林火3

3森林可燃物与可燃物类型森林可燃物是森林中一切可以燃烧的植物体，包括乔木、灌木、草本、地衣、苔藓、枯枝落叶以及地表以下的腐殖质和泥炭等，是森林燃烧的物质基础。

早期关于森林可燃物的研究主要是研究可燃物种类的问题，目的是为了便于认识森林中各种可燃物的火险性，以便在预防和扑救森林火灾中，对不同种类的可燃物采取相应的措施，后期森林可燃物的分类主要是从火行为的角度出发研究可燃物。

从燃烧学角度来讲，燃料按形态可分为固体、液体和气体；按取得的方法可分为天然和人造。

天然固体燃料又可分为两大类：即木质和矿物质可燃物(煤)；液体燃料可分为天然燃料(指石油及其加工产品)和人造燃料(主要是指从煤中提炼出的各种燃料油)；气体燃料主要是指煤气和天然气等。

由此，森林可燃物属天然固体燃料。

森林可燃物是森林燃烧三要素之一，可燃物燃烧除取决于火源和氧气必要条件外，还取决于可燃物本身的结构状态、理化性质和数量分布。

因而，森林可燃物是森林燃烧的物质基础，是林火行为的主体，是林火研究的基础。

因此，对森林可燃物及其燃烧性进行定量研究，是林火原理中最重要、最基础的工作，它在林火发生预报、林火行为预报、灭火指挥、营林用火、生物防火等方面都具有重大的现实意义。

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等。

3.1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。

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，常用可燃物负荷量、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。

3.1.1可燃物床层的结构可燃物床层通常是指土壤表面以上的可燃物总体。

可燃物床层中主要包括活可燃物、枯死可燃物以及土壤中的有机物质(即腐殖质、泥炭层、树根等)。

可燃物床层的结构主要表现在以下物理性质上：1、可燃物负荷量森林可燃物负荷量是估计林火行为指标（林火蔓延速度、火强度、火焰高度和能量释放等）的重要的参数，掌握可燃物负荷量的动态分布信息对于森林火险预报、林火发生预报、林火行为预报具有重要意义。

森林可燃物的负荷量，也称森林可燃物载量，是指单位面积上可燃物的绝干重量，包括所有活的、死的有机物，单位是kg/m2或t/hm2。

可燃物负荷量的计算公式由(3-1)，(3-2)所示：AMC=(W H-W D)/W D ×100%FMC=W H×(1-AMC)式中：AMC为绝对含水率(%)；W H为可燃物的湿重；W D为可燃物的干重；FMC为可燃物的负荷量。

(1)可燃物负荷量的划分可燃物负荷量的常用划分方法主要有两种(见表3-1)：表3-1 可燃物负荷量的划分划分依据划分类型可燃物各床层对森林火灾的作用树冠可燃物负荷量死地被物负荷量林下活地被物负荷量可燃物在林火中的燃烧性总可燃物负荷量从矿物土壤层以上，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。

(2)可燃物负荷量测定方法以标准地机械布点法为例，做简单介绍。

具体测定分为如下两个过程：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，不适合大范围作业以及发生火灾后快速调查。

因此，标准地机械布点法通常是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。

除此以外，还有直接估测法、样线截面法(planar intersection technique)、模型推测法、照片推测法、遥感图像法等。

2、可燃物的大小可燃物的大小(粗细)影响可燃物对外来热量的吸收。

对于单位质量的可燃物来说，可燃物越小，表面积越大，受热面积大，接受热量多，水分蒸发快，可燃物越容易燃烧。

常用表面积体积比来衡量可燃物的粗细度。

可燃物的表面积与体积比值越大，单位体积可燃物的表面积就越大，越容易燃烧。

根据可燃物的形状(如圆柱体、半圆体、扇形体、长方体等)，确定表面积与体积比的公式，可对各种可燃物的表面积与体积比值进行估测，例如：树木的枝条可以看作是圆柱体，其表面积与体积比公式经过推算，得：σ = 4/d + 2/l ≈ 4/d式中：σ为表面积体积比(cm-1)；d为圆柱体的直径(cm)；l为圆柱体的长度(cm)。

因此，根据公式(3-3)，用游标卡尺测定圆柱体的直径d，即可求出其表面积体积比σ。

再如：又送和樟子松的针叶可以看作是半圆柱体；白皮松和红松的针叶可以看作是扇形柱体。

然后在进行一定的数学推导，即可得出表面积和体积比的计算公式。

3、可燃物的紧密度可燃物床层中可燃物颗粒自然状态下堆放的紧密程度称为紧密度。

紧密度影响着可燃物床层中空气的供应，以及火焰在可燃物颗粒间的热量传递。

紧密度的计算公式如下：β =ρb/ρp式中：β为可燃物紧密度(量纲为1)；ρb为可燃物床层的容积密度(g/cm3、kg/m3)，可在实际调查中获得；ρp为可燃物的基本密度(g/cm3、kg/m3)，是指可燃物在没有空隙的条件下单位体积的绝干质量，一般为木材的基本密度。

最适紧密度是火燃烧最充分时的紧密度，可燃物紧密度大于最适紧密度。

氧气供应不足；小于最适紧密度，可燃物连续性低。

4、可燃物的连续性森林可燃物的空间分布特征和状态对林火的蔓延有着极其重要的影响，不仅影响着林火种类，也影响着森林遭受破坏的程度。

可燃物连续性又称为可燃物空间连续性，是指可燃物能够连续燃烧的程度或状态，可燃物断开或隔离，连续性为0，燃烧停止；可燃物连接，连续性增加，林火得以蔓延。

可燃物连接越紧密，连续性越大，火强度逐渐加大，林火快速蔓延。

因此，可燃物在空间上是连续的，燃烧方向上的可燃物可以接受到火焰传播的热量，使燃烧可以持续进行；可燃物在空间上是不连续的，彼此间距离较远，不能接收到燃烧传播的热量，燃烧就会局限在一定的范围内。

将可燃物连续性可划分为可燃物垂直连续性和可燃物水平连续性。

(1)可燃物垂直连续性垂直连续性是指能够使火在垂直方向上连续燃烧的可燃物分布状态。

在森林中表现为地下可燃物(腐殖质、泥炭、根系等)、地表可燃物(枯枝落叶)、中间可燃物(灌木、幼树)、上层树冠可燃物(枝叶)各层次可燃物之间的衔接，有利于使地表火转变为树冠火。

火焰长度在地表火转成树冠火的过程中起关键的作用。

火焰长度是指可燃物床层(fuelbed)上部的火焰后方到连续火焰的长度，不包括断开的火焰(飞火)。

在森林燃烧中，风速很小时，火的蔓延速度较慢，火焰是向上的，火焰长度即是火焰高度。

随着风速的加大，火蔓延速度加快，火焰长度增加，火焰倾斜，但火焰高度并没有增加，反而降低(Andrews,1989)。

即相同的可燃物形成的火焰高度在无风的条件下高于有风条件下(图3-1)。

根据2012年北京林业大学牛树奎的研究，考虑到火焰倾斜时都低于无风时的火焰高度，山地无风状况极少的情况,定义在lm高的层次上，火焰高度0.5m为不连续的临界值。

据此，可以划分火焰高度等级(表3-2)，作为划分连续性等级的基础。

图3-1 无风条件下的火焰高度高于有风条件下火焰高度(Andrews,1989)表3-2 火焰高度等级与连续性等级火焰高度范围(m) 连续性描述Ⅰ<0.5 不连续火不能向上传播Ⅱ0.5≤h<0.75低度连续火向上传播可能性很小Ⅲ0.75≤h<1中度连续火向上传播可能性很大Ⅳ≥1高度连续火向上一层传播(2)可燃物水平连续性水平连续性是指能够使火在水平方向上连续燃烧的可燃物分布状态。

在森林中表现为各层次本身的可燃物分布的衔接状态。

各层次可燃物的连续分布将使燃烧在本层次内向四周蔓延。

一般情况下，地表可燃物有很强的水平连续性，如草地，连续分布的林下植被(草本、灌木和幼树)；在森林中的树冠层因林龄、树种组成不同而具有不同的连续性，如针叶同龄纯林有很高的连续性，支持树冠火的蔓延；而针阔混交林和阔叶林的树冠层，易燃枝叶是不连续的，不支持树冠火的蔓延；树冠火在蔓延中，出现阔叶树或树间有较大的空隙，树冠火就会下落成为地表火。

(3)影响可燃物连续性的主要因素①坡度火在坡地上燃烧，由于空气热对流的作用,自然形成向坡上推进的风，使火快速蔓延。

坡度对可燃物的垂直连续性和水平连续性都有明显的影响。

随坡度增大，连续性上升的速率增加。

在针叶林中就更增加了发生树冠火的危险性。

在坡度较大的情况下，即使风速很小，树冠火灾在坡地上蔓延速度快，扑救难度极大。

②风速风速是对林火蔓延影响最大，是最不具有确定性的林火蔓延的影响因子。

这里的风速是指直接作用在火焰上的风的速度。

一般来讲，如果气象站的风速为六级(10m的风速)，由于地表的影响，地面上的风速只有其30~50%。

对可燃物垂直连续性的影响主要是林内的风速。

在森林内由于林木的阻挡，风速的降低幅度会更大，一般只有1~2级风。

大多风速在3m/s以下，最多不超过5m/s。

风速对连续性影响的增加幅度较大，风速较小的时候增加幅度较大，虽风速加大，增加幅度变缓。

风速对水平连续性的影响非常大，虽然随风速加大，影响有所放缓，但风速在5级以上时，火焰和热流呈水平传播状态，如果是连片的针叶林短时间内可形成大面积树冠火。

所以，在考虑阻隔树冠火的时候，风速是个不可忽视的重要因素。

③郁闭度林分郁闭度对林下植物的影响，间接影响可燃物的垂直连续性。

林分郁闭度的影响主要反映两个过程：一是抑制草本植物和灌木的生长，减少灌草负荷量和灌木高度，降低垂直连续性；二是促进自然整枝，是活枝条枯死在树干上和凋落在地表，增加了枯枝的负荷量，增加了垂直连续性。

针叶树郁闭度反映针叶树树冠的连接程度，与树冠火的蔓延有着极其密切的关系。

④林木枝下高枝下高的高低与垂直连续性关系密切,直接影响垂直连续性；也与水平连续性有关，改变树冠的长度和负荷量，间接影响水平连续性。