A Daily Surface Drainage Simulation Model for Irrigation Districts Consisting of Paddy and Protected Cultivation

학위논문 (석사)-- 서울대학교 대학원 : 생태조경.지역시스템공학부(지역시스템공학전공), 2013. 2. 강문성.관개지구의 배수량은 유역의 물 수급 전망, 하천 유황의 예측, 농업비점오염 부하량 추정 등 유역 수자원 관리에 있어서 중요한 요소이다. 본 연구의 목적은 수리시설물, 논, 시설재배지, 용배수로로 구성되는 복합영농 관개지구를 대상으로 시험지구를 선정하여 수문 모니터링을 수행하고, 복합영농 관개지구 일별 배수량 모의 모형을 개발하여 적용성을 평가하고, 관개지구의 총 배수량을 추정하는 데 있다. 복합영농 관개지구 배수량 모의 모형은 농업용수 공급량 부모형과 논 광역 배수량 부모형, 시설재배지 유출량 부모형으로 구성되어 있으며, 관개지구의 말단에서 용수로 배수량, 논 포장 배수량, 시설재배지 유출량을 구분하여 총 배수량을 일별로 추정한다. 농업용수 공급량 부모형에서 농업용수 공급량은 영농시기를 고려하여 모의한 필요수량과 시설관리 손실률로부터 산정하였으며, 논 광역 배수량 부모형의 입력자료로 이용한다. 논 광역 배수량 부모형에서 포장 배수량은 논의 물수지식으로부터 계산한 담수심과 물꼬높이의 차로부터 산정하였고, 용수로 배수량은 농업용수 공급량 중의 비율로 모의하였다. 시설재배지 유출량은 NRCS (Natural Resources Conservation Service) 유출곡선법으로 모의하였다. 시험지구는 경기도 이동저수지 관개지구를 선정하였다. 시험지구의 농업용수 공급량을 모의하기 위하여 실측 순별 공급량과 모의 순별 필요수량을 회귀분석하여 이동저수지의 시설관리 손실률을 추정하였고, 검정을 하여 적용성을 평가하였다. 논 광역 배수량 모형은 단순시행착오법을 이용하여 보정하였으며, 시험지구의 일 배수량 자료로부터 모형을 검정한 결과는 실측치의 경향을 잘 반영하였다. 복합영농 관개지구 일별 배수량 모의 모형을 논 우점 관개지구와 시설재배지 우점 관개지구에 적용하였으며, 시설재배지의 면적이 증가하는 경우 관개지구의 배수량이 증가하는 것으로 나타났다. 또한, 이동저수지 관개지구에 적용하여 물수지 분석을 수행하여 적용성을 평가하였다. 본 연구에서 개발한 모형은 논과 시설재배지로 구성되는 관개지구의 배수량을 추정하여 이를 합리적으로 평가 관리하는 데 이용 가능할 것이다.국 문 초 록 Ⅲ 목 차 Ⅴ List of Tables Ⅶ List of Figures Ⅷ 제 1 장 서 론 1 제 2 장 연 구 사 4 2.1 농업용수 공급량 해석 4 2.2 관개지구 배수량 해석 6 제 3 장 복합영농 관개지구 배수량 모의 모형의 개발 9 3.1 복합영농 관개지구 배수량 모의 모형 9 3.2 농업용수 공급량 모형 12 3.3 논 광역 배수량 모형 14 3.3.1 포장 배수량 15 3.3.2 용수로 배수량 19 3.4 시설재배지 유출량 모형 21 제 4 장 대상지구 및 자료구축 23 4.1 대상지구 선정 23 4.2 기상자료 24 4.3 저수지 농업용수 공급량 26 4.4 광역 논 수문 모니터링 29 4.5 영농현황 38 제 5 장 복합영농 관개지구 배수량 모의 모형의 적용 39 5.1 농업용수 공급량 모형의 적용 39 5.1.1 시설관리 손실률 추정 39 5.1.2 저수지 농업용수 공급량 추정 41 5.2 논 광역 배수량 모형의 적용 43 5.2.1 모형의 보정 44 5.2.2 모형의 검정 48 5.3 시설재배지 유출량 모형의 적용 50 5.4 복합영농 관개지구 수문 분석 51 5.4.1 시설재배지 면적 변화에 따른 배수량 변화 분석 51 5.4.2 복합영농 관개지구 물수지 55 제 6 장 요약 및 결론 57 References 60 Abstract 64Maste

Hydrologic Analysis System with Multi-Objective Optimization for Agricultural Watersheds

학위논문 (박사)-- 서울대학교 대학원 : 생태조경.지역시스템공학부(지역시스템공학전공), 2017. 2. 강문성.본 연구에서는 농업유역의 효율적인 물관리와 용수관리 의사결정에 활용할 수 있도록 다중목적 최적화 기법을 연계하여 농업유역의 수문 현상과 물수지를 해석할 수 있는 시스템을 개발하였다. 모듈 기반의 농업유역 수문해석 시스템 MASA (Module-based hydrologic Analysis System for Agricultural watersheds)는 Simulink 기반으로 개발되었으며 농업유역을 상류유역과 하류유역으로 구분하여 수문 요소를 해석할 수 있다. MASA는 TPHM, DAWAST, I-3-Tank, 3-Tank 등 4개의 집중형 수문모형과 관개지구 해석 모듈, 저수지 물수지 해석 모듈, 그리고 다중목적 최적화 모듈이 연계되도록 구성하였다. 저수지 상류의 유입량은 저수위 실측 자료의 상승 구간에서 확보한 불연속 유입량 자료를 이용하여 다중목적 최적화 기법 기반으로 수문모형의 매개변수를 추정하여 장기 연속 자료로 변환하였다. 저수지 하류의 하천유량은 저수지 방류량을 물수지식을 이용하여 추정하고, 여기에 관개지구 배수량과 관개지구를 제외한 배후유역으로부터 유출량을 모의하여 합산하였다. 여기서, 관개지구의 침투량은 수문모형의 최하단으로 입력되어 지연회귀수량이 모의되도록 구성하였다. 하천유량의 보정 및 검정은 다중목적 최적화 모듈을 이용하여 고유량·저유량·총량·분산 관련 지표에 가중치를 부여하여 다양한 매개변수 후보군들을 도출하고, 여기에 사용자가 설정한 기준을 적용하여 최적의 매개변수 군이 선택되도록 구성하였다. 다중목적 최적화 모듈은 38개 유역을 대상으로 4개 수문 모형을 적용하였는데, 고유량·저유량·총량·유황곡선의 유사정도가 실측치와 잘 일치하도록 보정 및 검정하였고, 모형의 구조에 따른 비교를 수행하여 수문 해석에 활용할 수 있도록 하였다. MASA를 이동저수지 유역에 적용한 결과, 제한된 실측 자료로부터 상류의 유입량 장기간 자료를 생성할 수 있었고, 하류의 하천유량도 저수지 상·하류의 수문 성분이 복합적으로 연계되어 잘 모의되는 것으로 분석되었다. 본 연구에서 개발된 시스템은 저수지 상·하류를 연계하여 복합적으로 수문해석을 가능하게 함으로써 농업유역의 효율적인 물관리와 의사결정에 활용할 수 있을 것으로 사료된다.제 1 장 서 론 1 제 2 장 연구사 5 2.1. 장기유출모형 5 2.2. 수문 모형의 보정 및 검정 기법 8 2.2.1. 수문 모형의 성능 평가 8 2.2.2. 매개변수의 보정 및 검정 18 2.2.3. 통계적 성능 평가 기준 설정 21 2.3. 모듈 기반 수문해석 시스템 23 2.4. 농업유역 수문요소 해석 26 2.4.1. 농업유역의 수문순환 과정 26 2.4.2. 저수지 물수지 해석 30 2.4.3. 관개지구 배수량 및 회귀수량 해석 32 제 3 장 농업유역 수문해석 및 다중목적 최적화 기법 38 3.1. 집중형 수문모형 38 3.1.1. 유역 실제증발산량 모의 기법 38 3.1.2. TPHM 41 3.1.3. DAWAST 43 3.1.4. I-3-Tank 44 3.1.5. 3-Tank 45 3.1.6. 모형의 구조 비교 47 3.2. 저수지 상류 유입량 모의 기법 49 3.2.1. 매개변수 추정 회귀식 기반 유입량 모의 기법 49 3.2.2. 저수지 수위 실측자료와 최적화 기법을 이용한 유입량 모의 기법 50 3.3. 저수지 하류 하천유량 모의 기법 53 3.3.1. 농업용수 공급량 모의 기법 54 3.3.2. 저수지 물수지 모의 기법 60 3.3.3. 관개지구 배수량 모의 기법 64 3.4. 다중목적 최적화 기법 68 제 4 장 모듈 기반 농업유역 수문해석 시스템의 개발 71 4.1. Simulink 모델링 환경 71 4.2. 시스템의 구성 73 4.2.1. 기본 개념 73 4.2.2. 모듈의 개발 73 4.2.3. 모듈의 연계 81 제 5 장 농업유역 수문해석 시스템의 적용 83 5.1. 대상유역 83 5.1.1. 국토교통부 관측유역 83 5.1.2. 이동저수지 유역 86 5.2. 다중목적 최적화 기법 기반 수문모형 비교·평가 94 5.2.1. 최적화 기법의 설정 94 5.2.2. 보정 및 검정 결과 96 5.2.3. 단일 및 다중 목적함수 설정에 따른 모의 결과 비교 100 5.2.4. 모형의 비교 및 사용기준 103 5.3. 저수지 상류 유입량 분석 106 5.3.1. 매개변수 추정 회귀식 기반 유입량 추정 106 5.3.2. 저수지 수위 실측자료 기반 모형의 보정 및 검정 111 5.4. 저수지 하류 하천유량 분석 129 5.4.1. 저수지 물수지 분석 129 5.4.2. 모형의 보정 및 검정 137 5.4.3. 농업유역 물수지 분석 156 5.4.4. 유역 내 저수지 및 관개지구의 유황 영향 분석 162 제 6 장 요약 및 결론 165 참 고 문 헌 167 부 록 188 Abstract 208Docto

Development of Agricultural Water Circulation Rate Considering Agricultural Reservoir and Irrigation District

The water circulation in agricultural watersheds changes with the operation of agricultural reservoirs, it is necessary to classify and evaluate them intoupstream, agricultural reservoirs, irrigation districts, and downstream. Therefore, in this study, we developed the agricultural water circulation rate(AWCR) considering an agricultural reservoir and irrigation district by improving the water circulation rate of the Water environmental conservationAct. we applied it to Jinwi watershed using the module-based hydrologic analysis system to simulate the water circulation for agricultural reservoirsand irrigation areas. The model performance during the validation period was NSE of 0.762 for the downstream stream and 0.682 for the reservoirlevel. And the hydrograph separation model was applied to separate the direct and baseflow. As a result of this study, The AWCR of Jinwi watershedwas 71.8% on average, which was higher than the water circulation rate estimated by the downstream hydrograph separation.N

Estimation of Crop Water Requirement Changes Due to Future Land Use and Climate Changes in Lake Ganwol Watershed

This study aims to assess the changes in crop water requirement of paddy and upland according to future climate and land use changes scenarios. Changes in the spatiotemporal distribution of temperature and precipitation are factors that lower the stability of agricultural water supply, and predicting the changes in crop water requirement in consideration of climate change can prevent the waste of limited water resources. Meanwhile, due to the recent changes in the agricultural product consumption structure, the area of paddy and upland has been changing, and it is necessary to consider future land use changes in establishing an appropriate water use plan. Climate change scenarios were derived from the four GCMs of the CMIP6, and climate data were extracted under two future scenarios, namely SSP1-2.6 and SSP5-8.5. Future land use changes were predicted using the FLUS (Future Land Use Simulation) model. Crop water requirement in paddy was calculated as the sum of evapotranspiration and infiltration based on the water balance in a paddy field, and crop water requirement in upland was estimated as the evapotranspiration value by applying Penman-Monteith method. It was found that the crop water requirement for both paddy and upland increased as w e go to the far future, and the degree of increase and variability by time showed different results for each GCM. The results derived from this study can be used as basic data to develop sustainable water resource management techniques considering future watershed environmental changes.N