제11장 산림공학
제1절 산림수문
* 산림지역에서의 물의 시간적, 공간적인 분포 및 변화의 상태를 산림수문이라한다.
1. 물 순환
* 수문학적 순환(hydrologic cycle) 또는 물순환-> 물은 대기, 지표 및 지하 그리고 해양권을 이동하고 순환하는 과정.
2. 증발산과 강수차단
* 증발산(evapotranspiration)-> 증발(evaporation)과 증산(transpiration)
* 강수차단->산림지역에 내린 강수가 수목에 의해 차단되는 경우
* 수관적하우량->수목의 표면에 닿아 표면장력과 중력에 의해 부착되어 보수상태가 되는 것.
* 수간유하우량(stem flow)->보수량이 증가하면 가지와 줄기를 통해 임지로 이동하는 우량
* 수관통과우량(through fall)->강수중의 일부는 수목을 통하지 않고 직접 임지에 도달하는 것.
* 임내우량 = 수관적하우량 + 수관통과우량
* 수관차단우량(crown interception) = 임외우량 -(임내우량 + 수간유하우량)
3. 침투와 투수
(1) 침투(infiltration)-> 강수가 임지면에 도달하여 토양 속으로 스며드는 현상
* 침투강도(infiltration rate)-> 단위면적당 단위시간 내의 침투수량
토양의구성, 지피상태, 지표경사, 원래의 토양수분, 우량강도 등에 따라 달라진다.
* 침투능(infiltration capacity)->최대 침투강도
(2) 투수(percolation)-> 토층내의 물의 이동
* 투수강도(percolation rate)->일정한 시간에 단위면적을 통과하는 지중 투수량
* 투수능(percolation capacity)= 최대투수강도
(3) 산림에서의 침. 투수
* 수목근계로 뿌리수로(root channel)을 만들어 토양간극을 증대시킨다. 풍부한 토양구조를 만들고 조공극과 세공극을 증가시켜 토양의 공극성을 개선하며 침투 및 투수성을 개선유지시킨다.
4. 유출
* 유출(run-off)->지표류가 낮은 쪽으로 흘러 하천물로 흘러가는 현상
* 지표면유출(surface flow), 지표하유출(prompt subsurface flow), 지하수유출(groundwater flow)
* 중간유출->지표를 침투한 물이 토양 속의 토양공극이 변화하는 층에따라 수분포텐셜에 따라 작은 쪽으로 이동하여 계안에서 끊긴 곳에서 나오는 계류를 말한다.
* 직접유출(direct flow) = 지표하유출 + 지표면 유출
* 지하수->침투수중에서 얕은 중간 유출량을 제외하고 나머지는 땅속 깊이 침투하여 이동하며 지하수가 된다.
5. 물수지(stand water balance)
* 단목의 물수지와 임분의 물수지
* 단목-> 뿌리에서 물을 흡수, 표피와 기공을 통해 증산(=지출)하며, 그 흡수량과 증산량 사이에 평형을 유지할 때 단목의 물수지라한다.
* 임분->산림에 내린 강수와 산림에서의 증발산 및 유출 등이 균형을 이루는 것을 임분의 물수지라한다.
제 2절 사방
* 사방(erosion control)-> 수해에 의해 생기는 토사가 하류에 이동하지 않도록 억제하고 조절하여 산지 황폐화를 막고 자연과 국토를 보전하는 것을 말한다.
* 시행장소에 따라->산복사방, 계간사방, 야계사방, 해안사방 및 조경사방 등으로 분류되며,
* 사업 시행시기에 따라->예방사방과 재해발생지의 복구사방으로 구분
1. 토사의 생산 및 유출
* 자연적 토양침식-> 지형, 지질, 토양, 기상, 병충해, 산지붕괴 등
* 인위적 토양침식-> 벌채, 낙엽과 근주채취, 산지개발등
2. 산복사방
* 황폐산지나 황폐가 예상되는 산지의 산복에 시행하는 사방공사를 산복사방이라한다.
* 시공대상지->황폐지, 붕괴지, 밀린땅, 훼손지등
3. 계간사방
* 유수에 의한 토사의 침식, 운반, 퇴적 및 제이동 등의 과정에서 발생되는 토사재해를 사전에 방지하거나 억제하기위해서 실시하는 사방공사를 계간사방이라한다.
* 황폐계류->유로가 짧고 계상물매가 급하여 토사유출되면서 계상의 세굴, 퇴적 등이 발생하고 유량의 변화가 심하다.
4. 야계사방
* 유로가 짧고 계상물매가 급하여 출수 및 감수가 급격하며, 계상면에 불안정한 토사가 다량으로 퇴적하고 있는 야계에 토사유출에 의한 피해를 방지하기 위해 실시한 것이 야계사방
5. 해안사방
* 해안사구지에서 바람에 의한 모래의 이동, 즉 비사로 인한 가옥이나 농경지 등의 피해를 예방하며, 조출 및 해수 등에의한 재해 방지를 위해 시행하는 것이 해안사방
* 방재림(disaster damage prevention forest)를 조성한다.
* 우리나라에서는 해송이 주요 사방조림으로 사용된다( 조풍, 한풍 비사에 잘견디기때문)
6. 조경사방(alndscape erosion control)
* 사방공사->시공에 안전도에 중점을 둔다.
* 최근에는 안전도뿐만아니라 조경적, 환경적인 개념을 강하게 포함한 것을 조경사방
* 자연적황폐지나 훼손지의 사방이라기 보다는 인위적인 비탈면이나 각종 훼손지에 대한 보구, 안정, 녹화, 경관조성등에 중점을 두는 것이 조경사방이다.
제3절 임 도
1. 임도의 기능
* 임도-> 임산물의 운송과 합리적인 산림경영 및 관리를 위한 기본적이고 필수적인 생산기반시설일 뿐만아니라 농산촌주민들의 생활을 위한 공도
* 농산촌지역 주민 격감으로 임업기계화가 중요한 요소로 등장함.->임도의 중요성 증대
* 그림 11-2. 임도망의 계통적 형태
2. 임도밀도
* forest road density->산림내의 임도전체의 길이를 산림면적으로 나눈값(m/ha)
* 적정임도밀도산정은 산림경영에서 매우 중요한 일이다.
3. 임도의 구조
* 차도(임도)->횡단선형, 편면선형, 종단선형, 노면 등이 포함됨.
(1) 횡단선형
* 횡단선형->차도나비, 길어깨, 옆도랑, 정취 및 성토비탈면등으로 구성
* 길어깨(노견)-> 0.25-0.5m; 임도주요 구조부를 보호하고 보행자의 통행과 보안시설에 사용됨.
(2) 평면선형
* 평면선형->본 도로의 형상; 교통차량의 안정성과 속도 및 운재능률에 크게 영향을 줌.
(3) 종단선형
* 종단선형-> 종단면적으로 본 도로중심선의 형상; 연료소비량과 운재효율에 큰영향을 줌.
(4) 노면
* 노면->노상위에있는 토질계의 노반이 표층의 역할을 하며 통행하는 차량의 하중에 지탱될 수있도록 설계해야 한다.
4. 임도의 설계 및 시공
(1) 임도의 설계
* 노선에 대한 모든 사항을 자세히 조사하여 산림개발에 따른 경제성을 고려한 적절한 규모의 임도를 설계
* 설계업무-> 에비조사, 답사, 예측, 실측, 설계도의 작성, 공사수량의 산출, 설계서 및 부속서류의 작성
(2) 임도의 시공
* 원한한 시공을 위해 기상, 토질 등 공사내용에 따라서 사전조사를 철저히 하여 현지를 잘 알아둘 것
* 임도시공은 계획->설계->시공
* 설게도와 시방서에 대한 면밀한 검토
* 공정계획에서는 계절과 기후를 고려해야 한다,
제4절 목재의 수확
* 목재수확, 목재수확작업->입목을 벌채하여 일정한 규격으로 조제한 원목을 집재장이나 목재시장 또는 공장까지 반출하는 작업
* 벌도, 조재, 집재, 운재 4가지 작업공정으로 구분->반출작업(logging operation)
* 목재 생산비용중 큰 부분을 차지한다.
* 자연환경 특히 지형의 영항을 많이 받는다.
1. 벌목 및 조재
* 벌목-> 입목을 임지면 20-30cm 높이로 체인톱이나 기계장비로 벌도하는 것
* 조재-> 시장성과 목재의 용도에 따라 적당한 길이로 자르는 것
(1) 벌목작업
① 벌목시기: 겨울이 여름보다 경제적, 산림경영에 필요하다면 어느시기나 가능
② 벌목기계:체인톱, 무육낫, 토끼, 톱, 벌목용 쐐기 등; 기계화벌목에는 트리펠러,펠러번처등
③ 벌도방향: 작업능률상, 작업원의 안정상, 도한 조재작업, 집운재 작업 등 후속작업을 위해서도 대단히 주요하다.
④ 벌목방법: 벌도방향을 확실하게 정하고 벌목실시;
그림 11-3과 같이 소형재의 벌목과 대경재의 벌목
(2) 조재작업
* 벌도목의 가지치기와 시장성 및 목재의 용도에 적합한 길이로 절단하는 것으로 박피를 포함하기도 한다.
① 조재용 기계. 기구: 체인톱
② 조재방법: 원구에서 초단부를 향해 가지를 절단(그림 11-5 가지치기의 순서)
③ 조재작업: 가지치기, 조재목마름질, 조재목검척
2. 집재
* 벌목후에 조재된 원목을 일정한 장소 또는 집재장으로 운반하여 쌓아 놓는 작업
* 전목집재->벌도한 다음 그대로 집재
* 전간집재->가지치기 후에 집재
* 보통집재-> 조재하여 집재
* 인력에 의한 집재, 축력에 의한 집재, 중력에 의한 집재, 기계력집재
(1) 인력에 의한 집재: 어깨에 메거나 지고 나르기, 목도나르기, 소경재의 경우 높은 데서 아래로 던지는 것으로 많이 이용해 왔으나 최근에는 노동력 부족, 인건비 상승으로 점차감소
(2) 축력에 의한 집재: 소나 말을 이용, 기계작업이 곤란한 산악지나 임도시설이 미비지
(3) 중력에 의한 집재: 활로법과 강선법이 있다.
① 활로에 의한 방법:산지 자연비탈지를 이용하여 목재의 자중에 의해 밑으로 미끄러지게 하여 집재하는 방법, 경비가 적게든다;
* 활로->토수라, 도수라, 목수라, 판자수라, 플라스틱수라(修羅)
② 강선에 의한 방법: 철선 또는 와이어로프를 벌목장에서 집재장까지의 공중에 설치하여 원목을 강선용 고리에 걸어 밑으로 내려보내는 집재방법으로 소경재의 단목에 많이 이용
(4) 기계력에 의한 집재: 평지->트랙터 집재, 기복심한 경사지->가선집재방법
1) 대경장재의 작업이 용이하고 작업원의 노동력이 적게 들며 임목에 손상이 적게가고 생산성이 높다. 그러나 장비가격이 비사며 설치와 철수에 노력과 시간이 많이 소요됨.
2) 트랙터에 휠형(wheel type)나 원치(winch)를 장착하여 이용
3) 항공기에 의한 집재방법: 임지가 없거나 오지의 미개발림이나 기계를 사용할 수 없는 산림에서 헬리콥터로 집재
3. 운재
* 집재된 원목이 소비지 또는 시장이나 중계되는 운반장소까지 운송하는 것
* 육상운재와 수상운재
(1) 육상운재: 임도나 도로을 이용 인력, 축력, 목마, 우마차, 트럭, 트랙터등을 이용
* 산림궤도나 산림철동에 의한 궤도운재와 삭도운재가 있다
(2) 수상운재: 강이나 바다에서 물을 이용하여 목재를 운반하는 방법, 장거리 운재
* 유송운재->계류나 하천의 흐르는 물에 의한 운재
* 위류의 방법->목재를 체인으로 연결하여 물에서 배로 끌고 가는 것
* 해양뗏목->목재를 뗏목으로 만들어 에인
* 선박운송->해외에서 목재 수입할 때
4. 목재의 수확방법
(1) 수작업에 의한 수확방법: 기계톱이외에 다른 기계적 도구를 사용하지 않는 경우; 대경제 벌채작업에서는 경제적이나 단목 작업에서는 능률이 떨어지며 신체부담이 크다.
(2) 부분기계화 수확작업의 방법: 요소작업과정별로 가장 간단한 기혜화는 트랙터에 부착된 윈치를 사용하는 것. 임지보호에 유리, 비용이 적게 들고 생산성을 증가시킴
(3) 완전기계화 수확작업의 방법: 생산력을 높이지만 투자비용도 높다. 숙련된 기술자가 필요하다.
(4) 정치식 기계화 수확작업의 방법: 정치식으로 고정된 기계화를 뜻하며 매우 높은 투자비용과 조직을 위한 비용으로 목재가격이 상승되어 매우 제한적으로 사용된다.
제5절 산림노동 및 기계
* 중노동이고 수련된 기술이 필요
* 1950년대 이후 노동력의 결핍과 임업기술발전에 따라 기계화가 진행되었다.
1. 산림노동
* 산림노동->작업과학, 노동과학분야로 노동과 작업사이에서 모든 관계를 나타내는 학문
(1) 산림노동의 특성: 첫째 직업형성의 다양성(목재수확, 묘포장 작업, 임도시설 및 보수, 관수시설, 무육과 시비 및 가지치기 작업, 임지 및 임목의 보존, 사냥 및 물고기의 야식작업, 토지 및 건물의 보수, 기타 임업적 업무활동으로 휴식, 휴양 및 산림의 보호기능을 위한 업무등으로 다양하게 직업이 형성됨), 둘째 경영적 관점에서 산림작업의 특성
(2) 노동생산성: 생산성=(가치생산)/(투입새산요소)
협의의 노동생산성 = (생산량)/(전체 작업시간)
(3) 노동연구: 작업능률과 관계를 구명하는 것.
2. 임업기계
(1) 기계화: 선진국 기계화가 많이 이루어짐. 체인톱, 트랙터, 집재기등을 이용
(2) 기술화: 전체적으로 작업 능률을 올려준다.
(3) 임업용 기계:
1) 조림, 보호에 이용되는 기계: 쟁기류, 해로, 파종기, 분무기. 굴취기, 로더, 트랙터, 이식기 등
2) 육림기계: 예불기, 시비기, 트랙터, 회전절단기, 제초기, 파종기 등
3) 벌도 및 조재기계: 체인톱, 벌도기, 이동식 또는 정치식 절단기. 집재차량 등
4) 집재 및 운재에 이용되는 기계: 집재기, 운반기, 삭도장치, 집재차량, 소형운반차, 트럭, 트레일러, 임간기관차, 헬리콥터 등
5) 지존작업, 사방 및 임도에 이용되는 기계: 착암기, 쇄석기, 콘트리트혼합기, 케이불크레인, 트랙터ㅡ 스크레이퍼, 모터그레이더, 롤러, 공기압축기, 덤프트럭, 제설기 등
6) 기타 산림관리용 기계: 다목적용 자동차, 헬리콥터, 산불진화장비, 측량기기, 수리장비 등