1. 서 론

우리나라는 국토의 상당 부분이 산림으로 이루어져 있고 산악지형이 발달하여 산불 발생 시 지상 진화자원의 접근이 제한되는 지역이 많다. 특히 동해안 지역은 봄철 건조한 기상조건과 강풍의 영향으로 산불이 빠르게 확산되고 대형화될 가능성이 높다. 국내 산불 발생 및 대응자료에서도 산불피해를 줄이기 위해서는 발생 초기의 신속한 상황판단과 진화자원 투입이 중요한 것으로 제시되고 있다(NIFoS, 2023; KFS, 2024). Kwon and Lee(2013)은 국내 산불진화 과정을 헬기 도착 전 초기진화, 헬기 투입 후 지상진화 지원 및 헬기 철수 후 뒷불진화 등으로 구분하고, 체계적이고 신속한 현장 대응이 산림과 인명·재산 피해를 줄이는 데 중요하다고 제시하였다.

산불 초기진화는 산불이 대형화되기 이전에 가용한 자원을 신속하게 투입하여 화세와 확산을 억제하는 단계이다. Fried et al.(2006)은 화재확산과 진화자원 투입을 결합한 모형을 통해 초기 진화조직의 대응능력과 준비상태를 평가하였으며, Arienti et al.(2006)은 기상조건과 자원 투입시점 등이 산불 진화 성공 가능성에 영향을 미친다고 분석하였다. 또한 Thompson et al.(2018)은 산불 대응에서 현장 경험뿐만 아니라 자원 투입과 진화 결과에 관한 실제 자료를 체계적으로 분석할 필요가 있으며, 안전하고 효율적인 대응전략을 결정해야 한다고 강조하였다. Johnston et al.(2020)은 실제 산불 대응자료를 이용한 진화효과 평가의 필요성을 제시하였다. 이러한 연구들은 산불피해를 줄이기 위해서는 단순히 많은 자원을 확보하는 것보다 필요한 자원을 적절한 시점에 투입하는 것이 중요함을 보여준다.

산불진화에는 헬기, 차량 및 인력 등 다양한 자원이 투입되며, 각 자원은 서로 다른 기능을 수행한다. 헬기는 접근이 어려운 산악지역에서 물이나 지연제를 투하하여 초기 확산을 억제하고 지상 진화활동을 지원한다. 차량은 도로 접근이 가능한 지역에서 급수, 장비 운반 및 현장지원을 담당하며, 인력은 방화선 구축, 직접 진화 및 잔불 정리 등 산불진화 전 과정에 투입된다. 이 가운데 Plucinski et al.(2012)은 호주 산불자료를 분석하여 항공자원의 투입이 산불 통제시간을 단축하는 데 기여한다고 보고하였으며, Plucinski and Pastor(2013)는 항공진화의 효과를 화선강도와 물 투하 조건 등을 이용하여 정량적으로 평가할 수 있는 기준을 제시하였다. Rhoades et al.(2023)도 진화자원의 효과가 화재조건과 투입시점에 따라 달라지지만, 적절한 항공자원 투입은 산불 통제에 중요한 역할을 한다고 분석하였다.

특히 우리나라의 산악지형에서는 지상 접근의 제약으로 인해 헬기를 이용한 공중진화가 초기 대응의 핵심적인 역할을 담당한다. Jeon et al.(2026)은 우리나라 산불진화에서 최초 신고 이후 헬기의 기종, 대수 및 출동 위치 등에 관한 의사결정이 신속하게 이루어져야 한다고 설명하였다. 또한 실제 산불과 가상의 동시다발 산불을 대상으로 화재확산과 헬기 진화능력을 고려한 실시간 배치 최적화 체계를 제안하여, 제한된 헬기 자원을 효율적으로 배분할 필요성을 제시하였다.

산불 진화자원의 운용에 관한 기존 연구는 제한된 자원을 효율적으로 배치하는 문제를 중심으로 발전해 왔다. Martell(2007)은 산불관리 분야에서 운영연구를 활용하여 인력과 장비의 배치 및 자원운용을 최적화할 필요가 있다고 제시하였으며, Ntaimo et al.(2012)은 산불 초기진화 자원의 배치계획을 위한 확률적 최적화모형을 개발하였다. 이러한 연구는 주로 헬기를 어디에 배치할 것인가 또는 제한된 자원을 어떤 산불에 우선 투입할 것인가를 다루고 있다. 그러나 실제 산불 발생자료를 이용하여 목표 피해면적과 목표 진화시간을 달성하기 위해 헬기가 몇 대 필요한가를 직접 산정한 연구는 상대적으로 부족하다.

또한 실제 산불에서는 피해면적이 크거나 진화가 어려울수록 더 많은 자원이 추가로 투입된다. 따라서 자원 투입량과 피해면적 또는 진화시간 사이에 양의 상관관계가 나타나더라도 이를 자원 투입으로 인해 산불이 확대된 결과로 해석해서는 안 된다. Belval et al.(2022)은 대규모 실제 산불자료를 이용한 진화효과 분석에서 산불 규모, 화재행동 및 자원 투입의 상호관계를 함께 고려해야 한다고 지적하였다. 산불 대응자료는 기상, 지형, 연료조건, 접근성 및 투입시점 등 다양한 요인의 영향을 받기 때문에 자원 투입량과 산불 규모의 단순한 상관관계만으로 자원의 독립적인 진화효과를 평가하기 어렵다.

이러한 한계를 보완하기 위해서는 동일한 피해면적 증가에 대해 진화시간이 얼마나 증가하는지를 나타내는 지표를 설정하고, 자원 투입 규모에 따라 이 관계가 어떻게 변화하는지를 분석할 필요가 있다. 피해면적과 지속시간은 산불의 규모와 대응성과를 나타내는 대표적인 변수이며, 두 변수의 회귀기울기는 피해면적이 1 ha 증가할 때 추가되는 진화시간을 의미한다. 기울기가 작을수록 동일한 면적 증가에 따른 진화시간 증가폭이 작으므로 진화효율이 높은 것으로 해석할 수 있다. 이와 같은 기울기 기반 접근은 서로 다른 진화자원의 효과를 동일한 기준으로 비교하고, 자원의 추가 투입에 따른 진화효율의 변화를 정량화할 수 있다는 장점이 있다.

따라서 본 연구에서는 2022년부터 2024년까지 국내에서 발생한 산불자료를 이용하여 헬기, 차량 및 인력의 투입 규모와 피해면적 및 진화시간의 관계를 분석하였다. 먼저 각 자원의 투입 규모별로 피해면적–지속시간 회귀기울기를 산정하고, 자원 투입 증가에 따른 기울기의 변화량을 이용하여 헬기·차량·인력의 진화효과를 비교하였다. 특히 가장 뚜렷한 기울기 감소효과가 나타난 헬기에 대해서는 투입대수와 회귀기울기의 관계를 정량화하였다.

나아가 헬기 투입대수와 회귀기울기의 관계를 목표 피해면적 및 목표 진화시간과 결합하여 필요 헬기 대수를 산정하는 예측모형을 구축하였다. 이는 기존 연구가 주로 헬기의 배치 위치와 자원배분 최적화에 초점을 둔 것과 달리, 주어진 산불 규모와 대응시간을 만족하기 위해 필요한 헬기 투입 규모를 직접 산정한다는 점에서 차별성이 있다. 이를 통해 산불 진화자원의 효과를 정량적으로 평가하고, 제한된 자원의 우선순위 설정과 적정 헬기 투입 규모 결정을 지원할 수 있는 기초자료를 제공하는 것을 본 연구의 목적으로 한다.

2. 연구방법

2.1 연구자료 및 전처리

본 연구에서는 2022년부터 2024년까지 국내에서 발생한 산불 1,631건의 이력자료를 활용하였다. 원자료에는 산불 발생 및 진화 완료 시각, 발생 위치, 피해면적과 헬기·차량·인력의 투입 규모가 포함되어 있다. 산불 발생 시각부터 진화 완료 시각까지의 차이를 산불 지속시간으로 산정하였으며, 피해면적과 지속시간을 산불 규모 및 진화성과를 나타내는 변수로 설정하였다.

전체 1,631건의 자료 중 피해면적, 진화시간 또는 헬기·차량·인력 투입량에 결측값이 포함된 사례를 제외하였다. 또한 피해면적과 진화시간이 0 이하이거나 자원 투입량이 음수로 기록된 사례처럼 분석에 적합하지 않은 값을 제거하였으며, 진화시간이 200시간을 초과하여 일반적인 산불의 분석범위를 크게 벗어난 사례도 제외하였다. 이러한 자료 정제과정을 거쳐 주요 변수의 값이 모두 유효한 1,567건을 최종 분석에 활용하였다. 이후 헬기 투입대수에 따라 자료를 구분하고, 각 집단에서 피해면적과 지속시간의 회귀관계를 분석하였다. 이를 통해 헬기 투입 증가에 따른 회귀기울기의 변화를 산정하고, 목표 피해면적과 목표 진화시간에 필요한 헬기 대수를 추정하는 데 활용하였다.

2.2 산불 진화자원 효과 분석방법

본 연구에서는 헬기, 차량 및 인력의 투입 규모가 산불 진화효율에 미치는 영향을 평가하기 위하여 피해면적과 지속시간의 관계에서 산정되는 회귀기울기를 활용하였다. 회귀기울기는 피해면적 증가에 따른 지속시간의 평균 증가량을 의미하므로, 기울기가 작을수록 동일한 피해면적 증가에 대한 지속시간 증가폭이 작아 진화효율이 상대적으로 높은 것으로 해석하였다. 다만 이 기울기는 개별 산불의 절대적인 진화효율이 아니라 자원 투입수준별 집단의 진화효율을 비교하기 위한 상대적 지표로 적용하였다.

먼저 각 진화자원의 투입 규모가 동일한 산불을 하나의 집단으로 구분하였다. 헬기는 투입대수별로 자료를 구분하고, 헬기가 투입되지 않은 산불을 진화효과 비교를 위한 기준집단으로 설정하였다. 차량과 인력도 동일한 방식으로 투입 규모별 집단을 구성하였다. 각 집단에서는 피해면적 (A)를 독립변수, 산불 지속시간 (T)를 종속변수로 설정하여 다음과 같은 단순선형회귀분석을 수행하였다.

여기서 a_r은 진화자원 투입 규모 (r)에서 피해면적이 1 ha 증가할 때 늘어나는 지속시간을 나타내는 회귀기울기이며, b_r은 회귀절편이다. 회귀기울기의 단위는 h/ha로서, 그 값이 작을수록 피해면적 증가에 따른 지속시간의 증가가 억제되므로 진화효율이 높은 것으로 해석하였다. 반대로 기울기가 클수록 동일한 면적 증가에 더 많은 진화시간이 필요한 것으로 판단하였다. 진화자원 투입 규모에 따른 효과를 정량화하기 위하여 각 집단에서 산정한 회귀기울기와 자원 투입량의 관계를 다시 선형회귀식으로 나타냈다.

여기서 β₀는 자원 투입량이 0일 때의 기준기울기이고, β₁은 자원 1단위 증가에 따른 피해면적–지속시간 기울기의 변화량이다. β₁이 음수이면 자원 투입이 증가할수록 피해면적 증가에 따른 지속시간 증가율이 감소하는 것을 의미한다. 따라서 β₁의 값이 클수록 해당 자원의 진화효과가 큰 것으로 평가하였다.

인력 자료는 일부 산불에서 투입 규모가 매우 커 극단값의 영향을 받을 수 있으므로 전체 자료의 95백분위수를 기준으로 상한을 설정하고, 최대 분석범위를 120명으로 제한하였다. 동일한 인원수가 투입된 사례를 하나의 집단으로 구성하되, 회귀분석의 안정성을 확보하기 위해 15건 이상의 사례가 존재하는 집단만 분석하였다. 또한 각 집단에서 피해면적과 지속시간의 상위 1%에 해당하는 값을 제외한 후 회귀기울기를 산정하였다.

마지막으로 헬기, 차량 및 인력에 대해 산정한 β₁을 자원 1단위 증가에 따른 진화효과로 정의하고, 다음 식을 이용하여 자원별 상대적 기여도를 산정하였다.

여기서 C_j는 진화자원 (j)의 상대적 기여도이며, m은 비교대상 자원의 수이다. 이를 통해 헬기, 차량 및 인력의 투입 증가가 피해면적 대비 지속시간 증가율을 어느 정도 감소시키는지를 비교하였다.

3. 결 과

3.1 산불 지속시간의 분포 특성

Fig. 1은 산불 지속시간의 전체 분포를 5시간 간격으로 나타낸 것이다. 분석 결과, 지속시간 0~5시간 구간의 산불이 1,384건으로 가장 많았으며, 5~10시간 구간은 129건으로 나타났다. 반면 10시간을 초과한 구간에서는 빈도가 급격히 감소하였고, 일부 산불만이 50시간 이상 장기간 지속되었다. 전체적으로 산불 지속시간은 짧은 시간대에 집중되고 지속시간이 증가할수록 발생빈도가 감소하는 뚜렷한 우측 편향 분포를 보였다. 이는 국내에서 발생하는 산불의 대부분이 비교적 짧은 시간 안에 진화되지만, 일부 산불은 기상·지형·연료 및 초기 대응여건 등의 영향으로 장기화될 수 있음을 보여준다.

Fig. 1.

Frequency distribution of wildfire duration at 5-hour intervals

Fig. 2는 산불 지속시간이 10시간 이하인 1,513건을 대상으로 지속시간 분포를 1시간 간격으로 세분하여 나타낸 것이다. 분석 결과, 1~2시간 구간이 556건으로 가장 높은 빈도를 보였으며, 2~3시간 구간은 300건, 0~1시간 구간은 264건, 3~4시간 구간은 176건으로 나타났다. 특히 3시간 이내에 진화된 산불은 총 1,120건으로, 10시간 이하 산불의 약 74.0%를 차지하였다. 이는 일반적인 국내 산불이 발생 후 초기 1~3시간에 집중적으로 진화되고 있음을 의미한다.

지속시간이 4시간을 초과한 이후에는 발생빈도가 지속적으로 감소하였다. 4~5시간 구간은 88건, 5~6시간 구간은 52건이었으며, 6시간 이후의 각 구간은 모두 30건 미만으로 나타났다. 이러한 결과는 산불이 초기 대응단계에서 통제되지 않을 경우 장시간 지속되는 사례로 전환될 가능성이 있으나, 실제로는 대부분의 산불이 초기 수 시간 이내에 진화되고 있음을 보여준다.

종합하면, 산불 지속시간은 소수의 장기 지속 산불로 인해 넓은 범위를 가지지만, 실제 분포의 중심은 1~3시간 구간에 형성되어 있다. 따라서 산불 진화효율을 높이기 위해서는 평균적인 지속시간보다 발생 초기 수 시간의 대응능력이 중요하며, 헬기를 비롯한 진화자원을 초기 단계에 신속하게 투입하는 전략이 산불의 장기화와 대형화를 방지하는 데 핵심적인 역할을 할 수 있다.

Fig. 2.

Frequency distribution of wildfire duration within 10 hours at 1-hour intervals

3.2 산불 확산면적에 대한 진화자원 투입 특성

Fig. 3은 산불 피해면적(ha)과 헬기 투입대수의 관계를 로그척도로 나타낸 것이다. 피해면적과 헬기 투입대수는 모두 일부 큰 값으로 인해 분포가 치우치는 특성이 있으므로, 각 변수에 1을 더한 후 상용로그로 변환하였다. 그림에서 각 점은 개별 산불 사례를 나타내며, 적색 곡선은 피해면적 변화에 따른 헬기 투입대수의 비선형 추세를 의미한다. 헬기 투입대수는 정수로 기록되기 때문에 산점도가 수평적인 층의 형태로 나타났다.

분석 결과, 피해면적이 증가할수록 헬기 투입대수도 전반적으로 증가하였다. 특히 소규모에서 중규모 산불로 확대되는 구간에서는 피해면적 증가에 따라 헬기 투입이 비교적 빠르게 증가하는 경향을 보였다. 이는 산불 규모가 커질수록 확산 억제와 진화를 위해 더 많은 항공자원이 동원되는 국내 산불 대응 특성을 반영한다.

반면 피해면적이 큰 구간에서는 적색 추세선의 증가폭이 점차 감소하고, 일정 수준 이후에는 정체되거나 소폭 감소하는 형태가 나타났다. 이러한 결과는 대규모 산불에서 헬기 투입 필요성이 감소한다는 의미라기보다, 실제 동원 가능한 헬기의 수, 운항 여건, 급수지 접근성 및 다수 산불의 동시 발생과 같은 운영상 제약으로 인해 헬기 투입이 계속 증가하지 못하는 포화 특성을 나타낸 것으로 해석할 수 있다. 다만 대규모 산불 구간은 관측 사례가 상대적으로 적고 자료의 분산이 크므로, 해당 구간의 추세를 일반화할 때에는 주의가 필요하다.

따라서 본 그림에서 나타난 양의 관계는 헬기 투입이 피해면적을 증가시킨다는 인과관계를 의미하지 않는다. 오히려 피해면적이 크고 진화가 어려운 산불일수록 더 많은 헬기가 투입되는 대응적 자원배분 구조를 보여준다. 이러한 결과는 단순한 피해면적과 헬기 투입대수의 상관관계만으로 헬기의 진화효과를 평가하기 어렵다는 점을 나타내며, 진화효과를 분석하기 위해서는 헬기 투입 규모별 피해면적–지속시간 관계와 회귀기울기의 변화를 추가로 검토할 필요가 있다.

Fig. 3.

Relationship between wildfire burned area and the number of helicopters deployed (log scale)

Fig. 4는 산불 피해면적과 차량 투입대수의 관계를 로그척도로 나타낸 것이다. 산점도는 소규모 산불 구간에 집중되어 있으나, 동일한 피해면적에서도 차량 투입대수가 넓게 분포하는 특성을 보였다. 이는 차량 투입 규모가 피해면적뿐만 아니라 도로 접근성, 급수 여건, 산불 발생 위치 및 현장 지휘전략 등의 영향을 함께 받기 때문으로 판단된다.

적색 회귀선은 피해면적이 증가할수록 차량 투입대수도 대체로 일정하게 증가하는 경향을 보여준다. 앞서 헬기 투입에서 나타난 곡선형 포화 특성과 달리, 차량은 분석범위 전반에서 비교적 선형적인 증가 형태를 보였다. 이는 산불 규모가 확대될수록 진화차량뿐만 아니라 급수·수송·지휘 및 현장지원 차량이 지속해서 추가되는 지상 대응체계의 특성을 반영한다.

Fig. 4.

Relationship between wildfire burned area and the number of vehicles deployed (log scale)

Fig. 5는 산불 피해면적과 진화인력 투입 규모의 관계를 로그척도로 나타낸 것이다. 적색 추세선은 피해면적이 증가함에 따라 진화인력도 증가하지만, 그 증가율은 점차 둔화되는 비선형적 관계를 보여준다. 특히 소규모 산불 구간에서는 피해면적 변화에 따른 인력 투입 증가가 뚜렷한 반면, 산불 규모가 커질수록 추세선의 기울기가 완만해지는 것으로 나타났다. 이러한 증가율 둔화는 대형 산불에서 인력의 필요성이 감소한다는 의미가 아니라, 현장에 투입할 수 있는 가용인력, 작업공간, 안전관리 및 지휘·통제 범위 등의 제약으로 인해 인력을 계속해서 같은 비율로 증원하기 어렵기 때문으로 해석할 수 있다.

인력 투입은 산불 규모에 대응하여 증가하는 경향을 보이지만, 단순한 인원수만으로 인력의 진화효율을 판단하기는 어렵다. 인력의 효과를 평가하기 위해서는 투입 규모와 함께 배치 시점, 담당 작업, 지형조건 및 헬기·차량과의 연계 운용을 고려할 필요가 있다.

Fig. 5.

Relationship between wildfire burned area and the number of suppression personnel deployed (log scale)

3.3 진화자원 투입에 따른 산불 진화 효과 분석

Fig. 6은 헬기가 투입되지 않은 산불을 대상으로 피해면적과 지속시간의 관계를 분석한 결과이다. 분석 결과, 피해면적이 증가할수록 산불 지속시간도 증가하는 양의 관계가 나타났으며, 회귀식은 T = 2.500A + 1.444, 결정계수는 R² = 0.241로 산정되었다. 여기서 T는 산불 지속시간(hr), A는 피해면적(ha)을 의미한다. 회귀기울기 2.500 hr/ha는 헬기가 투입되지 않은 조건에서 피해면적이 1 ha 증가할 때 산불 지속시간이 평균적으로 약 2.5시간 증가한다는 것을 의미한다. 절편 1.444시간은 피해면적이 매우 작더라도 현장 도착, 진화활동 및 잔불 정리 등에 일정한 시간이 소요되는 특성을 반영한다. 결정계수는 0.241로 이는 피해면적만으로 지속시간 변동의 24.1%를 설명한다는 의미이며, 기상, 지형, 연료 및 진화여건 등 반영되지 않은 요인의 영향이 크다는 것을 보여준다. 본 연구의 회귀식은 개별 산불의 지속시간을 정밀하게 예측하기 위한 모형이 아니라, 자원 투입수준별 피해면적–지속시간의 평균적인 변화율을 동일한 기준으로 비교하기 위한 모형이다. 이에 따라 해석 가능성과 집단 간 비교의 일관성을 고려하여 선형식을 적용하였으며, 분석결과는 전반적인 변화 경향을 나타내는 것으로 제한하여 해석하였다.

이 결과에서 가장 중요한 값은 회귀기울기 2.500이다. 본 연구에서는 이를 헬기 미투입 조건의 기준기울기로 설정하고, 이후 헬기 투입대수별로 산정한 피해면적–지속시간 회귀기울기와 비교하였다. 즉, 헬기 투입에 따라 기울기가 기준값보다 얼마나 감소하는지를 산정함으로써 헬기의 진화시간 단축 및 확산 억제 효과를 정량화하였다. 따라서 본 회귀관계는 진화효율 평가와 필요 헬기 대수 추정모형을 구축하기 위한 핵심 기준선에 해당한다.

Fig. 6.

Relationship between burned area and duration of wildfires without helicopter deployment

Fig. 7은 헬기 1대, 2대 및 3대가 투입된 산불을 대상으로 피해면적과 지속시간의 관계를 각각 분석한 결과이다. 헬기 1대가 투입된 경우 회귀식은 T = 0.786A + 1.627, 헬기 2대는 T = 1.831A + 1.764, 헬기 3대는 T = 0.686A + 2.834로 나타났다. 결정계수는 각각 0.136, 0.152 및 0.111로 산정되었다.

피해면적 1 ha 증가에 따른 지속시간 증가량은 헬기 1대 투입 시 0.786시간, 2대 투입 시 1.831시간, 3대 투입 시 0.686시간이었다. 세 집단의 회귀기울기는 모두 헬기 미투입 조건의 기준기울기인 2.500시간/ha보다 낮게 나타났다. 이는 헬기가 투입된 산불에서 피해면적 증가에 따른 지속시간의 증가 정도가 무헬기 산불보다 전반적으로 작았음을 의미한다.

각 집단의 결정계수가 0.111~0.152로 낮게 나타난 것은 산불 지속시간이 피해면적과 헬기 대수만으로 결정되지 않음을 보여준다. 그러나 본 연구의 목적은 개별 산불의 지속시간을 예측하는 것이 아니라, 동일한 헬기 투입 조건에서 피해면적–지속시간의 기울기를 산정하고 그 변화 양상을 비교하는 데 있다.

따라서 Fig. 7의 분석은 헬기 대수별 회귀기울기를 산정하는 1단계 분석에 해당한다. 이후 헬기 미투입 조건부터 전체 투입대수 구간까지 산정된 기울기를 종합하여 헬기 대수와 회귀기울기의 관계를 다시 분석함으로써, 개별 집단의 변동성을 완화하고 헬기 투입 증가에 따른 전반적인 진화효율 변화와 헬기 1대당 효과를 정량화하였다.

Fig. 7.

Relationship between burned area and wildfire duration by helicopter deployment level: (a) one helicopter, (b) two helicopters, and (c) three helicopters

Table 1은 헬기 투입대수별 피해면적–지속시간 회귀분석의 통계적 특성을 나타낸다. 분석 표본수는 헬기 미투입 집단의 392건에서 헬기 10대 투입 집단의 10건으로 감소하였다. 회귀기울기는 헬기 대수에 따라 일정하게 감소하지는 않았으나, 헬기 미투입 집단의 2.500 h/ha보다 대부분의 헬기 투입 집단에서 낮게 나타났다. 헬기 0~6대 집단의 회귀기울기는 모두 통계적으로 유의하였으나, 7~9대 집단에서는 유의하지 않았다. 특히 7대 이상 집단은 표본수가 적고 표준오차와 RMSE가 상대적으로 크게 나타나 기울기 추정의 불확실성이 증가하였다. 헬기 10대 집단의 기울기는 통계적으로 유의하였지만 표본수가 10건에 불과하므로 신중한 해석이 필요하다. 결정계수는 헬기 6대 집단에서 0.622로 가장 높았으며, 나머지 집단에서는 대체로 낮게 나타나 피해면적 이외의 기상, 지형 및 진화조건도 지속시간에 영향을 미치는 것으로 판단된다.

Fig. 8은 헬기 투입대수별로 산정한 피해면적–지속시간 회귀기울기와 헬기 대수의 관계를 나타낸 것으로, 본 연구의 핵심 결과이다. 그림의 각 점은 동일한 헬기 대수가 투입된 산불 사례들을 대상으로 피해면적과 지속시간을 회귀분석하여 산정한 기울기를 의미한다. 기울기의 단위는 hr/ha이며, 값이 작을수록 피해면적 증가에 따른 지속시간의 증가가 억제되어 진화효율이 높은 것으로 해석하였다. 헬기 투입대수 H와 회귀기울기 a(H)의 관계는 다음과 같이 나타났다.

회귀계수 -0.2032는 헬기가 1대 증가할 때 피해면적 1 ha당 지속시간 증가량이 평균적으로 0.2032시간 감소한다는 것을 의미한다. 즉, 헬기 투입이 증가할수록 동일한 피해면적 증가에 수반되는 진화시간의 증가폭이 감소하는 것으로 나타났다. 이는 헬기가 산불 확산을 억제하고 진화시간 증가를 완화하는 데 기여한다는 정량적 결과이다.

결정계수는 R² = 0.565로, 헬기 투입대수의 변화가 투입대수별 회귀기울기 변동의 약 56.5%를 설명하는 것으로 나타났다. 개별 투입대수의 기울기는 산불 규모와 기상·지형·연료 및 다른 진화자원의 영향으로 일정한 변동을 보였으나, 전체적으로는 헬기 대수가 증가할수록 기울기가 감소하는 뚜렷한 경향이 확인되었다. 이 관계식은 헬기의 상대적 진화효과를 확인하는 데 그치지 않고, 목표 피해면적과 목표 진화시간이 주어진 경우 필요한 헬기 대수를 역으로 산정하는 모형의 기초가 된다. 즉, 헬기 1대 증가에 따른 기울기 감소량 0.2032 hr/ha를 정량화하고 이를 필요 헬기 대수 산정식으로 확장하였다는 점이 본 연구의 핵심 성과이다.

Fig. 8.

Change in the burned area–duration regression slope with the number of helicopters deployed

Fig. 9는 차량 투입대수에 따른 피해면적–지속시간 회귀기울기의 변화를 나타낸 것이다. 차량의 진화효과는 앞서 수행한 헬기 분석과 동일한 과정으로 산정하였다. 먼저 차량 투입대수가 같은 산불 사례를 하나의 집단으로 구성한 후, 각 집단에서 피해면적을 독립변수, 지속시간을 종속변수로 하는 선형회귀분석을 수행하였다. 다음으로 차량 투입대수별로 산정된 회귀기울기를 다시 차량 대수와 회귀분석하여 차량 증가에 따른 진화효율의 전반적인 변화를 평가하였다.

그림에서 각 점은 특정 차량 대수가 투입된 산불집단의 피해면적–지속시간 회귀기울기를 의미한다. 기울기가 작을수록 피해면적 증가에 따른 지속시간의 증가폭이 작으므로 진화효율이 높은 것으로 해석하였다. 차량 투입대수 V와 회귀기울기 a(V)의 관계는 다음과 같이 나타났다.

회귀계수 -0.0423은 차량이 1대 증가할 때 피해면적 1 ha당 지속시간 증가량이 평균적으로 0.0423시간 감소하는 경향이 있음을 의미한다. 따라서 차량 투입이 증가할수록 피해면적 증가에 따른 지속시간의 증가가 일부 완화되는 것으로 나타났다.

그러나 결정계수는 R² = 0.122로, 차량 투입대수가 회귀기울기 변동을 설명하는 정도는 12.2%에 그쳤다. 또한 차량 대수가 유사한 조건에서도 기울기의 편차가 크게 나타났다. 이는 차량의 진화효과가 단순한 투입대수보다 도로 접근성, 급수 여건, 산불 발생 위치, 담당 기능 및 헬기·인력과의 연계 운용에 크게 영향을 받기 때문으로 판단된다.

Fig. 9.

Change in the burned area–duration regression slope with the number of vehicles deployed

Fig. 10은 진화인력 투입 규모에 따른 피해면적–지속시간 회귀기울기의 변화를 나타낸 것이다. 분석은 헬기 및 차량과 동일한 2단계 회귀분석 방법으로 수행하였다. 먼저 동일한 인원수가 투입된 산불을 집단화하고, 각 집단에서 피해면적과 지속시간의 회귀기울기를 산정하였다. 이후 인력 규모별로 산정된 기울기와 투입인원의 관계를 다시 회귀분석하여 인력 증가에 따른 진화효율의 변화를 평가하였다. 그림의 각 점은 특정 인원수가 투입된 산불집단에서 산정된 피해면적–지속시간 회귀기울기를 나타낸다. 인력 투입 규모 P와 회귀기울기 a(P)의 관계는 다음과 같이 나타났다.

회귀계수는 0.0008로 0에 매우 가까웠으며, 결정계수도 R² = 0.000으로 나타났다. 이는 분석된 인력 범위에서 투입인원이 증가하더라도 피해면적 증가에 따른 지속시간의 회귀기울기가 일정한 방향으로 감소하거나 증가하지 않았음을 의미한다. 산점도에서도 인력 규모별 기울기가 회귀선의 위아래로 넓게 분포하였으며, 회귀선은 거의 수평에 가까운 형태를 보였다. 따라서 본 분석에서는 인력의 단순한 투입 규모와 진화효율 사이에 뚜렷한 관계가 확인되지 않았다. 이는 인력이 산불 진화에 기여하지 않는다는 의미가 아니라, 인력의 효과가 총인원수만으로 설명되기 어렵다는 것을 의미한다. 진화인력은 투입 시점, 배치 위치, 담당 작업, 지형조건, 숙련도 및 헬기·차량과의 연계 방식에 따라 역할과 효과가 달라질 수 있기 때문이다.

결과적으로, 헬기는 투입 증가에 따라 회귀기울기가 뚜렷하게 감소하였고 차량은 완만한 감소 경향을 보인 반면, 인력은 투입 규모에 따른 기울기 변화가 거의 나타나지 않았다.

자원 투입량과 회귀기울기의 관계식은 개별 산불의 진화결과를 예측하기 위한 모형이 아니라, 자원 투입 규모에 따른 기울기의 전반적인 변화 방향을 비교하기 위한 것이다. 헬기의 경우 결정계수가 0.565로 나타나 투입대수가 증가할수록 회귀기울기가 감소하는 경향이 확인되었으며, 이를 필요 헬기 대수 산정에 활용하였다. 반면 차량은 결정계수가 0.122로 낮아 완만한 감소 경향을 나타내는 탐색적 결과로 해석하였고, 인력은 결정계수가 0.000으로 나타나 투입인원과 회귀기울기 사이에 뚜렷한 선형관계가 확인되지 않았다. 다항항의 추가는 제한된 분석구간에서 과적합을 유발하고 자원 간 기울기 변화의 비교를 어렵게 할 수 있으므로, 본 연구에서는 해석 가능성과 비교의 일관성을 고려하여 선형식을 유지하였다.

Fig. 10.

Change in the burned area–duration regression slope with the number of suppression personnel deployed

Fig. 11은 헬기, 차량 및 인력의 투입 규모에 따른 피해면적–지속시간 회귀기울기 변화량을 정규화하여 자원별 상대적 기여도를 비교한 결과이다. 자원 1단위 증가에 따른 회귀기울기 변화량은 헬기 0.2032, 차량 0.0423, 인력 0.0008 hr/ha로 산정되었다. 이 값의 절댓값을 합계가 100%가 되도록 환산한 결과, 헬기는 82.5%, 차량은 17.2%, 인력은 0.3%로 나타났다. 이는 본 연구자료에서 각 자원의 투입 규모 변화에 대한 회귀기울기의 상대적 민감도를 비교한 결과이다. 다만 헬기 1대, 차량 1대 및 인력 1명은 단위 규모와 기능이 서로 다르므로, 이 비율을 각 자원의 절대적인 진화 기여율이나 자원 간 직접적인 효과 차이로 해석해서는 안 된다.

Fig. 11.

Relative contribution of slope changes by wildfire suppression resource

헬기의 상대적 기여도는 차량보다 약 4.8배 크게 나타났으며, 세 자원 중 가장 높은 비중을 차지하였다. 이는 헬기 투입대수 증가에 따라 피해면적 대비 지속시간의 회귀기울기가 가장 뚜렷하게 감소했다는 앞선 분석 결과와 일치한다. 따라서 헬기는 산불의 확산을 억제하고 진화시간의 증가를 완화하는 데 가장 직접적인 영향을 미치는 자원으로 판단된다. 헬기는 세 자원 가운데 가장 크고 일관된 기울기 감소효과를 보였으며 차량과 인력보다 자원 투입 규모에 따른 효과를 정량화하기에 적합하였다. 이에 따라 후속 분석에서는 헬기 투입대수와 진화효율의 관계에 집중하고, 이를 이용하여 목표 피해면적과 목표 진화시간을 만족하는 필요 헬기 대수 산정모형을 구축하였다.

3.4 산불 규모–대응시간 조건 기반 투입 헬기량 예측 모델 개발

앞선 분석에서 헬기는 차량과 인력보다 피해면적–지속시간 회귀기울기를 크게 감소시키는 것으로 나타났다. 이에 본 연구에서는 헬기 투입대수와 회귀기울기의 관계를 이용하여, 목표 피해면적과 목표 진화시간이 주어졌을 때 필요한 헬기 대수를 산정하는 예측모델을 구축하였다. 모델 구축의 출발점은 헬기 투입대수 H와 피해면적–지속시간 회귀기울기 a(H) 사이에서 도출된 다음의 관계식이다.

여기서 a(H)는 피해면적이 1 ha 증가할 때 늘어나는 지속시간을 의미한다. 회귀계수 -0.2032는 헬기 1대가 추가될 때 피해면적 1 ha당 지속시간 증가량이 평균 0.2032시간 감소하는 것으로 해석된다. 목표 피해면적을 A, 목표 진화시간을 T라고 하면, 해당 조건에서 허용되는 피해면적–지속시간 기울기는 다음과 같이 정의할 수 있다.

T/A가 작다는 것은 넓은 산불을 짧은 시간 안에 진화해야 하는 엄격한 대응조건을 의미하며, T/A가 크면 상대적으로 대응시간에 여유가 있는 조건을 의미한다. 요구기울기 a_req를 헬기 대수–기울기 관계식에 대입하면 다음과 같다.

이를 헬기 대수 H에 대해 정리하면 필요 헬기 대수는 다음 식으로 산정된다.

이 식에서 1.9490-T/A는 목표조건을 만족하기 위해 감소시켜야 하는 회귀기울기의 크기이고, 0.2032는 헬기 1대 증가에 따른 기울기 감소량이다. 본 연구자료의 적용범위를 고려하여 필요 헬기 대수의 상한을 10대로 설정하였다.

Fig. 12는 목표 피해면적과 목표 진화시간의 조합에 따라 산정된 필요 헬기 대수를 3차원 표면으로 나타낸 것이다. 목표 피해면적과 목표 진화시간을 입력변수로 설정하고, 각 조합에서 위 식을 이용하여 필요 헬기 대수를 계산하였다. 그래프의 가로축은 목표 피해면적, 세로축은 목표 진화시간, 높이와 색상은 필요 헬기 대수를 나타낸다. 파란색에 가까울수록 요구되는 헬기 대수가 적고, 적색에 가까울수록 많은 헬기가 필요함을 의미한다. 그림에서 목표 진화시간을 일정하게 고정하고 피해면적 방향으로 값을 비교하면 피해면적 증가에 따른 헬기 소요량의 변화를 확인할 수 있으며, 목표 피해면적을 고정하고 진화시간 방향으로 비교하면 목표시간 변화에 따른 헬기 소요량을 확인할 수 있다. 예를 들어 목표 진화시간을 5시간으로 고정하면 목표 피해면적 5 ha에는 5대, 10 ha에는 8대의 헬기가 필요한 것으로 산정되었다. 따라서 Fig. 12는 두 목표조건 중 하나를 고정했을 때 다른 조건의 변화에 따른 헬기 소요량을 직관적으로 비교할 수 있도록 구성하였다.

분석 결과, 동일한 목표 진화시간에서는 피해면적이 증가할수록 필요 헬기 대수가 증가하였다. 반대로 동일한 피해면적에서는 목표 진화시간을 짧게 설정할수록 더 많은 헬기가 요구되었다. 특히 피해면적이 증가하면서 목표 진화시간이 짧아지는 조건에서는 필요 헬기 대수가 빠르게 증가하였다. 이는 넓은 산불을 제한된 시간 안에 통제하려면 피해면적 증가에 따른 지속시간 증가율을 크게 낮춰야 하기 때문이다.

피해면적이 작은 구간에서는 목표 진화시간에 따라 필요 헬기 대수가 크게 달라졌다. 비교적 긴 진화시간이 허용되면 적은 수의 헬기로도 목표조건을 만족할 수 있지만, 동일한 면적을 짧은 시간 안에 진화하려면 헬기 요구량이 급격히 증가하였다. 반면 피해면적이 큰 구간에서는 대부분의 시간 조건에서 필요 헬기 대수가 8~10대 수준에 도달하였다. 그래프 상부의 적색 평탄면은 산불 규모가 크거나 목표시간이 짧아 산정된 헬기 대수가 설정 상한인 10대에 도달한 영역을 나타낸다.

Fig. 12.

Required number of helicopters according to target burned area and target suppression time

Table 2는 목표 피해면적과 목표 진화시간의 조합에 따라 산정된 필요 헬기 대수를 나타낸 것이다. 각 값은 앞서 구축한 헬기 소요량 산정식에 목표 피해면적과 목표 진화시간을 대입하여 계산한 후, 실제 투입이 가능하도록 정수 단위로 올림한 결과이다.

분석 결과, 목표 진화시간이 동일하면 피해면적이 증가할수록 더 많은 헬기가 필요한 것으로 나타났다. 또한 목표 피해면적이 동일하면 목표 진화시간이 짧아질수록 필요 헬기 대수가 증가하였다. 피해면적이 작은 경우에는 목표 진화시간 조정에 따라 헬기 요구량의 변화가 크게 나타났다.

결론적으로, 필요 헬기 대수는 피해면적이 증가할수록 많아지고 목표 진화시간이 길어질수록 감소하였다. 특히 피해면적이 확대된 이후에는 동일한 진화시간 단축을 위해 다수의 헬기가 요구되므로, 산불 발생 초기에 적정 규모의 헬기를 신속하게 투입하여 대형화를 방지하는 것이 자원운용 측면에서 효율적인 것으로 판단된다.

4. 결 론

본 연구에서는 2022년부터 2024년까지 국내에서 발생한 산불 1,567건을 대상으로 헬기, 차량 및 인력의 투입 규모가 산불 진화효율에 미치는 영향을 분석하고, 목표 피해면적과 목표 진화시간에 따른 필요 헬기 대수 산정모형을 제시하였다.

산불 지속시간을 분석한 결과, 전체 자료의 약 96.6%가 10시간 이내에 진화되었으며, 10시간 이하 산불 중 74.0%는 3시간 이내에 진화되었다. 이는 산불의 장기화와 대형화를 방지하기 위해 발생 초기 1~3시간에 진화자원을 신속하게 투입하는 것이 중요함을 보여준다. 또한 피해면적이 증가할수록 헬기, 차량 및 인력의 투입 규모도 증가하였는데, 이는 자원 투입으로 산불이 확대된 것이 아니라 규모가 크고 진화가 어려운 산불일수록 더 많은 자원이 동원되는 대응 특성을 반영한다.

진화자원의 효과는 피해면적 증가에 따른 지속시간 증가량을 나타내는 회귀기울기를 이용하여 평가하였다. 헬기 미투입 산불의 기준기울기는 2.500 hr/ha였으며, 헬기 투입대수와 기울기의 관계는 a(H) = -0.2032H + 1.9490으로 나타났다. 즉, 헬기가 1대 증가할 때 피해면적 1 ha당 지속시간 증가량이 평균 0.2032시간 감소하였다. 반면 차량은 1대 증가할 때 기울기가 0.0423 hr/ha 감소하는 완만한 효과를 보였고, 인력은 투입인원과 기울기 사이에 뚜렷한 관계가 확인되지 않았다. 이는 헬기가 가장 크고 일관된 진화효과를 보이는 핵심 자원이며, 차량은 보조적 역할을 하고 인력은 단순한 규모보다 배치와 운영방식이 중요함을 의미한다.

헬기의 효과를 목표 피해면적과 목표 진화시간에 결합하여 필요 헬기 대수를 H_req = (1.9490-T/A)/0.2032로 산정하였다. 모형 적용 결과, 목표 진화시간이 동일하면 피해면적이 증가할수록 필요 헬기 대수가 증가하였고, 피해면적이 동일하면 목표 진화시간이 짧을수록 더 많은 헬기가 요구되었다. 특히 피해면적이 큰 산불을 짧은 시간 안에 진화하는 조건에서는 헬기 요구량이 빠르게 증가하였다. 따라서 산불이 대형화된 이후 자원을 집중하는 것보다 발생 초기 적정 규모의 헬기를 신속하게 투입하는 것이 효율적인 대응전략으로 판단된다.

다만 본 연구는 풍속, 강수 및 습도 등의 기상조건, 경사와 접근성 등의 지형조건, 연료유형과 연료량을 개별적으로 반영하지 못하였다. 또한 헬기 기종과 담수능력, 현장 도착 및 최초 투입시점, 급수지 거리와 회전시간, 자원 간 복합운용에 따른 차이도 고려하지 못하였다. 특히 산불 규모가 크고 진화가 어려울수록 더 많은 자원이 투입되는 역인과성이 존재할 수 있으므로, 분석결과를 자원 투입의 직접적인 인과효과보다는 자원 투입수준과 피해면적–지속시간 관계에서 나타난 통계적 연관성으로 해석할 필요가 있다. 향후에는 이러한 영향요인을 포함한 다변량 분석과 지역 및 산불 규모별 검증을 통해 모형의 신뢰성과 현장 적용성을 높일 필요가 있다.