전 세계적으로 극심한 기후변화로 인한 국지성 집중호우의 홍수피해가 급증하고 있으며, 그 피해규모 또한 대형화되고 있는 추세이다. 기온 증가 및 건조지속기간의 증가, 강수패턴변화로 산불의 발생율 증가 및 강도 또한 크게 증가하고 있다. 산불은 일차적으로 식생의 생물량 감소 등의 구조적 변화를 야기하고 산림자원의 손실을 가져올 뿐만 아니라 산사태, 홍수, 토사유출과 같은 산불 후 2차 재해를 유발하기도 한다. 또한 산불은 식생과 토양의 안정성을 파괴하고, 그 결과 완전히 노출된 불안정한 토양표면에서는 강우로 인한 유출 피해가 발생한다. 우리나라 산불의 76%는 봄(2~4월)에 발생하고, 여름철 집중 호우가 잦은 동해안은 산불 피해로 인한 2차 재해의 우려가 크다. 그리고 산악지형의 비율이 높고 밀집되어 있기 때문에 대형 산불로 확대될 가능성이 높다. 토사유출이나 강우유출과 같은 2차 재해 가능성의 예측과 같이 생태계를 관리하는 분야에서는 식생요인을 주요 매개변수로 활용한다(Marques and Mora, 1998). 강우에너지를 흡수하고 토양경화를 막으며, 표토의 거칠기를 증가시켜 지표유출수의 속도를 감소시키는 잎과 낙엽들은 산불로 인해 손실된다. 대형 산불과 같은 식생대의 파괴는 우수의 차단을 격감시켜 지표로의 우수유출을 증가시키지만 토양으로의 우수 침투능은 감소시킨다. 따라서 지표면의 유출수가 증대되어 하천 하류부에는 일시적으로 홍수유량이 증대되는 효과를 초래한다. 이와 같이 식생피복도의 회복이 산불 후 지표유출수와 토사유출을 감소시킨다는 것은 여러 지역과 다양한 생태적 조건 하에서 많은 연구자들에 의해 증명되었다(Kim, 2009).

최근 연구 동향에서 Kim et al. (2005)은 안성천의 평택수위관측소 상류유역을 대상으로 점진적인 도시화로 인한 토지피복변화가 수문변화에 미치는 영향을 분석하였고, 하천유출량 변화는 4.8%의 산림면적과 4.0%의 논면적이 감소한 상태에서, 160.5 mm의 강우조건에서 첨두유출량이 30.3%, 총 유출량은 9.3% 증가한 것으로 나타났다. Park et al. (2013)은 금강유역 내 용담댐 및 대청댐을 대상으로 SWAT모형을 이용하여 미래유출량 전망에 지배적인 인자로 작용하는 토지피복변화에 따른 유출량 변화를 분석하였다. 분석결과 토지피복의 변화를 고려한 유출량이 토지피복의 변화를 고려하지 않았을 때보다 전체적으로 1.83-2.87%로 소폭 증가하는 것으로 나타났다. Choi (2017)은 유출분석은 유역의 지형학적 특성, 토지의 피복상태 및 식생, 강우 등에 의한 영향을 고려한다고 추정하여, 산림 하천 소유역에서 발생하는 집중호우에 따른 유출분석을 위해 유역특성, 토지이용현황 그리고 토양을 분석하였다. Chung (2015)은 미국 산불지역의 토석류 발생량 자료를 이용하여 토석류 발생량 관계식을 도출하고 발생확률을 감안하여 토석류 재해도 작성기법을 제시하였고, Lee et al. (2004)은 동해안 산불피해지역 중 사면지역에 대한 산불 후 경과 년 수 에 따른 일반적인 식생발달 모형을 개발하였다. 또한 산불피해지역을 관리하기 위한 기법 개발에 사용될 매개변수로서 식생지수들의 발달모형을 제시하였다. Shin et al. (2008)은 양양 산불 피해지역 당해연도의 극심한 지표 변화에 따른 지표유출 및 토양침식을 분석하기 위해 산불 산지사면에 소규모 조사구를 설치하여, 지형, 토양, 식생, 강우사상별 유출 및 토양침식량을 측정하였다. 그 결과 식생회복이 빠른 조사구들은 대조구보다 약 2배, 나지상태 조사구들은 대조구의 약 10배 이내의 유출 및 토양침식이 발생하여 상관분석에 의해 유출 및 토양침식 민감도는 식생지수들과 높은 상관성을 보였다. Kang et al. (2003)은 2000년 4월 동해안 산불이 2002년 8월 강습한 태풍 루사에 따른 유출변화의 정량적인 평가와 피해에 미치는 영향을 유역의 유출 모의실험을 통하여 정량적으로 검증하였다. Kang et al. (2010)은 산불발생 전⋅후 위성영상을 이용한 분류 기법을 통해 연구대상 지역의 산불피해 정보를 산출하였고, Yang et al. (2003)은 USLE모형을 수정하여 유역에 적용할 수 있도록 하였으며, 산불 전과 후의 토양유실량을 계산하여 토지피복변화가 토양유실량에 미치는 영향을 분석하여, 지표면에 토양유실을 방지하기 위해 식생분포가 중요한 요인이 될 수 있다고 판단하였다. Choo et al. (2013)은 GIS를 활용한 RUSLE를 적용하여 대상지역의 토사유출량과 토양침식량을 산정하였고, 강우빈도별 토양침식량을 산정하여 토사재해 잠재지역을 시각적으로 제시하였다.

국외 연구동향은 Robert et al. (2004)은 워싱턴 주 시애틀 근처의 하류 세다르 강 배수의 도시 및 시골지역에 대해 산림 패턴과 불침투성 토지 커버의 변화가 분수령 수문체계에 미치는 영향을 평가했다. Costa et al. (2003)은 토지피복의 변화 이후 침투를 줄이면 장마철 표면의 흐름이 증가한다고 평가하였고, Wang et al. (2017)은 유출량 변화에 대한 토지이용변화의 기여도를 다중 회귀 분석을 사용하여 정량화 하였다. Desta et al. (2019)은 1995년부터 2015년까지 에티오피아 북부의 아이날렘 유역에서 토지이용⋅토지피복의 변화가 유출량에 미치는 영향을 분석했다.

이처럼 산불 이후 토지피복과 유출량 변화에 대한 연구와 강우에 따른 토사유출량 변화에 관련된 연구는 많이 행해지고 있지만 산불로 인한 토지피복 변화가 토석류 피해에 미치는 영향을 분석한 연구가 많지 않으며, 산불 직후의 토지피복변화를 이용한 홍수량과 토석류 발생에 관한 연구 또한 많이 진행되지 않고 있다.

본 논문에서는 산불로 인해 식생 및 토양의 안정성이 파괴된 2019년 4월 4일 발생했던 강릉⋅고성 산불 피해지역을 대상으로 실제 태풍 강우사상을 이용하여 산불 피해 전⋅후의 토지피복변화에 따른 홍수량을 산정하였다. 홍수량 변화가 큰 유역에서 토석류 피해 예상 지역을 선정하였고, 토석류 유출해석모형을 이용하여 소유역에서의 토석류 발생 시 피해 규모를 산정하였다. 홍수유출량 산정에는 분포형 모형인 S-RAT모형을 이용하였으며, 토석류 모의는 토석류 2차원 수치모형인 RAMMS모형을 이용하여 비교하였다.

본 논문에서는 2019년 4월 발생했던 강릉⋅고성 산불 피해지역을 대상으로 S-RAT모형과 RAMMS모형을 이용하여 홍수량과 토석류의 유동심, 피해면적을 산정하였다. 산불 후의 토지피복은 산림⋅초지가 나지로 변화하는 것으로 재분류(Reclassify)하여 분석하였다. 산불 후의 영향을 토지피복-CN Number-침투율 변화로 S-RAT모형에서 마찰력과 투수계수의 변화로 반영하였고, 홍수량 변화가 큰 산불 피해지역에서 토석류 위험지역을 선정하여 루사 강우사상 및 빈도별 확률강우량(30년, 100년)을 이용하여 산불 전⋅후의 토석류 발생시 피해규모를 비교 분석하였다.

(1) S-RAT모형을 통한 홍수량 분석 결과 강릉의 주수천은 하류부에서 29%의 피해를 받았고, 이에 홍수량은 2.7% 증가하였으며, 고성의 용촌천은 상류부-하류부 전체지역에 피해를 받아 11.8%의 홍수량 증가를 보였다. 산불피해지역이 유역에서 차지하는 비율이 높고 경사가 급한 상류에서 발생할수록 홍수량 증가율이 커지는 것으로 판단된다.

(2) 홍수량 변화가 큰 고성의 용촌천 유역에서 산림청의 산사태위험지도와 위성지도를 이용하여 홍수량 증가로 토석류 피해가 예상되는 지역을 선정하여 RAMMS모형을 통해 토석류 피해규모를 모의한 결과, 산불 후의 토석류 유동심 증가율은 평균 26% 증가한 것으로 나타났으며, 피해면적 증가율은 평균 21.7%로 나타났다.

산불로 인해 산림⋅초지가 나지로 변화하여 식생 소실로 강우가 직접 토양에 도달되고 토양공극을 빠르게 포화시켜 토양표면으로 유출되기 때문에 홍수량이 증가한다. 이와 같이 산불피해지역은 토지피복변화에 따른 홍수량 증가로 인한 유출 및 토양침식 발생뿐만 아니라 극심한 호우에 의해 홍수 및 토석류 피해 위험에 노출되기 쉽다. 따라서 산불피해지역은 고도, 식생에 따른 차별화된 재해대책방안의 수립과 산불피해지역 토지피복변화에 따른 유출량에 대한 장기적인 연구가 필요할 것으로 판단된다.