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노지 밭작물 관·배수 통합 자동제어 물관리 기술 적용 효과
정기열(Kiyuol Jung),전현정(Hyenchung Chun),이상훈(Sanghun Lee),공동혁(Donghyeok Gong) 한국토양비료학회 2021 한국토양비료학회 학술발표회 초록집 Vol.2021 No.11
노지 밭작물 재배에서 효율적인 관개 및 배수관리는 중요한 재배관리 요소이며, 작물생육과 생산성에 대한 주요 환경적 요인이다. 우리나라 연 강수량은 6∼8월 사이에 집중되어 침수와 토양 과습에 의한 습해와 이상기상에 따른 반복적인 밭작물 가뭄피해 발생으로 노지 밭작물의 생산성 변동이 심화되고 있는 실정이다. 또한 현재까지 노지 밭작물의 물관리 기술은 습해 예방을 위한 암거(暗渠)배수와 가뭄피해 예방을 위한 자동관개 기술이 각각 별도의 기술이 개발되었으나, 습해와 관수를 동시에 관리할 수 통합한 물관리 기반기술 개발은 전무한 실정이다. 이에 본 연구에서는 기후변화에 따른 노지 밭작물의 안정적인 생산을 위한 관수와 배수를 동시에 제어 할 수 있는 관·배수 통합 자동화 기반 기술 개발하고자 수행하였다. 본 시험은 세 가지 물관리 방법 (i) 지중점적 관개(SDI) (ii) 무굴착 암거배수(SD) (iii) 관·배수 통합(지중점적관개 + 무굴착 암거배수)를 비교하기 위해 국립식량과학원 남부작물부 시험포장에서 수행하였다. 시험 토양은 모래 58.5%, 미사 31.9%, 점토 9.6%의 사양토이었다. 시험작물은 콩(Glycine max L.)을 대상으로 물관리 방법에 따른 생육반응을 평가하였다. 지중점적관개는 점적공 간격 20cm, 유출량 2.3L/hr의 압력보상형(pressure compensation) 점적관을 사용하여 1.2m 간격으로 땅속 40cm 깊이에, 땅속배수는 굴삭기 부착형 매설기를 이용하여 랩핑 암거관(Ø50mm)를 땅속 80cm 깊이에 2.4m 간격으로 각각 매설하였다. 또한 관·배수 통합 물관리(지중점적관개 + 무굴착 암거배수)는 지중점적관관 암거배수관을 교차로 시공하여 시험하였다. 토양수분 함량은 Electrical Capacitance 방식의 층위별 수분측정센서(Easy AG50-5Wire, Sentek Pty Ltd.)를 설치하여 토양의 깊이에 따라 10cm 단위로 0∼50 cm까지 1시간 간격으로 토양수분을 측정하였다. 자동관개는 근권층의 포장용수량 기준 토양수분 함량(용적수분 25%, VWC)에 설정하여 이보다 낮으며 자동 관개되도록 시스템을 프로그램화하여 실시하였다. 물관리 방법에 따른 토양수분 및 수분장력 변화, 일평균 관개량, 한발누적일수(초기위조점 이하 수분함량 누적일수) 등 관개효율을 각각 분석하였다. 물관리 방법에 따른 근권층의 일평균 토양수분 함량을 기준으로 평균 수분함량은 조사한 결과 대조구(무관개) 36.9%, 암거배수 29.8%, 지중관개 42.5%, 관·배수 통합 44.2%로 각각 조사되었으며, 한발누적일수는 대조구(무관개) 18일, 암거배수 15일이었고 지중관개와 관·배수 통합관리에서는 관측되지 않았다. 또한 토양 수분장력은 대조구(무관개) -76.3kPa, 암거배수 -87.8kPa, 지중관개 –5.1kPa, 관·배수 통합 –9.0kPa로 나타났다. 이러한 결과로 암거배수 처리구에서는 배수로 토양수분이 낮게 유지되었고, 지중관개에서 강우에 의해 토양수분이 높게 유지되었다. 반면 관ㆍ배수 통합관리에 관수와 배수관리로 암거배수와 지중점적 관개 처리에 비해 토양수분 변이가 낮고 안정적 토양수분 유지가 가능하였다.
정기열(Kiyuol Jung),이상훈(Sanghun Lee),공동혁(Donghyeok Gong) 한국토양비료학회 2021 한국토양비료학회 학술발표회 초록집 Vol.2021 No.11
논에서 밭작물 재배 시 습해를 예방하기 위한 수단으로 PVC 유공관 등을 매설하는 암거배수 방법이 주로 사용되고 있다. 그러나 이와 같은 방법은 배수관과 소수재(모래 및 자갈)에 의한 시공비용이 많이 소요되는 단점이 있다. 또한 지하수위 제어에서 암거배수의 역할과 중요성과 관련하여 다양한 배수관과 소수재 및 설치와 관련하여 새로운 기술과 더 경제적인 시공기술을 찾기 위해 많은 연구가 이루어졌다. 이에 기존 암거배수 기술보다 시공이 쉽고 간편하고, 시공비용을 절감할 수 있는 PVC 유공관을 매설하지 않고 땅속 50cm 깊이에 천공과 동시에 소수재로 왕겨를 압축하여 시공하는 트랙터 견인식 왕겨충진형 암거배수 기술을 개발하고 있다. 본 연구는 왕겨를 배수용 소수재로 배수에 적용할 가능성을 조사하기 위해 수행하였다. 소수재 왕겨의 입도분포곡선, 다공성, 부피 및 입자 밀도, 수분 흡수율을 포함한 중요한 물리적 및 수리적 특성을 측정하였다. 왕겨는 독특한 모양(방추형)으로 인해 다른 기울기 곡선을 가질 수 있으므로 5, 10, 20, 30, 60 및 90분 동안의 기울기 곡선을 결정하였고, 입도분포곡선 기준을 이용하여 3회 반복하여 10분간 체질하여 계조 곡선의 균등계수(CU) 및 곡률계수(CC)를 계산하였다. 소수재 왕겨의 수리 전도도는 소수재의 수리 저항 및 유압 성능의 유입을 결정하는 데 유용한 요소로써 소수재 위에 놓인 토양의 하중으로 인한 압축으로 인해 가변적이기 때문에 왕겨 위에 가해지는 정하중의 차이에 따른 왕겨의 수리전도도 변화를 측정하기 위해 두께 8mm, 지름 20cm, 높이 120cm의 투명한 실린더 형태의 전도도계를 제작하여 시험하였다. 왕겨 소수재의 여과 특성 및 수리 전도도를 일반 소수재(자갈)와 비교하기 위하여 두 가지 토성(사양토, 식양토) 대상으로 가로 100cm, 세로 80cm, 높이 100cm 크기의 미니 토조을 제작하여 테스트하였다. 왕겨의 공극률이 매우 높다(~79%). 소수재로 왕겨의 물성을 조사한 결과 공극률은 79%, 수분흡수률은 410%로 나타났고, 균등계수와(CU) 및 곡률계수(CC)는 각각 2.8 및 1.16으로 계산되어 입경가적곡선으로 입도산태 판정 기준 1< CC<3, CU≤10를 만족하여 입도분포가 양호하였다. 왕겨의 공극률이 높은 이유는 왕겨의 방추형 모양 때문이었다. 왕겨의 수리전도도 변화는 압력하중(0–26 KPa)에서 왕겨의 수리전도도 변화의 범위는 6500 ~ 500m/day였다. 압력을 높이거나 왕겨 다짐도를 높이면 수리전도율은 감소하지만 높은 다짐에서는 거의 안정하게 되었다. 토조 시험 결과 두 가지 토양에 대한 자갈과 왕겨 소수재의 배수구의 최종 배출량를 기준으로 토성별 소수재(왕겨)의 배수 성능을 평가한 결과 그림 2-15과 같이 유효 배수량 소요 도달시간은 자갈 6시간, 왕겨 8시간 소요되어 왕겨 소수재로 된 배수관의 최종배출량의 차이는 크지 않았다. 왕겨의 수리 전도도가 소수재로서의 수리 기능을 보장할 만큼 높았고, 또한 왕겨 소수재는 자갈 소수재에 비해 적절한 여과 기능이 있었다. 결론적으로 왕겨 소수재를 통한 배수량은 자갈 소수재에 비해 낮으나 광물 소수재에 들어가는 비용이 더 많이 들기 때문에 왕겨를 소수재로 사용하는 것이 합리적이며 배수 소수재로 활용가능성을 확인하였다.
김현태 ( Hyuntai Kim ),정기열 ( Kiyuol Jung ),이상훈 ( Sanghun Lee ),유전용 ( Jeonyong Ryu ) 한국농공학회 2018 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2018 No.-
In order to confirm the field applicability of the PVC corrugated drain pipe used in the non-excavated subsurface drainage system, theoretical analysis on the subsurface discharge capacity of corrugated drain pipe by spacing was conducted and the adaptability was verified through test construction in the field. 1) According to the drainage design criteria, subsurface drainage capacity is required over 30mm/day to cultivate highland crops in the lowland field, and selection of spacing and diameter of drain pipe to drain the required subsurface discharge should be considered. 2) Hydraulic conductivity with k=1*10-<sup>5</sup>cm/s of soil above subsurface drain pipe in low and wet paddy fields can be improved through subsoil fracture. Improved hydraulic conductivity with k=8*10-<sup>5</sup>cm/s and 3*10-<sup>4</sup>cm/s of the soil make installation of the culvert spacing S=5m and 10m possible, respectively, to sufficiently drain the designed subsurface drainage discharge. 3) On the condition of pipe spacing 5m, pipe length 100m and hydraulic head 20cm, it was analyzed that the required diameter of the drain pipe satisfying the subsurface drainage design capacity of 30mm/day (considering safety factor 2) was sufficient. 4) As a result of test construction for non-excavated corrugated subsurface drain pipe with diameter of 50mm, length of 100m, and hydraulic head of 20cm in the field, it was confirmed that installation spacing with 5m of the drain pipe sufficiently fulfilled subsurface drainage capacity of 30mm/day. This paper was made by the support of Rural Development Administration (Research Project No. PJ01281503).