柞木燃烧蔓延规律及释烟特性研究     

魏建珩  高仲亮  马泽南  王京鲁  王何晨阳  李智  龙腾腾  王秋华  舒立福 《江西农业大学学报》2021,43(6):1371-1380

[目的]灌木林内植被生长连续、多藤蔓附生,在垂直、水平方向分布紧密,可燃物负荷量大,燃烧蔓延速率快、火强度高.柞木是云南省典型灌木林植物代表,开展燃烧蔓延及释烟特征研究可为灌木林火防治提供科学依据,减少灌木林火发生频率,保护森林资源.[方法]以云南省局部山地地形、柞木植被数据为基础,利用Fire Dynamics Simulator(FDS)建立微观山体柞木林模型,设置5种坡度(0°、15°、25°、35°、45°)、2个火源位置(火源1、2分别位于坡度15°、0°),分别模拟4种风速(0 m/s、1.5 m/s、2.5 m/s、3.5 m/s)条件下柞木林火燃烧,研究柞木林火燃烧蔓延规律、温度变化趋势、CO浓度、CO2浓度、烟气流速、烟气热辐射.[结果]微观柞木林模型燃烧约100 s趋于稳定,风速≤2.5 m/s的初始燃烧阶段,坡度15°与25°、35°与45°区域燃烧温度几乎同时达到反应温度300℃,柞木林火在以上连续坡度范围内蔓延速度更快;火源1为起火点时,25 s内,3.5 m/s风速时坡度15°区域为主要蔓延位置;平地内燃烧温度可达2000℃、烟气热辐射量为1500～1700 kW/m2、烟气流速约15 m/s,均高于其它坡度;下山火受逆风影响蔓延较为困难,风速3.5 m/s时下山火发生概率较小;在柞木林火模拟过程中,烟气流速与坡度呈负相关,坡度增加风速降低,烟气流速越小;烟气热辐射的初始上升速率较为缓慢,150 s左右数值变化趋于稳定.[结论]FDS软件模拟微观柞木林模型燃烧与实际火灾发生蔓延状况大致相同,可作为森林火灾燃烧蔓延规律及烟气释放特征研究的有力工具.模拟结果可为柞木林火预防、扑救提供科学指导,有效提高森林防火的工作效率.  相似文献   

基于PyroSim的林区道路防火阻隔功能研究     

高仲亮  李智  魏建珩  龙腾腾  王秋华  舒立福 《北京林业大学学报》2020,42(9):51-60

  目的  林道网络及其宽度是林业生产、交通和旅游的需求,在发挥其最大经济效益的同时,兼顾林火巡护监测、应急救援,以及发生火灾时快速运送扑救人员和装备,阻隔森林火灾蔓延和发挥防火隔离功能。  方法  运用火灾动态仿真模拟软件PyroSim分别以坡度25°、35°、45°,风速1、2.5、4.5 m/s,林道宽度2、4.5、6 m构建云南松林微观山体模型,施加长12 m、宽1 m、热释放速率4.6 × 104 kW/m2的带状火源,模拟中等强度林火研究不同林道宽度的防火阻隔功能。  结果  林道宽度2 m无法满足防火隔离需求。林道宽度4.5 m的防火阻隔功能一般,当坡度超过35°、风速大于4.5 m/s时易失效。林道宽度6 m拥有较强的防火隔离功能,能较好阻隔中等强度的林火蔓延,可满足坡度小于45°、风速小于4.5 m/s的情况,当风速大于4.5 m/s时该林道宽度的隔离功能可能失效。中等强度的森林火灾火场中心温度在700 ~ 1 200 ℃左右,热释放功率可达3.0 × 105 ~ 9.0 × 105 kW,蔓延山坡10 m只需约1 min,可燃物燃烧速率60 s可达到40 kg/s以上。  结论  云南省云南松林区道路宽度建议设置为6 m,能够取得较好的防火效益。常年处于高风速,坡度大于45°,树种高大的林区建议增加林道宽度至8 ~ 10 m。此外本研究应用PyroSim建立火场模型仿真模拟林道阻火功能是可行的,可为林区道路建设的合理设计、确定林道密度和宽度的阻火功能指标与经济效益相适应的最大限度阈值、降低森林火灾破坏力具有一定的指导意义。   相似文献   

北京门头沟区主要林分类型地表火行为模拟研究          下载免费PDF全文

李炳怡  刘冠宏  舒立福 《北京林业大学学报》2022,44(6):96-105

  目的  地表火是最常见的林火类型，直接影响植被更新和生态系统的养分配置与循环。反映林火行为的常见指标有火蔓延速度、单位面积发热量、火强度和火焰高度。根据实际林分和立地条件进行火行为模拟，可以揭示林火发生条件，并有效判断树冠火发生的可能性，为林火的预防和扑救决策工作提供科学依据。  方法  选取北京市门头沟典型林分（刺槐林、油松林、侧柏林）为调查对象，每个林分设置5块样地，共计15块样地。通过野外调查获取可燃物载量（灌木可燃物、草本可燃物、1时滞可燃物、10时滞可燃物、100时滞可燃物）、林分因子（第一活枝下高、第一死枝下高、树高、胸径、郁闭度）和立地因子（海拔、坡度、坡向、坡位）数据，使用BehavePlus6软件，基于气象参数和可燃物参数，模拟不同燃烧条件下不同林分类型的火行为指标，分别为地表火蔓延速度、单位面积发热量、火线强度和火焰长度；使用R语言进行主成分分析，根据贡献率探讨林分因子、立地因子和可燃物因子对火行为的潜在影响。  结果  侧柏林、刺槐林和油松林的可燃物总载量分别为15.35、17.59、15.28 t/hm2，其中易燃可燃物载量（即上层枯叶、易燃草本、1 时滞可燃物）分别是4.55、4.41、6.18 t/hm2，分别占林分总可燃物载量的29.6%、25.1%、40.4%。防火期内门头沟区的平均风速为2.2 m/s（7.9 km/h），地表火蔓延速度油松林 > 侧柏林 > 刺槐林，速度分别达11.5、11.1、8.0 m/min。单位面积发热量油松林 > 侧柏林 > 刺槐林，分别为23 091、21 155、18 413 kJ/m2；火强度油松林 > 侧柏林 > 刺槐林，分别为4 426、3 882、2 468 kW/m；油松林火焰高度变化范围分别是0.89 ~ 3.40 m、1.34 ~ 2.91 m、1.78 ~ 3.88 m，同等条件下火焰高度油松林 > 侧柏林 > 刺槐林；8级大风天气下（风速17.9 m/s，64.4 km/h），地表火行为的模拟结果会略有改变，侧柏林的火蔓延速度更快、火强度更高，油松林、刺槐林次之。根据主成分分析的因子贡献度，分别得出影响3种林分火行为的主成分，侧柏林、刺槐林与油松林的第1与第2主成分分别为可燃物构成（可燃物载量及影响其分布的地形因素）与林分因子、可燃物构成与可燃物含水率、林分因子与可燃物含水率。  结论  （1）易燃可燃物载量是影响林分火行为的关键因子。（2）可燃物含水率对火行为指标的数值起决定作用，可燃物含水率的临界值影响林火发生类型。可燃物湿润时无论风速大小，林地难以起火；可燃物干燥时处于易燃状态，大风天气时容易发生蔓延快、强度高的地表火。（3）可燃物连续性是决定地表火发展成为树冠火的关键因素，火焰高度大于第一活/死枝下高，极有可能从地表火发展成为树冠火，扑救难度极大。建议需定期修枝割灌，清理林下可燃物，降低火险。   相似文献   

兴安落叶松人工林采伐迹地的燃烧特性1）     

薛伟  赵洪阳 《东北林业大学学报》2016,(3):8-11

经实地勘查后布置燃烧床，以风速、表层可燃物含水率、现场温度、坡度为因素，温度变化、燃烧蔓延速度、火线强度为特性指标设计L9（34）正交试验。结果表明：风速对火蔓延速度及火线强度具有明显影响，随着风速的增大，火蔓延速度与火线强度明显增加；表层含水率对最高温度、火蔓延速度及火线强度的影响较明显，随着表层含水率增加，最高温度、火蔓延速度及火线强度均降低；现场温度对最高温度有明显影响，随现场温度升高，最高温度增加；坡度对最高温度、火蔓延速度及火线强度均有影响，随坡度的增加，最高温度增加，火蔓延速度加快，火线强度加强；风速及表层含水率是影响剩余物燃烧的主要因素，当风速为5 m· s－1、表层含水率为10％时，影响剩余物燃烧的权重最大。  相似文献   

兴安落叶松人工林采伐迹地的燃烧特性     

《东北林业大学学报》2016,(3)

经实地勘查后布置燃烧床,以风速、表层可燃物含水率、现场温度、坡度为因素,温度变化、燃烧蔓延速度、火线强度为特性指标设计L9(34)正交试验。结果表明:风速对火蔓延速度及火线强度具有明显影响,随着风速的增大,火蔓延速度与火线强度明显增加;表层含水率对最高温度、火蔓延速度及火线强度的影响较明显,随着表层含水率增加,最高温度、火蔓延速度及火线强度均降低;现场温度对最高温度有明显影响,随现场温度升高,最高温度增加;坡度对最高温度、火蔓延速度及火线强度均有影响,随坡度的增加,最高温度增加,火蔓延速度加快,火线强度加强;风速及表层含水率是影响剩余物燃烧的主要因素,当风速为5 m·s-1、表层含水率为10%时,影响剩余物燃烧的权重最大。  相似文献   

兴安落叶松针叶床层火蔓延的模拟     

张笑一  胡同欣  刘方策  孙龙 《东北林业大学学报》2021,49(1):117-124

以黑龙江省帽儿山地区典型森林类型兴安落叶松林地表可燃物为研究对象,分析不同可燃物含水率、可燃物载量、风速和坡度与火蔓延速度之间的关系,共进行4(可燃物载量)×4(可燃物含水率)×3(风速)×3(坡度)=144组点烧试验,并建立适用于兴安落叶松针叶林的火蔓延模型。结果表明:在试验设定范围内,可燃物床层在火蔓延过程中80%为阴燃,火蔓延速度在75%区间内不超过6 m·h^-1,最大值为93.02 m·h^-1、最小值为0.41 m·h^-1;可燃物载量对火蔓延速度影响不显著,3个显著变量对火蔓延速度的影响由大到小的顺序为:风速、可燃物含水率、坡度;4个因子交互作用对火蔓延速度的相对贡献为:可燃物含水率×坡度×风速27.73%、风速17.22%、可燃物含水率×坡度×风速×载量13.01%、可燃物含水率×风速11.01%、坡度×风速9.21%;火蔓延速度预测模型的标准估计误差值为8.56,验证误差值为12.93。因此,在森林火行为预报工作中,应注意可燃物的特征、所处的地理位置及其环境因素。  相似文献   

基于Rothermel模型的红松人工林地表可燃物蔓延速率及参数修正     

耿道通  宁吉彬  李兆国  于宏洲  邸雪颖  杨光 《北京林业大学学报》2021,43(11):79-88

  目的  该研究以室内模拟野外真实条件下的燃烧试验为手段，测定不同坡度和含水率条件下东北红松人工林地表可燃物蔓延速率，与基于Rothermel模型预测蔓延速率对比，并对Rothermel模型进行修正，以提高Rothermel模型预测红松人工林地表可燃物燃烧蔓延速率的适用性。  方法  以红松人工林地表可燃物为试验材料，在实验室内构建不同含水率和坡度的可燃物床层结构，平地无风条件下进行30次点烧试验，5°、10°、15°和20°条件下分别进行15次点烧试验。根据热电偶记录的温度时间数据及位置数据计算燃烧蔓延速率，在平地条件下对Rothermel模型中相关可燃物的参数进行拟合，得到最优模型，在此基础上对Rothermel模型坡度参数修正。  结果  在各试验条件下，红松人工林地表火蔓延速率最大值为0.631 m/min，最小值为0.114 m/min；直接使用Rothermel模型预测0° ~ 20°坡度条件下红松人工林地表火燃烧蔓延速率平均绝对误差为0.059 m/min，范围为0.003 ~ 0.241 m/min，平均相对误差为27.4%，范围为2.4% ~ 152.6%；在使用平地无风条件下点烧试验数据重新修正Rothermel模型的可燃物特征参数β_op的基础上，基于5° ~ 20°条件下点烧试验数据修正坡度参数，修正参数后的Rothermel模型平均绝对误差平均值降低了0.024 m/min，为0.035 m/min，范围为0.003 ~ 0.102 m/min，平均相对误差降低了10.4%，为17.0%，范围为1.8% ~ 65.5%；修正参数后模型预测值与实测值的R2为0.913 5。  结论  在0° ~ 20°坡度条件下不能直接使用Rothermel模型对红松人工林地表可燃物燃烧蔓延速率进行预测，需要对模型中的可燃物特征参数和坡度参数进行修正，拟合参数后模型预测误差显著降低，预测精度显著提升，可以对我国0° ~ 20°坡度条件下红松人工林地表火蔓延速率进行预测。   相似文献   

基于多智能体的森林火灾蔓延模拟   总被引：1，自引：0，他引：1  

董晓非 《安徽农学通报》2010,16(9):202-208

从多智能体的角度来研究森林火灾的蔓延模拟,提出一个整合了地形、风因子、树种因子、以及树木水平分布因子的多智能体模型。在该模型中林火的燃烧蔓延和高程、风速、风向、树种紧密相连。应用该模型可以实现在特定条件下的林火蔓延模拟,预测林火发展趋势。基于多智能体的森林火灾蔓延模拟模型,借助美国西北大学的多智能体建模软件NetLogo开发完成。可以实行研究区域的高程数据读取,树种可燃性因子读取,设置风速风向,森林密度,可视化模拟林火蔓延趋势等功能。  相似文献   

三维元胞自动机各向异性林火蔓延快速模型     

陈喆  孙涛  张凌寒  秦前清 《北京林业大学学报》2012,34(1):86-91

为建立林火蔓延动态预测模型,实现实时三维可视化模拟,构建了王正非 3D元胞自动机模型林火蔓延模拟框架。该模型考虑林火蔓延的物理规律和全局因素的相互作用,在王正非山火初始蔓延速度经验模型的基础上,综合考虑地表植被类型、地形坡度、风速、风向、温度5个因素,并根据元胞之间能量传递建立状态转换规则。以我国西南火灾高发区作为实验区域,在多约束条件下模拟林火蔓延行为并获取林火矢量边界,实验证明该方法简便、高效、输入参数少、运算效率高,可以实现不同条件下的林火蔓延快速模拟。   相似文献   

基于栅格结构的林火蔓延模拟研究及其实现   总被引：14，自引：2，他引：14  

唐晓燕  孟宪宇  葛宏立  易浩若  杨晓峰 《北京林业大学学报》2003,2(1):53-57

为研究定量模拟林火行为对林火决策的重要性和林火扩展的时空特性 ,该文在地理信息系统 (ArcView)支持下 ,建立了火场扩展模拟的空间背景数据库 .在此基础上选择了两个组合模型 ,生成速度图文件 ;通过比较边界插值算法、边界外延算法和迷宫算法的不同特点 ,最终采用迷宫算法实现了在栅格地形背景图上林火蔓延的动态模拟 ,获得了在不同燃点有风和无风情况下的蔓延扩展历时图 ,分析得出风速对林火蔓延扩展的影响较大 ,不同燃点下火蔓延的态势是陡坡火蔓延迅速 ,扑救难度大 ;缓坡较陡坡火蔓延的速度慢 ,范围较小 ,宜尽早从火头打起 ,尽早扑灭 .  相似文献