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지표수 우선 활용을 위한 ICT기반 관수제어 시스템 개발 및 현장 적용
추연재 ( Yeonjae Choo ),김황희 ( Hwanghee Kim ),오리온 ( Rion Oh ),박성기 ( Sungki Park ) 한국농공학회 2022 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2022 No.-
최근 경지면적 추세는 논 면적은 감소하며, 밭 면적은 증가하고 있다. 논 면적 감소에 의한 여분의 지표수를 밭관개용수로 사용하여 기존 수리시설의 활용도 제고, 농업용수의 사용 절감, 신규 개발비 절약 등의 효과를 얻게 될 수 있도록 농업용수의 다목적 이용방안이 필요하다. 따라서 기존의 지하수 사용 위주였던 자동 관수제어 시스템을 본 연구에서는 지표수 활용이 가능한 ICT기반 다기능 저류조 시스템의 개발 및 현장 적용하였다. 본 연구에서는 지표수 우선 활용을 위하여 ICT기반 관수제어 시스템을 구축하였다. Test-bed는 충남 예산에 위치한 사과밭으로 지표수 활용이 가능한 용수로가 설치되어 있어서 별도의 추가시설 없이 펌프만을 이용하여 관개용수로 사용이 가능하며, 상류 저수지에서 내려오는 용수로 수질이 양호한 편이다. ICT기반 관수제어 시스템은 용수로에 수위 및 수질센서를 설치하여 데이터를 측정하고, 설정된 수위와 수질 범위에 도달하면 지표수 용수공급 펌프가 작동되어 다기능 저류조에 용수를 공급한다. 다기능 저류조에 용수가 채워지거나 용수로의 수위가 설정된 수위 이하 및 수질 범위로 떨어지게 되면 용수로의 지표수 용수공급 펌프는 자동으로 정지한다. 지표수의 특성상 SS, 유기물 및 영양염류의 처리가 요구되어, 다기능 저류조 내부에는 수질개선을 위한 수처리시설 및 UV 램프가 설치되어 용수공급 전 SS 및 영양염류 제거, 대장균군 등 미생물을 소독한다. 그리고 농지에 설치된 토양수분센서를 활용하여 실시간 토양수분함량을 확인하고 설정된 토양수분함량에 도달하면 다기능 저류조 용수공급 펌프가 작동하여 관개용수를 공급한다. 일정 관개시간 이후 실시간 토양수분함량이 설정된 값에 도달하게 되면 다기능 저류조 용수공급 펌프는 자동으로 관개를 중지한다. 또한, 안정적인 용수공급을 위해 지표수 이용이 불가 시 지하수 용수공급 펌프가 작동되어 지하수 공급이 가능하게 되어있다. 그리고 영농인이 강우량계나 일기예보를 확인하여 펌프를 수동으로 제어하여 관수 공급을 중단할 수 있게 설정했으며, 설치한 센서들은 모바일이나 PC를 통하여 실시간 모니터링 및 제어가 가능하다. 현재 Test-bed 구축을 완료하였으며, 6월 중순부터 7월 말까지 모니터링 결과 용수로에서 다기능 저류조로 용수공급이 가능한 시간은 최소 5시간, 최대 하루 정도 펌프 가동이 가능하여 지표수를 공급하는데 충분한 유량을 확보한 것으로 판단되며, 지속적인 모니터링을 통해 문제점을 개선할 계획이다.
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오리온 ( Rion Oh ),김황희 ( Hwanghee Kim ),추연재 ( Yeonjae Choo ),이건희 ( Gunhee Lee ),권오현 ( Ohhyun Kwon ),박찬기 ( Changi Park ) 한국농공학회 2022 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2022 No.-
국내 농업용수 공급시스템은 수요예측, 취수량 제어, 누수관리, 수질관리, 시설물관리 등에 대한 통합관리 및 연계운영 등 효율적인 물관리가 어려운 실정으로 최신 기술을 활용한 ICT 기반의 실시간 운영 및 유지관리 및 지능형 검침이 가능한 지능형 물관리 시스템 도입이 시급한 실정이다. 본 연구에서는 ICT 기반의 관수로 실시간 운영 및 유지관리 시스템 개발에 앞서 농업용 관수로 모형시스템을 통해 실시간 유량, 수압을 측정하고 동일 조건으로 관망해석모형 프로그램(EPANET) 모델링하여 누수 모니터링을 실시하였다. 농업용 관수로 모형시스템은 설계면적 2.8 ha, 설계유량 0.0102 ㎥/s, 관로 직경 80 ㎜, 연장 45 m이며, 실시간 데이터 확보를 위하여 유량계, 압력계 등을 설치하였다. 유량계 및 압력계는 유입부와 유출부에 각각 설치하여 유수율 및 누수율을 판단하며, 3개의 누수밸브를 설치하여 누수 발생 시 누수량, 유량, 수압 변화를 모니터링하였다. 또한, 압력 관망 내에서 절점별, 시간별 수리적 특성인 유량과 압력을 계산할 수 있는 관망해석모형 프로그램인 EPANET을 활용하여 농업용 관수로 모형시스템 제원 및 실험변수와 동일 조건으로 모델링하였다. 관수로 모형시스템 실험결과, 누수발생 시 유량변화가 발생하였으나 누수량이 미비하여 누수량 증가 및 정확한 누수량 계측을 위해 초음파 유량계 설치가 필요할 것으로 판단되었다. EPANET 모델링 결과는 모형시스템 실험결과와 약간 차이가 있었으며, 이는 유량, 수압 계측기의 민감도가 떨어져 정밀한 수압 및 유량 변화 분석이 어려웠다. 따라서, 누수 모니터링을 위한 정밀 비교분석은 누수량 증가와 다량의 데이터가 요구되어 추가적인 실험 진행 후 모델링을 진행할 예정이며, 관수로 모형실험 데이터와 EPANET 모델링 데이터는 추후 ICT 기반 관수로 실시간 운영 및 유지관리 시스템의 운영 알고리즘 결정에 활용하고자 한다.
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지표수 활용을 위한 ICT기반 관개용수시스템 개발 연구
김황희 ( Hwanghee Kim ),오리온 ( Rion Oh ),추연재 ( Yeonjae Choo ) 한국농공학회 2020 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2020 No.-
최근 경지면적 추이를 보면 논 면적은 감소하고, 밭 면적은 증가하고 있는 추세이다. 논 면적 감소에 따른 여분의 지표수를 밭관개용수로 사용하여 기존 수리시설의 활용도 제고, 농업용수 사용의 절감, 신규 개발비 절약 등의 효과를 얻을 수 있도록 농업용수의 다목적 이용방안이 필요한 실정이다. 또한, 미래 사회의 고령화, 기후변화, 자원고갈 등 21세기인류의 식량 안보를 위협하는 지구 환경 변화에 적절히 대응하기 위한 노력의 일환으로, 4차 산업혁명의 핵심인 정보통신기술(Information and Communications Technologies)을 농업에 접목시켜 농업의 생산성 및 효율성을 높이기 위한 움직임이 전 세계적으로 활발히 이루어지고 있다. 농업에 ICT 기술을 접목한 대표적인 사례는 스마트 팜(Smart Farm)으로 비닐하우스, 축사, 과수원 등에 ICT를 접목해 원격·자동으로 작물과 가축의 생육환경을 제어하여, 노동력과 에너지, 양분 등을 기존의 관리 방식보다 적게 투입하고도 품질향상 및 생산성을 높일 수 있는 기술이다. 그러나 현재 적용 중인 스마트 팜 시스템은 주로 지하수를 사용하고 있으며, 지표수를 활용한 연구내용과 그 사례는 미비한 실정이다. 지표수는 저수지나 하천에서 취수하여 콘크리트 또는 토공수로를 통해 공급되어 그 특성상 부유물질 유입이 많으므로, 지표수를 밭관개용수로 활용하기 위해서는 수량 및 수질을 실시간으로 모니터링을 할 수 있는 시스템 구축과 동시에 원격자동 관수시스템 필요하다. 따라서 활용하고자 하는 지표수의 수량 및 수질을 실시간으로 모니터링 할 수 있는 센서를 설치하여 현장 모니터링을 통한 DB구축 및 관수시스템 운영 알고리즘을 개발하는 연구를 하고자 한다.
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수리시설물 보수를 위한 자기 충전형 보수재료의 성능 평가
전종찬 ( Jongchan Jeon ),김효동 ( Hyodong Kim ),전상민 ( Sangmin Jeon ),조성문 ( Sungmun Cho ),김미솔 ( Misol Kim ),추연재 ( Yeonjae Choo ),이정희 ( Jeonghee Lee ),박찬기 ( Changi Park ) 한국농공학회 2017 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2017 No.-
본 연구는 수리시설물의 적용하기 위한 라텍스 개질 자기 충전형 보수재료의 강도 특성 및 확산계수 특성을 평가하였다. 라텍스 개질 자기 충전형 보수재료는 초속시멘트와 규사가 혼합된 것으로 라텍스를 혼합하여 유동성을 증가시킴으로써 주입 및 스프레이 시공이 가능하게 하였다. 라텍스 개질 자기 충전형 보수재료의 적용방법은 보수가 필요한 수리시설물의 일부분을 제거하고 믹서에서 라텍스 개질 자기 충전형 보수재료를 뿜칠 및 주입한다. 주입 및 뿜칠이 완료되면 수리시설물의 보수를 마무리한다. 본 연구에서는 수리시설물의 보수를 위한 라텍스 개질 자기 충전형 보수재료의 성능을 평가하기 위해서 라텍스와 초속경 결합재료 비를 변화시켜가며 역학적 특성 및 확산계수를 평가하였다. 라텍스/초속경 결합재료와의 비는 0.40, 0.33, 0.29 및 0.25로 변화시켰다. 역학적 특성 시험결과 라텍스/초속경결합재료의 비가 작아질수록 역학적 성능 및 확산계수 저항성이 증가하였다. 시험결과 라텍스 개질 자기 충전형 보수재료가 수리시설물의 성능을 최적화할 수 있는 결합재료의 비 0.29 이하일 때로 나타났다. 쪼개짐 인장강도는 라텍스/초속경결합재료의 비가 감소할수록 증가하였고, 확산계수는 라텍스/초속경결합재료의 비 감소하면서 작아지는 결과를 나타냈다.
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전종찬 ( Jongchan Jeon ),김효동 ( Hyodong Kim ),전상민 ( Sangmin Jeon ),조성문 ( Sungmun Cho ),김미솔 ( Misol Kim ),추연재 ( Yeonjae Choo ),이정희 ( Jeonghee Lee ),박찬기 ( Changi Park ) 한국농공학회 2017 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2017 No.-
수도작에 비해 상대적으로 소득수준이 높은 밭작물이 늘어나면서 밭작물 재배가 늘어나고 있다. 우리나라의 전체 경지면적은 감소하고 있지만, 밭이 전체 경지면적에서 차지하는 비중은 상대적으로 높아지고 있다. 밭을 논 이외 농지라는 소극적인 인식에서 벗어나 우리 사회의 핵심미래 자원으로 보려는 과점이 나타나고 있다. 또한 세계적인 곡물가격 폭등 파동 등으로 밭의 유휴화 방지, 밭에서의 식량, 사료작물 재배 확대 등 밭농업의 중요성이 증대되었다. 수도작에 비해 밭농업은 농업의 다양성, 생물 다양성 및 유전자원 보전 등의 측면에서 중요성이 높다. 따라서 밭농업 활성화를 위한 다양한 정책 및 기술개발이 진행되고 있다. 그 중 하나가 논의 범용화는 고소득의 밭작물을 지속적으로 얻을 수 있는 방법 중에 하나이다. 본 연구에서는 논의 타작물재배를 위한 유공관 암거배수 공법으로 적용되고 있는 무굴착암거공법에 적용되는 주름관 암거의 물리, 역학적 특성을 평가하였다. 실험에 적용한 유공관은 고밀도 폴리에틸렌계 유공관, 폴리프로필렌계 유공관 및 폴리에틸렌계 주름관을 평가하였다. 시험은 밀도, 인장강도, 휨강도, 충격강도, 투수계수를 측정하였다. 시험결과 고밀도 폴리에틸렌 유공관 암거가 폴리프로필렌 유공관 보다 밀도, 인장, 휨강도 및 충격강도가 크게 나타났으며, 투수계수는 동등한 결과 값을 나타냈다. 또한 주름관 역시 고밀도 폴리에틸계를 적용함으로서 폴리포르필렌계 보다는 밀도 및 강도에서는 우수한 성능을 발휘하였고, 투수계수는 표면에 부직포를 처리하여 투수시험시 부직포가 투수성을 제어하는 결과를 보여주어 투수계수는 다른 암거보다 약간 작게 나타났다. 다만 현장에서는 토립자로 인한 공극의 막힘현상을 방지할 수 있기 때문에 장기적으로는 투수성능을 향상시킬 수 있다.
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전종찬 ( Jongchan Jeon ),김효동 ( Hyodong Kim ),전상민 ( Sangmin Jeon ),조성문 ( Sungmun Cho ),김미솔 ( Misol Kim ),추연재 ( Yeonjae Choo ),이정희 ( Jeonghee Lee ),박찬기 ( Changi Park ) 한국농공학회 2017 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2017 No.-
최근 여름에는 계속된 폭염과 5월부터 6월까지 이어진 강수량 부족 현상으로 전국 대부분의 지역의 저수율 부족으로 농, 밭작물들이 말라가는 피해로 가뭄에 대한 사회적 관심이 크게 고조되었으며 이에 대한 대책이 시급한 실정이다. 또한 급격한 기후변화로 가뭄의 발생빈도와 강도가 증가하고 있으며, 가뭄발생 빈도는(1904년∼2000년) 0.36회/년에서 (2000년∼2015년) 0.67회/년으로 86% 증가하고 있음에 비해 상대적으로 소득수준이 높은 밭작물이 늘어나면서 밭작물 재배가 늘어나고 있다. 하지만, 현재 가뭄예방보다는 가뭄이 발생 후 조치/지원하는 사후대응에 중점을 두고 있다. 특히, 용수공급시설을 갖춘 관개전은 140천㏊로 전국 밭 면적의 18.5 % 수준으로 논에 비해 열악한 실정이다. 본 연구에서는 가뭄에 대응하고 한정된 농촌용수의 합리적 관리를 위한 관개시설물의 영향 분석 및 취약성 평가 기술을 확보하고 이에 적합한 관개시설물 관리 기술 등을 제시하고자 한다. 이를 위하여 밭관개설물의 현황을 조사 분석하였다. 기존자료를 통한 밭기반정비 실태 조사를 한 결과 17개시군 1,075지구 중 용수개발 지구는 982지구 90%이며, 이중 관개용수를 100% 사용하고 있는 시·군이 15개 시·군이며, 관개용수를 90%정도를 사용하고 있는 시·군이 2개 시·군이다. 우수사례지구의 용수원 실태를 보면 지표수를 사용하는 지구는 3개 지구에 19%이며, 지하수를 사용하는 지구가 12지구 75%를 차지하고 있다. 대부분 밭 관개용수를 지하수를 사용하는 것으로 분석되었다. 따라서 밭관개시설물은 지하수를 이용하는 관정이 대부분을 차지하고 있다. 주산지 지역의 지하수 현황을 조사 분석하였다. 분석결과 관정을 통한 지하수를 이용하면 전체적으로 지하수위는 내려가는 추세로 나타났다. 내륙지역의 주산지 지역은 전기전도도에 따른 작물 생육 피해 발생 우려가 없는 것으로 조사되었으며, 또한 수질 측정결과도 모두 적합판정을 나타냈다. 해안가 주변의 주산지 지역은 지하수 사용시 작물 생육의 피해가 발생할 우려가 있으며, 수질 기준도 부적합 판정을 보여주었다. 조사결과를 종합해 보면 지하수위가 내려가는 추세이며, 추후 가뭄으로 인한 용수부족 현상 발생이 우려되므로 이에 대한 대책이 필요하며, 또한 해안가 주변의 지하수 사용시 전기전도도에 따른 작물 생육의 피해가 없도록 대책을 강구한 후 사용해야 될 것이다. 따라서 밭관개시설물은 충분한 용수화보와 수질문제를 해결할 수 있는 방법으로 개발되어야 할 것이다.
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