2.1 가상수량 산정
2.1.1 원작물의 가상수량 산정
물발자국은 사람들의 소비와 관련된 물이용을 나타내기 위한 지표로서 가 상수라는 개념을 바탕으로 시작되었다. 이에 본 연구에서는 가상수량의 산 정 방법을 시작으로 현재까지 연구되고 있는 물발자국의 산정방법을 조사, 비교하고자 하였다. 먼저 Chapagain and Hoekstra(2004)가 제안한 가상수량 산 정방법을 살펴보면 다음과 같다.
가상수량(
, virtual water content)은 작물 1t을 생산하기 위하여 사용된2 국내외 농작물별 가상수 산정 방법 검토는 서울대학교 이상현 연구원의 위탁 원고를 정리함.
물의 양(㎥/t)으로, 작물을 생산하기 위한 물 사용량과 전체 작물 생산량의
그림 2-4. 단위 가상수량 산정
자료: 유승환 등(2009).
여기서, =기준작물증발산량(mmday), =증기압 곡선의 기울기 (kPa℃), =순일사량 (MJmday), =토양 열 유속 밀도 (MJmday), =건 습계 상수 (kPa℃), =2m 높이에서 일평균기온 (℃), =2m 높이에서 풍속 (ms), =포화증기압(kP a), =실제증기압 (kPa)을 나타낸다.
최종적으로 작물증발산량은 먼저 기준작물증발산량을 산정하고, 작물의 생육시기별 작물계수를 적용하여 산정하며 이는 아래의 식과 같다. 작물계 수는 작물의 생장단계에 따라 변하여 초기에는 작으나 중기에 증가했다가 말기에 감소하는 경향이 있다. 또한 작물계수는 일반적으로 기온이 높거나 건조하고 바람이 있는 기후에서는 높고, 기온이 낮거나 습윤한 기후에서는 낮다. Chapagain and Hoekstra(2004)의 연구에서는 FAO에서 제공하고 있는 작
물계수를 이용하였다.
자료: 유승환 등(2009); Chapagain and Hoekstra(2004).
주: 쌀의 경우 침투량을 제외한 값이며 기타 작물의 경우 유승환 등(2009)의 결과를 이용하여 재산정한 수치임.
여기서 는 작물증발산량, 는 작물계수, 는
토양수분에 따른 증산감소계수, 는 기준작물증발산량을 나타낸다.
는 실제 활용가능한 토양수분이고 max는 근군역 내에서 최대 활용가능한
2.2 물발자국 산정(녹색·청색·회색 물발자국)
수와의 차이점은 용수공급원을 유효우량과 관개수량으로 구분하여 녹색과 청색 물발자국을 구분하고 있다. 이처럼 밭작물의 물발자국은 기존의 가상 수 산정방법을 토대로 용수공급원에 따라 녹색과 청색으로 구분하여 산정되 는 특징을 가지고 있다.
2.3 국내외 가상수 및 물발자국 산정 방법 비교
현재까지 국내의 가상수 산정에 대한 연구는 진행된 바 있으나 녹색․청색․
회색 물발자국을 구분하여 진행된 연구는 Yoo et al.(2011)에 의한 논 벼의 물발 자국 산정 연구이고 이 연구의 물발자국 산정 방법을 요약하면 다음과 같다.
먼저 논 벼의 물발자국 산정 방법은 기존의 국내 가상수량 산정 방법과 동 일하고 적용 데이터는 국내 실정에 적합한 자료를 활용하였다. 작물증발산 량은 FAO Penman-Monteith법과 Yoo et al.(2008)에 의해 우리나라에 적합하 도록 개발된 작물계수를 적용하였다. 또한 작물 생육기간은 우리나라 실정 에 적합하도록 중부지역의 경우 이앙일을 5월 21일부터 31일까지로 설정하 고 관개기간은 6월 1일부터 9월 10일까지로 설정하였다. 남부지역의 경우 이 앙일을 6월 1일부터 10일까지로 설정하고 관개기간을 6월 11일부터 9월 20 일로 설정하였다. 작물 필요수량 산정 시 국외 방법과의 차이점은 CROPWAT 모형이 아닌 일별 물수지법에 의해 설정된 담수심과 일별 증발 산량의 변화를 고려하여 필요수량을 산정하는 부분이며, 이때 5㎜이하의 강 우량은 무효강우로 간주하고, 담수심 내에서만 활용되는 강우량을 유효우량 으로 설정하였다. 이앙용수량은 140㎜로 설정하였고 관개종료 후의 증발산 에 의한 토양수분 사용량을 산정하여 토양 내 잔여수분량을 산출하였다. 이 와 같은 방법은 담수심에 의해 이앙재배를 실시하는 우리나라에서 보다 적 합한 방법이며 다음 장에서 설명하게 되는 우리나라의 수자원장기종합계획 에서 제시하는 농업용수 수요량 산정방법과도 유사하다. 침투량은 Jang et al.(2007)의 연구에 근거하여 우리나라의 논 토양은 대부분 상대적으로 침투
구 분 Chapagain and Hoekstra
(2010) Yoo et al. (2011)
대상지역 3 locations 69 locations
기 간 2000-2004 2004-2009
영농방식 Wetland system Wetland system with optimal water ponding depth
-작물재배기간 120 days (FAO) 120 days
-낙수기간 15 days (FAO) 30 days
필요수량 CROPWAT4 Daily water balance model -ETo FAO Penman-Monteith FAO Penman-Monteith
-유효우량 USDA SCS method Free board model
-침투량 2.5 mm/day 4.0-6.0 mm/day
-이앙용수량 100 mm 140 mm
부분은 농촌진흥청 품목별 관리 매뉴얼(농촌진흥청, 2009)을 주로 참고하였 고, 작물 생산량 및 재배면적은 농림수산식품 통계 자료를 활용하여 신뢰성 을 높이고자 하였다. 토양수분에 의한 증산계수는 고려하지 않고 순수하게 작물에 의해서만 증발산이 발생하는 것으로 설정하였다. 다음으로 녹색․청 색 물발자국을 구분하기 위하여 증발산량 중 강우에 의해 공급되는 수량을 녹색 물발자국, 관개에 의해 인위적으로 공급되는 수량을 청색 물발자국으 로 적용하였고 밭작물의 경우는 시설재배지는 모두 관개로 용수가 공급되고, 노지재배의 경우는 모두 유효우량에서 용수가 공급되는 것으로 설정하였다. 밭작물의 회색 물발자국은 비료 사용에 따른 오염물질 유출에 대한 보다 상 세한 연구 결과가 필요하므로 본 연구에서는 고려하지 않았다. 시설재배지 의 경우 작물의 필요수량만을 공급하기 때문에 비료 성분의 외부 유출이 상 당히 적을 것으로 예상된다.