경기남부지역의 2017년 기상학적 가뭄특성 및 지역가뭄빈도 분석

방나경 ( Na-kyoung Bang ),남원호 ( Won-ho Nam ) 한국농공학회 2017 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2017 No.-

2017년 1월부터 5월까지의 누적강수량은 전국 평균 122.0㎜로 평년 (253.8㎜)대비 절반 수준 (48%)을 나타났으며, 1973년 이후 두 번째로 적은 강수량을 기록했다. 또한 2017년 6월에 발표한 기상청 보도자료에 의하면 전국 평균 6개월 누적 강수량 (185.4㎜)은 평년 (274.9㎜)대비 68%이고, 강수일수는 평년 (8.7일)보다 3.4일 적어 1973년 이후 네 번째로 적은 값을 기록하였다고 보도하였다. 이러한 기상학적 이상기후결과, 경기남부지역, 충남서부지역을 중심으로 극심한 기상학적, 농업적 가뭄이 발생하였다. 본 연구에서는 기상청 산하의 75개의 기상관측소의 1954∼2017년까지의 기상자료를 수집하여 강수빈도, 강우일수, 강수극한지표, 표준강수지수 (Standardized Precipitation Index, SPI) 등을 산정하였다. 지표에 따라 지역별 재현기간에 따른 가뭄빈도 및 아노말리를 분석하고 시공간적인 증감율에 대한 결과를 제시함으로써, 과거 한반도에서 발생했던 과거 가뭄사상의 비교를 통해 2017년 경기남부지역에서 발생한 가뭄사상에 대한 통계학적 특성 및 가뭄빈도를 분석하였다. 본 연구의 결과는 최근 우리나라 기후변화 경향을 분석함으로써 기후변화대비 적응 연구의 기초 자료로 활용될 수 있다.

순환형 농업용수관리를 위한 양수저류 추정 및 물 공급 의사결정방안

방나경 ( Na-kyoung Bang ),남원호 ( Won-ho Nam ),김한중 ( Han-joong Kim ),강구 ( Ku Kang ) 한국농공학회 2020 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2020 No.-

최근 우리나라 농업 환경은 가뭄 등 기후변화로 인해 매년 가뭄이 빈번하게 발생하고 있으며, 이는 대부분 관개 시설의 용량부족 등으로 발생한다. 농업용수의 주요 공급원인 저수지 등 주요 수리시설의 용수공급 능력의 부족과 노후된 시설의 증가로 기후변화 및 기상이변에 따른 가뭄 등 재해에 취약성이 증가하기 때문에 선제적인 대응책이 필요하다. 농업용 저수지의 주수원공만으로 농업용수 공급이 부족할 경우, 양수저류를 통한 순환형 물관리를 적용할 수 있다. 이를 위해서 저수지로 유입되는 수량을 파악하고 양수장 등의 보조 수원공에서 공급가능한 수량과 공급일수 등을 분석하여 관리자가 효과적으로 농업용수를 공급할 수 있는 실행 기술의 개발 등이 필수적으로 요구된다. 양수저류형 저수지의 물수지 분석은 기존 저수지의 물수지 분석과정에 양수시설 관련된 사항이 추가적으로 고려되어야 하며, 양수량을 적기에 공급받을 수 있는지를 파악하여 저수지와 양수시설의 동시 조작을 통하여 저류량 규모를 결정해야 한다. 양수 가능량은 저수지의 유입량과 저류량에 따라 방류량이 결정되므로 저수지 유입량 및 저류량은 합리적이고 정확한 예측이 필요하며, 효율적인 양수저류 방법을 제시하고 강우 시나리오별 최적의 양수량 및 양수시기를 제시할 수 있어야 한다. 본 연구에서는 2016년과 2017년 극심한 가뭄의 영향으로 농업용수 운용이 어려웠던 지역으로 경기지역의 마둔저수지와 충남지역의 풍전, 대사저수지를 대상으로 강우 시나리오별 최적의 양수량 및 양수시기를 산정함으로써 순환형 물관리 시스템의 적용 가능성을 모의하고자 한다. 저수지 물수지분석으로부터 비관개기의 저수지 유입량을 산정하고, 비관개기간의 하천 가용수량 산정을 위하여 양수저류 용량에 따른 저수지 변화량을 산정하여 양수 저류량에 따른 저수량을 추정하고자 한다. 또한 관개기의 용수흐름을 파악하기 위하여 EPA (US Environmental Protection Agency) SWMM (Storm Water Management Model) 기반의 순환형 농업용수이용 관리시스템을 이용하여 수원공에서 공급된 수량, 각 포장에 공급된 포장공급량 (관개량), 수로에 흐르는 수로 공급량, 수로 또는 포장에서 범람, 퇴수되는 수량과 용수부족 지역의 위치를 분석하였다. 설정변수는 실제 물관리자가 현장여건을 반영할 수 있도록 공급량, 용수공조작, 수문 개도율로 구분하였다. 본 연구의 결과로써 퇴수되는 수량을 분석하여 관개기의 순환형 농업용수 관리가 가능하도록 이동형 양수장치의 설치위치의 적지와 사용가능한 용수량을 파악할 수 있을 것으로 판단된다.

이수안전도를 고려한 농업용 저수지의 지역가뭄빈도 유형화

방나경 ( Na-kyoung Bang ),남원호 ( Won-ho Nam ),권형중 ( Hyung Joong Kwon ),최경숙 ( Kyung-sook Choi ) 한국농공학회 2018 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2018 No.-

물 수요량, 저수량, 유입량에 의해서 영향을 받는 농업용 저수지의 이수안전도는 수자원 공급시설이 용수수요를 충족 시킬 수 있는 물 공급의 안정성 정도이며, 설정된 수요량을 공급할 수 있는 확률 또는 빈도개념으로 표현하고 있다. 본 연구에서는 농업용 저수지 이수안전도 분석을 위해 유효저수량 100만 톤 이상인 466개 저수지를 시험지구로 선정하여 해당 저수지의 통계연보상의 설계한발빈도와 유역배율 등 기초 조사를 실시하였다. 현재의 기상조건을 기준으로 이수 안전도를 분석한 결과 전국적으로 10년 빈도 이상으로 나타난 저수지가 316개소, 7년 빈도 33개소, 5년 빈도 16개소, 3년 26개소, 평년이하 72개소로 나타났다. 지역적으로는 저수지가 상대적으로 많은 전라남도, 전라북도, 충청남도, 경상 북도에서 3년 빈도 이하의 저수지가 상대적으로 많아 이수측면에서 가뭄빈도가 높은 지역으로 파악되었다. 통계연보와 현재의 기상조건 기준으로 한발빈도의 변화를 조사한 결과를 바탕으로 이수안전도 유형분류 및 용수공급능력의 변화 요인을 분석하였다. 본 연구의 결과는 용수구역별 이수안전도 증대를 통한 지역적 용수 불균형을 해소할 수 있도록 농업용 저수지의 이수안전도를 재평가하는데 활용될 수 있으며, 안정적인 용수확보를 위한 이수분야 설계 기준 마련에 활용하고자 한다.

양수저류형 저수지의 비관개기 물수지 분석 모형 개발

방나경 ( Na-kyoung Bang ),남원호 ( Won-ho Nam ),김한중 ( Han-joong Kim ),강구 ( Ku Kang ) 한국농공학회 2019 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2019 No.-

2017년 상반기 누적강수량은 224mm로 평년대비 48% 수준이었으며, 전국 평균 저수율은 36%로 전례없는 최저 수준으로 특히 경기 남부, 충남 서북부지역 등에 극심한 가뭄이 발생하였다. 농업용수의 경우 주로 농업용 저수지와 같은 주수원공의 공급만으로 운영되며, 용수 부족이 예상될 경우 최적 관리기준에 의거하여 공급을 위하여 확보해야 할 공급 가능량을 분석하는 기술 등 가뭄대응능력 평가에 대한 연구가 요구된다. 본 연구에서는 가뭄 상황시 농업용수 부족을 해결할 수 있는 방안으로 하천 등에서 농업용 저수지로 양수하여 저류시켜 이용하는 방법이나 저수지 등의 수원으로부터 농경지에 공급된 물이 배수로 등을 통하여 하천으로 방류되는 것을 저류하여 재이용하는 순환형 물관리 방법을 통해 농업용수 공급가능량 산정에 따른 물 공급 의사결정 방안을 제시하고자 하였다. 비관개기의 저수지 유입량 추정에 적합한 것을 선정하기 위하여 경기지역의 마둔저수지와 충남지역의 풍전, 대사저수지를 대상으로 장기유출모형인 TANK 모형과 강우-유입 관계식을 비교하였으며, 최근 10년의 평균 강우자료의 90%를 적용하여 비관개기 저수량을 추정하였다. 비관개기간의 하천 가용수량 산정을 위하여 2008년부터 2017년까지의 일평균 유입량을 10월부터 4월까지 산출하였으며, 마둔저수지의 경우 비관개기간동안 평균 67.61 천톤의 용수가 확보되는 것으로 나타났고, 동절기(12월-2월)를 제외하면 약 53 천톤의 용수를 가용할 수 있는 것으로 나타났다. 비관개기간 양수저류 용량에 따른 저수지 변화 모의를 위하여 일 양수저류량에 따라 비관개기간인 10월부터 4월까지의 저수량을 추정하였으며, 추정기간은 2015년 10월부터 2016년 4월까지 모의하였다. 마둔저수지의 10월초 저수율은 10%이며, 10월부터 11월, 3월부터 4월까지 일 4천, 6천, 8천톤 양수저류 모의를 실시한 결과 44%, 50%, 60%의 관개기 초 저수율이 예측되었다. 본 연구를 통해 저수지 담수에 집중하는 비관개기의 양수저류 목표저수율 대비 필요수량, 양수장 가동시기 등을 제시한다면 관개기의 효율적인 농업용수의 공급을 위한 의사결정을 지원할 수 있을 것으로 판단된다.

농업용수관리자동화사업 시행성과 분석

방나경 ( Na-kyoung Bang ),남원호 ( Won-ho Nam ),김한중 ( Han-joong Kim ),이남호 ( Nam-ho Lee ),신안국 ( An-kook Shin ),강문성 ( Mun-sung Kang ) 한국농공학회 2020 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2020 No.-

기후변화 가속화에 따른 국지성 가뭄과 집중호우로 인한 수자원의 계절적·지역적 수급 불균형에 따라 농업용수의 관리방식을 계측정보 기반의 과학적 물관리 방식으로 전환해야 한다는 필요성이 대두되었다. 한국농어촌공사 (Korea Rural Community Corporation, KRC)에서는 2001년부터 본격적으로 농업용수관리자동화사업을 시행하였다. 농업용수관리자동화사업은 체계적인 농업용수 관리, 농업생산성 향상 도모, 물관리 비용 및 용수 절감 등을 위한 목적으로 시행되었으며, 사업시행 초기 농업기반시설 무인계측 및 원격제어 시스템 보급으로 수리시설의 관리 효율성이 크게 향상되어 용수 수급이 개선될 것으로 분석되었다. 그러나 농업용수관리자동화사업의 최초 시행 이후 영농환경과 기후의 상당한 변화가 발생하였고 이를 반영한 사업의 시행성과 및 분석이 미흡하였다. 따라서 변화된 영농환경 상에서의 사업 시행성과를 재점검하고, 효율적 시설관리 방안 및 향후 사업추진 방향 도출이 필요하다. 본 연구에서는 농업용수관리자동화시스템 사업의 도입과 도입 이후 변화된 영농환경과 TM/TC (Tele Metering/Tele Control System) 관련 기술분야의 발전을 고려한 정성적·정량적 평가와 사업시행 성과분석을 위한 지표를 개발하였다. 농업용수관리자동화 사업시행에 대한 성과분석을 위해 3개의 성과지표 (용수관리, 인력 및 기술발전, Bigdata 기반 영농과학화)와 자료수집을 완료한 5개 세부항목에 대하여 개별 및 종합분석을 실시하였으며, AHP (Analytic Hierarchy Process) 설문을 활용하여 농업용수관리자동화사업과 관련한 성과지표에 대한 적정 중요도 (가중치)를 산정하고, 지표별 점수 범위를 100점 척도로 점수화하여 종합분석을 수행하였다. 2001년에서 2005년까지 도입 초기 58.3점에서 현재 (2016년에서 2019년까지) 81.7점으로 약 23.4점 증가하였으며, 자동화사업 도입 전·후를 비교하면 성과의 약 18%가 상승하였다. 현재까지 물관리자동화 사업의 달성 수준은 80.0% 수준으로 현재까지 성과를 기준으로 목표값을 설정한다면, 효율적인 물관리 기법, 용배수로 체계의 지능형, 능동형 관리시스템과 협업을 통하여 물관리자동화 사업의 성과를 높일 수 있는 방법과 연계하여 시너지를 더욱 높일 수 있는 물관리자동화사업으로의 발전 가능성이 있을 것으로 판단된다.

SWMM 모형을 활용한 농업용 저수지의 들녘단위 물공급 효율 평가

방나경 ( Na-kyoung Bang ),남원호 ( Won-ho Nam ),하태현 ( Tae-hyun Ha ),이광야 ( Kwang-ya Lee ) 한국농공학회 2019 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2019 No.-

가뭄대책을 수립할 때 강수량의 부족에 따른 자연적인 현상이외에도 용수가 부족해지는 현상을 파악하여 원인을 분석하고 대책을 마련하는 것이 중요하다. 농업가뭄은 농작물의 생육에 영향을 미치는 가뭄으로 동일한 강수량에도 수원공 및 수로의 상태, 운영 및 관리 방법에 따라 지역별로 체감되는 가뭄 정도가 상이하다. 따라서 농업가뭄은 자연적인 현상인 기상학적 가뭄과 병행되어 농업용 수리시설의 내한능력 및 용수공급능력, 농업용수 관리상의 진단과 평가를 통해 종합적으로 이수운영 능력을 평가해야 한다. 본 연구에서는 SWMM (Storm Water Management Model) 모형을 활용하여 들녘단위 용수공급 상황을 모의하였으며, 관개면적의 들녘단위 물 공급 효율을 평가하고자 한다. 관행적 용수공급 패턴을 분석하기 위하여 연도별 저수율 자료와 기상자료를 이용하여 저수지의 유입량, 관개면적 필요수량을 산정하고, 수로 네트워크에 따른 수문 및 수리학적 특성을 반영한 들녘단위 용수공급 모의를 수행하였다. 저수지 저수율은 한국농어촌공사(KRC)의 농업기반시설관리(RIMS)의 자료를 이용하였으며, 수집된 자료의 기간은 1991년부터 2018년까지 일별 자료를 수집하였다. 본 연구에서는 농업용수 공급 배분 평가를 위해 적정성 (Adequacy) 지표를 사용하였으며, 공급 적정성은 관개시스템의 용수공급 계획량과 실제 용수배분량의 비율로 산정한다. 공급적정성 지표는 시기별 대상지구의 전지선에 대한 배분 상태를 지표로서 평가할 수 있으며, 이는 실시간 수위/유량 데이터와 비교하여 지선별 용수공급의 불균형 및 분배를 효율적으로 평가할 수 있을 것으로 판단된다. 또한 용수공급의 적정성 평가 결과는 향후 농업용수 이수 대책에 활용하여 농촌지역의 효율적인 물 배분 및 관리에 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

최적 농업용 저수지 운영기준 개발을 위한 들녘단위 SWMM 모형 적용

방나경 ( Na-kyoung Bang ),남원호 ( Won-ho Nam ),김한중 ( Han-joong Kim ),강구 ( Ku Kang ),하태현 ( Tae-hyun Ha ),이광야 ( Kwang-ya Lee ) 한국농공학회 2018 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2018 No.-

기후변화에 따라 가뭄 등의 이상기후 빈도 및 강도가 증가하고 있으며 2017년 상반기 전국 강수량은 1973년 이후 역대 최저치였으며 지역별로 강수의 편차 또한 크게 발생하였다. 가뭄의 빈도 및 강도가 심화됨에 따라 농업용수의 효율적인 운용 및 관리에 대한 필요성에 제기되었다. 현행 농업용저수지의 물관리는 과학적 판단 근거나 기준이 없이 경험에 의존하고 있는 실정으로 가뭄 등 재해발생시 지역별 관행적 용수관리 및 물관리자 개인 역량에 따른 편차가 발생하여 최적의 대응에 역부족이다. 가뭄 발생 시 간선, 지선 등 말단수로의 필요수량 공급 부족현상이 빈번히 발생하고 있으며 지역별로 각기 다른 기준으로 저수지 운영이 이루어짐에 따라 농업용수의 배분이 제대로 이루어지는 지에 대한 파악 또는 예측도 어려운 실정이다. 본 연구에서는 기존의 관행적 운영현황 분석을 위해 농업용 저수지 공급량을 추정하여 순별 저수지 공급량의 추세를 분석하여 과거 물관리 방법을 재현 하고자 한다. 또한 과거 농업용수 공급패턴에 따라 공급시나리오를 표준화하고 SWMM (Storm Water Management Model)을 통해 들녘단위 용수공급 상황을 모의하여 과거 농업용수 공급 패턴에 따른 수혜면적의 공급여부를 파악하고자 한다.

2017년 극심한 봄 가뭄의 기상학적 특성 및 통계학적 가뭄빈도해석

방나경 ( Bang Na-kyoung ),남원호 ( Nam Won-ho ),홍은미 ( Hong Eun-mi ),( Michael J. Hayes ),( Mark D. Svoboda ) 한국농공학회 2018 한국농공학회논문집 Vol.60 No.4

The extreme 2017 spring drought affected a large portion of central and western South Korea, and was one of the most climatologically driest spring seasons over the 1961-2016 period of record. This drought was characterized by exceptionally low precipitation, with total precipitation from January to June being 50% lower than the mean normal precipitation (1981-2010) over most of western South Korea. In this study, for the quantitative drought impact analysis, the widely-used Standardized Precipitation Index (SPI) and the statistical drought frequency are compared with observed meteorological characteristics and anomalies. According to the drought frequency analysis of monthly cumulative precipitation during January and May in 2017, Gyeonggi-do, Chungcheong-do, and Jeollanam-do areas showed more than drought frequency over 100 years. Gyeongsangnam-do area showed more than drought frequency over 200 years based on annual precipitation in 2017. The South Korean government (Ministry of Agriculture, Food and Rural Affairs (MAFRA) and Korea Rural Community Corporation (KRC)) have been operating a government-level drought monitoring system since 2016. Results from this study can be used to improve the drought monitoring applications of future drought events, as well as drought planning and preparedness in South Korea.

SWMM을 활용한 농업용수 네트워크 모형 단순화 분석 - 만대 저수지 사례를 중심으로 -

안성수 ( An Sung-soo ),방나경 ( Bang Na-kyoung ),이종서 ( Lee Jong-seo ),방성수 ( Bang Sung-soo ),남원호 ( Nam Won-ho ),김한중 ( Kim Han-joong ) 한국농공학회 2022 한국농공학회논문집 Vol.64 No.1

This study established a water supply network based on the operation case of Mandae Reservoir in Yanggu-gun, Gangwon-do, to analyze the efficient distribution and management of agricultural water supplied from the reservoir to irrigation areas using the hydraulic analysis model SWMM. In order to construct a model to analyze the water canal network, network conditions needs to be simplified, and in particular, excessive detail or simplification of the irrigation area can lead to errors in the analysis results. Therefore, the effect of the water canal network model was analyzed by simulating the appropriate simplification process step by step. The results of simplifying the actual block shape of the analysis target area using SWMM showed that there was no significant difference in the results even if 7 lots were simplified to 2. Also, it was found that the construction and analysis of a simplified network model were reliable when the excess quantity was 2% or more compared to the required quantity for each case of analysis of the paddy field.

참여형 관개관리에 따른 논의 관개용수량 변화

남원호 ( Won-ho Nam ),방나경 ( Na-kyoung Bang ),김한중 ( Han-joong Kim ),이광야 ( Kwang-ya Lee ),조원주 ( Wonjoo Cho ) 한국농공학회 2020 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2020 No.-

통합물관리 체계에서 물관리 관행에 대한 정량적 평가는 현장에서 수혜자가 만족하는 적정 관개량 또는 수리권량의 산정을 위한 가장 기초적인 자료이다. 농업용수 관리 정책의 방향이 공급시설의 확대에서 수요관리로 전환되는 사회적 요구를 수용하기 위해서는 물관리에 있어 농민의 참여가 반드시 필요하다. 참여형 관개관리 (Participatory Irrigation Management, PIM)는 관개사업의 계획 및 실행 (설계 및 시공), 유지관리 (의사결정, 노동력제공, 이용료부담) 등 전 과정과 수원공에서 평야부까지 모든 단계에서 이해관계자인 농업인이 참여하는 것을 의미한다. PIM의 최종목표는 농업용수이용자가 직접 물을 관리함으로써 수리시설물의 효율적 이용과 관리를 통하여 농업용수를 절약하는 것이다. 논의 관개용수에 관한 수요관리 방안으로 부각되고 있는 참여형 관개 관리는 과거 가뭄이나 물 부족이 발생하여 농업용수 수급에 지장이 예견되면 간단관개 또는 윤환관개 방식의 농업용수 공급관리로 농민 스스로 관개에 적극 동참하는 관행적 방법으로 시행되었다. 본 연구에서는 기후조건 시나리오별 참여형 관개방식 (윤환관개, 간단관개)의 효과를 분석하고, 비구조적 방식으로 농업용수의 이용 효율을 개선하는 수요관리의 효과를 정량적으로 산정하고자 한다. 2017년 극심한 가뭄상황이 발생한 경기 안성 마둔 저수지를 대상으로 평년, 가뭄년의 관개용수량을 비교하고, 해당 지역의 벼 생산량과 재배면적 등 제반 인자를 비교하였다. 물 이용자의 참여에 따라 공급량의 차이를 분석하기 위하여, EPA SWMM (United States Environmental Protection Agency Storm Water Management Model) 모형을 기반으로한 수로네트워크 모델을 이용하여 관개 방식에 따른 관개용수량 변화를 분석하였다. 마둔저수지의 기후조건 및 관개방식에 따른 농업용수 공급 모의결과, 연속관개의 경우 수문조작을 실시하면 포장공급율이 최대 5배까지 증가하였고, 간단 또는 윤환관개를 실시할 경우 공급량을 8%에서 43%까지 감소하는 것을 확인하였다. 강수량과 공급량의 경향이나 패턴이 매년 다른 양상으로 나타나는 것에 대비하여 미곡 생산량이나 도매가에는 큰 차이가 발생하지 않았다. 이는 기후영향에 따라 농업용수의 공급과 수요측면에서 조절이 이루어졌을 것으로 판단된다. 과거 한해대책지원으로 양수장이나 추가급수 등으로 대체해왔으나, 향후 평상시 물이용량에 대비하기 위하여 참여형 관개에 따른 수요관리로 용수공급 효율을 조절할 필요가 있다. 이를 바탕으로 현장에서는 수문조작과 관개방식의 조절에 따른 참여형 관개방식을 적용하여 관리손실량을 고려한 수요측면의 용수관리가 필요할 것으로 사료된다.