물 이용과 홍수 조절
물을 다루는 공학에는 두 가지 일이 함께 있어요.
- 물 이용: 강, 호수, 우물, 저수지에서 물을 가져와 농작물, 가축, 집, 공장에 쓰는 일이에요.
- 홍수 조절: 넘치는 물이 사람, 집, 농장에 피해를 주지 않게 막는 일이에요.
댐 뒤의 저수지는 두 가지를 모두 해요. 비가 많이 오는 철에는 남는 빗물을 저장해서 아래쪽 강물이 낮게 유지돼요. 건기에는 물을 내보내 농장에 줘요. 논과 연못도 같은 일을 해요. 빗물이 한꺼번에 흘러내리지 않고 땅 위에 머물도록 붙잡아 주기 때문이에요.
홍수는 물을 저장하거나(댐, 연못, 논), 강이 안전하게 넓게 퍼지게 하거나(범람원), 물이 빠져나갈 길을 만들어 주어(배수로, 둑) 조절해요.
관개와 배수
관개는 비가 주지 못하는 물을 농작물에 주는 일이에요. 흔한 방법은 다음과 같아요.
- 지표 관개(담수 또는 고랑): 물이 밭 전체나 이랑 사이로 흘러요. 간단하지만 물이 많이 낭비돼요.
- 스프링클러: 관에서 비처럼 물을 뿌려요.
- 점적(방울) 관개: 가는 관이 뿌리 곁에 물을 한 방울씩 줘요. 물을 가장 많이 아낄 수 있어요.
배수는 남는 물을 빼내는 일이에요. 배수가 필요한 이유는 다음과 같아요.
- 물이 너무 많으면 뿌리가 숨 쉴 공기가 없어요(침수 피해, 과습).
- 땅이 단단해야 트랙터와 수확기가 일할 수 있어요.
- 건조한 지역에서는 땅에 쌓인 소금을 씻어 낼 수 있어요.
지표 배수로는 열려 있는 도랑이에요. 지하(암거) 배수는 구멍 뚫린 관을 땅속에 묻어 흙 속의 물을 모아요. 좋은 농장은 관개와 배수를 함께 계획해요.
관개 시설
물은 여러 시설을 차례로 지나 흘러요. 3D 장면에서 왼쪽에서 오른쪽으로 따라가 보세요.
- 댐과 저수지: 강물을 저장해요.
- 보(취수 시설): 낮은 벽이나 수문으로, 강의 수위를 높여 물 일부를 수로로 보내요.
- 간선 수로와 지선 수로: 물을 땅 위로 나르고, 갈라질수록 작아져요.
- 관과 펌프: 중력만으로는 안 될 때 물을 끌어올리거나 밀어 줘요.
- 수문과 배수문: 물이 어디로 얼마나 갈지 조절하는 문이에요.
- 농업용 연못과 저수조: 논밭 가까이에 있는 작은 저장소예요.
- 배수로: 남는 물을 강으로 돌려보내요.
수로는 대부분 중력으로 물을 흘리기 때문에 완만하게 내리막으로 기울어 있어요. 이런 시설은 관리가 필요해요. 흙탕물 찌꺼기, 잡초, 갈라진 틈이 물의 흐름을 줄이므로 농부와 지역 모임이 해마다 청소하고 고쳐요.
농업용수의 다원적 기능
농사에 쓰는 물은 농작물 말고도 이로운 점이 많아요. 이를 다원적 기능이라고 해요.
- 홍수 완화: 둑이 높은 논은 빗물을 가두어 둬요.
- 지하수 채우기: 논물의 일부가 땅속으로 스며들어 우물을 다시 채워요.
- 시원하게 하기: 논과 식물에서 물이 증발하면 더운 날 주변 공기가 시원해져요.
- 서식지: 연못, 수로, 물이 찬 논은 개구리, 물고기, 곤충, 새의 집이 돼요.
- 경관과 문화: 푸른 계단식 논과 수로는 보기 좋은 곳이 되고 마을의 전통을 이어 줘요.
농사를 그만두거나 논을 포장해 버리면 이런 공짜 혜택도 함께 사라져요. 그래서 농지와 물길을 잘 가꾸어야 해요.
직접 해 보기: 물길 따라가기
가까이에 있는 수로, 연못, 도랑을 찾아가 보거나 지도나 사진을 살펴보세요. 물이 나오는 곳에서 논까지, 또 논에서 강까지 가는 길을 그려 보세요. 찾을 수 있는 수문, 펌프, 배수로를 표시해 보세요. 그리고 농부나 어르신께 여쭤보세요. 수문은 언제 열고 언제 닫나요?
핵심 공식과 정의
- Water volume (m³) = depth (m) × area (m²)
- 1 mm over 1 ha = 10 m³
- Canal flow Q (m³/s) = cross-section area (m²) × speed (m/s)
- Volume = flow × time
- Saving (%) = (old use − new use) ÷ old use × 100
- 핵심 용어: 관개, 배수, 저수지, 보, 수로, 수문, 침수(과습)
풀이 예제
1. 2헥타르 논에 물 60 mm가 필요해요. 몇 m³일까요? (1 ha = 10,000 m²)
면적 = 20,000 m². 깊이 = 0.06 m. 부피 = 20,000 × 0.06 = 1,200 m³.
2. 수로에 1초마다 물 0.5 m³가 흘러요. 한 시간 동안 얼마나 흐를까요?
한 시간 = 3,600 s. 부피 = 0.5 × 3,600 = 1,800 m³.
3. 너비 2 m인 수로에 물 깊이가 1 m이고 0.5 m/s로 흘러요. 유량 Q를 구하세요.
단면적 = 2 × 1 = 2 m². Q = 2 × 0.5 = 1 m³/s.
4. 100 ha의 논에 둑이 있어 빗물 10 cm를 더 가둘 수 있어요. 홍수 물을 얼마나 저장할까요? (1 ha = 10,000 m²)
면적 = 1,000,000 m². 깊이 = 0.1 m. 부피 = 100,000 m³.
5. 논에 남는 물이 80 mm 있어요. 배수로가 한 시간에 20 mm씩 빼내요. 모두 빼내는 데 얼마나 걸릴까요?
80 ÷ 20 = 4시간.
6. 한 작물에 담수 관개는 물 900 mm를 쓰고 점적 관개는 600 mm를 써요. 점적 관개는 물을 몇 퍼센트 아낄까요?
절약 = (900 − 600) ÷ 900 × 100 = 33.3%, 약 3분의 1이에요.
자주 하는 실수
- 배수는 비가 많은 곳에만 필요하다고 생각하는 것. 관개하는 밭도 침수와 염분 쌓임을 막으려면 배수가 필요한 경우가 많아요.
- 관개(물을 들임)와 배수(물을 내보냄)를 헷갈리는 것.
- 댐은 물을 주기만 한다고 믿는 것. 댐은 홍수 물도 저장해요.
- 1헥타르가 10,000 m²임을 잊어서 부피 답이 10배 작거나 크게 나오는 것.