專利名稱:除冠隔離帶滅火的制作方法
一種用于撲滅森林火災的方法。
森林火災是對森林資源，也是對人類生態(tài)環(huán)境最直接、最嚴酷的威脅。
目前的滅火方式還是采用人工撲打、風力滅火、人工降雨等，特別是開挖完全隔離滅火帶完全去掉地面樹木以及雜物，以至動用推土機等機械挖壕阻擋火勢的蔓延。
艱難以至危險的施工方式，巨大的人力、機械、動力的消耗，特別是完全隔離帶，要在距離火場較遠的地方施工，要以多少未燃林木作為時間延續(xù)的代價，即此，也不一定能有效地制止火勢的發(fā)展。
本發(fā)明試圖提供一種能以極小的代價，而能有效地遏止以至迅速撲滅林火的方式。
本發(fā)明所稱的方法是在火區(qū)的邊緣，迅速去除一定寬度的林木的樹冠，使之形成一條從上部看去成一定規(guī)則的截冠林帶，用這種不完全隔離帶來阻滯火勢的發(fā)展，輔之以在相應地段撒施滅火材料及風力滅火等措施，以截斷地表火勢的蔓延。
這里稱這種除冠隔離帶為“不完全隔離帶”是相對于目前清除一切地面可燃物的“完全隔離帶”而言的，它不需砍掉隔離帶區(qū)林木的主干，甚至也不急于清除地表可燃物，而只在于迅速地掠去一條帶狀的林冠。
其經濟意義和實用價值是可以想見的接近火區(qū)作業(yè)，不須留緩沖區(qū);待火勢撲滅后，隔離帶區(qū)還會有多少只是被部分燒焦或烘烤過的木材還可加以利用;很少受地形、地物的影響，施工條件簡單;不須大規(guī)模調動人力滅火;特別是，它可以有效地防止在完全隔離帶區(qū)上方所容易形成的強力反旋氣團，撲火效果比較徹底等等，無論從時間的爭取，林木資源的保護來說，都是其它方式所難以企及的。
為了有助于對這一滅火方式的可行性的理解，需要考察和描述森林火災發(fā)展蔓延的途徑和方式，以及傳統(tǒng)滅火方法的利弊。以下我們結合附圖來說明這個問題。
1.冠觸延燃與超前推進A、孤立靜態(tài)分析有兩棵樹，相距很近而并未接觸，一棵已經起火燃燒了，會不會使另一株也起火呢，如果沒有風這個外因是不行的。不同方向的風使每個樹向不同方向擺動，僅就樹干的擺動說，立體觀察，是一個倒園錐形，從橫斷面看，是一個扇形;從整個樹形看，重重大大的冠部擺動幅度大，向下則依次減小，整樹成蘑菇狀擺動。兩株在風中作蘑菇狀擺動的樹在冠部發(fā)生碰撞、交叉，已經起火的樹從冠部引燃了另一棵樹，我們把這種火的傳遞方法叫“冠觸延燃”。
火災的起因大約是因地表易燃物著火開始的為多吧，但林木起火最易燃燒的部位卻是樹冠，這無非是因為冠部枝葉多，細密的枝葉易燃也容易擴延，要點燃樹桿樹根遠沒有點燃樹冠枝葉來得容易。冠觸延燃應是森林起火中最普遍也最應引起注意的傳播方式。
B、整體動態(tài)分析大野里孤零零的兩棵樹，倘冠觸延燃后，樹冠即使全燒光了，樹桿也很難燒著，尤其是高大樹木是如此，原因很簡單，曠野里流動的風促進了樹冠的燃燒，卻也帶散了上部燃燒所烘烤熱了的空氣，這就使樹桿很難達到它自燃所必須的基本條件合適的燃點溫度。
不是兩株，而是數株、數排、一片樹林，那情形就不同了。
如圖1所示，在一片已起火的樹林里，空氣受熱膨脹，熱氣流從底部向上方和四周擴散，(熱氣流在圖中用虛線表示，箭頭表示流向)冠觸延燃使樹枝上方空氣溫度迅速提高而膨脹，熱氣流不斷地向前方和上、下方向擠壓。帶著火星的火焰的碎枝碎葉從正面或上面飄向前方下方，引燃新的樹枝樹葉，這種冠觸延燃以大規(guī)模的氣勢推進。
地面上表火串燃了灌木、雜草和其它有機漚積物，它有明火，也有暗火，有時也很難撲滅，它的危害主要在于“挑起火端”和“潛伏余火”，由于表火串燃受各種環(huán)境因素影響較大，如樹木的屏蔽，地表可燃物的多少等等，它一般火勢并不很猛，也不如冠觸延燃擴展速度快。
從圖1可以看出，初燃林的中部(樹桿部位)，是火焰的暫時空白區(qū)，隨著火勢的發(fā)展，上下部熱氣流在向中部強烈的炙烤和擠壓，未燃林中的冷氣流(在圖中用實線標出，箭頭指示流向)又及時地補足了充分的氧氣，在這種高溫高壓的作用下，樹木主干部位水分迅速蒸發(fā)，樹表溫度急劇上升，在達到和超過木材燃點的時候，樹干被引燃和自燃了，這個燃燒階段我們稱為高溫壓燃階段，它燒的是樹木的主干部位，它才是火災中帶根本性的毀滅性的燃燒階段。
可以看出，火災蔓延是按空間高度不等速向前延伸的，我們把火災發(fā)展的三個階段，按樹木的部位劃分，則應是上、下、中三個層次，在這三個層次上進行著三種不同方式的燃燒。其中以上部的發(fā)展最快稱為冠觸延燃超前推進，游曳不定的是下部的表火串延，滯后移動的是中部的高溫壓燃。
表火串燃受地面環(huán)境因素影響極大，且人力和滅火機械易接近，因此它是比較容易控制的，中部主干位置的高溫壓燃景狀雖然可怖，但它必須是在冠觸延燃所造成的高溫高壓氣團覆罩條件下產生，一但上部燃燒得到控制，或濃密的樹冠覆罩打開，使下部熱空氣迅速向上方發(fā)散，則無從形成中部高溫壓燃所必須的燃點條件。
縱觀燃燒的全過程，得出的結論只能是火災蔓延的關鍵環(huán)節(jié)是冠觸延燃超前推進，在撲火的過程中，一旦這個環(huán)節(jié)被徹底切斷，也就可以認為火災已從根本上得到控制。這也就提示我們撲滅森林火災，要害的一步，是切斷火災冠觸延燃超前推進的道路，是去除已燃區(qū)邊緣地帶的樹冠。
而我們目前在撲滅過程中所作的努力，主要則在于對付“表火串燃”;隔靴搔癢，事倍功微。
只有開挖完全隔離滅火帶才涉及到了切斷冠觸延燃的通路問題，它也僅僅是涉及而已。
2.完全隔離帶滅火利弊之分析在目前的滅火過程中，被認為最徹底的措施，便是組織開挖完全隔離滅火帶，這里所謂完全，主要是指將隔離帶中的樹木從基部起完全砍掉，也包括清除地表可燃物，以至用推土機械推出深槽等。
開挖完全隔離帶，是極艱難的事情，機械、人力、必須迅速集結緊密配合，而在林區(qū)，恰恰就是機械施工困難，人力缺乏，這也是小的林火就容易貽誤成災的原因。
也可以用人工引燃的方法燒開一條隔離帶，但這容易形成新的火源，不到萬不得已的時候，是不能采用的。
由于拓開速度慢，故得留出很寬的一段未燃林帶作為緩沖，再開挖一條代價昂貴的隔離帶。
必須強調指出的，這樣的隔離帶也還必須開的很寬很寬，否則是無法切斷冠觸延燃超前推進這條途徑的。
對照圖2，我們在火災發(fā)生地區(qū)從宏觀上分為3區(qū)6段L1區(qū)(燃區(qū))包括Ⅰ段(易燃段)、Ⅱ段(在燃段)，L2區(qū)(危區(qū))包括Ⅲ段(近危段)、Ⅳ段(緩沖段)，L3區(qū)(安全區(qū))包括Ⅴ段(隔離段)、Ⅵ段(保護段)。
圖2表示完全隔離段在Ⅴ段完成后，蔓延的火勢已越過Ⅲ段燒到Ⅳ段而上部火勢已飛臨Ⅴ段上空的情勢。
可以看出，從Ⅲ段燒來的火焰和熱氣團邊燒邊向Ⅳ段上方爬升，到了Ⅳ-Ⅴ段的分界區(qū)，熱氣流向Ⅴ段上空膨脹發(fā)展，由Ⅵ段上空吹來的冷空氣流由于比重大而沿Ⅴ-Ⅵ段邊緣下降，這股冷氣流與Ⅵ段林子里下部來的低層冷氣流匯合，補充了Ⅲ-Ⅳ段熱氣流上升所形成的下部低壓區(qū)，這股冷氣流接觸到Ⅲ-Ⅳ段上升的熱氣流，由于中間有較明顯的林障隔開，中間有著明確的界限，冷熱氣流不及匯合，冷氣流被熱氣流所烘烤，體積膨脹而比重變小，隨之沿著界面抬升，貼在飛越Ⅴ段上空的熱氣流的底部，在Ⅳ-Ⅴ段結合部上方，特別是Ⅴ段上方形成一個反旋氣團，這個反旋氣團象一個強力氣墊，托載著熱氣流和由它攜帶的從Ⅲ-Ⅳ段飄來的火燼和燃燒著的枝葉等飄浮物超越Ⅴ段而后灑落在Ⅵ段的樹上，又重復了一輪冠觸延燃的過程。
這就是完全隔離帶為什么一定要搞的很寬很寬的根本原因太窄無法切斷冠觸延燃的火災蔓延途徑。只有隔離帶寬了，飛越Ⅴ段上空的帶有燃燒物的飄浮物才會在反旋氣團承載不穩(wěn)時在Ⅴ段提前落下，而不至于引燃Ⅵ段。
綜上所述，開辟完全隔離滅火帶并不是消除火患的很好的辦法，至少在火災初起和地形復雜、林木高大的林區(qū)不是一個首選的辦法。
3.除冠隔離帶滅火A、除冠隔離滅火帶的總體構想除冠隔離滅火帶可以認為是一個不完全隔離滅火帶，所謂“不完全”，是指它不是全部砍掉隔離區(qū)的樹木，而只是掠去這些樹木的全部樹冠或樹冠的部分枝葉，(即有時連樹的主梢也不去掉)，除過某些特殊地域或特殊情況，一般甚至不急于消除地面可燃物，而只須采用一般手段控制住表火串燃即可。
參照圖3，除冠隔離滅火帶是在Ⅳ段以至Ⅲ-Ⅳ段作業(yè)的，不須留緩沖區(qū)是由于僅僅截冠比開通完全隔離帶快得多，容易施工，且可近火作業(yè)，自然，也就向前推進了一個段次，這樣，保護段也就向前推進到Ⅴ段以至Ⅳ段的部分區(qū)域。
在除冠隔離帶中，隔離帶區(qū)和燃燒區(qū)在下部沒有明確的垂直的分界線(如完全隔離帶那種林區(qū)與空白區(qū)的垂直分界線)因此，Ⅳ段，(即現在的除冠隔離帶區(qū))下部林間的風進入Ⅲ段下部，由Ⅳ段上方來的冷空氣將沿著水平或下斜的坡勢向Ⅲ段熱氣流的下方撲去，由于截冠后樹的主桿尚存在，使冷熱氣流將有更多的融匯的機會，又由于除冠隔離帶區(qū)與相鄰的帶區(qū)在下部結構沒有區(qū)別，因此，在Ⅲ-Ⅴ段下部，氣流呈大面積紊亂流動狀態(tài)?；旌虾筝^熱的紊流于Ⅲ-Ⅳ段大面積抬升，那么，除冠隔離帶區(qū)(Ⅳ段)的上升熱氣流的平均密度就相對變小，較之完全隔離帶區(qū)那種強烈的整齊上升氣流的平均密度要小得多，因而，也不會在除冠隔離帶區(qū)上部形成較大的反旋氣團。同時，由于Ⅲ段上方的熱氣流是以冠觸延燃超前推進的模式向前發(fā)展，到了Ⅳ段上部，枝桿疏朗，無可續(xù)燃，熱氣流則向上抬起，這股熱氣流與Ⅳ段上方來的冷氣流交鋒后在Ⅲ-Ⅳ段樹障部位形成很小的反旋氣團，這個反旋氣團反倒促進了熱氣流中的攜帶物(燃燒物及其余燼等)的提前降落，由于除冠隔離帶樹桿的阻滯，只要這個隔離帶能具有一定寬度，整個熱氣流中的全部攜帶物都將在Ⅳ段(除冠隔離帶區(qū))落下，而爬升的熱氣流即使進入Ⅴ-Ⅵ段(安全區(qū))上部也不會成災的，因為它不帶明火，無法引燃安全區(qū)樹冠枝葉了。
從上分析我們可以看出，除冠隔離滅火帶與完全隔離滅火帶有本質的不同，這個區(qū)別就在于它沒有完全隔離帶那種明確的上下垂直分界線，從安全區(qū)來的冷氣流在下部與熱氣流混合成紊流，而不會形成強烈的上下對流的氣流和強大的反旋氣團，無法托載熱氣流中的攜帶物越過除冠隔離帶區(qū)，從而從根本上阻斷了冠觸延燃的火災發(fā)展途徑。
除冠隔離滅火帶區(qū)的林木上部截留高度是不等的，形式也不同，這是考慮到林區(qū)上空風向、風速、風力等諸種因素。
林區(qū)上空的自然風，與熱氣流擴展的方向相反(逆風)這樣的風向有利于滅火，要充分加以利用，隔離帶林木上部曲線呈流線型，這有利于上部冷氣流順著這個坡勢從任意一點以切線方向向前拋出，以遏制熱氣流的推進;有時自然風是與熱氣流擴展方向相同(順風)風助火勢使本來就猖獗的火勢更加肆虐，只有把隔離帶林木主梢上部曲線截成階梯形，才會起到層層阻滯、節(jié)節(jié)篩濾、降低火勢的作用;僅僅截除樹桿的旁逸枝條，而保持樹木主梢高低參差不齊的自然狀態(tài)，當是在大多數場合都可使用的除冠隔離帶上部曲線的基本形式。
B、除冠隔離滅火帶的實施途徑除冠隔離滅火帶不但用于已然撲救也用于未然防護。這是一個綜合性工程，實施的難度自然是大的，倘其還有潛在的價值，則應考慮以多種方法結合進行，如人工有控制的引燃、化學的(播撒落葉劑等)、生物的(在間隔林帶培植側枝不發(fā)達的優(yōu)良樹種)等等，而作為最直接和主要的方式，則只有依靠專門的截冠機械聯合作業(yè)，惟此，本發(fā)明才有實際的意義。
權利要求
1.一種撲滅森林火災的方法，在近火區(qū)迅速開辟一條隔離帶區(qū)以阻滯火勢的冠觸延燃的途徑，其特征是隔離帶區(qū)除去全部樹冠旁出枝條。
2.權項1所述的隔離帶，其特征是隔離帶上部可通過掠頂使呈規(guī)則的階梯形或流線形，也可不掠頂以保留原主梢高度的自然狀態(tài)，其形狀的選擇取決于風向。
3.權項1所述的隔離帶，其特征是隔離帶的寬度與火勢的大小、順風風速的大小成正比。
4.權項1所述的隔離帶，其特征是除冠應以專用機械施工與其它多種方式結合進行。
5.權項1所述的隔離帶，其特征是應有地面滅火措施的配合，以消除表火串燃的威脅。
專利摘要
一種用于撲滅森林火災的方法。冠觸延燃超前推進是火災擴展的主導步驟，本發(fā)明提出的在近火區(qū)開辟除冠隔離滅火帶的方案，則在冠觸延燃這個關鍵的環(huán)節(jié)上切斷了林火蔓延的主要途徑。除冠隔離帶可以采用機械作業(yè)或人工有控制地引燃等多種方式施工，根據風力、風速、風向等諸種因素以決定隔離帶的寬度與上部切面的形狀。該方法較之現有的各種滅火方法迅捷、林木損失小，特別適用于消除人力集結和地面施工困難地區(qū)的森林火災。
文檔編號A62C3/00GK87106363SQ87106363
公開日1988年5月25日 申請日期1987年9月1日
發(fā)明者李永興 申請人:李永興導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan