온도 시험결과 평균 파괴하중은 105.28 kN 및 102.21 kN, 장기 고온 노출시험을 실시한 시험결과 평균 하중은 101.85 kN 및 99.34 kN, 동결융해 반복시험 결과 평균 하중은 91.96 kN 및 88.21kN을 나타내었다. 패널형 GFRP 클램핑 플레이트의 경우에는 건조-습윤 반복시험 결과 평균 파괴하중은 211.24 kN 및 192.88 kN, 장기 동결온도 시험결과 평균 파괴하중은 204.32 kN 및 196.67 kN, 장기 고온 노출시험을 실시한 시험결과 평균 하중은 237.13 kN 및 228.14 kN, 동결융해 반복시험결과 평균 하중은 209.67 kN 및 205.34 kN을 나타내었다. 시험결과 패널형 GFRP 클램핑 플레이트가 플레인형 클림핑 플레이트가 파괴하중 및 기후 촉진 노출 후 파괴휨하중이 크게 나타났다. 이와 같은 결과로 볼 때 플레인형 보다는 패널형 GFRP 클램핑 플레이트가 개량형 가동보에 적용하기에 더 적합한 것으로 나타나났다.