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광복 후 미국에서 농공학이 도입되고, 신생 서울대학교 농과대학의 한개 학과로 자리매김 되어, 일제 강점기 수원농림학교 농업토목학과를 대신하면서부터 겪어온 혼란은 농공학의 학문 내용과 영역에 대한 것이었다.
농업토목 분야와 농업기계 분야 사이의 구분은 뚜렷해서 처음부터 별 문제가 없었으며, 1970년대 초반에 벌써 두개의 전공으로 분리되었고, 이것을 계기로 전국의 농공학과에서 농업기계분야가 독립 학과로 일제히 분리되었으므로 확실한 구분이 생기게 되었다. 그러나 그것보다 농공학의 정체성에 더 많은 혼란을 준 것은 농업토목 분야 내에 일반 토목분야가 많은 부분 혼입되어 있다 는 사실이었다. 그러한 분야들은 주로 일반토목의 기초분야로서 수리학(水理學), 수문학, 토질역학, 구조역학 등이다. 밭농사를 중심으로 하는 서구의 농공학에서는 주로 포장(圃場) 중심의 관·배수를 다루고 있고, 수원공(댐, 저수지), 수로, 방조제와 같은 대규모 토목 구조물의 설계와 시공은 일반 토목분야에서 취급하고 있다. 이에 반하여 논농사를 중심으로 하는 우리나라의 농공학(농업토목)에서는 일본과 마찬가지로 수원공에서 포장에 이르는 전체를 하나의 농업수리(農業水利) 시스템으로 취급하는 기술 및 학문 체계로 정립되어 있다. 따라서 한국이나 일본 등 논농사를 주로 하는 아시아 몬순 지역의 농공학(농업토목)은 서구의 그것에 비하여 많이 다르다는 인식이 필요하다. 이러한 문제는 최근 공학교육인증제의 필요성이 제기되면서 우리와 형편이 비슷한 일본 측으로부터 제기되어 2000년대 초기에 많은 논의를 거친 바 있으며, 아시아 몬순지대의 농공학은 농업기반조성사업의 주축이 되는 농업수리(관개배수)가 갖는 특수성 때문에 농공학(농업토목) 분야 내에 일반 토목의 기초분야 취급은 불가피하다.
광복 이후 초창기에는 식량의 자급자족이라는 국가 목표 하에서 농공학(농업토목)에서 농업수리학과 농지조성학이 차지하는 위치는 대단히 중요하였다. 그러나 주곡인 쌀의 자급자족이 달성된 이후에는 논농사 중심의 농업기반조성사업이 퇴조하면서 그 비중은 많이 감소되었으며, 최근에는 농촌복지와 환경문제가 중요해지면서, 농촌계획학 및 지역환경공학이 중요한 학문분야로 자리매김하고 있다. 한국농공학회지에 실린 논문을 중심으로 50년간의 농공학(농업토목) 분야에 대한 학문과 기술의 변천상을 살펴보기로 한다.
4.1 기초 연구
가. 수리(水理)
농업토목회지(1958～1968)의 제1권(1958)부터 6권 1호(1964)까지의 내용을 살펴보면, 대부분 논설, 자료, 소개, 보고 등으로 농림부, 대한수리조합연합회에 근무하던 농업토목 기술자들이 미국 단기연수를 다녀온 후 미국개척국의 수리 기술을 소개하고, 토지개량사업을 수행하는데 필요한 자료를 소개하는 것이 주종을 이루고 있으며, 정식 학술연구 논문을 게재할 여유와 여력은 거의 없었다. 예를 들면, Hind씨의 측구식 여수토의 계산법(함준호, 1958), 감세공 설계에 대하여(조용칠, 1958), 저수지에 있어서의 침전토사의 배분(함준호, 1958), 수공 여수토에 대하여(조용칠, 1958), 측구식 여수토(박기승, 1959), 수로공작물의 수리계산법(한을출, 1959), 동위원소에 의한 언제누수탐사법(이창구, 1959), 일류언 하류의 수평정수지 설계에 대하여(조용칠, 1959), 슈-트 여수토의 수리계산예(송영수, 1959), 암거배수에 대한 소고(민병섭, 1959), 개수로 내의 고속도 흐름(안수한, 1959), 수로단면에 있어서의 유속 분포(백은기, 1959), 잠관내의 유속사력토출에 필요한 최소 허용유속 및 토출수조 한계심에 대하여(김철기, 1959), 함형 유입부 낙차식 여수토의 수리계산(송영수, 1959), 사천수조 구룡지 여수토방수로 모형 수리계산(수련기획과, 1959), 경주지구 보문지 여수토방수로 수리모형시험보고서(수련기획과, 1960), Hind의 방법에 의한 측수로계산법 및 학사평 저수지 여수토 방수로 단면계산서(박기승, 1960), 저수지 토사 침전에 대하여(김학영, 1960), 경제적으로 유리한 제당 여수토 일류심에 대한 일고(김철기, 1960), 기호토조 이동지 수리모형시험 보고(토련 농토연, 1963), 태풍시에 제방에 부딪치는 파도의 상승(Run-up) 및 파압강도와 파랑 Energy에 대한 간척제방의 합리적 설계에 대하여(노태래, 1963), 투수계수측정에 관한 오-가혈법(이한영, 1964) 등으로서 주로 저수지의 물넘이(여수토)의 수리에 대한 것이 대부분이며, 이러한 현상은 그 당시 대한수리조합연합회가 수행하고 있는 가장 중요한 사업이 수원공(댐, 저수지, 방조제) 건설사업이라고 하는 시대상을 잘 반영하고 있다고 하겠다. 자료의 출처 역시 그 당시 Big Thomson Project 수행 등으로 수많은 연구 결과와 기술을 축적하여 세계최고의 기술수준을 자랑하고 있던 미국의 개척국이다.
1964(제6권 제2호)년에 와서야 비로소 사업 보고 자료로서 해미토조 성암지 여수토방수로 수리모형시험보고서(이희영, 복진하, 1964)를 필두로 한국농공학회지의 50년 역사상 최초의 수리분야 연구논문 “사이펀식 여수토의 진공촉진에 관한 연구”(김시원, 이희영, 1964)가 게재되었다. 그 후 간단한 교시용 수리실험장치에 관한 연구(유한열, 1965), 침사지의 침사효과에 관한 연구(김양배, 1965)가 연속 발표되어 농공학(농업토목)의 수리 분야에서도 명실상부한 연구가 수행되고 이로부터 연구 논문이 나오기 시작했다는 것이다. 그러나 이 이후에도 여전히 연구논문의 숫자는 많지 않았고, 외국의 수리기술 소개가 대부분이었다. 단위유량도와 배수갑문 단면 및 방조제 축조곡선 결정을 위한 조속계산(최귀열, 1965), 지하수에 관한 소고(최귀열, 1966), 등류수로에 관한 고찰(명관심, 1966), 암거배수의 수리에 관한 고찰(이배호, 1966), 배수갑문 통수능력 계산법(명관심, 1966), 지하수조사와 양수시험에 대하여(김영기 등, 1967), 유사시료의 채취와 유사량 계산방법(지광하, 1967), 대흥지 Radial gate 조작에 관한 연구(엄태영, 지광하, 1967), 지하수 model에 관한 모형시험방법(김주창, 1967), 서산간척 B지구의 조위결정(이태현, 1967), 단면조절관 - 간단한 교시용 수리실험장치(유한열, 1968), 슬루스 게이트의 유량공식(이중기, 1968), 흐름과 동일방향에 놓이지 않는 물넘이에 대한 수리실험(이희영, 복진하, 1968) 등이 보인다. 학술연구논문으로서는 여수토 방수로의 수리모형실험에 관한 연구(김시원, 이희영, 1966), 유출수 및 유실토사 측정장치에 관한 수리시험(유한열, 정하우, 1968), 사석제 내의 흐름에 관한 연구(명관심, 이태현, 1968) 등 3편이 있다.
농업토목회지 10년간 기술 논설, 논문, 자료, 보고의 총 숫자는 174건으로서, 그 중 수리에 관련된 것은 42건으로서 총 자료수의 약 24%에 달한다. 수리(水理) 분야는 농공학(농업토목) 분야 가운데서도 기본적인 학문 분야중의 하나라고 할 수 있다. 그러나 연구논문은 풍요로움 속의 빈곤현상을 나타내어 6편에 불과하다. 이에 대한 이유로서는 우리나라의 그 당시 기술과 학문의 형편이 그러하였지만 무엇보다도 농업토목회지가 기술자 중심의 학회지였기 때문이 아닌가 생각해본다. 그러한 사실은 학계와 연구기관이 동참한 한국농공학회지(통합학회지)인 1969년 제11권 이후에는 연구논문의 숫자가 급증한데서 확인할 수 있다. 그렇다면 통합학회지로서 연 4회 발간되던 1969년부터 연구논문의 숫자가 급증하여 연 6회 발간으로 바뀌게 된 1996년까지 27년간의 수리분야는 어떻게 변모 되었을까?
1969년부터는 학회지의 구성내용 중 계몽의 성격을 띤 논설, 자료, 보고의 숫자는 대폭 줄어들었고 학술연구 논문의 숫자가 대폭 증가되어 우리나라 한국농공학회지도 서구의 학술잡지답게 연구결과를 보고하고, 지식을 축적하는 학술지로 변모하였지만 학회지에서 차지하는 논문의 숫자는 연도에 따라 차이는 있으나 1회에 4～5편, 1년에 20편 미만에 불과하여 그 당시 농공 분야 국제학술지에 비하면 양과 질, 양면에서 아주 빈약하였다. 이러한 현상은 1987년까지 계속되었으나, 1988년부터 다시한번 논문의 숫자가 급증하여 1회에 8～10편, 연간 40편 내외에 이르렀다. 이러한 결과는 우리나라의 경제규모가 커지고, 모든 분야에서 더욱 고도의 기술수준이 요구되었기 때문에 연구의 필요성과 중요성이 인식되고 확산되어 대학과 연구기관의 연구비가 급증한데 그 이유가 있다.
이와 같이 통합학회 이후에 2번의 논문 증가 현상에도 불구하고 수리분야의 연구논문은 1958년부터 1968년까지의 기간에 비하여 약간 증가되었을 뿐이다. 예를 들면 1969년부터 1995년까지 27년간의 수리 분야 학술연구 논문은 관정의 배열 수 및 양수량의 상호관계에 관한 실험(권무남, 유한열, 1969), 초저낙차에 의한 수력양수발전 공용 장치의 고안 및 실험(홍사천, 1970), Fill Dam의 방수로 모형실험에 대한 고찰(진병익, 신방웅, 1970), 급구배 수로 감세공의 Flip Bucket형 이용연구(김영배, 1971), Nomograph에 의한 구형 개수로 수리 설계(김주창, 1971), 배수용 파형 튜부인 31/2” 외경 “프라코 프랙스”의 수리학적 특성에 관한 시험(이순혁, Broughton, 1972), 측수로 여수토의 잠류한계에 관한 연구(백은기 등, 1972), 모래층에서의 수류의 특성에 관한 실험적 연구(남궁달, 김철기, 1975), 저수지의 퇴사에 관한 연구(유시창, 민병형, 1975), 유사운동과 유사량에 관한 연구(홍승만, 1976), 수위유량곡선 보정방법에 대하여(박정근, 1976), 배수갑문 물받이의 수리현상에 관한 연구(이희영, 1976), 개수로 유량측정을 위한 제형 Cutthroat Flume에 관한 연구(윤주상, 정하우, 1977), 부유유사의 연직분포 농도에 관한 연구(유시창, 김희종, 1982), 경사형 낙차공의 수리설계(권순국, 1983), 구형수로에서 연직 제방 및 교대 부근의 하상 세굴(박승우, 1986), 배수갑문의 유량계수 결정에 관한 실험적 연구(권순국, 나정우, 1986), 수심평균 2차원 수학적모형(TIFS)을 이용한 금강하구 및 연안의 조석계산(박창언, 박승우, 1986), 방조제 체절구간에서의 수리특성에 관한 실험적 연구(나정우, 권순국, 1986), 관개용수로에서의 수면곡선 계산(김현준, 박승우, 1988), 강성수리 모델에 의한 파이프라인계의 서어징 해석(김선주 등, 1990), 측수로형 물넘이의 정수지 최적설계(박병흔, 권순국, 1990), 유한요소법을 이용한 해수유동 해석(Ⅰ)(권순국 등, 1991), 유한요소법을 이용한 해수유동 해석(Ⅱ)(권순국 등, 1992), Characteristics of Vortex Structure and its Shear Velocity in a Scour Hole(Kim, Jin Hong, 1992), 관개용 저수지의 퇴사량과 유역유사량 추정식(김진택 등, 1993), 조석유동 해석을 위한 비선형 유한요소 모형(Ⅰ) -모형의 개발- (나정우, 권순국, 1994), 조석유동 해석을 위한 비선형 유한요소 모형(Ⅱ)(나정우, 권순국, 1995), 자동물꼬의 개발(정하우 등, 1995), 축소단면 흐름형상 항력계수(권순국, 유동훈, 1995), Lateral and Breakthrough Flow in a Sloping Layered SoilⅠ(Kim and Steenhuis, 1995), Lateral and Breakthrough Flow in a Sloping Layered SoilⅡ(Kim and Steenhuis, 1995) 등으로서 32편이며 이 기간 동안에 한국농공학회지에 게제된 총 학술연구 논문 628편의 5.1%에 불과하다. 연구내용도 시대상에 걸맞게 간척개발에 따른 배수갑문 또는 방조제 체절구간 및 인근 연해에서의 조석 및 조위 특성을 구명하려는 연구와 저수지에서의 유사퇴적에 관련된 연구가 주류를 이루고 있다.
전술한 바와 같이 1996년 한국농공학회지는 연간 4회 발간으로 논문의 게제 수요를 충족시키지 못할 정도로 논문의 숫자가 증가하였으므로 연간 6회 발간으로 변경하였을 뿐 아니라 드디어 2004년에는 논문집과 학회지를 분리하기에 이르렀다. 따라서 1996년부터 2006년까지의 약 10년의 연구논문 발간은 1회 10편 내외, 연간 60편 내외에 달하여 형식과 숫자 면에서는 국내의 어느 다른 학회는 물론이요, 국제학술지에 비견하여도 손색이 없는 수준으로 발전하였다. 그러나 수리분야의 논문은 이 전 시기에 비하여 더욱 감소하여, 수심적분법에 의한 유사량 추정연구(서승덕 등, 1996), 하천사주의 제거로 인한 수리적 영향에 관한 연구(천만복, 1997), 논의 배수물꼬의 유량에 관한 기초연구(최진규 등, 1997), Optimal Design of Irrigation Pipe Network with Multiple Sources (Lye and Ahn, 1997), Finite Element Numerical Analysis on Tidal Characteristics Changes due to Seadke Construction (Kwun, 1997), 저압 농용 관수로 시스템의 수격압 해석(강민구 등, 1999), 호안용 돌망태 매트리스의 수리학적 특성 연구(배상수 등, 2002) 등 7편으로 감소하여 농업토목회지가 처음 발간된 1958～1968년과 동일한 양상으로 되돌아갔다. 이에 대한 이유로서는 우선 그 당시 농공학계(농업토목계)의 최대 이슈였던 새만금 사업의 주요 쟁점이 최종체절, 방조제 및 배수갑문 등 구조물 축조에 관련된 것으로부터 담수호의 수질과 갯벌 보존 등 환경문제와 간척지 개발에 대한 경제성 문제로 옮겨 가고, 댐, 저수지, 방조제 등 수리구조물이 환경시민단체의 반대로 더 이상 시공되지 못하는 사태가 발생하였을 뿐 아니라 이미 개발해 놓은 수원공 시설도 유지관리 부문으로 그 관심사가 바꾸어졌다. 특히, WTO 등 쌀 개방화와 이에 따른 논 면적의 축소로 수리시설물에 대한 관심 퇴조 등 전환기의 사회상이 가장 큰 원인일 것이다. 그 외에도 수리분야 기술과 학문은 기후풍토에 별 영향을 받지 않는 분야이므로 환경, 수문, 자원 등과 같이 그 나라의 기후풍토에 크게 좌우되는 분야에 비하여 상대적으로 연구하지 않고 선진외국의 기술을 도입하기 쉽다는 특성도 이러한 현상에 한 몫 하고 있다고 생각된다. 앞으로 수리분야는 이전과는 다르게 독립된 분야로서 보다는 복합기술인 관·배수, 농촌정비, 지역환경, 수자원, 유역관리, 홍수, 수질 등의 문제를 해결하기 위한 수문모델이나 수질모델의 한 부분으로서 또는 독립된 수리모델로서, 꼭 필요하고 중요한 분야이니만치 농공(농업토목)분야 기술과 학문이 더욱 정교해진다면 더욱 필요한 연구 분야가 될 것으로 생각된다.
나. 수문
물은 공기, 토양 등과 더불어 농업용수, 발전용수, 생활 및 공업용수, 하천유지용수 등의 형태로 활용되는 자원으로서 인간생활에 있어서 대단히 중요하다. 이러한 물의 생성은 증발, 강수, 침투에 따른 지하수와 지표수, 하천을 통한 바다로의 흐름과 같은 수문순환으로 이루어지며, 물의 이용적인 측면에서 보면 이수와 치수 등의 양면을 가지고 있어서 이를 위하여 갈수량과 홍수량 등의 수문 분야에 관심을 가지게 된다.
이를 위하여 우리 농공학 분야에 있어서도 그동안 많은 수문조사와 수문학적 연구가 이루어져 왔으며, 특히 농업용수와 관련된 연구를 포함하여 강우강도 해석, 수리시설물 설계를 위한 갈수량 및 홍수량 분석, 필요수량 산정, 하천 유출량 분석 및 홍수추적, 빈도분석, 그리고 최근에 수문모형을 통한 유출해석에 이르고 있다.
1) 강우량 및 강우강도
수리시설물의 설계에 필요한 지점별 및 시간별 수문량을 결정하기 위해서는 시설물의 설계 강우량과 강우강도의 산정이 기본이라고 할 수 있다. 박성우(1969)는 우리나라 수리구조물의 계획홍수량 산정을 위한 강우강도식의 유도 과정을 소개하였다. 이근후와 권순국(1983)은 한국에 있어서 80 mm 이상 폭우의 지점별 빈도분석을 하여 확률강수량식을 유도하고 IDF도를 작성하였다. 이근후(1984)는 Huff의 4분법 모형을 이용하여 우리나라 폭우의 시간별 분포모형을 작성하였다. 또한 이근후(1989)는 진주지방을 대상으로 한국 일강우 자료의 추계학적 특성을 구명하고자 하였다.
김태철과 노재경(1990)은 설계 강우의 크기와 시간적 분포로 구분하여 지역화 분석을 하였으며, 엄병현 등(1996)은 영·호남 지역을 중심으로 수문지역별 최적확률 강우강도 추정모형을 재정립하고자 하였다. 이순혁과 류경식(2004)은 Gamma 및 비Gamma 분포 모형에 의한 강우의 지점 및 지역빈도 비교분석을 하였다.
2) 유출량
수리시설물의 설계 수문량은 주로 시설물의 중요도에 따라 빈도별 설계 홍수량으로 볼 수 있으며, 이는 최대 홍수량과 월별 수수량 등으로 구분되어 왔으나 설계기법과 컴퓨터의 발달로 일별 또는 시간별 유출량을 계산하기에 이르렀다.
김재곤 등(1971)은 강우량, 증발량, 저류량, 소비수량 등을 고려하여 일별 유출량의 산정에 있어 전자계산기를 이용한 금강 평택지구의 유출량에 관한 수문학적 고찰을 통하여 소개하였다.
이석우 등(1980)은 4대강을 중심으로 소유역의 유출량에 관한 연구를 통하여 실측자료와 가지야마(梶山)공식에 의한 유량자료를 비교하였으며, 김태철과 정하우(1980)는 영산강 유역에 다중회귀분석과 추계학적 추정 방법에 의하여 하천 월 유출량 공식을 유도하였다. 최예환(1981)은 라인강 유량의 추계학적 수문분석으로 유럽의 유출량 패턴을 소개하기도 하였다.
김채수(1982)는 감수심법을 이용하여 한국하천유출량공식을 적용하여 관개기간중 답유역에서의 강우유출량 추정에 관한 연구를 하였으며, 최예환(1983)은 소유역에 있어서 Nash 모형 등을 포함한 단위도를 이용하여 강수-유출의 특성에 관한 연구를 하였다.
김태철과 박성우(1984)는 통계분석방법과 물수지 회귀모형을 일반화하여 한국하천의 월 유출량 추정을 위한 지역화 회귀모형을 개발하였으며, 이순혁 등(1985)은 한강유역에 적용하여 홍수유출률식을 유도하고자 하였다. 엄병현(1987)은 제수원공 설계를 위한 장기간 연속수수량 추정모형을 개발하여 단위도법을 장기수수량해석에 도입하고자 하였으며, 이순혁과 홍성표(1989)는 금강수계를 대상으로 Markov 모형에 의한 월유출량의 모의발생에 관한 연구를 하였다.
엄병현(1990)은 장기연속수수량 추정모형의 실용화 연구에서 우리나라 중소유역을 대상으로연구하였으며, 정하우 등(1990)는 탱크모형에 의한 적응모형을 개발하여 하천 일유출량의 실시간 예측를 하였다. 이순혁과 박명근(1991)은 장단기유출 양용저류 탱크모델의 개발에 관한 연구를 하였으며, 이순혁 등(1993)은 계절별 1차 Markov 모형을 이용하여 장기유출량의 추계학적 모의발생에 관한 연구를 하였다.
이순혁 등(1996)은 농업수리구조물의 적정설계홍수량 유도를 위한 유출수문곡선 모형의 개발을 하였으며, 박명근 등(1996)은 월유출량의 모의발생에 관한 비교 연구를 하였다. 권순국 등(2004)는 동화지구 설계 수문량 재추정에서 월별 확률홍수량을 산정하고자 하였다.
3) 홍수추적
홍수추적은 유역, 저수지, 하천 등을 대상으로 홍수량을 계산하는 것으로 도식해법, 시산법, 수치해석 등이 사용된다.
이근모(1973)는 저류함수법, 시산법, Muskingum 방법, 도식해법 등의 저수지 및 하천에 대한 홍수추적방법을 소개하였고, 홍종진(1979)은 하도에서의 홍수추적방법으로 수정 Muskingum-Cunge 방법을 소개하였다. 남궁달(1984)은 한강과 낙동강 상류유역을 대상으로 저류함수법과 응용에 대하여, 남궁달과 김규성(1996)은 저류함수법에 의한 홍수유출 해석을 하였다.
이용직과 권순국(1989)은 4점 가중차분법을 중심으로 수치해석모형에 의한 홍수추적을 하였으며, 김진수(1995)는 선형 Muskingum-Cunge법에 의한 수리학적 유출모형을 이용하여 단위유역의 홍수추적을 하였다.
4) 단위도
홍수추적을 위한 단위도로서 SCS 방법과 무차원단위도법이 많이 이용되어 왔으며 우리나라에서도 이의 적용에 대한 연구가 지속되어 왔다.
이순혁(1977)은 한국 주요수계의 소유역에 대한 순간단위도를 유도하였고, 이순혁(1978)은 한강, 금강 낙동강, 영산강 등의 7개 소하천수계를 대상으로 합성단위도 및 삼각단위유량도를 유도하고 이를 무차원단위도와 비교하였으며, 이순혁과 한중석(1981)은 선형 Model에 의한 소유역에 있어서의 무차원 단위도법 유도에 관한 연구를 통해 실측 및 SCS 방법에 의한 결과치를 비교하였다.
엄병현과 박근수(1984)는 장기유출의 수문적 모형개발을 위한 주요 수계별 단위도 유도를 통해 단위도를 일단위 또는 시간단위의 장기유출해석에 도입하고자 하였으며, 김태철(1986)은 유량배분법을 기본으로 일 유출량 추정을 위한 단위도 모형을 제안하였으며, 천만복과 서승덕(1990)은 확률론적 방법을 이용하여 지상인자에 의한 순간단위도 유도와 유출량 예측을 하였다.
5) 갈수량
한편 갈수량 해석에 대한 연구로는 통계분석, 탱크모형 등을 이용하여 설계 갈수량과 가뭄지수에 대한 연구로 이어지고 있다. 장재중과 나도석(1968)은 금강 및 섬진강 수계의 수문조사를 실시한 결과를 이용하여 기존의 갈수량 추정치와 그 결과를 비교하였으며, 이순혁과 한중석(1979)은 금강 5개 지점의 과거 연갈수유량 자료와 갈수빈도분석 및 최적확률분포형에 따른 재현기간별 확률갈수량을 유도하였다.
이순혁 등(1992)은 설계갈수량의 유도를 위한 수문통계학적 접근과, 이순혁 등(2000)은 Weibull-3 및 Wakeby 분포모형의 L-모멘트법에 의한 설계갈수량 비교분석를 하였다.
김상민과 박승우(1999)는 우리나라 주요 지점에 대한 가뭄지수의 산정과 비교를 하였고, 김성원과 지홍기(1999)는 낙동강 유역의 유역 유출량을 탱크모형으로 계산하고 이에 따른 지역별 가뭄 빈도분석를 하였으며, 권형중과 김성준(2006)은 SWSI를 이용한 준분포형 수문학적 가뭄 평가를 하였다. 이순혁 등(2003, 2004)은 L 및 LH-모멘트법을 중심으로 지역빈도분석에 의한 가뭄우량을 추정하였다.
참 고 문 헌
1) 강우량 및 강우강도
1. 박성우, 1969, 한국에 있어서 강우강도의 변화에 관한 연구, 농공학회지, 11(2): 20-27.
2. 이근후,권순국, 1983, 한국에 있어서 폭우의 지점별 빈도분석, 한국농공학회지, 25(2): 76-85.
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다. 토질
지반은 물, 공기와 더불어 지구상의 인간을 포함한 모든 생물체의 생존에 필요한 중요한 생태시스템 중의 하나이다. 지반은 의, 식, 주를 제공하는 기본 활동기반으로서 오랜 기간 풍화작용으로 형성되었으며, 다양한 종류의 무기광물과 유기물들로 구성되어 있다. 특히, 표층부 지반 내 공극에는 다양한 형태의 가스 상(gas phase)과 무수한 종류의 미생물들이 존재하며 이들은 식물의 생장뿐만 아니라 수분의 보습 그리고 여과, 흡착, 분해 또는 변환 등에 의한 유해물질의 정화작용을 수행하여 인류의 건강에 이바지하는 중요한 역할을 수행하고 있다.
우리나라는 국토면적이 남한의 경우 99,373 km2 정도(세계 109위)로 좁고, 이 중 70% 이상이 산지로 이루어져 있으며, 삼면이 바다인 반도 국가이다. 그러나 근대사의 진행과정에서 일제 강점기와 한국전쟁 등의 역사적인 사건을 겪으며 현대국가로 성장하는 과정에서 식량증산에 대한 관심이 높았고 그로 인하여 국토(농지)의 확장이 국민들의 지대한 관심 속에 중요한 국가정책으로 최근까지 추진되어 왔다.
이러한 일련의 과정과 우리나라의 농공학 특성상 토질 및 기초 전공자들은 수자원 확보 및 홍수 조절을 위한 저수지 및 댐 건설, 농경지 개발 및 국토확장을 위한 개간과 간척사업 그리고 기타 농업용 기반시설의 건설공사에서 핵심적인 역할을 수행하여 왔으며, 일반 토목분야에서도 초기 토질 및 기초분야의 기술자들은 대부분 농공학과 출신으로서 그 업적은 매우 크다 할 수 있겠다.
1) 초기의 토질 및 기초분야 연구(1958년～1979년)
초기 토질 및 기초분야에 대한 연구는 한국농공학회의 전신인 농업토목회지의 1권 1호(1958년 4월)에서부터 다짐시험(임영춘, 1958)과 암반의 분류법(최승일, 1958)에 관한 내용이 기고되어 게재되는 등, 당시 많은 관심을 받으며 연구가 이루어 진 것으로 보인다.
당시 학회지의 구성은 논문보다는 기술자료 위주로 새로운 이론을 소개하는 내용이 주를 이루고 있었으며, 학회지가 본적격인 논문지 체계가 갖추어 지기 시작한 제6권, 제2호(1964년 12월)부터이다.
이 당시 발표된 논문들은 지반조사법(김영기 등, 1967) 그리고 시험법과 흙의 역학적 성질(강예묵 등, 1969; 강예묵, 1970a, 1970b, 1970c; 강병희, 1972; 이석찬, 1972; 강병희, 1972; 김재영 & 강예묵, 1973; 김주범, 1973; 김주범 & 윤충섭, 1975; 유능환 & 강예묵, 1976; 김주범 & 류기송, 1977b; 류기송, 1978; 도덕현 & 강예묵, 1979)등에 대한 논문이 발표되었다.
특히 당시 저수지 제방 및 간척호안과 관련되어 침투해석(정형식 & 신방웅, 1976), 사면안정(김주범 & 심재구, 1977a), 침하해석(이한영, 1965; 윤충섭 & 김주범; 1973), 심벽재료의 다짐 및 투수성(윤충섭 & 김주범, 1973; 신방웅, 1974; 윤충섭, 1976; 윤충섭 & 김주범, 1979) 그리고 그랑우팅, 약액주입 그리고 soil cement 공법(최광희, 1966; 강신업 등, 1969; 김철규 & 황은, 1970; 김성완 등, 1972; 김재영 & 강예묵, 1975; 김주범 등, 1975; 김재영 & 강신업, 1977a, 1977b, 김재영 & 이기춘, 1978; 도덕현, 1979; 조성정, 1980, 도덕현, 1980)에 대한 다수의 연구논문이 발표되어 초기 어려운 여건 속에서도 연구활동이 매우 활발하게 진행되었음을 알 수 있었다.
특히 이 시기에는 전국의 농공학과와 더불어 농촌진흥공사 연구원이 많은 연구성과를 발표하여 이 분야 발전에 많은 기여를 한 시기라고 보여 진다. 농촌진흥공사 연구원은 이후에도 지속적으로 많은 연구결과들을 발표하게 된다.
2) 1980년대의 토질 및 기초분야 연구
1980년대 토질 및 기초분야는 전국 대부분의 농공학과에 전공교수가 임용되어 각자의 전문분야별로 체계적인 학생지도와 활발한 연구가 시작된 시기라고 할 수 있겠다. 충남대학교 강예묵 교수는 기존의 토질의 화학적 안정처리 외에 한계상태이론에 대한 연구를 시작하였으며(지인택 & 강예묵, 1987), 경상대학교 윤충섭 교수는 댐과 관련된 성토재료의 다짐과 압밀특성에 대한 연구를 중점적으로 수행하였다(윤충섭, 1981, 1986). 강원대학교 유능환 교수는 기존의 점토의 압밀현상 외에 보강토 옹벽과 동결-융해과정이 흙의 강도특성에 미치는 영향에 대해서 연구하였다(유능환, 1983a, 1983b; 유능환 & 박승범, 1989). 또한 전북대학교 김재영 교수는 토질의 화학적 안정처리와 연약지반 압밀특성에 대해서 연구하였으며(주재우 & 김재영, 1982), 경북대학교 권무남 교수는 제체의 안정성 연구 외에 토목섬유에 대한 연구(권무남, 1989)와 건국대학교 도덕현 교수는 토질의 화학적 안정처리 외에 반복하중에 의한 지반변형과 농촌도로에 대해서 연구하였다(도덕현, 1989).
1980년대의 토질 및 기초분야는 위에서 언급한 바와 같이 한계상태이론, 동결-융해현상, 연약지반 조사 및 분석, 보강토공법, 토목섬유, 농도 포장공법 그리고 반복하중에 의한 거동 등 최근에도 주요 연구주제가 되고 있는 첨단의 연구과제들이 논문으로 발표되었으며, 이는 1990년대 이후의 학문발전에 크게 기여했다고 볼 수 있다.
3) 1990년대의 토질 및 기초분야 연구
1990년대 토질 및 기초분야에서는 기초구조물의 액상화 문제와 내진설계(고재만 & 도덕현, 1991; 강예묵 등, 1991; 장병욱 & 송창섭, 1992; 장병욱 등, 1996), 흙의 역학적 거동에 수치해석법의 활용 및 모델의 개발(장병욱 & 윤상묵, 1991; 이문수, 1992; 이문수 등, 1993, 1994; 고남영 & 고흥석, 1995; 조래청 & 도덕현, 1996), 연약지반 거동에 관한 모델개발과 연약지반 처리공법 등에 대한 연구(이문수 등, 1994; 이진수 & 이문수, 1994; 이상호 & 권무남, 1996; 이달원, 1997) 그리고 사면안정에 대한 연구(강예묵 등, 1993; 홍병만, 1998)가 활발히 진행되었다. 또한 이 시기에는 연약지반처리공법이 기존 화학적 처리방법에서 다양한 토목섬유재료를 활용하는 방향으로 활발히 진행되었으며(권무남, 1993; 유능환 등, 1998), 지반환경문제(진성기 등, 1994; 정종홍 등, 1997; 권무남 & 유택항, 1997; 윤춘경 & 유찬, 1998; 송창섭 등, 1998) 그리고 불포화토에 대한 토질공학적 연구(송창섭 & 장병욱, 1995, 1996; 장병욱 & 길상춘, 1998)가 본격적으로 시작된 것도 이 시기였다.
4) 2000년대 토질 및 기초분야의 전망
2000년대는 우리나라 농업정책의 대변환기이기도 하다. 이러한 변화의 기세는 토질 및 기초분야에도 예외가 없다. 최근 “토질 및 기초”라는 용어는 “지반공학(혹은 지반환경공학)”으로 바뀌어 일반화 되어 사용되고 있으며, 이에 걸맞는 새롭고 첨단화된 분야에 대한 연구 필요성이 어느 때 보다도 높아 앞으로 많은 도전에 직면할 것으로 예상된다.
그러나 우리에게는 지난 반세기 동안 선배 연구자들이 이루어 놓은 많은 업적들이 있다. 또한 지난 50년간 배출된 잘 숙련된 전문 인력들은 우리의 경쟁력을 배가시켜줄 수 있는 보이지 않는 힘이 될 것이며, 이러한 기반들 위에서 연구에 매진하고 후배 양성에 조금 더 관심을 기울인다면 영원한 발전이 이루어지리라 믿는다.
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39. 정형식, 신방웅, 1976, 콘크리트댐 저면침투에 관한 고찰, 농공학회지, 18(1), 1976. 3.
40. 최승일, 1958, 암석분류에 대하여, 농업토목회지, 1(1), 1958. 4., 19-24
41. 한상민, 박병호, 1975, 연약지반의 토공 설계법, 농공학회지, 17(2), 1975. 6.
2) 1980년대의 토질 및 기초분야 연구
1.권무남, 박희명, 이상호, 1989, Geotextile의 평면투수성 결정에 관한 비교연구, 한국농공학회지, 31(2), 1989. 6., 135-143
2.도덕현, 1989, 농도의 기층 및 보조기층 공법연구-노상 및 시멘트 안정처리층의 Mr 특성을 중심으로, 한국농공학회지, 31(2), 1989. 6., 66-81
3.유능환, 1983a, 보강토공법에 관한 연구-보강토 공법의 이론과 원리, 25(2), 1983. 6., 54-66
4,유능환, 1983b, 보강토 옹벽에 관한 연구-plastic membrane에 의한 보강토 옹벽의 개발, 25(3), 1983. 9., 96-105
5.유능환, 박승범, 1989, 동결-융해작용이 흙의 제강도특성에 미치는 영향(I), 한국농공학회지, 31(2), 1989. 6., 43-53
6.윤충섭, 1981, 투수성 성토재료의 기계다짐에 관한 연구, 한국농공학회지, 23(3), 1981. 9., 65-77
7.윤충섭, 1986, 흙댐의 밀도변화에 의한 압밀침하에 대한 연구, 한국농공학회지, 28(3), 1986. 9., 89-98
8.주재우, 김재영, 1982, 해성점토의 반복하중 및 재하압밀특성, 한국농공학회지, 24(3), 1982. 9., 84-91
9.지인택, 강예묵, 1987, 한계상태 공극수압 계수에 의한 비배수 전단강도의 예측, 한국농공학회지, 28(3), 1987. 3., 53-63
3) 1990년대의 토질 및 기초분야 연구
1. 강성, 장병욱, 1999, 파쇄된 발포폴리스티렌을 이용한 경량혼합토의 다짐특성, 한국농공학회지, 41(1), 1999. 2., 79-85.
2.강예묵, 지인택, 이달원, 1991, 지진계수를 고려한 제방의 사면안정에 관한 연구, 한국농공학회지, 33(4), 1991. 12., 105-120.
3. 강예묵, 지인택, 이달원, 조재홍, 1993, 성토사면의 붕괴에 관한 실험적 연구, 한국농공학회지, 35(3), 1993. 9., 47-62.
4. 권무남, 1993, 필터 및 배수용 토목섬유의 장기적 성능 평가에 관한 연구, 한국농공학회지, 35(3), 1993. 9., 130-139.
5. 권무남, 유택항, 1997, 모래-벤토나이트 혼합물의 지반 공학적 특성에 관한 기초 연구, 한국농공학회지, 39(6), 1997. 10., 99-110.
6. 고남영, 고흥석, 1995, 한계평형법에 의한 연약지반 보강성토의 안정해석, 한국농공학회지, 37(5), 1995. 10., 101-110.
7. 고재만, 도덕현, 1991, 한국농공학회지, 33(3), 1991. 9., 51-63.
8. 도덕현, 장병욱, 고재만, 방조제 축조 예정지반의 지진에 의한 액상화 거동 평가, 한국농공학회지, 35(2), 1993. 6., 43-56.
9. 송창섭, 장병욱, 1995, 불포화토의 거동예측을 위한 구성식 개발(II), 한국농공학회지, 37(2), 1995. 3., 81-89.
10.송창섭, 장병욱, 1996, 불포화 점성토의 거동예측을 위한 구성식 개발, 한국농공학회지, 38(3), 1996. 6., 101-110.
11.송창섭, 윤병옥, 반창현, 1998, 벤토나이트-흙/모래 혼합토의 압축 및 투수 특성 연구, 한국농공학회지, 40(2), 1998. 4., 123-130.
12.유능환, 연규석, 김기성, 이윤수, 1998, 폴리머 모르터를 이용한 사면보호재의 개발, 한국농공학회지, 40(5), 1998. 10., 52-58.
13.윤춘경, 유찬, 1998, 침출수로 오염된 불포화사질토의 전기비저항 변화에 대한 연구, 한국농공학회지, 40(2), 1998. 4., 112-122.
14.이달원, 1997, 양산-물금 충적점토의 토질특성에 관한 연구, 한국농공학회지, 39(1), 1997. 2., 102-111.
15.이문수, 1992, 탄·점소성구성식을 사용한 점성토지반의 변형해석, 한국농공학회지, 34(2), 1992. 6., 60-72.
16.이문수, 이광동, 오재화, 1993, 탄·소성구성식에 의한 점토지반의 거동해석(I), 한국농공학회지, 35(4), 1993. 12., 106-118.
17.이문수, 이광동, 오재화, 1994, 탄·소성구성식에 의한 점토지반의 거동해석(I), 한국농공학회지, 36(1), 1994. 3., 83-94.
18.이문수, 이진수, 오재화, 1994, 개량연약지반의 모형실험과 변형해석(I), 한국농공학회지, 36(2), 1994. 6., 67-78.
19.이상호, 권무남, 1996, 모형실험에 의한 지오텍스타일의 중력배수 특성 연구, 한국농공학회지, 38(4), 1996. 8., 125-136.
20.이진수, 이문수, 1994, 개량연약지반의 모형실험과 변형해석(II), 한국농공학회지, 36(4), 1994. 12., 73-86.
21.장병욱, 황명수, 1990, 앵커의 극한 지지력 변화와 파괴 거동에 관한 연구, 한국농공학회지, 32(4), 1990. 12., 71-80.
22.장병욱, 윤상묵, 1991, 압밀계수 산정방법의 비교연구 및 전산프로그램의 개발, 한국농공학회지, 33(4), 1991. 12., 96-104
23.장병욱, 송창섭, 1992, 반복하중을 받는 흙의 구성관계식 개발, 한국농공학회지, 34(1), 1992. 3., 41-48.
24.장병욱, 박영권, 우철웅, 1996, 파랑하중에 의한 해저지반의 응력변화에 대한 연구, 한국농공학회지, 38(1), 1996. 2., 79-89.
25.장병욱, 길상춘, 1998, 불포화 점성토의 체적변화에 대한 연구, 한국농공학회지, 40(5), 1998. 10., 37-42.
26.정종홍, 장병욱, 박영곤, 우철웅, 1997, 점토에서 수용성 유기물의 투수특성에 대한 연구, 한국농공학회지, 39(6), 1997. 12., 80-87.
27.조래청, 도덕현, 1996, 확률유한요소법을 이용한 균질사면의 신뢰성 해석, 한국농공학회지, 36(1), 1996. 10., 125-139.
28.진성기, 도덕현, 최규홍, 1994, 오일누출이 토양오염, 식생 및 지하수에 주는 연향에 관한 연구, 한국농공학회지, 36(1), 1994. 3., 141-152.
29.홍병만, 1998, 역경사 형태를 가진 방조제 성토층 단면에서의 침출현상 연구, 한국농공학회지, 40(5), 1998. 10., 43-51.
라. 구조 및 재료
농공학 분야에서 구조재료 만큼 많이 분화된 분야는 드물 것이다. 구조재료분야는 초창기에 구조와 재료 그리고 농업시설 및 환경으로 출발하였으며, 이후 정보시스템으로 나누어 졌다. 구조재료분야의 최초의 학회 논문은 제1권1호 실린 ‘미국개척국에서 사용하는 콘크리트의 배합설계’9)이었으며, 이후 꾸준히 농공학의 귀중한 연구가 보고되었다. 구조분야는 대략 80여 편, 재료분야는 130여 편 등이 실렸으며, 주 연구대상은 구조물의 해석과 콘크리트를 중심으로 한 재료 논문이었다.
1) 구조분야
구조논문은 1958년 콘크리트구조물을 대상으로 논문이 시작되었으며, 주로 구조물의 해석, 최적화 설계, 경량재료를 이용한 해석방법론, 구조시스템의 운영이 주요한 연구주제가 되었다. 구조분야 논문의 효시는 ‘원심력콘크리트 파일과 농업토목에 이용하는데 관한 소고(중앙산업, 1958)이며, 이후 구조분야의 콘크리트주제 연구는 암거의 응력해석(고재군, 1994), 극한강도설계법에 의한 철근콘크리트 보의 해석(오무영, 1970), 등분포하중을 받는 4변고정인 철근콘크리트 상판의 해석(조진구와 박병기, 1975) 등 콘크리트를 대상으로 설계법의 연구와 개발 그리고 농공분야에 적용 문제를 중심이었으며, 최근에는 특수 콘크리트 구조물의 해석, 콘크리트의 자동설계에 관한 연구가 많이 보고되고 있다. 구조분야의 해석주제는 꾸준한 연구와 발전이 지속되었는데, 조진구와 박병기(1975)의 ‘Pre-stress를 도입한 steel beam에 관한 연구를 시발로 고재군, 이재영, 조진구, 이정재, 이병구의 유한요소법(FEM)에 대한 해석과 적용(고재군, 1994), 그리고 시스템의 개발이 주 연구대상이 되었으며, 특히 ‘유한요소법과 농공학에의 활용’을 주제로 강좌가 개설되기도 하였다. 이후 구조물의 소성지반의 적용문제, 경량형강의 도입, 확률유한요소법(SFEM), 결함을 가진 구조물의 해석 등으로 농업생산정비사업과 농촌환경개선사업에 요구되는 구조물을 안전하고, 건강하게 만드는데 일조하였다. 또한 시설물의 최적화연구는 시설물을 경제적으로 설계, 시공, 유지할 수 있는 방법론으로 꾸준하게 연구되었으며(김종옥, 1995) 구조분야에서는 1990년대 이후 구조물로 이루어진 시스템의 분석과 운영방법의 개발(이정재 외, 2001) 및 LCC의 개념을 이용한 설계로 사회의 변화하는 흐름에 한발 앞서 새로운 개념과 방법을 제시하고 있다. 이외에도 강구조에 대한 이용법, 경량형강에 대한 활용법, 세부 구조물의 새로운 해석방법론에 대한 연구가 이어지고 있다.
2) 재료분야
재료에 대한 연구는 우리학회가 활동을 시작되면서부터 연구, 발표되었다. 그 주요대상은 콘크리트에 대한 보고였는데, 콘크리트가 당시 농업과 농촌개발에 사용되는 건설재료 중 가장 많이 사용된 재료이었고, 이것은 콘크리트의 다양한 특성을 먼저 알아내고, 이를 통해 강하고, 안전하며, 쉽게 필요한 구조물을 만들려고 하는 의지로 보인다. 1950년대에는 주로 외국의 콘크리트에 대한 소개가 주를 이루었고(특수콘크리트의 개요, 콘크리트의 산 침식), 이후 콘크리트의 배합에 관한 연구가 많이 보고되었다. 콘크리트는 골재와 시멘트의 배합에 따라 강도와 내구성이 달라지며, 특히 골재에 영향을 많이 받으므로, 이에 대한 연구(고재군 등, 1969)가 그 뒤를 이루었고, 혼화제를 첨가한 콘크리트의 특성에 대한 연구가 1970년대부터 폭넓게 연구되었다. 좁은 국토에서 사회가 요구하는 식량생산에 필요한 농지를 확보하기 위해 간척사업이 꾸준히 시행됨에 따라 콘크리트에도 해수, 염해 등에 원활히 저항할 수 있는 콘크리트를 만들고자 하는 연구(콘크리트의 내해수성 실험, 해수에서 철근콘크리트의 철근 방식에 대한 도료의 효과)가 깊이 진행되었고, 경량콘크리트에 대한 연구(성찬용, 1988), 강섬유 보강콘크리트에 대한 연구(강섬유 콘크리트의 직접인장 거동 특성) 등 다양한 콘크리트 재료에 대한 연구가 진행되어 왔다. 1980년대부터는 폴리머콘크리트에 대한 깊이 있는 연구(연규석과 강신업, 1986)와 플라이 애시, 볏짚재, 솔잎재 등을 사용한 콘크리트 등 품질 중심의 콘크리트 연구(성찬용과 김영익, 1998)와 환경에 대한 연구로 재생재료를 이용한 콘크리트에 대한 연구(김광우 등, 1995)와 실용적인 품질관리 증대방안으로 비파괴시험에 대한 콘크리트 구조물에의 적용(장문기, 1999)이 꾸준히 진행되었다.
3) 주택, 환경
구조재료분야에는 구조지식과 재료특성을 이용한 농업시설물에 대한 구조 및 환경에 대한 연구도 꾸준히 이어왔는데, 초기에는 비닐하우스 등 농가소득을 증대시킬 수 있는 시설에 대한 구조 및 재료, 설계법에 대한 연구(조진구, 이근후, 1977; 오무영, 1984), 농촌주택을 개선하기 위한 연구(리신호, 1994), 흙집을 주제로 한 전통주택에 대한 연구, 주택의 노후화에 대한 연구(오무영 등, 2001)가 발표되었다.
구조재료분야는 농업생산 및 농촌정비를 보장할 시설물의 재료의 연구, 구조의 개발, 유지관리와 운영체계의 개선을 위한 끊임없는 연구 뿐 만아니라 새로운 선진 기술의 도입과 창조적 응용의 토대를 만들기 위해 연구, 개발에 최선을 다하며, 이를 통해 농공학의 발전에 기여함에 주저하지 않을 것이다.
참 고 문 헌
1. 고재군, 1994, 仁汝 高在君 博士 停年退任記念論文叢
2. 고재군, 1974, 암거의 응력해석, 한국농공학회지 제16권 1호
3. 고재군, 유한열, 1969, 모르타르의 내구성에 관한 연구(염산에 의한 부식에 관하여), 한국농공학회지 제11권 1호
4. 김광우, 김주인, 김기성, 1995, 재생콘크리트의 휨 변형과 파괴 특성, 한국농공학회지 제37권 3호
5. 김종옥, 1995, 캔틸레버 옹벽의 최적 설계, 한국농공학회지 제36권 1호
6. 리신호, 1994, 농촌주택의 실태 조사를 통한 개선 방안 연구 -충북지역을 중심으로-, 한국농공학지 36권 3호
7. 리신호, 고재군, 1987, 강섬유콘크리트의 직접인장 거동 특성, 한국농공학회지 제29권 4호
8. 성찬용, 1988, 기포 모르터의 제특성에 관한 실험적 연구-제1보 밀도와 흡수율 특성, 한국농공학회지 제29권 1호
9. 성찬용, 김영익, 1998, 볏짚재 콘크리트의 물리·역학적 특성, 한국농공학회지 제40권 4호
10. 연규석, 강신업, 1986, 폴리마를 이용한 콘크리트의 국제적 동향, 한국농공학회지 제28권 3호
11. 오무영, 1984, 함수량변화가 곡물의 물리적 특성에 미치는 영향(1), 한국농공학회지 제26권 2호
12. 오무영, 리신호, 송창섭, 2001, 전통 흙집 벽 재료의 특성 분석, 한국농공학회지 제42권 1호
13. 이예민, 1958, 미국개척국에서 사용하는 콘크리트의 배합설계, 한국농공학회지 제1권 1호
14.이정재, 이대희, 윤성수, 김한중, 2001, 설계정보 데이터베이스를 기반으로 하는 구조설계 S/W Platform의 개발, 한국농공학회지 제42권 4호
15. 장문기, 1999, 염소이온 투과시험에 의한 콘크리트 제품의 강도 추정, 한국농공학회지 제41권 6호
16. 조진구, 박병기, 1975, Pre-stress를 도입한 steel beam에 관한 연구, 한국농공학회지 제19권 3호
17.조진구, 이근후, 1977, 농업용 비닐하우스의 온풍난방에 관한 기초적 연구, 한국농공학회지 제41권 6호
18.중앙산업, 1958, 원심력 콘크리트 파일과 농업토목에 이용하는데 관한 소고, 한국농공학회지 제1권 2호
19. 한국농공학회, 1987, 한국농공학회30년사
4.2 농업수리 연구
가. 논관개
농업수리에서 논관개가 차지하는 비중은 매우 크다. 논관개의 이론은 논농사를 주로 하는 일본에서 발달하여, 초기에는 일본의 자료를 그대로 인용하여 사용한 경우가 많았다. 그 동안 증발산량, 용수량 등을 중심으로 우리나라의 지형 및 기후 조건에 맞는 자료로 바꾸는 노력이 계속되어 왔다. 그러나, 아직도 실측자료가 부족한 상태로, 다양한 조건 하에서의 실측자료가 요구된다. 논관개의 변천사를 증발산량, 용수량, 물관리와 물수지 모형, 농업용 저수지 및 기타로 분류하여 정리하였다.
1) 증발산량
김철기(1969)는 3년간(1966～1968)의 실험을 통하여 벼의 생육상태 및 번무도와 관계가 깊은 풍건물량과 엽면증발량 및 주간(株間) 수면 증발량과의 관계를 파악하였다. 김철기와 유한열 (1974)은 논벼 장단간품종의 증발산제계수와 건물량과의 관계에 대한 연구를 수행하였다. 허재석과 정하우(1983)는 기상조건, 품종, 생육기간에 따른 수도작의 증발산량을 실측하고, 세계 각국에 사용되는 여러 가지 증발산량 추정식에 의한 결과와 실측치를 비교분석하였다. 정하우 등(1988)은 수원의 수도를 대상으로 Penman 식을 적용하여 여기서의 보정계수(C)가 잠재증발산량에 미치는 효과를 파악하고, 보정계수를 고려한 잠재증발산량과 실측증발산량과의 관계를 검토하였다.
정하우 등(1989)은 수원지방의 확률과우일수를 이용하여 기대증발산량을 산정하여, 수도의 작물계수를 결정하였다. 이남호와 정하우(1994)는 신경회로망 이론(Neural Network)을 이용하여 수도 증발산량을 예측하였다. 정상옥 (1997)은 담수직파재배 논에서의 증발산량 산정의 기초 자료를 제공하기 위하여 실험포장에서의 직파재배 벼의 일별 증발산량을 관측하고 기준작물 잠재증발산량 산정방법에 의한 기준작물 잠재증발산량을 추정하여 각 방법별 작물계수의 변화를 고찰하였다. 유승한 등(2006)은 논벼에 대한 Penman-Monteith와 FAO Modified Penman 공식으로부터 산정한 작물계수를 비교분석하였다.
2) 용수량
김철기와 김재휘(1984)는 논벼의 최대용수량 시기와 순단위용수량에 대하여 검토하였는데, 이앙시의 순단위용수량은 이앙률에 피크가 있는 경우가 이앙률이 동일한 경우보다 크다고 보고하였다. 김태철과 안병기(1985)는 써레질 용수량에 관한 실험을 실시하여 설계기준을 위한 써레질 용수량이 식양토에서 90 mm, 양토에서 110 mm, 사양토에서 130 mm라고 추천하였다. 권영현 등(1989)은 토성별 써레질 용수량을 파악하고, 써레질 용수량을 지배하는 요인을 구명하였다.
구자웅 등(1989)은 간척지토양의 제염용수량 산정하기 위한 기초 자료를 제공하고자 서남해안에 널리 분포되어 있는 미사질 양토와 미사질 식양토를 대상으로 침출(浸出)법과 수세(水洗)법을 이용한 실내실험을 수행하였다. 손재권 등(2000)은 고염도 간척초기답에서 벼의 정생생육을 위한 토성별, 물관리방법별 제염용수량을 산정하였다. 여기서 배수 양호 토양이 배수 불량 토양보다 제염효과가 크게 나타났고, 모든 토양에서는 암거가 설치된 처리구가 설치 안 된 처리구보다 제염효과가 크게 나타났다. 강문성 등(2000)은 한강수계를 대상으로 일별 단위용수량을 계산하고 빈도해석을 통하여 각각의 측점에 대하여 재현기간별 연단위용수량을 산정하였다. 이를 바탕으로 한강수계별 순별 단위용수량 변환계수를 산정하였고, 변환계수를 이용하여 순별 수리답 수요량을 추정 비교하였다. Kim et al.(2005)은 대구획(1 ha) 광역논의 지거용수로를 대상으로 3～5년간 시설관리손실률을 측정하였는데, 시설관리손실률은 평균 30%를 넘고, 월별, 연별로 크게 다르게 나타나며 갈수년에는 크게 저하한다고 보고하였다. 직파재배에서의 용수량은 정하우(2005)에 의하여 정리되었다. 이용직 등(2006)은 논관개용수 공급량 측정과 기존 설계시 적용되고 있는 모형에 의한 관개용수량을 비교하여 그 차이점을 정량적, 시기별로 분석하였다.
3) 물관리 및 물수지 모형
이창구와 김철회(1966)는 절수의 정도 및 절수 방법이 수도의 생육 및 수량에 미치는 영향을 조사하였다. 이남호 등(1990)은 취수시설, 도수시설, 포장시설 및 배수시설로 구성된 관개조직에 대하여 관개조작모형을 개발하여 물꼬높이 및 포장급수율 변화에 따른 모형의 거동을 분석하고 관개방식을 평가하였다. 안세영과 이근후(1990)는 농업용수의 실태를 파악하기 위하여 2년에 걸쳐 관개기간 중의 물수지를 실측하였다. 정상옥과 손성호(2001)는 경북 62 ha 광역논을 대상으로 실측에 의한 논지대의 물수지를 분석하여 평균회귀율이 35%라고 보고하였다. 이광야와 김선주(2001)는 현재 및 장래의 수요량을 산정하기 위한 논용수량을 포함한 농업용수 수요량 산정시스템을 개발하였다.
김선주 등(2001)은 물관리 자동화시스템을 위한 개방형 운영프로그램(OWMP, Open Water Management Program)을 개발하여 IHP 유역(보성, 도척, 상안미 및 기대유역)과 성주지구에 적용하였다. 김현준 등(2003)은 한강 및 낙동강 유역의 205개 양수장 지구의 실제 취수량과 기상자료에 의한 필요수량으로부터 물관리 효율을 평가하였는데, 지구별로 큰 변동을 보였으며, 평균효율은 한강유역에서는 61%, 낙동강유역에서는 72%를 나타냈다. 손성호와 정상옥(2002)은 담수심처리가 논의 물수지에 미치는 영향과 벼의 생육 및 수확량을 조사하였는데, 용수 절약형 논관개기법으로 천수(淺水)관개가 가장 적합한 것으로 보고하였다. 김태철 등(2003)은 충남 예당저수지를 대상으로 관개저수지의 이수관리곡선에 의한 윤환관개 모형을 개발하고 가뭄시 효율적인 물관리와 자동화시설의 소프트웨어로 활용할 수 있게 하였다. 추태호(2004)는 물수지 분석 기법에 의한 양수장 몽리구역 내의 농업용수 회귀율을 산정하였으며, 정상옥과 박기중(2004)은 소규모 논지대의 관개회귀수량 실측 조사 및 분석을 실시하였다.
4) 농업용 저수지
민병섭과 이종옥(1968)은 1965년 현재, 1,264개의 한국 관개저수지의 내용적을 조사하여 평균 단위내용적은 0.40 m이며, 유역면적과 몽리면적의 비가 3.5라는 것을 밝혔다. 신일선과 권순국(1987)은 농업용 저수지의 다목적 이용을 위한 용수의 적정배분에 선형계획모형을 개발하여 분석하였는데, 용수의 각 목적별 연간 최대 순이익은 생활용수, 관개용수, 발전용수의 순으로 나타났다. 김현영과 박승우(1988)는 탱크모형을 이용한 저수지 일단위 모의조작모형(DIROM, Daily Irrigation Reservoir Operation Model)을 개발하고, 반월저수지의 20년 기상자료를 이용하여 DIROM의 적용성을 검토하였다. 이기춘 등(1991)은 농업용 저수지군의 모의 조작을 실시함으로써 적합한 운영 방법을 모색하였다. 정하우와 이남호(1991)는 퍼지이론을 관개용 저수지의 조작에 적용하였다. 김태철 등(1992)은 저수지 거동분석 방법으로 일별 물수지에 의한 저수지 일별 물수지 모형을 개발하여 갈수기에 효율적인 이수관리방법을 제시하였다. 정하우 등(1993)은 저수지군에서의 장래 수요량을 추정할 수 있는 물수지 모형을 개발하여, 신규 저수지의 유효저수량을 결정하고, 기존 저수지의 유효저수량을 평가하였다. 김병진 등(1994)은 일기예보를 고려한 관개용 저수지의 최적 조작 모형을 개발하고 이를 경기도 안성군의 용설저수지에 적용하였다.
김태철과 이성희(2002)는 관개 저수지의 특성에 맞도록 가뭄을 평가하기 위하여 누가 강수량 및 DAWAST(일유출모형)를 이용하여 산출된 유역 토양수분량, 저수율, 급수 제한강도 등의 방법으로 과거자료와 비교하여 예당저수지의 가뭄을 평가하였다. 누가 강수량에 의한 방법으로는 30년 빈도로 평가되었고, 1978년과 유사한 패턴을 나타내었고, 유역 토양수분량에 의한 방법으로는 30년 빈도로 평가되었고, 1981년과 유사한 패턴을 나타내었고, 저수율에 의한 방법으로는 20년 빈도로 평가되었고, 1981년과 유사한 패턴을 나타내었고, 급수 제한강도에 의한 방법으로는 10년 빈도로 평가되었고, 1988년과 유사한 패턴을 나타내었다. 각 방법간의 평가가 다르기 때문에 가장 가시적이고 현실적인 저수율에 의한 방법으로 20년 빈도가뭄으로 종합평가 하였고, 이후의 가뭄이 1981년도와 유사하게 진행될 것으로 예측하여, 향후 저수지 가뭄대책에 참고하도록 하였다. 김선주 등(2004)은 개방형 물관리 프로그램(OWMP)을 사용하여 관개지구의 필요수량을 산정하고 성주유역을 대상으로 효율적인 용수 관리를 위한 저수지 거동분석을 실시하였다.
5) 기타
김진수와 김화영(2000)은 우리나라 국가하천의 농업수리권의 특성을 조사하였는데, 농업수리권의 실제적인 관리주체의 관점에서 국가관리수계, 수자원공사관리수계, 농업기반공사관리수계, 수리권이 없는 수계로 분류하여 각 국가하천별 농업수리권의 특성을 고찰하고 문제점을 제시하였다. 박재홍 등(2003)은 AHP(Analysis Hierarchy Process) 기법에 의한 관개용수로 조직을 평가하였는데, 이 기법은 개보수사업의 우선순위를 결정하는 데 사용될 수 있다.
참 고 문 헌
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4) 저수지 물관리
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5) 기타
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나. 밭관개
국내의 밭관개에 대한 연구는 논관개와 달리 매우 미비한 실정이다. 그러나 사회의 변화 등으로 인하여 밭작물에 대한 관심이 높아졌으며, 증가하는 밭관개 면적에 따른 용수 확보가 부각되면서 그에 따른 연구도 계속적으로 수행되고 있다. 특히, 밭작물에 대한 용수 수요량 산정에 관한 연구는 다양한 작물을 대상으로 한 연구에서부터 시작되어 전체적인 밭관개 용수에 대한 수요량 산정으로 이어져 왔다. 이에 따라 농공학에서의 밭관개 분야도 그 위상이 점점 높아가고 있다.
1960년대 말부터 1990년대 초까지 농공학에 있어 밭관개 연구는 주로 작물의 소비수량 산정 위주로 진행되었다. 이 시기는 학회지 내에서도 관개배수에 대한 연구가 가장 활발했던 때로써 밭관개 연구 또한 이 시기에 많이 이루어졌다. 주요 연구를 살펴보면, 증발량측정과 Penman 공식에 의한 증발량계산(이계형, 1966), 전작물의 관개법에 관한 비교연구 Ⅰ(유한열 외, 1969), 전작물의 관개법에 관한 비교연구 Ⅱ(정하우 외, 1970), 고등채소의 한해를 방지하기 위한 포장용수량 결정에 관한 연구(최예환 외, 1973), 배추용수량에 관한 연구(김현철 외, 1974), 밭에서의 토양수분 소비기구에 관한 연구(유능환 외, 1974), 토양수분함량 예측 및 계획관개 모형 개발에 관한 연구(김철회 외, 1977), 밭 관개강습회(지광하, 1977), 토양수분함량 예측 및 계획 관개모의 모형 개발에 관한 연구(김철회 외, 1977), 밭관개의 계획과 설계·밭관개 현황과 필요성(지광하, 1979), 전작물의 필요수량 결정을 위한 연구(김철회, 1980), 모로코의 밭 관개사업과 경지정리(김주창, 1983), 연초생육기간중의 소비수량에 관한 기초적 연구(김근배 외, 1985), 전작물 수분소비량 조사 연구(김시원 외, 1984, 1985), Weighing Lysimeter에 의한 결구상치의 증발산량 조사연구(김선주 외, 1986), Floating Lysimeter에 의한 가을배추의 소비수량 조사연구(김선주 외, 1987), 밭관개의 계획용수량 및 시설용량의 정립에 관한 연구; 증발산량 실측에 의한 밭 용수량의 추정에 관하여(김선주 외, 1988), 밭작물 소비수량에 관한 기초적 연구 Ⅰ; 토마토 및 가을 배추, 밭작물 소비수량에 관한 기초적 연구 Ⅱ; 마늘 및 오이, 밭작물 소비수량에 관한 기초적 연구 Ⅲ; 고추 및 가을무우(김철기 외, 1988～1990), 시설채소의 수경재배방법별 소비수량과 생육에 관한 연구(김시원 외, 1989), 배추의 최적급수계획 연구(정하우 외, 1989), 관개수준이 고추의 수확량 및 소비수량에 미치는 영향(윤학기 외, 1989), 밭작물의 최적관개수준과 계획용수량 산정(윤학기 외, 1990) 등으로 단일 작물 위주의 증발산량이나 소비수량 산정에 관한 연구가 많았다. 또한 농공학회뿐만 아니라 다른 학회지를 통해서도 밭관개 분야의 많은 연구가 있었다. 주요 연구로는, 유럽에 있어서의 밭관개(김시원, 1973), 소득을 높이기 위한 밭 관개요령(유한열, 1973), 스프링클러에 의한 밭관개의 이론과 실제(이기명, 1973), 밭관개 이용방법(이기춘, 1982), 밭관개와 스프링클러 이용(정두호, 1982), 농업용수와 밭관개 개발(양재만, 1988) 등이 있다. 이러한 연구를 바탕으로 1990년 농어촌진흥공사에서는 1987년부터 4년간의 연구를 통하여 밭작물 소비수량 산정방법 정립을 연구하였다. 이 연구에서는 전국에 걸친 실험과 분석을 통하여 작물 근군역, 지역별 과우일수, Penman식 적용, 작물계수, 유효우량 등 많은 성과를 도출하였다.
1994년을 기점으로 밭관개는 개개의 작물 증발산량과 소비수량 등에 관한 연구에서 탈피하여 밭관개 환경과 관개용수량 산정 및 확보 등의 연구로 전환을 맞게 되었다. 이러한 전환을 가져온 것이 바로 1994년부터 농어촌진흥공사(현 한국농촌공사)에 의해 본격적으로 시작된 밭기반정비사업이다. 1973년 북제주군 조천면 신촌지구 121ha에 시범사업으로 시작한 밭 경지정리가 1993년부터 농어촌발전 특별조치법과 농어촌 용수개발 10개년 계획을 바탕으로 새롭게 추진되었고, 1994년도부터 정부 예산 661억원이 반영되었다. 생산기반시설이 취약한 채소, 과수, 특작 등 주산단지 및 집단화된 밭을 대상으로 용수개발, 농로개설, 용배수시설, 밭경지정리 등의 기반을 정비하는 사업이 실행되었다. 이에 따라 우리분야에서 밭관개를 바라보는 시선도 경지 내의 밭작물에서 전체적인 밭관개 용수량과 공급시설, 용수확보, 경지정리 등의 밭관개 시스템으로 옮겨가게 되었다. 특별히 농공학회지 제38권 제1호(1996)에는 밭기반 정비에 관한 특집을 실었는데, 여기에서는 밭기반정비의 필요성과 현황(허유만), 밭기반정비사업과 효율적 추진방안(최상오), 밭 관개시설과 용수원개발(노건길), 농촌환경을 고려한 밭기반정비사업(김기성), 일본의 밭기반 정비(김선주)라는 주제로 특집 편을 마련함으로써 밭기반 정비사업의 중요성을 알렸다. 이 기간에 발표된 주요 논문을 살펴보면, 밭에서의 유효우량 산정모형 개발(정하우 외, 1993), 간척지 밭작물의 관개용수량 추정을 위한 토양염분예측모형 개발(손재권 외, 1994), 밭 관개시설과 용수원 개발(노건길, 1996), WEPP 모형을 이용한 밭포장과 밭유역의 토양 유실량 추정(강민구 외, 2004), 기간별 저수 관리를 통한 소규모 댐의 밭 관개용수 확보(김선주 외, 2005), Security of Upland Irrigation Water through the Effective Storage Management of Irrigation Dams(이주용 외, 2006) 등이다. 여기서 주목해야 할 것이 1994년부터 거의 매년 밭기반 정비사업에 대한 설계요령과 연구가 이루어져 왔지만, 밭관개를 단독 주제로 한 학회 논문이 상대적으로 많지 않다는 점이다. 1996년부터 학회지가 년 4회에서 6회로 증편되고, 회당 논문 투고수가 약 10편 정도임을 감안하면 적은 편수라 할 수 있다. 그러나 이는 1990년 대 말부터 농촌과 환경을 위주로 한 연구가 많아짐에 따라 관개용수도 논과 밭을 따로 구분하여 다루는 것이 아니라, 이들 모두를 포함한 농촌용수의 개념으로 접근한 연구가 증가했기 때문이다. 이런 연구 중 대표적인 것이 농업용수 수요량 산정 시스템 개발(이광야 외, 2001), WARES (water requirements estimating system)에 의한 농업용수 수요량 산정(노재경, 2006), 농업용수 이용량 산정을 위한 인자 조사(맹승진, 2006)등이 있다. 기존의 논관개 용수만을 산정하는 시스템에서 벗어나 밭관개 용수를 포함하여 수요량을 산정한 연구들이다. 이와 더불어 1999년에 농림부에서 발표한 농촌용수 종합이용계획과 농촌용수 수요량 조사 종합보고서를 보면, 전국의 읍면단위로 논, 밭관개 용수뿐만 아니라 축산용수까지 수요량을 조사하였다. 이 기간, 농공학내의 밭관개에 대한 추가적인 연구를 살펴보면, 밭관개 방법 소개(정상옥, 1995), 밭기반정비 수리시설물에 대한 유지관리 방안(공재록, 1999), 논과 밭의 공익적 기능과 가치(김채수, 2002), 영산강 Ⅳ단계 사업지구 밭관개 실태조사(윤광식 외, 2004), 밭지역 종합정비를 위한 모델 개발 및 제도개선 방안(김영화 외, 2004), 제주도 밭작물 용수사용량 분석(김현수 외, 2005), 농업용수의 수요공급 현황 및 향후 전망(최우현, 2005), 농업용수 수요량 분석을 위한 잠재증발산량 공간 분포 추정(유승환 외, 2006)등이 있다. 이처럼 각종 학회들을 포함한 농공학의 포괄적인 입장에서 볼 때, 밭관개에 대한 연구는 꾸준히 증가하고 있으며, 그 선두에 농공학회가 위치해 있음은 틀림없는 사실이다.
농공분야에서 관개는 가장 중요한 분야 중 하나이다. 우리나라뿐만 아니라 미국과 일본을 비롯한 여러 나라에서 효율적인 관개에 많은 노력을 기하고 있다. 이러한 현실에서 우리나라의 밭관개 용수는 수자원 설계 시 중요하게 고려되지 않았었지만, 사회적 변화에 따라 요구되고 있으며 이와 더불어 그 양의 확보가 중요시 되었다. 밭관개 용수의 확보를 위해서는 수요 예측이 정확히 이루어져야 하며, 그 수요 예측을 위한 연구가 계속적으로 이루어져야 한다. 밭은 논에 비해 작물의 종류가 많고 밭 토양내의 물 소비 기구가 복잡하여 합리적인 용수수급 계획을 세우기 어려운 것이 사실이다. 그럼에도 불구하고 사회적인 변화 등으로 인하여 밭작물에 대한 수요가 꾸준히 증가하고 있어 밭관개 용수에 대한 연구는 더욱 중요해졌다. 그렇기 때문에 앞으로의 밭관개 분야는 이전에 축적된 다양한 작물에 대한 관개방법이나 용수산정 등의 연구를 토대로 우리나라 농촌용수의 한축을 담당할 것으로 예상한다. 이를 위한 기술과 학문을 더욱 발전시켜 효율적인 밭 관개용수를 확보하고 공급할 수 있도록 만반의 준비를 해야 할 것이다.
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다. 배수
관개배수공학 분야에서 관개분야에 대하여는 비교적 많은 연구가 수행되었으나 배수분야에 대하여는 그다지 많은 연구가 수행되지 않았다. 농지배수는 크게 지표배수와 지하배수로 구분할 수 있다. 우리나라의 농지배수개선 사업은 대부분이 배수로와 배수펌프장 건설이 차지하고 있으며 지하배수개선사업은 농지범용화 등을 위해서는 필수적임에도 불구하고 사업실적이 미미한 형편이다. 한편, 농지배수분야의 연구실적은 지하배수에 대한 것이 대부분이 차지하고 있으며 지표배수분야의 연구는 많이 수행되지 않았다. 지하배수 연구는 1960년대에는 주로 습답개량을 위한 암거배수에 대한 연구가 수행되었고, 1970년대에는 주로 암거배수 능력과 내구성 향상을 위한 연구가 수행되었다. 본고에서는 농지배수분야의 연구실적을 한국농공학회지에 발표된 논문을 기준으로 연도순으로 살펴보았다.
민병섭(1959)은 암거배수의 필요성과 효과 및 암거의 매설 깊이와 간격 등의 암거 설계에 대한 기초 자료를 소개하고, 암거배수를 식량증산과 농업경영의 합리화를 위한 한 방법으로 제시하였다. 이배호(1966)는 암거를 이용한 지하배수에서 논의될 수 있는 수리학적 문제를 부정류 이론으로 해석하고, 이를 기초로 하여 암거의 매설간격과 암거 용량을 결정하였다.
주재홍(1968, 1970, 1971)과 주재홍 등(1973)은 저습지 지온의 상승과 지하수위의 강하를 위하여 PVC 관을 이용한 암거배수 설계방법을 소개하였으며, 암거배수를 시공함으로서 지온은 관개기간에 평균 1.2℃가 상승하였으며, 수확량은 벼 21%, 감자 64%, 보리 57%의 증수효과가 나타났다고 보고하였으며, 저습지에서 벼의 증수와 이모작을 통한 토지이용도 제고를 위하여 사용이 편리하고 재료구득이 용이하며 경제적인 PVC 흡수관을 이용한 암거배수 방법을 제안하였다.
이와 Broughton(1973)은 캐나다 Quebec 지방의 대표적인 두 가지 토양의 포장에서 암거배수 실험을 수행하였다. 점질토양인 Martineau 포장과 사질롬 토양인 Vincent 포장을 대상으로 지하수위와 암거배수 깊이 및 간격 간의 상호관계를 규명함으로써 저습지 개량을 도모하였다. 시험 결과 점질 토양에서는 4.5ft의 깊이와 20ft의 간격에서, 사질롬 토양에서는 4ft의 깊이와 20ft의 간격에서 빠른 지하수위 강하가 관찰되었다. 서승덕과 김조웅(1977)은 저습답에서의 암거배수 설계방법을 제시하였다. 암거배수를 시공한 포장시험 재배를 통하여 벼는 20.8%의 증수 효과를 가져왔으며, 벼 수확 후 재배된 보리는 암거배수가 시공되지 않은 인근지역에 비해 168.2%의 증수 효과를 나타내었다.
김재곤과 구윤서(1977a, 1977b, 1978)는 국제연합 한국배수개선 시험사업의 일환으로 2,000～4,000ha 규모인 충남 부여, 전북 옥정, 경남 진성 지구를 선정하여 벼 재배 후 이모작으로 맥류를 재배하기 위하여 지하수위를 강하시킬 수 있는 적합한 지하배수 설계방법을 제안하였다.
송석은과 김시원(1978)은 PVC 관을 이용한 암거배수를 실시한 습답에 이모작으로 감자를 공시작물로 하여 경남 진성면 중촌리에 있는 시험포장에서 배수효과에 대하여 조사하였다. 시험 결과 무처리구에 비하여 424.8%의 증수 효과를 가져왔으며, 이는 t 검정결과 0.1% 수준에서 고도의 유의성이 인정되었다.
김철회 등(1979)은 암거배수의 합리적 설계기준 마련을 위하여 국내에서 생산되는 8종의 암거용 재료와 피복 재료의 성능에 대해 비교분석하였으며, 그 결과 동일한 수리학적 조건 하에서 배수 유량이 가장 많은 암거는 피복재의 종류에 관계없이 PVC 주름관으로 나타났다. 김천환(1980)은 과잉토양수분이나 지하수위의 조절을 통하여 단위면적당 생산성을 높이고 전·답의 구분이 없는 영농으로 농산물의 선택적 계획생산, 토지이용도의 제고, 기계화 영농 기반조성과 영농비 절감 등을 목적으로 하는 지하배수의 필요성이 점차 확대됨에 따라 간단한 지하배수의 개요와 설계 방법, 그리고 시공실무에 대하여 소개하였다.
김조웅과 김시원(1980, 1981)은 금호지구 저습답을 대상으로 1977～1979년까지 3개년에 걸쳐 포장시험을 통하여 암거배수의 기능 및 효과에 영향을 주는 주요 인자를 구명하고 지내력 증진과 주요 영향인자와의 관계를 밝히고, 포장의 적절한 배수암거 설치방법을 구명하였다.
김천환과 김시원(1982)은 현실적이고 경제적인 배수개선사업이 계획 수립을 위하여 적정한 배수시설의 규모 결정에서 가장 중요한 인자인 관수심과 생육기별 관수피해율을 구명하기 위하여 각종 참고문헌의 자료를 수집·분석하였다. 조사결과 관수심은 생육시기별로 다르나 설계대상 생육기를 수잉기로 한다면 70～80 cm를 한계로 하여야 할 것이며, 관수피해율은 출수기가 가장 크고 다음이 수잉기, 유수형성기, 분얼기, 이앙직후의 순으로 피해가 작아지는 것으로 나타났다.
윤충섭(1982a, 1982b)은 국제관개배수위원회(ICID)에서 제시한 실제 시공분야에 종사하는 기술자를 위한 시공지침인 지표배수공 시공에 관한 ICID Standard 109와 지하배수공 시공에 관한 ICID Standard 110에 대한 개요를 설명함으로써 배수공 세부시방서 작성을 위한 기초 자료를 제시하였다.
김시원 등(1991)은 범용화 논에서 여러 가지 깊이의 암거배수 처리를 하여 콩 재배시험을 한 결과, 지하수위를 지표면으로부터 40∼60 cm정도로 유지시켜줄 경우 콩 수확량이 일반 밭 재배에 비하여 크게 떨어지지 않는다고 보고하였다.
Chung(1992)은 지하수위관리 모형인 ADAPT를 이용하여 미국 Ohio 주립대 Castalia 시험포장의 관측자료를 분석한 결과, ADAPT 모형이 지표배수량과 지하 암거배수량을 잘 추정할 수 있었으며, 암거배수가 지표배수보다 ET에 큰 영향을 미친다고 보고하였다. 또, 정상옥(1993)은 암거배수와 지하관개시설 설계실무에서 활용할 수 있는 설계기법에 대하여 소개하였으며, 영농관리의 효율화와 생산성 향상, 농지이용도 제고를 위하여 암거배수 시설을 많이 시공하고, 제어배수와 지하관개 등의 우수한 기술을 도입하여야 한다고 제안하 였다.
지광하(1993)는 논의 담수위 조절을 위한 배수기를 소개하였다. 이 배수기를 충남 논산군 가야곡면 왕암리에 있는 수리시설물 시범설치 구역에 설치한 결과 배수가 잘되고, 흙 물꼬는 불필요하였으며, 용수 절약과 증수 효과, 토사유실의 방지효과, 영농관리의 생력화가 기대되고, 농민 누구나 설치가능하며 고장이 적고 저렴하다고 보고하였다.
정상옥(1995)은 실험실 토양박스를 이용하여 PVC 암거관과 왕겨, 모래, 쇄석을 피복재로 이용하였을 때의 암거배수량을 조사하였다. 정상상태 암거배수량은 피복재의 투수계수가 클수록, 암거관의 직경이 클수록 증가하였다고 보고하였다.
최진규 등(1997)은 논의 유출특성은 배수물꼬와 밀접한 관계가 있다는 전제 아래 논에서 구형위어의 유량측정 자료와 위어유량공식을 이용하여 배수물꼬의 유량을 산정하고, 저류방정식에 기초한 유출모형을 시뮬레이션 함으로써 단일필지 논에서의 유출량을 측정치와 비교한 결과 모의발생자료는 측정 자료에 비해 상대오차가 첨두유량은3.0∼39.4ℓ/s, 유출률은8.5∼56.0%정도로 크게 나타났다고 보고하였다. 또, 강수량과 실측 유출량을 이용하여 SCS 방법에 의한 논의 CN을 계산한바 평균 CN 값이 96.4로서 크게 나타났는데 이는 논에서 평상시 담수를 원칙으로 하기 때문에 크게 산정된 것으로 분석하였다.
박성천과 이강일(1997)은 배수조의 물을 배제하는데 Cherepnov 송수기의 효율적인 배수제어방식을 결정하여 실용화 할 수 있는 기초 자료를 확충하기 위해 연구하였다. 밸브배수 제어방식이 이수율, 효율, 평균 송수율, 평균 배수율 면에서 우월하나 사이펀 배수밸브 제어방식은 인력이나 전력이 요구되지 않아 경제적이라고 보고하였다.
구본충(1998)은 대구획 포장의 장점을 살린 기능적인 포장으로 하기위해 용배수로는 관수로화하고 농도 Turn 방식을 도입하여 농도 Turn 도로 밑에 용수 pipe와 용배수로를 매설하는 것이 용지를 절약하고 물관리를 합리화시킬 수 있다고 제시하였다.
강민구 등(2004)은 대구획 논의 배수 특성을 분석하기 위한 2차원 유한체적수치모형을 개발하고, 현장 시험자료를 이용하여 모형의 보정 및 검정을 실시하고 모형의 적용성을 평가하였다. 배수시간은 물꼬 수와 물꼬 폭의 증가에 따라 지수함수형태로 감소하는 경향을 나타냈으며, 구획의 크기가 증가 할수록 배수시간은 증가하는 경향을 나타냈으며, 동일한 면적의 구획에서 구획의 형태는 배수시간에 영향을 미치지 않는 결과를 나타냈다.
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4.3 농업시설 연구
농업시설 분야의 연구대상은 농산물의 생산, 수확, 가공, 저장, 유통 과정에 이용되는 건축물의 구조 및 환경조절이다. 농업시설에는 원예시설, 축산시설, 저장시설, 곡물종합처리시설, 선과포장시설, 농산물 집하시설, 농기계 보관창고, 인삼재배시설, 버섯재배사, 양잠시설, 월동양봉사 등이 포함된다. 여기에서는 (본고에서는) 수확후 처리시설을 제외하고 생산시설을 대상으로 국내의 연구 동향을 정리하고자 한다.
농업시설 분야의 연구는 시설의 구조관련 분야와 시설내부의 환경조절 분야로 대별할 수 있으며, 연구 동향은 시설농업의 발전 과정과 밀접한 관계를 가지고 있다. 우리나라의 시설농업은 비닐하우스를 중심으로 80년대부터 확대되기 시작하였고 국민소득의 증대에 힘입어 90년대에 접어들면서 시설면적이 급격하게 증가하였고 대규모의 현대화 시설이 본격적으로 보급되기 시작하였다. 한편 이 시기에 축산시설도 경영규모가 커지고 고품질의 산물 수요가 증가하여 축산시설의 자동화 및 현대화가 요구됨에 따라 이 분야의 연구도 활발하게 수행되기 시작하였다. 이와 같이 시설농업의 급격한 확대와 함께 이 분야의 연구도 이전보다는 활발하게 수행되기 시작하였으나 80년대 이전까지 이 분야 학문의 필요성이 절실하지 못했던 국내의 농업여건 때문에 연구인력이 부족하고 축적된 기술도 미약하여 갑자기 닥쳐 온 시설농업에 대응할 수 있는 연구 결과를 제시하기에는 역부족이었다. 이에 세부적이고 효율적인 연구수요에 부응하기 위하여 1991년에 생물환경조절학회가 창립되었고 1995년에 축산시설환경학회가 창립되어 농업시설 분야 연구의 구심체 역할을 하기 시작하였다.
농업시설 분야의 연구 동향을 농공학회지(1958년 창간), 생물환경조절학회(1992년 창간), 축산시설환경학회(1995년 창간)에 투고된 논문을 중심으로 시설 종류별로 구분하여 정리하였다.
그 간 농업시설분야의 발표 논문 수를 시설 종류, 논문 내용 및 연대별로 구분하면 표 4.1과 같다.
연대별 발표 논문수로 연구동향을 미루어 볼 때, 90년대 이전에는 극소수의 연구자에 의하여 연구가 시도된 시기였고 90년대에 접어들면서 그 이전과는 비교할 수 없을 정도로 활발한 연구가 수행되기 시작하였다.
90년대 이전에 농공학회지에 투고된 농업시설분야의 논문은 케이블로 지지하는 공기팽창식 플라스틱 온실의 구조상의 분석(김문기, 1972), 농촌주택 개량을 위한 난방효율 시험(이회만 외, 1974), 청과물 저장고의 구조 특성 및 냉각부하량 산정에 관한 연구(이석건 외, 1976), 농업용 비닐하우스의 온풍난방에 관한 기초적 연구(조진구 외, 1977), 축사용 지붕재료의 복사열전달에 관한 연구(강희대 외, 1977), 평판식 태양열 공기가열기의 성능에 관한 연구(박종길 외, 1979), 생물가스 발생시스템을 위한 지하매설 콘크리트 다이제스터의 열전달에 관한 연구(김문기, 1980), 한국의 낙농시설 개선에 관한 연구(김문기 외, 1982), The Prediction of Hourly Radiation on Plastic Surface of Lean-to Type Greenhouse(최홍림,
1982), 지반과 구조물사이의 상호작용을 고려한 농업용 사이로의 해석에 관한 연구(Ⅱ)(조진구 외, 1985), 온실의 난방 Degree Hour 분석(이석건, 1985), 온실의 자동단열시스템에 관한 연구(이석건, 1987), 플라스틱 하우스의 구조실태의 조사연구(김문기 외, 1987), 시설재배의 수경재배방법별 소비수량과 생육에 관한 연구(김시원 외, 1989) 등 총 14편뿐일 정도로 이 분야의 연구가 본격적으로 수행되기 시작한 것은 90년대부터라고 해도 과언이 아니다.
지금까지 이 분야의 연구 논문 중 원예시설의 구조, 환경, 에너지 및 축산시설의 환경분야 논문이 주를 이루고 있으며, 최근에 버섯재배시설, 인삼재배시설, 월동양봉사 등 특수시설에 관한 연구도 일부 수행되고 있다.
가. 원예시설의 연구 동향
원예시설의 발표논문을 구조, 환경조절, 환경과 생육, 에너지, 관수, 식물공장, 기타 등으로 구분하여 요약하면 다음과 같다.
1) 구조 분야
케이블로 지지하는 공기팽창식 플라스틱 온실의 구조상의 분석(김문기, 1972, 한국농공학회지 14권 4호)은 분석대상 논문 중에서 국내 최초의 농업시설 관련 논문이며, 추가 연구를 수행하여 미국농공학회(Roberts, W. J., Kim, M. K. and Mears, D. R., 1972, Air inflated and air supported greenhouses, ASAE Paper No. 72-404)에도 발표하였으며 최근까지도 온실 구조와 관련된 논문으로 인용되고 있다.
원예시설의 구조 설계 자료를 제공하기 위하여 수행된 연구로는 구조설계 원예시설의 구조안전 기준(농어촌진흥공사, 이석건 외, 1995)이 있으며, 이 연구 결과로 우리나라의 온실구조설계기준(농림수산부·농어촌진흥공사, 1995)이 제정되었고 그 후 내용의 일부를 개정하여 온실구조설계기준 및 해설(농림부·농어촌진흥공사, 1999)이 현재 적용되고 있다. 이와 관련된 연구에는 생물생산시설의 구조설계에 대한 연구(김문기 외, 1992), 아치형 하우스의 풍력계수에 관한 연구(이석건 외, 1992. 이현우 외, 1993), 원예시설의 지붕형식에 따른 단면력의 비교(이석건 외, 1994), 풍하중이 농업시설물의 구조적 안정성에 미치는 영향(최홍림 외, 1994), 시설원예용 플라스틱 하우스의 태풍피해에 관한 연구(윤용철 외, 1995), 파이프 골조온실의 원주형 콘크리트 기초의 인발저항력에 관한 연구(윤용철 외, 1998), 파이프 골조 온실 구조물의 표준내용연수 연구(남상운, 2001), 파이프 골조 온실의 조립 연결구 내력 시험(남상운, 2001), 파이프 골조온실의 민말뚝과 주름말뚝의 인발저항력(윤용철 외, 2001) 등이 있다.
2) 환경조절 분야
원예시설의 환경조절 분야 연구는 냉난방, 환경조절시스템, 환기, 인공광, 차광 등으로 구분할 수 있다.
원예시설의 냉난방 연구는 보온, 단열, 증발냉각시스템, 하절기의 고온 억제 등이 수행되었으며, 발표논문으로는 농업용 비닐하우스의 온풍난방에 관한 기초적 연구(조진구 외, 1977), 온실의 난방 Degree Hour 분석(이석건, 1985), 온실의 자동단열시스템에 관한 연구(이석건, 1987), 포그노즐을 이용한 온실냉방시스템의 분석(김영중 외, 1997), 증발냉각시스템의 온실냉방 적용성 평가(남상운, 1998), 온실의 환기 및 냉방 설계를 위한 열평형 모델의 적용(남상운, 2000), 증발냉각시스템의 활용실태 및 냉방효과(김기성 외, 1999), Fog System을 이용한 여름철 온실냉방(서원명 외, 1999), 전기히터식 난방, 온풍난방 및 무가온 단동 플라스틱 하우스의 열환경 비교(최동호 외, 1999), 하절기 온실의 활용실태 및 몇 가지 고온극복 방법별 열환경 분석(남상운, 2000), 자연환기 온실의 환기회수에 따른 포그냉방시스템의 냉방효과(김문기 외, 2001), 온실 포그냉방시스템의 냉방효과 예측을 위한 CFD 모델의 개발(유인호 외, 2002), 시설내 온도분포 균일화를 위한 온풍난방기용 2중 덕트개발(김태영 외, 2004), CFD 기법을 이용한 팬 앤 패드 냉방 온실의 온도경사 분석(남상운 외, 2005) 등이 있다.
원예시설의 환경조절시스템에 관한 연구는 국내외에서 활발하게 수행되고 있으며, 발표논문으로는 시설원예에 있어서 물관리 자동화 시스템 개발(김경수 외, 1992), 식물생산시스템의 다목적 환경예측 모델의 개발(손정익 외, 1993), 수경온실의 양액 냉각부하 예측모델 개발(남상운 외, 1993), 다동온실의 복합환경 제어를 위한 시스템 개발(고학균 외, 1998), 양액재배 급액제어모델 개발에 관한 기초연구(남상운 외, 1999), 광합성효율 모델을 이용한 밀폐형 식물 생산시스템의 재배환경 최적화(김기성 외, 2004), 등이 있다.
원예시설의 환경조절중 가장 기본적인 수단으로 이용되고 있는 환기 관련 논문은 여름철 유리온실의 목표온도 유지를 위한 강제환기 횟수(우영희 외, 1995), 파이프 비닐온실용 권취식 창개폐기의 개발(이기명 외, 1995), 환기조건 및 관수에 따른 단동 플라스틱 하우스의 냉방효과와 열환경 분석(최동호 외, 2000) 등이 있다.
원예시설의 환경 요인은 광, 온도, 수분 및 공기 등이고, 이 중 광과 온도는 시설의 설치 위치, 구조, 계절, 시각 등에 따라 상이하므로 수치해석법으로 분석할 수 있으며, 관련된 논문으로 The Prediction of Hourly Radiation on Plastic Surface of Lean-to Type Greenhouse(최홍림, 1982), 시뮬레이션 모형에 의한 온실의 열환경 분석(서원명 외, 1996), 농업생산시설의 환경조절용 시뮬레이터에 관한 연구(손정익 외, 1996), 유리온실내의 직달일사 및 산란일사 해석을 위한 시뮬레이션 모형(김용현 외, 1997), 컴퓨터 시뮬레이션에 의한 연동 유리온실내의 직달일사 및 산란일사 투과율에 미치는 지붕경사각의 영향(김용현 외, 1998), CFD 시뮬레이션을 이용한 연동형 온실 내 자연환기의 효율성 분석(이인복 외, 1999), 온수난방시스템 온실의 온도제어 시뮬레이션(민영봉 외, 1999), 컴퓨터 시뮬레이션에 의한 유리온실내의 일사 투과율에 미치는 골조율 및 동길이의 영향(김용현 외, 1999) 등이 있다.
식물생산시설에서 인공광을 이용한 연구로는 기류속도가 인공광하에서 공정육묘 개체군의 미기상에 미치는 영향(김용현 외, 1996), 인공광하에서 공정묘 개체군상의 공기역학적 저항 및 확산 계수(김용현 외, 1996), 인공광하의 풍동내에서 기류속도가 가지 플러그묘의 생장에 미치는 영향(김용현 외, 1996) 등이 있다.
태양광의 차광관련 논문에는 차광율 및 차광방법이 온실내부의 온도변화에 미치는 영향(이석건 외, 2001)가 있고, 광합성유효방사와 관련된 논문에는 기상조건에 따른 온실의 전천일사량 및 광합성유효광량자속의 상관관계 및 투과율(이현우 외, 2002), 인공광 및 차광스크린을 이용한 온실의 일일적산 광합성유효광량자속 조절(이현우, 2003)가 있다.
또, 원예시설의 환경설계기준 작성 자료를 제공하기 위하여 수행된 원예시설의 환경설계작성연구(농어촌진흥공사, 김문기 외, 1997)가 있으나 아직 기준이 작성되지 못한 실정이며 추후 검토해야 할 사항이라 판단된다.
3) 환경과 생육 분야
원예시설의 환경요인들이 식물의 생육에 미치는 영향을 분석한 논문으로 엽채류의 환경제어 모델 연구 Ⅱ. 인공광 조건에 따른 식물의 생육변화(박권우 외, 1992), 간이시설 형태별 환경특성과 토마토 생장반응 연구(김현환 외, 1993), 작물의 생장정보 계측 및 생육제어에 관한 연구(진재용 외, 1993), 터널형 하우스에서 환기방법이 참외의 생육 및 품질에 미치는 영향(신용습 외, 1996), 인공광하에서 CO2 농도와 기류속도 제어가 플러그묘의 생육에 미치는 영향(김용현 외, 1999), 고온기 유리온실의 냉방방법이 토마토 생육 및 수량에 미치는 영향(최영하 외, 2000), 인공광하에서 접목묘 개체군의 증발산속도와 활착에 미치는 포차의 영향(김용현 외, 2001), 플라스틱하우스의 보온피복 재료 및 방법이 보온력과 토마토의 생육 및 수량에 미치는 영향(권준국 외, 2004) 등이 있으며, 앞으로 이 분야의 연구는 더욱 활성화될 것으로 판단된다.
4) 에너지 분야
시설농업은 에너지 소비형 농업으로 냉난방에 소요되는 비용이 시설농업의 성패를 좌우하게 되므로 에너지 분석, 태양열의 이용, 축열 등과 관련된 연구가 활발하게 수행되었으며, 발표된 논문으로 태양열 잠열축열시스템의 온실보온 특성(송현갑 외, 1992), 에너지 분석시설채소 생산시스템의 순 에너지 분석(홍지형, 1995), 태양열 온실 난방을 위한 모세관형 태양열 집열기의 성능에 미치는 유량의 효과에 관한 연구(유영선 외, 1996), 태양열 시설 농업의 열환경조절을 위한 저온 상변화 물질의 축열 특성(송현갑 외, 1997), 태양열 시설원예용 태양열 시스템의 효율적 이용과 자동화 장치개발(김진현 외, 1998), 태양열 시설원예용 태양열 시스템의 효율적 이용과 자동화 장치개발(김진현 외, 1998), 태양열 온실 난방을 위한 평판형 태양집열기의 열적성능(서원명 외, 1998), 히트펌프 온실난방을 위한 히트펌프의 성능에 관한 연구(윤용철 외, 1998), 전기히터식 난방, 온풍난방시스템을 채용한 단동 플라스틱 하우스의 열부하 해석 및 난방성능 평가(최동호 외, 1999), 축열물주머니의 보온이 참외의 생육, 과실 품질 및 수량에 미치는 영향(신용습 외, 1999), 태양열 태양열 시스템을 이용한 가온관수와 지중가온 방법에 의한 오이의 생육연구(김진현 외, 1999), 열회수장치에 의한 열회수성능 분석(서원명 외, 2000), 태양열 유리온실의 태양열 집열방법별 집열효과(최영하 외, 2000), 에너지 분석 온실 난방공간 최소화가 에너지 절감 및 고추 생육에 미치는 영향(김태영 외, 2001), 히트펌프 온실 냉방을 위한 히트펌프의 성능 분석(윤용철 외, 2001), 열회수장치의 열교환 파이프배치 형식별 열교환 성능(서원명 외, 2002), 개량형 열회수 시스템의 열교환 성능(서원명 외, 2003), 에너지 분석 폐쇄형 묘생산 시스템의 수분 수지 분석(김진국 외, 2003), 에너지 분석 폐쇄형 묘생산 시스템의 에너지 수지 분석(김진국 외, 2003) 등 다수가 있다.
5) 관수 분야
원예시설의 관수 분야 연구는 시설 작물의 소비수량예측과 관련된 논문으로 시설재배의 수경재배방법별 소비수량과 생육에 관한 연구(김시원 외, 1989), 온실 재배 꽈리고추의 필요수량(윤용철 외, 2000), 시설내의 기준작물 증발산량 산정모형의 개발(이남호 외, 2001), 온실작물의 관개계획의 수립을 위한 엽온의 활용(이남호 외, 2001) 등이 있다.
6) 식물공장 분야
식물공장 내 광도와 배양액 농도가 상추의 생육과 품질에 미치는 영향(박미희 외, 1999), 식물공장용 체인 컨베이어식 작물 조간 조절장치 개발(장유섭 외, 2005), PLC와 컴퓨터를 이용한 식물생산공장의 환경제어(김동억 외, 2006) 등이 있으며, 국내의 식물공장 관련 연구를 활성화하기 위하여 이 분야의 다양한 연구가 전개될 것으로 예상된다.
7) 기타 분야
기타 원예시설과 관련된 연구로는 시설원예의 입지유형 분석(황한철 외, 1998), 시설농업을 위한 관개시설의 이용실태 조사분석(이남호 외, 1998), 싱글트러스 토마토 생산시스템의 국내 적용을 위한 생산성 분석(이현우 외, 1999) 등이 있다.
나. 축산시설의 연구 동향
축산시설의 발표논문을 구조, 환경, 에너지, 기타 등으로 구분하여 요약하면 다음과 같다.
1) 구조 분야
축산시설의 구조 분야 연구는 조사 연구로 한국의 낙농시설 개선에 관한 연구(김문기 외, 1982), 최적화 생산시스템 모델 개발을 위한 양돈시설의 조사 연구(장동일 외, 1996), 흑염소 축사시설에 관한 실태조사 연구(최순호 외, 2001) 등이 있다.
2) 환경 분야
축산시설의 환경 분야 연구 내용은 분뇨처리와 악취저감으로 구분할 수 있다. 환경오염 방지를 위한 축사의 분뇨처리에 관한 연구는 비교적 활발하게 수행되었으며 발표 논문은 축산분뇨 처리를 위한 Bin형 부숙조-Sundry 시스템의 퇴비화 효율 평가(최홍림, 1992), 착유우의 톱밥발효우사 이용 연구(권두중 외, 1995), 축산분뇨에 의한 환경오염현황과 대책(이명규 외, 1996), 소규모 농가용 가축 뇨·오수 정화조 개선에 관한 연구(전병수 외, 1999), 축분 퇴비화 암모니아 가스의 안정화 퇴비에 의한 생물학적 탈취처리(홍지형 외, 2001), 가축 분뇨의 오염물질 농도 추정을 위한 영상처리 시스템(이대원 외, 2001), 돈 슬러리 발표증발 퇴비화 시스템의 온실가스 배출량 측정(박치호 외, 2001), 육성비육돈의 분뇨배설량과 이화학적 특성(곽정훈 외, 2001), 돈분과 톱밥혼합물의 연속 및 간헐 통기 퇴비화에서 암모니아 휘산(홍지형, 2001), Retruction of Ammonia Emissions by Compost Biofilter from the Agitated Bed Composting of Hog Manure (J. H. Hong 외, 2002), 퇴비화 암모니아 가스의 톱밥 바이오 필터 매체에 의한 생물학적 탈취(홍지형 외, 2003), 왕겨 이용 방법과 옹벽이 돈분 퇴비화에 미치는 효과(김태일 외, 2004), 국내 2층 돈사와 톹밥 돈사의 구조 및 분뇨처리 실태조사(정종원 외, 2005) 등이 있다.
축사의 악취저감 연구로는 방진처리 석탄회의 돈사깔짚 대체·이용효과(김영민 외, 2000), 자돈사에서의 사이크론 먼지제거기의 집진효율 분석(최희철 외, 2003), 축사 악취저감을 위한 바이오필터 충전재의 악취제거 특성(한원석 외, 2003), 하절기 육성·비육돈사와 분만돈사의 암모니아 발생특성 및 환경변화(이성현 외, 2005), 자연환기식 육성·비육돈사와 동절기 암모니아 발생특성(이성현 외, 2005), 무창 육계사의 계절별 먼지 농도와 특성 연구(최희철 외, 2005), 돈사 내 및 부지경계에서 악취물질 발생 조사 연구(유용희 외, 2005), 무창 육성·비육돈사에서의 Biofilter에 의한 악취제어 효과(송준익 외, 2005) 등이 있다.
축사의 환경 조절 수단으로 가장 강조되고 있는 환기 관련 논문에는 축사의 환기량 결정을 위한 새로운 환기그래프 개발(최홍림, 1991), 실험축사의 공기유동예측을 위한 k-ε 난류모형 적용(최홍림 외, 1992), 돈사 덕트 환기시스템의 효율 분석(송준익 외, 2002), 무창 분만·자돈사 환기 형태가 돈사내 환경에 미치는 영향(유용희 외, 2002), 자연환기식 육계사내의 환기효율성 조사연구(이인복 외, 2003), 무창 분만·자돈사내에서 환기시스템별 혹한기 환경 조사(유용희 외, 2004), 육성·비육돈사 내에서 환기형태별 환경조사 연구(송준익 외, 2004) 등이 있다.
3) 에너지 분야
축산시설의 에너지 관련 연구에는 축사용 지붕재료의 복사열전달에 관한 연구(강희대 외, 1977), 생물가스 발생시스템을 위한 지하매설 콘크리트 다이제스터의 열전달에 관한 연구(김문기, 1980), 양돈용 지열교환기의 개발(오인환 외, 1995), 플라스틱 온실에서 지중가온을 위한 퇴비화 발효열의 열전달 특성(홍지형 외, 1999), 축산용 갈탄 난방기의 개발과 성능시험(장동일 외, 1999) 등이 있다.
4) 기타 분야
축산시설의 기타 연구로 사일로의 설계, 경영 등에 관한 논문이 있으며, 지반과 구조물사이의 상호작용을 고려한 농업용 사일로의 해석에 관한 연구(Ⅱ)(조진구 외, 1985), 육계 건물 및 시설에 대한 투자 분석(김정주, 1997), 착유시설 형태에 따른 착유 노동생산성에 관한 연구(정태영 외, 1997), 가축사육의 지역분류와 공간이동에 관한 연구(김재환 외, 2001) 등이 있다.
또한, 영상처리 기술의 발전과 함께 가축의 사양 관리 분야에도 일부 연구가 수행되고 있으며 관련 논문으로 돼지의 체온 조절 행동 분류를 위한 영상처리 시스템 개발(장홍희 외, 1999), 영상정보를 이용한 돼지의 비접촉 체중계측시스템 인자 구명(장동일 외, 1999), 가축 사양 관리 자동화를 위한 전자 개체 인식 장치 개발(조성인 외, 2002), 고단 직립식 산란계 케이지내의 병계 및 폐사계의 유무를 자동 판정하기 위한 영상처리 알고리즘 개발(장동일 외, 2005) 등이 있다.
다. 기타 시설의 연구 동향
원예시설이나 축산시설 이외에 농촌 주택, 버섯재배사, 인삼재배시설, 월동양봉사, 청과물 저장시설 등에 관한 연구도 일부 수행된 바 있다.
농촌주택에 관한 연구로는 농촌주택 개량을 위한 난방효율 시험(이회만 외, 1974), 농촌주택의 주거 공간구조 개선 방안(박장혁 외, 1999), 농촌주택 개량을 위한 노후화 진단 방안 (정남수 외, 2001) 등이 있다.
버섯재배사에 관한 연구는 최근에 수행되기 시작하였고 발표 논문으로, 단동 표고재배시설의 천창면적와 차광율에 따른 온도 및 환기특성(손정익, 2000), 새송이버섯 재배사의 환경요인 분석(윤용철 외, 2003), Development of a Ventilation Model for Mushroom House Using Adiabatic Panel(Kim, Kee Sung 외, 2004), 큰느타리버섯 재배사의 환경설계용 자료 분석(윤용철 외, 2005), 큰느타리버섯 재배사의 구조설계용 자료 분석(서원명 외, 2005) 등이 있다.
인삼재배시설에 관한 연구는 시설의 안전성 향상을 목표로 수행되었으며, 인삼재배시설의 실태 및 개선방안(남상운, 2003), 인삼재배 해가림시설의 기상재해와 구조개선대책(남상운 외, 2003) 등이 있다.
그 외에 월동양봉사, 유통시설, 저장시설에 관한 연구가 일부 수행된 바 있으며, 발표 논문으로 Simulation of the Environment in Wintering Honey Bee House(Lee Suk Gun 외, 1998), 월동용 양봉사의 환기팬 작동방식에 따른 온·습도 조절 효과(이종원 외, 2003), GASS를 이용한 농산물 유통 시스템 시뮬레이션(서 교 외, 2005), 청과물 저장고의 구조 특성 및 냉각부하량 산정에 관한 연구(이석건 외, 1976) 등이 있다.
또한, 태양열, 열전달, 난방 등에 관한 연구도 일부 수행되었으며, 발표 논문으로 평판식 태양열 공기가열기의 성능에 관한 연구(박종길 외, 1979), Energy Analysis of Solar Collector(Lee, Suk Gun, 1990), 우리나라 농업의 대체에너지 활용 실태에 관한 연구(홍지형, 1993), 흙벽의 열전도 특성(서동욱 외, 2002),
표면코팅 구조재의 단열효과 분석(서원명 외, 2004), 바이오매스를 이용한 농업용 난방계획의 경제성 검토(홍성구, 2005) 등이 있다.
참 고 문 헌
1. 한국농공학회지 1권 1호(1958)～48권 1호(2006).
2. 한국생물환경조절학회지 1권 1호(1992)～15권 1호(2006).
3. 한국축산시설환경학회지 1권 1호(1995)～11권 3호(2005).
4.4 지역환경 연구
가. 서론
농촌용수는 농촌지역에 필요한 생활용수, 농업용수, 공업용수와 환경오염방지를 위한 환경유지용수를 모두 포함하는 수자원을 의미한다. 지속적인 인구증가와 경제발전 및 생활수준 향상에 따른 수요증대로 인한 물부족문제와 부족한 하천유지수량에 다량의 하·폐수의 유입으로 인한 수질문제가 날로 심각해지고 있는 상황이다. 환경에 대한 지역주민들의 기대감이 점차 높아지면서 양질의 농촌용수 사용 욕구가 커지고 있으며, 농촌지역의 중소하천 건천화가 사회적문제로 대두되고 있다. 기존에 농촌지역의 용수관리는 주로 벼농사에 필요한 농업용수의 개발 및 이용에 초점을 맞추어 왔으나, 최근에는 지역주민들에게 안전한 생활용수공급과 중소하천의 생태, 수질, 친수환경 등을 고려한 충분한 환경유지용수의 공급을 포함하는 농촌지역의 다양한 용수수요의 종합적인 관리가 요구된다. 1990년 이후 농촌지역 활성화를 위하여 정주생활권 개발, 문화마을 조성, 농촌생활하수처리사업 등 주민들의 생활수준 향상을 위한 사업과 농공단지 및 관광휴양단지 조성 등 농업 외 소득원 개발사업이 이루어지면서 농촌용수 수량과 수질의 효율적인 관리 분야 연구가 활발히 진행되어 왔다.
나. 농촌지역 생활하수처리 분야
하수 및 오수·분뇨처리는 국민의 건강보호에 필요한 공중위생 및 생활환경의 개선뿐만 아니라 공공수역의 수질환경기준을 유지하기 위한 중요한 국가의 정책목표이다. 이러한 목표달성을 위해 정부는 2000년대 들어서 각종 제도와 법령을 정비하여 체계적이고 선진적인 물관리 정책을 도입 추진하고 있다. 2004년 말 현재 하수도 보급률이 81.4% 이지만, 농어촌 지역과 같이 오염원이 산재되어 있는 지역은 하수관거설치의 타당성이 떨어져 생활하수 등의 처리를 하수종말처리시설에만 전적으로 의존할 수 없는 실정이다.
분산지역에서 소규모 하수처리는 오염원을 발생지에서 처리함으로서 큰 이점을 갖는다. 하지만 현재까지는 소규모처리 기술에 대한 연구와 기술개발이 부족하여 유지관리가 간편하고 비용이 적게 드는 적절한 처리공법이 많지 않았으며, 도시하수정비를 위주로한 중·대규모 하수종말처리장들이 주로 보급되어 왔다. 그러나 하수종말처리장 보급에는 길이가 긴 하수관거 설치가 필수적이며, 투자비용이 증가하므로 지형여건이 열악한 분산지역의 경우에는 경제성이 현저히 떨어진다. 또한 합류식 관거 뿐만 아니라 분류식 관거도 관거 설치 공사 중 부실과 오접, 그리고 관거 노후로 인한 파손 등의 문제로 하수뿐만 아니라 강우시의 우수, 지하수, 농업용수 등의 유입으로 인하여 하천 상류부의 건천화를 유발하고 있으며, 하수종말처리장 운전에 악영향을 준다. 이러한 관점에서 볼 때 분산지역 및 농촌마을의 경우 하수관거 설치 길이가 긴 중·대규모의 처리장보다는 그 지역 특성에 맞는 유지관리가 편한 소규모 처리기술을 여러 개 보급하는 현장처리(on-site treatment) 방식을 선택하는 것이 바람직하다.
이를 위하여 소규모 처리에 적합하며, 유지관리가 쉽고 경제적인 자연정화처리공법에 관심이 커지고 있다. 자연의 정화기능을 이용한 오폐수처리방식으로는 토양처리(land treatment system), 산화지 처리(oxidation pond system), 부유식물을 이용한 수중처리(aquatic system with floating plants), 습지처리(wetland system), 휴경지를 이용한 처리, 삼림토양침투에 의한 처리 등이 있다. 이 중에서 인공습지는 화학적, 물리적, 생물학적 처리 기작들이 모두 복합된 자연적인 하수정화시스템이다. 미국이나 유럽에서는 하수처리용 인공습지가 수십 년 동안 현장에서 상용화되어 효율적인 처리공법으로 인정받고 있지만, 국내에서는 아직 도입 단계이다. 국내 인공습지에 의한 하수처리분야 연구는 1990년대 중반부터 활발히 이루어지고 있는데 안태석 (1997) 등이 인공습지를 이용한 군부대 오수정화 처리에 관하여 연구하였고, 박현진 (2001)은 지표면하 흐름식 인공습지에 의한 생활오수처리를 연구하였으며, 시작품 규모의 기초실험에서 시작했던 인공습지 오수처리연구가 약 10년간 처리공법 및 효율 개선연구를 거쳐서 2005년에 NEWS (Natural and Ecological Wastewater Treatment System)로 발전해서 농촌마을 현장에 본격적으로 보급·적용되는 사례도 있다 (윤춘경 등, 1998, 1999, 2000; 권태영, 2005).
농촌지역 생활하수를 발생지역에서 처리함으로써 농경지 및 하천, 호소 등 공공수역의 수질을 보전하고 생활환경개선에 기여하는 것을 목적으로 하는 마을하수도 설치지원 사업은 농어촌주거환경개선사업(행정자치부), 농어촌생활환경정비사업(농림부), 수질개선대책사업(환경부) 등 중앙부처 3곳에 의해 추진되고 있다 (표 4.2).
'하수도법'에는 마을하수도 시설용량을 50～500톤/일 미만으로 규정하고 있으나, 우리나라 농어촌마을 총 74,909개소 중 마을당 가구수가 20호～49호인 자연마을이 66,941개소로 전체의 89%를 차지하고 있으며, 50호 이상의 마을은 7,965개소로 11%에 그치고 있다. 즉 오수의 발생량이 50톤/일 미만인 자연마을이 전체마을의 89%라는 것을 의미한다 (표 4.3).
환경부에서 조사한 2004년 말 기준 마을하수도 운영현황 자료를 처리기술별로 재분류해 보면 1,067개소 중 토양침윤트렌치법을 비롯한 기타 공법들은 16.5%에 불과하며 대부분의 처리기술들이 미생물을 활용하는 생물학적 처리공법이다. 토양침윤트렌치법은 유지관리가 간편한 자연정화 토양처리방식(land treatment)의 한 방법으로 주로 미국과 일본에서 널리 사용되는 기술로서 초창기 농촌지역의 오수처리 공법으로 보급되었으나, 처리용량을 초과하거나 시설이 부실한 경우 트렌치가 막히거나 고르게 오수를 분사하지 못해 정상적인 처리효율을 발휘할 수 없게 되는 경우가 빈번하게 발생되고 있어 환경부는 '마을하수도사업통합지침(2002)'를 통하여 토양피복법과 모관침윤트렌치공법을 선정할 때 신중을 기하도록 권고하고 있다. 환경부에서 2015년까지 1,200여개의 소규모분산형 마을하수처리시설의 설치를 계획하고 있는데, 자연자원의 효율적인 활용을 통한 농촌지역 생활하수처리 기술 및 관리방안에 관한 활발한 연구가 절실히 필요한 시점이라고 생각한다.
다. 농업용 저수지 수질개선 분야
우리나라 연간 수자원총량은 1998년 현재 약 1,276억 m³ 인데, 이 중 74% 정도가 바다로 유실되거나 증발 등으로 손실되고, 26%인 331억 m³ 만이 유효하게 이용되고 있으며, 수자원이용량 중에서 농업용수가 48%인 158억 m³ 정도로서 가장 많은 비중을 차지하고 있다. 농업용수 중에서 수리시설에 의하여 공급되는 양이 약 101억 m³/yr인데, 이 중 저수지 및 담수호에 의해서 공급되는 양이 각각 47억 m³과 20억 m³으로서 67%를 차지하여 이들에 대한 의존성이 상당히 높다.
최근 농업용수의 수질오염이 심화되어 농업용수원의 수질관리에 대한 필요성이 높아짐에 따라 농림부, 한국농촌공사, 환경부에서는 수질측정망을 운영하고 있다. 한국농촌공사에서는 1990년에 전국의 주요저수지 30개 지점을 지정하여 관리하기 시작하였으며, 2003년부터는 500여 지점으로 수질측정망으로 확대 지정하여 운영하고 있다. 수질측정망 자료에 의하면 농업용수 수질기준 (COD 기준) 초과율이 1996년 (42.0%) 이후 2005년 (16.5%) 정도로 감소하고 있으나 아직도 지속적인 관리가 필요한 상태이다 (농림부, 2005). 1970년대 외국은행으로부터 차관을 빌려 대단위 농업종합개발사업을 시작하면서, 이 시기에 남양·아산 방조제가 축조되고, 영산강하구둑·삽교천·대호방조제 등의 공사가 진행되어 대규모 국가시행 간척사업이 추진되었다. 1980년대에는 금강하구둑·영산강III단계 간척사업이 시행되었고, 1990년대에는 화옹지구 및 사상 최대 규모인 새만금간척사업을 시행하였다. 간척사업 과정에서 조성된 하구담수호에 의한 수자원확보는 13.6억 m³에 달한다. 이와 같은 다량의 수자원 확보의 기여에도 불구하고, 수질문제에 대한 우려가 제기되어 특히 1994년 시화호사태를 겪으면서 새만금사업을 포함한 간척사업에 대한 부정적 시각이 확대되었다.
시화호는 방조제 길이 12.6 km를 1987년 시작하여 1994년 1월 최종 물막이 공사를 완료하였는데, 주위의 오염원이 미처리된 상태로 유입되어 담수호 수질을 오염시켜서 1996년 6월에는 BOD가 20 mg/L까지 치솟을 정도로 악화되어 6,000 ha에 달하는 저수지가 수질오염의 대명사로 전락하게 되었다. 여러 가지 이유가 겹쳐서 이런 수질재앙을 유발하였으나,
우선적으로 방조제 체절로 폐쇄수역이 된 저수지에 인접한 반월공단과 안산시에서 제대로 처리되지 않은 하·폐수를 무단방류한 점이 결정적인 원인이 되었다고 생각한다. 결국 1997년 3월 정부는 담수화계획을 일시 중단하고 갑문을 개방하여 해수유통이 가능한 해수호로 관리하면서 다급한 수질문제를 진정시킬 수 있었다. 시화호 사태는 시화호보다 규모가 2.3배 이상인 새만금호의 수질문제에 대한 우려 때문에, 전라북도와 환경단체들의 요구를 수용하여 민관합동으로 새만금환경영향공동조사단을 1999년 5월∼2000년 4월까지 1년간 운영하였다. 2000년 8월에 제출한 공동조사결과보고서를 토대로 하여 관계부처의 검토를 거쳐 2001년 5월 새만금사업에 대한 정부조치계획을 확정하여 공동조사기간 중단하였던 사업을 지속하게 되었으며, 그 이후에도 지루한 재판관정을 거치면서 2006년 3월 최종체절을 성공하였다.
담수호 수질개선에 관한 국민적인 관심이 증대되면서 이 분야의 연구도 활발히 진행되었다. 저수지 수질은 외부 및 내부에서 발생하는 부하량에 영향을 받기 때문에 유역환경관리에서부터 시작되어야 한다. 농촌유역관리에서는 전술한 농촌지역 생활하수처리 등의 점원오염처리와 함께 수문현상과 관련이 많은 비점원오염 분야에 연구가 진행되고 있다. 비점원오염 분야 연구는 필지단위 부하량 조사에서부터 유역단위 모니터링과 유역모형 적용까지 활발하게 연구해오고 있다 (박승우, 2002, 2003, 2004, 2006; 최중대, 2004, 2005; 김진수 등, 2001, 2003; Kim et al., 2006; 오승영 등, 2002; 권순국, 2001, 2002, 2003; 윤춘경, 2002, 2005, 2006; 장정렬, 2005). 저수지내 수질개선기법에 관한 연구도 함께 진행되었는데 주로 인공습지, 인공수초섬, 저층수 배제시설, 생태공학적 수질관리, 그리고 오염된 유입수의 환배수로 등이 검토되고 있다. 이러한 수질개선 기법들은 화성호를 시작으로 하여 새만금호 등에 적용 예정이며 이를 위한 적용성 검토연구를 거쳐서 실시설계단계에 이르고 있다 (국무총리실, 2006; 농업기반공사, 2005; 윤춘경, 2005; 황순진, 2005).
라. 농업용수 수질기준 분야
국내 농업용수 수질기준은 공공수역의 수질관리를 위한 정책적 목표수질로서 이수목적의 수질기준과 차이점이 있다. 현행 농업용수 수질기준은 하천수질환경기준 중 4급수, 호수수질환경기준 중 4급수에 해당한다. 또한 지하수는 지하수법 13조 “지하수 수질기준”에 따라 농업용수의 수질기준을 설정해 두고 있다. 이와 같이 환경정책기본법 시행령에 제시된 현행 수질기준은 등급별로 나누어 이용목적을 제시되어 있으나 실질적으로 필요한 이수목적의 농업용수로서의 여러 가지 기준들을 포함하고 있지 않은 실정이다. 선진외국의 경우 실제 농업자료와 실질적인 작물의 피해사례를 적용하여 수질기준을 제시하고 있다. 그러나 우리나라는 농업용수 수질기준을 독립적으로 마련하지 않고 수질환경기준의 등급 내에 포함된 형태로 제시하고 있어 실제적으로 국내 농업형태에 적합한 이수목적의 수질기준 부재로 사용자나 관리자 모두 불편한 상황이다. 따라서 현행 농업용수 수질기준의 적정성을 검토하고 이수목적의 농업용수 수질기준의 개선방안을 마련하고자 하는 연구가 시도되고 있다 (농어촌연구원, 2005; 안윤주, 2006). 한편 하수처리수의 재이용을 통하여 대체수자원확보 및 수계의 오염부하를 저감시키기 위하여 과학기술부 21세기프론티어연구개발사업이 2001년도부터 수행되고 있으며, 농공분야에서는 하수처리수의 농업용수재이용 시스템 개발 사업으로 참여하고 있는데 여기에서도 재이용수의 수질기준시안을 마련하였으며 환경부를 통하여 고시하였다 (박승우, 2006).
마. 맺음말
전통적으로 농공분야에서는 농업과 연관된 용수공급을 중요하게 다루어 왔으며 이와 관련하여 용수개발 및 수자원확보 위주로 사업이 진행되었다. 그러나 1990년대부터는 삶의 질 향상에 대한 욕구가 높아짐에 따라 안전한 농산물생산과 생활환경 개선목적으로 깨끗한 수질관리를 위하여 많은 노력을 기울이고 있다. 농촌용수의 수질관리는 도시지역에서의 상·하수처리 기법을 적용하기 어렵기 때문에 농촌지역 특성을 고려한 수질관리기법이 적용되어야 한다. 마을하수처리 및 농촌지역비점오염원관리 등과 같이 우리에게 선도적 역할이 기대되는 분야에 전문성이 부족한 다른 전공에서 산발적으로 접근하려는 시도가 있으나, 오랫동안 발전시켜온 관련학문 전문성을 바탕으로 농공분야에 종사하는 전문 인력들이 더욱 적극적으로 농촌용수 수질개선분야에서의 역할을 능동적으로 시행해야 할 것이다. (찾아가면서 수행해 주기를 바란다.) 이러한 노력은 우리분야 이기주의라는 작은 울타리를 넘어서 농촌 자연환경과 농민들의 생활환경 개선을 위하여 농공인들이 개척해 나가야 할 보람있고 장래성있는 불루오션이라고 생각한다.
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4.5 농촌계획 및 정비 연구
가. 농촌계획 정비 및 농촌개발의 시대구분
1960년대 이전 산업화가 시작되기 전 우리나라 농촌은 소농경제에 기반한 전통적인 모습을 원형 그대로 유지하여 왔다고 해도 과언이 아니다. 이러한 의미에서 우리나라의 농촌정비 또는 농촌개발 노력은 1950년대 후반에 착수된 지역사회개발사업으로부터 시작되어 1960년대 시범농촌건설사업, 1970년대 새마을사업, 1980년대 농촌지역 종합개발사업(군 단위지역), 1990년대 정주권개발사업(면단위)으로 이어지고 2000년대 이후 마을을 계획, 사업
단위로 하는 다변화된 사업추진이 전개되고 있는 것으로 개괄할 수 있다. 이들 국가사회의 변화추세와 대비하여 농업ㆍ농민ㆍ농촌의 성격이 어떻게 변화하여 왔는지를 정리해 보면 다음 그림 4.1과 같다.
1) 지역사회개발사업의 착수: 50년대
지역사회개발(Community Development)은 ‘지역사회 주민들이 능동적으로 참여하여 자신들이 속한 지역사회를 발전시키는 활동’으로 1955년 UN총회에서 필요성을 확인하였다. UN의 지원 하에서 전후 복구에 힘을 기울이고 있던 우리나라에서는 자연스럽게 영향을 받아 1957년 지역사회개발사업이 착수되었으며, 1958년 12개 시범마을에 대한 시범사업이 추진되었다.
시범마을에는 ‘지역개발 부락계’가 조직되었으며, 농업ㆍ공공사업ㆍ사회교육ㆍ보건환경위생 분야 등 사업내용이 포괄적으로 구성되었고 군의 지원팀으로 ‘지역사회개발 지도반’을 두었다.
2) 시범농촌건설사업: 60년대
1962년 제정 공포된 농촌진흥법에 의해 지역개발사업이 농촌지도사업으로 전환되면서 지역사회개발은 본격적으로 추진되었다. 지리ㆍ사회ㆍ경제적 여건이 동일한 6～10개 마을을 농촌진흥시범지역(나중에는 자조지역으로 재편)으로 선정하여 부락자조개발 6개년계획을 수립하였으며, 1969년에는 지리ㆍ경제적 여건이 동일한 2～3개 리ㆍ동을 단위로 전담지도사가 마을에 입주하여 지도하는 주재지역개발 지도사업이 시행되었다.
사업내용은 농업ㆍ토목시설ㆍ수산업ㆍ축산ㆍ보건위생ㆍ생활개선ㆍ부녀 및 조직지도ㆍ주택 및 폐습개선 ㆍ사회교육분야 등이 총괄되었고 외부로부터의 지원 또는 협력여부에 따라 정부지원사업(보조사업 : 총 3,395건)과 지역자조사업(마을자체: 총 2,951건)으로 구분되었다. 자조사업의 본보기를 제시하여 사업을 촉진시키기 위해 ‘농촌지역시범지역 발전경진회’를 매년 개최하였고, 농촌시범주택단지(20호) 건립전시, 메탄가스시설 보급 사업(29,064기 설치) 등이 함께 추진되었다.
3) 새마을사업: 70년대
도농 간 상대적 격차확대와 67～68년의 대한발로 인해 농촌의 사회ㆍ정치적 불안이 증대됨에 따라 이를 극복하기 위해 1970년 4월 대통령 지시로 ‘새마을 가꾸기 사업’이 시작되었다. 1972년 기존의 환경개선부문에 정신계발ㆍ생산ㆍ소득 사업부문을 포괄하는 종합개발사업으로 확대하였으며 1974년에는 새마을공장유치 등 소득증대사업이 확대되고 새마을 교육을 통한 범사회적인 제도 구축을 시도하였다. 1977년 이후에는 취락구조개선ㆍ농촌주택개량ㆍ소도읍기능화, 새마을 협동권 개발사업 등이 추가되었다.
사업은 주민참여의 바탕위에서 필요한 재정과 기술을 정부가 주도적으로 지원하는 방식으로 추진되었으며 총사업비의 50% 이상을 자부담 할 수 있고 전주민이 합의하여 모든 주민이 수혜받는 사업에 지원하였다. 생활환경개선 → 생산기반시설확충 → 소득증대사업 순으로 사업이 발전되었는데 사업추진실적은 다음 표 4.5와 같다.
4) 농어촌지역종합개발 계획수립: 80년대
60～70년도 마을 중심의 농촌개발에 대한 반성이 제기되면서 중심지와 배후지로 구성된 군급 농촌정주생활권 개념에 입각한 농어촌지역종합개발이 추진되었다.
84～86년에 걸쳐 공주, 청송, 강진 등 3개 시범지역에 계획수립과 사업집행이 시도된 이래 1994년까지 106개 군지역에 대한 계획수립이 이루어졌다. 그러나 당초 계획하였던 지방자치제 도입과 예산신청주의로의 제도개선이 이루어지지 않아 예산이 뒷받침 되지 않는 ‘종이계획’으로 전락하고 말았다.
5) 농촌개발사업의 다원ㆍ다양화: 90년대
투자가 병행되지 않는 광역적 농촌개발 방식에 대한 반성이 제기되면서 새로운 농촌개발모형을 적용해야 한다는 논리 하에 관련부처별로 농촌개발수단이 다양화되었다. 또한 농촌개발ㆍ정비에 대한 법적근거로 ‘농어촌발전특별조치법’(1990년)과 ‘농어촌정비법’(1994년)이 제정되었다.
면단위를 대상으로 한 정주권개발사업(농림부), 오지ㆍ도서 종합개발사업(행자부)이 추진되었고 권역(2～3개 마을 또는 법정리) 단위로는 어촌(해양수산부), 산촌(산림청) 종합개발사업이, 마을단위로는 문화마을조성ㆍ녹색농촌체험마을사업(농림부), 전통테마마을사업(농업진흥청)이 추진되었다.
6) 국민공유공간 형성: 2000년대
농촌개발에 대한 제도적 보완이 계속되어 2001년 ‘농업ㆍ농촌기본법’과 2004년 ‘농림어업인의 삶의 질 향상 및 농산어촌지역개발 촉진에 관한 특별법’이 제정되어 국가 및 지자체의 농업ㆍ농촌발전 기본계획과 지역개발 기본ㆍ시행계획 수립의무를 규정하고 있다.
농민과 도시민이 함께 어우러져 삶을 함께하는 국민공간으로의 발전을 지향하는 가운데 농촌마을종합개발사업, 전원마을조성사업, 도농교류사업, 농촌 복합공간조성사업 등이 새롭게 추진되고 있다.
나. 농공학 분야의 참여 및 활동
급속한 공업화 추진과정에서 농정의 중점이 주곡의 자급달성에 주어짐에 따라 농업생산기반조성부문은 선도적이면서 농업ㆍ농촌부문 투자의 태반을 점하게 되었다. 이에 따라 우리 농공학 분야도 관개배수, 경지정리, 개간 및 간척 등 농지개량사업 관련 학문 분야가 지난 1980년대 까지 크게 발전되어 왔다고 해도 과언이 아니다.
농공학 분야에서 농촌정비부문에 처음 참여하게 된 것은 시범농촌건설사업의 일환으로 1969～75년 기간 동안 추진하였던 메탄가스시설 보급사업이다. 당시 농촌진흥청 농공이용연구소 농업토목과의 주도하에 관련 시설 및 기술개발에 착수하여 총 29,064기의 매탄가스 발생조가 건설되었으며 1970년에는 ‘농촌마을 메탄가스 이용’ 이라는 지침서가 발간되었다. 농공학회지에는 동년 12월에 ‘농촌 연료로서의 Methane Gas 이용’(한욱동, 12권 4호)이라는 논문이 게재되었다.
70년대 새마을사업추진에 있어 현장기술지도 및 사업평가부문에 각 대학의 농공학과 교수들이 다수 참여하였으나 학술적 활동은 부진하였다. 농촌주택개량(이회만등, 1974), 농촌생활용수(박승우등, 1974), 농촌생활전기기기(유한열등, 1975) 관련 연구가 이루어졌으나 초보적 수준을 면치 못하였다.
이웃 일본에서 농림수산성 구조개선국을 중심으로 70년대 초반부터 농촌정비사업을 확대실시하고 또한 일본농업토목학회에 농촌계획 연구부회가 설치되어 별도의 연구부회지를 발간하는 등 일본의 농업토목분야에서 농촌계획 분야가 활성화 되는데 자극을 받아 1979년 농공학회에 농촌계획분과위원회가 발족되었다(김철기, 1979).
농촌지역종합개발에 대한 관심이 증대됨에 따라 사업추진방향(고재군, 1980), 농공인의 역할(김철기, 1981)등이 논설의 형태로 학회지에 게재되었으며 1985년 6월호에는 농어촌지역종합개발사업에 대한 특집이 마련되어 사업의 의의 및 필요성, 과제와 전망, 추진현황 등에 대해 관련 전문가의 기고가 있었다.(고재군, 안재숙, 홍승만, 1985) 동년 9월호에는 일본의 농촌기반종합정비 시범사업이 소개되었다(김철기, 1985).
농공학회지에 농촌정비ㆍ계획과 관련된 정규 학술논문이 최초로 게재된 것은 ‘간척지 농촌설계를 위한 표준농촌지역의 도출’(최수명, 1986) 눈문이다. 당시 정부가 의욕적으로 추진하고 있었던 서남해안 간척농지개발사업의 대단위 간척지에서 신규로 조성될 신농촌마을의 계획ㆍ설계에 필요한 기초자료를 얻기 위해 군단위지역을 주성분분석법에 의해 유형화 한 다음 간척지와 지리적 여건이 유사한 평야부농촌지역을 도출한 것이 연구의 주요내용이다.
이후에도 산지종합개발(황은, 신천수, 1986), 농어촌 발전대책과 농공인의 역할(조일호, 1989; 유근학, 1989; 박승귀, 1990) 관련 논설이 게재되었다.
농촌계획에 대한 농공인들의 관심이 증대됨에 따라 농공학회에서는 1990년 3월호부터 12월호까지 4차례에 걸쳐 ‘농촌계획의 이해’(최수명 1990a; 1990b; 1990c; 1990d)를 연재하였다. 동 특집의 연재내용에는 계획의 의미 및 수립과정, 농촌계획의 성립과 농촌문제, 농촌지역계획의 수립, 그리고 농촌취락계획에 이르기까지 농촌계획과 관련된 전반적 내용들이 포괄적ㆍ체계적으로 망라되었다.
농공학회지에 게재된 2번째 농촌계획논문은 ‘경북지역 농촌공업화 단지조성사업이 지역개발에 기여하는 영향평가’ (서승덕 등,1990) 논문이며, 곧이어 정주체계(최수명, 1990), 미완공간척지 마을실태분석(최수명 1991a; 1991b; 1991c), 농지이용(김기성 등, 1991), 경지종합정비(김철기, 1992) 관련 논문이 연달아 게재되었다.
이후 정주생활권모형(김홍윤 등, 1992; 1993), 농어촌도로(구본충, 1992), 간척지 농촌취락계획(최수명, 1992(영문판); 1993), 농촌주택(리신호, 1994; 1996; 박장혁 등, 1999) 주민인식구조(최수명, 1996), 정주생활권개발(김학응 등, 1996) 관련 논문이 게재되었다. 또 농촌경관에 대한 관심이 새롭게 클로즈업됨에 따라 ‘농촌경관의 형성과 보전’(김기성, 1997)이 특집으로 게재되었다.
2000년대에 접어들어 정부의 농공분야에 대한 투자방향이 농업생산기반에서 농촌환경정비로 전환됨에 따라 농공분야의 농촌정비ㆍ계획에 대한 관심과 연구활동도 크게 확대되었다. 학부와 대학원과정에 농촌계획관련 학과목이 1980년대 초반 경상대ㆍ전남대에서 개설되기 시작한 이래 점차 확대되어 2000년대에는 대부분의 대학에서 관련 학과목이 개설되었으며 1985년 서울대에서 농촌계획 관련 최초의 박사가 배출된 이래 국내외 대학원에서 석박사가 다수 배출되어 대학 및 관련연구소에서 활동하고 있다.
이러한 인력성장을 바탕으로 농공학회지의 학술활동도 더욱 활성화되어 마을평가(최수명, 2002), 전통흙집(리신호 등, 2002), 주택노후화진단(정남수, 2002) 등의 영역으로 확대되었다. 시뮬레이션 및 모델링에 의한 중심마을 입지분석(김대식 등, 2001: 2002a; 2002b), GIS 등 컴퓨터 응용기법에 의한 토지이용계획 모형화(김대식, 2002c; 2002d; 2002e)등 새로운 기법이 응용되었으며, 장수 및 실버타운 관련 연구(김한중 등, 2003; 정남수 등, 2004), 정보계측기법응용(나준엽 등, 2005) 등도 새로운 분야로 각광받기 시작하였다.
이러한 농촌정비관련 시대적 변화에 따른 농공분야의 대응 및 발전전략을 모색하기 위해 2005년 ‘전원과 자원’ 3월호에는 ‘신개념의 농촌정비’라는 제목 하에 특집이 마련되어 농공학의 패러다임 변화, 학술적 기여방안, 농촌공간정비, 계획제도, 환경보전 등 광범위한 관심영역에 대한 전문가의 특별기고가 있었다. 또한 관심사인 시니어 컴플렉스 및 농촌관광에 대한 특별보고도 게재되었다.
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4.6 계획설계 및 시공기술
가. 계획설계기술
1) 계획설계기준 제정과 개정
우리나라의 농공기술을 함축하고 있는 농지개량사업 계획설계기준은 ’60년대 중반 전천후농업용수개발, 간척, 경지정리, 개간사업이 본격화되고 대단위농업종합개발사업의 계획수립과 사업추진 등 소규모 단순사업의 사업형태에서 대규모종합개발사업으로 전환되면서 당시까지 기술자의 경험과 지식에만 의존하던 사업시행 관행으로서는 더 이상 효율적인 사업추진과 기술수준을 확보할 수 없게 됨에 따라 기술의 보급과 보편화를 도모할 수 있도록 농지개량사업의 계획설계기준의 제정이 필요하게 되었다.
계획설계 기준을 정립하는 일은 많은 전문가들의 연구와 노력이 요구되고 관련 자료의 수집·정리에도 상당한 기간이 소요되는 작업이기 때문에 모든 사업의 기술기준을 일시에 제정하는 것은 어렵다. 최초의 기준으로 1968년 필댐편이 제정되었으며, 1989년 콘크리트댐편까지 17개 공종의 기준이 발간되었다.
’70년대를 거치면서 경제성장에 따른 농촌사회와 농업여건의 변화, 국내건설기술의 발전, 국내건설현장의 시공기술과 장비의 변화를 경험하였다. 이러한 사업환경 속에서 기 발간된 계획설계 기준의 적용과정에서 경험한 문제점과 개선방안, 신기술 및 새로운 장비 등을 고려하여 제정된 기준의 보완·개정이 꾸준히 추진되어 왔다.
1968년 제정된 필댐편이 2002년에 개정되고 수로공편이 2004년도, 양배수장 편이 2005년도에 개정되는 등 총 11편이 1～2차에 걸쳐 개정되었으며 주요 개정내용들이 곧 기술의 변천과 발전내용을 반영하고 있다고 할 수 있다.
2) 주요 공종별 설계기준 및 기술의 변천
댐은 ’60년대까지 대부분이 높이 20 m 내외의 균일형 또는 중심점토형이었으나 현재는 60 m 이상의 높이와 콘크리트댐, 필댐 등으로 대규모 다양화되면서 제체단면의 재료, 제당안전도 분석, 저수지규모와 물넘이 시설의 홍수량 등 수문분석, 온수취수시설, 여수토방수로
의 개량, 댐 안전시공을 위한 가제당의 지수벽 공법과 홍수배제시설, 기초암반의 그라우팅 등 수많은 설계내용의 변천과 발전을 가져왔다.
2002년도에는 기상이변 등 홍수량 증가에 대비하여 유역 2,500 ha, 저수용량 500만 m3 이상의 댐으로서 재해피해가 클 것으로 우려되는 댐에 대하여는 가능최대홍수량(PMF)을 적용할 수 있도록 방재기능이 강화되었다.
양배수기는 기계공업의 발전에 따라 펌프성능이 향상됨에 따라 고양정 양수장이 설치되고 배수기는 수중펌프가 범용화 되는 등 방재기능이 향상되고 있으며 수문취부 배수기 등 다양한 공법으로 발전되고 있다.
보는 가장 개소수가 많은 용수원이지만 하천법에 따라 신·개축이 어려워진 여건에 따라 자동수위 전도보 등 새로운 형태의 보형식으로 전환이 추진되고 있다.
용수로는 ’60년대 흙수로에서 ’70년대 이후 구조물 수로비율이 확대되어 수로손실 20%에서 10%로 개선되고 있으며, ’80년대에 부분적으로 관수로가 도입된 후 ’90년 후반부터 전체 용수체계가 관수로로 계획되는 등 영농여건에 따른 물이용시설의 현대화가 계속되고 있다.
경지정리사업은 ’60년대 이전 10～15 a 규모에서 경운기가 등장하는 ’60년대 이후 30～40 a 규모가 표준구획이 되었으며, 간선농도는 6～7 m까지 시행되었다. ’83년에는 계획설계기준에 밭경지정리가 포함되었다. ’94년부터 대구획화 경지정리사업이 추진되고 있으며, 논에서 밭작물을 재배할 수 있도록 하는 농지범용화사업 등 영농여건 변화에 부응한 농지기반조성사업으로 변천되고 있다.
간척사업은 ’60년대까지 소규모사업에서 ’70년대 5,000 ha, ’80년대 10,000 ha, ’90년대 40,000 ha의 대규모 간척사업이 추진되면서 우리나라 실정에 맞는 세계적인 간척기술로 발전되어 왔다. 연약지반의 방조제축조를 위한 지반매트리스, 복합형사석공법, 방조제제체의 필터단면, 방조제 성토제체의 해사성토, 레이디얼 게이트와 유압식 권양장치, 심해간척의 끝막이공법, 방조제 제정부에 도로설치 등 간척분야의 기술이 획기적으로 발전되어 왔다.
배수장은 ’60년대까지 펌프의 구경이 1,000 mm 이하의 소구경이었으나 ’70년대 대단위농업종합개발사업 시행시 2,000 mm 이상의 배수시설로 대형화되어 왔다. 배수장의 홍수량 산정기준은 ’70년대 10년 빈도에서 ’80년대에 20년 빈도로 강화되고 침수시간, 관수피해, 관수심 등의 기준이 단축되어 침수피해가 경감되도록 변화되고 있다.
농산물유통개선을 통한 농업소득증진과 농촌활성화를 위한 농어촌소득원 도로사업이 ‘84년 착수됨에 따라 ’86 농도편계획설계기준이 제정되는 등 농도사업이 지속적으로 추진되고 있다.
수자원의 한 축을 이루고 기여해 온 지하수개발사업은 충적층 이용에서 ’80년대 암반지하수이용으로 발전되어 천수답지역은 물론 밭용수, 농어촌용수, 청정용수원의 활용으로 발전
되고 있다. 암반층 부존수자원을 파악하기 위해 시행한 수맥조사를 통하여 탐사방법과 지하수모델링 등의 자원조사기술을 크게 발전시켰다.
농지개량사업기술의 발전과 더불어 농어촌의 사회 및 영농여건의 변화, 환경의 개선 및 보전, 첨단기술의 발전, 농업의 경쟁력 제고, 자원의 효율적인 이용 등 다양한 시대적인 요구에 따라 농어촌의 오폐수처리 및 수질 등 환경개선분야, 농어촌의 생활환경과 소득향상을 위한 농어촌정비 사업 등 농업과 농촌에 관한 정비와 개발에 대하여 다양한 기법의 도출과 발전방향이 모색되고 있어 농공분야의 역할확대가 기대되고 있다.
나. 시공기술
1) 장비현대화에 의한 시공기술의 발전
농지개량사업의 계획설계 기술의 발전과 더불어 시공분야 기술도 크게 발전되어 왔으며, 특히 시공기술은 건설기계의 현대화에 힘입어 커다란 발전을 거듭하여 왔다.
’60년대 이전의 시공은 삽, 곡괭이, 가래, 지게, 우마차 등에 의한 인력 및 축력시공에 의존하였으나 ’50～’60년대에 원조장비 등이 공사현장에 배치되기 시작한 후 ’70년대부터 장비에 의한 기계화 시공법이 정착되면서 급속한 시공기술의 발전을 가져왔다.
시공장비는 운반, 적재, 깎기, 굴착, 다짐, 플랜트시설 등 다양하며 시대별 장비발전개황은 표와 같다.
기계화시공 중 운반장비의 발달이 대규모공사의 시공을 가능케 한 원동력이 되었다. 방조제공사에서 운반장비에 의한 시공기술의 발전을 잘 보여주고 있다.
’50년대까지는 우마차, 토운차 등 인력시공으로 1일 최대토석 운반능력이 500 m3에 지나지 않았으나, ’60년대 들어서 기관차에 의한 기계화시공이 시작되었고, ’70년대에는 남양방조제에 처음으로 3톤급 덤프트럭이 사용되어 방조제 축조공사에 새역사의 장을 열었다. 그후 점차 덤프트럭이 대형화되어 1일 최대운반능력이 62,000 m3까지 이르게 되었다.
’50년대까지 : 우마차, 토운차(土運車) (1일 최대토석운반능력 : 500㎥)
’60년대 : 기관차 (1일 최대토석운반능력 : 3,000㎥)
’70년대 : 덤프트럭(6～8톤급) (1일 최대토석운반능력 : 10,000㎥)
’80년대 : 덤프트럭(12～20톤급) (1일 최대토석운반능력 : 38,000㎥)
’90년대 : 덤프트럭(15～32톤급) (1일 최대토석운반능력 : 62,000㎥)
댐축제공사 중 기초공사의 그라우팅공법의 발전은 로터리드릴이나 고성능시추기와 압력장비의 개발에 의한 것이다. 홍수배제시설인 바이패스와 가제당의 지수공법(Slurry Trench)에 의해 점고식 방식의 제당축조가 가능하여졌으며, 자주식 다짐장비에 의해 제당 성토의 정밀시공이 이루어졌다.
콘크리트구조물 시공에 있어서도 삽비빔과 막대다짐에서 믹서, 배치플랜트, 레미콘 타설과 바이브레이터 다짐으로 발전되어 대량의 콘크리트 시공이 가능해졌다. ’80년대 중반까지 교통이 불편했던 산골짜기의 0.3x0.3 m의 소형 수로구조물조차 인력에 의한 콘크리트 비빔과 타설로 시공의 조잡과 어려움에 처하면서 조립식구조물 공법을 도입하게 되었다. 수리시설물 조립식 구조물은 공장에서 규격제품 생산에 의한 품질보장과 시공의 편의성에 따라 급속하게 확산되었다.
2) 공사관리 기법의 발전
시공은 정해진 공기 내에 소정의 시방서, 도면 등에 의하여 공사를 완성하는 것이 중요하다. 또한 공사기간 뿐만 아니라 품질, 정도 등이 완전해야 하고 계약조건을 만족시키며 공사비에 부합되도록 능률적이며 또 경제적으로 시공관리를 하여야 한다.
’70년대 초 대단위농업종합개발사업의 국제입찰에 따라 입찰서와 입찰도면이 국제기준에 따라 작성되면서 공사시방서가 시공의 지침서로서 발전되게 되었다. 과거 설계도만으로 시공하던 관례에서 공사의 질과 시공방법이 구체적으로 적시된 시방서는 품질향상과 함께 시공기술의 발전에 크게 기여하였다. 농림부에서는 ‘78년 표준콘크리트시방서, 2000년에 농어촌정비공사 전문시방서를 제정하여 농지개량사업의 공사기준으로 운용하고 있다.
또한 시공 중 품질관리는 공사용 재료, 콘크리트, 흙공사 등 시방서에서 요구하는 품질수준에 적합한지 품질관리시험을 하여야 하며 시험장비와 시험기법이 계속 발전되어 왔으며, ‘89년에는 통계적 품질관리기법이 도입되어 품질향상에 기여하고 있다.
공정기간 내에 품질을 만족시키면서 공사를 완공시키기 위해서는 시공 상의 제반사항과 공기에 대한 공정관리가 중요하다. 농지개량사업의 초기에는 단순한 공정계획 속에서 수작업으로 관리를 하다가 차츰 Bar-chart에 의한 기초적인 공사관리가 추진되었다. ’70년대 중반부터는 체계적인 관리체제로 바뀌어가면서 PERT/CPM 공정관리계획을 세워 추진하였으며 ’80년 하반기부터 신속한 현장파악과 공사기간 준수, 공사비 절감을 기할 수 있는 PEART/CPM 공정관리기법의 전산화가 이루어지는 등 공사관리 기법이 발전되고 있다. |
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