산불연료량 분포 추정 및 산불잠재성위험성 평가 연구

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The structure of forests in the Republic of Korea is uncomplicated, which makes a forest fire severe once it happens. In particular, as forest in Korea are in a dry condition during the spring season and mainly composed of coniferous forest, the forest fire in this region spreads in large-scale. Thus, it is crucial to analyze the impact of forest structure and biomass on a forest fire in Korea. The potential forest fuel load decides the occurrence and effects of forest fire by forest stand. Vertical structure of forest fuel load influences the environment of combustion, the area and rate of diffusion of a forest fire, and the effect of combustion. For preparation and prevention to forest fire repeated annually, it is necessary to estimate forest fuel load by vertical strata in the forest and assess the potential risk of forest fire. Thus, this study analyzes the distribution of forest fuel load by forest vertical strata in coniferous and deciduous forest of Pinus Koraiensis, Pinus Rigida and Pinus Thunbergi forest except Pinus densiflora forest and assesses the risk of forest fire by drawing the forest fuel load map by crown layer, shrub layer and ground layer in the forest.
From the distribution analysis of forest fuel load by vertical strata of the forest, a fuel load of deciduous forest in the crown layer including stem, branch, leaves and bark is 2.97∼270.91 ton/ha, which constitutes 31.4∼96.0% of the total fuel load. And the fuel load of the crown layer increase according to the increase in age class of forest. The fuel load in the shrub layer is 0.06∼3.45 ton/ha, accounting for 0.1∼20.0% of the total fuel load, and increase with age class as well. The fuel load of ground layer of herb, litter, and litterfall is 0.04∼3.43 ton/ha, 0.29∼17.92 ton/ha, 0.14∼10.22 ton/ha, which is 0∼29.7%, 2.2∼53.6%, 0.7∼9.7% of total fuel load, respectively. According to the age class, the fuel load of herb decreases and that of litter and litterfall increases. In deciduous forest, fuel load in the crown layer is 2.57∼315.33 ton/ha, constituting 28.3∼97.3% of the total fuel load. And fuel load rises with an increase in age class. The fuel load in the shrub layer is 0.02∼3.10 ton/ha and it accounts for 0.07∼17.8% of the total fuel load. However, it decreases and then increases according to the increase in age class.
And the fuel load of herb, litter and litterfall in a deciduous forest is 0.03∼1.38 ton/ha, 1.89∼15.89 ton/ha, 0.32∼7.19 ton/ha by each, which is 0.01∼14.3%, 1.8∼45.7%, 0.3∼19.5% of the total fuel load. With the increase in age class, the fuel load of herb shows decrease while the fuel load of litter and litterfall increases. In a nut pine forest, the distribution of fuel load is 7.19∼80.51 ton/ha in the crown layer, 0.13∼0.75 ton/ha in shrub layer, and 2.84∼9.48 ton/ha in the ground layer. In pitch pine forest, the crown layer has 7.76∼136.18 ton/ha, shrub layer has 0.09∼0.64 ton/ha, and the ground layer has 6.04∼13.48 ton/ha of the fuel load. In the black pine forest, the fuel load of the crown layer, shrub layer, and the ground layer is 5.83∼55.48 ton/ha, 0.08∼1.86 ton/ha, and 0.99∼4.01 ton/ha respectively.
The fuel load in crown and ground layer of Pinus Koraiensis, Pinus Rigida and Pinus Thunbergi forest increases according to the increase in age class while the shrub layer of those shows no differences through the age class. To analyze the type of fuel load of the Pinus Koraiensis, Pinus Rigida and Pinus Thunbergi forest, 9 different types are classified by soil humidity and DBH class. As a result of statistical analysis and development of fuel load model, each forest is classified into three groups of A, B, C with distinguishing characteristics of each group.
For the assessment of potential forest fire risk by forest fuel load, three parameters, fuel load humidity (FMC), belowground length (CBH), and intensity of surface fire (SFI), are generated and surface fire deciding intensity which determines spread to crown fire is estimated. And it is assumed that if SFI is higher than CSI, spread to crown fire appears and if SFI is not higher than CSI, the ground fire appears. In general, high SFI tends to dry fuel load in the crown layer. Fuel load in the crown layer is the factor affecting spread to crown fire and it works as a motive power to spread forest fire from crowns and shrub to crowns near-around. Shrub and Forbs take a role of ladder fuels and increase CSI, providing vertical continuity for spreading forest fire from ground layer to crown layer. This study aims to understand the distribution and characteristics of fuel load in the crown layer, shrub layer, and the ground layer of coniferous forest (Pinus densiflora forest, Pinus Koraiensis, Pinus Rigida and Pinus Thunbergi forest) and deciduous forest and develop fuel load prediction model quantifying of fuel load in the forest. This study mapped fuel load distribution for assessing potential forest fire risk due to the change in fuel load. CSI due to the change in FMC and CBH of coniferous forest is required much according to increase in CBH. In case of crown, FMC is 50, which is the fuel load humidity in the dry spring season, spread to crown fire could be more rapid, which requires the removal of potential forest fire risk by thinning, pruning, and removing of fuel load in the ground layer.

국문 초록 (Abstract)

산불행동과 강도는 다양한 연료층의 특성과 수평․수직적인 연속성에 따라 결정되며, 특정 임분에서의 산불위험도는 잠재된 연료량에 따라 산불행동과 영향을 좌우한다. 산림연료의 층위구조는 연소 환경, 산불확산 및 속도, 연소 효과에 영향을 미치는 등 다양한 의미를 지니고 있다. 해마다 반복되는 산불에 대비하고 예방하기 위해서는 산림 내 층위별 연료량을 추정하고 산불잠재위험성을 평가할 필요가 있다. 따라서 본 연구는 수치임상도와 현장조사 자료를 이용하여 전국 침엽수림, 활엽수림 그리고 소나무를 제외한 잣나무림, 리기다소나무림, 곰솔림 층위별 연료량 분포를 추정한 후 최종적으로 산림 내에 존재하는 수관층, 관목층 그리고 지표층에 대한 산불연료량 지도를 작성하여 임내에 잠재되어 있는 산불위험성을 평가하였다.

영급변화에 따른 임분의 층위별 연료량 분포 분석 결과, 우리나라 침엽수림의 지상부 연료량 중 수피를 포함한 줄기목질부, 생지부, 생엽부를 모두 합친 수관층의 연료량은 2.97∼270.91 ton/ha로서 전체 연료량의 31.4∼96.0%를 차지하였고 영급이 증가할수록 수관층 연료량이 증가하는 경향을 나타내었다. 관목층의 연료량은 0.06∼3.45 ton/ha로 전체 연료량의 0.1∼20.0%의 분포를 보였으며, 수관층과 마찬가지로 영급이 증가할수록 증가하는 경향을 보였다. 지표층에 해당하는 초본, 낙엽, 낙지의 연료량은 각각 0.04∼3.43 ton/ha, 0.29∼17.92 ton/ha, 0.14∼10.22 ton/ha로서 전체 연료량 중 각각 0∼29.7%, 2.2∼53.6%, 0.7∼9.7%의 분포를 보였다. 초본은 영급이 증가할수록 연료량이 감소하고, 낙엽과 낙지는 영급이 증가할수록 연료량이 증가하는 추세를 보였다. 활엽수림 수관층 연료량은 2.57∼315.33 ton/ha로서 전체 연료량의 28.3∼97.3%를 차지하였고, 중층의 연료량은 0∼4.19 ton/ha로서 전체 연료량의 0∼4.4%를 차지하였으며, 영급이 증가할수록 증가하는 경향을 보였다. 관목층의 연료량은 0.02∼3.10 ton/ha로 전체 연료량의 0.07∼17.8%의 분포를 보였으며 침엽수림과는 다르게 영급이 증가할수록 감소하다 증가하는 경향이 나타났다. 또한 활엽수림의 초본, 낙엽, 낙지의 연료량은 각각 0.03∼1.38 ton/ha, 1.89∼15.89 ton/ha, 0.32∼7.19 ton/ha로서 전체 연료량 중 각각 0.01∼14.3%, 1.8∼45.7%, 0.3∼19.5%의 분포를 보였고 초본의 연료량은 영급이 증가할수록 감소하는 반면에 낙엽과 낙지의 연료량은 영급이 증가할수록 증가하였다.

잣나무림, 리기다소나무림, 곰솔림 연료량 분포 결과, 잣나무림의 수관층은 7.19∼80.51 ton/ha, 관목층은 0.13∼0.75 ton/ha, 지표층은 2.84∼9.48 ton/ha로 분포하였다. 리기다소나무림의 수관층은 7.76∼136.18 ton/ha, 관목층은 0.09∼0.64 ton/ha, 지표층은 6.04∼13.48 ton/ha로 나타났다. 곰솔림의 수관층은, 5.83∼55.48 ton/ha, 관목층 0.08∼1.86 ton/ha, 지표층은 0.99∼4.01 ton/ha로 분포하였다. 세 임분 모두 영급이 증가할수록 수관층과 지표층은 연료량이 증가하였다. 관목층의 경우는 큰 차이가 없이 비슷한 경향을 보였다. 세 임분의 연료형 구분을 위해 토양건습도와 경급의 9개 유형을 구분하였고 통계분석 및 연료모델개발 결과 세 임분 모두 A, B, C 그룹으로 되었고 각 그룹간에 유의한 차이가 나타났으며 각 그룹의 연료모델을 개발하였다.

산림내의 잠재위험성 평가를 위해 지표화에서 수관화로 전이되는 조건으로 연료습도(FMC), 지하고(CBH), 지표화 강도(SFI) 등 3가지 파라미터를 산출하여, 수관화 전이를 결정하는 지표화 결정강도(CSI)를 추정하여 연료량 변화에 따른 임내 산불잠재위험성을 평가하였다. 이때 SFI가 CSI보다 크면 수관화로 전이되고, SFI가 CSI보다 작거나 같으면 지표화로만 진행된다고 가정하였다. 일반적으로 높은 SFI는 수관층의 연료를 건조시키는 역할을 한다. 수관층의 연료는 수관화에 영향을 미치는 인자로 하층의 관목과 수목 또는 수관으로부터 주변의 수관으로 산불이 확산될 수 있는 원동력 역할을 한다. 관목과 치수는 산불이 지표층의 연료에서 수관층의 연료로 전이될 수 있는 수직적 연속성을 제공하여 결과적으로 수관화에 영향을 미치는 사다리연료(ladder fuels) 역할을 제공하고 CSI를 증가시킨다.

본 연구는 전국의 주요 침엽수림(소나무림, 잣나무림, 리기다소나무림, 곰솔림)과 활엽수림을 대상으로 수관층, 관목층, 지표층의 연료량 분포와 특성을 이해하고 이를 정량량화 할 수 있는 연료량 예측모델을 개발하고자 하였다. 연료량 변화에 의한 임내 산불잠재위험성 평가를 위해 지하고 분포 및 지표층(낙엽, 낙지, 초본층) 연료량의 공간적 분포를 지도화하였다. FMC와 CBH의 변화에 의한 침엽수림의 수관화 전이 CSI는 CBH가 높아질수록 수관화로 전이되기 위해서는 더 많이 필요한 것으로 나타났다. 또한 수관 FMC가 50일 경우(봄철 건조기에 해당하는 연료습도)를 가정했을 때의 CSI를 평가하였다. CSI가 낮은 지역에서는 수관화 전이가 상대적으로 다른 지역보다 빨리 진행될 수 있으므로 간벌, 가지치기, 하층 연료제거 등의 방법을 통해 임내에 잠재된 산불위험성을 사전에 제거할 필요가 있다.

목차 (Table of Contents)

• Abstract ⅰ
• 국문초록 ⅲ
• Ⅰ. 서론 1
• Ⅱ. 연구사 5
• Ⅲ. 재료 및 방법 11
• 1. 연구대상지 11
• 2. 현장조사 및 분석방법 15
• 2.1 현장조사 방법 15
• 2.2 분석방법 19
• 2.2.1 침엽수림과 활엽수림 층위별 연료량 분포 추정 및 연료지도 작성 19
• 2.2.2 잣나무림, 리기다소나무림, 곰솔림 층위별 연료량 추정, 연료지도 작성, 연료형 구분 및 모델 개발 23
• 2.2.3 전국 도별 산불잠재위험성 평가 26
• Ⅳ. 결과 및 고찰 29
• 1. 전국 도별 산불연료량 분포 추정 29
• 1.1 침엽수림과 활엽수림 연료량 분포 추정 29
• 1.1.1 강원도(영동, 영서) 권역 29
• 1.1.2 경상북도(대구광역시 포함) 권역 33
• 1.1.3 경상남도 권역 35
• 1.1.4 전라북도 권역 37
• 1.1.5 전라남도(광주광역시 포함) 권역 39
• 1.1.6 충청북도 권역 41
• 1.1.7 충청남도(대전광역시 포함) 권역 43
• 1.1.8 경기도(서울특별시․인천광역시 포함) 권역 45
• 1.2 잣나무림, 리기다소나무림, 곰솔림 연료량 분포 추정 및 산불연료형 구분 47
• 2. 전국 도별 산불연료지도 작성 64
• 2.1 침엽수림 및 활엽수림 산불연료지도 64
• 2.2 잣나무림, 리기다소나무림, 곰솔림 연료지도 67
• 3. 산림내 산불잠재위험성 평가 71
• Ⅴ. 결론 79
• 참고문헌 81
• 부록 1 103
• 부록 2 125

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