KIGAM 한국지질자원연구원

시설농가 물 걱정 덜어주는 대수층 순환식 수막재배 전국 보급 코앞

- 지질자원연, 국내 최초로 청주에 ‘대수층 순환식 수막재배 시스템’ 구축

- 가뭄 및 지하수 고갈로 인한 농업용수 부족 해결 기대

- 안정적 수원 확보로 시설재배 난방비 절감 및 냉해피해 감소 기대

□ 최근 10여 년간 매년 같이 계속되던 가뭄이 올해도 이어질 것이라는 관측 자료들이 나오고 있다. 심각한 겨울 가뭄 탓에 대청댐, 보령댐 등 중부권 지역에 물을 공급하는 댐과 저수지도 바닥을 드러냈다. 전국 농가들은 농업용수 확보에 어려움을 겪고 있다. 특히 지하수를 활용한 수막재배* 농가의 경우 겨울철 강수량 감소로 지하수위가 낮아져 문제가 된다. 수막재배 농가는 물론 주변 농가들의 민원도 끊이지 않는 가운데, 지하수 인공함양 기술을 통해 수막재배 시설재배 농가들에게 안정적으로 지하수를 공급하면서 물 자원을 보존할 수 있는 기술이 국내 최초로 개발돼 농민들과 관계 공무원, 관련 산업체에게 선보여졌다.

* 한국지질자원연구원에 의하면 우리나라 수막재배 면적은 10,843ha로 전국 경지면적(1,691,000ha, 2014년 기준)의 0.64%에 불과하지만, 수막재배 농가가 사용하는 지하수양은 6.9억㎥(2010년 기준)로 연간 농업용 지하수 사용량의 40%에 달한다.

□ 한국지질자원연구원(원장 김규한, KIGAM, 지질자원연)은 21일 청주시 가덕면 실증연구부지에서 지하수 고갈에 따른 수막재배 농가의 물 부족 현상을 극복하기 위한 ‘대수층 순환식 수막재배 시스템’ 성과발표 및 현장시연회를 열었다.

□ 이번 시연회는 지질자원연이 국토교통부 연구개발 사업을 통해 개발한 해당 기술의 전국 보급을 앞두고 현장 운영 결과를 소개하기 위해 마련됐다. 시연회에는 전국 농민들을 비롯해 관계부처와 지자체 공무원, 지하수 관련 중소기업 등 산업체 관계자들이 참석했다. 참석자들은 대수층 순환식 수막재배 기술 모형전시와 현장 기술시연을 체험하고, 별도 제공된 기술지침서를 통해 농가 보급을 위한 절차, 비용 등에 대한 궁금증을 해결했다.

□ 수막재배는 겨울철 일몰 후 다중 비닐하우스 지붕사이에 지하수를 뿌려 수막을 만들어 낮 동안 데워진 하우스 내부 열 유출을 막는 시설재배농법이다. 지하수는 추운 겨울철에도 평균 수온이 15℃ 내외여서 수막재배에 필수적인 자연요소다. 하지만, 대규모 수막재배 단지는 지하수 사용량이 많아 1월경이 되면 물 부족으로 보일러 및 온풍기 가동이 늘어 난방비 부담이 크다. 신규 관정을 확보하고, 더 깊게 시추하는 식의 해결책은 지하수위 하강을 가속화시켜 인근 하천수 손실 등의 원인이 되고 있다.

□ 한국지질자원연구원 지하수연구실 김용철 박사 연구팀은 사용한 지하수와 빗물을 인공함양을 통해 땅 속에 주입, 저장해 재활용할 수 있는 ‘관정주입형 대수층 순환식 수막재배 시스템’을 개발해 2014년 충북 청주시 상당구 가덕면 상대리 시설농가에 하루 180톤 규모의 실증시설을 구축했다. 또한, 지난해에는 보다 간편하게 저비용으로 설치할 수 있는 ‘지표침투형’ 시스템을 추가적으로 개발해 현장 실증을 완료했다.

□ 김 박사 연구팀이 개발한 관정주입형 대수층 순환식 수막재배 시스템은 수막재배에 사용된 지하수와 수집한 빗물을 함께 지하로 환원하여, 지하수 수위를 일정하게 보존하고, 수막재배에 재활용할 수 있게 하는 기술이다. 특히, 지하에 존재하는 지열을 안정적인 열원으로 사용하여 주입된 물의 온도를 자연적인 지하수와 같은 15℃ 내외로 일정하게 유지할 수 있어, 겨울철 시설재배 난방비를 크게 절약할 수 있다.

○ 실증 시설은 수막재배에 사용한 지하수와 집수시설을 통해 수집된 빗물을 모래 여과장치와 코일여과장치를 통해 정화하고, 하우스 내에 설치된 지하열 교환관으로 가온한 후 지하로 주입해 저장했다가 다시 활용하는 방식으로 구현됐다.

○ 이 시스템에는 연구팀이 개발한 주입-양수 복합관이 적용돼 주입과 양수를 동시에 할 수 있다. 이 복합관을 적용하면 기존 농가가 사용하는 지하수 관정을 활용하기 때문에 추가 시추로 인한 비용이 들지 않는 장점이 있다. 관정 수위 센서에 의한 지하수위 모니터링과 자동 운전도 가능하다.

□ 이번에 연구팀이 새롭게 선보인 ‘지표침투형 대수층 순환식 수막재배 시스템’은 지층의 자정작용을 활용하여 자연적으로 지하수와 빗물을 재활용하는 기술이다. 초기설치 비용이 거의 들지 않고, 설치가 간단해 관정주입형 시스템을 설치할 여력이 없는 농가의 경우 지표침투형 시스템만으로도 충분한 지하수 재활용 효과를 볼 수 있다.

○ 이 기술은 비닐하우스 사이의 빈 공간에 물이 땅속으로 잘 침투되게 하는 침투 갤러리(침투로)를 설치해 물을 자연적으로 정화시켜 땅속에 다시 침투시키는 방식이다. 설치되는 침투로는 물이 잘 투과하지 못하는 상부 토양을 걷어내고, 여기에 투수성이 좋은 자갈과 모래를 채워 넣는 간단한 방식이어서 설치가 용이하고, 설치비용이 거의 들지 않는다.

○ 연구팀은 청주 현장에 설치된 지표침투형 시스템을 통해 강우량의 약 30%를 땅속으로 저장할 수 있었다. 이 기술을 전국의 시설하우스에 적용했을 때 전국적으로 연간 약 4천만 ㎥*의 빗물을 땅속으로 저장할 수 있을 것으로 추정된다.

* 전국 10,800ha의 시설하우스 면적에 1,274 mm의 우리나라 연평균 강수량을 적용

□ 김 박사 연구팀은 기술의 현장실증을 위해 적은 양의 빗물도 지표침투형 시스템을 통해 땅속으로 저장해왔으며, 지난 12월부터는 기존 관정주입형 대수층 순환식 수막재배를 가동 중에 있다. 이를 통해 예전 같으면 추운 날씨에 지하수 부족이 가장 심해지는 1월 하순이지만, 아직까지 인근 지하수 관정에 지하수 고갈이 보이지 않고 있다. 해당 시스템이 설치된 실증 비닐하우스 농가는 지하수 고갈 문제가 해결되어 갑작스럽게 새벽에 물이 나오지 않아 난방이 안 돼 입는 농작물 냉해 피해를 겪지 않게 됐다. 난방이 필요 없는 여름철에는 빗물을 정화해 땅속에 저장하는 용도로 활용이 가능하다.

□ 지역 농민들의 만족도도 높다. 기술이 보급된 농가의 농민은 “시스템 적용 후 물이 부족할 일이 없다”며, “가뭄이 심한 겨울철 물 걱정과 난방비 걱정을 덜게 됐다”고 시설에 대해 만족감을 표했다.

□ 지하수 보존과 농업용수 확보 효과 외에 하우스 농가 수익에도 긍정적 영향을 미칠 것으로 보인다. 비순환식 수막시설과의 비용편익을 비교한 결과, 대수층 순환식 수막시설로 딸기를 재배할 경우 비순환식에 비해서 경제성이 약 2.2배 높은 것으로 분석됐다. 초기비용이 들지만, 난방비를 대폭 절약할 수 있어 설치 후 약 2.8년 후에 시설 투자비를 회수할 수 있는 것으로 분석됐다.

□ 기술 개발을 주도한 한국지질자원연구원 김용철 박사는 “앞으로 기술 표준화, 설치 단가 절감 및 보급형 시설 개발을 통해 대수층 순환식 수막재배 시스템이 전국적으로 보급, 확산될 수 있도록 노력할 계획”이라고 말했다. 김 박사는 “벌써부터 지자체와 농가에서 문의가 많이 오는 만큼 앞으로 설치 사례가 많아지면 전국 보급은 농가 주도로 자연스럽게 이뤄질 것”이라며, 초기 보급단계에서는 국가와 지자체의 적극적인 보급 사업이 우선적으로 선행돼야 함을 강조했다.

□ 한국지질자원연구원 김규한 원장은 “가뭄 취약지역에 대한 일시적 지원이 아닌 안정정인 지하수 자원 활용을 가능하게 한 기술”이라며, “수막재배 시설농가들의 난방비를 줄여줄 뿐 아니라 지하수 보존에도 큰 역할을 할 것”이라고 말했다.