森林防火第2章-林火基础理论课件

1、森林防火第2章_林火基础理论森林防火第2章_林火基础理论可燃物受外界热源作用开始增温，逸出水汽，直到发生剧烈分解反应为止。物理反应：分子扩散作用 可燃物迅速分解成可燃性气体（CO 、H2、 CH4等）,吸热反应 热分解反应逸出的可燃性挥发物，与空气接触形成可燃性混合物，当挥发物的浓度达到燃烧极限时，在固体可燃物上方可形成明亮的火焰，放出大量热量。（1）预热阶段 （2）热分解阶段（3）有焰燃烧和无焰燃烧 2. 燃烧的三个阶段可燃物受外界热源作用开始增温，逸出水汽，直到发生剧烈分解反应热传导、热辐射、热对流（1）热传导 -可燃物内部的传热方式 地上可燃物排列疏松，不是主要的传热方式 地下可燃物 -

2、主要的传热方式（2）热辐射 地表火-主要的传导方式 （3）热对流 燃烧加热了局部空气，垂直向上运动 -林冠火 3. 燃烧的物理过程 热传导、热辐射、热对流 地上可燃物排列疏松，不是主要的传热燃烧的化学过程 -主要组分纤维素等的热分解反应，以及由它产生的挥发物的燃烧过程。 （1）纤维素 （2）半纤维素-热稳定性最差 含量最多，约为4055162 有明显的热分解反应275 放出挥发性可燃气体：CO、H2、CH4热分解后残留物为焦炭 1025120左右 热分解150左右 剧烈分解 燃烧的化学过程 -主要组分纤维素等的热分解反应，以及由它产（3）木质素 1635 ，针叶树中2535 135左右 缓慢热

3、分解250 明显的热分解反应310420 剧烈反应燃烧热 木材近似地用C6 H9 O4 4 C6 H9 O425O218 H2 O24 CO21.1596103 KJ （3）木质素 1635 ，针叶树中2535 燃烧热 5. 燃烧的必要条件 燃烧现象的发生必须具备三个基本条件：可燃物、氧气和一定温度又称燃烧三要素。5. 燃烧的必要条件 燃烧现象的发生必须具备三个基本条件：燃烧三要素之间相互依赖，互相作用，如果把每个要素作为三角形的一个边，连在一起就构成了“燃烧三角形”。可燃物氧 气一定温度燃 烧 三 角形燃烧三角形形象地描述了燃烧三要素的重要性，如果缺少任何一边，燃烧三角形被破坏，燃烧现象就会

4、停止。(三者缺一不可 )6. 燃烧三解形 燃烧三要素之间相互依赖，互相作用，如果把每个要素作为三角形的二、 森林燃烧环燃烧三要素（可燃物、氧气和一定温度）只说明了燃烧的一般现象和燃烧的共性，不能完全解释森林燃烧现象。如热带雨林，虽然有大量可燃物、氧和一定的温度条件，但通常不发生森林火灾。东北林区夏季森林中也有大量可燃物、并具备氧气和一定的温度条件，但通常也不发生火灾。因为东北林区此时为雨季，森林植被正处于生长旺季，森林植物体内含有大量水分，虽然具备燃烧三要素，但不会发生森林火灾。因此，提出用森林燃烧环来说明森林燃烧这一现象。二、 森林燃烧环燃烧三要素（可燃物、氧气和一定温度）只说明了 1. 森

5、林燃烧环定义： 森林燃烧环：是指在同一气侯区内，可燃物类型、火环境和火源条件相同，火行为基本相似的可燃复合体。 1. 森林燃烧环定义： 森林燃烧环：是指在同一气侯区内可燃物氧 气一定温度燃 烧 三 角森 林 燃 烧 环可燃物类型火 环 境火 源 条 件 火行为可然物类型：森林燃烧不是一种可燃物的燃烧。火环境：包括火灾季节、气象要素、地形、氧气供应等。火源条件：包括火源种类、火源频度和火源出现时间火行为：指着火程度、火蔓延、火强度、火灾种类等。2. 森林燃烧环与燃烧三角 可燃物氧 气一定温度燃 烧 三 角森 林 燃 烧 环可燃物火 行 为可燃物类型火 环 境火 源 条 件 森 林燃 烧 环重 要

6、 条 件主 导 因 素物质基础重 要 指 标森林燃烧环五要素：气侯区、森林可燃物类型、火源条件、火环境、火行为。森林燃烧环能够充分说明森林燃烧现象，同时也可为森林防火提供实践和理论依据。是林火管理的基本单位。火 行 为可燃物类型火 环 境火 源 条 件 森 重 要 1.气侯区2. 森林可燃物类型3. 火源条件4. 火环境5. 火行为三、森林燃烧环的五要素1.气侯区三、森林燃烧环的五要素1.气侯区可燃物类型火 环 境火 源 条 件 火行为1.气侯区可燃物类型火 环 境火 源 条 件 火行为1. 气候区(1)气侯定义 气候是指某地区多年综合的天气状况。一个地区的气侯状况是指在一段较长时间内（如30

7、年或更长的时间尺度），表现出来的冷、暖、干、湿等气候要素的趋势和特点，既包括一般或平均情况，又包括极端情况。气候与天气有密切联系，又有很大区别。气候是天气的综合，天气是气候的基础。1. 气候区(1)气侯定义气候与天气有密切联系，又有很大区别(2) 气候对森林火灾的影响：决定特定地区的火灾季节长度和周期。气候决定特定地区的可燃物状况（森林、草原等）气候决定特定地区的森林火灾的严重程度。(2) 气候对森林火灾的影响：决定特定地区的火灾季节长度和周一般来说，根据太阳辐射量和海拔高度将世界气侯分为低纬度气候、中纬度气候、高纬度气候三个大气候区。各区又根据地理环境的不同分为若干个气候型。不同的气候区和气

8、候型各有不同的发生森林火灾的条件和特点。一般来说，根据太阳辐射量和海拔高度将世界气侯分为低纬度气候、赤道多雨气候型，一年中降水分布均匀，基本无森林火灾。我国南部亚热带季风气候型，冬春常发生森林火灾。我国北部温带季风气候型，春季常发生火灾。安徽：属暖温带向亚热带的过渡气侯型赤道多雨气候型，一年中降水分布均匀，基本无森林火灾。2. 森林可燃物类型森 林 燃 烧 环可燃物类型火 环 境火 源 条 件 火行为2. 森林可燃物类型森 林 燃 烧 环可燃物类型火 环 境火(1) 可燃物的来源森林自身的生理过程；外界自然因素人为因素 干枯、死亡并落在地表或存于林分不同层次的可燃物(1) 可燃物的来源干枯、死

9、亡并落在地表或存于林分不同层次的1地下可燃物 2地表可燃物 （1）树叶 （2）苔藓 （3）草本植物 （4）低于1米的灌木、幼树等 （5）林内杂乱物3空中可燃物：距地面1米以上 指由松散地被物层到林中1m以下空间范围内的所有可以燃烧的物质。风倒木、风折木、枯立木 -林内重型可燃物 其易燃性和数量是决定能否发生林冠火的关键 (2) 可燃物的种类 根据可燃物的空间位置1地下可燃物 指由松散地被物层到林中1m以下空间范围内的所危险可燃物 燃烧缓慢的可燃物 难燃可燃物 干燥快、燃点低、燃烧速度快，是林内的引燃物 不易引燃，引燃后释放能量大，不易扑灭;火场难清理，易复燃 含水量大，不易燃，有时还可减弱火势

10、或使火熄灭 根据易燃程度 危险可燃物 干燥快、燃点低、燃烧速度快，是林内的引燃物 不易（3）可燃物的特征 可燃物负荷量；可燃物大小和形状单位林地面积上所有可燃物的绝对重量，用Kg/m2或t/ha表示可燃物的表面积与体积比1).细小可燃物吸收水分和散失水分时比大的可燃物快几倍、甚至几十倍。2).细小可燃物容易引燃，粗大可燃物则反之。细小可燃物可加速林火蔓延。3).可燃物形状不同还决定它们的空气动力学特性。易引起飞火 （3）可燃物的特征 单位林地面积上所有可燃物的绝对重量，用K可燃物的分布（水平和垂直分布）可燃物密实度可燃物化学性质可燃物含水率单位体积内可燃物的负荷量 纤维素、半纤维素、木质素、抽

11、提物、矿物质 5070 1535 0.215% 2 活可燃物含水率 ：林冠层的树叶和小枝的含水率是形成树冠火的关键死可燃物含水率 Next page 可燃物的分布（水平和垂直分布）单位体积内可燃物的负荷量 纤维（4）可燃物类型的划分方法 直接估算法根据植物群落划分可燃物类型 要求具有长期防火扑火经验，熟悉辖区林火行为特征.划分为“低、中、高、极高”四种类型，依据潜在的林火蔓延速度和难控制程度。不考虑天气条件，仅以火行为特征划分可燃物类型 1. 坡地落叶松林；2. 草地落叶松林；3. 樟子松林；4. 桦木林；5. 次生柞木林；6. 沟塘草甸；7. 采伐迹地 难确定火行为特征的分类标准，数据搜集费

12、时间，成本高 （4）可燃物类型的划分方法 要求具有长期防火扑火经验，熟悉辖可燃物模型法将所有计算火行为特征的参数以数学模型来描述。可然物模型可以反映某一植物类型与火行为相关的特征，如可燃物大小、体积、重量、分布与排列等，主要用来计算林火蔓延速度和火强度。目前，美国国家火险等级系统共制定20个可燃物模型，每个模型都有定量的参数，只要输入气象条件和地形条件，即可进行火行为计算。可燃物模型以可燃物的物理性质为主，而不只依赖于生物学特性，一个可代表多种植被可计算任何气象和坡度条件下的火行为参数必须进行大量燃烧试验可燃物模型法将所有计算火行为特征的参数以数学模型来描述。必须照片分类 利用资源卫星图片分类

13、可燃物检索表分类法植物群落分类与可燃物模型结合 费用太高 1970年Fehnestock制作的发生林冠火可能性检索表，发生树冠火可能性用数字从0到10依次增大。 要求应用者具备丰富的火场经验 首先在解析数据图象上选择一个基准面积块，然后缩小范围，利用改进的数据资料和感应技术来确定与划分可燃物类型有关的信息照片分类 植物群落分类与可燃物模型结合 1970年Fehne（5）林分特征对森林可燃物的影响 林木组成 郁闭度林木年龄 林木层次 构成林分的主要树种所占的比重，常用针叶林、阔叶林、针阔混交林来表示。 树冠覆盖地面的程度 针叶幼林 -地表火转变为树冠火 老年林内 -多发生地表火 随林木年龄的递增

14、林下死地被物也有明显变化。单层林易发地表火 多层林易发林冠火（5）林分特征对森林可燃物的影响 构成林分的主要树种所占的比3.火源条件森 林 燃 烧 环可燃物类型火 环 境火 源 条 件 火行为3.火源条件森 林 燃 烧 环可燃物类型火 环 境火 源 条（1）火源概念火源是森林燃烧的要素之一，是引起森林火灾的主导因素。火源定义：凡是来自于森林外界，能够为林火发生提供最低能源的现象和行为的热源统称为火源。（1）火源概念火源是森林燃烧的要素之一，是引起森林火灾的主导（2）火源的种类火源可分为两大类： 天然火源 人为火源（2）火源的种类火源可分为两大类：天然火源天然火源是自然界中能引起森林火灾的自然现

15、象，如雷击、火山爆发、陨石坠落、滚石火花、泥炭自燃等。天然火源天然火源是自然界中能引起森林火灾的自然现象，如雷击、天然火源中最常见的是雷击火源。雷击引起的森林火灾称为雷击火。天然火源中最常见的是雷击火源。雷击引起的森林火灾称为雷击火。美国平均每年有1万1.5万次雷击火，占总火灾次数的9%。其中落基山脉地区高达64%，西部山区约占68%。加拿大的雷击火占全国总森林火灾次数的30%。俄罗斯的雷击火占全国总森林火灾次数的10%美国平均每年有1万1.5万次雷击火，占总火灾次数的9%。其Next人为火源根据世界各国火灾资料统计，人为火占火灾总次数的90%以上。中国占99%，美国占91.3%。人为火源包括

16、四大类： 生产性用火 生活用火 外来火源 故意纵火Next人为火源根据世界各国火灾资料统计，人为火占火灾总次数生产性用火林业生产性用火：火烧防火线、火烧清理采伐剩余物、火烧沟塘草甸、林内计划烧除、炼山、使用割灌机清林作业等。农业生产性用火：主要包括烧垦、烧荒、烧田埂、烧秸杆、烧灰积肥等。牧业生产性用火：火烧牧场。放牧用火烧饭，取暖等。其它活动：狩猎、烧炭、林区冶炼等生产性用火林业生产性用火：火烧防火线、火烧清理采伐剩余物、火生活用火主要因日常生活中疏忽大意造成。野外吸烟、迷信烧纸、烤火、烧饭、驱蚊虫、烟囱跑火、小孩玩火等。法国占31.2%，美国占27.9%，意大利占18.7%生活用火主要因日常

17、生活中疏忽大意造成。外来火源由于境外火灾而烧入我国境内的火称外来火。我国东北的黑龙江与俄罗斯、吉林与朝鲜、内蒙古与蒙古等都有较长的边境线，每年都 有很多外来火烧入我国境内。外来火源由于境外火灾而烧入我国境内的火称外来火。故意纵火有些人为了达到某些目的而故意引发森林火灾。例如，在西方国家有的人为了找工作故意纵火（在有些西方国家，扑火队员是临时雇佣的，且工资等待遇很高）；对社会不满者或对森林拥有者不满而采用放火进行报复。美国占30%，意大利占54%，我国占0.2%0.3%。故意纵火有些人为了达到某些目的而故意引发森林火灾。4. 火环境包括天气、地形、土壤、林内小气候、氧气供应等要素。森 林 燃 烧

18、 环可燃物类型火 环 境火 源 条 件 火行为4. 火环境包括天气、地形、土壤、林内小气候、氧气供应等要素温度 -影响可燃物的燃烧性及林火蔓延。大气湿度 -常用相对湿度来表示。云和降水 影响太阳辐射强度，可燃物温度和湿度。风 -变化最大，对林火影响最重要的天气因子。大气稳定性 -大气的垂直运动特性，影响林冠火 的发生。（1）天气温度 -影响可燃物的燃烧性及林火蔓延。大气湿度 -常用相（2）地形-不仅影响林火的发生发展，而且直接影响林火的蔓延和林火的强度 地形对林火的影响 ：A 坡向 -阳坡日照长，温度高，蒸发快，可燃物容易干 燥而燃烧 ,阴坡反之.B 坡度 -陡坡水分易流失，可燃物易干燥、易燃

19、，坡度平缓水分停留时间长，林地潮湿，可燃物含水量大。 C 坡位山脊、陡坡林地易燃，火蔓延速度快 山谷、洼地火蔓延速度慢，易扑救（2）地形-不仅影响林火的发生发展，而且直接影响林火的蔓延（3） 土壤吸水性和保水性（4） 林内小气候林分郁闭度大，光照少，湿度大（5） 氧气 供氧不足会使燃烧不完全山地林火的特点 d 海拔高度海拔高，可燃物不易燃烧； 但风速加大，着火后利于林火蔓延（3） 土壤吸水性和保水性山地林火的特点 d 海拔高五、 林火行为 可燃物类型火 环 境火 源 条 件 火行为五、 林火行为 可燃物类型火 环 境火 源 条 件 火行为 定义：即林火从可燃物开始点燃到不断发展蔓延、直至衰落、

20、熄灭全过程中所表现出来的全部特征。 （1）林火行为 定义：即林火从可燃物开始点燃到不断发展蔓延、直至衰落、（1）着火难易程度-取决于最低引火能量火的蔓延、火的扩展速度及火的前进方向 1)蔓延速度 2)火场形状 3)影响火蔓延的因素 六项指标 （2）林火行为指标 （1）着火难易程度-取决于最低引火能量火的蔓延、火的扩展速能量释放 -可燃物的发热量与含水率成反比 火强度和火焰高度 火强度是指火锋处，单位长度、单位时间所释放的能量。火焰高度是火舌垂直于地面的距离 火烧持续时间 火烈度-火破坏森林生态环境的程度。 以烧死林木的百分数划分烈度等级 能量释放 -可燃物的发热量与含水率成反比 火强度和火焰高

21、度（3） 影响火行为的主要因素 大风天气条件和气象因素的变化地形可燃物类型（3） 影响火行为的主要因素 大风天气条件和气象因素的变化地草地或草甸多发生速行地表火；阔叶落叶林中只发生地表火；常绿针叶林或含油性较大的阔叶林才有可能发 生高强度树冠火；干燥稀疏的阔叶林，则容易发生地表火。 草地或草甸多发生速行地表火；6.森林火灾的种类 A 依据林火蔓延特点分非连续性蔓延 :火爆、移动式火爆 连续性蔓延 ：树冠火、地表火、地下火B 依据林火燃烧森林的部分分a. 树冠火；b. 树冠火的过渡类型；c. 地表火；d. 地表火的过渡类型；e. 地下火。 C 依火的蔓延速度分慢速火：速度小于2m/min；b.

22、中速火：速度在2.120m/min；快速火：速度大于20m/min 6.森林火灾的种类 A 依据林火蔓延特点分B 依据林火燃烧森D 依据火强度和火焰高度划分 轻度火：火焰高度50cm以内，火强度75KW/m以内；低度火：火焰高度50150cm以内， 火强度75750KW/m以内；中度火：火焰高度1.53.5m以内， 火强度7503500KW/m以内；高度火：火焰高度1.56cm以内， 火强度350010000KW/m以内； 强度火：火焰高度大于6m， 火强度大于10000KW/m。D 依据火强度和火焰高度划分 轻度火：火焰高度50cm以内，2)森林火灾分类系统 A 非连续蔓延高强度火 -最强烈

23、的高能量火，蔓延速度快 移动式火爆 -世界上最强烈的森林火灾 火爆 B 树冠火-按蔓延速度和特点分类 a. 急进树冠火：蔓延速度可达20km/h。 b. 稳进树冠火：蔓延速度在58km/h 2)森林火灾分类系统 A 非连续蔓延高强度火 -最强烈的高C 树冠火过渡类型-从地表火向树冠火和树干火发展 a. 间歇性树冠火 -时而树冠火，时而地表火 b. 冲冠火-多发生在针叶林或针阔混交林 c. 树干火-主要燃烧树干 D 地表火最多 E 地表火过渡类型 F 地下火 C 树冠火过渡类型-从地表火向树冠火和树干火发展 a.高能量火-区分高能量火和一般火 不同能量的森林火灾 1. 低能量火 小面积，低强度

24、,火焰高度一般在1.5m左右，最高不超过3.5m。 属低度和中度地表火，火以平面发展为主，又称二维火 大多数计划火烧属此类火 2. 高能量火发展异常凶猛，火强度一般在40005000KW/m以上。有高大的对流柱。火向立体发展，称为三维火 常伴随大面积的森林火灾高能量火-区分高能量火和一般火 1. 低能量火 小面积高能量火的特性 对流柱飞火火旋风火爆高能量火的特性 对流柱森林防火第2章_林火基础理论火环境是指除可燃物和火源外的其它影响着火、蔓延和能量释放等所有因素的总和。主要指的是天气条件、立地条件、林内小气候和氧气等。火环境是指除可燃物和火源外的其它影响着火、蔓延和能量释放等所75以上不会发生

25、火灾 5575可能发生火灾 55%容易发生火灾 30 不燃； 3026 难燃； 1125 可燃； 30 I0.007HWR；I火强度（KW/m）H有效可燃物发热量（J/g）W有效可燃物负荷量(T/ha)R蔓延速度(m/min)Lf=0.237I0.46 Lf火焰长度(m) I=3（10h）3 h为火焰的高度(m) I0.007HWR；Lf=0.237I0.46 火持续半小时，温度达49，针叶死亡；火持续2分钟， 温度达60，针叶死亡； 温度达62，针叶立即死亡 火持续半小时，温度达49，针叶死亡；A火锋持续时间：S=D/r;S火持续时间（h）；D火纵深度(m) R火蔓延速度(m/min) B

26、火停留时间 两种计算方法A火锋持续时间：S=D/r;B 火停留时间 两种计算方法死亡林木：05 0级620 1级2140 2级4160 3级6180 4级81100 5级 死亡林木：按蔓延速度、火强度和火焰高度可分为10类火强度KW/m火焰高度m10000 6快速强度地表火3500100003.56中速高度地表火快速高度地表火75035001.53.5慢速中度地表火中速中度地表火快速中度地表火757500.51.5慢速低度地表火中速低度地表火7520火焰蔓延速度 M/min 2.1202按蔓延速度、火强度和火焰高度可分为10类火强度火焰快速由低能量火转变为高能量火，有许多明显特征1. 火头前方

27、飞火数量明显骤增；2. 对流烟柱翻滚；3. 迅速向高空发展，由二维向三维火发展；4. 火蔓延速度加快，火强度明显增加。 由低能量火转变为高能量火，有许多明显特征促使低能量火转为高能量火的原因：1可燃物类型发生变化；2. 可燃物数量骤增；3. 火进入有利于火发展的地形；4. 天气条件发生显著变化，如：突然增温，相对温度迅速下降；5. 火进入午后1218时，天气条件突然变的有利于火的发展；6. 突发大风。 促使低能量火转为高能量火的原因：（1）对流柱的特点 a、形成飞火 b、高度和强度 : 地面火长100m，对流烟柱可达千米，烟柱高为火线长度的10倍。C、涡流 （1）对流柱的特点 （2）对流烟柱的

28、发展 影响对流烟柱发展的主要因素：a、有效可燃物数量越多，发展越烈，反之则小；b、火强度越高，对流柱发展越烈 c、天气条件。不稳定的天气条件容易形成对流柱。 （2）对流烟柱的发展 产生飞火的原因：（1）地面强风作用，将燃着的树枝、鸟巢、枝桠等刮离火场。在火头强风形成新的火源；（2）火场的涡旋对流柱可将可燃物带到高空；（3）由火旋风将对流柱将燃烧物带到火头前方。 产生飞火的原因：（1）火旋风的特征：a、直径大小不一，从几cm到100200m；b、平地、山地均可发生；c、风速在017m/s均可发生；d、上升速度可高达80km/h，水平移动速度可达40km/h；e、转速，据美国人实验可高达23000

29、24000转/min。 （1）火旋风的特征：（2）. 火旋风产生的原因：a、主要是地面受热不均所造成；b、两火相遇速度不同；c、火锋遇到湿冷森林和冰湖也可形成火旋风；d、火遇到地形障碍物或大火越过山脊的背风面或遇到重型可燃物时。 （2）. 火旋风产生的原因： 白天上山风大，加强上山火的蔓延，火难控制。 夜间下山风会使上山火蔓延速度减缓。扑打火 有利的时机。山地条件下，昼夜风向交替转换。 由下山风转为上山风一般在上午910点，由上山风转为下山风则在日落以后开始。在山风的转换时间，一般有短时间的静风期。扑打火的两个有利时机。 白天上山风大，加强上山火的蔓延，火难控制。 山地条不同可燃物燃点不同地衣和苔藓：180250；杂草：250300，一般木质：350 同一可燃物大小不一，其燃点也不相同一般木质：350木粉:180 不同可燃物燃点不同同一可燃物大小不一，其燃点也不相同坡度 15 25 35 45 林木死亡率(%) 46.4 31.4 15.0 4.2火灾后在不同坡度林木死亡率统计表