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1 발간등록번호 산림과학특정과제최종보고서 산불피해저감을위한진화기술개발 Development of Suppression Technique for Forest Fire Damage Reduction 국립산림과학원 ( 인제대학교, 경일대학교 ) 산림청

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3 제출문 산림청장 귀하 본보고서를 산불피해저감을위한진화기술개발 과제의최종보고서로제출합니다. 제출일시 : 2010 년 6 월 일 과제수행참여연구원 과제명 연구책임자 연구수행참여자 소속기관성명소속기관성명 ㅇ지표화에서수관화전이국립산림과학원 이명보 국립산림과학원 김동현 메커니즘구명 국립산림과학원 이병두 국립산림과학원 원명수 호서대학교 김응식 호서대학교 김장환 ㅇ산불현장대응및운영관리시스템개발ㅇ지상진화대 Mobile GIS 개발 인제대학교 김광일 인제대학교 최용선 인제대학교 남기훈 경일대학교 조명희 경일대학교 조윤원 ( 주 ) 지오씨앤아이 신동호

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5 요약문 Ⅰ. 제목 산불피해저감을위한진화기술개발 Ⅱ. 연구개발의목적및필요성 산불로부터산림과인명피해를최소화하기위해서는산불특성에대한이해를바탕으로효과적이고현실적인진화전략의수립과진화차량, 진화헬기, 진화인력등진화자원의효율적인운용이요구됨 대형산불의주요기작인수관화의발생과확산에대한기초연구가전무한형편임. 따라서수관화의전단계인지표화확산특성에대한이해를바탕으로수관화로의전이과정이구명된다면, 산불에대한예측력을높일수있어, 보다효과적이고현실적인진화전략의수립과진화자원의효율적인운용이가능함 산불발생시산불현장본부의신속한대응및의사결정과산불진화에참여하는여러기관들의유기적인협조체제를구축하기위해서는상황별산불진화현장대응을체계화시켜평상시교육및훈련에적용해야하나, 아직이러한체계가구축되지않음 산불진화시에참여하는진화대원은안전사고의우려가있으나, 이러한안전사고에대응할수있는체계가마련되지않음. 아울러산불진화에참여하는다수의유관기관의기능과역할이명확하게명시되지않아, 산불현장에서혼선이야기될수있음. 따라서산불진화대원들과유관기관의안전한대응활동과지휘자가보다객관적인진화활동을지휘할수있도록산불진화대원위기대응체계및유관기관별산불대응체계가필요함 산불진화시발생할수있는진화대원의안전사고를예방하고사고발생시즉각적인대응을하기위해서현장본부에서는산불진화에투입된진화대원의위치와산불상황을실시간으로파악할수있는기술이확보되어야함 이처럼현장상황파악, 진화자원관리등산불을효율적으로진화하기위해서는지리정보시스템 (GIS) 과위치파악시스템 (GPS) 의공간정보기술과유비쿼터스기반의센서네트워크, CDMA무선통신기술등 IT 기술을활용한기술개발이필요함

6 Ⅲ. 연구개발내용및범위 지표화에서수관화로의전이메커니즘구명 - 지표화 수관화전이환경분석 - 임상별수관화발전위험특성분석 - 수관화전이모델개발 산불현장대응및운영관리시스템개발 - 산불진화현장대응체계화 - 유관기관별산불대응체계및산불진화대원위기대응체계개발 - 산불진화대응관리프로그램개발 지상진화대 Mobile GIS 관리시스템개발 - Mobile GIS 시범지구축 - 센서네트워크 (USN) 기반진화대원위치파악시스템개발 - 산불진화대응관리프로그램개발 Ⅳ. 연구개발결과산불로부터의피해를저감하기위해우선대형산불의주요한확산기작인수관화를이해하기위해지표화에서수관화로의전이메커니즘을구명하였다. 두번째로산불발생시산불현장본부의신속한대응, 유관기관들의유기적인협조체제구축, 진화대원의안전을확보할수있도록산불현장대응및운영관리시스템을개발하였다. 마지막으로산불에참여하는진화대원의안전을담보하고현장과상황실간빠르고정확한정보공유를위해지상진화대 Mobile GIS 관리시스템을개발하였다. 1. 지표화에서수관화로의전이메커니즘구명 가. 지표화에서수관화전이산불환경특성분석 1) 산불발생및확산특성 : 101개의산불중 57%(57건 ) 가남, 남서사면에서발생하여북향계열 ( 북, 북동, 북서 ) 사면에서발생한 21%(20건 ) 에비해약 2.7배많았음. 이때서풍계열의바람 (65건, 66%) 이불어, 산불은사면방향과풍향의영향을받아주로북동방향 (25건, 25%), 남동쪽 (22건, 22%), 동쪽 (21건, 21%) 으로확산 2) 수관화발생특성및유형 : 발화지점으로부터수관화전이까지소요되는평균거리는 100±29m이었으며, 사면장의 4부능선이하의산

7 복부에서 66% 가수관화로확산됨. 수고 (2-5m) 가낮고, 본수가많은경우 (45,000본이상 ) 에는 2부능선이하의산록부에서도수관화가발생. 따라서수관화를소경목 고밀도형, 능선형, 계곡형 3가지로구분 3) 지형별수관화발생특성 : 산지수로, 능선, 산복사면에서높고, 얕은계곡, 산록사면, 평탄구릉, 깊은계곡은중간, 곡저구릉, 평탄곡지, 평지등은낮음 나. 소나무수관층연료특성, 수관화피해지연소량및발열량추정 1) 수관화발생지를대상으로지표층, 관목층, 수관층으로구분하여연소량을추정한결과, 지표층미피해지평균 11.9ton/ha의연료량중, 지표화지역 7.3ton/ha(56.3%), 수관화지역 10.3ton/ha(89.7%) 이연소 2) 관목층은미피해지의평균 9.9ton/ha에비해수관화지는 3.5ton/ha 남아있어평균 6.4ton/ha가연소 ( 관목층을구성하는수종의연료량을추정하기위해진달래, 신갈, 노간주, 소나무, 생강, 국수 6개수종을대상으로상대생장식을개발 ) 3) 수관층연소량을파악하기위해미피해지소나무를대상으로수간, 잎, 가지 (0.5cm이하, 0.5-1, 1-2, 2-4, 4cm이상 ) 별로연료량추정식을개발 4) 소나무수관층연료특성 : 생엽의함수율 56.4%, 부위별연료량비율은수간 70%, 잎 7.8%, 가지 22.2%, 수관화연소시주로연소되는 1cm 이하잔가지와잎은비율은 16.2%, 수관연료밀도는평균 0.24kg/ m3 5) 수관화피해지소나무연소량 : 잎은전체가연소되었으며, 0.5cm 이하가지는 50.8%, 0.5-1cm 가지는 46.8%, 1-2cm 굵기의가지는 10.5% 가연소되어전체수관층의 30.49% 가연소, 조사대상지의 1ha 당수관연료연소량은 12,793kg로분석 6) 수관화피해지층위별발열량 : 지표층 : 10,290kg/ha가연소되어 318,990Mcal/ha, 관목층 : 6,410kg/ha가연소되어 76,920Mcal/ha, 수관층 : 12,793kg/ha가연소되어 2,379,498Mcal/ha가발열, ha당총발열량은 2,775,408Mcal

8 다. 지형, 풍속, 함수율, 연료별화염특성분석 1) 지표층연료의함수량증가에따른최대화염높이는감소하나, 화염지속시간은증가. 35% 이상에서는거의발화하지않았으며, 발화하더라도수초안에꺼져임계연소함수율은약 35% 정도로추정 2) 지표면에서수직으로 1.5m지점에서는연료의함수율이 10% 인경우, 침엽수종에서최대화염온도는 84 로, 활엽수는 70 이고, 함수율 30% 일경우침엽수의최대화염온도는 51 로, 활엽수는 30 로연소수초후에소염 3) 풍속이없는경우경사도에따른확산속도가 에서침엽수와활엽수의확산속도는약 2배차이나며, 풍속이존재할경우침엽수의확산속도가활엽수에비해빠름 4) 거리에따른복사열량및점화시간에대한관계를실험식으로도출한결과, 거리가증가할수록복사열량은지수식형태로감소하나, 점화시간은지수식형태로증가 5) 열원에서 50cm 떨어졌을때즉지하고가 50cm라고가정하였을때복사열량이약 9kw/ m2이상에서수관에점화가일어났으며, 이이하의복사열량에서는점화가일어나지않는것으로관찰되어 9kw/ m2이임계점화복사열량으로추정, 침엽수종의 TGA 값을분석한결과약 250~330 사이에서수관에점화 라. 하층연료특성및연료하중모형개발 1) Landsat TM 영상을 C-Correction 지형보정후 Hybrid 분류기법을이용하여침 활 혼지역을구분하고, 분류결과와임목생장과관련되는토양건습도자료를결합하여 5개연료형으로구분 : C1( 소나무 -적윤), C2( 소나무-약건 ), C3( 소나무-건조 ) 3개형, 활엽수림 (D), 혼효림 (M) 각 1개형 2) 연료형별추정식을이용하여소나무림의바이오매스를추정한결과 C1 type에서는 59.3±33.2 ton/ha으로나타났으며, C2 type은 16.7±10.2 ton/ha, C3 type은 34.4±10.8 ton/ha로분석되었음 3) 소나무수관층부위별상대생장식을이용하여의성군소나무림을대상으로수관층부위별연료량지도작성

9 마. 지표화에서수관화전이 확산알고리즘개발 1) 알고리즘상에서의수관화종류구분 : 수동수관화, 능동수관화, 독립수관화 2) 수관화전이알고리즘 : 기상, 지형, 연료인자를반영하여지표화의확산속도를계산하고, 이수치를이용하여지표화화선강도를계산 지표층에서수관층연료까지의거리 (CBH) 와생엽수관함유량, 단위면적당열방출량 (HPA) 을이용하여전이강도와전이속도계산 지표화화선강도가전이강도보다크고, 지표화확산속도가전이속도보다빠르면수관화로전이 3) 수관화확산알고리즘 : 수관화로전이가된상태에서생엽수분함유량 (FMC) 과지표화확산속도를이용하여능동수관화확산속도계산 수관연료밀도 (CBD) 를이용하여능동수관화확산기준계산 확산기준보다능동수관화확산속도가빠르면수관화로확산 2. 산불현장대응및운영관리프로그램개발가. 산불진화현장대응체계화 : 대비단계 ( 조직과관리, 유형별진화계획수립 ), 대응단계 ( 상황파악및등급선정, 현장진화활동, 상황종료 ), Feedback 단계 ( 산불원인조사 ) 로구성하여매뉴얼개발 나. 유관기관별산불대응체계개발 : 산불규모별 ( 소형, 중형, 대형, 초대형 ) 로각유관기관의능력과업무에따라예방및민간자원봉사단체로구분하여유관기관의역할및범위를설정하여, 정의된유관기관의역할및범위에따라유관기관산불대응매뉴얼을개발 다. 산불진화대원위기대응체계개발 : 진화조직및관리, 산불진화및보호장비조작및활용, 상황별행동요령, 산불진화대원의사고대책으로구분하여매뉴얼작성 라. 산불진화대응관리프로그램개발 : 산불현장대응매뉴얼, 유관기관대응체계매뉴얼, 산불진화대원위기대응매뉴얼을상황별흐름, 각담당자의역할과임무에따라상황에대처할수있는산불진화대응관리프로그램을비즈니스프로세스모델 (BPM: Business Process Management) 기반으로개발

10 3. 지상진화대 Mobile GIS 관리시스템개발가. 지상진화대 Mobile GIS 시범지구축 : 경북안동, 칠곡, 봉화, 울진 4개지역에대해 GIS DB 구축, IRS( 해상도 5m) 위성영상구축, 대상지역 UMPC기반현장운영프로그램 GUI 설계및서버, 상황실, 현장진화대원용 Mobile GIS 운영프로그램개발 나. USN 기반 Mobile GIS 시스템구축 : 진화대원위치를시스템에표출하기위해 USN에탑재된 GPS 수신기의위치정보를시스템상의위치좌표계로변환하여시스템에표출 Ⅴ. 연구결과활용에대한건의 1. 지표화에서수관화로의전이메커니즘구명가. 본연구를통해우리나라산불의일반적인발생 ( 남사면에서주로발생 ) 과확산특성 ( 서풍의영향을받아북, 북서, 동쪽으로확산 ) 이구명되고, 일반적인수관화발생지 ( 발화지점으로부터 100±29m, 약 4부능선 ) 가파악되었으므로산불진화와주민대피전략에활용할것을건의함 나. 지형상으로는산지수로, 능선, 산복사면에서, 임상으로는수고가낮은소나무이면서본수가많은곳에서수관화발생이쉬우므로산불에강한숲가꾸기및시설보호우선순위선정에이용 다. 대구팔공산수관화피해지소나무림에서는 ha당약 29.5ton의연료가연소되어, IPCC 기준에의해산출시약 54ton이배출된다는기초자료를수집하였으므로, 관련연구를활성화하여산불탄소산정모델을개발할것을건의함 2. 산불현장대응및운영관리프로그램개발가. 산불현장에서활용할수있는기본적인체계인산불현장대응매뉴얼과유관기관대응매뉴얼을기반으로각지자체별로산불진화체계를구축하여활용하고이를지속적으로발전시킬것을건의함

11 나. 개발된산불현장대응및운영시스템을현장적용하기위해프로그램운영자를교육하고각지자체별특성에따라시스템을구축하여 ( 유기적인시스템재구축이가능 ) 현장대응에활용할것을건의 3. 지상진화대 Mobile GIS 관리시스템개발가. 산불발생시발화지점의정확한파악과신속한정보전달등초기진화대응이필수적이므로산불진화시본연구에서개발된지상진화대 Mobile GIS 시스템을활용할것을건의함 나. 또한본연구에서구축된 IRS위성영상은해상도 5m급의중 저해상도여서산불지역에대한정확한지형을파악하는데한계가있으므로 1m급국가위성인아리랑2호 (KOMPSAT-2) 의적극적인활용을건의함

12 SUMMARY Ⅰ. Title of the Research Development of Suppression Technique for Forest Fire Damage Reduction Ⅱ Objectives and Significance of the Research An effective and practical extinguishing strategy combined with efficient management of resources such as fire-fighting trucks and helicopters and fire-fighters is required to keep forest fire damage and casualties to minimum. Basic research on the outbreak and spread of crown fire, which is a major cause of huge forest fire, is almost negligible. It will be much easier to predict forest fire if process in which surface fire changes into crown fire is clarified based on knowledge on spread characteristics of surface fire that precedes crown fire. Such will facilitate a more effective and practical extinguishing strategy and a more efficient resource management. Organizations involved in rapid response, decision-making by command office at site and fire-fighting duties can collaborate better only when there is a clear set of response actions for different circumstances. Unfortunately, there is no regular education or training courses dedicated to teaching well-structured response actions and skills at the site. There is no safety accident response system despite risks of safety accident by fire-fighters on duty. In addition, R&R (Roles & Responsibilities) of the many organizations involved in extinguishing forest fire is not clearly specified, which could cause confusion at site. Hence, a crisis response system for fire-fighters and collaborative response actions among related organizations are necessary to ensure safe response activities by all parties concerned and more realistic commands by commanders-in-chief. A technology capable of tracking where fire-fighters in line of duty

13 are and learning fire situation on a real-time basis help prevent potential accidents by fire-fighters on duty and command office at site to make an immediate response upon accident. GIS, GPS, ubiquitous-based sensor network, CDMA wireless communication technologies and other IT-based tools need further advances for a more effective control of forest fire including resource management and accurate knowledge on the latest situation at site. Ⅲ. Contents and Scope of the Research Study mechanism behind surface fire's change into crown fire - Analyze environment under which surface fire crown fire spread - Analyze risk characteristics conducive to crown fire based on observation - Develop model triggering surface fire's change into crown fire Make proper response at forest fire site and develop control system - Organize a set of response actions undertaken when extinguishing forest fire - Identify forest fire response structure in each related organization and develop crisis response system for fire-fighters. - Develop response/control programs for extinguishing forest fire Develop mobile GIS control system for surface fire-fighting squad - Establish pilot zone for mobile GIS - Develop a USN-based system to track fire-fighters' location - Develop response/control programs for extinguishing forest fire Ⅳ. Major Results of the Research The R&D came away with three breakthroughs. First, the research identified the mechanism in which surface fire changes into crown fire, in order to have a better grasp of crown fire that is the major cause

14 behind huge forest fire and eventually curtail damage inflicted by forest fire. Second, it developed a proper response/control system at a forest fire site to ensure rapid response by a command office at site during fire outbreak, solid collaboration among related organizations and safety of fire-fighters in the line of duty. Lastly, it developed mobile GIS control system for surface fire-fighting squads to protect them from potential fire accidents and immediately share accurate information between a situation room and the site. 1. Transition mechanism from surface fire to crown fire A. Analysis of forest fire's environmental characteristics conducive to change from surface fire into crown fire 1) Forest fire outbreak and spread characteristics : 57% out 101 forest fires (57 fires) broke out from south and southwest slopes, which is approximately 2.7 times greater than 21% (20 fires) from the northern slope exposure (north, northeast, northwest). 66% (65 fires) accompanied west wind, which caused forest fires influenced by wind and bevel direction to spread towards northeast (25 fires, 25%), southeast (22 fires, 22%) and east (21 fires, 21%). 2) Characteristics triggering crown fire and its types : Average distance from ignition point to crown fire spread is 100±29m and surface fire spread into crown fire at 66% of hillside below the 4th ridge in the slope. It even spread in the foot below the second ridge in mountains with many short trees (more than 45,000 trees in 2~5m). Accordingly, crown fire can be categorized into the small diameter logs high density type, ridge type and valley type. 3) Crown fire outbreak characteristics by terrain: high likelihood in ridge, hillside, Headwaters; medium likelihood in shallow valley, sloppy foot of a mountain, even hill and deep valley; low likelihood in flatland, ridge valley, flat valley and flatland.

15 B. Fuel characteristics of P. densiflora crown layer and estimated combustion amount in area damaged by crown fire and heat generation 1) Out of 11.9 ton/ha in average combustion amount in the ground layer not damaged by fire, 7.3 ton/ha (56.3%) in the area damaged by surface fire and 10.3ton/ha(89.7%) in the area damaged by crown fire was burned, respectively, based on estimating the amount burned in ground layer, crown layer and shrub layer, all three of which were exposed to crown fire. 2) Compared to 9.9 ton/ha burned in average in area unaffected by crown fire, 6.4 ton/ha in average was burned in the shrub layer with 3.5 ton/ha still remaining (designed relative growth equation for azalea, P. densiflora, juniper tree, ginger, cockscomb and Mongolian oak to estimate combustion amount of tree species composing shrub layer). 3) An equation to estimate combustion amount in trunk, leaf, branch (shorter than 0.5cm, 0.5-1, 1-2, 2-4, taller than 4cm) of P. densiflora in an area unaffected by crown fire was designed to figure out the amount of combustion in crown layer. 4) Fuel characteristics of P. densiflora in crown layer : moisture content of green leaves is 56.4% and fuel amount ratio is 70% in trunks, 7.8% in leaves and 22.2% in branches. Ratio of small branches shorter than 1cm and leaves, which are burned the most, during crown fire combustion is 16.2% and fuel density is 0.24kg/ m3 in average. 5) Combustion amount of P. densiflora sitting in an area damaged by crown fire : leaves were fully burned while 50.8%, 46.8% and 10.5% of branches thicker than 0.5cm, 0.5 ~ 1cm thick and 1 ~ 2cm thick, respectively, were burned. Subsequently, 30.49% of the entire crown layer was burned and crown fuel's amount of combustion per hectare of area subject to survey is 12,793kg. 6) Heat generation by layer in area damaged by crown fire : ground layer : 318,990Mcal/ha burning 10,290kg/ha, shrub layer :

16 76,920Mcal/ha burning 6,410kg/ha, crown layer : 2,379,498Mcal/ha burning 12,793kg/ha totaling 2,775,408Mcal in heat generation per hectare. C. Flame characteristics analysis by terrain, wind velocity, moisture content and fuel 1) Higher moisture content of fuels in ground layer shortens maximum flame height but lengthens duration of fire. Ignition was hardly there at over 35% and blew out in just a few seconds even when flame ignited. Critical combustion moisture content, therefore, is estimated to be roughly 35%. 2) Maximum flame temperature of Coniferous trees and broad-leaved trees was 84 and 70, respectively, assuming 10% of fuel moisture content at 1.5m in vertical altitude from the ground. At 30% in fuel moisture content, maximum flame temperature of Coniferous trees and broad-leaved trees was 51 and 30, respectively, only to flame out after just a few seconds. 3) Speed of flame spread in broad-leaved trees at no wind velocity conditions with slope was almost double that in Coniferous trees. Speed of flame spread, however, was faster in Coniferous trees than in broad-leaved trees when there was wind velocity. 4) An empirical equation on the relation between the amount of radiation heat and ignition time by distance found that amount of radiation heat in the form of index equation dropped at longer distance while ignition time in the form of equation index lengthened. 5) Crown ignited at radiation heat exceeding 9kw/ m2 when assuming it was off the heat source by 50cm in distance or otherwise 50cm in crown height. Since no ignition was observed at less radiation heat, radiation heat triggering critical ignition is estimated to be 9kw/ m2 and crown is ignited in between 250 and 330 according to TGA value analysis in Coniferous trees.

17 D. Characteristics of surface layer fuel and fuel load model development 1) Coniferous broad-leaved mixed forest zones were classified using hybrid classification method after making C-correction of terrains in landsat TM video. The classification data and data on soil humidity affecting tree growth were combined to come away with five fuel types : three types of C1 (P. densiflora - slightly wet), C2 (P. densiflora - slightly dry), C3(P. densiflora - dry) and one type of broad-leaved forest (D) and mixed forest (M), each. 2) Biomass of P. densiflora calculated with estimation equation per fuel type is 59.3±33.2 ton/ha in C1 type, 16.7±10.2 ton/ha in C2 type and 34.4±10.8 ton/ha in C3 type. 3) A map indicating fuel amount in each part of crown layer of P. densiflora forest in Euisung County was put forth using relative growth equation for each part of P. densiflora crown layer. E. Development of change spread algorithm from surface fire to crown fire 1) Types of crown fire classified in the algorithm : passive crown fire, active crown fire, independent crown fire 2) Crown fire change algorithm : calculate surface fire's speed of spread by reflecting terrain, weather and fuel factors with which to measure surface fire's fire line density calculate intensity and speed of change by referring to distance from ground layer to fuel in crown layer (CBH), green leaves' moisture content and amount of heat emitted per unit area (HPA) surface fire changes into crown fire when fire line intensity of surface fire is greater than change intensity and speed of surface fire spread is faster than change speed. 3) Crown fire spread algorithm : calculate active crown fire's speed of spread by referring to FMC and surface fire's speed of spread during when surface fire has already changed to crown fire

18 calculate basis for determining whether active crown fire is spreading or not by referring to CBD surface fire spreads into crown fire when speed of active crown fire spread is faster than the basis for determining spread of crown fire 2. Development of response and operational control program at a forest fire site A. Organize site response actions by stage Make a manual and split into preparatory stage (organize, manage, set extinguishing plan by type), response stage (analyze the situation, set grade, launch fire-fighting activities, wrap up), feedback stage (investigate cause of forest fire) for manual B. Develop forest fire response system by each related organization Determine role and scope of related organizations by classifying them as either preventive forces or private volunteering parties based on their work scope and capabilities to deal with forest fire by its magnitude (small, medium, large, very large). Each related organization should develop forest fire response manual based on such pre-defined role and scope focusing on fire prevention and mobilizing private volunteering parties C. Develop crisis response system for fire-fighters Develop a manual covering fire-fighting organization and management, forest fire extinguishing, use of protective gears, action plan by situation and response to safety accident by a fire-fighter. D. Develop response/management program for extinguishing forest fire Develop BPM-based (Business Process Management) response/ management program for extinguishing forest fire. Fire responseat-site manual, related organizations' response manual and

19 fire-fighters' crisis response manual should be properly observed according to the situation, progress, role and responsibility of each party involved. 3. Development of mobile GIS for fire-fighters team A. Mobile GIS pilot zone for surface fire-fighting squad GIS DB, IRS (resolution: 5m) satellite video, UMPC-based site operating program, GUI design and server, situation room, mobile GIS operating program for fire-fighters at site have been established and developed for Andong, Chilgok, Bonghwa and Uljin located in North Gyeongsang Province. B. USN-based mobile GIS system Information on fire-fighters' location in GPS receiver loaded to USN to display fire-fighters' location in the system is converted to location coordinate system in the system for display. Ⅴ. Prospects for the utilization of results 1. Mechanism causing surface fire to change into crown fire A. The research found location (in the southern slope, in general) vulnerable to forest fire in Korea, spread characteristics (affected by west wind and spreads to the north, northwest and east) and altitude vulnerable to crown fire (100±29m). These findings should be effectively used to set strategies for extinguishing forest fire and evacuating residents. B. There is higher frequency of crown fire in a mountainous area, a ridge, and side slope terrain-wise, and a forest with big volumes of short P. densiflora trees observation-wise. This finding shall be used for growing forests resistant to forest fire and setting priorities for facilities protection.

20 C. Around 29.5 tons/ha of fuel was burned in the Palgong P. densiflora forest damaged by crown fire. This translates into roughly 54 tons of carbon emitted based on IPCC calculation. Research on this front is will help develop a forest fire carbon estimation model. 2. Program development for forest fire response and operational control A. Each local government should set up a forest fire extinguishing system based on forest fire response manual and response manuals by related organizations, which serve as the most basic but key reference for application at site of a forest fire. They should go steps further to make most use of their own extinguishing system and constantly seek upgrade. B. A training should be provided to program operator to ensure that response actions and control system developed are properly applied to real fire situation. In addition, each local government should build a system suiting its own conditions (it is possible to re-build a structural system) and leverage it when fire breaks out. 3. Development of a mobile GIS control system for surface fire-fighting squad A. Initial response to extinguish forest fire immediately after its outbreak by accurately figuring out point of ignition and communicating information without delay is critical. Hence, mobile GIS control system developed in this study is a desirable option for putting out forest fire. B. Resolution of IRS satellite video set in this study is mediumto-low at 5m level, which is limited in making accurate analysis of terrains hit by forest fire. Arirang No. 2 (KOMPSAT-2), which is a national satellite with 1m resolution, should be an effective alternative to IRS.

21 CONTENTS Introduction 1 Section 1. Contents and Scope of the Research 1 Section 2. Significance of the Research 5 Chapter 1. Transition mechanism from surface fire to crown fire 6 Summary 6 Section 1. Introduction 11 Section 2. Research trend of the field 11 Section 3. Materials and Methods 13 Section 4. Results and Discussion 28 Section 5. Conclusions 73 Section 6. Literature Cited 78 Chapter 2. Development of Forest Fire Response and Management System 83 Summary 83 Section 1. Introduction 85 Section 2. Research trend of the field 86 Section 3. Materials and Methods 87 Section 4. Results and Discussion 104 Section 5. Conclusions 170 Section 6. Literature Cited 172 Chapter 3. Developing the Mobile GIS System for ground fighting team 173 Summary 173 Section 1. Introduction 173 Section 2. Research trend of the field 174 Section 3. Materials and Methods 175 Section 4. Results and Discussion 198 Section 5. Conclusions 198 Section 6. Literature Cited 200

22 목 차 서론 1 Ⅰ. 연구개발의목적및범위 1 Ⅱ. 연구개발의필요성 5 제 1 장지표화에서수관화로의전이매커니즘구명 (Transition mechanism from surface fire to crown fire) 영문요약 6 한글요약 9 Ⅰ. 서언 11 Ⅱ. 국내외연구동향 12 Ⅲ. 재료및방법 14 Ⅳ. 결과및고찰 29 Ⅴ. 종합고찰 72 Ⅵ. 인용문헌 76 제 2 장산불현장대응및운영관리시스템개발 (Development of Forest Fire Response and Management System) 영문요약 80 한글요약 81 Ⅰ. 서언 82 Ⅱ. 국내외연구동향 83 Ⅲ. 재료및방법 84 Ⅳ. 결과및고찰 101 Ⅴ. 종합고찰 166 Ⅵ. 인용문헌 168 제 3 장지상진화대 Mobile GIS 관리시스템개발 (Developing the Mobile GIS System for ground fighting team) 영문요약 169 한글요약 169

23 Ⅰ. 서언 170 Ⅱ. 국내외연구동향 171 Ⅲ. 재료및방법 172 Ⅳ. 결과및고찰 194 Ⅴ. 종합고찰 195 Ⅵ. 인용문헌 196

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25 서론 Ⅰ. 연구개발의목적및범위 1. 연구개발의최종목표 지표화에서수관화로의전이메커니즘구명 산불현장대응및운영관리시스템개발 지상진화대 Mobile GIS 관리시스템개발 2. 세부과제별목표가. 지표화에서수관화로의전이메커니즘구명 지표화 수관화전이지산불환경특성분석, 수관화발전위험특성분석, 지표화 수관화전이모델개발, 연료형에따른산불잠재위험평가기법개발을통한산불확산단계별 ( 지표화 수관화 ) 발전메커니즘구명 나. 산불현장대응및운영관리시스템개발 산불현장대응체계, 유관기관대응체계, 산불진화대원위기대응체계를개발하고현장에서이매뉴얼을효율적으로활용하기위해 BPM (Business Process Management) 을기반으로한산불대응및관리시스템을개발 다. 지상진화대 Mobile GIS 관리시스템개발 지상진화대 Mobile GIS 시스템활용을위한연구대상지역 GIS 및위성영상 DB를구축하고, 진화조원의위치파악을위한 GPS기반센서네트워크위치추적발신기및수신기제작 센서네트워크 (USN) 기반진화대원위치추적발신기를통한산불현장지상진화대 Mobile GIS 관리시스템을개발 - 1 -

26 3. 연구개발의범위 세부과제 연구개발의목표 연구개발의내용및범위 -지표화에서수관화로전이되는산불환경 제1세부 ( 지표화에서 지표화 수관화전이 ( 임상, 기상, 지형 ) 특성분석환경분석 -위성영상을이용한상층임상구분및 DB 구축 수관화로의 -지형, 풍속, 함수율, 연료별화염특성분임상별수관화발전전이석및전이과정해석위험특성분석메커니즘 -하층연료특성및연료하중모형개발 구명 ) -수관화전이과정모델화수관화전이모델 -연료형구분을통한산불잠재위험평가개발기법개발 -산불진화현장대응체계작성산불진화현장대응 ( 국내외자료조사, 산불현장및발생상황조사 ) 체계화 -유관기관의역할및범위설정 (ICS 개념 ) 제 2 세부 ( 산불현장대응및운영관리시스템개발 ) 유관기관별산불대응체계및산불진화대원위기대응체계개발 산불진화대응관리프로그램개발 제3세부지상진화대 Mobile ( 지상진화대 GIS 시범지구축 Mobile GIS 관리시스템센서네트워크 (USN) 개발 ) 기반진화대원위치파악시스템개발 - 유관기관별산불대응체계개발 - 산불진화대원위기대응체계개발 - 산불진화현장대응체계웹퍼블리싱제작 - 산불진화대응관리프로그램개발 ( 프로토타입 S/W) -유관기관별산불대응체계및산불진화대원위기대응체계웹퍼블리싱 -연구대상지역 1:5,000 수치지도기반 GIS 및위성영상 DB 구축 -GPS 기반센서네트워크위치추적발신기및 PDA용위치추적정보수신기개발 -USN 기반 Mobile GIS 시스템구축 -지상진화대관리시스템 GIS DB 커스터마이징 -현장테스트및실용화검증 - 2 -

27 4. 연구개발추진체계 가. 총괄추진체계 나. 제 1 세부과제 ( 지표화에서수관화전이메커니즘구명 ) - 3 -

28 다. 제 2 세부과제 ( 산불현장대응및운영관리시스템개발 ) 라. 제 3 세부과제 ( 지상진화대 Mobile GIS 관리시스템개발 ) - 4 -

29 Ⅱ. 연구개발의필요성 최근 2000년동해안산불 ( 약 23,000ha), '02년청양예산산불 (3,095ha), '05년양양산불 (973ha, 낙산사소실 ) 등대형산불에서와같이수관화는지표화에비해확산속도가빠르고강도가높아진화대원의안전과문화재및국민의재산과인명보호에심각한위협을초래하고있음 산불로부터산림과인명피해를최소화하기위해서는산불특성에대한이해를바탕으로효과적이고현실적인진화전략의수립과진화차, 진화헬기, 진화인력등진화자원의효율적인운용이요구됨 수관화의전단계인지표화확산특성에대한이해를바탕으로수관화로의전이과정이구명된다면, 산불에대한예측력을높일수있어, 보다효과적이고현실적인진화전략의수립과진화자원의효율적인운용이가능함 산불발생시산불현장본부의신속한대응및의사결정과산불진화에참여하는여러기관들의유기적인협조체제를구축하기위해서는상황별산불진화현장대응을체계화시켜평상시교육및훈련에적용하여산불대응능력을높여야함 산불진화대원들과유관기관의안전한대응활동과지휘자가보다객관적인진화활동을지휘할수있도록산불진화대원위기대응체계및유관기관별산불대응체계가필요함 산불진화시발생할수있는진화대원의안전사고를예방하고사고발생시즉각적인대응을하기위해서현장본부에서는산불진화에투입된진화대원의위치와산불상황을실시간으로파악할수있는기술이확보되어야함 이처럼현장상황파악, 진화자원관리등산불을효율적으로진화하기위해서는지리정보시스템 (GIS) 과위치파악시스템 (GPS) 의공간정보기술과유비쿼터스기반의센서네트워크, CDMA무선통신기술등 IT 기술을활용한기술개발이필요함 - 5 -

30 제 1 장지표화에서수관화로의전이메커니즘구명 Title Transition mechanism from surface fire to crown fire Summary The research identified the mechanism in which surface fire changes into crown fire, in order to have a better grasp of crown fire that is the major cause behind huge forest fire and eventually curtail damage inflicted by forest fire. 57% out 101 forest fires (57 fires) broke out from south and southwest slopes, which is approximately 2.7 times greater than 21% (20 fires) from the northern slope exposure (north, northeast, northwest). 66% (65 fires) accompanied west wind, which caused forest fires influenced by wind and bevel direction to spread towards northeast (25 fires, 25%), southeast (22 fires, 22%) and east (21 fires, 21%). Average distance from ignition point to crown fire spread is 100±29m and surface fire spread into crown fire at 66% of hillside below the 4th ridge in the slope. It even spread in the foot below the second ridge in mountains with many short trees (more than 45,000 trees in 2 ~ 5m). Accordingly, crown fire can be categorized into the small diameter logs high density type, ridge type and valley type. Crown fire outbreak characteristics by terrain: high likelihood in ridge, hillside, Headwaters; medium likelihood in shallow valley, sloppy foot of a mountain, even hill and deep valley; low likelihood in flatland, ridge valley, flat valley and flatland. Out of 11.9 ton/ha in average combustion amount in the ground layer not damaged by fire, 7.3 ton/ha (56.3%) in the area damaged by surface fire and 10.3ton/ha(89.7%) in the area damaged by crown fire was burned, respectively, based on estimating the amount burned in ground layer, crown layer and shrub layer, all three of which were exposed to crown fire. Compared to 9.9 ton/ha burned in average in area unaffected by crown fire, 6.4 ton/ha in average was burned in the shrub layer with - 6 -

31 3.5 ton/ha still remaining (designed relative growth equation for azalea, P. densiflora, juniper tree, ginger, cockscomb and Mongolian oak to estimate combustion amount of tree species composing shrub layer). An equation to estimate combustion amount in trunk, leaf, branch (shorter than 0.5cm, 0.5-1, 1-2, 2-4, taller than 4cm) of P. densiflora in an area unaffected by crown fire was designed to figure out the amount of combustion in crown layer. Moisture content of green leaves is 56.4% and fuel amount ratio is 70% in trunks, 7.8% in leaves and 22.2% in branches. Ratio of small branches shorter than 1cm and leaves, which are burned the most, during crown fire combustion is 16.2% and fuel density is 0.24kg/ m3 in average. Leaves were fully burned while 50.8%, 46.8% and 10.5% of branches thicker than 0.5cm, 0.5 ~ 1cm thick and 1 ~ 2cm thick, respectively, were burned. Subsequently, 30.49% of the entire crown layer was burned and crown fuel's amount of combustion per hectare of area subject to survey is 12,793kg. Heat generation by layer in area damaged by crown fire : ground layer : 318,990Mcal/ha burning 10,290kg/ha, shrub layer : 76,920Mcal/ha burning 6,410kg/ha, crown layer : 2,379,498Mcal/ha burning 12,793kg/ha totaling 2,775,408Mcal in heat generation per hectare. Higher moisture content of fuels in ground layer shortens maximum flame height but lengthens duration of fire. Ignition was hardly there at over 35% and blew out in just a few seconds even when flame ignited. Critical combustion moisture content, therefore, is estimated to be roughly 35%. Maximum flame temperature of Coniferous trees and broad-leaved trees was 84 and 70, respectively, assuming 10% of fuel moisture content at 1.5m in vertical altitude from the ground. At 30% in fuel moisture content, maximum flame temperature of Coniferous trees and broad-leaved trees was 51 and 30, respectively, only to flame out after just a few seconds. Speed of flame spread in broad-leaved trees at no wind velocity - 7 -

32 conditions with slope was almost double that in Coniferous trees. Speed of flame spread, however, was faster in Coniferous trees than in broad-leaved trees when there was wind velocity. An empirical equation on the relation between the amount of radiation heat and ignition time by distance found that amount of radiation heat in the form of index equation dropped at longer distance while ignition time in the form of equation index lengthened. Crown ignited at radiation heat exceeding 9kw/ m2 when assuming it was off the heat source by 50cm in distance or otherwise 50cm in crown height. Since no ignition was observed at less radiation heat, radiation heat triggering critical ignition is estimated to be 9kw/ m2 and crown is ignited in between 250 and 330 according to TGA value analysis in Coniferous trees. Coniferous broad-leaved mixed forest zones were classified using hybrid classification method after making C-correction of terrains in landsat TM video. The classification data and data on soil humidity affecting tree growth were combined to come away with five fuel types : three types of C1 (P. densiflora - slightly wet), C2 (P. densiflora - slightly dry), C3(P. densiflora - dry) and one type of broad-leaved forest (D) and mixed forest (M), each. Biomass of P. densiflora calculated with estimation equation per fuel type is 59.3±33.2 ton/ha in C1 type, 16.7±10.2 ton/ha in C2 type and 34.4±10.8 ton/ha in C3 type. A map indicating fuel amount in each part of crown layer of P. densiflora forest in Euisung County was put forth using relative growth equation for each part of P. densiflora crown layer. Types of crown fire classified in the algorithm into passive crown fire, active crown fire, independent crown fire. Crown fire change algorithm : calculate surface fire's speed of spread by reflecting terrain, weather and fuel factors with which to measure surface fire's fire line density calculate intensity and speed of change by referring to distance from ground layer to fuel in crown layer - 8 -

33 (CBH), green leaves' moisture content and amount of heat emitted per unit area (HPA) surface fire changes into crown fire when fire line intensity of surface fire is greater than change intensity and speed of surface fire spread is faster than change speed. Crown fire spread algorithm : calculate active crown fire's speed of spread by referring to FMC and surface fire's speed of spread during when surface fire has already changed to crown fire calculate basis for determining whether active crown fire is spreading or not by referring to CBD surface fire spreads into crown fire when speed of active crown fire spread is faster than the basis for determining spread of crown fire 한글요약산불로부터의피해를저감하기위해우선대형산불의주요한확산기작인수관화를이해하기위해지표화에서수관화로의전이메커니즘을구명하였다. 101개의조사대상산불중 57%(57건 ) 가남, 남서사면에서발생하여서풍계열의바람 (65건, 66%) 의영향을받아, 산불은북동방향 (25건, 25%), 남동쪽 (22건, 22%), 동쪽 (21건, 21%) 으로확산되었다. 발화지점으로부터수관화전이까지소요되는평균거리는 100±29m이었다. 수관화가관찰된산불을대상으로수관화전이패턴을분석한결과, 1 소경목 고밀도형, 2 능선형, 3 계곡형등 3개유형으로구분할수있었다. 수관화는지형의영향을받아산지수로, 능선, 산복사면에서많이발생하였고, 얕은계곡, 산록사면, 평탄구릉, 깊은계곡은중간, 곡저구릉, 평탄곡지, 평지등에서는발생빈도가낮았다. 대구팔공산지역소나무수관층생엽의함수율은 56.4% 이었다. 부위별건중량비율은수간 70%, 가지 21%, 잎 9% 이었다. 잎과직경 1cm 이하의가지를합한연료량은전체에서 16.2%, 수관층연료량에서는 55% 를차지하였다. 수관연료밀도는평균 0.24kg/ m3으로분석되었다. 수관화피해지소나무연소량을조사한결과, 잎은전체가연소되었으며, 0.5cm 이하가지는 50.8%, 0.5-1cm 가지는 46.8%, 1-2cm 굵기의가지는 10.5% 가연소되어전체수관층의 30.49% 가연소되었다. 조사대상지의 1ha당수관연료연소량은 12,793kg로분석되었다. 수관화피해지층위별발열량을살펴보면지표층은 10,290kg/ha 연소되어 318,990Mcal/ha 발열, 관목층은 6,410kg/ha이연소되 - 9 -

34 어 76,920Mcal/ha 발열, 마지막으로수관층은 12,793kg/ha이연소되어 2,379,498Mcal/ha이발열되었다. ha당총발열량은 2,775,408Mcal(277Mcal/ m2 ) 로분석되었다. 지표층연료의함수량의증가에따른최대화염높이는감소하나, 화염지속시간은증가하였으며, 임계연소함수율은약 35% 정도로추정되었다. 풍속이없는경우경사도에따른확산속도가 0~30도에서침엽수와활엽수의확산속도는약 2배가차이났으며, 풍속이존재할경우침엽수의확산속도가활엽수에비해빨랐다. 거리가증가할수록복사열량은지수식형태로감소하나, 점화시간은지수식형태로증가하였다. 열원에서 50cm 떨어졌을때 9kw/ m2가임계점화복사열량으로추정되며, 침엽수종의경우약 250~330 사이에서수관에점화가일어났다. Landsat TM 영상을토양건습도자료를결합하여 C1( 소나무-적윤 ), C2 ( 소나무-약건 ), C3( 소나무-건조 ) 3개형, 활엽수림 (D), 혼효림 (M) 등총 5개연료형으로구분하였다. 연료형별추정식을이용하여소나무림의바이오매스를추정한결과 C1 type에서는 59.3±33.2 ton/ha으로나타났으며, C2 type 은 16.7±10.2 ton/ha, C3 type은 34.4±10.8 ton/ha로분석되었다. 소나무수관층부위별상대생장식을이용하여의성군소나무림을대상으로수관층부위별연료량지도를작성하였다. 기상, 지형, 연료인자를반영하여지표화의확산속도를계산하고, 이수치를이용하여지표화화선강도를계산 지표층에서수관층연료까지의거리 (CBH) 와생엽수관함유량, 단위면적당열방출량 (HPA) 을이용하여전이강도와전이속도계산 지표화화선강도가전이강도보다크고, 지표화확산속도가전이속도보다빠르면수관화로전이되는알고리즘을개발하였다. 수관화로전이가된상태에서생엽수분함유량 (FMC) 과지표화확산속도를이용하여능동수관화확산속도계산 수관연료밀도 (CBD) 를이용하여능동수관화확산기준계산 확산기준보다능등수관화확산속도가빠르면수관화로확산되는알고리즘을개발하였다

35 Ⅰ. 서언최근 2000년동해안산불 ( 약 23,000ha), '02년청양예산산불 (3,095ha), '05년양양산불 (973ha, 낙산사소실 ) 등대형산불에서와같이수관화는지표화에비해확산속도가빠르고강도가높아진화대원의안전과문화재및국민의재산과인명보호에심각한위협을초래하고있다. 산불로인한피해를최소화한다는관점에서산불에효율적으로대응하기위해서는사전예방이중요하고, 이미발생한산불에대해서는빠른시기에진화하여대형화를차단하는것이중요하다. 이러한측면에서산불발생및확산에대한특성을구명하는것은예방및진화정책수립에기본적으로요구되는사항이다. 즉산불발생에대한정확한이해를기반으로올바른예방과감시활동이전개될수있으며, 확산특성이파악된다면이를바탕으로효과적인진화활동이수반될수있다 ( 이병두등, 2009). 산불의종류를어떠한물질을태우느냐에따라, 지중화, 지표화, 수관화로구분했을때, 수관화는나무의가지와잎이있는윗부분, 즉수관층을태우고확산되는산불형태이다. 지표화로번지던산불의열에너지가축적되어화염높이가높아지고, 강도가충분히강해지면수관화로발전된다. 일반적으로수관화는지표화에비해산불강도가강하고, 확산속도가빠르기때문에진화하기가어렵다. 또한, 진화대원의안전사고와산림과인접한시설물에대한피해를야기할수있는비화가생성될수있는조건이형성되므로각별한주의가요구된다. 따라서, 수관화의전단계인지표화확산특성에대한이해를바탕으로수관화로의전이과정이구명된다면, 산불에대한예측력을높일수있어, 보다효과적이고현실적인진화전략의수립과진화자원의효율적인운용이가능하다. 이에, 본연구에서는수관화가발생된지역의사례조사와지표화에서수관화로의전이조건실험등을통하여수관화전이와확산알고리즘을개발하고자하였다

36 Ⅱ. 국내외연구동향우리나라산불관련연구는 86-88년광릉시험림에서측정한방위별, 임상별임내기상과습도측정봉자료를이용하여산불위험예보제를개발한것을시작으로, 2000년동해안산불이후과학기술부자연재해방재기술개발사업의일환으로수행된 1단계 ( 산불예측및감시기술개발 ), 2단계과제 ( 산불피해저감을위한진화기술개발 ) 를통해본격화되었다. 이를통해산불위험예보시스템, 산불확산예측시스템개발, 지상진화대 PDA를이용한 Mobile GIS 시스템개발, 의성군산불위험연료형구분등에관한연구가수행되었다. 산불위험예보시스템은기상, 임상, 지형에의한일일산불발생위험지수모형을개발하여 ASP(Active Server Pages) 을기반으로 Web GIS와연동하여 2002년부터실시간산불위험예보대국민서비스를하고있다. 시범사업으로구축된지상진화대 Mobile GIS 시스템은 GPS 휴대단말기를이용하여산불현장지상진화대원들의위치경로및산불현장정보를상황본부와무선으로통신하는시스템으로진화대원의안전성확보및산불현장상황판단을위해실용화되기위해서는후속작업이필요하다. 산불확산특성에대해 2000년삼척산불을대상으로일별확산속도및방향을분석한이래, 2002년청양 예산산불, 김제산불, 2005년양양산불등에대해분석이이루어져왔으나, 수관화 비화등의대형화된산불의확산형태를체계적으로이해하는데는미흡한실정이다. 산림청자체용역과제를통해 과학적인산불관리를위한 GPS시스템구축에관한연구 및 산불통계정보관리시스템구축 에관한연구가개발되어적용성검토및실용화중에있다. 최근의산불연구는 GPS GIS RS 등첨단공간정보분석기술을이용하여산불발생위험예측및조기감지그리고진화및복원에활용하고있으며재난성기상이변으로인한인명 재산피해가급증함에따라산불의잠재위험성및산불확산패턴등을구명하려는연구가지속적으로이루어지고있다. 산불위험정도를지수화하고이를예보하기위하여미국과캐나다, 유럽연합에서는 GIS 등을이용하여각각자국실정에맞는산불위험율시스템을개발하여활용하고있다. 특히유럽연합에서는웹에서산불위험지수와산불발생현황을임상별, 토지용도별로제공할수있는시스템을개발하여운영중이다. 산불행동과관련된연구로는실험실수준에서복사에너지와열전달메커

37 니즘을구명하여산불행동을분석하고, 대형산불의주요확산형태인수관화의전이및확산모델 (CFIS 모델등 ) 에관한연구가수행되었다. GIS와공간정보기술을이용하여미국에서는 FireTec, FARSITE 등의산불확산예측모델을개발하여응용하고있으며, 산불행동에주요한영향을미치는바람장을분석하기위해미국 RMRS팀에서유동장이론분석모듈을개발한바있다. 미국 National Fire Protection Association( 미국방화협회 ) 에서는산불에관한관리기준으로 NFPA 295 Standard for Wildfire Control과 NFPA 299 Standard for Protection of Life and Property from Wildfire 등을마련하였다. U. S. Army Hawaii의 Integrated Wildland Fire Management Plan 의 5.2 화재진압활동부분에화재우선순위를결정하는데사고지휘자와소방관들을돕는역할을하는통합적가이드라인을제공하고있다. 호주의경우 Bushfire Act 2004의 56 Section Brigades에서는법령및규정과진화작업안전, 능률및효과의측면에서현장실행가능한 SOP( 표준대응지침 ) 를 5년간에걸쳐마련하여운영하고있다. 일본동경소방청에서임야화재소방활동기준을만들어임야화재의특성, 활동원리, 사전계획, 부서의대응, 출동, 선착대의역할, 지휘본부운영, 전진지휘소, 유관기관과의연계, 소화요령, 소화활동상의유의사항, 잔불정리, 비화경계, 피난유도요령, 인명구조활동, 헬기지원, 안전관리총 17항목에관한조치내용을규정하여, 이를임야화재진압의가이드로제공하고있다. 향후, 세계적인산불연구의방향은첨단기술을바탕으로국민의안전과삶의질향상을최우선목표로하며, 국제적공동대응노력에대한연구가수행될것으로예상된다

38 Ⅲ. 재료및방법 1. 지표화 수관화전이지산불환경특성분석가. 사례조사를통한수관화발생특성 2007년부터 2009년봄철산불기간까지발생한산불을대상으로발생지점방향과산불확산방향, 이때의바람방향을조사하였다. 이를위해서는우선정확한발생위치 ( 좌표 ) 를획득하는것이중요하다. 이를위해, 산불의확산방향을알려주는여러감식지표를활용하고, 지역주민탐문및지방자치단체의산불상황일지와담당자면담을통해최초발화지를파악하였다. 이렇게파악된발화지에대해서는발화원인과더불어사면향과사면길이, 경사, 고도등지형인자를조사하였다. 산불확산방향을산출하기위해서는피해지경계선이요구되므로, 아래그림과같이 GPS를활용하여경계좌표를취득하고 GIS를이용해산불경계도를작성하였다. 조사시산불피해여부는산불관리통합규정에따라 산불이발생되어지상입목, 관목, 시초등을연소시키면서실제로산불이지나간면적 으로정의하였다. 이를통해발화지로부터의가장먼경계까지의방향을주확산방향으로분석하였다. 수관화발생특성을구명하기위해발화지로부터최초수관화발생지까지의거리와수관화발생지의입지환경을조사하여수관화발생요인을구명하고유형화하고자하였다. < 그림 1> 산불확산특성및수관화조사방법

39 나. 지형 (landform) 별수관화발생분석지형은연료의구성과기상및산불로부터발생하는에너지의흐름에영향을미쳐산불행동에관여하는인자이다. 따라서지형에따른산불피해도를정략적으로해석할수있다면, 산불위험도작성및진화대원안전확보에있어기초자료로응용될수있다. 특히, 수관화와비화가발생될수있는지형특성을분석한다면지표화 수관화 비화로전이되는산불발전메커니즘을구명하는데지형인자의역할을구명할수있을것이다. 이를위해삼척 (2000년발생 ), 청양 (2002년발생 ), 양양 (2005년발생 ) 산불을대상으로산불피해도를분석하고지형을구분한다음통계분석을실시하여두인자간의상관관계를알아보고자하였다. (1) 산불피해도구분산불피해도는산불전후 Landsat TM 영상에서추출한정규탄화지수 (Normalized Burn Ratio) 의차이를이용하였다. 산불피해도는산불전후에촬영된 Landsat TM/+ETM 영상을각각기하보정한다음, 근적외선대역과중적외선대역 (Landsat TM과 ETM+ 센서의 4번과 7번밴드에해당 ) 의반사값을이용하여 NBR를산출 ( 식1) 한후, 산불전의 NBR(NBRprefire) 에서산불후의 NBR(NBRpostfire) 를빼서 NBR의변화량, 즉 NBR를산출하여이용하였다. NBR 값이클수록해당지역의산불피해도가높음을의미한다. 각산불피해지의피해등급분류는 NBR의평균 (μ) 과표준편차 (δ) 를이용해 (van Wagtendonk et al., 2004) unburned, low, moderate, high, very high, extreme의총 6단계로구분하였다. (2) TPI를이용한지형구분본연구에서는지형형태분류방법으로 TPI를이용한지형분류기법을적용하였으며 (Weiss, 2001; Jenness, 2006), TPI 산출을위해 Arcview script 를기반으로만들어진 TPI 산출프로그램 (Topographic Position Index v. 1.3a) 을사용하였다 ( ). TPI는지형의상대적위치를정량적으로나타낸값으로특정셀의고도값과인접한셀들의평균고도값의차이를이용해산출되며, TPI값은전체경관단위에서표고차에따른지형의상대적위치를의미한다. 즉, TPI 값이양의값을나타내면특정셀이주변보다높음을, TPI 값이음의값을나타내면특정셀이주변보다낮은지형임을의미한다

40 지형형태분류체계는 Weiss(2001) 의분류기준을적용하여심곡 (Deeply incised streams: DIS), 얕은계곡 (Sallow valleys: SV), 산지수로 (Headwaters: HW), 평탄곡지 (U-shaped valleys: UV), 평지 (Plains: PL), 산록사면 (Open slopes: OS), 산복사면 (Upper slopes: US), 곡저구릉 (Local ridges: LR), 평탄구릉 (Midslope ridges: MS) 그리고능선 (High ridges: HR) 의 10가지지형으로분류하였다. 다. 수관화피해지연소량추정산불발생시탈물질을의미하는연료의양은그관점에따라여러가지로정의할수있지만일반적으로총연료량 (total fuel load), 잠재연료량 (potential fuel load), 이용가능연료량 (available fuel load), 경연료량 (fine fuel load) 로구분하는것이대표적이다. 총연료량은유기물층을포함한모든식물의바이오매스의총량을의미하며, 잠재연료량은산불강도가가장높았을때연소될수있는연료량을의미한다. 이용가능연료량은현실적인산불환경에서연소되는량을의미하며, 경연료량은화선 (flaming front) 에서확산속도와복사에영향을미치는연료량을의미한다. 일반적으로같은임분에서연료량은총연료량 > 잠재연료량 > 이용가능연료량 > 경연료량순이다. 경연료량은실제확산속도와산불강도에밀접하게영향을미치는연료를수량화한개념으로써일반적으로낙엽, 관목층, 수관층의잔가지, 잎등이이에포함된다. 이중관목층의연료는산불발생시낙엽층과수관층의중간에위치하여열의수직적전달자로서지표화의화염강도를높여수관화로의전이활동에관여하게된다. 과연수관화발생지에서어떤종류의연료가얼마만큼연소되었으며, 이때의열량은어느정도인지를분석하기위해아래그림과같이수관화발생지를대상으로지표층, 관목층, 수관층으로구분하여연소량과열량을추정하고자하였다. 이러한수치는지표화에서수관화로전이시최소어느정도의연소량과열량이필요한지에대해역추적이가능하다는점에서의미를갖는다

41 < 그림 2> 수관화발생지층위별연소량및열량추정 (1) 지표층연소량지표층연소량은피해지와미피해지에대해 60cm 60cm크기의방형구에서지표층연료를채취한뒤건중량을측정하는방식으로이루어졌다. 즉미피해지의건중량과피해지의건중량의차이를연소량으로간주하였다. (2) 관목층연소량관목층과수관층은지표층과는달리직접측정이어렵기때문에간접추정할수있는상대생장식등을이용해야한다. 하지만우리나라의경우관목층의건중량을추정할수있는상대생장식이전무한형편이다. 따라서본연구에서는진달래, 노간주, 국수나무, 생강나무와더불어신갈나무, 소나무유령목등 6개수종에대해근원경과수관폭자료를이용하여연료량을추정할수있는상대생장식을우선개발하고자하였다. 이를위해경상북도의성군일대에서각수종별 30개체를선정하여근원경, 수고, 수관폭, 생중량을현지조사한다음, 채취하였다. 국수나무, 진달래등은집단적으로생육하기때문에군락의폭과높이, 줄기개수를추가로조사하였다. 이후건조기를이용하여 85 에서 5일이상건조시켜건중량을측정한다음각개체의독립변수를활용하여상대생장식을추정하였다. 이상대생장식을이용하여미피해지와피해지의관목층연료량을추정한다음그차이를연소량으로간주하였다

42 < 그림 3> 연료의수직적구성과관목층연료의역할 (3) 수관층연소량수관층의연소량또한관목층과비슷하게수관층의연료특성을먼저분석하고, 이에따라부위별상대생장식을추정하였다. 수관화가강하게연소된지역이라할지라도일반적으로굵은가지는연소되지않고남아있게된다. Brown and Bradshaw(1994) 는직경 6mm이하의가지가일반적으로연소되며, Call and Albini(1997) 은 100% 의수분함량에서직경 6mm이하가지의 65% 정도가연소된다고하였다. 이러한측면에서 Mitsopoulos and Dimitrakopoulos(2007) 는잎, 살아있는가지 0.63cm 이하, cm, cm, 7.5cm 이상, 죽은가지 2.5cm 이하로구분하여수관층연료량을분석한바있다. Hough(1973) 는살아있느냐, 죽었느냐에따라잎, 1/4인치이하, 1/4-1인치가지로총 6개의부위로구분한바있다. 따라서위와비슷한기준으로적용하여잎과가지, 솔방울로크게구분하고, 각부위가살았는지죽었는지를구분한다음, 가지는다시 0.5cm 이하, 0.5-1cm, 1-2cm, 2-4cm, 4cm 이상으로구분하여상대생장식을추정하였다. 이상대생장식을이용하여피해지의산불전부위별연료량을추정하고, 남아있는연료량을빼서그차이를연소량으로추정하였다. 이를위해우선대구팔공산산불발생지에서소나무림을대상으로수관층연료특성을먼저분석하였다. Reinhardt et al.(2000) 은산림형태와임분밀도에따라수관층의연료특성을수관층의연료밀도 (crown bulk density), 지표층에서수관층까지의거리 (crown base height), 수분함량 (fuel moisture content) 3가지로제시하였다. 수관연료밀도는단위수관체적당이용가능

43 한수관층연료의양을의미 (Sando and Wick, 1972) 하며, 지표층에서수관층거리에대한정의는연구자별로다양하나, 일반적으로수관화가일어날수있는충분한수관연료밀도가있는곳까지의거리를의미한다. 충분한수관연료밀도에대한기준으로수관화시연소될수있는작은크기의가지와잎을합쳐 Sando and Wick(1972) 은 0.037kg/ m3을 Beukema et al.(1978) 은 0.011kg/ m3을제시한바있다. 마지막으로수분함량은수관층에존재하는가지와잎의수분율을의미하는데건조하기전무게에서건조후무게를뺀다음이를다시건조후무게로나누어백분율로제시하는게일반적이다. 이러한수분함량의영향에대해 Van Wagner(1993) 는지표화전이시지표층에서수관층거리인자보다는영향을덜미친다고하였으나, Scott(1998) 는수관화확산속도에기여하는바는오히려강하다고밝혔다. 이렇듯수관층연료특성과그기작에대한연구는다양하게전개되고있는데, Mitsopoulos and Dimitrakopoulos(2007) 는그리스의 Aleppo pine를대상으로잎, 굵기별가지 4개, 살아있는수관층연료량, 전체수관층연료량을추정할수있는상대생장식을제시한바있다. 하지만국내에서는물질생산, 혹은현존량관점에서수간과잎, 가지로구분하여상대생장식을추정한연구 ( 박인협과김준선, 1989; 박인협과이석면, 1990; 이경학등, 2002) 외에산불관점에서수관층의연료특성을분석한사례는전무한실정이다. 따라서본연구에서는우리나라에서대부분의수관화가발생하는소나무림을대상으로수관층연료특성을분석하여향후수관화발전예측모델개발시기초자료로활용이가능하도록제시하고자하였다

44 < 그림 4> 수관층연료특성분석및부위별상대생장식추정을위한샘플링 < 그림 5> 소나무수관층연료특성분석을위한작업과정

45 ( 가 ) 수관층연료부위별상대생장식추정연구대상지는대구광역시동구팔공산에위치한 28년생소나무단순림으로임목밀도가 ha당 2,300본이었고, 평균흉고직경과수고가각각 13.2cm, 10.7m이었다. 임분이위치한지형적조건은표고 133m, 경사 12 인남사면이었다. 표본목은 10m 10m의 Plot에서실시한산림조사자료를바탕으로흉고직경별로고르게분포되도록총 10본을선정하였다. 각소나무는지표면에서최대한가깝게벌채한다음수고를측정하였고 1m 간격마다수관층연료의무게를측정하였다. 수관층연료는크게수간, 잎, 가지, 솔방울로구분하였고, 가지는직경굵기를기준으로다시 0-0.5cm, 0.5-1cm, 2-4cm, 4cm 이상으로구분하여무게를측정하였다. 또한각수관부위별로생사여부도구분하였다. 현장에서수집한시료중 20% 는실험실로가져와 105 로설정된건조기에서무게가변하지않을때까지건조시킨다음무게를측정하였다. 수관부위별연료량을추정하기위한함수식으로물질생산연구에서많이이용되고있는세가지상대생장식 1) lnwt=a+blnd, 2) lnwt=a+blln D 2 H, 3) lnwt=a+blnd+clnh 을이용하였다 ( 여기에서 Wt : 부위별연료량 ( 건중량, kg), D : 흉고직경 (cm), H : 수고 (m), A, B, C : 추정모수 ). 각상대생장식의모수는수관부위별연료량과흉고직경및수고값에자연로그를취한다음, 산점도를통해상관관계를살펴본후, 회귀분석을통하여추정하였다. 추가적으로수간부위와, 수간을제외한모든수관부위의값을합한총수관연료량, 이를살아있는부위만으로한정한생수관연료량과죽은부위만을고려한사수관연료량으로구분한상대생장식에대해서도회귀분석을실시하였다. 추정된상대생장식의적합성은수정된결정계수 (R 2adj ) 와표준추정오차 (S.E.E) 를통해파악하였다. ( 나 ) 수분함량현장에서각부위별로 20% 이상을샘플링한시료는실험실로가져와건조시켰다. 85 로설정된건조기에서무게의변화가없을때까지건조시킨다음그무게를측정하였다 ( 이경학등, 2002). 수분함량은아래식을통해산출되었다. 수분함량 (%) = 생중량 - 건중량생중량

46 ( 다 ) 수직적연료량과밀도분포각부위별연료량은지표면에서수고까지 1m 단위로표시하였으며, 연료밀도는신만용등 (1999) 의수관형태식연구결과를기반으로 1m 단위로측정된수관폭의장축과단축자료를이용하여 1m 단위로수관층체적을산출한다음건조된연료량을이수치로나누어서 kg/ m3단위로산출하였다. 2. 수관화전이모델개발 가. 수관화발전위험특성분석실험 (1) 함수율에따른연소실험장치시료는침엽수종인소나무낙엽과활엽수종인굴참나무낙엽으로산림에서채취하여, 일정한용기에넣고일주일동안함수율을조절하였다. 지름 30cm, 높이 10cm인원통형용기에 112.5g의낙엽을넣고함수율에따른온도분포, 화염지속시간, 화염높이등의연소특성실험을반복실험하였다. (2) Fuel bed 연소장치지표화의경사도및풍속연소실험장치는아래그림과같이제작하였으며, 실험구간은 1.5m 0.6m 구간에서낙엽의높이는일정한중량을 10cm 높이로고정하였으며, 온도를측정하기위해고감도의 1.6mm K-type 을 7개씩총 35개를배치하였다. 실험도중정확한온도의측정을위하여열전대의그을음을제거하면서실험하였다. 복사열측정은지표면에서 1m 떨어진위치에열원으로부터방출되는열을측정하였다. 풍속실험은터널식방구조에서간이풍속장치를이용풍속을조절하여실험하였다. 데이터수집은 DAQ(Date Acquisition) 를이용, 1초에 1개의데이터를엑셀로저장분석하였다. 화염의높이는비디오카메라로녹화하였으며, 1초단위로재생, 최대화염의높이를 5cm 간격으로판독, 소염시점까지측정하였다

47 20cm 25cm 20cm 150cm 20cm 20cm 110cm 20cm 5cm 2cm 60cm < 그림 6> Fuel bed (3) Buner 장치프로판가스버너 (90cm 90cm) 의열원중심에수직방향으로 15개의 K-type 열전대 (1.6mm, 30cm ) 를배치하였다. 열전대의간격은열원을기준으로수직방향으로 25cm로하였으며, 열원으로부터의거리에따른복사열량, 점화시간, 온도, 기체유속등을측정하였다. (a) One-Tree 실험 (b) 2단거치대실험 < 그림 7> Burner 장치 다음그림은 Burner 장치및시료배치도로시료는함수율 30% 대의소나무생가지를시료거치대 (90cm 90cm) 에 500g씩 25cm 간격으로 2단시료거치대를설치하여실험하였다

48 < 그림 8> Burner 장치및시료배치도 아래그림은실험공간과동일한공간으로 WFDS 실험공간을 5m 5m 5m로하여시뮬레이션하였다. 나무높이는 3m로열량은실험 LPG 열량과동일한열량을주었으며, 열원중앙에 Thermocouple를 25cm 간격으로 10개를설치실험하였다. < 그림 9> WFDS 시뮬레이션모델

49 나. 지표화 수관화전이모델개발현장사례조사결과와연소실험결과를통합하여, 수관화확산에서구분할수관화의종류를지표화속도와강도, 풍속의세기에따라스스로유지될수있는수관화인지, 아니면지표화에종속된수관화인지를우선구분하였다. 또한수관층연료특성과발열량분석결과를이용하여지표화에서수관화로의전이알고리즘과수관화로전이된다음수관화로계속확산될것인지를결정하는수관화확산알고리즘으로구분하여개발하였다. 3. 연료형에따른산불잠재위험평가기법개발 가. 대상지역전국산불연료형구분및연료지도제작을위한적용성평가를위해경상북도의성군을연구대상지로하였다. 의성군의산림은침엽수림과혼효림이우세하고토양이척박하여산림의생육상태가양호하지못하며, 산불위험성이다른지역에비해높은지역이다. 나. 임상분포현황의성군은침 활혼효림이전체의 43.7% 로가장많이분포하며, 소나무림이 37.3% 를차지하고있다. 임상별분포면적은아래표와같이혼효림이전체 43.7%, 침엽수림 43.5%, 활엽수림은 8.7% 순으로나타났으며, 영급별로는 2영급이 57.6%, 3영급 25.1%, 1영급은 14.4% 순으로대부분 30년생이하 (97.1%) 의임분으로구성되어있다. 경급별분포를보면소경목이 82.5%, 치수는 14.9% 로나타나흉고직경이 16cm 이하인수종들이대부분이었다

50 < 표 1> 의성군임상분포현황 (1:25,000 축척임상도기준 ) 구분 임상코드 임상 면적 (ha) 비율 (%) 전체비율 D, PD 소나무림 29, 침엽수림 PK 잣나무림 (C) PL 낙엽송림 1, PR 리기다소나무림 2, 활엽수림 Q 참나무림 PH 활엽수인공림 (D) H 활엽수림 6, 혼효림 (M) M 침 활혼효림 34, F 벌채지 무립목지 O 미임목지 E 황폐지 (O) LP 초지 ( 목장 ) L 경작지 1, R 제지 1, 기타 W 하천 기타 전체 79, < 표 2> 의성군임상의영급별면적 구분 영급코드 면적 (ha) 비율 (%) 1영급 Ⅰ 10, 영급 Ⅱ 43, 영급 Ⅲ 19, 영급 Ⅳ 1, 영급 Ⅴ 영급 Ⅵ 총계 - 75, < 표 3> 의성군임상의경급별면적 구분 경급코드 면적 (ha) 비율 (%) 치수 0 11, 소경목 1 62, 중경목 2 1, 대경목 총계 - 75,

51 다. 위성영상을이용한상층임상구분및 DB 구축 (1) 조사방법의성군의산림지역임상분류 (cover type classification) 와지도제작을위해현장조사자료와산림입지도를바탕으로 Landsat TM path/low 114/35 와 115/35영상을이용하여분류작업을아래그림과같이실시하였다. Cover type map 작성을위해 Landsat TM 영상을 C-Correction 지형보정후 Hybrid 분류기법을이용하여침 활 혼지역을구분하고, 분류결과와임목생장과관련되는토양건습도자료를결합하여 5개연료형으로구분하였다. 5개의연료형은 C1( 소나무-적윤토양 ), C2( 소나무-약건토양 ), C3( 소나무-건조토양 ) 3개형, 활엽수림 (D), 혼효림 (M) 각 1개형이다. < 그림 10> 산불연료형구분및연료지도제작을위한연구대상지 ( 경북의성군 ) 산불연료형구분을위한식생조사는입지조건에의해구분된군락유형별로방형구 (10m 10m) 를설치한후설치방형구내에존재하는교목및아교목에대해수종, 수고, 지하고 ( 生 死 ), 흉고직경, 수관폭등을조사하였다. 또한산불연소확대에영향을미칠수있는각층위별 ( 교목, 관목, 초본 ) 높이와낙엽층두께도함께조사하였다. 임분내연료형은지형여건에따라같은수종이라도상이한구조를보일수있기때문에조사지점별고도, 사면

52 방위, 경사와위치좌표등을조사야장에기입하였다. 의성군의산불연료형구분을위해총 70개조사구에서식생및매목조사를실시하였으며연소물량을추정하기위해관목층이하의지피가연성물질에대한연료하중을조사하였다. 연소물량조사를위해관목층은 2m 2m, 초본층, 낙엽, 낙지, 열매등은 1m 1m로구획하여현지에서채취하여생중량을측정하였으며, 채취한각각의샘플들을 Dry Oven에서건조시킨후건중량을재측정하였다. 현지조사항목은아래와같다. 식생조사 : 10m 10m 정방형구 상층 중층 : 수고, 흉고직경, 지하고, 밀도등 하층 : 관목및초본층의높이, 피도 연소물량조사 : 관목 (2m 2m), 초본, 낙지, 낙엽 (1m 1m) 등 지형 : 고도, 방위, 경사, 위치좌표 (2) 산불연료형구분을위한 DB 구축현장조사에의해얻어진임상과임분내밀도, 층위별식생구조등의자료들을이용하여산불연료형을구분하기위해서는조사지역의샘플수가무작위적으로고루분포하여야하나자료구축의비용적, 시간적인면은물론실용적인면을우선적으로고려해야하기때문에한정된식생조사만으로전국의산불연료형을구분하여산불연료지도를작성하기에는한계가있다. 따라서산불연료지도를제작하여실용화하기위해서는먼저활용가능한위성영상자료, 지형자료, 수치입지도, 수치임상도등의기구축자료를활용하여연료형을구분하여야할것으로판단된다. 본연구에서는위성영상자료를이용하여대상지역의산림 cover type 등피복분류도를구축하였으며, 산림의토양및수분조건에따라수목의생장에많은영향을주기때문에토양의건습도를반영하여산불연료형구분을위한참고자료로활용하였다. 또한지형특성에따른산림의유형을파악하기위하여 DEM을제작하여경사및사면방위별분포도를제작하였다. 산림지역의침 활 혼구분을위해 2000년 11월 9일 (114/35), 2002년 3월 11일 (115/35) 에촬영된 Landsat TM 114/35와 115/35 지역의 subsense 자료를활용하였다. 위성영상자료의분류처리를위해서는 Image Analyst 이미지처리프로그램과 ArcGIS 9.2 분석프로그램을이용하였다

53 Ⅳ. 결과및고찰 1. 지표화 수관화전이지산불화경발생특성 가. 산불사례조사를통한수관화발생특성 (1) 산불사례조사결과 2007년부터 2009년봄철산불기간 (2009년 5월 30일현재 ) 까지총 101건을조사하였는데, 이기간동안발생한전체산불건수 1,275건의약 8% 에해당되는양이다. 조사대상산불의공간적분포는아래그림과같이경상도와전라도가각각 46%(46건 ), 16%(16건 ) 의비중을차지하였는데, 이는이기간동안경상도와전라도에서산불이각각 31%, 20% 로많이발생했기때문이다. < 그림 11> 조사대상산불분포 다음표에는조사대상산불의기술통계값이제시되어있다. 산불한건당평균연소면적은 43.5ha 이었으며, 화선길이, 즉산불둘레길이는 2.79km 이었다. 평균연소시간은 4.9시간으로, 산불발생후 5시간이내에대부분진화되었음을알수있었다. 피해면적을연소시간으로나눈, 즉면적개념

54 의확산속도는 6.75ha/hr로한시간당평균약 6.8ha의산림이연소된것으로분석되었다. < 표 4> 조사대상산불의기술통계값 통계값 GPS 구역면적화선길이연소시간확산속도 (ha) (km) (hr) (ha/hr) 평균 표준오차 표준편차 분산 20, 최소값 최대값 1, (2) 산불방향특성 101개의산불중 57%(57건 ) 이남, 남서사면에서발생하여북향계열 ( 북, 북동, 북서 ) 사면에서발생한 21%(20건 ) 에비해약 2.7배가많아, 아래그림에서보는바와같이산불발생비율이사면향에따라다름을알수있었다. 이는기존연구결과와도부합한내용으로남향일수록일사량이많아낙엽등가연물질이더욱건조하여산불발생에용이하기때문이다. 산불확산방향을결정하는데주요한영향을미치는바람의방향은서풍이 24건 (25%) 으로가장많았으며, 그뒤를이어북서풍, 남서풍이각각 22건 (22%), 19건 (19%) 으로서풍계열의바람이총 65건으로 66% 를차지하여주풍향임을알수있었다. 이는조사대상산불의 51건 (50%) 이 3월부터 5월까지봄에발생했고, 북반구중위도에속한우리나라의경우계절풍의영향으로봄철에편서풍이부는사실과일치한다. 남향에서발생한산불은주로동쪽으로확산되었는데, 이를세부적으로살펴보면북동방향으로 25건 (25%), 남동쪽으로 22건 (22%), 동쪽으로 21건 (21%) 순이었으며, 서쪽으로는단한건도확산되지않았다. 위의조사결과를일반화하면산불은주로산지의남향에서발생하여서풍의영향을받아, 북동쪽으로확산됨을의미하므로, 북쪽과동쪽에위치한주민은신속하게대피해야하고, 이방향에위치한주요시설에대해서는사전조치가요구된다

55 < 그림 12> 산불방향특성좌 : 발화지점의사면향 ( 도 ) 과사면길이 (m), 중 : 풍향 ( 도 ) 과풍속, 우 : 산불확산방향 ( 도 ) 과최대길이 (m) < 표 5> 발화지사면, 풍향, 산불확산방향건수와비율 발화지사면 풍향 확산방향 방향 건수 비율 (%) 건수 비율 (%) 건수 비율 (%) N NE E SE S SW W NW 합계 (3) 수관화발생특성산불의확산속도의급격한증가 ( 이병두, 2005) 와더불어피해지복원에밀접한영향을미치는수관화는 22곳에서조사되었다. 발화지점으로부터수관화전이까지소요되는평균거리는 100±29m으로, 초기진화는발화지점으로부터 100m 이내에수행되었을때지표화단계에서진화할수있음을파악할수있었다. 이를산불이발생한사면의경사길이즉능선부위까지의비율로살펴보았을때사면장의 4부능선이하의산복부에서 66% 가수관화로확산되었고수관화중 2부능선이하의산록부에서도 44% 가발생하

56 였는데, 이러한지역은대부분수고 (2-5m) 가낮은소나무가고밀도로분포하고있는산림이었다. < 그림 13> 발화지점으로부터수관화발생지점까지의거리 22개소의수관화가관찰된산불을대상으로수관화전이패턴을분석한결과, 아래그림과같이 1 소경목 고밀도형, 2 능선형, 3 계곡형등 3개유형으로구분할수있었다. 일반적으로능선형이 67% 로가장많았고, 소경목 고밀도형 28%, 계곡형 5% 순이었다. 소경목 고밀도형은수고가낮고, 흉고직경이작은소나무림이고밀도로존재하는산림에서지표화가수관화로전이되는형태로써, 2007년 5월 7일에발생한울산북구천곡동산불이대표적이었다. 이산불은발화지로부터 10m 떨어진곳에서수관화로확산되었는데, 흉고직경 4-10cm, 수고 2-5m의소나무가 ha당 4,500본이상밀집되어있었다. 능선형은지표화로진행되던산불이능선부근에서일반적으로강도가약한산불에서지형적요인으로수관화로발전되는형태이다. 전체수관화발생산불중 67% 가이유형으로소규모산불에서발생한수관화의일반적인형태였다. 계곡형은지표화로진행되던산불이계곡으로인하여열에너지가발산되지못하고모이게되면서수관화로전이되는형태를일컫는데, 2007년 4월 28일전북익산시성당면에서발생한산불이대표적이다

57 < 그림 14> 수관화의 3 가지유형 ; 소경목 고밀도형, 능선형, 계곡형 나. 지형과산불피해도와의관계수종에상관없이전체임상을대상으로했을때산불피해도는지형별로다르게나타났다 (d.f.=9, F-value=69.6, Pr>F =<0.0001). 즉아래그림과같이산지수로 (HW), 능선 (HR), 산복사면 (US) 의지형형태에서산불피해도가가장높게나타났으며, 얕은계곡 (SV), 산록사면 (OS), 평탄구릉 (MR), 심곡 (DIS) 은중간이었다. 마지막으로곡저구릉 (LR), 평탄곡지 (UV), 평지 (PL) 등은산불피해가가장작았다. 산지수로 (HW), 능선 (HR), 산복사면 (US) 등의지형형태는상대적으로높은고도와경사도로인하여수관화로발전되기쉽기때문에산불피해도가높게나타난것으로판단되며, 상대적으로고도와경사도가낮은평탄곡지 (UV), 평지 (PL) 등의지형은대부분지표화로연소되어산불피해도가낮게나타난것으로판단된다. 이중산지수로는 Pyne 등 (1996) 등이지적한굴뚝효과 (Chimney effect) 와가장유사한지형으로써열에너지가모여급격하게상승하는지형으로수관화를동반하게되므로, 진화대원에게위험한지형으로분류된다. 능선부지형에비해계곡부지형형태가상대적으로피해가적었는데, 수분퍼텐셜 (Water potential) 이높은계곡부지형이산불발생시피해가적다는 Heinselman(1973) 과 Foster(1983) 의연구결과와도일치한다

58 < 그림 15> 지형별산불피해도의차이수관화피해지, 중산불피해도, 지표화피해지 이를임상별로세분해보면, 침엽수림 (d.f.=9, F-value=50.96, Pr>F=<0.0001) 과혼효림 (d.f.=9, F-value=5.04, Pr>F=<0.0001) 에서는지형별로산불피해도가차이났으나, 활엽수림 (d.f.=9, F-value=1.45, Pr>F=0.1631) 에서는피해도가다르지않았다. 즉침엽수림에서는전체임상을대상으로했을때와마차가지로산지수로 (HW), 능선 (HR), 산복사면 (US) 의피해가심하고, 얕은계곡 (SV), 산록사면 (OS), 평탄구릉 (MR) 지형형태가다음이었으며, 마지막으로심곡 (DIS), 곡저구릉 (LR), 평탄곡지 (UV), 평지 (PL) 의순으로피해가약했다. 혼효림에서는산지수로 (HW), 능선 (HR) 이피해가심한그룹으로, 곡저구릉이피해가약한것으로분석되었으며, 나머지지형에서는통계적으로유의한차이가나지않았다. 활엽수림에서는모든지형에서유의한차이가발견되지않았다. 이러한결과는대상지산불이발생했던 4월에활엽수림에서는수관층의연료가상대적으로적어, 대부분지표화로연소되어산불피해가약했던것으로판단된다. 즉수관층의가연물질로이용될수있는잎의양이충분하여수관화로연소될여지가높은침엽수림에서활엽수림에비해지형형태에더민감하게반응한것이다. 이러한연구결과는삼척산불의피해도와임상, 지형과의관계를고찰한이병두 (2006) 의연구결과와도일치하였다