Experimental Study on Reducing the Risk of Wildland Fires by Prescribed Fire

주열 류; 원직 양

doi:10.9798/KOSHAM.2021.21.2.45

J. Korean Soc. Hazard Mitig. > Volume 21(2); 2021 > Article

계획적 불놓기에 의한 산불위험 저감에 관한 실험적 연구

Article

산지방재

J Korean Soc Hazard Mitig 2021; 21(2): 45-52.

Published online: April 30, 2021

DOI: https://doi.org/10.9798/KOSHAM.2021.21.2.45

계획적 불놓기에 의한 산불위험 저감에 관한 실험적 연구

류주열^*, 양원직^**

* 정회원, 광운대학교 재난안전공학과 박사과정(E-mail: juyal@hanmail.net)

** 정회원, 광운대학교 재난안전공학과 교수

Experimental Study on Reducing the Risk of Wildland Fires by Prescribed Fire

Juyeol Ryu^*, Wonjik Yang^**

* Member, Ph.D. Candidate, Department of Disaster Prevention & Safety Engineering. Kwangwoon University

* Member, Professor, Department of Disaster Prevention & Safety Engineering, Kwangwoon University

^** 교신저자, 정회원, 광운대학교 재난안전공학과 교수
(Tel: +82-2-940-5611, Fax: +82-50-4401-4959, E-mail: yangwj@nate.com)

Corresponding Author, Member, Professor, Department of Disaster Prevention & Safety Engineering, Kwangwoon University

Received January 14, 2021 Revised January 18, 2021 Accepted February 01, 2021

This is an open access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0), which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

Abstract

Many countries, such as the United States, Australia, and Japan, use prescribed fire to treat fuel in forests as their primary wildfire prevention and management tool. However, to date we have not applied such method in our country. Therefore, in this research, we investigate the current status and method of prescribed fire for application. Then, the research target area was selected, and the possibility of the domestic application was evaluated through a prescribed fire and wildfire reproduction simulation. Our simulation results showed that a split fire drop (1^st, 2^nd, and 3^rd fire) using the prescribed fire reduced the burning area by 26.6% compared to wildfire reproduction. We confirmed that the prescribed fire was carried out safely and effectively.

Keywords: Prescribed Fire, Surface Fuel-reduction Treatment, Burning Surface Area, Simulation

요지

미국, 호주, 유럽, 일본 등의 국외 여러 나라에서는 산림 내의 연료를 처리하는 계획적 불놓기를 주요 산불 예방관리 도구로 활용하고 있지만, 현재 국내에서는 적용되지 않고 있다. 따라서, 본 연구에서는 국내에 산불 예방관리 기법인 계획적 불놓기의 적용을 위해 국외 계획적 불놓기의 적용 현황과 적용 방법을 살펴보고, 연구대상 구역을 선정하여 시뮬레이션을 통해 국내 적용 가능성을 평가하였다. 계획적 불놓기와 산불재현 시뮬레이션을 수행한 결과, 계획적 불놓기를 통해 분할된 불놓기(1차, 2차, 3차점화)를 적용하면 산불재현 보다 시간경과에 따라 평균 연소면적이 26.6% 감소되어 안전하고 효과적인 연소가 이루어지는 것을 확인하였다.

1. 서 론

산림청 산불 통계에 의하면, 최근 10년(2009년~2018년) 동안 우리나라에서는 연평균 약 432건의 산불이 발생했다. 하지만 2016년부터 2018년까지 3년 동안의 연평균 발생 건수는 약 526건으로 나타났고, 월별로는 3월~5월 사이에는 58%, 6월~8월은 11%, 9월~11월은 9%, 12~2월에는 22%의 산불이 발생하였다. 특히, 2019년에는 650건이 넘는 산불이 발생해 축구장 4,100개에 해당하는 산림이 소실되었고, 최근 10년 평균과 비교하면 산불 발생 건수는 48%, 면적은 280% 증가하는 등 산불위험이 꾸준하게 증가하고 있다(Korea forest Service, 2020a). 그리고 지역에 따라서는 강수량이 적고 건조한 경상도 지역과 인구가 많은 경기도 지역에서 많은 산불이 발생하였으며, 대형 산불의 위험성도 점차 증가하고 있다. 이와 같이, 산불이 특정 계절에 집중적으로 발생되는 원인은 국내의 계절적 영향 때문이다. 산불은 일반적으로 온도가 높고 습도가 낮아 건조할 때 많이 발생된다. 봄철에는 비가 적게 내려 건조한 가운데 날씨가 점차 따뜻해지면서 산불이 발생하기 쉬운 기상 조건이 형성되기 때문이다(Lee, 2018). 또한 1973년부터 추진된 치산녹화 산업으로 국내 산림의 임목량 축적이 매년 증가되었고, 2015년 기준으로 924,810,000 ㎡로 1995년 308,426,000 ㎡에 비해 2.9배의 임목 축적량이 증가되었다(Korea forest Service, 2016). 국내 산림의 임목 축적량 증가로 산림이 우거지고 고령급의 임목이 증가되었지만, 산불이 발생되면 산림 내에 축적되어 있는 임목들은 산불에 연소되는 연료(fuel)로 작용하여 산불의 규모를 증가시킨다. 그리고 산림 연료의 잠재량의 증가에 따라 산불 강도(fire severity)가 증대되어 산불위험도가 증가된다(Won et al., 2013).

국내 산불관리 기관인 산림청에서는 과학적인 산불관리를 위해 국가산불위험예보시스템, 산불확산예측시스템, 산불위험지도 등을 개발하여 운용하고 있다(Korea forest Service, 2020b). 국가 산불위험 예보시스템은 지리정보시스템을 이용해 전국의 지역별 지형이나 산림 조건과 기상 조건을 실시간으로 분석하여 산불위험도를 파악하고, 산불의 발생, 확산, 피해 위험이 높은 지역을 선별하여 산불 발생 밀도, 침엽수림과의 거리, 인구밀도, 건물 밀도의 분포를 이용해 A등급부터 D등급까지 산불 취약위험지수를 분류한다. A등급에 가까울수록 위험도가 높아 해당 지역 내 산불로 인한 재산과 인명피해가 많이 발생할 것으로 예상되는 곳에 대해 산불 조심 강조 구역으로 선정하여 입산 통제와 등산로 폐쇄 구역을 선정하는 데 활용하고 있다.

산불확산예측프로그램은 산불 발생 시 발화지의 위치와 지형, 기상 조건을 분석해 시간대별 산불확산경로와 산불 강도를 예측하는 프로그램이다. 예측된 산불확산 경로를 바탕으로 진화선을 설정하고, 대피경로, 주요 시설물 보호 등 진화전략 수립에 이용하고 있다. 그러나, 이러한 산불관리 시스템은 소극적인 산불 관리 시스템으로 산불이 발생된 이후에 산불의 확산을 예측하여 방화선 및 진화선을 구축하는데 활용된다. 또한 산불위험지도는 산불의 위험이 높은 지역에 대해 입산 통제 및 등산로 폐쇄, 지역 주민들과 해당 관리 기관에 예⋅경보를 발령하는데 사용된다. 그러나 오랜 기간 산림에 축적되어 있는 지표층 연료를 저감시켜 산불의 급속한 확산을 감소시키거나 산불로 인한 피해 면적을 감소시키기에는 한계가 있다. 따라서 산림 지표층의 연료량이 과도하게 축적되어 있어 산불발생 및 연소확대의 위험이 높은 지역에 대해 사전에 소규모의 불놓기를 실행하여 산림 연료량을 소각시킴으로써, 지표 연료량을 저감시키는 산림 연료 저감 처리(fuel reduction treatment) 기법인 계획적 불놓기(prescribed fire)의 국내 적용이 요구된다. 계획적 불놓기는 미국, 호주, 일본, 유럽 등에서 산불을 예방하고 산림 생태계의 다양성을 위해 산불관리 예방 도구(tool)로 활용되고 있다(Fernandes and Botelho, 2003). 그러나 국내에서는 아직 계획적 불놓기에 의한 산불예방 관리가 이루어지지 않고 있다.

본 연구에서는 국내에 산불 예방관리 기법인 계획적 불놓기의 적용을 위해 국외 계획적 불놓기의 적용 현황과 적용 방법을 살펴보고, 연구대상 구역을 선정하여 시뮬레이션을 통해 국내 활용 가능성을 평가한다.

2. 선행 연구 고찰

국내에는 계획적 불놓기에 관한 연구가 이루어지고 있지 않아, 국외 연구 사례를 중심으로 선행 연구를 고찰한다. 우선, 시뮬레이션에 의한 효과 분석 연구로 시뮬레이션을 활용하여 계획적 불놓기로 인한 산림 연료저감 효과를 컴퓨터 시뮬레이션을 활용하여 산불 확산 및 예측을 정량화하는 연구들이 이루어지고 있다. Rothermel (1972)은 산림 연료 모델링을 적용한 화재 확산 모델인 BEHAVE 산불 확산 예측 시스템(BEHAVE fire behavior prediction system)을 개발하여 계획적 불놓기의 효과를 예측하고 비교하는데 활용하였다. 그리고 Anderson and Brown (1987)은 산불의 거동 특성을 화재 강도별로 분류하여 미국 서부 지역의 산림 종류에 따른 변화를 시뮬레이션 하였고, 계획적 불놓기를 실행하면 산불의 강도가 감소되는 것을 확인하였다. Van Wagtendonk (1996)은 미국 캘리포니아 시에라 네바다의 계획적 불놓기의 효과를 분석하였다. 분석 결과에 의하면, 계획적 불놓기가 산불 위험을 저감시키는 가장 효과적인 기술이며, 악천후에서 산불의 평균 화재 강도를 76% 감소시키고 연소 면적도 37%로 감소시킨다고 주장하였다.

계획적 불놓기 규모에 관한 연구로, Agge et al. (2000)은 계획적 불놓기를 통해 산불 발생의 위험을 저감시키는 요소로 불놓기를 실행하는 공간적 특성 중에 불놓기 규모에 따라 효과성에 차이가 발생된다고 제시하였다. Omi and Kalabokidis (1998)의 연구에 의하면, 계획적 불놓기의 규모가 너무 작거나 또는 너무 클 경우에는 오히려 효과를 발휘하지 못하거나 대형 산불로의 확산을 가져올 위험성이 내포되어 있다고 하였다. Finney (2002)와 McRae and Flannigan (1990)은 미국 서부와 캐나다에서는 계획적 불놓기를 보통 100~1,000 ha 단위로 적용한다고 보고하였다. 그리고 Grant and Wouters (1993)에 의하면 호주에서는 유칼립트 숲에 대해 단일 최대 규모로 8,000 ha 단위로 실행하였다. 유럽 국가 중, 프랑스는 관목지대에 300 ha 이하로 적용하는 것을 권장하고, 포르투칼의 소나무 지대의 경우에는 약 30 ha의 규모로 적용하는 것이 적절하다고 보고하였다(Fernandes et al., 1999; Rigolot and Gaulier, 2000). 이와 같이, 국가별로 계획적 불놓기를 적용하는 규모에는 차이가 있다. 일부 연구자들은 대규모 계획적 불놓기보다는 소규모의 계획적 불놓기가 더욱 효과적이라고 제안하였다. 그리고 Keeley (2002)는 산림 연료를 효과적이고 안전하게 저감시키기 위해서는 소규모로 계획적 불놓기를 실행하는 것이 잔류 산림 연료량을 감소시켜 효과적이라고 주장하였다.

이와 같이 국외에서는 계획적 불놓기의 효과를 검증하기 위한 연구들이 주로 이루어지고 있고, 시뮬레이션을 이용한 효과 분석 연구와 장기간의 모니터링을 걸쳐 효과를 분석하는 연구가 이루어지고 있다. 그리고 효과적이고 안전하게 실행하기 위해 계획적 불놓기의 규모에 관한 연구가 이뤄지고 있어, 국내에서도 연구가 요구된다.

3. 계획적 불놓기(prescribed fire)

3.1 계획적 불놓기의 개념

계획적 불놓기(prescribed fire)는 국외에서 ‘controlled burning, ‘planned fire’, ‘fuel-reduction fire’, ‘hazard reduction burning’ 등으로 불리우며, 국내에서는 처방화입(處方火入)이라고 명명되어 있다. 계획적 불놓기는 지정된 공간적 지형에서 환경(풍속, 습도, 지형, 연료량 등) 조건을 고려하여 화재 강도 및 속도를 제어하면서 산림 내에 적재되어 있는 산림 연료를 소규모 불을 이용하여 연소시켜 감소 처리하는 기법이다(AFAC, 2012).

산불은 산림 생태계를 파괴하고 산림 자원을 훼손한다. 하지만, 이와 반대로 계획적 불놓기는 식생 밀도(vefetation densities)를 줄이고 일부 종의 묘목(seeding) 재생 및 성장을 촉진시키는 역할을 하는 산림 생태계를 유지하는 주요한 요소 중에 하나이다. 그러므로 육상 생태계를 유지하고 촉진하기 위해서는 주기적인 연소가 필요하다(Hardy and Arno, 1996; Allen et al., 2002). 산불로부터 산림자원을 보호하기 위해서는 산불의 발생을 적극적으로 예방하고, 산불 발생시에는 진압을 통해 통제해야 하는 관리 대상이다. 그러나 계획적 불놓기는 제한되고 규정된 화재 규모를 이용하여 유해식물 및 곤충을 제거하고 야생 동물 서식지를 유지하는 데 유용한 도구로 이용되고 있다(Dees et al., 2001).

일반적으로 화재는 Fig. 1(a)와 같이 3가지 요인이 충족되어야 발생된다. 화재 발생의 3요소는 열(점화원), 산소, 연료(가연성 물질)가 동시에 충족되어야 화재가 발생되고 지속된다(Kane, 2018). 마찬가지로 산불의 발생도 Fig. 1(b)의 3가지 주요 요인인 기후조건(weather), 지형(topography), 연료(fuel)의 조건이 만족되어야 발생된다. 만약 이 중에 한 가지 요인이 결여되어도 산불은 일어나지 않는다. 즉 화재 및 산불을 진화 및 예방하는데 3가지 요소 중에 한 가지를 차단 또는 제거하면 연소를 억제시키고 불을 끌 수 있다. 그러므로, 산불의 3요소 중에 기후조건과 지형은 자연 및 환경적인 요소이기 때문에 산불 관리자의 제어가 불가능한 요소인 반면에, 연료(fuel)는 사전에 제거를 통해 관리자의 직접 제어가 가능하다. 계획적 불놓기는 불을 이용하여 산불 3요소인 산림 연료를 사전에 제거함으로써, 산림 내의 연료를 저감 처리해서 산불 발생시 산불의 확산 방지 및 제어가 가능하다는 것을 의미한다.

Fig. 1

Fire and Wildland Fire Triangle

3.2 국외 계획적 불놓기 적용 현황

계획적 불놓기는 20세기 초반부터 산불위험 저감과 산림 생태계의 다양성 보전을 위해 전 세계적으로 활용되고 있다(Pyne, 1997).

유럽의 대서양 연안지역에서는 산림 관리, 남부 유럽은 산림 하층식생 관리, 스칸디나비아 지역은 재조림 등의 목적으로 계획적 불놓기를 적용하였다. 또한, 중앙 및 북부 유럽에서는 주로 산림 보존 및 재조림의 목적으로 오래전부터 계획적 불놓기를 적용하다가, 1970년 후반에 전문적인 산불 및 산림관리 기법으로 개발되어 현재까지 적용하고 있다(Silva et al., 2010).

국외 국가들의 계획적 불놓기 적용 규모를 살펴보면, 스웨덴에서는 매년 4,000 ha 이상 계회적 불놓기를 실행하고 있고, 핀란드는 약 2,000 ha, 독일은 750 ha, 프랑스는 약 5,000 ha, 스페인은 1,000 ha, 그리고 포르투칼은 2,000 ha를 해마다 실행하고 있다(Davide and Giovanni, 2013).

호주는 1950년 중반부터 대규모의 계획적 불놓기 통합 시스템을 도입하여 국가 소유인 국유림지역을 시작으로 전국적으로 산림 연료 관리를 위해 실행하고 있다(McCaw, 2013). 호주의 남서부지역에서는 1951년부터 2012년까지 계획적 불놓기를 호주 전체 산림의 11.6%에 해당되는 291,000 ha를 실행하였다(Burrows and McCaw, 2013). 그리고 남동부에 위치한 빅토리아주에서는 계획적 불놓기를 2009년 130,000 ha를 기준으로 해마다 5%씩 증가시키는 것을 목표로 두고 실행하고 있으며, 2015년에는 275,000 ha의 불놓기를 완료하였다. 2020년 빅토리아 주정부에서는 2009년부터 2020년까지 11년 동안의 계획적 불놓기의 효과에 대해 분석한 결과, 계획적 불놓기 실행으로 인해 약 66%의 산불 위험 저감 효과가 있다고 보고하였다(VAGO, 2020).

미국의 국립소방통합센터(National Interagency Fire Center)의 화재 상황 보고서에 의하면, Fig. 2와 같이 1999년부터 2019년까지 약 23,000만 ha의 계획적 불놓기를 완료하여, 연간 평균 61,678 ha(평균 5%의 증가율)를 실행하고 있다. 미국에서 계획적 불놓기를 실행하고 있는 여러 지역 중에 남동부지역(southeastern)이 전체 계획적 불놓기의 80%를 차지하고 있다. 이러한 이유로 인해 남동부지역이 미국 서부지역(Western US)에 비해 산불 피해가 적은 것으로 나타나 계획적 불놓기에 의한 산불피해 저감 효과가 있는 것으로 나타났다(Bowman et al., 2009).

Fig. 2

Wildland Fires and Prescribed Fire in the United States over the Last 20 Years

산불은 높은 화재 강도와 급속한 환산 속도로 인해 인명 및 재산 피해뿐만 아니라 산림 자원에 많은 피해를 주는 반면, 계획적 불놓기는 완화된 소규모의 불을 이용하여 산림의 연료를 저감시키고 산림 생태계를 다양화시키기 위해 국외 여러 국가에서 계획적 불놓기를 활용하고 있다.

3.3 미국 산림청의 계획적 불놓기 방법

계획적 불놓기는 인위적으로 소규모의 불을 이용하여 사전에 산림의 연료량을 연소시켜 저감처리하는 기법이기 때문에 대상지역의 지형적 특성(경사도, 사면향, 산림 수종, 연료량 등)과 기후적 특성(풍속, 풍향, 온도, 습도 등)을 고려하여 실행해야 한다. 계획적 불놓기는 인위적으로 불을 놓기 때문에 전문적인 기술이 요구될 뿐만 아니라, 계획하고 실행하는데 많은 책임이 요구된다. 이러한 이유로 미국 산림청에서는 계획적 불놓기는 계획하고 실행하는데 있어 각각의 단계에서 책임 및 권한을 명확하게 구분하고 있다(USDA, 1989). 우선, 계획적 불놓기를 실행하기 전에 주정부의 계획적 불놓기 허가기관(The Agency Administrator Ignition Authorization)의 사전 허가를 득해야 하고, 체크리스트(Prescribed Fire Go/No-Go Checklist)를 작성하여 사전에 확인을 받아야 한다. 또한 계획적 불놓기 실행 이전에 복합 비율 시스템 가이드(Prescribed Fire Complexity Rating System Guide, PMS 424)에 따라 계획을 세우고 복합 분석 및 최종 보고서(Summary and Final Complexity Worksheet, PMS 424-1)를 작성하여, 계획적 불놓기를 실행할 지역, 규모, 기후 등의 구역에 대한 정보를 확인하여 실행할 구역의 산림 종류(활엽수, 침엽수 등)와 연료의 종류에 대해서도 확인해야 한다. 그리고 계획적 불놓기에 필요한 여러 종류의 지도(Vicinity Map, Project Map, Smoke Impact Area Map 등)를 준비해야 한다. 또한, 계획적 불놓기를 실행하고자 하는 구역의 지형, 산림 종류, 풍향, 풍속 등을 고려해 발화지점 및 불놓기 방법의 결정과 방화 및 저지선 계획이 계획단계에서 설정하도록 요구하고 있다. 미국 산림청의 계획적 불놓기의 가이드에서는 Fig. 3과 같이 바람을 등지고 불을 놓아 후진성 불을 놓는 후진점화(backing), 바람과 경사의 직각 방향으로 불을 놓는 횡진점화(flanking), 바람방향의 맞은편에 후진성 불을 놓은 후에 전진성 불을 놓는 스트립헤딩 점화(strip-heading), 점 형태의 군집성 불을 놓는 점원점화(point source), 중심부에 작은 불을 놓은 후에 중심 줄을 감싸듯이 불을 놓는 중심원형 점화(center-circular) 등의 5가지 점화방법을 제시하고 있고, 대상지역의 상황에 맞게 선정하여 적용하여야 한다. 계획적 불놓기 방법 중에 Fig. 3(b)의 스트립헤딩 점화(Strip-Heading Fire)는 바람(경사)방향 맞은편에 후진성 불을 놓은 후, 그 맞은편에서 전진성 불을 놓아 불을 만나게 하는 방법으로, 큰 면적에 실행할 경우에는 3~4개 구간으로 나눠서 진행하고 불놓기는 점화지점의 순서를 맞추어 진행해야 한다. 스트립헤딩 점화는 경사가 있는 곳에 실행하기에 적합한 방식으로서, 산악지역이 많은 국내 지형에 적용하기에 적절한 점화방법으로 사료된다.

Fig. 3

Fireing Techniques of Prescribed Fire

4. 계획적 불놓기 시뮬레이션

계획적 불놓기는 전문적인 교육을 받은 실행자의 책임아래 실행되어야 하기 때문에 적문적 지식과 다양한 경험을 통해 많은 경험적 노하우가 필요한 기법이다. 아직 국내에서는 계획적 불놓기에 대한 지식 및 경험이 전무한 상태이기 때문에 실전 적용이전에 산불 확산예측 시뮬레이션을 활용하여 불놓기 점화지점 및 방법의 적절성을 검토하고 산불위험 저감 효과를 분석한다.

4.1 연구대상 구역 선정

연구대상 구역은 임의적으로 산불발생 빈도가 높은 경기 북부지역의 산림으로 선정하였다. 연구대상 구역의 면적은 약 4.45 ha이고, 지형의 경사도는 약 49.5°이다. 대상 지역의 산림 연료량을 결정하기 위해 매목조사를 실시하여, 수종 및 수목의 분포를 측정하였다. 대상구역에는 침엽수(소나무)가 약 82%이고, 나머지는 활엽수가 11%이고, 기타 초본 및 관목이 7%로 분포되어 있으며, 수령은 3영급(30년생)으로 측정되었다. 매목조사를 실시한 결과, Table 1과 같이 임분밀도, 수관연료밀도, 연소 가능한 수관연료량, 지표층 연료량을 산출하였다. 이렇게 산출된 수관연료밀도와 지표층 연료량은 계획적 불놓기의 확산예측 시뮬레이션의 기본 데이터로 활용된다.

Table 1

Crown Bulk Density and Surface Fuel Load in the Research Area

Diamer at breast height (cm)	Clear-bole length (m)	Height (m)	Stand Density (tree/ha)	Crown Bulk Density (kg/m³)	Crown Fuel Biomass (kg/ha)	Surface fuel load (kg/m²)
18.4	6.69	13.09	825.00	0.25	9,798.16	0.463

4.2 계획적 불놓기 확산예측 시뮬레이션 조건

계획적 불놓기의 확산예측은 산림청의 산불 확산⋅예측 시스템을 활용하였다. 산불 확산예측 시스템은 산불 발생시, 발화지의 위치와 지형, 임상, 기상조건을 분석하여 시간대별로 산불의 확산경로와 산불 강도를 예측하기 위해 지리정보시스템(GIS) 기반의 산불 확산예측을 위한 프로그램으로 개발되었다. 산불 확산예측 프로그램은 산불 현장에서 실시 간으로 현장의 정보를 바탕으로 산불확산 경로를 예측하여 방화선 및 진화선을 설정하고 대피경고 및 주요 시설물 보호 등의 진화전략을 수립하는데 활용되었다(Lee, 2005).

연구대상 구역(면적 4.45 ha)인 Fig. 4(a)에 대해, 30~80 m 단위로 3개소를 구획하여 Fig. 4(b)와 같이 각각의 점화지점(1차, 2차, 3차 점화)의 위치를 결정하여 점화지점에 따른 불놓기 확산 과정을 시간 단위(30분 간격)로 시뮬레이션 하였다. 시뮬레이션의 기상 조건은 대상구역의 3월 평균기상 조건인 북서향, 풍속 0.9 m/s, 실습도 63%, 온도 1도를 적용하여 시간경과에 따른 계획적 불놓기의 확산 범위와 확산 면적을 분석하였다. 그리고 계획적 불놓기 점화방식은 대상구역이 경사 지역이므로, 미국 산림청에서 제시한 스트립헤딩 점화(Strip-Heading Fire)를 참고하여 적용하였다.

Fig. 4

Fire Position in Research Area

계획적 불놓기의 산불위험 저감 효과를 비교분석하기 위해 연구대상 구역에 동일한 조건으로 계획적 불놓기 시뮬레이션과 자연상태에서 산불이 발생되었을 때 산불이 확산되는 산불재현 시뮬레이션을 실시하고, 시간경과에 따른 연소 면적을 산출하였다.

4.3 시뮬레이션 결과

4.3.1 산불재현 시뮬레이션

산불재현 시뮬레이션은 연구대상 구역에 자연적인 상태에서 산불이 발생되는 상황을 가정하여 시간경과에 따른 확산예측 시뮬레이션을 수행하여 연소 면적을 분석하였다. 산불재현 시뮬레이션 결과, Fig. 5와 같이 60분이 경과되면 연구대상 구역(면적 4.45 ha)의 약 88.7%에 해당되는 3.95 ha가 연소되었다. 그리고 90분이 경과되었을 때는 대상 구역을 벗어나 5.55 ha가 연소되어 대상구역보다 124.7%의 면적에 급속한 연소가 이루어졌다. 120분이 경과되면 7.74 ha가 연소되면서 급속하게 산불이 확대되며, 120분 경과이후에는 남서방향을 제외한 모든 방향으로 산불이 확산되는 것으로 나타났다.

Fig. 5

Wildfire Reproduction Simulation

4.3.2 계획적 불놓기 시뮬레이션

연구대상 구역에 대한 계획적 불놓기는 3개 구역으로 구획하여 1차, 2차, 3차 점화를 적용하여 시간에 따른 시뮬레이션을 수행하였다. 시뮬레이션 결과, Fig. 6과 같이 30분이 경과 되었을 때는 각각의 점화지점을 침범하기 않고 확산되다가 60분이 경과되면 2차 점화지점의 연소 확산범위에 도달하였고 90분이 경과되면 계획적 불놓기 예정 지역의 약 90%가 발화되는 것으로 나타났다. 그리고 약 120분이 경과되면 전체 지역에 확산되어 발화되고, 일부 지역은 연구대상 구역을 벗어나서 확산되는 것으로 나타났다.

Fig. 6

Prescribed Fire Simulation

4.3.3 분석 결과

연구대상 구역(면적 4.45 ha)에 계획적 불놓기와 산불재현 시뮬레이션을 수행하여 시간경과에 따른 연소 면적과 평균 연소면적을 Table 2와 같이 비교 분석하였다. 시뮬레이션 결과에 의하면, 계획적 불놓기는 90분이 경과되면 4.18 ha가 연소되어 전체 연구대상 구역의 93.9%가 연소되었다. 그러나 계획적 불놓기가 아닌 산불재현 시뮬레이션 결과는 90분 만에 연소 면적이 5.55 ha가 연소되어 연구대상 구역을 벗어나 124.7%가 연소되었다. 이때 평균 연소면적은 계획적 불놓기가 0.047 ha/min인 반면에, 산불재현 시뮬레이션 결과는 0.064 ha/min으로 계획적 불놓기의 연소속도보다 26.6%가 높게 나타났다. 계획적 불놓기는 점화지점을 3곳으로 나눠서 연소를 시킴으로써, 연소가 부분적으로 이루어져 화재 규모가 작게 분산되어 시간경과에 따른 연소 면적의 확산이 감소된다. 그러나 계획적 불놓기와는 반대로, 산불 재현 시뮬레이션에서는 한 지점에서 발생된 연소가 집중되어 연소의 규모 및 확산이 빠르게 확대되었다. 연구대상 구역에 계획적 불놓기를 실행하고 90분이 경과되면, 계획한 대상구역 면적에 대해 불놓기 실행이 완료되는 것으로 나타났다.

Table 2

Burning Surface Area of Prescribed Fire and Wildland Fire Reproduction

Type of fire		Burning surface area (ha)				Burning surface area (ha/min)
Type of fire		30 minute	60 minute	90 minute	120 minute	Burning surface area (ha/min)
Prescribed Fire	1^st Fire	0.23	0.64	1.32	1.83	0.015
	2^nd Fire	0.42	1.20	2.42	3.20	0.026
	3^rd Fire	0.17	0.28	0.44	0.65	0.005
	Sum	0.82	2.12	4.18	5.68	0.047
Wildland fire Reproduction		1.61	3.95	5.55	7.74	0.064

5. 결 론

계획적 불놓기는 산불확산의 위험을 감소시키고 산림 생태계의 다양성을 보전하기 위해 미국, 호주, 유럽 등 국외 여러 나라에서 실행하고 있는 주요 산불관리 예방기법이다. 계획적 불놓기의 개념은 산불의 주요 3요소인 기후조건(weather), 지형(topography), 연료(fuel) 중에서 기후조건과 지형은 자연 및 환경적인 요소이기 때문에 산불 관리자의 제어가 불가능한 요소인 반면에, 지표층의 연료(fuel)는 사전 에 감소 및 제거시킴으로써, 산불의 위험성을 직접적인 관리를 통해 저감시킬 수 있다. 그러나 계획되지 않은 불놓기는 대형 산불로 확대될 수 있다. 그러므로 정확하게 산림 연료량을 측정하여 적절한 불놓기 방법을 적용해야 안전하고 효과적인 계획적 불놓기 실행이 가능하다.

본 연구에서는 국내에 산불 예방관리 기법인 계획적 불놓기의 적용을 위해 국외 계획적 불놓기의 적용 현황과 적용 방법을 검토하였다. 또한 국내 적용 가능성을 평가하기 위해 연구대상 구역을 선정하였고, 미국 산림청의 계획적 불놓기 적용 방법을 준용하여 계획적 불놓기와 산불재현 시뮬레이션을 수행하였다. 그 결과, 계획적 불놓기를 통해 분할된 불놓기(1차, 2차, 3차 점화)를 적용하면 산불재현 보다 확산면적이 26.6% 감소되어 연소 확산이 감소되는 것을 확인하였으며, 안전하고 효과적인 산불위험 저감 관리가 가능한 것으로 나타났다.

현재 국내에서는 계획적 불놓기를 실행한 경험이 전무하다. 이러한 이유는, 국내 산불관리기관 및 일반적인 인식이 산에 불을 놓아서 산불을 예방한다는 개념이 매우 생소하기 때문이다. 그러나, 산불이 발생된 후에 산불 진화에 치중된 사후적 산불관리 보다는 계획적 불놓기에 의한 사전적 단계에서의 산불예방 관리 정책의 도입이 요구된다.

감사의 글

본 연구는 행정안전부 2019년도 재난안전분야 전문인력 양성사업의 연구비 지원에 의하여 수행되었으며 이에 감사드립니다.

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