[논문]암반지형의 재발화 연소특성

김장환; 김응식; 이명보; 김동현; 박형주

[국내논문] 암반지형의 재발화 연소특성
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김장환 (호서대학교 안전보건학과) , 김응식 (호서대학교 안전보건학과) , 이명보 (국립산림과학원 산불연구과) , 김동현 (국립산림과학원 산불연구과) , 박형주 (호원대학교 소방행정학부)

본 연구에서는 암적 지형에서의 모의 연소실험을 통한 뒷불 재발화에 대한 연구를 하였으며, 연구를 통해 얻어진 데이터로 암반층 재발화로 인한 산불확산과 산림연료의 종류, 함수율에 따른 산불 재발화의 관계를 분석하고 산불 재발화의 기초 데이터로 제공하여 연소특성 및 진화관리 기술을 연구 하였다

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문제 정의

본 논문에서는 산불 재발화 유형 중에서 암반층에서의 재발화에 관한 실험방법과 측정시스템을 제시하였으며, 실험방법을 통하여 얻어진 데이터는 산불 재발화의 위험성 및 예측에 있어서 이를 활용하고자 한다.

제안 방법

암반층 재발화 모형장치는 온도센서가 설치되는 단면을 가로 40㎝, 세로 40㎝의 대리석을 이용하여 현장과 유사하게 만들었으며, 암반과 암반사이 간격을 5, 10, 15㎝로 하였고 그 사이에 토층을 1㎝, 낙엽 분해층을 10㎝, 낙엽층을 5㎝의 높이로 설치하여 실험하였다. 모형실험은 암반층 재발화 시간에 따른 온도 데이터 측정을 위하여 총 40개의 Thermocouple(K-type)을 이용하여 수직-수평 온도분포를 측정하였으며, 데이터 수집은 Agilent사의 DAQ(Data acquisition : 34970A) 이용하여 10초 단위로 측정 분석 하였다.
암반층 재발화 모형장치는 온도센서가 설치되는 단면을 가로 40㎝, 세로 40㎝의 대리석을 이용하여 현장과 유사하게 만들었으며, 암반과 암반사이 간격을 5, 10, 15㎝로 하였고 그 사이에 토층을 1㎝, 낙엽 분해층을 10㎝, 낙엽층을 5㎝의 높이로 설치하여 실험하였다. 모형실험은 암반층 재발화 시간에 따른 온도 데이터 측정을 위하여 총 40개의 Thermocouple(K-type)을 이용하여 수직-수평 온도분포를 측정하였으며, 데이터 수집은 Agilent사의 DAQ(Data acquisition : 34970A) 이용하여 10초 단위로 측정 분석 하였다.
낙엽층(L층)과 낙엽 분해층(F,H층)으로 나누어 현장에서 채취한 낙엽유기물을 현장 구조와 유사한 구조로 구성하였다. Thermocouple은 수직배열 하여 01∼02사이와 04∼05사이는 5㎝ 간격으로 하였으며, 02∼03 사이와 03∼04 사이는 10㎝의 간격으로 배치하였다.
건조시킨 낙엽들과 부엽토는 실험 시에 1g씩 채취하여 A&D사의 MX-50(가열방식 수분계) 으로 3회 측정하여 낙엽의 평균값을 15%대로 유지하였으며, 분해층 함수율은 20%, 30%, 40%로 유지 실험하였다.
암반 뒷불 재발화 모형실험은 암반사이에 낙엽층(L층), 낙엽 분해층(F층), 토양층의 세부분으로 구분하였다. 토양층 1㎝, 낙엽 분해층 10㎝, 낙엽층 5㎝ 로 차례대로 쌓은 뒤 암반에 Thermocouple 40(5*8)개를 수직/수평으로 배치하였다.
암반 뒷불 재발화 모형실험은 암반사이에 낙엽층(L층), 낙엽 분해층(F층), 토양층의 세부분으로 구분하였다. 토양층 1㎝, 낙엽 분해층 10㎝, 낙엽층 5㎝ 로 차례대로 쌓은 뒤 암반에 Thermocouple 40(5*8)개를 수직/수평으로 배치하였다. 표 1.
표 1. 과 같이 암반간격, 낙엽 분해층과 낙엽층의 밀도, 함수율에 변수를 주고 수종별로 실험을 하였다.
40개의 채널 중에서 최대온도가 100℃이하로 떨어지면 DAQ측정은 종료시킨 후, 데이터를 분석하였으며, 낙엽층, 낙엽 분해층에 대한 연소특성, 시료의 함수율, 지속시간 및 전파 속도 등의 인자를 얻을 수 있다.

대상 데이터

실험에 사용된 시료는 침엽수종인 소나무 낙엽과 활엽수종인 굴참나무 낙엽, 그리고 부엽토를 자연 상태에서 채집하여 현장과 유사한 시료를 사용하였으며, 최대한 자연재취 상태를 보존하고 동일한 함수율 조건을 맞추기 위해 건조기에 하루정도 건조를 시켰다. 건조시킨 낙엽들과 부엽토는 실험 시에 1g씩 채취하여 A&D사의 MX-50(가열방식 수분계) 으로 3회 측정하여 낙엽의 평균값을 15%대로 유지하였으며, 분해층 함수율은 20%, 30%, 40%로 유지 실험하였다.

성능/효과

그림 3은 함수율에 따른 지속시간으로 소나무 낙엽과 굴참나무 낙엽의 함수율이 20%, 30%, 40%로 굴참나무 20%, 40%에서 재발화가 발생하지 않았으며, 평균적으로 굴참나무 낙엽보다 소나무 낙엽의 연소 지속 시간이 더 길게 측정되었다. 또한 30%대에서 연소 지속 시간이 가장 길게 측정되었다.
1. 암석지 모의실험에서 함수율에 따른 수평 전파속도는 침엽수/활엽수종의 함수율이 40%이상이면 화염전파가 일어나지 않았으며, 함수율과 수평 전파속도는 반비례하는 경향을 보인다. 또한 수직 전파속도는 침엽수/활엽수종 거의 동일한 패턴을 보인다.
2. 암반간격 5cm, 10cm, 15cm에 따른 수평 최고온도 분포는 침엽수종의 경우 5cm에서 암반 안쪽의 온도가 현저히 낮게 측정되었으며, 활엽수종의 경우 온도 변화가 거의 없었다. 10cm, 15cm 경우 침엽수/활엽수종의 경우 100℃이상의 온도 변화가 없었다.
3. 암반간격 5cm, 10cm, 15cm에서의 수직 전파속도는 5cm인 경우 화염 전파가 안 되었으며, 활엽수가 침엽수에 비해 수직 전파속도가 최고 약 9배 정도 빠르게 전파 되었다.
4. 암반간격 5cm, 10cm, 15cm에서의 지속시간은 암반간격이 5cm인 경우 100분 이상 지속되지 않았고, 암반간격이 10cm인 경우 활엽수종이 침엽수종에 비해 약 10시간 이상 지속시간이 길게 측정 되었다.
5. 암반간격에 따른 밀도 모의실험에서는 지속시간(100℃)이 활엽수종이 침엽수종에 비해 지속시간이 최고 약 1.4배가 길게 측정되었으며 일정 밀도 이상 시 떨어지는 패턴을 보였다.
6. 암반간격에 따른 밀도의 수직/수평 전파속도는 활엽수종은 침엽수종에 비해 최고 약 1.7배정도 수직전파속도가 빠르게 측정되었으며 수평전파속도는 침엽수동이 활엽수종에 비해 최고 약 1.4배정도 빠르게 측정 되었다.

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