KR20100080686A - 지중 관배수시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 논에 비가 올 때는 신속히 지표와 토양중의 과잉수를 관배수관을 통해 배제시켜 작물 습해를 방지하고, 가물어 논의 토양이 건조할 때는 지중의 관배수관을 통해 작물 뿌리 부근으로 용수를 공급함으로써 작물 스트레스를 방지하여 생산량을 증대시키도록 논에서 밭작물을 재배할 때 관배수관을 이용하여 배수와 관수를 동시에 할 수 있는 지중 관배수시스템에 관한 것으로, 논에 형성된 매설부에 매설되고 물의 출입이 가능하도록 홀이 형성된 하나 이상의 관배수관; 상기 관배수관의 일단에 연결되는 분배관; 상기 관배수관의 타단에 연결되는 집수관; 상기 분배관에 연결되어 물탱크와의 연결을 개폐하는 관수밸브; 상기 집수관에 연결되어 배수를 조절하는 배수밸브; 및 상기 논에 설치되는 수분센서로부터 얻은 데이터를 통해 상기 관수밸브와 상기 배수밸브의 개폐를 제어하는 제어부를 포함한다.

암거, 관수, 배수

Description

지중 관배수시스템{Subsurface water-supply and drainage system}

본 발명은 지중 관배수시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 논에 비가 올 때는 신속히 지표와 토양중의 과잉수를 관배수관을 통해 배제시켜 작물 습해를 방지하고, 가물어 논의 토양이 건조할 때는 지중의 관배수관을 통해 작물 뿌리 부근으로 용수를 공급함으로써 작물 스트레스를 방지하여 생산량을 증대시키도록 논에서 밭작물을 재배할 때 관배수관을 이용하여 배수와 관수를 동시에 할 수 있는 지중 관배수시스템에 관한 것이다.

최근 논에 콩, 옥수수, 수수, 인삼 등 밭작물 재배면적이 늘어나고 있으나 논에서 작물 재배할 때 배수가 되지 않아 작물이 습해를 입어 수량 감소 등의 문제점이 발생되고 있다. 특히, 비올 때 피해가 크므로 논에 고여 있는 물과 토양 중의 과잉수를 신속히 배출시켜야 작물 피해를 방지할 수 있다.

일반적으로 논은 배수성보다 보수성을 중시하기 때문에 밭에 비하여 배수 특히, 지하배수가 불량한 경우가 많으며, 작토층 밑 20~30㎝ 깊이에 투수성이 나쁜 단단한 경반층이 형성되어 있어 비가 많이 오는 장마철에는 물이 고일 우려가 있어 습해에 약한 작물은 재배에 특히 유의하여야 한다.

배수방법에는 지표배수와 지하배수가 있는데, 지표배수는 강우 후에 발생한 필지내의 과잉수를 지표의 경사를 이용하여 배수시키는 방법으로 지표배수를 촉진하는 방법에는 주로 경지면에 배수도랑을 설치하는 방법이다.

지하배수는 지표배수를 한 다음에 남는 지표의 잔류수와 토양 속의 중력수를 개거(open ditch)나 암거에 침출시켜 경지 밖으로 배제하는 방법으로 지하배수를 촉진하는 방법으로 주로 암거(subsurface drainage)가 이용된다.

암거는 토양수분을 조절하기 위하여 지중에 토관, PVC관, 자갈, 볏짚 등과 같은 재료를 묻어 지표배수만으로는 배제할 수 없는 지표잔류수와 땅속의 중력수를 신속하게 배출하고, 지하수위를 낮출 목적으로 설치되는 시설을 말한다.

종래의 암거는 토관 등을 깊이 1~1.5m에 1/300~1/600 정도의 기울기로 설치되고 있으나 이러한 암거방식은 관을 묻기 위한 땅 파기가 쉽지 않을 뿐더러, 암거의 배출구가 배수로의 바닥보다 깊이 들어가기 때문에 암거에서 배출된 물을 처리할 수 있도록 배수로를 더 깊이 파거나 별도의 배수펌프시설을 설치해야 하는 문제점이 있다.

또한, 작물생육에 적합한 환경을 조성하기 위하여 가물어 토양이 건조할 때는 관수를 하게 되는데, 관수방법에는 고랑관수, 호스관수, 점적관수, 분수관수, 살수관수, 미스트관수, 지중관수 등 여러 가지가 있다.

고랑관수는 농경지의 고랑에 물을 공급하는 방법이며, 호스관수는 호스를 이 용하여 물을 공급하는 것으로, 우리나라에서 주로 사용하는 방법이다. 또한, 점적관수는 튜브나 플라스틱 파이프에 작은 구멍을 뚫고 이 구멍에 연결된 가느다란 관의 선단 부분에 노즐이나 미세한 수분 배출구를 만들어 물이 방울져 소량씩 스며 나오도록 하여 관수하는 방법이다. 분수관수는 유공튜브에 물을 분출시켜 관수하고, 살수관수는 노즐을 이용하여 물을 뿌려 관수하며, 미스트관수는 미스트장치로 물을 미세한 세무로 만들어 관수하는 방법이다. 지중관수는 지중에 매설한 관수 파이프로 작물 뿌리에 물을 공급하는 방법이다.

위의 관수방법 중에서 지중관수를 제외한 관수방법들은 모두 지표에 물을 공급하는 방식으로 작물 뿌리 부근에 직접 물을 공급하지 않아 증발로 인한 수분의 소모가 많게 되어 농업용수의 사용량을 증가시키게 되는 단점이 있다.

상기의 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 목적은, 효율적인 물관리를 위해 강우시에는 지중 관배수관을 이용해 논 지표수 및 토양속의 과잉수를 신속히 배제시켜 작물 습해를 방지하고, 가물 때는 같은 지중 관배수관을 이용하여 역으로 작물 뿌리 부근에 물을 공급하는 지중 관배수시스템을 제공하는 데에 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 논에 형성된 매설부에 매설되고 물의 출입이 가능하도록 홀이 형성된 하나 이상의 관배수관; 상기 관배수관의 일단에 연결되는 분배관; 상기 관배수관의 타단에 연결되는 집수관; 상기 분배관에 연결되어 물탱크와의 연결을 개폐하는 관수밸브; 상기 집수관에 연결되어 배수를 조절하는 배수밸브; 상기 관수밸브와 상기 물탱크 사이에 배치되는 펌프; 및 상기 논에 설치되는 수분센서의 신호값을 통해 상기 관수밸브와 상기 배수밸브의 개폐 및 상기 펌프의 작동을 제어하는 제어부를 포함하는 지중 관배수 시스템이다.

상기 매설부는 소수재가 장입되는 심층부와 상기 심층부의 상측에 적층되는 작물재배용 흙으로 이루어지는 표층부를 포함하고, 상기 심층부와 상기 표층부 사이에는 상기 작물재배용 흙이 상기 심층부로의 침투를 방지하는 중간재가 개재되는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 관배수관은, 평평한 바닥부를 가지고 외주면에 복수의 배수홀의 형 성되며 상기 매설부의 길이방향으로 배치되는 배수부와, 상기 배수부에 수직되게 형성되고 외주면에 복수의 관수홀이 형성되는 관수부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 관수부는 상기 배수부의 길이방향을 따라 일정간격으로 배치되고, 상기 배수부는 상기 관수부 하단의 수나사부와 상기 배수부의 상부에 형성된 암나사부의 나사결합에 의해 착탈가능한 것을 특징으로 한다.

본 발명을 통하여, 강우시에는 논 지표수 및 토양속의 과잉수를 신속히 배제시켜 작물 습해를 방지하고, 지하수위를 낮춤으로써 작토층이 통기성과 투수성이 좋아져 작물의 뿌리에 활력을 줄뿐만 아니라 농기계 작업도 원활히 수행할 수 있다.

또한, 가물 때는 작물 뿌리 부근에 직접 물을 공급하여 증발로 인한 수분 소모를 적게 함으로써 농업용수의 사용량을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 지표에 관수할 때보다 잡초발생을 억제할 수 있는 장점이 있다.

이하, 본 발명을 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 하기의 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가 지도록 하며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 지중 관배수시스템의 개략도이다.

상기 지중 관배수시스템은 논에 형성된 매설부(2)에 매설되고 물의 출입이 가능하도록 홀이 형성된 하나 이상의 관배수관(24)과, 상기 관배수관(24)의 일단에 연결되는 분배관(20)과, 상기 관배수관(24)의 타단에 연결되는 집수관(22)과, 상기 분배관(22)에 연결되어 물탱크(10)와의 연결을 개폐하는 관수밸브(12)와, 상기 집수관(22)에 연결되어 배수를 조절하는 배수밸브(14)와, 상기 논에 설치되는 수분센서(18)로부터 얻은 데이터를 통해 상기 관수밸브(12)와 상기 배수밸브(14)의 개폐를 제어하는 제어부(16)를 포함한다.

상기 물탱크(10)와 상기 관수밸브(12) 사이에는 펌프(11)가 설치될 수 있다.

본 발명은 상기 매설부(2)를 깊게 파지 않고 얕게 파서 묻는 방식(이하, 천층(淺層) 수평식)으로 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

천층식 배수는 상기 관배수관(24)을 40~70㎝ 깊이로 얕게 묻는 방식으로 상기 매설부(2)의 길이가 짧을 경우, 일례로 약 40m 이내의 경우에는 기울기를 주지 않고, 길이가 약 40m 이상 되는 경우에는 상기 관배수관(24)이 설치되는 매설부(2)는 기울기가 1/300~1/600로 한다.

상기 관배수관(24)의 설치시 상기 매설부(2)의 배치방향을 정하여야 하는데, 물빠짐의 원활성 등을 고려하여 방향을 정해야 하며, 보통 장변방향으로 배치하는 것이 일반적이다.

상기 매설부(2)는 소수재가 들어가는 심층부(4)와 상기 심층부(4)의 상측에 적층되는 작물재배용 흙으로 이루어지는 표층부(3)를 포함한다.

상기 소수재(疏水材)로는 자갈, 왕겨, 코팅왕겨 등을 사용할 수 있으며, 상기 심층부(4)와 상기 표층부(3) 사이에는 상기 작물재배용 흙이 상기 심층부(4)로의 침투를 방지하는 중간재(5)가 들어가는데 중간재의 체눈 크기는 1~2㎜의 촘촘하고 질긴 그물망을 2~3겹 겹친 상태로 들어가게 된다.

상기 매설부(2) 사이의 간격은 상기 관배수관(24)을 설치할 지역의 토성, 지형, 기상, 작물 등을 고려하여 결정하지만, 대략 5m를 기준으로 하여 점토 성분이 많고 배수가 아주 불량한 곳에는 이 보다 좁게 할 수 있으며, 점토 성분이 보통이면서 배수가 약간 불량한 곳에는 좀 더 간격을 넓혀 주어도 된다.

상기 매설부(2)에 상기 관배수관(24)을 시공하는 과정은, 먼저 일정 간격으로 줄을 긋고 트렌처, 굴삭기 등을 이용하여 50~70㎝ 깊이로 땅을 파내서 상기 매설부(2)가 형성될 홈을 낸 다음에, 상기 관배수관(24)을 상기 홈의 바닥에 깔아 놓은 후 소수재를 20~30㎝의 두께로 덮어서 심층부(4)를 형성한 뒤, 상기 중간재(5)를 상기 심층부(4) 위에 덮고, 작물재배용 흙으로 되메우기를 하여 상기 표층부(3)를 형성한다.

상기 관배수관(24)은 외주면에 복수의 배수홀(28)의 형성되고 상기 매설부의 길이방향으로 배치되는 배수부(26)와, 상기 배수부(26)에 수직되게 형성되고 외주면에 복수의 관수홀(36)이 형성되는 관수부(34)를 포함한다.

상기 관배수관(24)은 설치시 넘어지지 않고, 상기 관수부(34)의 돌출구조에 도 불구하고 안정적으로 설치되도록 하기 위해 평평한 바닥부(30)를 가진다. 또한, 평평한 바닥부는 상기 매설부(2)에 고인 물을 잘 배출되도록 하는 역할도 한다.

상기 배수부(26)의 외표면은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 요철이 형성될 수 있으며, 상기 배수홀(28)은 상기 요철 중 요부에 배치되는 것이 흙 등의 유입을 막을 수 있어서 바람직하다.

또, 상기 배수홀(28)의 크기는 소수재의 크기 2~5㎜ 보다 작은 1㎜ 내외로 하여 상기 배수홀(28)을 통해 물만이 유통할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

상기 관수홀(36)은 1㎜ 내외로 흙이 유입되지 않을 크기인 것이 바람직하고, 물공급을 원활하게 하기 위해 상기 관수부(34)의 원주방향 및 길이방향을 따라 복수개가 배치되는 것이 바람직하다.

상기 관수부(34)는 상기 배수부(26)의 길이방향을 따라 일정간격으로 배치되며, 대략 연직방향으로 설치된다.

상기 관수부(34)와 상기 배수부(26)는 상기 관수부(34) 하단의 수나사부(38)와 상기 배수부(26)의 상부에 형성된 암나사부(32)의 나사결합에 의해 결합된다.

따라서, 상기 관수부(34)와 상기 배수부(26)는 착탈가능하다. 그러므로, 설치시에만 상기 관수부(34)와 상기 배수부(26)를 결합하기 때문에 상기 관수부(34) 및 상기 배수부(26)의 생산, 이동, 및 적재가 용이하다.

상기 관배수관(24)의 일단에는 분배관(20)이 배치되고 타단에는 집수관(22)이 배치된다.

상기 분배관(20)과 상기 집수관(22)은 복수로 구성될 수 있으며, 상기 분배 관(20)은 물탱크(10)에 관수밸브(12)를 통해 관수관(13)과 연결되고, 상기 집수관(22)은 배수밸브(14)를 통해 배수관(15)과 연결된다.

상기 물탱크(10)와 상기 관수밸브(12) 사이에는 물의 공급시 압력을 부가하기 위한 펌프(11)가 더 설치될 수 있으며, 상기 펌프(11)는 상기 제어부(16)와 연결된다. 상기 펌프(11)는 상기 물탱크(10) 내부에 수중펌프를 설치하는 것도 가능하다.

상기 분배관(20)과 상기 집수관(22)은 관직경 70~80㎜의 PVC 관을 사용할 수 있다. 또, 상기 분배관(20)보다 상기 집수관(22)을 깊에 매설하여 상기 관배수관(24)이 상기 집수관(22)을 향해 경사져서 중력에 의해 배수가 이루어지도록 한다.

본 발명에 따른 지중 관배수시스템은 기본적으로 상술한 바와 같이 구성된다. 이하, 상기 지중 관배수시스템의 작동방법에 대해 설명한다.

먼저, 우기와 같이 배수가 필요한 경우에는 상기 관수밸브(12)를 폐쇄하고, 상기 배수밸브(14)를 개방한다.

토양의 지표수의 물과 토양 내부의 물은 상기 매설부(2) 모여들며, 통상 지표수의 물은 상기 표층부(3)로부터 상기 심층부(4)를 지나 상기 관배수관(24)의 배수부(26)의 배수홀(28)을 통해 상기 배수부(26)의 내부로 유입되고, 상기 배수부(26)의 경사에 의해 상기 집수관(22)을 향해 이동된다.

그리고, 상기 집수관(22)으로 모인 물은 상기 배수관(15)과 상기 배수밸브(14)를 통하여 외부로 배출된다.

다음으로, 건기와 같이 관수가 필요한 경우에는, 상기 관수밸브(12)를 개방하고, 상기 배수밸브(14)를 폐쇄한다.

따라서, 상기 물탱크(10) 내부의 물이 수중펌프(11)에 의해 펌핑되어 상기 관수밸브(12)를 통하여 상기 분배관(20)을 지나 상기 관배수관(24)에 공급된다.

이러한 물의 공급이 계속되면, 상기 집수관(22)까지 물이 충만하게 되고, 물의 압이 충분하다면, 상기 관배수관(24) 내부를 유통하는 물은 상기 관수부(34)로 상승하게 되고, 상기 관수홀(36)을 통해 상기 표층부(3)에 물을 공급하게 된다.

물론, 상기 배수부(26)의 배수홀(28)을 통해서도 물이 상기 심층부(4)에 공급된다.

따라서, 상기 작물재배용 흙이 충전된 상기 표층부(3)에서 모세관작용에 의해 물이 확산되면서 농작물의 뿌리에 전달된다.

이러한, 상기 관수밸브(12)와 상기 배수밸브(14)의 동작은 상기 논(1)에 설치된 수분센서(18)의 신호값에 대하여 상기 제어부(16)가 기준값과 비교하여 토양수분이 부족할 경우에는 상기 관수밸브(12)를 개방하고 상기 배수밸브(14)를 폐쇄한 다음, 상기 물탱크(10) 내부의 상기 수중펌프(11)를 작동시켜 물을 관배수관(24) 내부로 물을 공급시키게 되며, 토양수분이 많아 작물이 습해를 받을 우려가 있을 경우에는 상기 관수밸브(12)를 폐쇄하고, 상기 배수밸브(14)를 개방한다.

상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 지중 관배수시스템의 개략도이다.

도 2는 도 1의 지중 관배수시스템의 일체형 관배수관의 사시도이다.

도 3은 도 1의 지중 관배수시스템의 일체형 관배수관의 분해 정면도이다.

도 4는 도 1의 지중 관배수시스템의 일체형 관배수관의 매설된 상태의 단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1: 논 2: 매설부

3: 표층부 4: 심층부

5: 중간재 10: 물탱크

11: 펌프 12: 관수밸브

14: 배수밸브 16: 제어부

18: 수분센서 20: 분배관

22: 집수관 24: 관배수관

26: 배수부 28: 배수홀

30: 바닥부 32: 암나사부

34: 관수부 36: 관수홀

38: 수나사부

Claims (4)

1. 논에 형성된 매설부에 매설되고 물의 출입이 가능하도록 홀이 형성된 하나 이상의 관배수관;

   상기 관배수관의 일단에 연결되는 분배관;

   상기 관배수관의 타단에 연결되는 집수관;

   상기 분배관에 연결되어 물탱크와의 연결을 개폐하는 관수밸브;

   상기 집수관에 연결되어 배수를 조절하는 배수밸브;

   상기 관수밸브와 상기 물탱크 사이에 배치되는 펌프; 및

   상기 논에 설치되는 수분센서의 신호값을 통해 상기 관수밸브와 상기 배수밸브의 개폐 및 상기 펌프의 작동을 제어하는 제어부를 포함하는 지중 관배수 시스템.
2. 제1항에 있어서,

   상기 매설부는 소수재가 장입되는 심층부와 상기 심층부의 상측에 적층되는 작물재배용 흙으로 이루어지는 표층부를 포함하고, 상기 심층부와 상기 표층부 사이에는 상기 작물재배용 흙이 상기 심층부로의 침투를 방지하는 중간재가 개재되는 것을 특징으로 하는 지중 관배수 시스템.
3. 제1항에 있어서,

   상기 관배수관은, 평평한 바닥부를 가지고 외주면에 복수의 배수홀의 형성되며 상기 매설부의 길이방향으로 배치되는 배수부와, 상기 배수부에 수직되게 형성되고 외주면에 복수의 관수홀이 형성되는 관수부를 포함하는 것을 특징으로 하는 지중 관배수 시스템.
4. 제3항에 있어서,

   상기 관수부는 상기 배수부의 길이방향을 따라 일정간격으로 배치되고, 상기 배수부는 상기 관수부 하단의 수나사부와 상기 배수부의 상부에 형성된 암나사부의 나사결합에 의해 착탈가능한 것을 특징으로 하는 지중 관배수 시스템.

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