Water for Future
국토교통부 하천유량조사 현황
SIS(Smart Irrigation System)를 이용한 농업용수 활용 사례
1. 머리말
영농방식의 다변화와 농어촌지역의 산업화 촉 진으로 생·공업용수 등의 수요량이 급속히 증가 하는 반면, 용수의 추가개발은 제한적이므로 향후 물 사용에 대한 분쟁 발생이 예상되고 결지의 범 용화, 농지의 택지화 등 토지의 이용이 지속적으 로 변하고 있어 용수의 수요변화와 장소 및 시간 변화에 신축성 있게 대처할 수 있는 물관리 시스 템이 필요하다. 유엔식량농업기구(FAO)의 보고서 에 따르면, “수백 만 명의 농부들이 구식 또는 비 효율적인 펌프 기술을 쓰는 탓에 많은 수자원이 낭비되고 있으며, 이러한 관개시설을 개선하지 않 으면 나아가 심각한 식량난을 겪을 수 있다”고 제
시하였다. 또한, 한정된 자원인 수자원의 개발비 상승과 용수 수요의 증가에 대비한 효율적인 물의 이용을 위해 많은 양의 물 손실을 수반하는 재래 식 수동관리방법을 탈피하고 효율성이 높은 농업 용수의 관리 및 인구증가, 기후변화로 인한 가뭄, 수자원의 감소 및 오염 등 농업용수의 확보가 필 요한 실정이다.
최근의 효율적인 관개기술은 IT기술이 발전함에 따라 농업과 IT기술의 융합인 농업IT융합기술을 기반으로 관개시스템이 개발되어 지고 있으며, 국 내, 국외에 사례를 통해 여러 가지의 관개기술에 대해 알아보고자 한다.
2. 국외 관개기술
3.1 이스라엘 슈퍼 집약적 농업
이스라엘의 농업 기술 경쟁력은 천연 자원 부 족, 물 부족이 극심한 척박한 환경을 극복해 생존 하려는 노력이 관개기술 발전의 밑거름이 되었으 며, 우리나라 평균의 1/40을 밑도는 약 30mm의 연 강수량으로 인해 효율적인 농업활동을 위한 관 개시스템의 도입이 필요하다. 이스라엘은 1960년 대에 세계 최초로 Drip Irrigation (방울 물주기) 기술을 발명함으로써 기후변화로 인한 물 부족 문 강 현 중 ●●●
주식회사 헥코리아 사원 [email protected]
정 지 원 ●●●
주식회사 헥코리아 대리 [email protected]
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제를 극복할 뿐만 아니라 농업생산수익률 보장까 지 이룸으로써 Drip Irrigation 시스템의 수요가 증가하고 있다. 이스라엘은 전체 면적의 20%만이 경작 가능한 지역으로 농장 면적이 크지 않고, 물 과 천연자원 부족 국가이지만, GDP 대비 R&D 비 중이 4.68%로 세계에서 가장 높은 순위를 자랑하 는 등 R&D 투자를 통해 문제점들을 극복해왔다.
이스라엘 기업들은 혁신적인 기술과 좋은 품종 개 발 등 기술의 융합으로 농업인들에게 보다 효율적 인 솔루션을 제공하고 있으며, 이는 전세계 농업 기술의 변화로까지 이어지고 있다. 이스라엘 물 절약 시스템 중 생활하수 재활용을 통한 농업용 수 공급 기술에 대해 기술력이 높으며, 생활하수 80%를 재활용해 농업용수로 사용하고 있다. 이스 라엘 네타핌(Netafim) 회사에 의해 점적관개기술 을 활용한 효율적인 농업용수를 사용하고, 농자원 감소 및 물 부족 심화, 식량 가격 상승 등 농업관 련 문제를 해결하고 있다. 네타핌의 점적관수 기 술력은 독보적이며 이외에도 작물을 재배하고 농 업을 운영하는 통합적인 솔루션 제공하고, 지리
정보시스템(GIS) 등과 연결해 작물의 상태 및 물 을 관리하는 ‘uManageTM’ 있다. 또한, 뿌리에 부착된 센서를 통해 언제, 어느정도 물과 비료 등 을 공급할지 결정할 수 있게 해주는 자동시스템 (Irrigation on Demand, IOD)도 포함되어 있다.
IOD는 작물의 특성에 따른 알고리즘을 제공한다 는 점에서 재배 작물별 최적의 토양수분량을 유지 함에 따라 농업용수의 과소비를 방지한다1) .
3.2 스페인 Aquarson 원격조정 시스템
Neiker-Tecnalia와 Arson엔지니어링 사와 공 동으로 관개용수를 절약할 수 있는 원격조정 시스 템인 Aquarson을 개발하였다. Aquarson에 사용 된 기술은 무선 주파수에 의한 연결을 통하여 서 로 떨어진 장치들 간의 네트워크를 가능하게 하였 으며, 이것은 관리 소프트웨어와 중앙 제어부에 연결되어 급수전에 관개 명령을 전달한다. 또한, 이 기술은 수행된 관개 작업과 장치의 유압에 대 한 정보를 수집한다. 관개 시스템의 관리를 위해
1) 보도자료, ‘물·인력 극복한 슈퍼 집약적 시스템’, 환경매일신문(2012) 그림 1. 점적관수 및 Drip Emitter
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관개 명령은 관리 및 제어 도구에서 전송된다. 또 한, 시스템주요지점에 센서를 설치하여 관개 제어 센터에 정보를 송신할 수 있기 때문에 파이프의 손상을 감지할 수 있고, 관개에 영향을 미칠 수 있
는 날씨의 영향을 제어 할 수 있다. Aquarson을 통해 기존의 관개 시스템에 비해서 급수량이 15〜
20%를 절약할 수 있다2).
그림 2. 원격조정 시스템 Aquarson
그림 3. 태양열 세류관개시스템
2) KISTI 미리안 글로벌동향브리핑, ‘관개수 사용량의 20%를 저감할 수 있는 원격조정시스템‘ (2011) 3) 태양열 세류관개시스템, http://cklist.egloos.com/viewer/5083395
3.3 아프리카 태양열 세류관개시스템
아프리카 칼라레 지구는 주민 10만명 가운데 95 퍼센트가 농업으로 생계를 잇는 마을이며, 매 년 11월부터 6월까지 건기가 이어지기 때문에 농 업용수의 효율적인 관개방식이 필요하다. 이에 SELF(Solar Electric Light Fund)는 식량 위기
에 내몰린 아프리카 농촌의 상황을 개선하는 새로 운 해법으로 ‘태양열 세류관개 시스템’을 도입하였 다. SELF는 나날이 물이 부족해지는 상황에서 농 업 생산량을 늘릴 수 있는 방법으로 기존 농업용 수 사용량보다 50〜80% 절감 효과가 있는 ‘태양 열 세류관개’ 시스템을 구축하였다3).
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3.4 아일랜드 WaterBee 프로젝트
수자원의 60%가 관개시스템의 비효율로 인한 낭비를 방지하기 위해 아일랜드의 Limerick에 의 해 2008년부터 2010년까지 지능형 관개시스템인 WaterBee 프로젝트를 실시하였다. WaterBee는 지속가능한 재배 환경을 최적화할 수 있는 무선 ZigBee센서 네트워크 기반의 지능형 관개관리 시 스템이다. 제어 대상 지역에 ZigBee무선 통신 기 반의 스마트 센서를 배포하고 이를 통해 토양습도
및 기타 환경 요인을 파악한다. 스마트센서를 통 해 수집된 데이터는 GPRS통신으로 중앙 웹서버 에 전송된 후 최종적으로 스마트폰, 태블릿, PC을 통해 모니터링 할 수 있다. WaterBee는 유럽 내 에스토니아, 몰타, 이탈리아, 스페인, 스웨덴, 영 국 등 14개 레퍼런스 사이트에서 적용되고 있다4)
3.5 네덜란드 Precision Farming 사업
네덜란드는 2010년 1월 이후 4년에 걸쳐 민·관
그림 4. 아일랜드 WaterBee
공동 출자에 기반한 위성 기반 측위 기술과 ICT를 통해 각종 농사 관련 정보를 수집·전달하며, 생 산성 유지와 경제성 향상을 목표로 하는 환경 친 화적 농업 기술인 Precision Framing 사업 추진 하였다. 이 사업은 센서에서 획득한 실시간 데이 터(미네랄, 수분, 질소 등)에 따라 적절한 시기와 장소에 비료 공급 및 관수를 통한 토지 비옥화를 위해 진행되었으며, 적절한 시기를 파악하여 관개 를 함으로써 ICT 및 기술 응용을 통해 농업 효율 화와 에너지 감축 효과를 달성함으로써 지속가능
한 농업 발전을 도모하고 있다4).
4. 국내 관개 기술
효율적인 농업용수 활용을 위해 관개기술력의 선진화가 이루어져야 하며 국내에서는 농업IT융합 기술을 통해 관개시스템의 효율성을 높이고자 많 은 연구·사업이 진행 중에 있다.
농촌진흥청에서는 시설재배에서 토양과 작물 특
4) 한국정보화진흥원, ‘ICT융합 해외 선진 사례; 창조경제·국민행복 실현을 위한 비타민 프로젝트’, (2014).
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성에 맞춰 무선통신을 이용해 원격으로 물을 공급 하고 관리할 수 있는 ‘IT 이용 시설재배지 자동관 개시스템’을 개발 하였으며, 자동관개시스템을 통 한 자동관수는, 물소요량, 전력 소요량, 토양수분 환경 변화까지 체계적으로 관리할 수 있는 통합 자동관개운영프로그램이 운영되어 작물의 생산성 을 높이면서 에너지 절약과 물이용 효용성을 높일 수 있으며, 기존 수동 관개시스템보다 물 소요량 을 10〜20% 정도 줄일 수 있다.
또한, 농촌진흥청에서는 기상변화로 인한 물 부 족 현상이 심해져 물관리 효율을 높이고 원예작물 의 생산성과 품직을 높이는 관리기술로 지중관수 방법을 제시하였다. 지중관수는 지하 20〜30cm
깊이에 관수 호스를 묻어 물을 주는 방법으로 지 상(표토)에서 물을 주는 것보다 적은 양이 사용된 다. 또한 지중관수를 이용하면 생산성이 증가되 고 한번 묻은 후에 연속적으로 이용할 수 있기 때 문에 노동력 절감효과도 있다. 이러한 지중관수를 통해 상추를 재배하였을 때 농업용수를 50〜60%
절감할 수 있다5).
울산시 농업기술센터는 시설원예 정밀자동관수 관비기기를 통해 사전의 과잉 관수 투여를 사전에 예방하고 생육 단계로 수분을 조절함으로써 용수 절감을 할 수 있다고 한다6).
5) 농촌진흥청 농업과학도서관, 물 부족 ‘지중관수’로 해결,(2012).
6) 보도자료, ‘울산시 농업기술센터, 시설원예 정밀자동화 관수관비 보급기술 현장평가회 개최’,뉴스와이어(2012) 그림 5. IT를 이용한 자동관개시스템
5. 맺음말
수자원은 한정적이며 세계인구를 부양할 식량의 생산을 위한 농업에 없어서는 안되는 귀중한 자 원이다. 세계식량농업기구(FAO)와 세계기상기구
(WMO)에 의하면 전 세계적으로 25개 국가가 물 부족현상이 나타나고 있으며, 2025년에는 34개국 에 물 부족현상이 발생할 것으로 전망하고 있다.
또한, 기후변화로 인한 가뭄과 홍수피해 증가, 세 계인구 증가, 산업화로 인한 수자원의 오염 등 여
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러 문제로 인해 사용할 수 있는 수자원의 부족현 상이 심화 될 것이다. 이에 수자원의 확보가 중요 시 되고, 수자원의 사용량에 많은 비중을 차지하 고 있는 농업용수의 효율적인 관리로 안정적인 수 자원의 확보가 이루어져야 한다.
이러한 효율적인 농업용수 관리를 위해 사용량 을 국내·외 관개기술을 통해 절감 할 수 있는 사 례를 살펴보았다. 최근 관개기술은 IT기반의 제어 시설을 이용하여 취수에서부터 공급까지 자동화시 키는 정밀관개기술들로 발전되고 있다.
국내에서는 IT융합기술들의 대한 연구·정책이 이루어지고 있으며 수자원 및 농업분야에서도 용
수확보를 위한 IT융합기술들이 대두되고 있다. IT 융합기술을 활용한 관개기술의 고도화는 효율적인 농업용수 확보 및 공급은 물론 농업 생산량을 증 대시키고, 농작물의 품질을 향상시키는 역할까지 확대될 것으로 사료된다.
6. 감사의 글
본 연 구 는 국 토 교 통 부 건 설 교 통 기 술 지 역 특 성 화 사 업 연 구 개 발 사 업 의 연 구 비 지 원 (13RDRP-B066173)에의해 수행되었습니다
1. 농촌진흥청, 2012, “물 부족 ‘지중관수’로 해결”, 농촌진흥청 농업과학도서관
2. 어대수, 이광야, 2012, “농업용수자원과 세계 식량안보”, 해외 농업·농정포커스, 세계 농업 146호
3. 주이스라엘 대사관, 2011, “Netafim社의 점적(물방울) 관수기술 개요”
4. 손명숙, 2012 “물·인력 극복한 슈퍼 집약적 시스템”, 환경매일신문,
5. 한국정보화진흥원, 2014, “ICT융합 해외 선진 사례; 창조경제·국민행복 실현을 위한 비타민 프로젝트”
6. 한경화, 장용선, 이덕배, 2013, “IT를 이용한 시설재배지 관개시스템 개발”, 한국관개 배수회지
7. KISTI 미리안 글로벌동향브리핑, 2011, “관개수 사용량의 20%를 저감할 수 있는 원격 조정시스템”
참고문헌