森林防火隔离带技术的变革与优势

以消减可燃物的方式预防和阻隔森林火灾是林火管理工作的核心。传统阻隔技术向遮荫型防隔火技术的演变已成为近10余年西方多林国家林火管理工作的重要走向。从林火的特点和蔓延基本规律出发,遮荫型防火隔离带技术通过局部消减可燃物载量和规则化可燃物分布,显著降低其可能形成的林火强度,使大多数火灾自行熄灭。该项技术的实施不受区域和气候条件限制;与传统全光式防火隔离带和生物防火林带相比,不但工作量较小,对林分植被和生态环境的干扰也较小。该项技术实现了偶发性林火的防控、森林健康及生态维护的有机结合,以此替代传统防火隔离带技术效益显著。针对遮荫型防隔火技术的进一步研究工作应包括不同稀化程度林带潜在火行为和其防隔火效能的量化评估、林地局部可燃物稀化的高效作业机具以及伴随该项技术实施产生的大量生物质副产品的有效利用问题。     

木本植物叶片热值测试和分析

[目的]本研究致力于探讨木本植物叶片的热值分布规律及其与化学组成的内在联系,相应为科学评估其火灾危险性以及能源利用提供基础数据和工程计算方法。[方法]选取27种不同科属的木本植物叶样,开展工业分析、元素分析及热值测试。[结果]表明,植物叶样的干基高位热值HHVd在17.48~24.01 MJ·kg-1之间变化,平均值为21.16 MJ·kg-1。同科属的植物叶片热值一般较为接近,样品自身灰分含量对干基高位热值的影响可以忽略。分析证实,干基高位热值的变化与样品挥发分和固定碳含量分布密切相关。植物叶片中挥发分和固定碳含量比值随着其化学组成中氧碳摩尔比增加而增大,并且固定碳在可燃组分中的相对含量反映样品木质素含量水平。[结论]样品氧碳摩尔比和氢碳摩尔比的增加意味着其木质素含量降低,使得其干基高位热值减小。对于所涉木本植物叶片来说,其干基高位热值可以分别由经验式HHVd=0.189 3VMd+0.369 5FCd和HHVd=0.447 8Cd+1.4072Hd-0.283 7Od准确计算获得,还可以据此迅速确定样品收到基热值。     

林火蔓延过程中辐射换热和点燃特性分析

【目的】基于辐射换热原理和火行为模型,从理论角度研究林火蔓延过程中火源辐射换热规律以及辐射点燃的特点。【方法】林火蔓延过程中的燃烧区为辐射源,其向火蔓延前方的热辐射等效为矩形辐射面。矩形热辐射面的长度为火焰长度,宽度对应火线宽度;环境风速的变化导致热辐射面出现不同程度的倾斜。选取枯立木和枯倒木这2类林火环境中典型可燃物作为辐射接受体,并分别设定接受体微元距地面1.5 m高和贴于地面。将林火蔓延以及至林缘后熄灭过程中对目标物的辐射换热分2个阶段计算,由此推导出接受体的瞬态辐射换热通量和累积的辐射换热量的计算式,并相应构筑辐射点燃的判据。与此同时,结合以往对林火行为规律的认识建立起林火蔓延以及至林缘衰弱熄灭过程中火行为参数间的关系式以辅助模型计算。基于火灾安全计算的有效性原则,设定火灾场景为最糟糕情形,即火焰温度赋值为1 200 K、发射率为1.0,并且一般情形下热辐射在大气中透过率为1.0。计算过程中,取火焰火宽度50 m,火焰长度变化范围为5 m～40 m,而风速变化范围则为0 m·s~(-1)～10 m·s~(-1)。【结果】针对特定野外试验工况试算结果确认,辐射换热通量计算结果与野外测量数据高度一致,由此验证了辐射换热模型的可靠性。针对若干火灾场景开展系列计算表明,无论是接受到的辐射换热通量还是累积辐射换热量,枯立木相对于枯倒木都占有优势,但这种优势随环境风速增大有所削弱。火焰蔓延至林缘后对接受体的辐射换热为其能量积累做出主要贡献,是造成辐射点燃的主要能量来源。【结论】随着接受体与林缘间距离的增大,目标物的能量积累水平迅速降低;火焰长度和环境风速则通过改变热辐射辐射换热效率和持续时间以影响辐射点燃的条件。以林缘附近枯立木作为接受体开展热辐射点燃条件的计算证实,当树冠火焰长度增至40 m,30 m以上间隔都能有效避免辐射点燃现象。如果替换成生物防火林带,该间隔则可以大大缩短。本项工作凸显生物防火林带在阻隔林火中的重要性,同时为林火阻隔系统的设计以及林区设施的保护提供特定理论指导。