Introduction
가뭄은 특정기간 동안의 강수량 부족으로 인한 기상, 수문, 농업적 물 부족 현상에 따른 자연재해를 의미하며, 가뭄의 발생은 안정적인 용수 확보 및 수자원 관리에 영향을 미치고 있다(Mun et al., 2020). 국내의 경우 농림축산식품부에서 발표한 자료에 의하면 2014년 후반 심화된 가문이 2015년까지 지속되어 연간 강수량이 평년대비 72%로 특히, 중부지방의 경우 10월까지 내린 비의 양이 평년대비 각각 29, 38%로 중부지방과 충청남도 지역을 중심으로 가뭄이 진행되었다(Lee et al., 2021). 이처럼 가뭄으로 인한 피해는 기후변화의 영향으로 더욱 빈번할 것으로 예상되어 가뭄대응을 위한 지속적인 노력이 필요하다(Shim et al., 2019).
통계청 자료에 따르면 지난 10년간(2010 - 2019년) 우리나라 전체 경지면적은 감소하였으나 재배 농작물의 변화, 논밭의 전환 등으로 인해 논농사가 감소하는 대신 밭농사가 증가하는 추세를 보였다(KEI, 2021). 밭작물의 경우 농업용 저수지 등 수리시설물로부터 관개용수를 공급받는 논 작물과 달리 자연 강우를 통해 필요한 용수량을 공급받는 천수답이 대부분이고 관개시설이 부족하기 때문에 기후변화에 의한 가뭄의 취약성이 높다(Jeon et al., 2021). 따라서, 밭작물의 안정적인 생산을 위해서는 관개를 위한 기반시설의 확충 및 대책 마련이 필요하다(MOLIT, 2016). 농림축산식품부는 가뭄대응 종합대책을 수립하여 가뭄상습지역 밭용수 공급 및 체계적 관리강화, 산간지역 용수 공급 대책, 천수답의 밭전환 유도 등 대응방안을 발표하였으며, 밭용수 보급률을 2014년 기준 18% 수준에서 2030년 30%까지 올리는 것을 목표(MAFRA, 2015)로 하였다. 밭의 관개용수 확보를 위해 소규모 댐의 저수관리(Kim et al., 2005), 빗물이용 시설(Jun et al., 2013; Youn et al., 2016; Choi et al., 2018), 지하수의 특성 파악(Song et al., 2017), 밭가뭄에 대한 취약성 평가(Jeon et al., 2022) 등의 연구가 추진되었다.
효율적인 관개용수 확보를 위해 농림축산식품부와 한국농어촌공사는 2015년 시설농업단지 실태조사 및 인공함양 타당성 조사를 시행하여 전국의 10 ha이상의 집단화된 시설재배단지의 물 부족 문제를 분석하였다(MAFRA, 2015). Jang 등(2020)은 밭 재배지의 공간분포에 따른 개별관정과 집단관정에 의한 밭 용수공급의 경제성을 비교 평가하여 실용적 밭 용수공급 계획 수립을 지원하였다. 하지만 소규모 지하수 관정의 경우 깊이 20 m 내외의 얕은 관정이 대부분이어서, 건기에는 안정적인 수량 확보가 안 되는 등 가뭄 시 물 부족 사태(KEI, 2021)가 발생할 수 있으므로 다양한 공급원을 기반으로 한 관개 방안 마련이 필요하다.
본 연구에서는 밭작물별 대표지역인 충청남도 청양군, 예산군, 당진시, 서산시, 충청북도 괴산군을 선정하여 2018년의 밭가뭄 수준을 파악하고, 다양한 공급원으로 하천수와 지하수 등을 이용한 관개시설에 대한 경제성 분석을 통해 효율적인 용수확보 방안을 제시하고자 하였다.
Materials and Methods
대상지역 선정
본 연구에서는 2015년 가뭄 피해가 컸던 충청도의 5개 지역과 고추, 사과, 배추, 마늘, 콩 등 5개 작물을 선정하였다. 작물별 대표지역은 고추 주산지인 청양군, 사과 주산지인 예산군, 배추 주산지인 당진시, 마늘 주산지인 서산시 등 충청남도 4개 지역과 콩의 주산지인 충청북도 괴산군 등 총 5개의 지역을 선정하였다. 대상지역에 대해서는 면단위로 세분화하여 필요수량, 공공관정 공급량을 산정하고 공급이 부족한 지역을 산정하였다. 관개용수 확보를 위한 시설물 및 용수관리방안별 초기투입비용, 재배작물 생산소득, 유지관리 비용 등을 고려하여 경제성 분석을 실시하였다.
대상지역의 필요수량 및 공급량 조사
대상지역의 공급이 부족한 지역을 산정하기 위해 2018년을 기준으로 필요수량과 공급수량을 산정하였다. 필요수량은 기준증발산량에 작물계수를 적용하여 월별 합산한 값을 산정(Jeon et al., 2022)하였으며, 선별지역 관개면적은 전체 밭면적으로 대표작물을 재배한다는 가정하에 산정하였다. 시군별 필요수량 산정 후 각 시군에 속해있는 읍면의 개수로 나누어 읍면별 필요수량을 산정하였다. 공공관정 채수량과 민간관정 채수량은 농어촌지하수관리시스템(Groundwater, 2018)의 자료를 활용하였으며, 농어촌지하수관리시스템에서는 일 채수량이 제시되어 이를 월 채수량으로 환산하였다. 월별 상수도 공급량은 환경부(ME, 2018)에서 제공하는 상수도 통계를 참고하였으며, 상수도 통계에서는 읍면단위 급수량이 제시되어 있지 않아 군단위의 상수도 급수량은 1인/일 급수량(L), 유수율(%), 급수인구(인) 등을 고려하여 일 공급량을 월 공급량으로 가공하였고 시군별 월별 공급량을 각 시군의 읍면 개수로 나누어 읍면별 월별 공급량을 산정하였다.
관개용수 확보를 위한 시설물 관리방안
관개용수 확보를 위한 시설물 관리방안으로 4가지 시나리오를 구성하였다. 첫 번째는 연간 필요수량 대비 관정의 용수공급이 충분한 경우 기본의 관정을 유지관리하여 효율을 높이는 방안, 두 번째는 일부지역에서 공급된 용수가 부족한 경우 저류조를 신설하여 공급용수가 충분한 지역에서 부족한 지역으로 이송하여 공급하는 방안을 제시하였다. 세 번째로는 저류조 신설로 용수가 공급된 일부지역에서 용수부족이 해갈되지 않은 경우 추가 관정을 굴착하여 용수를 확보하도록 하였고, 네 번째로 전지역에서 상당량의 공급용수가 부족하여 저류조 신설 및 관정 추가개발에도 용수공급이 부족한 경우 저수지수, 하천수 등의 지표수를 도입하는 방안을 제시하였다.
경제성 분석
관개용수 확보를 위한 시설물 관리 시나리오는 ➀ 기존관정 유지관리, ➁ 저류조 신설, ➂ 저류조신설 및 관정설치, ➃ 지표수 이용 4가지로 실현가능성 검증을 위해 B/C 분석을 실시하였다. B/C (benefit/cost)분석은 식(1)에 의해 산출되며, 관개시설물 설치 및 용지보상비를 C로 관개용수의 추가 공급으로 인해 생산되는 작물의 생산비용을 B로 정의하여 분석을 실시하였다. C에 해당되어 발생되는 비용은 기존 관정의 유지관리비용, 저류조 신설 및 유지관리비용, 저류조신설, 관정설치 및 유지관리비용, 지표수 도입을 위한 시설 설치 및 유지관리비용을 산정하였다. 시설물의 내용연수는 수자원부문사업의 예비타당성조사 표준지침 수정·보완 연구(KDI, 2008)를 참조하여 수로구조물의 30년을 적용하였으며, 할인율은 동일한 지침을 참조하여 5.5%를 적용, 유지관리비율은 동일한 지침을 참조하여 공사비의 0.5%를 적용하였다.
여기서, Bt = t차연도에 발생하는 편익
Ct = t차연도에 발생하는 비용
r = 할인율(5.5% 적용)
n = 내용연수(30년 적용)
Results and Discussion
월별 필요수량 및 공급량
작물별 필요수량 및 지역별 상수도 공급량은 Fig. 1과 같다. 재배기간 중 작물별 필요수량은 예산군(사과), 괴산군(콩), 서산시(마늘), 청양군(고추), 당진시(양배추) 순으로 높게 나타났다. 월별 산정 결과 괴산군(콩)이 7월과 8월에 가장 높게 나타났다. 지역별 상수도 공급량은 청양군, 당진시, 예산군, 괴산군, 서산시 순으로 나타났으며, 청양군은 월평균 1,453.1천 m3, 서산시는 109.1천 m3로 조사되었다. 각 지역의 읍면 개수로 나누어 단위 읍면당 상수도 공급량을 산정하였다.
각 지역의 읍면에서 공공관정 월평균 채수량은 Fig. 2와 같다. 5개의 선별지역 중 공공관정 연간 총 채수량이 가장 많은 지역은 서산시로 36,616.1천 m3이고, 가장 적은 지역은 청양군이며 12,760.4천 m3으로 분석되었다. 청양군 10개 읍면의 채수량은 월평균 최소 37.3천 m3, 최대 188.3천 m3, 예산군 12개 읍면은 최소 41.0천 m3, 최대 232.7천 m3로 비교적 지역별 편차가 작았으나, 당진시 4.4천에서 318.3천 m3, 서산시 185.7천에서 656.1천 m3, 괴산군 31.6 천에서 928.8천 m3로 지역별 편차가 크게 나타났다.
각 지역의 읍면에서 민간관정 월평균 채수량은 Fig. 3과 같다. 민간관정 채수량은 괴산군에서 188,921천 m3로 가장 많았으며, 청양군에서 7,218천 m3으로 적게 조사되었다. 당진시 면천면, 순성면, 우강면, 합덕읍과 서산시 부석면, 인지면에서는 민간관정이 없는 것으로 조사되었다.
지역별 부족수량 산정
월별 필요수량 대비 공공관정 채수량 비교
월별 필요수량 대비 공공관정 채수량 비교 분석은 Fig. 4와 같다. 청양군은 재배기간 중 7월과 8월에 전체 지역에서 평균 271천 m3의 용수공급량이 부족하였으며, 예산군은 4월에서 9월 모든 지역에서 평균 2,781천 m3의 용수공급량이 부족하였다. 당진시는 재배기간 중 9월과 10월에 1개의 지역을 제외한 10개의 지역에서 평균 175천 m3의 용수공급이 부족하였다. 서산시는 재배기간 중 6월에서 8월에 전체 지역에서 평균 1,032천 m3의 용수공급량이 부족하였으며, 괴산군은 재배기간 중 7월에서 9월에 전체 지역에서 평균 2,298천 m3의 용수공급량이 부족하였다.
월별 필요수량 대비 관정 채수량(공공 및 민간) 비교
월별 필요수량 대비 관정 채수량(공공 및 민간)을 산출한 결과(Fig. 5) 용수공급량이 부족한 지역에서 부족량을 다소 감소하는 경향을 보였으나, 일부 지역에서는 여전히 부족량이 발생하였다.
청양군은 공공관정 및 민간관정으로 용수를 공급할 경우 전체 지역에서 용수부족이 해갈되는 것으로 나타났다. 예산군은 7월에 전체 지역, 당진시는 9월에서 10월에 8개 지역에서 용수공급량이 부족하였다. 서산시는 7월에 최대 9개 지역에서 용수부족량이 발생하였다. 괴산군은 최대 7개의 지역이 7월과 8월에 용수공급량이 부족한 것으로 분석되었다.
월별 필요수량 대비 관정 채수량(공공 및 민간) 및 상수도 공급량 비교
월별 필요수량 대비 관정 및 상수도 공급량 산출결과 예산군은 광시면, 당진시는 고대면 등 5개 지역이 전 기간 용수부족이 해갈되었다. 서산시와 괴산군은 상수도 공급량이 추가되어도 용수부족이 발생하였으며, 전체적인 용수부족량은 감소하였지만 부족한 시기와 지역은 변동이 없었다. 청양군은 이미 관정 채수량으로 필요수량을 만족하기 때문에 상수도 공급량 없이 용수공급이 충분하였다.
관개용수 확보를 위한 시나리오별 경제성 분석
용수부족 면적 산정
용수공급 부족지역을 산정하기 위해 면단위를 기준으로 공공관정 용수공급률이 100% 미만인 지역을 용수공급 부족면적으로 가정하였으며 그 결과는 Fig. 6과 같다. 예를 들어 청양군 목면의 경우 공공관정 용수공급 비율이 79%로 21%가 부족한 비율로 산정되며 이를 부족면적 비율로 가정하여 전체 목면 관개면적인 191.1 ha에 21%를 곱하여 40.52 ha로 산정하였다.
청양군의 경우 목면 21% (40.52 ha), 장평면 46% (87.65 ha) 등 2개, 당진시의 경우 석문면 32% (118.94 ha) 등 4개, 서산시의 경우 대산읍 23% (133.22 ha) 등 2개 지역이 공급률이 부족한 것으로 조사되었다. 예산군의 경우 고덕면 82% (412.01 ha) 등 12개 지역 모두 용수공급 부족면적이 산정되었다.
선별지역 설치비용 산정
선별지역의 암거 설치비용 단가는 농림축산식품부(MAFRA, 2023)를 참조하여 굴착식 유공관암거 40,000천 원/ ha로 산정하였다. 선별지역 중 용수부족 지역에 대해 암거 설치는 필수이므로 용수부족면적에 대한 설치비용을 산정하였으며, 암거의 유지관리 비용 산정을 위해 5개 선별지역에 대해 전체의 설치비용을 산정하였으며 그 결과는 Table 1과 같다.
선별지역에 대한 저류조 설치단가는 Seo 등(2016)을 참고하여 450천 원/m3으로 산정하였으며, 지역별 설치 비용은 청양군 683백만 원, 예산군 32,567백만 원, 당진시 1,479백만 원, 서산시 1,573백만 원, 괴산군 20,490백만 원으로 산정되었다.
공급용수가 부족한 일부 지역에 설치될 관정의 단가는 국가지하수정보센터(GIMS, 2018)를 참조하여 19백만 원/공으로 산정하였다. 선별지역에 대한 관정 설치비용은 부족 용수량을 고려하여 산정하였으며, 지역별로는 청양군의 경우 부족용수량이 1,517.81 m3/일로 약 8공의 관정을 설치해야 되며 총 비용 152백만 원, 예산군은 부족용수량 73,372.60 m3/일로 약 362공의 관정을 설치해야 되며 총 비용 6,878백만 원, 당진시는 부족용수량 3,287.67 m3/일, 설치 관정수 약 17공으로 총 비용 323백만 원, 서산시 부족용수량 3,495.89 m3/일, 설치 관정수 약 18공으로 총 비용 342백만 원, 괴산군 부족용수량 45,534.25 m3/일, 설치 관정수 약 228공으로 총 비용 4,332백만 원으로 산정되었다.
지표수 활용 시설 설치 단가는 한림지구 맑은물공급사업 타당성조사(RRI KRC, 2017)를 참조하여 산정하였으며, 지표수 활용시 부유물질 및 수온에 대한 설비도 갖추어야 한다. 선별지역에 대한 지표수 활용 시설에 대한 설치비용은 청양군, 당진시, 서산시, 괴산군의 경우 일 50,000톤 용량으로 충분할 것으로 판단되며, 예산군의 경우 일 100,000톤 용량이 적절할 것으로 판단되었다. 따라서 지표수 활용 시설의 설치비용은 청양군, 당진시, 서산시, 괴산군은 각 1,500백만 원, 예산군은 3,040백만 원으로 산정하였다.
선별지역 설치비용 산정
선별지역에 대한 시설물 및 관개용수 관리방안별 초기투입비용을 산정하였으며 그 결과는 Fig. 7과 같다. 초기투입비용은 관개시설설치비와 용지보상비를 고려하여 산정하였다. 청양군의 각 관리방안별 금액은 저류조설치 76.0억 원, 저류조 및 관정설치 78.0억 원, 지표수 이용시설 설치 86.7억 원, 예산군의 각 관리방안별 금액은 저류조 설치 2,348.1억 원, 저류조 및 관정설치 2,438.0억 원, 지표수 이용시설 설치 1,962.1억 원, 당진시의 각 관리방안별 금액은 저류조 설치 395.6억 원, 저류조 및 관정설치 399.9억 원, 지표수 이용시설 설치 395.9억 원, 서산시의 각 관리방안별 금액은 저류조 설치 157.5억 원, 저류조 및 관정설치 161.9억 원, 지표수 이용시설 설치 156.5억 원, 괴산군의 각 관리방안별 금액은 저류조 설치 2,072.3억 원, 저류조 및 관정설치 1,935.4억 원, 지표수 이용시설 설치 1,824.0억 원으로 산정되었다.
재배작물 생산소득 산정
B/C 분석 중 편익(B)에 해당하는 재배작물 생산소득은 3가지로 구분하여 산정하였다. case.1 총 수입에서 경영비 중 중간재비를 감한 금액, case.2 총 수입에서 경영비 총액을 감한 금액, case.3 총 수입에서 생산비 총액을 감한 금액으로 구분하여 산정하였고, 재배작물 생산소득(농가소득) 기준은 국가통계포털(KOSIS, 2018)를 참조하여 산정하였다. case.1의 재배작물 생산소득을 산정한 결과는 Table 2 과 같으며 용수부족 해갈에 의한 추가수입은 청양군(고추) 5,289백만 원, 예산군(사과) 146,683백만 원, 당진시(배추) 15,238백만 원, 서산시(마늘) 12,992백만 원, 괴산군(콩) 33,028백만 원의 수입이 발생한다.
case.2의 재배작물 생산소득을 산정한 결과는 Table 3와 같으며 용수부족 해갈에 의한 추가수입은 청양군(고추) 4,581백만 원, 예산군(사과) 121,008백만 원, 당진시(양배추) 12,491백만 원, 서산시(마늘) 10,724백만 원, 괴산군(콩) 26,589백만 원의 수입이 발생한다.
case.3의 재배작물 생산소득을 산정한 결과는 Table 4와 같으며 용수부족 해갈에 의한 추가수입은 청양군(고추) 1,526백만 원, 예산군(사과) 18,860백만 원, 당진시(배추) 4,468백만 원, 서산시(마늘) 6,803백만 원, 괴산군(콩) 14,316백만 원의 수입이 발생한다.
선별지역에 대한 B/C 분석결과
시설물 및 용수관리방안 4가지 시나리오 중 청양군, 당진시, 서산시는 저류조신설, 예산군은 지표수도입, 괴산군은 저류조 및 관정개발의 초기비용이 가장 낮게 나타났다. 시설물 설치 및 유지관리에 투입되는 비용(C)와 재배작물 생산소득(B) 3가지를 활용하여 B/C 분석을 실시하였다. 관개시설 설치에 투입되는 비용은 모두 동일하며, 재배작물 생산소득의 3가지 구분은 case.1 (총수입-중간재비), case.2 (총수입-경영비 총액), case.3 (총수입-생산비 총액)로 제시하였다. B/C 분석결과 모든 지역에서 기존 관정 유지관리가 가장 사업성이 좋은 것으로 분석되었으나, 이는 면 단위 전지역에서 용수공급이 충분할 경우 적합한 관리방안으로 선별지역인 청양군, 예산군, 당진시, 서산시, 괴산군에서는 적합하지 않은 것으로 판단되어 제외하였다. case별 B/C 분석결과는 case.1에서 가장 높은 B/C값을 보였으며, case.3에서 가장 낮은 B/C값을 보였다. case.1에서는 재배작물 총 수입액에서 재료비 및 유지관리비에 대한 비용 등 중간재비용만을 감한 금액으로 농가소득액이 가장 크며, case.2에서는 재배작물 총 수입액에서 중간재비와 임차료, 위탁영농비, 고용노동비 등 인건비 및 임차료를 포함한 경영비 총액을 감한 금액이며, case.3은 경영비 총액에서 자가노동비, 유동자본용역비, 고정자본용역비, 토지자본용역비 등이 포함되어 지출되는 비용이 가장 커 농사소득은 가장 작은 것으로 분석되는 이유로 B/C 분석결과가 낮아지는 경향을 보였다(Table 5 - 9).
Conclusion
본 연구에서는 대표 밭작물에 대한 용수확보를 위해 관리 방안을 제시하고 용수확보에 필요한 괸리방안별 투입비용 대비 생산소득을 비교하여 경제성 분석을 실시하였다. 5개 밭작물별 대표지역(청양군, 예산군, 당진시, 서산시, 괴산군)을 선정하고, 각 지역별 면단위 필요수량과 공공관정 공급량을 산정하여 용수공급이 부족한 지역을 추정하였다. 선별지역의 용수확보 및 관개시설물 관리 방안으로 기존관정 유지관리, 저류조 신설, 관정설치, 지표수 도입 총 4가지 시나리오를 제시하였으며, 실현가능성 검증을 위해 B/C 분석을 실시하였다. 5개 지역 모두 기존 관정 유지관리가 가장 사업성이 좋은 것으로 분석되었으나, 이는 면 단위 전지역에서 용수공급이 충분할 경우 적합한 관리방안으로 선별지역인 청양군, 예산군, 당진시, 서산시, 괴산군에서는 적합하지 않은 것으로 판단되어 제외하였다. B/C 분석 중 관리방안 설치 및 용지보상비 등 초기에 투입되는 비용 및 유지관리에 필요한 비용을 C (cost)로 정의하고 관개용수의 추가 공급으로 인해 생산되는 작물생산으로 생기는 수입을 B (benefit)로 선정하여 분석을 실시하였다. 그 결과 청양군, 당진시, 서산시에서의 시설물 및 용수 관리방안으로 저류조 신설이 선정되었으며, 예산군에서는 지표수 활용시설 설치, 괴산군에서는 저류조 및 관정개발이 선정되었다. 대표 밭작물과 지역의 시설물 및 용수관리방안에 대한 사업성 분석 결과는 향후 가뭄 취약지역에 대한 용수관리 방안 선정을 위한 기초자료로 활용할 수 있을 것으로 판단된다. 또한, 향후 지역별 토지이용 및 지형, 용수 이동 등을 고려한 용수공급 방안과 그에 따른 경제성 분석에 대한 연구가 추가적으로 수행된다면 더욱 현실적인 방안 마련이 가능할 것이다.
Acknowledgements
본 연구는 본 연구는 농촌진흥청 연구사업(세부과제번호: PJ01481303) 및 산림청(한국임업진흥원) 산림과학기술연구개발사업 (과제번호: 2021332C10-2323-AA01)의 지원에 의하여 이루어진 것입니다.
Authors Information
Hyung Jin Shin, https://orcid.org/0000-0002-7271-6126
Jae Young Lee, https://orcid.org/0000-0002-0879-3100
Jae Nam Lee, https://orcid.org/0000-0001-5096-6856
Han Na Lee, https://orcid.org/0009-0008-2264-8269
Sang Hyeon Park, https://orcid.org/0009-0004-3546-6924
Bum Soo Shin, https://orcid.org/0009-0001-1092-7681
Sang Sun Cha, https://orcid.org/0000-0002-1086-3614
Se Myung Kwon, https://orcid.org/0000-0001-7951-1716
Jung Il Seo, https://orcid.org/0000-0002-5494-2306
Chan Gi Park, https://orcid.org/0000-0002-2735-7734