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문제 정의
- 따라서, 본 연구에서는 산림 내 가연물을 대상으로 연소생성물을 고찰하여 화재감식에 응용 가능한 기초자료를 제공하고자 하며, 산불발생에 따른 탄소배출량 분석으로부터 연소생성물의 취약성을 제시하고자 한다.
- 본 연구에서는 화재감식에 응용 가능한 기초자료를 제공하고자 산불에 따른 산림연료의 연소생성물 분석으로부터 다음과 같은 결론들을 얻을 수 있었다.
제안 방법
- 를 이용하였다. 분석항목은 총연기방출량(TSR, Total smoke release), 최대연기밀도(Max. Ds, Maximum Smoke density), 이산화탄소 및 일산화탄소 배출량, 연소 후 남게 되는 ash 발생량 등을 분석하였다. 실험 조건은 Table 2와 3에 제시하였으며, 결과값은 3회 반복 실험하여 측정된 값의 평균값을 사용하였다.
대상 데이터
- 연소생성물 분석을 위하여 Table 1과 같은 참나무 6가지 수종(상수리나무 Quercus acutissima, 굴참나무 Quercus variabilis, 갈참나무 Quercus aliena, 졸참나무 Quercus serrata, 떡갈나무 Quercus dentata, 신갈나무 Quercus mongolica)의 부위별(생엽, 가지, 수피부위) 연료를 사용하였다. 부위별 평균 함수율은 생엽 139.
- 51% 정도인 것으로 측정되었다. 연료의 채취 시기는 참나무류의 개엽시기인 6월에 채취하였으며, 맑은 날이 5일 이상 지속된 다음날 강원도 영동지역에서 채취하였다.
이론/모형
- 산림 가연물의 연소에 따른 연소생성물 분석을 위하여 영국 FTT사의 Dual Cone Calorimeter(ISO 5660-1)8) 시험기와 영국 FTT사의 Smoke Density Chamber(ASTM E 662)9)를 이용하였다. 분석항목은 총연기방출량(TSR, Total smoke release), 최대연기밀도(Max.
성능/효과
- 3) 수관화 : 지표화로부터 발생하여 수간에서 수관으로 강한 화세로 퍼져 가는 것으로서 임목은 그 열로 고사하게 되는데, 흔히 수지가 많은 소나무 삼나무 등의 침엽수림에서 많이 발생한다.
- 나무의 성분은 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스, 리그닌이 주성분이고, 소량의 회분, 수지 유지, 정유, 탄닌, 색소 등이 함유되어 있으며, 함유율에 있어 셀룰로오스는 침엽수와 활엽수 모두 50%, 헤미셀룰로오스는 침엽수 20%, 활엽수 30%, 리그닌은 침엽수 30%, 활엽수 20% 정도이다.
- 2) 200~280℃ : 200℃ 이하일 때의 반응이 목재의 내부로 확대된다.
- 10) 이러한 연료의 건조도는 산불 발생 시 연소 초기의 착화특성과 산불형태에 영향을 주는 요인이며, 건조한 연료의 경우, 발염착화가 빠르게 진행되어 연소의 진행속도에도 영향을 미치고 화재가 빠르게 확산된다. 따라서 함수율이 대체로 낮은 수피부위는 상대적으로 빠른 시간에 착화가 진행될 것으로 사료되며, 상수리나무와 굴참나무는 산불발생 시 수관화에 취약할 것으로 사료된다.
- 1에는 참나무 6가지 수종(굴참나무, 갈참나무, 졸참나무, 떡갈나무 신갈나무, 상수리나무) 부위별(생엽, 가지, 수피부위) 총연기방출량 곡선을 나타내었다. 부위별 총연기방출량은 생엽은 191.4~424.6 m2/m2, 가지 55.6~159.5 m2/m2, 수피 43.7~132.3 m2/m2 범위에서 연기를 방출하는 것으로 나타나 부위별 차이를 보였으며, 평균 연기 방출량은 생엽 256.3 m2/m2, 가지, 114.92 m2/m2, 수피96.68 m2/m2 정도 방출하는 것으로 나타났다. 따라서, 생엽은 가지와 수피부위 보다 상대적으로 많은 연기를 방출하는 경향을 보였으며, 수피보다 2.
- 68 m2/m2 정도 방출하는 것으로 나타났다. 따라서, 생엽은 가지와 수피부위 보다 상대적으로 많은 연기를 방출하는 경향을 보였으며, 수피보다 2.65배 많은 연기를 방출하는 것으로 나타났다. 이는 연료 내 포함하고 있는 함수율 차이에 따른 결과로 수분을 많이 함유하는 생엽의 경우 완전연소 되기까지 수분의 영향으로 대기시간이 길어지기 때문인 것으로 판단된다.
- 2에는 참나무 6가지 수종(굴참나무, 갈참나무, 졸참나무, 떡갈나무 신갈나무, 상수리나무) 부위별(생엽, 가지, 수피부위) 최대연기밀도 곡선을 나타내었다. 부위별 최대연기밀도를 살펴보면, 생엽은 176.59~364.86 Ds, 가지 294.05~452.37 Ds, 수피 367.55~543.27 Ds 사이의 값을 보였으며, 평균 생엽은 232.27 Ds, 가지, 408.59 Ds, 수피 440.24 Ds 정도인 것으로 나타났다. 최대연기밀도가 높은 부위는 수피부위인 것으로 나타났으며, 생엽과 비교 하여 1.
- 24 Ds 정도인 것으로 나타났다. 최대연기밀도가 높은 부위는 수피부위인 것으로 나타났으며, 생엽과 비교 하여 1.84배 정도 높은 것으로 나타났다. 또한, 연기밀도가 높은 수종으로는 굴참나무인 것으로 나타났다.
- 84배 정도 높은 것으로 나타났다. 또한, 연기밀도가 높은 수종으로는 굴참나무인 것으로 나타났다. 따라서, 굴참나무 군락지는 산불발생 시 순간적으로 발생하는 연기발생량이 많아 가시거리 예측이 상대적으로 어렵고, 얼룩, 탄화 등의 흔적을 많이 남길 수 있는 수종으로 구분할 필요가 있다.
- 3에는 중량 50 g 연료기준에 대한 부위별 이산화탄소 총배출량을 나타내었다. 부위별 평균배출량은 생엽 72.10 g, 가지 101.88 g, 수피 86.46 g 정도인 것으로 나타나 가지부위는 생엽과 수피부위보다 상대적으로 많은 이산화탄소 배출하는 것으로 나타났으며, 생엽보다 1.41배 정도 높은 이산화탄소를 배출하는 것으로 나타나 났다. 이에 대하여 Table 4와 8에 부위별 평균 CO2 배출량을 구체적으로 비교하여 제시하였다.
- 배출량을 제시하였다. 수종별 이산화탄소 배출량을 살펴보면, 굴참나무 210.723 g, 떡갈나무 262.96 g, 신갈 264.54 g, 갈참 281.958 g, 졸참 241.387 g, 상수리 301.033 g 정도 배출하는 것으로 나타났다.
- 따라서, 상수리나무는 이산화탄소 배출량이 상대적으로 높은 수종으로 나타났으며, 굴참나무보다 1.43배 높은 이산화탄소를 배출하는 것으로 나타났다. 따라서, 임야화재 시 상수리나무는 참나무 수종 가운데 상대적으로 많은 이산화탄소를 배출할 것으로 사료되며, 이산화탄소의 배출은 온실가스의 주범으로 산불에 따른 2차 피해를 유발할 것으로 사료된다.
- 43배 높은 이산화탄소를 배출하는 것으로 나타났다. 따라서, 임야화재 시 상수리나무는 참나무 수종 가운데 상대적으로 많은 이산화탄소를 배출할 것으로 사료되며, 이산화탄소의 배출은 온실가스의 주범으로 산불에 따른 2차 피해를 유발할 것으로 사료된다.
- 33 g 정도 배출하는 것으로 나타났다. 가지부위는 생엽과, 수피부위보다 상대적으로 일산화탄소 배출량이 많았으며, 생엽보다 1.16배 높은 일산화탄소를 배출하는 것으로 나타났다. 다음으로는 수피, 생엽 순으로 나타났다.
- Table 7에는 중량 50 g 연료기준에 대한 생엽, 가지, 수피부위를 합산한 수종별 일산화탄소 배출량을 제시하였다. 수종별 일산화탄소 배출량을 살펴보면, 굴참나무 6.9432 g, 떡갈나무 41.068 g, 신갈 39.314 g, 갈참 44.523 g, 졸참 29.7507 g, 상수리 46.301 g 정도 배출하는 것으로 나타났다. 따라서, 상수리나무는 일산화탄소 배출량이 가장 높은 수종인 것으로 나타났으며, 굴참나무보다 6.
- 301 g 정도 배출하는 것으로 나타났다. 따라서, 상수리나무는 일산화탄소 배출량이 가장 높은 수종인 것으로 나타났으며, 굴참나무보다 6.67배 높은 일산화탄소를 배출하는 것으로 나타났다.
- 따라서, 임야화재 시 상수리나무는 참나무 수종 가운데 상대적으로 많은 이산화탄소와 일산화탄소를 배출할 것으로 사료되며, 특히, 줄기와 수피를 태우는 수간화나 잎을 태우는 지중화 보다 나무의 가지를 태우는 수관화로 화재가 전이될 때 탄소배출량은 더 많을 것으로 사료된다.
- 5에는 50 g 중량 기준에 대한 참나무 6가지 수종 부위별 연소 후 ash량을 제시하였다. 생엽의 ash 발생량은 굴참 2.6 g, 떡갈 1.7 g 신갈 4.0 g, 갈참 2.8 g, 졸참 4.1 g, 상수리 3.4 g 정도였으며, 1.7~4.1 g 범위에서 수종별 잔류량 차이를 보이는 것으로 나타났다. 연소 후 ash 발생량이 상대적으로 많은 수종으로는 졸참나무와 신갈나무인 것으로 나타났으며, 떡갈나무는 ash 발생량이 상대적으로 작은 것으로 나타났다.
- 1 g 범위에서 수종별 잔류량 차이를 보이는 것으로 나타났다. 연소 후 ash 발생량이 상대적으로 많은 수종으로는 졸참나무와 신갈나무인 것으로 나타났으며, 떡갈나무는 ash 발생량이 상대적으로 작은 것으로 나타났다. 생엽의 평균 ash 발생량은 3.
- 2 g 범위에서 수종별 잔류량 차이를 보이는 것으로 나타났다. ash 발생량이 상대적으로 많은 수종으로는 졸참나무인 것으로 나타났으며, 굴참나무는 가장 ash량이 작은 수종인 것으로 나타났다. 평균 ash량은 10.
- ash 발생량이 상대적으로 많은 수종으로는 졸참나무인 것으로 나타났으며, 굴참나무는 가장 ash량이 작은 수종인 것으로 나타났다. 평균 ash량은 10.5 g 정도인 것으로 나타나 가지부위는 생엽보다 3.39배 높은 무기물을 함유하는 것으로 나타났다.
- 7 g 범위에서 수종별 차이를 보였다. 졸참나무는 ash 발생량이 상대적으로 높은 수종인 것으로 나타났으나, 상수리나무, 신갈나무, 떡갈나무와 큰 차이는 보이지 않았으며, 굴참나무의 수피는 ash량이 가장 많은 졸참나무보다 23배 낮은 차이를 보였다. 또한, 수피부위의 평균 ash 발생량은 16.
- 3배 높은 무기물을 함유하는 것으로 나타났다. 따라서, 부위별 ash 발생량이 많은 부위는 수피부위인 것으로 나타났으며, 다음으로 가지, 생엽 순으로 나타났다. 이에 대하여 Table 9에 제시하였다.
- Table 10에는 생엽, 가지 수피부위를 합산한 수종별 50 g 중량에 대한 ash 발생량을 산출하여 제시하였다. 수종별 ash 발생량은 굴참나무 4.5 g, 떡갈나무 33.2 g, 신갈 37.5 g, 갈참 36.1 g, 졸참 43.00 g, 상수리 25.9 g 정도 발생하는 것으로 나타났다. 졸참나무는 굴참나무보다 ash 발생량이 9.
- 9 g 정도 발생하는 것으로 나타났다. 졸참나무는 굴참나무보다 ash 발생량이 9.55배 높은 수종으로 나타나 6가지 참나무 수종 가운데 무기물 함량이 상대적 높을 것으로 사료되며, 졸참나무 군락지는 산불발생 후 2차 피해가 더 클 것으로 사료된다.
- 갈참나무는 중량감소율이 상대적으로 높아 연소 시 질량 손실이 빠르게 진행되는 것을 추측할 수 있으며, 특히, 가지부위는 생엽과 수피부위보다 중량감소가 빠르게 진행되는 것으로 나타났다. 물질은 가열되면서 물리적 변화가 발생한다.
- 1) 참나무 수종 부위별 수분을 함유하는 정도는 생엽 139.76%, 가지 79.09%, 수피 49.51% 정도인 것을 알 수 있었으며, 상수리나무는 부위별 함수율이 대체로 낮은 수종임을 확인할 수 있었다. 따라서, 부위별 함수율이 대체로 낮은 상수리나무는 착화위험성이 상대적으로 클 것으로 사료되며, 특히, 수피부위는 대체로 빠른 시간에 착화된 후 연소 또한 빠르게 진행될 것으로 사료된다.
- 2) 발연량특성으로 생엽은 가지와 수피부위보다 상대적으로 많은 연기를 방출하는 것을 알 수 있었다. 이는 연료 내 포함하고 있는 함수율 차이에 따른 결과로 수분을 많이 함유하는 생엽의 경우 완전연소 되기까지 수분의 영향으로 대기시간이 길어지기 때문인 것으로 판단된다.
- 이는 연료 내 포함하고 있는 함수율 차이에 따른 결과로 수분을 많이 함유하는 생엽의 경우 완전연소 되기까지 수분의 영향으로 대기시간이 길어지기 때문인 것으로 판단된다. 최대연기밀도가 높은 수종으로는 굴참나무인 것을 확인할 수 있었으며, 굴참나무 군락지는 산불발생 시 가시거리 예측이 상대적으로 어렵고 많은 연기방출로 얼룩, 탄화 등의 흔적을 많이 남길 수 있는 수종으로 구분할 필요가 있다.
- 3) 탄소배출량 특성 결과, 중량 50 g 기준에 대하여 부위별 CO2 총배출량은 생엽 72.10 g, 가지 101.88 g, 수피 86.46 g 정도 배출하는 것을 알 수 있었으며, CO 배출량은 생엽 10.80 g, 가지 12.51 g, 수피 11.33 g 정도 배출하는 것을 알 수 있었다. 따라서, 가지부위는 생엽과 수피부위보다 CO2 총 배출량과 CO 배출량이 각각 1.
- 33 g 정도 배출하는 것을 알 수 있었다. 따라서, 가지부위는 생엽과 수피부위보다 CO2 총 배출량과 CO 배출량이 각각 1.41배, 1.16배 많은 것을 확인할 수 있었다. 또한, 참나무 6가지 수종 가운데 CO2 및 CO를 상대적으로 많이 배출하는 수종으로는 상수리나무인 것을 알 수 있었으며, 상수리나무는 CO2 및 CO 배출량이 작은 굴참나무와 비교하여 CO2 1.
- 16배 많은 것을 확인할 수 있었다. 또한, 참나무 6가지 수종 가운데 CO2 및 CO를 상대적으로 많이 배출하는 수종으로는 상수리나무인 것을 알 수 있었으며, 상수리나무는 CO2 및 CO 배출량이 작은 굴참나무와 비교하여 CO2 1.43배, CO 6.67배 정도 높은 것을 확인할 수 있었다.
- 4) 잔류량 특성 결과, 중량 50 g 기준에 대한 부위별 ash 발생량은 생엽 3.1 g, 가지 10.5 g, 수피 16.43 g으로 나타나 부위별 차이가 있음을 알 수 있었다. 또한, 졸참나무는 ash 발생량이 상대적으로 많은 수종임을 알 수 있었으며, 굴참나무보다 9.
- 43 g으로 나타나 부위별 차이가 있음을 알 수 있었다. 또한, 졸참나무는 ash 발생량이 상대적으로 많은 수종임을 알 수 있었으며, 굴참나무보다 9.55배 정도 잔류량이 많은 것을 확인할 수 있었다. 따라서, 졸참나무는 6가지 참나무 수종 가운데 무기물 함량이 상대적 높아 산불화재 후 2차 피해에 주는 영향이 더 클 것으로 사료된다.
- 55배 정도 잔류량이 많은 것을 확인할 수 있었다. 따라서, 졸참나무는 6가지 참나무 수종 가운데 무기물 함량이 상대적 높아 산불화재 후 2차 피해에 주는 영향이 더 클 것으로 사료된다.
- 연소생성물 분석을 위하여 Table 1과 같은 참나무 6가지 수종(상수리나무 Quercus acutissima, 굴참나무 Quercus variabilis, 갈참나무 Quercus aliena, 졸참나무 Quercus serrata, 떡갈나무 Quercus dentata, 신갈나무 Quercus mongolica)의 부위별(생엽, 가지, 수피부위) 연료를 사용하였다. 부위별 평균 함수율은 생엽 139.76%, 가지 79.09%, 수피 49.51% 정도인 것으로 측정되었다. 연료의 채취 시기는 참나무류의 개엽시기인 6월에 채취하였으며, 맑은 날이 5일 이상 지속된 다음날 강원도 영동지역에서 채취하였다.
- 졸참나무는 ash 발생량이 상대적으로 높은 수종인 것으로 나타났으나, 상수리나무, 신갈나무, 떡갈나무와 큰 차이는 보이지 않았으며, 굴참나무의 수피는 ash량이 가장 많은 졸참나무보다 23배 낮은 차이를 보였다. 또한, 수피부위의 평균 ash 발생량은 16.43 g 정도인 것으로 나타나 생엽보다 5.3배 높은 무기물을 함유하는 것으로 나타났다. 따라서, 부위별 ash 발생량이 많은 부위는 수피부위인 것으로 나타났으며, 다음으로 가지, 생엽 순으로 나타났다.
후속연구
- 셋째, 연소확대 및 연소원인을 규명하고, 예방 및 진압대책의 자료로 활용한다. 넷째, 사상자의 발생원인과 방화관리상황을 규명하여 예방 및 진압대책상의 자료로 활용한다. 다섯째, 화재의 발생상황, 원인, 손해상황 등을 통계화 함으로써 소방 정보를 수집하고 행정시책의 자료로 활용한다7).
- 10) 이러한 연료의 건조도는 산불 발생 시 연소 초기의 착화특성과 산불형태에 영향을 주는 요인이며, 건조한 연료의 경우, 발염착화가 빠르게 진행되어 연소의 진행속도에도 영향을 미치고 화재가 빠르게 확산된다. 따라서 함수율이 대체로 낮은 수피부위는 상대적으로 빠른 시간에 착화가 진행될 것으로 사료되며, 상수리나무와 굴참나무는 산불발생 시 수관화에 취약할 것으로 사료된다.
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