Ⅰ. 서 론
최근 농업용수 패러다임 변화에 따라 농업용수의 가치 증대와 더불어 합리적 물관리에 대한 필요성이 증대되고 있다. 농업용수의 원활한 공급을 위해서는 수혜지역의 물 수요에 유효급수를 촉진하여 적극적으로 대응하는 반면 장래의 가뭄에 대비하여 급수를 억제하는 등 대립되는 물관리 목표를 조정하면서 운영하는 것이 필요하다. 그러나 최근에는 기후변화로 인하여 극심한 가뭄과 홍수가 반복하여 발생하고 폭염과 무강우가 지속되면서 농업용수 수요량이 발생하는 관개기에 농업가뭄 발생의 빈도와 가뭄심도가 점점 증가하고 있는 실정이다. 실제로 1900년대 가뭄발생 빈도는 0.36회/년 이었으나 2000년대에는 0.67회/년으로 증가되었으며, 강우일수는 감소한 반면 강우량은 증대하였고 강우의 시간적⋅공간적 분포도 편중되는 추세이다 (MOIS, 2017).
이러한 상황에서 농업수리시설물의 노후화는 농업용수 손실 및 가뭄에 의한 피해를 가속화 시키는 요인으로 작용하고 있다. 특히, 국내의 경우 전체 수원공 시설물 중 1970년대 이전에 준공된 시설물의 비율이 32.3%를 차지하여 구조물의 내구연한 초과로 인한 구조물 노후 및 재해발생 위험이 높아지고 있다. 여기에 전체 용수로 연장의 콘크리트 구조물 비율이 55%를 차지하기 때문에, 높은 흙수로 비율은 농업용수 손실의 또 다른 원인으로 작용하고 있다 (KRC, 2018). 또한 2000년 농업용수 이용에 대한 수세가 폐지된 이후 농업인들의 물관리 참여의식은 현저히 낮아지고 있어 필지단위 물관리 부실에 의한 농업용수 손실은 물의 효율적 관리의 저해요인이 되고 있다 (KRC, 2017).
농업용수의 공급수량은 수혜구역의 필요용수량과 송수손실량, 배분관리용수손실량 및 시설기능유지 용수량을 포함하는 시설관리수량으로 계획한다. 여기서 관개기 용수 공급 시에 발생하는 수로손실은 송수손실량과 배분관리용수손실량이 포함되며, 송수손실량은 용수구조물의 내구연한 초과, 파손 등 수로상태로 인해 발생하는 용수손실을, 배분관리용수손실량은 농업용수의 원활한 배분을 위해 여분으로 공급하는 용수량을 의미한다. 또한 수로손실률은 수로손실량을 용수공급량으로 나누어 산정하며, 배분관리용수손실률은 수로 손실률에서 송수손실률을 감하여 산정한다. 여기서 송수손실률과 배분관리용수손실률은 설계기준 (MAF, 1998)에 제시된 수치를 적용하는데 송수손실률의 경우 콘크리트 수로 5%~7%, 토공 수로 10%~25%를 적용하고 있으며, 배분관리용수손실률의 경우 10%~20%를 적용하고 있다.
국내 수로손실 관련 기존 연구에 따르면, 경기도 이동지구의 경우 용수공급량에 대한 평균 수로손실률은 41.9%로, 송수손실률 13.9%, 배분관리용수손실률 28%로 나타났으며, 고잔지구의 경우 평균 수로손실률은 65.7%로, 송수손실률 29.4%, 배분관리용수손실률 36.3%로 나타났다. 또한 전라북도 축산지구의 평균 수로손실률은 43.8%로, 송수손실률 34.2%, 배분관리용수손실률 9.6%로 파악되었다 (KRC, 2005). Lee et al. (2008)에서는 이동, 고삼, 금광, 고덕지구의 경우에는 평균 송수손실률은 토공수로 2.5%~44.8%, 콘크리트 수로 3.3%~7%로 파악되었으며, 배분관리용수손실률은 평균적으로 30% 정도 발생하는 것으로 파악되었다. 따라서 농업용수 공급량에서 배분관리용수손실량이 차지하는 비율이 높아 수로손실 산정 시 배분관리용수손실량을 고려해야 한다는 필요성이 제기되었으나, 실제로 수리구조물 설계 시 배분관리용수손실량이 적용되는 경우는 많지 않은 것으로 파악되었다 (Lee et al., 2008).
농업용수의 효율적인 관리를 도모하기 위한 연구들도 진행된 바 있다. Kang et al. (2014)는 논농사의 관행적인 물관리 방식을 반영하여 대상지구의 저수위 및 월별 용수공급량의 모니터링을 통한 효율적인 용수공급의 필요성을 제기하였으며, Hong et al. (2015)는 주요 수로의 자동수위계측기를 이용한 실제 용수공급 현황 파악과 작물의 필요용수량과의 비교를 통한 각 지선별 월별 수로손실률 및 관개효율을 평가하였다.
농업용수의 지속적인 손실발생은 효율적인 농업용수관리를 저해하며, 직접적인 농업용수 부족으로 나타날 수 있으므로 작물의 필요용수량과 실제 용수공급량과의 차이를 발생시키는 여러 요인을 세부적으로 파악해 보는 것이 중요하다. 특히 최근 기후변화로 인해 연평균 강수량의 변화 폭이 증가하고, 극한 가뭄 발생빈도가 증가하는 경향으로 인해 원활한 농업용수 공급에 차질이 발생하는 경우가 많아 (MOLIT, 2016) 물손실을 저감하는 용수관리의 중요성이 매우 증대되고 있는 실정이다.
따라서 본 연구는 2015년 가뭄특별대책지구로 선정된 경천지구를 대상으로 농업용수의 효율적 관리를 위해 작물의 필요용수량과의 비교분석을 통해 가뭄지구 용수공급량의 수로손실량 및 손실요인을 분석함으로 효율적인 농업용수 관리를 도모하는데 기여하고자 한다.
Ⅱ. 재료 및 방법
1. 대상지구 선정
본 연구는 수로의 용수손실량 산정을 위해 한국농어촌공사 관할 저수지 중 자동계측수위계가 설치되어 용수공급량 분석이 가능한 지구로서, 가뭄 경험에 의한 용수절약의 필요성이 높은 지역을 선정하였다. 연구 대상지구는 경상북도 내 최근 심각한 가뭄을 경험한 경천지구 내 예천용수간선 관할구역으로서 간선수로별로 수위계가 설치되어 있어 간선단위 용수공급량 산정이 가능하였다.
경천지구는 한국농어촌공사 문경⋅예천지사 관할 지역으로서 주수원공인 경천저수지는 경상북도 문경시 동로면에 위치하고 있으며. 문경시와 예천군의 9개 읍⋅면 76개리동의 용수공급원으로서, 수혜면적은 3,107.4 ha (문경시 953.9 ha, 예천군 2,144 ha), 유효저수량은 27,200 천㎥으로 경북에서 3번째 규모의 저수지이다. 따라서 경천지구는 넓은 들녘을 가지는 특성상 효율적인 용수관리가 어렵고, 현장에서의 물 낭비 요소가 많은 여건이며, 저수지의 최종 준공년도는 1990년으로 일부 개보수 구간을 제외한 수로구간은 노후화가 심각한 상태이다. 특히 경천저수지는 2015년에 준공 이후 가장 낮은 저수율인 12%를 기록하여 가뭄특별대책지구에 선정된 경험이 있는 평소 효율적인 물관리가 매우 중요한 지구이다.
경천저수지의 위치도와 경천지구 용수계통도는 Fig. 1 및 Fig. 2에 나타낸 바와 같다. 경천지구 내 예천용수간선지구는
예천간선 시점부터 개포간선을 만나는 예천간선 분기점까지의 구간을 포함하며, 용수간선수로 유입부와 유출부에 수위계가 설치되어 있고, 지구 내 양수장, 관정 등의 보조수원공이 없어 수로손실량 산정이 용이한 장점이 있다. 연구대상지구의 수혜구역과 수로 단면 제원은 Table 1과 같다.
Table 1
Characteristics of Yecheon main channel in Gyeongcheon command area
| Item | Value (ha) | Item | Value (m) |
| Irrigated Area | 80.4 | Length | 4,959 |
| - Paddy Field - Uplands (Chili, Sesame, bean) | 79.9 0.56 | Section Size (S.P.) Section Size (E.P.) | 1.8×1.4 1.1×0.85 |
연구대상지역의 용수공급량 산정은 2012년 4월부터 2015년 9월까지 4개년치의 관개수로 수위 측정자료를 이용하였으며, 일부 관측시스템 오류 및 낙뢰로 인한 데이터 결측치는 경천 댐 통수일지 관리수위 (KRC, 2016a)를 참고하여 보완하였다.
수로손실량 중 송수손실량 산정은 한국농어촌공사 문경⋅예천지사에서 2015년 10월부터 11월까지 2개월간의 용수로 실태 전수조사를 기반으로 한 자료 (KRC, 2016b)를 이용하였으며, 경천지구 내 수로 상태에 따른 누수 및 파손 현황과 무단 취수공 개수, 크기, 설치시기 등이 포함되었다. 연구 대상구간 내의 용수로에 무단으로 설치하고 물관리가 되지 않는 무단 취수공 및 무단 양수기의 설치 현황은 간선수로 내 무단 취수공 20개소, 양수기 20대, 지선수로 내 무단 취수공 2개소, 양수기 2대로 조사되어 총 무단 취수공은 22개소, 양수기 22대로 집계되었다. 무단 취수공 및 양수기 취수공의 평균 지름은 5 cm로서, 단면적은 0.00196 m2로 조사되었다. 기상자료는 대상지구와 가장 근거리에 위치한 문경 기상관측소의 자료를 이용하였다.
2. 용수공급량 수로손실 산정 방법
수원공에서 수혜구역으로 용수공급 시 발생되는 수로손실량 (Channel Water Loss)은 식 (1)과 같이 수혜구역 작물의 필요용수량을 기준으로 실제용수공급량과의 차이로 산정될 수 있으며, 송수손실량 (Conveyance Loss)과 배분관리용수손실량 (Distribution Loss)의 합으로도 나타낼 수 있다 (Jung et al., 2016). 본 연구에서는 대상지역의 용수공급량은 예천용수간선 수로 시점부의 계측된 수위자료를 활용하여 식(2)와 같이 수로의 통수단면적과 평균 유속을 곱하여 유량을 산정하였으며, 수로의 평균유속은 식 (3)의 Manning의 평균유속공식을 활용하여 산정하였다.
본 연구의 송수손실량은 앞서 언급한 무단 취수공 22개, 양수기 22개에서 발생되는 누수량을 고려하였으며, 식 (4)와 같이 각 지점에서 발생하는 유량의 합으로 나타낸다. 송수손실량을 구하기 위한 평균 유속은 식 (5)와 같이 관수로에서의 에너지 방정식을 이용하여 산정하였으며, 식 (5)에서 사용된 유입손실계수 (
), 마찰손실계수 (
)는 조사설계 실무요령 (KRC, 2000)에서 제안한 0.5, 0.07을 각각 적용하였다. 배분관리용수손실량은 경작방식의 변화, 농업용수의 동시사용, 사용자의 물꼬관리부실로 발생하는 불규칙적인 과잉공급량으로 발생하며, 정확하게 계측하기 어려우므로, 본 연구에서는 수로손실량을 구한 뒤 송수손실량을 감하여 추정하였다.
여기서, CWL (Channel Water Loss): 수로손실량 (m3), WS (Water Supply): 용수공급량 (m3), IWR (Irrigation Water Requirement): 작물의 필요용수량 (m3), CL (Conveyance Loss): 송수손실량 (m3), DL (Distribution Loss): 배분관리용수손실량 (m3), As: 예천용수간선수로 시점부의 통수단면적 (m2), Vs: 예천용수간선수로 시점부의 평균유속 (m/s), n: 조도계수, R: 경심 (m), I: 동수기울기, Ac: 무단 취수공 및 양수기 단면적 (m2), Vc: 무단 취수공 및 양수기 유출수 평균유속 (m/s), 
: 수로의 누수 개수, 
: 마찰손실수두 (m), 
: 유입손실계수, 
: 마찰손실계수, 
: 누수공의직경, 
: 관의길이 (m)
수로손실량 산정에 필요한 작물의 필요용수량은 HOMWRS 모형을 이용하여 연구대상지구의 논벼와 밭작물 필요용수량을 산정하여 구하였다. 작물 필요용수량 산정식은 식 (6)과 같으며, 논벼와 밭작물에서 발생하는 필요한 용수량의 합으로 산정한다. 논벼의 필요용수량의 산정은 식 (7)와 같으며, 논벼 증발산량에 논토양의 침투량과 생육기별 물관리 방법을 고려한 재배관리 용수량에서 유효우량을 감한 것으로 산정하였다. 여기서 유효우량은 HOMWRS 모형 내에서 정의한 작물의 생육에 이용 가능한 강우량을 의미하며, 본 연구에서는 식 (8)과 식 (9)에서 나타낸 논에서의 일별 담수심법을 사용하여 산정하였다. 논벼 증발산량 산정은 수정 Penman 공식 (Doorenbos and Pruitt, 1977)을 적용하였으며, 침투량은 농업생산기반정비사업계획 설계기준 관개편 (MAF, 1998)에서 제안한 5 mm/day, 최대, 최소 담수심은 영농방식 변화에 따른 필요용수량 변화 연구 (KRC, 1995)에서 제안한 값인 80 mm, 20 mm를 각각 적용하였다.
여기서, IWR: 수혜구역 작물 총 필요용수량 (mm), IWR
: 논에서의 필요용수량 (mm), IWR
: 밭에서의 필요용수량 (mm), I: 침투량 (mm), ETcp: 논벼 증발산량 (mm), ER: 유효우량(mm), IR: 재배관리 용수량 (mm), RF: 강우량(mm), SR: 논에서의 유출량 (mm), PD: 담수심(mm), D: 밭의 토양수분(mm), ETcl: 밭작물 증발산량 (mm), Dmin: 생장저해수분점 (mm), Dmax: 토양수분 최대 저류량 (mm), t: 당일 (day), t-1: 전일 (day)
논에서의 필요용수량 산정 시 작물재배수량은 벼의 생육시기별로 나누어 산정할 수 있다. 본 연구에서는 연구 대상지구의 벼 생육시기를 고려하기 위해 5월초 묘대기를 시작으로 9월말 수확기까지의 생육시기별 일수 산정을 문경⋅예천지사에서 조사 (KRC, 2007; KRC, 2009)한 기간을 바탕으로 생육시기별 실제 용수공급 형태를 비교하여 재정립하였다. Table 2는 농식품부 설계기준 (MAF, 1988)과 문경⋅예천지사 수자원(물)관리계획서 (KRC, 2007; KRC, 2009), 그리고 본 연구에서 현장조사를 통해 재정립한 벼 생육시기와 일수를 각각 나타낸다. 여기서 묘대기 및 이앙기의 경우 문경⋅예천지사에서 조사 (KRC, 2007; KRC, 2009)한 생육시기별 기간과 실제 용수공급형태에 따른 기간과의 많은 차이를 보여, 용수수요자를 대상으로 확인 절차를 거쳐 생육기 일수를 재산정한 것이다. 낙수기의 경우에는 지역특성에 따라 급수하지 않는 것으로 조사되어 생육시기별 일수 산정에서 제외하였다.
Table 2
Comparison of rice growth period based on different references
| Phases | Water management manual(MAF, 1988) | Water management plan (KRC, 2007) | Water management plan (KRC, 2009) | This study | ||||
| Period | Days | Period | Days | Period | Days | Period | Days | |
| Nursery bed | 4.11~5.10 | 30 | - | - | 4.11~5.10 | 30 | 5.11~5.25 | 15 |
| Rice transplantation stage | 5.11~6.10 | 31 | 5.11~6.10 | 31 | 5.11~6.15 | 36 | 5.26~6.09 | 15 |
| Effective tillering stage | 6.11~6.25 | 15 | 6.11~7.5 | 25 | 6.16~7.10 | 25 | 6.10~7.04 | 25 |
| Ineffective tillering stage | 6.26~7.15 | 20 | 7.6~7.15 | 10 | 7.11~7.20 | 10 | 7.5~7.14 | 10 |
| Young panicle Initiation stage | 7.16~8.10 | 26 | 7.16~8.10 | 26 | 7.21~7.31 | 11 | 7.15~7.31 | 17 |
| Booting stage | - | - | - | - | 8.01~8.15 | 15 | 8.01~8.10 | 10 |
| Heading stage | 8.11~8.31 | 21 | 8.11~8.31 | 21 | 8.16~8.31 | 16 | 8.11~8.31 | 21 |
| Ripening stage | 9.01~9.20 | 20 | 9.01~9.20 | 20 | 9.01~9.20 | 20 | 9.01~9.20 | 20 |
| Drainage stage | - | 4 | - | - | 9.21~9.24 | 4 | - | - |
| harvesting stage | - | - | - | - | 9.25~ | - | - | - |
| Total | 4.11~9.20 | 162 | 5.11~9.20 | 133 | 4.11~9.25 | 167 | 5.11~9.20 | 133 |
밭관개에서의 필요용수량은 식 (10)의 밭 토양에서의 토양수분 물수지 식을 이용하여 산정하였으며, 식 (11)과 같이 작물 소비수량 및 유효우량을 고려하여 토양수분이 생장저해수분점 이하로 내려갈 때 필요용수량이 발생하는 것으로 정의하였다. 밭에서의 유효우량은 논벼 필요용수량 산정에서 언급한 것과 같이 강우량에서 유출량을 감하여 산정하며, 밭작물의 증발산량은 Penman-Monteith 공식 (Allen et al., 1998)을 적용하여 산정하였다.
Ⅲ. 결과 및 고찰
1. 유효우량 산정
일반적으로 강우량의 증가는 논, 밭에서 작물 생장에 이용 가능한 수량인 유효우량의 잠재적인 증가요인으로 작용하여 결과적으로 작물의 필요용수량을 감소시키는 역할을 한다. 대상지구의 연구기간동안 관측된 월별 강우량과 유효우량과의 관계를 Fig. 3에 나타내었다. 작물 생육기간동안 강우량은 2012년 985.5 mm, 2013년 816.8 mm, 2014년 587.0 mm, 2015년 388.0 mm으로 각각 나타났으며, 4개년 생육기간 평균 강우량은 694.4 mm으로 산정되었다. 특히 2015년의 경우에는 대상지역의 극심한 가뭄 발생으로 인하여 생육기간 강우량이 4개년 평균치의 1/2 수준을 나타내었다. 연강우량 대비 생육기간 강우량이 차지하는 비율은 2012년 70.6%, 2013년 64.0%, 2014년 58.4%, 2015년 50.7%로써 생육기간 강우량이 연강우량에 비해 점차적으로 감소하는 경향을 나타내었다.
한편 생육기간 강우량에 대한 유효우량을 산정한 결과, 2012년 694.6 mm, 2013년 657.5 mm, 2014년 492.1 mm, 2015년 334.3 mm으로, 평균 545.1 mm로 각각 나타났다. 또한 강우량 대비 유효우량이 차지하는 비율을 산정할 결과, 2012년 70.2%, 2013년 80.0%, 2014년 83.1%, 2015년 86.2%로 나타났다. 작물 생육기간동안 월별 강우량은 37.3 mm~437.1 mm의 범위로 평균적으로 4월 86.0 mm, 5월 75.1 mm, 6월 122.5 mm, 7월 168.3 mm, 8월 238.3 mm, 9 월 121.7 mm으로 나타났으며, 월별 유효우량은 36.2 mm~387.1 mm의 범위로 평균적으로 4월 46.1 mm, 5월 61.8 mm, 6월 86.2 mm, 7월 149.0 mm, 8월 158.3 mm, 9월 47.1 mm으로 나타나 생육기간 중 7~8월이 높은 월 평균 강우량 및 유효우량을 나타내었다.
유효우량의 크기는 선행강우 유무에 따른 토양수분조건과 관계되며, 선행강우량이 적을 경우 토양침투능이 크므로 강우량 중에서 작물이 이용 가능한 유효우량은 증가하게 된다. 반면, 선행강우량이 클 경우 토양 함수량이 포장용수량에 도달하여 대부분의 강우가 유출로 전환됨으로 작물이 이용 가능한 유효우량은 감소하게 된다. 따라서 월별 강우량 대비 유효우량이 차지하는 비율이 선행강우에 따른 토양 함수량과 매우 밀접한 관계를 나타내었다.
2. 작물 필요용수량 산정
연구 대상지역의 단위면적당 논벼 및 밭작물의 필요용수량을 산정한 결과는 각각 Fig. 4와 Fig. 5에 나타낸 바와 같다. Fig. 4에 나타낸 연도별 논벼 필요용수량은 2012년 795.2 mm, 2013년 775.1 mm, 2014년 920.0 mm, 2015년 1,171.0 mm 으로, 평균 915.5 mm 으로 산정되어 유효우량이 가장 낮게 나타난 2015년에 논벼 필요용수량이 가장 크게 나타났다. 월별 논벼 필요용수량은 7.6 mm~330.1 mm의 범위로 평균적으로 4월 8.8 mm, 5월 67.3 mm, 6월 266.2 mm, 7월 164.1 mm, 8월 167.2 mm, 9월 51.5 mm으로 나타났으며, 이앙기에 해당하는 5~6월에 가장 큰 논벼 필요용수량이 산정되어 전체 논벼 필요용수량 중 이앙기에 필요한 용수수요량이 평균적으로 46.3%를 차지하는 것으로 나타났다.
Fig. 5는 연구대상구역의 단위면적당 밭 필요용수량을 산정한 결과를 나타낸다. 연도별 밭 필요용수량은 2012년 328.8 mm, 2013년 321.5 mm, 2014년 335.6 mm, 2015년 387.1 mm 으로, 평균 밭 필요용수량은 343.3 mm으로 나타나 전체적으로 연 유효우량과 대조적인 관계를 나타내었으며, 논벼 필요용수량과 동일하게 유효우량이 가장 낮게 산정된 해에 가장 높은 필요용수량이 산정 되었다. 밭의 월별 필요용수량은 15.5 mm~120.3 mm의 범위로 평균적으로 4월 17.7 mm, 5월 90.8 mm, 6월 77.3 mm, 8월 102.8 mm, 9월 54.5 mm으로 나타났으며, 논벼에 비해 밭은 시기별로 적용되는 재배관리용수량이 없어 월별 필요용수량의 차이가 논벼에 비해 크지 않았다.
논밭을 합친 전체 수혜구역에서의 작물 총 필요용수량은 2012년 661.6 천m3, 2013년 645.0 천m3, 2014년 740.2 천m3, 2015년 967.0 천m3, 평균은 753.4 천m3 으로 산정되었다. 연구대상지역의 논벼 및 밭작물을 포함하는 총필요용수량에서 평균적으로 논은 97.6%, 밭은 2.4%를 차지하여 논벼 필요용수량의 비율이 밭작물 필요용수량에 비해 절대적으로 큰 것으로 나타났다.
3. 용수 공급량 산정
Fig. 6은 연구대상구역의 단위면적당 용수공급량을 월별로 산정한 결과를 나타낸다. 생육기간 단위면적당 연별 용수공급량은 2012년 1,190.3 mm, 2013년 1,140.0 mm, 2014년 1,558.2 mm, 2015년 2,242.1 mm 으로 평균적으로 1,533.2 mm으로 나타났다. 연별 용수공급량의 차이가 매우 크게 나타난 것은 강우량과 깊은 연관이 있으며, 강우량이 적은 해 일수록 용수공급량이 이에 비례하여 증가하는 것으로 파악되었다.
생육기간 단위면적당 월별 용수공급량은 0.0 mm~990.0 mm이며, 평균적으로 4월 15.1 mm, 5월 352.8 mm, 6월 693.0 mm, 7월 175.5 mm, 8월 215.0 mm, 9월 96.1 mm으로 나타나 월별 공급량은 5~6월에 가장 높게 나타났는데, 이는 주 용수소비작물인 논벼가 물을 가장 많이 필요로 이앙기와 본답기이기 때문인 것으로 파악되었다.
본 연구에서는 대상지역의 강우발생과 용수공급 패턴과의 관계도 분석해 보았다. Fig. 7은 연구대상지역의 일별 강우량 및 예천간선수로의 일별 수위를 나타낸다. 연도별 작물 생육기간 동안 강우일수는 2012년 71일, 2013년 74일, 2014년 60일, 2015년 52일로 각각 조사되었으며, 예천간선수로의 일별수위 자료를 기반으로 산정한 용수공급일수는 2012년 56일, 2013년 51일, 2014년 123일, 2015년 158일로 조사되었다. 강우일수와 용수공급일수와의 관계에서는 강우일수가 많은 해에는 용수공급일수가 적게 나타나는 뚜렷한 반비례 관계를 보였으나, 용수공급일수와 용수공급량과의 관계에서비례 관계를 나타내었다.
4. 용수공급량 수로손실 산정
연구대상지구의 용수공급량에 대한 수로손실량을 산정한 결과는 Table 3과 같다. 연도별 수로손실량은 2012년 367.8 mm, 2013년 338.2 mm, 2014년 638.1 mm, 2015년 1,039.8 mm 으로 평균 596.0 mm으로 산정되었다. 따라서 연도별 수로손실률은 2012년 30.8%, 2013년 29.6%, 2014년 41.0%, 2015년 46.0%으로써, 용수공급량의 평균 36.8%의 수로손실이 야기되는 것으로 나타났으며, 용수공급량이 많을수록 수로손실량도 비례하여 증가하는 경향을 나타내었다.
Table 3
Estimated channel water loss
본 연구는 대상구역의 수로손실량을 손실원인에 따라 송수손실량과 배분관리용수손실량으로 각각 분류하여 산정하였으며, 수로손실량에서 송수손실량을 감하여 배분관리용수손실량을 산정하였다. 용수공급량에 대한 수로손실, 송수손실, 배분관리용수손실에 대한 결과는 Table 4에 나타낸 바와 같다.
Table 4
Estimated conveyance and distribution losses from channel water loss
송수손실량의 경우 식 (4)를 이용하여 누수 및 무단취수공의 누수량을 산정하여 구하였다. 누수 및 무단취수공의 누수량의 유속은 식 (5)에 의해 0.16 m/s로 산정되었으며, 여기에 누수 및 무단취수공의 단면적을 곱하여 구한 누수량은 0.000314 m3/s으로 산정되었다. 누수공 1개소당 관개기간동안 발생되는 총 누수량은 2015년 용수로 실태 전수조사 결과를 바탕으로 누수시간을 하루 24시간 및 150일을 기준으로 하여 산정하였으며, 그 결과 4,064.2 m3으로 산정되었다. 이를 근거로 대상구역 전체 송수손실수량은 예천간선구간 내 전체 누수지점 개수에 대한 누수량을 곱하여 산정이 가능하며, 대상구역 내 총 송수손실수량은 무단 취수공 22개소와 양수기 22대를 고려 시 178,827.3 m3으로 산정되었고, 이를 단위면적당 송수손실량으로 환산 시 222.4 mm로 산정되었다.
또한 수로손실량에서 송수손실량을 감하여 구한 배분관리용수량은 373.4 mm 으로 산정되었다. 따라서 연구대상기간 동안의 용수공급량에 대한 평균 수로손실률 36.8%에서 송수손실률은 15.5%, 배분관리용수손실률은 21.3%로 산정되었으며, 수로손실률을 100%로 두고 송수손실률과 배분관리용수손실률이 차지하는 비율을 산정한 결과는 송수손실률 42.0%와 배분관리용수손실률 58.0%로 각각 산정되었다.
Table 5는 본 연구의 결과와 기존 연구 결과들을 비교분석한 것을 나타낸다. Table 5에서 나타낸 바와 같이, 경천지구의 수로손실률은 기존 연구결과에 비해 평균치 보다 낮은 수준으로, 수로손실 요인 중에서 대체적으로 송수손실 보다 배분관리용수손실이 차지하는 비율이 더 높은 경향을 보였다. 경천지구가 이러한 경향을 나타낸 것은 가뭄지역 특성상 물부족 상황에서 물 관리자의 물손실 저감을 최대한 고려한 용수공급이 이루어졌기 때문인 것으로 사료된다.
Table 5
Comparison of the estimated channel water loss with the previous studies (unit: %)
| Classification | Gyeong-cheon (This study) | KRC (2005) | Lee et al. (2008) | Hong et al. (2015) | |||||
| Study area location | Yi- dong | Gojan | Chuk- san | Yi- dong | Go- sam | Kum- kwang | Ko- dok | Dong-jin | |
| Kyungbuk | Gyeongi | Jeonbuk | Gyeongi | Jeonbuk | |||||
| Conveyance loss (A) | 15.5 | 28.0 | 36.3 | 9.6 | 6.2 | 3.4 | 4.8 | 4.1 | - |
| Distribution loss (B) | 21.3 | 13.9 | 29.4 | 34.2 | 23.7 | 69.8 | 69.8 | 36.6 | - |
| Channel water loss (A+B) | 36.8 | 41.9 | 65.7 | 43.8 | 29.9 | 73.2 | 74.6 | 40.7 | 34.0 |
수로손실에 있어서 송수손실은 대부분 누수 및 무단취수에 의해 발생하는 것으로서 기상의 영향을 크게 받지 않는 반면, 배분관리용수손실은 수로수위유지, 배분균등화, 수질보전 용수 등으로 공급되기 때문에 물 관리자의 용수 공급 형태에 크게 좌우된다. 따라서 수로의 용수 손실을 감소시키기 위해서는 누수방지를 위한 수로의 개보수 실시 및 필지단위 효율적인 물관리 유도와 더불어, 가뭄지역의 경우 수혜구역 내 물부족으로 야기될 수 있는 무분별한 무단취수 행위를 철저히 관리함으로써 용수 손실 요인을 감소시키는 노력이 필요하다.
Ⅳ. 결 론
본 연구에서는 농업용수 손실수량을 파악하기 위해 경상북도 경천지구 예천용수간선수로 지역을 대상으로 용수공급량에 대한 수로손실량을 분석하고, 수로손실을 야기하는 송수손실 및 배분관리용수손실에 대해 분석해 보았다. 대상지역의 작물의 필요용수량 및 강우량 대비 유효우량에 대한 분석과 총필요용수량 대비 실제 용수공급량의 차이를 통해 수로손실량을 분석하였다.
연구기간 동안의 대상지역의 강우량은 연차별로 감소하는 경향을 나타내었으나, 강우량 대비 유효우량이 차지하는 비율은 연차별로 증가하는 추세를 보였으며, 강우량의 감소 경향은 연차별 용수공급량의 증가 요인이 되었다. 용수공급량 대비 수로손실량도 용수공급량의 증가에 따라 비례하여 증가하였는데, 이는 연차별 작물의 필요수량 증가 대비 용수공급량의 증가율이 더 컸기 때문으로 파악되었다. 연구대상지역의 평균 수로손실률은 36.8%를 차지하였으며, 가뭄지역특성상 송수손실률 보다는 배분관리용수손실률이 조금 더 높게 수로손실에 기여한 것으로 파악되었다.
실질적으로 용수손실은 직접적인 수로손실 외에도 물 관리자의 물공급 형태에 의한 손실과 농업인의 물이용 형태에 의한 손실이 있을 수 있으나, 본 연구에서는 수로 노후화에 의한 누수 및 무단취수와 들녘단위 물관리에서 자연적으로 발생할 수밖에 없는 수로손실에 대해서만 고려하고, 물 관리자 및 농업인의 물관리 형태로 야기되는 용수손실은 고려하지 않았다.
향후 효율적인 용수관리를 위해서는 수로손실과 더불어 물 관리자의 물공급 형태와 농업인의 물이용 형태에 의해 야기되는 손실까지 모두 고려하는 용수손실 연구가 필요하다. 더 나아가 수원공에서 말단부 수로까지, 실질적인 용수이용 최소단위인 필지단위까지 포함하는 들녘구역의 용수손실과 용수 재이용 및 회귀수량까지 고려하는 공간적인 개념을 적용한 물순환 체계에서의 손실수량 연구로 확대 추진할 필요가 있다.
마지막으로 현장에서의 용수손실 저감을 위해서는 노후화된 수로의 개보수사업 실시와 더불어 다양한 무단취수 행위 근절이 필요하다. 또한 물 관리자 측면에서 농업용수를 여분으로 공급하는 등의 초과 공급을 최대한 줄이고, 구역별로 용수공급을 실시하는 윤환관개와 시기별로 용수 공급하는 간단관개의 시행으로 효율적인 물관리를 통해 물손실을 저감할 필요가 있다. 용수수요자인 농업인의 경우 부실한 물이용 형태에 따른 물낭비 요소를 방지하기 위해 물의 가치를 인식하고 물절약 의식을 함양하여 철저한 물꼬관리 실천을 도모하도록 물절약 교육 및 홍보가 적극적으로 추진될 필요가 있다.
