산림경영계획 수립을 위한 공간정보 활용 최적화 모델 적용 연구
:충청북도 괴산군을 중심으로

정건휘1*, 박주원1, 임무영1, 박나현1, 최보목1, 케이진린민1, 김한민1

(1경북대학교 임학과)

A Study on the Application of an Optimization Model using Spatial Data for Forest Management: A Case Study of Goesan-gun, Chungcheongbuk-do

Geonhwi Jung1*, Joowon Park1, Mooyoung Lim1, Nahyun Park1, Bomok Choi1, Kay Zin Lin Min1, Hanmin Kim1

(1Department of Forestry, Kyungpook National University)

요약: 산림은 탄소흡수원과 목재 생산을 동시에 수행하는 핵심 자원이나, 대한민국의 산림경영계획은 관리자의 개인적 경험과 주관적 판단에 의해 결정되어 의사결정의 자의성과 비효율성이 발생하고 있다. 더불어 지역 내 산림자원의 생산과 소비가 효율적으로 연계되지 않아 경제적 가치 창출과 지속가능한 산림경영이 제약이 있다. 이에 본 연구에서는 충청북도 괴산군을 대상으로 과학적이고 객관적인 산림경영 계획 수립을 위해 혼합정수선형계획법(Mixed-integer programing; MIP)을 적용하여 100년간 목재 수확 및 공급 의사결정 계획을 10년 단위로 산출하였다. 괴산군 내 임분별로 ‘제재목’과 ‘칩 및 펄프’로 용도를 구분하고 잠재수확가능목재량, 각 임분별 목재 및 탄소 수익과 조림, 육림, 벌채, 운반 비용을 산출하였다. 이후 각 임분별 순수익에 대해, 벌기령, 시점별 목재수확량 변동 비율, 잔존 임분 목표 재적량에 대한 제약조건을 설정하여 최대 순수익 달성을 위한 Gurobi 최적화 알고리즘을 적용하였다. 그 결과, 벌채량은 총 100년간 연평균 약 6만 m³, 초기 약 30년 동안 연평균 8만 m³의 목재가 생산되는 것으로 나타났다. 이는 괴산군의 임분 영급이 주로 Ⅳ영급과 Ⅴ영급에 편중되어 있어 초기에 수확 가능한 목재량이 많기 때문으로 판단되며, 경영계획 후반기로 갈수록 벌채량이 점차 줄어드는 추세를 보인 것은 잔존 임분의 목표 재적량 달성 조건과 대한민국 법정 벌기령 (Ⅳ영급 이상) 적용에 따른 결과로 사료된다.

Abstract: Forests are a core resource that function as both carbon sinks and sources of timber production. However, forest management planning in South Korea remains largely dependent on subjective judgment, resulting in inefficient and arbitrary decision-making. In addition, weak linkage between regional forest resource production and consumption constrains economic value creation and sustainable forest management. To address these limitations, this study applies a mixed-integer programming (MIP) approach to develop a scientific and objective forest management plan for Goesan-gun, South Korea, deriving decadal timber harvest and supply decisions over a 100-year planning horizon. Timber use was classified into sawlogs and chips and pulp for each stand, and potential harvestable volume, timber and carbon revenues, and management and transportation costs were quantified. Constraints were imposed on minimum harvest age, harvest fluctuation, and residual growing stock targets, and the Gurobi optimizer was applied to maximize net revenue. Results indicate an average annual harvest of approximately 60,000 m³ over 100 years, with about 80,000 m³ during the initial 30 years. This reflects the dominance of middle- and old-aged stands, which provides substantial harvestable volume in the early planning period. Harvest levels gradually decline thereafter as residual growing stock targets and legal harvest age constraints are enforced to ensure long-term sustainability.

사사: 본 연구는 산림청(한국임업진흥원) 연구용역사업(RS-2022-KF002026) 및 산림과학기술 연구개발사업(RS-2024-00404388)의 지원에 의하여 이루어진 것입니다.

Keywords: Sustainable forest management, Spatial optimization, Mixed-integer programming, Decision-making