Earticle

최근 우리나라 농ž산촌에서 미이용 산림자원의 순환 및 지역 난방비용 절감을 위해 소규모 열병합 발전 설비를 활용한 산림에너지자립마을의 조성이 이루어지고 있으며, 소규모 열 공급 시스템에서 비 교적 경제적인 것으로 알려진 가스피케이션 열병합 설비의 도입이 고려되고 있다. 가스피케이션은 설 비의 특성상 안정적인 운용을 위해 15% 미만으로 건조된 목재칩 연료가 투입되어야 하기 때문에, 일 반적으로 목재칩 열풍 건조 시설이 함께 도입되고 있다. 하지만, 열풍건조 시설에서는 건조를 위해 파일 형태로 쌓인 목재칩의 위치에 따라 건조 속도가 달라 목표함수율 도달 시점을 정확히 파악하는 데 어려움이 있으며, 이로 인해 연료의 비건조 또는 과건조가 발생하여 운영적ž경제적 손실로 이어질 수 있다. 따라서, 본 연구에서는 열풍건조 시설에서 목재칩 연료의 적정 건조 시간을 도출하고자 충 북 괴산군 산림에너지자립마을에 설치된 열풍건조 시설(L-ENZ 150)에서 함수율 약 36%의 목재칩 14 ton을 총 72시간 동안 건조하며 2시간 간격으로 파일 내 위치별 함수율 변화를 조사 및 분석하였다. 연구 결과, 목재칩 파일의 바닥으로부터 10cm, 30cm, 60cm 높이에 있는 시료 순으로 목표함수율인 15% 미만에 도달하였으며, 건조 시간은 각각 20시간, 36시간, 62시간이 소요되었다. 건조 효율은 파일 을 60cm로 쌓았을 때 약 0.11 ton/hr으로 가장 높았으며, 62시간 동안 약 7 ton의 연료를 건조할 수 있는 것으로 나타났다. 현재 괴산에 설치된 68kWel 규모의 소형 가스피케이션은 62시간동안 약 3.6 ton의 연료를 소비하기 때문에 열풍건조 시설을 활용하여 최적의 건조 계획의 수립 및 연료 공급이 가능할 것으로 판단된다. 단, 열풍건조기의 특성상 외부 공기의 온도에 따라 건조 성능이 달라지기 때문에 겨울철 기온에서의 활용은 제한적일 것으로 판단되며, 그에 따라 여름철 가동시간을 높여 건 조된 목재칩을 저장해두고 사용하는 방식으로 운영하는 것이 효율적일 것으로 사료된다.

임도는 산림의 지속가능한 산림경영에 필요한 기반시설이다. 임도 개설은 산지 예정노선을 따 라 지상의 수목과 식생을 제거하고, 토공작업을 통해 원지반을 변형시킨다. 임도 개설로 원래 산 지사면에 성토가 이루어진 지역은 원지반과 성토사면 간 불연속 경계면이 형성되고, 강우 시에는 경계면을 따라 침투가 일어나 사면 침식 및 붕괴 위험이 증가한다. 따라서 임도 개설로 형성된 성토층의 두께와 구조 형상을 파악하는 것은 임도사면의 안정성 평가와 재해 예방에 중요하다. 지표면 아래 토층의 깊이나 구조를 파악하는 전통적인 지질조사 방법에는 발굴, 오거 및 soil sampling(코어링) 등이 있다. 이 방법들은 대상지를 직접 조사하기 때문에 조사 방법이 단순하고 취득한 자료의 정확도가 높기 때문에 임도면이나 임도사면의 토층 조사에 널리 이용된다. 그러 나, 토양 자료의 공간적 변이를 표현할 수 없으며 조사에 많은 시간이 필요하고 조사 비용이 비싸다는 단점이 있다. 더불어 이 방법들은 조사가 이루어진 지점의 정보만을 한정적으로 제공 하여 성토 지역의 전반적인 지하 토양층 형상과 토층 두께를 파악하기에는 적합하지 않다. 최 근에는 지표투과레이더 (Ground Penetrating Radar)과 같은 지구물리학적 방법을 이용하여 지하 토층의 구조를 파악하는 비파괴조사방법(Non-destructive testing)이 이용되고 있다. 따라서 이 연구는 지하 토양의 구조와 형태를 파악할 수 있는 비파괴조사방법 중의 하나인 지표투과레이더를 이용하여 임도 성토 토양층의 특성을 조사하였다. 지표투과레이더를 이용해 임도의 성토층과 원지반의 경계면을 시각적으로 확인하고, 지면부터 경계면까지의 수직 깊이를 이용하여 성토층 두께를 추정하였다. 추정한 성토층 두께는 LIDAR로 분석한 지형 변화 데이터 와 비교하여 정확도를 검증하였다. 결과적으로 지표투과레이더 반사파에 의해 성토층 경계면이 명확하게 구분된 자료는 LiDAR 자료와 비교하여 높은 정확도를 나타내었다. 다만, 원지반과 성 토층이 명확하게 구분되지 않는 지포투과레이더 반사파 자료는 성토층 추정 정확성도 감소하는 결과를 보였다. 따라서 임도 지하 토층구도 해석에 지표투과레이더를 활용하기 위해서는 성토 층 경계면이 모호하게 표현되는 반사파를 처리할 수 있는 자료 분석 방법의 개발이 필요하다.

이 연구에서는 산불 발생 시 임도에 연접한 절·성토 사면의 수관 연료량에 따른 임도의 산 불 차단 효과를 Fire Dynamics Simulator(FDS)을 활용하여 분석하였다. 2022년 영덕 산불피해지 를 분석 대상지로 하였으며, 현장 조사를 통해 대상지별 사면 경사와 임도 폭, 연료량 등을 시 뮬레이터 상에서 구현하였다. 피해목의 탄화 높이를 검증 도구로 하여 8개의 분석 대상지 중 6 개의 대상지에서 FDS의 적용 가능성을 확인하였다. 연료 관리에 따른 산불확산 특성 및 임도의 방화선 효과를 분석하기 위하여 4가지 시나리오를 선정하였다. #SC1은 산불피해지 현장의 임도 폭과 지형을 구현하였고, #SC2는 임도변 양사면의 연료 밀도를 50% 줄여 실행하였다. #SC3은 성토사면의 임목을 제거하여 임도 폭을 확장하는 동시에 연료를 25% 저감하는 효과를 주었다. #SC4는 양 사면의 수관고와 수관폭을 2/3 크기로 줄여 연료량 조절에 따른 산불 행동의 변화를 모의하였다. 시나리오별 시뮬레이션 실행 결과 성토부 가장 상단의 임목을 제거한 #SC3에서 임 도를 통과하며 산불이 차단되었다. 추후 산불피해지의 현장과 FDS 실행 공간의 유사도를 높여 분석한다면 우리나라 산불 발생 위험지별 산불예방 숲가꾸기와 적정 연료 밀도 등 임도의 산불 확산 차단 효과를 극대화할 수 있는 임도변 연료 관리 기술의 개발이 가능할 것이다.

토석류는 물과 토사의 혼합물이 연속적인 유체처럼 산지 계류를 빠르게 흘러내리는 현상이 다. 토석류는 막대한 인명 및 재산 피해를 초래할 수 있으므로, 흐름 특성에 대한 연구는 필수 적이다. 본 연구는 지표유출에 의한 토석류를 수로 내에서 재현하고, 흐름 특성을 분석하고자 하였다. 수로에 평균 입경 3 mm의 자갈을 적층한 후 일정 유량의 물을 지속 공급하여 토석류 를 유도하는 수로실험을 진행하였다. 수로의 경사와 공급 유량에 따른 토석류의 유심, 유속, 토 사부피농도(sediment volumetric concentration)를 측정하였다. 또한 수로실험을 통해 재현된 토 석류가 실제 자연의 토석류와 상사(similarity)를 만족하는지 판단하기 위해, 수로실험 결과를 바 탕으로 다양한 무차원수를 계산하였다. 토석류의 유심과 토사부피농도는 공급 유량보다는 수로 경사의 영향을, 유속은 수로의 경사보다는 공급 유량의 영향을 받았다. 계산된 무차원수의 범위 는 선행 연구의 수로실험 및 실제 토석류로부터 도출된 무차원수 범위와 유사하였다. 따라서 역학적 상사를 만족하는 토석류가 재현되었다고 판단하였다. 본 연구는 토석류 발생기작을 고 려한 기초 실험 연구이며, 이러한 경험은 추후 다양한 목적을 가지는 토석류 수로실험 설계에 활용될 수 있을 것으로 생각된다.

강우는 토양에 침투하며 습윤대를 발달시켜 토체의 무게를 증가시키고 습윤전선이 임계 깊이 에 도달하여 부(-)의 간극수압을 감소시켜 사면의 강도 저하로 이어져 결국 사면파괴가 발생하 게 된다. 따라서 산사태를 예측하는 것에 있어 강우 침투로 인한 습윤전선의 깊이와 침투량을 산정하는 것은 매우 중요하다. 강우 침투를 해석하는 기존 연구들에서는 시간에 따른 습윤전선 의 깊이를 산정하는 것에만 초점이 맞춰져 있어 습윤전선의 전이영역을 해석하는 연구는 미흡 한 실정이다. 실제 지반은 습윤전선에서의 전이영역이 존재하며 상부 습윤대가 완전히 포화되 지 않은 상태로 습윤전선이 이동하게 된다. 따라서 산사태 예측에 있어 정확한 사면안정해석을 위해선 강우 침투모델을 실제 지반에 따라 개선하는 것이 필요하다. 본 연구에서는 실제 지반 의 강우 침투에 따른 습윤전선의 전이영역을 확인하기 위해 컬럼실험을 통한 전이영역 및 포화 도를 규명하였다. 습윤전선의 전이영역을 고려한 강우 침투모델을 개발하기 위해 다양한 모델 들을 이용하여 적용 및 비교·분석하였다. 실제 전이영역에 대한 표현이 가장 우수한 모델을 선정하였으며 이를 통해 강우 침투모델을 개발하였다. 또한 기존 강우 침투이론과 비교·분석 하였다.

Stemflow (SF) plays a crucial role in water resources within forest ecosystems, constituting up to 53.3 % of gross rainfall (GR) depending on forest stand structures in coniferous plantations. Although numerous studies on SF quantity have globally been reported, very few studies on SF quantity have been reported for different forest types (data, n = 20) and no information is available about the influence of forest stand structures on SF quantity in Korea. This study aimed to quantify the relationship between SF and forest stand structures in Japanese cypress plantations. Two study plots were established (10 m x 10 m, each) in unmanaged Japanese cypress plantations under the same stem density (SD: 2500 stems/ha) (hereafter P1 and P2). Almost all forest stand structures (canopy projection area, tree height, DBH, the number of live and dead branches, the ratio of canopy length to canopy width), including canopy volume using mobile LiDAR device were investigated. To evaluate the effect of tree biomass on SF, funneling ratio (FR) as one of useful SF index was employed. Results demonstrated that the SF ratio was 17.6 % in P1 and 19.0 % in P2, respectively. Compared to those reported in previous studies (range: 0.2 % - 5.8 % with a mean of 2.0 %), the current ratios of SF at the stand-scale were much higher. These ratios were within the high range because of the mutual interaction between high SD and many branches including under-canopy dead branches. FR at the stand-scale accounted for 22.3 and 29.2, which were within the high range because of the negative relationship between FR and mean DBH. At the individual-scale, FR was the most correlated to DBH (R2 = 0.43). This study highlights the importance of not only throughfall but also SF in water resources in Japanese cypress plantations.

최근 기후변화로 인한 극한호우의 빈발과 도시 팽창에 따른 산지이용 증가로 인위적 변화 산 지에서의 산사태 발생과 이로 인한 인명·재산 피해가 증가하고 있다. 본 연구에서는 GIS 기반 의 통계적 분석을 통해 인위적 변화 즉 임업활동 여부에 따른 산사태 발생 특성의 차이를 분석 하고자 하였다. 연구대상지로서 과거 산사태가 발생하였던 경상북도 영주·예천 지역(2020년 발 생지)과 충청북도 제천·충주 지역(2023년 발생지)이 선정되었으며, 항공영상 판독·도화를 통하 여 구축된 각각 246개, 415개의 산사태 발생지 공간자료를 대상으로 분석을 수행하였다. 임업활 동산지와 일반산지 간 산사태 발생지의 입지환경 특성을 비교 분석하기 위해서, 산사태 발생지 공간자료별로 현행 산사태위험지도에서 고려하고 있는 총 9개 영향인자의 특성값을 각각 산정 하였다. 연속형 자료(TWI, 사면경사, 사면곡률, 사면길이, 토심 등 5개 영향인자)는 임업활동산 지와 일반산지 등 두 집단 간 평균 비교를 위해서 t-검정을 활용한 반면, 범주형 자료(토심, 경 급, 모암, 사면방위, 임상 등 4개 영향인자)는 두 집단 간 범주 분포 차이를 비교하기 위해서 χ 2-검정을 활용하였다. 분석 결과, 입업활동산지는 일반산지와 비교하여 발생 면적이 더 작은 규 모의 산사태가 발생하였으며, 더 작은 TWI 값에서, 더 급한 사면경사에서, 더 짧은 사면길이에 서 산사태가 발생하는 경향이 나타났다. 또한, 임업활동산지에서는 임상 특성이 치수림과 침엽 수림 지역이거나, 모암 특성이 화성암(심성암) 지역에서 더 많은 산사태가 발생하는 것으로 분 석되었다. 결론적으로 해당 지역에서는 발생 면적과 영향인자(환경특성)의 측면에서 입업활동산 지는 일반산지와 산사태 발생 특성이 다르다고 할 수 있었다. 다만, 이러한 결과는 본 연구대상 지에 한정된 것이므로 다양한 인위적 변화 산지를 대상으로 한 추가적인 연구가 필요할 것으로 생각되었다.

이 연구는 최근 산사태와 사면붕괴로 인한 인명 및 재산 피해가 급증하는 상황에서 인위적 변화가 가해진 산지의 유형을 체계적으로 구분하고, 각 부처에서 생산ㆍ관리하는 사면 정보의 현황을 조사ㆍ분석하여 범부처 간 통합ㆍ연계 방안을 표준화하는 데 목적이 있다. 연구 결과, 인위적 변화 산지를 법적, 학술적, 개념적으로 정의하고, 이용 및 개발 현황에 따라 다양한 유 형으로 분류하였다. 또한, 과거 산사태 및 사면붕괴 사례를 조사ㆍ분석하여 산사태 발생 원인 및 피해와 연관된 인위적 변화 산지 유형을 분류하였고, 이를 관리하는 8개 부처를 파악하였다. 각 부처별 사면 정보의 생산ㆍ관리 및 시스템 구축 현황을 확인하기 위해 담당자 설문 조사를 실시하였으며, 그 결과 부처별 사면 정보는 데이터 형태, 속성 정보, 갱신 주기 등이 부처 간 크게 상이한 것으로 나타났고, 8개 부처 중 5개 부처가 공간정보 관리 시스템을 운영 중인 것 으로 확인되었다. 이에 따라 범부처 간 정보 통합ㆍ연계를 통한 산사태 예방ㆍ대응을 위해서는 폴리곤 형태의 공간정보 구축과 갱신 주기의 통일 등 데이터 정확성 확보가 필요함을 확인하였 다. 또한, 각 부처가 구축한 시스템을 연계하기 위해 EAI, ESB, Socket과 같은 간접 연계 방안이 적합할 것이라는 결론을 도출하였다.

임업기계 주행에 의한 토양 교란 평가의 필요성은 꾸준히 강조되고 있으나, 기존의 평가 방 법은 노동집약적이며 조사자의 주관이 개입될 수 있는 한계가 있다. 본 연구는 벌채 작업 시 굴삭기 주행으로 인한 토양 패임 깊이를 모바일 라이다(MLS)와 드론 기반 사진측량기법(SfM)을 활용해 추정한 결과의 정확도를 분석하여, 효율적이고 객관적인 토양의 형태적 교란 조사 방법 을 제시하고자 하였다. 조사대상지는 활엽수림 개벌지(2.5 ha)로, 체인톱을 이용한 벌목 후 우드 그랩을 장착한 굴삭기로 집재 작업을 수행하였다. 굴삭기의 주행 횟수와 방향에 따라 4개의 주 행 차로(상향주행 1회, 1U; 하향주행 1회, 1D; 왕복주행 3회, 3R; 왕복주행 5회, 5R)를 선정하였 으며, 각 차로마다 3개의 조사구(총 12개)를 설정하고 각 조사구에 세 개의 조사선(총 36개)을 구획하였다. 각 조사선의 휠트랙에서 MLS와 SfM을 이용해 토양 패임 깊이를 추정하고, 이를 핀 보드를 이용한 현장 측정결과와 비교하였다. 현장 측정결과, 굴삭기 주행으로 평균 19.3 cm 깊 이의 토양 패임이 발생하였다(1U: 20.0 cm, 1D: 22.7 cm, 3R: 15.6 cm, 5R: 19.6 cm). MLS를 이 용한 토양 패임 깊이 추정치는 평균 19.9 cm로, 현장 측정결과와 유의한 차이를 보이지 않았다 (p > 0.05). 반면 SfM을 이용한 추정치는 평균 16.0 cm로, 현장 측정결과에 비해 유의하게 낮은 것으로 나타났다(p < 0.05). 회귀분석 결과에서도 MLS(R2=0.74, RMSE=4.25 cm)가 SfM(R2=0.62, RMSE=5.27 cm)보다 지표면 탐지 정확도가 높은 것으로 나타났다. 이에 본 연구는 향후 라이다 를 활용한 정확하고 객관적인 지표 교란 평가와 드론 기반 사진측량기법을 활용한 저비용·고 효율의 지표 교란 평가 가능성을 제시한다.

최근 우리나라에서 임도는 효율적인 산림작업, 산림 문화ㆍ휴양 활동, 산림 재해 대응과 같이 그 기능과 역할이 다양해짐에 따라 개설 수요가 지속적으로 증가하고 있다. 하지만 임도 개설 로 인한 야생 동ㆍ식물 서식지의 훼손, 산림 생태계의 파편화 등 생물 다양성에 미칠 수 있는 부정적인 영향에 대한 우려가 한편에서 제기되고 있는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 임도 개설이 양서류 서식 환경에 미치는 영향을 파악하기 위해 강원도 춘천시 동면에 위치한 총 연 장 길이 11km의 6개 노선을 대상으로 2022년 4월부터 2024년 10월까지 2년 7개월간 월 1회 임 도에서 발견된 양서류의 종 및 개체수를 조사하고, 임도개설 이후 연차 증가에 따른 양서류의 변화를 분석하였다. 또한 임도의 지형, 구조, 식생 인자가 양서류 서식 환경에 미치는 영향을 파악하기 위해, 임도 인자와 양서류 발견 여부 및 발견 횟수 간에 교차분석 및 비모수 검정을 각각 실시하였다. 연구 결과, 양서류의 종 및 개체수는 임도 개설 직후 감소하였으나, 개설 연 차가 증가함에 따라 함께 증가하는 경향이 나타났으며, 개설 3년차 이후 대조구 수준으로 회복 된 것으로 나타났다. 양서류 발견 여부와 임도 인자와의 교차분석 결과, 임도 인자 총 17개 중 횡단 위치, 사면 경사, 토질, 수계, 피복률, 집수정 측벽 재료, 횡단 배수구 크기, 물의 유무가 양서류 서식에 유의한 영향을 미치는 것으로 나타났다(p<0.05). 양서류 발견 횟수와 임도 인자와 의 비모수 검정 결과에서는 횡단 위치, 사면 경사, 표고, 토질, 수계, 피복률, 집수정 사면 측벽 높이에 따라 양서류 발견 횟수에 유의한 차이가 있는 것으로 나타났다(p<0.05). 본 연구 결과를 통해 양서류는 임도 인자가 횡단 위치 사면, 암질 토양, 건천, 80% 미만 피복도, 집수정 측벽 높이 2m 미만인 지점에서 서식하기 어려운 것으로 나타났다. 양서류는 습기가 많은 환경을 선 호하기 때문에 계곡 또는 용출지역과 같은 지점에서는 양서류 서식 환경의 보존을 고려한 임도 의 개설이 필요할 것으로 판단된다.

토양의 모관흡수력은 불포화토 거동에 큰 영향을 미치는 인자로, 불포화토의 사면안정해석에 있어서 모관흡수력을 정확하게 예측하는 것이 매우 중요하다. 하지만, 함수비에 따른 모관흡수 력은 함수특성곡선을 통하여 파악할 수 있으나 이를 작성하기 위해서는 많은 시간과 노력이 필 요하다. 전기비저항은 토양 내 전류를 흘려보내 매질에 따른 전류 흐름에 대한 저항 정도를 의 미하며 지하의 지질구조, 파쇄대, 균열대 및 지하수 등의 분포를 간접적으로 파악하는데 활용되 고 있다. 모관흡수력과 전기비저항은 다양한 요인들이 영향을 미치며 공통적으로 함수비가 가 장 큰 영향을 미치는 것으로 알려져있다. 본 연구에서는 전기비저항과 모관흡수력의 상관관계를 분석하기 위하여 다양한 조립토를 대상 으로 함수특성곡선을 작성하고 함수비별 전기비저항을 측정하였다. 함수특성곡선은 증발법과 냉각거울법을 통하여 산정하였으며, 전기비저항은 ASTM G57-95에 제시된 규격의 Soil Box를 사 용하여 측정을 수행하였다. 결과적으로 전기비저항이 증가할수록 모관흡수력은 증가하는 경향 을 나타내며 시료별 증가율은 상당한 차이가 있는 것으로 나타났다. 따라서 전기비저항을 통해 모관흡수력은 가능하나 정확한 추정을 위해서는 다양한 토양의 특성을 고려할 필요가 있는 것으로 나타났다.