Water for Future
강 현 중 ●●●
주식회사 헥코리아 사원 kawib28@naver.com
단위농가기반의 스마트한 물관리 지원시스템 구축 방안
1. 머리말
최근 영농방식의 다변화와 농촌지역의 기계화·
산업화가 진행되어, 농촌지역의 용수 수요가 증가 에 따른 안정적인 농업용수의 공급이 요구되고 있 다. 또한, 기후변화로 인한 가뭄 및 홍수의 발생 빈도가 날로 증가하여 안정적인 농업용수공급을 위해서는 체계적이며 효율적인 농업용수의 공급과 관리가 필요하다. 충청권건설교통기술지역거점센 터에서는 이러한 변화에 발맞추어 충청권 “지역특 성을 반영한 물관리지원시스템 개발”을 통해 충청 권 단위농가를 대상으로 ICT기반의 효율적인 농 업용수의 공급 및 관리를 위한 물관리 지원시스템 의 구축 방안을 제시하고 한다.
2. 지역특성을 반영한 물관리 지원시스템 물관리지원시스템은 센서를 활용하여 농작물 경 정 승 권 ●●●
주식회사 헥코리아 이사 skjung6779@gmail.com
그림 1. 물관리지원시스템 개념도
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작에 필요한 용수수요량을 관리하는 시스템으로 단위농가에 저류조를 설치하여 빗물, 하천 등으로 부터 용수를 확보하여 저장 및 관리할 수 있는 시 스템과 하천의 수위정보를 모니터링 하는 시스템 을 하나의 통합된 시스템으로 관리함으로써 농촌 지역의 최소단위인 농가중심으로 지능형 물관리 지원 시스템을 구축하는 것으로 아래 그림.1과 같 이 구축을 추진하고자 한다.
여기서, 단위농가는 농민 개인 또는 농가 1세대 가 관리하는 농업시설물(주택, 창고, 작물재배시 설, 재배지역 등)으로 정의하였으며, 지능형 물관 리 시스템을 단위농가로 적용하여 단위농가 간의 정보를 공유하여 농촌 전 지역의 효율적인 물관리 쳬계를 구축하고자 한다.
2.1 센서를 활용한 용수 공급 및 관리
충청권 지역특성을 반영한 단위농가의 효율적인 농업용수 공급 및 관리를 위해 센서를 통해 계측 된 정보를 바탕으로 최적의 관개시기를 파악하여 관개용수의 과소비를 방지하며, 작물의 성장에 필 요한 최적의 용수량을 파악하여 효과적으로 관개 함으로써 용수의 효율적인 이용과 농작물의 생산 량 증대를 목적으로 경작지에 물관리 요소별 센서 를 구축하고자 한다.
농작물 생장에 영향을 주는 인자는 아래 그림 2 과 같이 환경제어요소, 작물 성장지표 및 재배 환 경으로 크게 분류할 수 있다. 본 연구에서는 경작
지에 최적 농업용수 공급 및 관리를 위한 환경제 어 요소를 계측하여 물관리를 하고자 한다. 물관 리 요소별 센서는 농작물의 여러 가지 환경조건 중 물을 통해 관리할 수 있는 환경을 측정하는 센 서를 의미하며, 물관리 요소별 센서는 온도, 습도, 토양수분량 센서를 의미한다.
온도는 하우스재배에서의 제어가 가능하며, 용 수를 직접 살포함으로써 시설물 내부의 온도를 제 어한다. 또한 습도는 높을수록 증산이 활발해져 작물의 광합성에 좋은 영향을 미치며, 온도와 동 일하게 시설물 내부 대기중으로 살포하여 습도를 조절한다. 토양수분량은 작물의 성장에 가장 영향 을 미치는 환경조건으로 작물마다 성장에 필요 수 분량이 각기 다르다. 작물의 최적의 토양수분량을 유지함에 따라 불필요한 관개를 통한 농업용수의 낭비를 억제할 뿐만 아니라 농작물의 최적토양수 분량을 일정하게 유지함에 따라 농작물 생산량을 높일 수 있다.
2.2 농업용수확보를 위한 저류조 설치
최근 기후변화로 인한 홍수 및 가뭄에 대한 자 연피해가 증가하고 있으며, 농촌지역에서도 빈번 히 기후변화로 인한 자연재해가 발생하고 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해 저류조를 설치하여 우수 및 주변 하천을 활용하여 농업용수를 확보하 며 가뭄이 발생함에 따라 농작물의 피해를 대응, 대비하고, 홍수시 인접 하천의 범람으로 인한 피
그림 2. 물관리 요소(온도, 습도, 토양수분량)
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해를 막기 위해 유량을 저류조로 우회시켜 하천의 수위를 낮추어 하천의 범람으로 인한 농가 및 농 경지 피해를 방지하고자 한다.
저류조의 수위센서를 활용하여 저류량을 상시 모니터링 및 제어하고, 가뭄 또는 빗물의 공급이 원활하지 못하다는 판단이 될 경우 사전에 하천수 를 취수하여 농업용수로 활용할 수 있도록 한다.
2.3 테스트베드 조사 및 적용 방안
물관리 지원시스템의 적용을 위해 최적의 테스 트베드를 선정하였다. 테스트베드는 단일수원인 지하수를 농업용수로 사용하고 있으며, 가뭄으로 인한 피해 및 소하천이 인접하고 있어 홍수발생시 하천의 범람으로 농작물의 피해가 빈번히 발생하 고 있는 지역으로 그림 3과 같이 조사 및 선정하였
다. 물관리 지원시스템의 적용을 통해 단위농가의 효율적인 물관리 및 가뭄과 홍수로 인한 물적·인 적 피해를 최소화하고자 한다.
테스트베드의 선정은 다음 표.1과 같으며 선정 지는 물관리 지원시스템을 적용함으로써 기존의 농업용수 곱급의 한계에 대한 문제를 해결할 것으 로 판단된다.
물관리 지원시스템의 필요한 정보를 물관리 요 소별 센서 및 저류조 수위 센서를 활용하여 계측 된 데이터는 실시간으로 그림 4과 같이 수집되고, 수집된 데이터를 모니터링 한다. 모니터링을 통하 여 대상지의 필요한 농업용수를 분석하여, 농업용 수의 사용량과 저류량을 파악하여, 최적의 농업용 수를 공급함으로써 농작물의 생산량을 극대화 시 킬 수 있다.
1. TB 전경 사진 2. 비닐하우스 내부 3. TB 밭 사진 4. TB 하천 사진 5. 저류조 설치위치 6. 기존 배수로 7. 기존 지하수 펌프
그림 3. 테스트베드 후보지 현황
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또한, 모니터링을 통해 농업용수를 제어하기 위 한 개요도는 아래의 그림.5 와 같다. 대상지의 기 존 단일수원인 지하수와 새롭게 설치되는 저류조
를 활용하여 농업용수로 사용하며, 비닐하우스, 밭, 논으로 관개를 사용자가 직접 제어함으로써 농 업용수를 효과적으로 취수하고, 관개할 수 있다.
그림. 4 물관리지원시스템 적용 개념도 (Data 수집부문)
그림. 5 물관지원시스템 적용 개념도 (제어부문) 표 1. 테스트베드 선정 기준표
구분 충북 청주시 상당구 남일면 고은리 종합의견
농지 규모 적합(●), 보통( ), 미흡( ) - 농지 규모가 물관리 요소기술의 도입에 적합하며, 우수 저류조의 설치부지 확보가 가능함.
- 작물재배의 형태가 다양함(노지재배, 하우스재배)
- 농업용수 공급원을 지하수에만 의존하고 있어 ICT기반 다중수원 물관리 지원사업의 도입효과가 예상됨.
- 농가와 재배지(논,밭,비닐하우스)가 원거리에 위치하고 있어 원격 모니터링 및 제어에 의한 농작물 용수관리의 효과가 예상됨.
농가와 농지간 거리 원거리(●), 근거리( ) 작물의 재배형태 단일( ), 다중(●)
경작지의 유형 논(●), 밭(●), 과수( ), 시설(●) 우수저류조의 설치
장소 유(●), 무( )
농업용수 공급원 하천(●), 지하수(●), 농업저수지( ), 상수( )
통신환경 양호(●), 불량( )
전기(전력)확보 가능(●), 불가능( )
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그림.4, 그림.5 과 같이 테스트베드에 물관리 지원시스템 적용 개요도를 작성했으며, 스마트 폰, 테블릿PC 등 전자 기기를 사용하여 물관리 지원시스템 운영 여부를 모니터링 할 수 있으며, 원격으로 제어 및 직접 영농인에 의해 수동 제어 가 가능한 시스템이다. 평상시에는 기존 농업용수 인 지하수와 저류조의 용수를 공동으로 사용하여 단일수원인 지하수의 사용량을 줄이고, 가뭄이 발 생하여 수원이 부족할 경우 저류조의 용수를 사용 하여 작물재배에 피해를 최소화 시킨다. 또한, 홍 수발생으로 하천의 범람을 방지하기 위해 기상정 보를 활용하여 태풍을 감지하여 하천의 유량을 저 류 시킬 수 있도록 저류조의 저류량을 제어함으로 써 하천의 범람으로 인한 농작물의 피해를 최소화 시킨다.
3. 맺음말
농업용수의 확보 및 효율적인 관리를 위해 물관 리 지원시스템을 개발 및 최적화를 위한 연구를 진 행하고 있다. 기존의 ICT기반의 농업용수의 관리
는 많은 연구, 사업에 의해 수행되어지고 있으며 이러한 연구는 농업저수지, 큰 하천의 보 등의 관 리를 위해 진행되고 있으며, 농가 중심으로 농업용 수의 관리가 이루어지고 있지는 않다. 물관리 지원 시스템이 테스트베드에 적용됨으로써 단위농가를 대상으로 가뭄 및 홍수에 인한 농작물의 피해를 최 소화 시키며, ICT기반의 물관리지원 시스템을 통 한 농업용수를 효율적으로 관리가 가능해 질것으 로 사료된다. 물관리 지원시스템 범위를 단위농가 로 정해 농촌지역의 최소단위인 단위농가를 중심 으로 물관리 지원시스템의 구축을 통해 지능형 물 관리를 수행하고자 하며, 시스템의 확산 구축함에 따라 농촌지역의 용수 사용량, 부족량 등의 정보를 공유할 수 있는 농촌지역의 지능형 농업용수의 관 리가 가능해질 것으로 기대할 수 있다.
4. 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. 남원호, 최진용, 홍은미, 김진택, 2013, 농촌수자원 스마트 물관리를 활용한 농업용수 의 관개효율 평가, 한국농공학회지, 55(4), 45〜53
2. 정승권, 정지원, 강현중, 맹승진, 2014, 단위농가의 ICT기술을 활용한 농업용수 관리 방안 연구, 한국수자원확회 학술발표회, 423
참고문헌
