火行为

摘要： 【目的】研究冠层可燃物特征和树冠火发生条件,模拟潜在火行为特征,对于森林可燃物管理及树冠火有效防控均具有重要意义。【方法】本文以北京市八达岭林场油松林为研究对象,利用破坏性取样方法,选择具有代表性的18株油松样木进行采伐,自第一活枝高始,以1 m为一个层次对油松林冠层由下而上进行划分,不足1 m的按照1 m层次划分,并按照冠层可燃物枝条径阶大小(针叶;大枝直径≥0.64 cm;小枝直径<0.64 cm)调查冠层总可燃物生物量,结合样地面积和油松林平均冠长,计算样地平均冠层可燃物负荷量(CFL)和冠层容积密度(CBD)。基于林分因子,建立与林分结构参数(胸径、第一活枝高、冠长、树高、冠幅)的多元回归模型;根据冠层可燃物负荷量模型可估算样地平均冠层容积密度,结合研究区防火期内月平均最大风速和地表可燃物负荷量,在3种细小可燃物含水率条件下(6%、10%、14%),利用van Wagner和Cruz的树冠火蔓延模型,预测油松林树冠火的发生,利用Byram模型计算冠层潜在火行为特征(如火线强度和火焰高度)。【结果】(1)油松林平均冠层可燃物负荷量为4.54 t/hm^(2),冠层容积密度为0.21 kg/m^(3),可燃物负荷量分布呈现由下而上逐层递减的趋势。林冠底层(0~1 m)可燃物占冠层总可燃物比例最大,为54.03%,大枝在林冠底层分布比例较大且快速逐层递减,针叶在各层次均有较大比例分布。(2)基于林分因子建立的冠层可燃物负荷量非线性模型具有较高的拟合度,其中胸径和第一活枝高与冠层可燃物负荷量呈极显著相关(P<0.01),在不破坏林木的情况下,根据林分易测因子可较好地估测油松林冠层可燃物负荷量。(3)在低燃烧条件下,除4月份外油松林发生间歇型树冠火的概率均低于0.5;在中度燃烧条件下,春季(3−5月份)风速较大,均存在发生连续型树冠火的可能;在极端干燥的高燃烧条件下,2−5月连续型树冠火的潜在火行为指标较高,4月份发生的连续型树冠火,表现出最高的潜在火行为指标,蔓延速度为46 m/min,火线强度为8062 kW/m,火焰高度为15 m。【结论】冠层可燃物是影响林火发生的重要因素,胸径和第一活枝高为冠层可燃物负荷量的主要影响因子。通过破坏性取样直接获得冠层可燃物实测数据,所构建的冠层可燃物负荷量估测模型具有较高精度。风速、冠层容积密度和细小可燃物含水率与树冠火的发生和蔓延关系密切,油松林春季存在的树冠火发生隐患较大,大风和极端干燥气候条件下易发生高强度树冠火,通过营林抚育措施(抚育间伐,修枝)可有效降低可燃物密度,增大活枝高,以降低树冠火发生概率及危害程度。

摘要： 【目的】明确周期性(烧除周期为1年)计划烧除条件下云南松纯林地表可燃物状态,以及这类可燃物相应的火行为特征,探究计划烧除对云南松地表可燃物火行为的影响,为合理评估计划烧除的生态意义以及林火管理与扑救提供科学依据。【方法】运用野外调查采样与实验室模拟燃烧法,并结合SPSS 23.0软件,对数据进行处理与分析,探究云南省新平县照壁山云南松纯林样地内,计划烧除林分下的可燃物种类、载量、含水率等特征对室内模拟火场温度、火焰高度、热辐射、蔓延速率、烧除率、火强度等火行为的影响。【结果】(1)云南松纯林地表可燃物主要是凋落的松针,外加少量枯落的松枝和球果以及枯死的蕨类,种类较单一且林下可燃物大多为细小可燃物。(2)2018-2020年间,云南松纯林林下地表枯死可燃物含水率的平均值分别为9.39%、8.04%、9.89%,平均载量分别为(0.937±0.303) kg/m^(2)、(0.926±0.253) kg/m^(2)、(0.669±0.248) kg/m^(2)。(3)实验室内模拟火行为包括:火强度为(245.95±130.51) kW/m,火焰高度(0.92±0.22) m,火场温度达(437.5±171.6)°C,热辐射(6.3±0.9) kW/m^(2),蔓延速率为(1.1±0.3) m/min,可燃物点着时间为1 s,烧除率为62%左右。(4)自然状态下的云南松的死亡率约为1.33%,在2018、2020年外业调查时,计划烧除下的云南松死亡率分别为0.93%、1.27%,云南松具有一定的抗火性和耐火性。【结论】(1)周期性计划烧除下的云南松纯林:林分郁闭度较大,林下易燃植被较少,以松针凋落物和草类为主。(2)计划烧除可有效减少地表可燃物负荷量,地表可燃物的平均载量不到1 kg/m^(2)。防火期内,云南松林地表枯死可燃物的含水率低于10%,极易被引燃,但火焰高度在0.5~1.5 m范围内,火强度不高于750 kW/m,属于低强度地表火;火场温度高,热辐射强,火蔓延速度一般,火场可人工控制;实验室模拟烧除率高,燃烧效果好。(3)在易火生境以及对火有一定适应性的林分中,开展周期性计划烧除必要且可行。

摘要： 燃烧剩余物是火烧迹地土壤表面必然存在的残留物,可以通过降水过程以及地表径流释放其所含有的矿物质和有机质至土壤生态系统,从而在一定时间内持续地对火后生态系统恢复过程造成影响。但不同火行为下,相同的可燃物所产生的燃烧剩余物可能具有不同的生态学功能,为了认知火行为对燃烧剩余物的影响,进一步了解二者对火烧迹地生态恢复过程中养分循环和能量流动的潜在影响,探究了火行为对燃烧剩余物水溶性碳氮化学计量特征的影响。以红松人工林地表可燃物为实验材料,通过设置不同坡度和含水率为火行为的驱动因子,进行了森林可燃物床层地表上坡火和下坡火的室内模拟燃烧实验。用独立样本T检验、单因素方差分析、多因素方差分析探究了火环境对燃烧剩余物水溶性碳氮和火行为的影响,用基于距离的冗余分析(db-RDA)探究了火行为对燃烧剩余物水溶性碳氮化学计量特征的影响。上坡火实验组的燃烧剩余物水溶性碳氮含量明显高于下坡火实验组(P<0.01);5°实验组中,燃烧剩余物的水溶性碳含量随着可燃物预设含水率的升高而升高(P<0.05)。进一步的数据分析发现火行为与燃烧剩余物水溶性碳氮化学计量特征关系密切,火焰宽度是影响燃烧剩余物水溶性碳氮化学计量特征最显著的火行为因素,与水溶性碳氮及水溶性碳氮比的相关系数分别为-0.515,-0.317,-0.550(P<0.01)。火焰高度、燃烧效率与燃烧剩余物水溶性碳氮含量呈负相关,火线强度与燃烧剩余物水溶性碳氮比呈负相关,持续燃烧时间与燃烧剩余物水溶性碳氮含量呈正相关(P<0.05)。红松人工林地表可燃物燃烧剩余物水溶性碳氮化学计量特征显著的受到火行为的直接影响和火环境的间接影响。火干扰可以通过影响燃烧剩余物特性对火烧迹地生态恢复过程造成持续性的潜在影响。

摘要： 【目的】森林火灾风险评估是利用定量或定性的方法综合考虑一个区域的火发生可能性及对环境造成的潜在影响,识别区域内的高火灾风险区是开展科学林火管理的基础。本研究基于森林燃烧概率、潜在火行为和暴露性综合评估一个区域的森林火灾风险,为林火管理部门开展林火管理和可燃物处理提供指导。【方法】利用燃烧概率模型(Burn-P3)在景观尺度上模拟亚热带林业实验中心所属林区的燃烧概率、潜在火强度、蔓延速度及火发生类型。根据火对周围城镇和水源的潜在环境和安全问题计算火灾暴露性。综合这些指标利用层次分析方法定量评估森林火灾风险,分析火灾风险的空间特征和不同类型植被的燃烧性差异。【结果】火模拟结果表明:研究区的平均燃烧概率为0.0401,燃烧概率高和很高的区域分别占研究区的5.3%和2.3%。火烧以地表火和间歇性树冠火为主,平均火强度及蔓延速度分别为2043.6 kW/m2和2.5 m/min。火行为指数高和很高的区域分别占17.3%和6.2%。针阔混交林的燃烧概率和潜在火行为指数最高,阔叶林的燃烧概率及潜在火行为指数最低,但其暴露性指数最高。火灾风险综合评估结果表明,风险高和很高的区域分别占19.7%和6.5%,针阔混交林的火灾风险指数高于其他植被类型。【结论】研究区内大部分区域的燃烧概率较低,但潜在火行为指数较高。城镇和水源附近森林的火灾风险等级高,是林火管理的重点区域。部分针叶林和针阔混交林存在发生稳进树冠火的可能,可以通过可燃物处理措施来减少可燃物梯及地表易燃可燃物,降低火灾风险。

摘要： 为评估萌生栓皮栎林的潜在火行为以及发生火灾的危险性,森林防火紧要期内在云南森林自然中心的萌生栓皮栎林进行外业调查。通过设置样地,测量样地内栓皮栎林的高度、胸径等,采集地表可燃物进行室内燃烧试验,结合野外实际状态和实验室理化分析,测定含水率、载量、灰分含量,利用点燃性、剧烈性和消耗性等指标,研究了栓皮栎地表可燃物的三维燃烧性。研究结果表明:在防火期紧要期,栓皮栎地表可燃物的含水率为3.53%~5.04%,载量为0.44~0.69 kg/m^(2),灰分含量为12.3%~16.4%,引燃时间为(4.8±0.3)s,蔓延速率为(0.36±0.09)m/min,烧损率为(61.99±9.29)%。可见,栓皮栎地表可燃物的含水率极低,点燃温度低,载量低,灰分含量较高,三维燃烧性表现较差;叶片很易燃,一旦有火源就容易被引燃,引发森林火灾。研究结果有利于掌握萌生栓皮栎林地表潜在火行为相关特征,为更好预防森林火灾提供参考依据,为滇中地区的林火管理提供理论支撑。

摘要： 灌木林(shrubbery)森林火灾在我国时有发生,但是相关的研究至今有所欠缺。本文将国内外灌木林火灾的相关研究文献进行汇总、对比和分析,以此归纳出灌木林的燃烧性以及其潜在林火行为,并以此对我国灌木林燃烧性探究的未来发展趋势和发展重心提出相关建议。

摘要： FARSITE(Fire Area Simulator)是一个基于物理学、燃烧学和试验理论为一体的时空火面积模型,它集成了地表火蔓延模型、可燃物含水率模型,飞火模型、火加速模型和树冠火蔓延等模型。FARSITE所需的空间可燃物数据和地形是由ARCVIEW GIS来生成并输入到模型中,模拟大时空尺度上的林火蔓延过程,随着时间步长的变化,模拟结果能够直观的在地图上呈现出来,随时反映出林火蔓延模拟的瞬时状态和走势。本文介绍了FARSITE模型中使用的基本原理、数据结构和模拟运行的机制以及目前国内外FARSITE模型的应用现状,以期为建立适用于我国国家级尺度的大时空尺度上林火蔓延模拟的火行为模型提供参考。

摘要： 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.

摘要： 紫茎泽兰(Eupatorium adenophorum Spreng)是一种外来入侵物种,干枯的紫茎泽兰植株具有较好的易燃性,并且紫茎泽兰植株枯死期正是昆明地区的森林防火期,对森林防火具有重要的影响.在昆明周边的林区内进行外业调查、采集紫茎泽兰样品,并在可控条件的实验室内利用热电偶等测定紫茎泽兰的燃烧火行为特征(包括点燃时间、辐射热、火焰高度和蔓延时间等).结果表明:(1)垂直燃烧的平均点燃时间、蔓延时间和火焰最大高度都大于水平燃烧(31、1 s;3.50、1.67 min;300、120 cm).(2)水平燃烧的平均火焰最高温度大于垂直燃烧(761、611°C);(3)水平燃烧和垂直燃烧的平均热辐射没有明显差异.紫茎泽兰水平燃烧和垂直燃烧时的温度高,释放能量大,热辐射强,是地表火垂直转换为树冠火的重要介质,也是地表火水平快速蔓延的通道.紫茎泽兰垂直燃烧的火灾危险性较大,且燃烧后具有较大发生复燃的可能性.应在防火期来临前对紫茎泽兰进行清除,以减少森林火灾发生的频率和强度.

摘要： [目的]模拟研究不同强度的可燃物处理对大兴安岭地区典型森林的火行为影响,为开展可燃物管理提供科学依据.[方法]在2019年火险期,分别对大兴安岭地区兴安落叶松林、白桦林、兴安落叶松白桦混交林等天然林和兴安落叶松与樟子松人工林进行可燃物调查和清理.每种林型分别设置3块样地(20 m×20 m),每块样地再分别设置4块小样地(10 m×10 m).对每块样地进行林分结构调查,然后对4块小样地分别进行可燃物处理,包括割除枯死灌木和草本、清理枯枝和地表凋落物等.按可燃物处理程度分为未处理、低、中和高强度处理4个等级.低强度处理后林内无易燃及枯死灌草、地表无大型可燃物(>10 h),可燃物梯最小高度为3 m,中强度处理后倒木、灌木及小乔木全部清除,高强度处理后地表存留可燃物不会支持火的持续燃烧和蔓延.调查可燃物处理后的可燃物空间分布.利用可燃物特征分类系统(FCCS)分别模拟各林分在火险期内一般天气情景和干旱情景下的火行为.一般天气情景下,模型输出的指数包括地表火蔓延速度、火焰高度和火强度指标;干旱情景下,模型输出指数为潜在地表火(火强度、火焰高度和蔓延速度)及潜在树冠火行为(树冠火发生指数、蔓延指数和蔓延速度指数).[结果]模拟结果显示,低强度可燃物处理后,兴安落叶松天然林和人工林地表火蔓延速度分别降低51.6％和42.8％,火焰高度分别降低33.6％和39.4％,平均火强度分别降低22.8％和34％;而兴安落叶松白桦天然混交林、白桦林和樟子松人工林的火行为变化不明显.中强度可燃物处理后,兴安落叶松白桦混交林、白桦林、兴安落叶松天然林、兴安落叶松人工林和樟子松人工林的地表火蔓延速度分别降低29.4％、37.1％、79.1％、83.3％和19.7％,火焰高度分别降低33.3％、29.8％、67.2％、69.7％和38.1％.高强度可燃物处理后,兴安落叶松天然林、兴安落叶松人工林、兴安落叶松白桦天然混交林、白桦林和樟子松人工林平均蔓延速度分别降低95.3％、97.6％、85.7％、88.9％和77.6％,平均火焰高度分别降低93.1％、93.9％、92.6％、87.6％和87.3％.干旱情景下,5种林型地表火行为指标随着可燃物处理强度的增大而明显降低(P<0.01),白桦林无树冠火发生,其他4种林型树冠火发生可能性及蔓延速度随可燃物处理强度的增大而明显降低(P<0.01).[结论]在一般天气情景和干旱情景下,中强度可燃物处理后,兴安落叶松白桦混交林、白桦林、兴安落叶松天然林和樟子松人工林的地表火蔓延速度均低于1 m·min-1,火焰高度低于1 m,兴安落叶松人工林的地表火蔓延速度和火焰高度分别低于人工0.1 m·min-1和0.1 m;各林型地表火焰高度低,蔓延速度慢,易于直接扑灭;兴安落叶松白桦混交林和樟子松人工的树冠火发生降幅超过20％,兴安落叶松天然林和人工林地表火蔓延速度减少40％以上,树冠火发生可能降低30％.而高强度可燃物处理后,会影响森林结构及其功能,因此,针对当前主要林型进行中强度的可燃物清理,清理地表未分解的枯落物和易燃灌木草本以及树冠下空间易燃可燃物,就可以有效降低地表火蔓延速度和避免树冠火发生.

摘要： 一种粉尘层火蔓延行为的观测试验装置及方法，属于工业粉尘燃烧技术领域。所述粉尘层火蔓延行为的观测试验装置，包括从下至上依次设置的电子天平、底座、旋转支架和承烧板，承烧板设置有粉尘层、标高刻度尺和水平刻度尺，粉尘层的内部设置有K型热电偶，K型热电偶的上方沿竖直方向设有多个R型热电偶，位于最下面的R型热电偶与粉尘层上表面接触，K型热电偶和R型热电偶均与温度模块连接，粉尘层上表面设置有热流计，热流计与数据采集仪连接，电子天平、温度模块和数据采集仪均与工控机连接。所述粉尘层火蔓延行为的观测试验装置及方法，有效满足在不同堆积形态时常见点火源作用下的层状堆积粉尘着火蔓延行为的观测。

摘要： 本发明公开了一种模拟侧壁对储罐油池火燃烧行为影响的装置及模拟方法，包括：燃烧器、侧壁模拟装置、供气装置、示踪粒子装置和监测装置。燃烧器上端敞口，通入可燃气体后引燃，提供火源；侧壁模拟装置包括透明圆筒和升降台；供气装置通过调节气体流量，控制火源的燃烧强度；示踪粒子装置用于模拟燃烧过程中圆筒内部流场情况；监测装置用于获得圆筒内外的燃烧关键参数。装置运行中，圆筒套在燃烧器外部，通过升降台调整位置，进而控制燃烧器到圆筒出口的距离，模拟不同有效侧壁高度的情况，同时监测装置实时记录圆筒内外火焰特征参数、内部流场信息以及辐射分布情况，进而加深对储罐内部燃烧情况的了解，为储罐火灾的灭火策略研究提供参考。

摘要： 一种粉尘层火蔓延行为的观测试验装置及方法，属于工业粉尘燃烧技术领域。所述粉尘层火蔓延行为的观测试验装置，包括从下至上依次设置的电子天平、底座、旋转支架和承烧板，承烧板设置有粉尘层、标高刻度尺和水平刻度尺，粉尘层的内部设置有K型热电偶，K型热电偶的上方沿竖直方向设有多个R型热电偶，位于最下面的R型热电偶与粉尘层上表面接触，K型热电偶和R型热电偶均与温度模块连接，粉尘层上表面设置有热流计，热流计与数据采集仪连接，电子天平、温度模块和数据采集仪均与工控机连接。所述粉尘层火蔓延行为的观测试验装置及方法，有效满足在不同堆积形态时常见点火源作用下的层状堆积粉尘着火蔓延行为的观测。

摘要： 本发明公开了一种环境风作用下高层建筑立体火行为模拟实验装置。该装置包括高层建筑模型、旋转平台、方向可调式风洞、三维可移动式热电偶架、火源模拟装置。所述高层建筑模型为立方体壳状，分为四个腔室，其中点火实验腔室设有火源模拟装置及尺寸可调式建筑窗口模型；高层建筑模型底部连接旋转平台配合外部方向可调式风洞可模拟任意方向及风速的环境风；三维可移动式热电偶架为组合式矩形结构，可实现外壁面任意位置的参数测量功能。本发明首次建立了一套研究环境风作用下高层建筑立体火蔓延模拟实验装置，风向调节系统安全、便捷、精确，实验装置具有完备的参数测量系统，可研究高层建筑从起火、火焰溢出到最终蔓延至建筑上层、邻侧的完整过程。

摘要： 本发明公开了一种环境风对船舶甲板受限火行为影响的实验装置，包括环境风模拟系统、甲板受限环境模拟系统以及数据采集系统；本实验装置是专门系统研究环境风对船舶甲板受限环境火行为影响的小尺寸实验台。在前人基础上克服了全尺寸实验代价高昂和数值模拟工具不能精确反应真实火灾场景的特点，又保证了实验的可重复性，对于开展实验室科学研究和实际船舶甲板受限环境火灾预防及发生火灾后的扑救具有较大的应用价值和指导意义。

摘要： 本发明公开了一种模拟不同倾斜角度的船舶甲板池火行为的实验装置，尤其涉及海上风浪或碰撞事故等外界条件导致船舶倾斜时甲板发生火灾的情况。包括可变角度倾斜支撑系统、火源系统以及配套数据采集系统，可对不同倾斜角度情况下船舶甲板的火灾场景进行模拟。本发明通过转轴结构来调节装置的倾斜角度，整体结构简单可靠且易操作。在前人基础上克服了全尺寸实验代价高昂和数值模拟工具不够精确的特点，又保证了实验的可重复性，对于开展实验室科学研究和实际倾斜条件下船舶甲板火灾的预防以及火灾发生后的扑救具有较大的应用价值和指导意义。

摘要： 本发明公开了一种模拟不同海况情况下船舶甲板池火行为的实验装置，尤其涉及海上航行过程中由于风浪、碰撞或触礁等造成船舶颠簸倾斜，同时还受到海风影响的船舶甲板火灾场景。包括环境风模拟系统、可变角度倾斜支撑系统、火源系统以及配套数据采集系统，可模拟不同海况情况下(不同水平环境风速、不同倾斜角度的甲板)的火灾场景。在前人基础上既克服了全尺寸实验代价高昂和数值模拟不能真实反映实际火灾场景的特点，又保证了实验的可重复性，对于开展实验室科学研究和实际海况下船舶甲板火灾的防治具有较大的应用价值和指导意义。

摘要： 本实用新型公开了一种模拟不同海况情况下船舶甲板池火行为的实验装置，尤其涉及海上航行过程中由于风浪、碰撞或触礁等造成船舶颠簸倾斜，同时还受到海风影响的船舶甲板火灾场景。包括环境风模拟系统、可变角度倾斜支撑系统、火源系统以及配套数据采集系统，可模拟不同海况情况下(不同水平环境风速、不同倾斜角度的甲板)的火灾场景。在前人基础上既克服了全尺寸实验代价高昂和数值模拟不能真实反映实际火灾场景的特点，又保证了实验的可重复性，对于开展实验室科学研究和实际海况下船舶甲板火灾的防治具有较大的应用价值和指导意义。

摘要： 本实用新型公开了一种模拟不同倾斜角度的船舶甲板池火行为的实验装置，包括可变角度倾斜支撑系统、火源系统以及配套数据采集系统；其中：所述可变角度倾斜支撑系统，包括底部支撑架，转轴结构以及模拟甲板，其中：所述转轴结构用于改变模拟甲板的倾斜角度；所述模拟甲板上具有阵列型开孔，以及配备有用于固定模拟甲板上放置油盘的限位器；所述火源系统，包括油盘，以及放置于油盘内的液体燃料；所述数据采集系统，包括放置在可变角度倾斜支撑系统下方的称重天平，以及放置在一侧的摄像机，其中：所述称重天平用于实时记录燃烧过程中油盘内的燃料质量变化；所述摄像机用于实时记录模拟甲板倾斜情况下的池火行为。整体结构简单可靠且易操作。

摘要： 本实用新型公开了一种环境风对船舶甲板受限火行为影响的实验装置，包括环境风模拟系统、甲板受限环境模拟系统以及数据采集系统；本实验装置是专门系统研究环境风对船舶甲板受限环境火行为影响的小尺寸实验台。在前人基础上克服了全尺寸实验代价高昂和数值模拟工具不能精确反应真实火灾场景的特点，又保证了实验的可重复性，对于开展实验室科学研究和实际船舶甲板受限环境火灾预防及发生火灾后的扑救具有较大的应用价值和指导意义。