森林可燃物3教材Word下载.docx

森林可燃物3教材Word下载.docx

《森林可燃物3教材Word下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《森林可燃物3教材Word下载.docx（25页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

由此，森林可燃物属于天然固体燃料。

森林可燃物主要由碳、氢、氧等基本元素组成，其含量分别为49.5%、6.4%、42.6%左右。

此外还有1%的氮及其它微量元素。

由这些元素组成占木材90%的纤维素、半纤维素、木素以及占木材10%的浸提成分（挥发油、树脂、靴质和其它酚类化合物），它们在燃烧过程中所发生的反应是不同的。

2.森林可燃物的负荷量及理化性质是估计林火行为的主要参数。

根据可燃物的负荷量和理化性质，就可以估测不同可燃物类型的潜在能量分布及火强度大小。

各种类型可燃物负荷量不是固定不变的，是随着各种相关因素的变化而变化。

植物群落中可燃物负荷量的动态信息，对于林火管理者及火生态研究者具有重要意义。

在确定气象和环境的条件下，可燃物负荷量大小明显影响着林火发生的行为特征。

因而，建立森林可燃物量化模型，确定可燃物负荷量，对于森林火险预报、林火发生规律预报、林火行为预报和地表可燃物管理（计划烧除）具有极为重要的意义。

尤其是可燃物负荷量动态模型，可以反映负荷量的时间变化规律，因此建立可燃物负荷量动态模型又具有如下的特别作用：

（l）有助于确定任一时期可燃物现存量和稳定状态时可燃物的最大积累量；

（2）有助于评估计划烧除的效率，这在可燃物管理中极为重要；

（3）有助于研究林火对森林生态系统物质循环和能量转移的干扰；

（4）有助于研究火烧除前后可燃物消耗量，可燃物积累及积累方式。

由于森林可燃物与森林防火的密切相关性决定了对森林可燃物研究的历史悠久，内容丰富。

从国内外研究资料分析，可分为如下几个方面:

可燃物理化性质，可燃物分布与配置，可燃物类型的划分和可燃物模型的研制。

二、森林可燃物的燃烧过程

森林可燃物燃烧过程是复杂的物理和化学反应过程，通常可分为吸热、热分解、混合及燃烧等过程，如图4-1所示。

森林可燃物置于空气或氧气介质中，一般情况下：

（1）在100℃以下的条件下，主要是吸收热量，用于自身温度的升高和表面水分的蒸发；

（2）100℃~150℃，热分解速度缓慢，主要用于水和绝大部分的次级吸着水的蒸发，其化学组成没有明显变化，反应以吸热为主；

（3）150℃~200℃，热分解加快，半纤维素开始分解，此阶段的热分解为吸热反应，需要外界不断提供热量才能将反应继续下去。

长时间处在100℃~200℃的环境中的森林可燃物有被点燃或自燃的可能，持续的时间与其散热条件相关。

（4）220℃~260℃时，热分解反应开始加强，受热分解出的气体可分为两类：

一类为可燃性气体，包括一氧化碳、甲烷、氢气、乙烷、乙烯等；

另一类为不燃性气体，主要是一氧化碳和二氧化碳（共占70%以上），若将火种靠近可燃物表面，即可产生瞬时火焰，但需补充热量才能持续火焰，220℃~260℃的这区段温度称为引火温度。

（5）260℃~290℃时，热分解由吸热反应转化为放热反应，即使外界不供热也能自行升高，并分解出更多的可燃性气体。

在这种温度条件下，放出的热量继续上升，热分解不断加速，形成燃烧链反应，即使未接触火种，可燃性气体也能自燃，并使火焰持续，但此时并非可燃物本身燃烧，而是可燃性气体的燃烧。

因此，将260℃~290℃这区段的温度称为着火点温度。

如：

表3-1列出了几种木材的着火点及自燃温度。

（6）当温度上升至330℃~470℃时，可燃物表面本身开始燃烧，把这一区段温度称为发火点温度。

450℃以上热分解的残余物质碳表面与氧反应形成固相燃烧。

随着可燃物燃烧过程的进行，各种挥发性气体不断析出，颗粒内部空隙增大，高温氧气不断扩散到颗粒的内部，使可燃物不断被加热、分解、燃烧，反应产物不断离开反应表面向外扩散，这种过程的交替，使得反应表面逐渐内移，直至可燃物颗粒燃尽（如：

表3-2是木材在大气中升温加热性状的变化情况）。

森林可燃物的燃烧不仅与自身的热导率、热扩散率、密度和化学成分有关，还与形状、断面积、表面粗糙度、含水率和加热时间有关。

通常热导率、热扩散率和粗糙度越大的越易着火，密度、断面积和含水率越大的越难着火。

三、森林可燃物理化特性

森林可燃物理化特性包括内特性和外特性两部分。

可燃物内特性指描述可燃物植物部分的特性，包括可燃物化学、密度、燃点、热值等特性。

可燃物外特性指描述可燃物组合的各种特性，包括可燃物的数量、大小、形状、含水率、密实度及连续性等特性。

可燃物内特性主要用来解释燃烧现象，而可燃物外特性主要影响火行为。

Carmen（1950）测了几种主要木材的热值；

Luke（1978）估计澳大利亚多数可燃物热值可用作为平均数在实际中应用；

vanDyneetal（1965）认为多年生草本植物体内的抽提物含量和灰分含量随年龄有增加的趋势1681；

Hough（1973）和Philpot（1969）认为抽提物和灰分含量有随季节变化的规律；

Philpot（1965）、Jamison（1966）、Blaekmarr和Flanne（1968）认为不论针叶林还是阔叶林，叶含水率都表现出明显的日周期变化规律，并受所处立地条件的影响；

Chandie（1983）认为阔叶林冠层叶和灌木层叶含水率随季节变化很大，在春季新萌发的叶中含水率可达200%~300%，而在以后的季节逐渐降低。

针叶树叶的含水率随季节变化不明显，如低于100%，有发生树冠火的可能性。

国内郑焕能、杜秀文等（1983）对红松、樟子松、落叶松3种针叶林上层死地被可燃物的燃烧性能进行了测定;

刘自强等（1993）对大兴安岭地区可燃物的发热量等进行了研究；

胡海清（1995）对大兴安岭主要森林可燃物的燃烧性进行了测定[2l;

陈存及等（1995）对福建37个针阔树种鲜叶含水率、粗脂肪、粗灰分、5102、挥发油含量和燃烧热、燃点、燃烧速度等10个因子进行测定，并应用A.I，D.方法将37个树种依因子的不同取值范围划分为6个抗火性能等级；

王刚等（1996）对细小可燃物的易燃性进行了测定；

舒立福等（2000）对南方的木荷、火力楠、杨梅等11种常绿阔叶树种和杉木、马尾松两种针叶树种叶、小枝和皮的燃烧性能及其组成成分进行了测定，结果表明：

（l）各树种均以叶的抗火性能最差，阔叶树种比针叶树种的抗火性能强；

（2）含水量、苯一乙醇抽取物、木质素含量和灰分含量是影响叶抗火能力的主要指标。

杜秀文（1988）、居恩德等（1993）对几种森林类型可燃物含水率与气象关系进行了研究；

张景群等（1992）研究了可燃物含水率与林火行为的关系：

顾香凤等（1995）研究了死可燃物的含水量变化规律。

由于森林群落的复杂性，可燃物存在着地域性、区域性的差异，为了描述和比较不同层次、不同种类和不同类型的可燃物，常用可燃物载量、可燃物大小和形状、可燃物分布（水平分布和垂直分布）、可燃物密实度、可燃物含水率、可燃物化学性质来反映可燃物的自身特征。

1.可燃物床层的结构

（1）根据可燃物载床各层对森林火灾的作用

的差别，可燃物负荷量分为树冠可燃物负荷量、死

地被物负荷量和林下活地被物负荷量。

（2）按照可燃物在实际特定林火中的燃烧性，

可燃物负荷量又可分为总可燃物负荷量、潜在可

燃物负荷量和有效可燃物负荷量

。

总可燃物负荷量，即从矿物土壤层以上，所有

可以燃烧的有机质总量；

潜在可燃物负荷量，指在最大强度火烧中可

以消耗的可燃物量，这是最大值，而实际上在森林

火烧中烧掉的可燃物比它少得多；

有效可燃物负荷量，是指在特定的条件下被

烧掉的可燃物量，它比潜在可燃物负荷量少。

3可燃物负荷量测定方法

3.1直接估测法

直接估测法即通过专业技术人员通过多年实

践经验目测样地内可燃物负荷量，此法专业性较

强，即使对于可燃物分类理论基础好且实践经验

丰富的技术人员，要想做到准确直观估测可燃物

负荷量都是非常困难的，目前基本不用。

3.2

标准地机械布点法

标准地机械布点法通常选择有代表性的可燃

物类型，布设样地，记载样地树种组成

、

坡度、坡向

等因子，具体测定分为如下两个过程

[1,9,13]

：

①外业

调查：

在每块样地内对角线上机械设置几块小样

方，对每个小样方内不同种类可燃物进行采集，野

外称重；

②内业计算：

将样品带回实验室烘干，求

每个样方内不同种类可燃物的含水率，并换算成

可燃物负荷量。

标准地机械布点法通过地面调查

可获得艰难地段数据资料，可以比较准确地获得

负荷量信息，在实际的调查中得到了很好的应用，

由于是人为测量，存在费用高、耗时长而且数据获

取工作量大的问题，此法可以在样地数量较少的

研究或地面验证中使用

[8]

，不适合大范围作业以及

发生火灾后快速调查

3.3

样线截面法

样线截面法（

planarintersectiontechnique

）

-燃烧性的常用指标及其测量方法

森林可燃物可以简单地定义为林内所有活的有机物和无机物，这些物质都具有潜在的燃烧性和释放能量的能力。

郑焕能先生认为：

“树种的理化性质，包括燃点、发热量、挥发性油类、灰分、含水量等五个方面。

”因此测定燃烧性的常用指标有：

含水率、热值、燃点、灰分含量、抽提物含量。

1.抽提物

抽提物指的是可以用水（热水、冷水）、有机溶剂（醚、苯醇等）或稀酸稀碱水液抽提出来的物质的总称。

抽提物组成复杂，主要有两类化合物组成。

第一类是脂肪组分（脂肪和腊），主要存在于木质部分和树皮中。

第二类是萜类化合物，主要存在于针叶树的树脂管道中，俗称“挥发油”。

第三类是酚类。

脂肪抽提物可以采用机浸出残余法测定。

粗脂肪是一种成分很复杂的易燃物，对燃烧行为影响较大，一般认为是脂肪、游离脂肪酸、蜡酸脂、固醇、芳香油等脂溶性混合物。

粗脂肪采用索氏提取法测定。

挥发油是一种容易挥发，不需要热解，燃点低，极易燃烧，燃烧热值大的芳香油。

挥发油采用水蒸馏法提取。

石油醚抽提物一般采用鲁氏残余法测定。

苯--乙醇抽提物测定法，采用苯乙醇（2:

1）抽提6h，然后蒸馏，蒸馏残余物烘干后称重。

2.热值（发热量）

热值即单位质量可燃物在温度25℃，压力101kPa条件下完全燃烧时放出的热量。

燃烧热值的测量一般采用氧弹式热量计。

GB3500型氧弹式热量计。

在测量中，先使已知热效应在热量计中发生，然后使预测物质在同样条件下，在量热计内燃烧，测量量热体系温度的升高值，根据所测温度升高及量热体系的水当量即可求出所测可燃物的热值。

采用日本产CA-3型自动燃烧式量热计测定：

将试样粉放在高压氧气中充分燃烧，其燃烧热传给定量的内槽水，通过测量水温的上升来计算出热量。

3.燃点

可燃物在受到外界火源的直接作用而开始的持续燃烧现象称为着火。

可燃物开始着火的最低