경사가 잣나무 낙엽의 연소기작에 미치는 영향에 관한 실험적 연구

Abstract

산불이란 산림 내에서 낙엽, 낙지, 초류, 임목 등이 연소되는 화재로서 사람에 의한 실화, 방화와 낙뢰 등의 원인으로 인하여 발생한 불씨가 산림 내의 가연물질을 연소시키는 현상을 말한다. 우리나라는 산업화 이후 기후변화로 인해 강수량이 적어지고 고온 건조한 날씨가 지속되면서 산불발생빈도가 증가하고 있는 추세이다. 따라서 산불로 인한 피해를 저감하기 위해서는 산불영향인자를 파악하여 이에 대비하는 것이 중요하다. 경사가 험준하고 굴곡이 많은 우리나라의 산림지형에 있어서 경사는 매우 중요한 영향인자라고 할 수 있다. 또한 산불이 발생했을 때 대부분은 하나의 사면에서 360°의 모든 방향으로 산불이 진행되기 때문에 이 연구에서는 다양한 산불영향인자 중 경사조건을 적용하여 잣나무 낙엽을 대상으로 지표화 연소 확산실험을 통해 경사가 산불행동에 미치는 영향을 비교분석하였다. 지표화 연소실험을 통한 연소 확산속도 측정결과 상향사면에서는 경사도 20°부터 경사가 증가할수록 연소 확산속도가 점차 증가하는 경향을 나타냈다. 하향사면에서는 경사가 증가할수록 연소 확산속도가 점차 감소하다가 경사도 25°에서 다시 증가하기 시작하는 경향을 나타냈다. 이때 경사도 20°를 기준으로 상향사면의 연소 확산속도는 하향사면에 비해 약 1.31배 빠른 것으로 나타났다. 경사에 따른 산불강도의 변화를 측정한 결과 상향사면에서는 경사가 증가할수록 산불의 강도도 증가하는 경향을 보였으며 하향사면에서는 경사도 10°에서 산불의 강도가 평지에 비해 큰 폭으로 감소하고 이후 경사가 증가할수록 산불의 강도도 점차 증가하는 경향을 나타냈다. 이 때 상향사면의 산불강도는 하향사면에 비해 최대 1.37배 높은 것으로 나타났다. 경사에 따른 시료의 중량감소특성을 측정한 결과 상향사면에서는 경사도가 증가할수록 중량감소율이 점차 작아지는 경향을 나타냈으며 하향사면에서는 경사도 10°부터 서서히 시료의 중량감소가 증가하는 경향을 보였다. 또한 산불확산속도와 중량감소특성을 비교분석한 결과 상향사면에서는 연소확산속도가 증가할수록 시료의 중량감소가 감소하는 경향이 나타났으며 하향사면에서는 연소확산속도가 감소할수록 중량감소는 작아졌다가 경사도 25°에서 연소 확산속도가 다시 증가할 때 시료의 중량감소도 다시 증가하는 경향이 나타났다. 경사에 따른 최대화염높이는 상향사면과 하향사면에서 모두 경사가 증가할수록 최대화염높이가 낮아지는 것으로 나타났으며 화염길이는 상향사면과 하향사면 모두 일정한 경사도 이상부터 화염길이가 증가하는 경향을 나타냈다. 또한 화염각은 경사도가 증가할수록 줄어드는 것으로 나타났다. 지표화 확산실험이 진행될 때 온도분포범위의 변화를 측정한 결과, 상향사면에서는 경사도가 증가할수록 시료가 착화된 후 최대온도에 도달하는 시간이 짧아지는 경향을 나타냈다. 하향사면에서는 경사가 증가할수록 최대온도를 보이는 시간이 점점 증가하는 것으로 나타났다. 이러한 결과를 종합하여 상향사면이 하향사면에 비해 산불위험성이 높은 것으로 나타나, 산불확산위험의 예측에 기초자료를 제공할 수 있을 것으로 보았다.

Forest fires are defined as the combustion process where leaves, octopus, herbaceous streams, and forest trees are burned inside the forest. Human fire, arson, and lightning cause to burn combustible materials in the forest. The frequency of wildfires has been increasing in Korea due to low rainfall and the continued hot, dry weather. Therefore, it is important to understand the relationship between fire and relating factors in order to reduce the damage caused by forest fires. Topographic slope is a very important factor in Korea's rugged, winding forested landscape. In addition, since forest fires spread to 360° directions, the study compared the effects of slopes on the leaves of pinus koraiensis by applying slope conditions. As a result of measuring fire-spread through the surface-fire combustion experiment, the upward slope showed that fire-spread has gradually increased as the gradient increases from 20°. In the downward slope, fire-spread gradually decreased as the slope increased, and began to increase again at 25°. Measurements of the variation in the forest fire intensity by slope indicated that the intensity of the forest fire tends to increase as the slope increases, and on the downward slope, the intensity of the forest fire decreased significantly from 10° and on subsequent slopes, the intensity of the forest fire gradually increased. At this point, the forest fire intensity of the upward slope is up to 1.37 times higher than that of the downward slope. Measurement of the weight fraction of slope condition showed that the weight fraction rate tends to decrease gradually on the upward slope. On the downward slope, the weight fraction rate decreased significantly from 10° and then, the weight fraction rate increased as slope. In addition, a comparative analysis of fire spread and weight fraction found that the weight fraction tends to decrease as spread of fire increases in the upper slope. In the lower slope, the weight fraction rate decreases as spread of fire increases again at 25° of slope. The maximum flame height was shown to decrease as the slope increased in both the upward and downward slopes, and the flame length for both the upward and downward slopes tended to increase steadily from a constant slope. It was also shown that the flame angle decreased as slope increased. Measurements of the temperature distribution indicated that the time to reach the maximum temperature distribution is shorter in the upward slope. In the downward slope, the maximum temperature distribution is slowly increased as the slope increases. With these results, it was believed that the upward slope would show a higher risk of forest fire compared to the downward slope, thus providing basic data for the prediction of the risk of forest fire.