柞木燃燒蔓延規(guī)律及釋煙特性研究

魏建珩，高仲亮*，馬澤南，王京魯，王何晨陽(yáng)，李 智，龍騰騰，王秋華，舒立福

（1.西南林業(yè)大學(xué) 土木工程學(xué)院，云南 昆明 650224；2.中國(guó)林科院 森林生態(tài)環(huán)境與保護(hù)研究所，北京 100091）

【研究意義】灌木是森林重要的組成部分，大部分灌木林是森林遭到破壞后快速生長(zhǎng)形成，具有耐干旱、需水量小，復(fù)壯更新快、自然修復(fù)能力強(qiáng)等特點(diǎn)，是構(gòu)成原生演替或次生演替的主要植被類型[1-2]。灌木林可為林內(nèi)物種生存提供生態(tài)條件，保障生物多樣性，在森林生態(tài)系統(tǒng)中具有重要地位與作用。根據(jù)聯(lián)合國(guó)糧食及農(nóng)業(yè)組織（food and agriculture organization of the United Nations，F(xiàn)AO）定義：灌木為多年生木本植被，成年樹高約1～5 m，沒有單一主干與明顯樹冠，分枝生長(zhǎng)多貼近地表。藤本植物易攀附其生長(zhǎng)，使林內(nèi)可燃物在垂直、水平方向分布連續(xù)且緊密。森林防火期降水量較少，地被物含水率降低、燃燒性增強(qiáng)。云南省森林火災(zāi)的火場(chǎng)植被多為針闊混交林，2014 年昆明市安寧“5·21”森林火災(zāi)的火場(chǎng)植被主要是地盤松、雜灌，2020 年昆明市祿勸縣翠華鎮(zhèn)“3·30”森林火災(zāi)的火場(chǎng)植被以云南松、灌木林為主。眾多學(xué)者通過火行為模擬研究發(fā)現(xiàn)林內(nèi)灌木層或林灌交錯(cuò)區(qū)的火強(qiáng)度、火險(xiǎn)等級(jí)偏高[3-5]?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】目前，國(guó)外對(duì)灌木林燃燒特性研究主要聚焦于實(shí)驗(yàn)與模型模擬燃燒相結(jié)合，Weise 等[6]對(duì)比灌木可燃物燃燒實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與7類火行為預(yù)測(cè)模型結(jié)果，提出物理模型比經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ透m用于灌木可燃物蔓延模擬。Keeley 等[7]利用FARSITE 模擬多種自定義地中海灌木可燃物模型燃燒，并輸入該區(qū)域氣候數(shù)據(jù)，通過與歷史火災(zāi)數(shù)據(jù)對(duì)比選擇最優(yōu)模型。FréDéRic 等[8]對(duì)比室內(nèi)與WFDS（WUI fire dynamics simulator）模擬的干旱條件下薔薇灌木的燃燒數(shù)據(jù)，表明WFDS 模擬燃燒結(jié)果中熱釋放速率與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合程度較高。國(guó)內(nèi)大多學(xué)者采用室內(nèi)火燒實(shí)驗(yàn)研究灌木燃燒特性，李世友等[9]選擇南燭開展燃燒實(shí)驗(yàn)，認(rèn)為在其落葉期的燃燒性最強(qiáng)。王秋華等[10]利用燃燒實(shí)驗(yàn)床模擬火燒跡地內(nèi)光葉石櫟火行為，表明過火區(qū)死可燃物燃燒的單位面積熱量遠(yuǎn)超過未過火區(qū)，達(dá)到98 512.51 kJ/m2。室內(nèi)燃燒實(shí)驗(yàn)對(duì)可燃物燃燒性研究具有一定意義，并在林木燃燒特性研究取得了一定成果，但可燃物在采集、運(yùn)輸、鋪設(shè)等過程中對(duì)可燃物床層結(jié)構(gòu)的破壞、對(duì)其理化性質(zhì)的改變，以及室內(nèi)與野外實(shí)際條件的差異，都將造成火行為實(shí)驗(yàn)結(jié)果與實(shí)際的誤差。我國(guó)學(xué)者利用火災(zāi)模擬軟件研究灌木林火的研究較少，賀薇[11]通過加拿大林火預(yù)測(cè)系統(tǒng)（FBP）分析黑茶山自然保護(hù)區(qū)森林可燃物火行為，其燃燒速率達(dá)19 m/min，火頭強(qiáng)度最高為3 428 kW/m。fire dynamic simulation（FDS）廣泛應(yīng)用于建筑火災(zāi)模擬，模型結(jié)果可為實(shí)際防火工作及人員逃生路線設(shè)計(jì)提供策略[12-14]。目前，利用FDS 模擬森林、草原火災(zāi)的研究逐漸增加，SUN 等[15]以可燃物燃燒試驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)比較FDS 與Clark coupled atmosphere Fire model 火行為模擬效果，得出FDS 模擬火羽流平均溫度結(jié)果較好。國(guó)內(nèi)學(xué)者李世友[16]通過FDS模擬的滇中地區(qū)華山松林、云南松林細(xì)小可燃物層的初始蔓延速率與燃燒實(shí)驗(yàn)測(cè)定數(shù)值相近。辛喆等[17]利用FDS研究在不同環(huán)境條件下草原火災(zāi)的蔓延規(guī)律，在以風(fēng)速為變量時(shí)，模擬蔓延與野外試驗(yàn)結(jié)果誤差基本在5%以內(nèi)。FDS 對(duì)林火燃燒特征模擬效果較好，但用于灌木林火蔓延規(guī)律及煙氣特性研究較少。

【本研究切入點(diǎn)】柞木（Xylosma racemosum），大風(fēng)子科柞木屬常綠大灌木或小喬木，西南丘陵地區(qū)多表征為高大灌木。云南省部分森林在遭到破壞后常形成以柞木為主的次生灌木林，林內(nèi)樹勢(shì)較差，病蟲害多發(fā)，易形成大面積死亡，造成林內(nèi)枯枝堆積[18]，為林火發(fā)生提供可燃物條件。【擬解決的關(guān)鍵問題】選擇森林火災(zāi)高發(fā)區(qū)云南省為研究區(qū)域，基于FDS軟件PyroSIM 圖形界面，依據(jù)柞木生長(zhǎng)特征、云南省山地地形建立柞木模型，模擬不同起火點(diǎn)、風(fēng)速下的柞木林燃燒狀況，分析其蔓延規(guī)律及釋煙特性。該研究結(jié)果對(duì)提高森林火災(zāi)撲救效率、降低火災(zāi)損失、保護(hù)森林資源有重要意義。

1 柞木模型建立

1.1 FDS軟件簡(jiǎn)介

FDS 是專為火災(zāi)模擬開發(fā)的以火災(zāi)中煙氣運(yùn)動(dòng)為主要模擬對(duì)象的計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)軟件，采用場(chǎng)模型作為火災(zāi)數(shù)值模擬的計(jì)算模型。場(chǎng)模型首先將燃燒模型劃分為若干單元，利用質(zhì)量守恒、動(dòng)量守恒、能量守恒定律及化學(xué)反應(yīng)定律建立煙氣流動(dòng)的N-S方程，再通過對(duì)模型空間與模擬時(shí)間進(jìn)行離散，最后求解火災(zāi)在各單元格、各時(shí)間點(diǎn)內(nèi)的火行為參數(shù)，包括火災(zāi)中溫度變化，CO2、CO 濃度，煙氣流速，煙氣熱輻射量[19-22]。

1.2 柞木模型

森林火災(zāi)一般在大范圍內(nèi)發(fā)生，火場(chǎng)狀況難以完全模擬，應(yīng)選取局部的地形、植被數(shù)據(jù)，建立微觀森林模型研究火場(chǎng)燃燒狀況。選擇云南省柞木為模型參考對(duì)象，模型尺寸長(zhǎng)20 m、寬6 m。由山體、柞木兩部分構(gòu)成，山體自左向右設(shè)置45°、35°、0°、25°、15°共5種坡度，柞木模型按x軸每列布置3棵，y軸每行布置7棵，共21棵柞木模型。微觀山體柞木模型如圖1所示，柞木植被模型設(shè)置參數(shù)如表1所示。

表1 柞木模型參數(shù)Tab.1 Parameters of the Xylosma racemosum model m

1.3 模擬參數(shù)設(shè)置

場(chǎng)模擬中，模型區(qū)域網(wǎng)格劃分越精細(xì)，煙氣、溫度數(shù)據(jù)計(jì)算越準(zhǔn)確，計(jì)算時(shí)間相應(yīng)延長(zhǎng)[23-24]，考慮計(jì)算機(jī)的實(shí)際運(yùn)行狀況，設(shè)置0.25×0.25×0.25（m）的三維網(wǎng)格。熱釋放速率（heat release rate，HRR）指單位時(shí)間內(nèi)物體燃燒所釋放的熱量，因其單位與功率單位同為W，在火災(zāi)場(chǎng)景設(shè)計(jì)中又稱火源功率，常以kW、MW表示。FDS軟件中設(shè)定可燃物燃燒熱釋放速率為固定值的稱為恒定熱釋放速率，隨時(shí)間發(fā)生改變的為變化熱釋放速率。林火實(shí)際的火源功率釋放隨時(shí)間變化，選擇變化熱釋放速率為柞木燃燒的火源設(shè)置方法，其中t2火源模型應(yīng)用最為廣泛，熱釋速率隨時(shí)間變化呈平方增長(zhǎng)，選擇t2火源作為熱釋放速率計(jì)算規(guī)則。模型設(shè)置2處火源，分別位于坡度15°、0°右側(cè)（記作火源1、火源2，具體位置如圖1所示）。灌木林火強(qiáng)度較大，基本為中強(qiáng)度火，設(shè)置長(zhǎng)0.9 m、寬6 m 的中強(qiáng)度帶狀火源，熱釋放功率為5.4 MW。模擬時(shí)忽略地表凋落物、土壤對(duì)燃燒的影響。柞木具體熱物性參數(shù)有燃燒熱、參考溫度、密實(shí)度、反應(yīng)熱、熱傳導(dǎo)率、比熱容[18，25-26]，見表2。

圖1 微觀山體柞木模型Fig.1 The microscopic mountain model of Xylosma racemosum

表2 模擬參數(shù)設(shè)置Tab.2 Parameter settings of simulation

1.4 模型工況設(shè)置

模型燃燒環(huán)境依據(jù)森林火災(zāi)發(fā)生的自然狀態(tài)設(shè)置為開放情形。根據(jù)云南省防火期平均風(fēng)速選擇1.5，2.5，3.5，0 m/s風(fēng)速為對(duì)比，研究不同風(fēng)速對(duì)柞木林火蔓延的影響，風(fēng)向?yàn)槟Ｐ蛓軸方向自右向左?；馂?zāi)燃燒模擬時(shí)間設(shè)置為300 s。2種火源與4類風(fēng)速構(gòu)成8個(gè)工況，工況信息如表3所示。

表3 工況信息Tab.3 Condition information

1.5 溫度與煙氣監(jiān)測(cè)

FDS 中切片平面與測(cè)點(diǎn)模塊對(duì)火災(zāi)溫度變化與煙氣數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，在模型燃燒時(shí)間達(dá)到后運(yùn)用Somkeveiew 功能顯示結(jié)果并生成相應(yīng)的溫度云圖、數(shù)值變化曲線。模型切片平面布設(shè)位置為x=3，測(cè)點(diǎn)在5種坡度范圍各布設(shè)6個(gè)，共30個(gè)。切片平面與測(cè)點(diǎn)布設(shè)位置如圖2所示（圖2暫去第2列柞木模型以展示測(cè)點(diǎn)布設(shè)位置）。

圖2 測(cè)點(diǎn)與切片布設(shè)位置Fig.2 Monitoring of points and slices setting

2 結(jié)果分析

溫度云圖能直觀反映火場(chǎng)蔓延狀況，測(cè)點(diǎn)測(cè)定的溫度、煙氣熱輻射、煙氣濃度表示柞木燃燒變化現(xiàn)象，同一坡度測(cè)點(diǎn)所測(cè)燃燒數(shù)值取平均值。

2.1 燃燒蔓延規(guī)律

溫度變化是火災(zāi)蔓延的直接表現(xiàn)。模型中溫度切片監(jiān)測(cè)火場(chǎng)火勢(shì)蔓延狀況，溫度測(cè)點(diǎn)記錄燃燒溫度數(shù)值變化。

2.1.1 柞木燃燒蔓延模擬 圖3、4分別表示火源1、火源2為起火點(diǎn)時(shí)不同風(fēng)速條件下的燃燒蔓延變化，多數(shù)工況在燃燒150 s 后的溫度云圖變化較小，因此選取25 s、50 s、75 s、150 s 共4 個(gè)時(shí)間點(diǎn)的溫度云圖分析燃燒蔓延狀況。

圖3 火源1條件下模型燃燒狀況Fig.3 Model combustion status under the fire origin 1

火源1 為起火點(diǎn)時(shí)，在燃燒初始階段25 s 內(nèi)，3.5 m/s 風(fēng)速下柞木林火蔓延區(qū)域主要在坡度15°區(qū)間，火焰中心溫度約800 ℃，均小于其它風(fēng)速條件，表明在模擬燃燒初始階段，燃燒程度不完全與風(fēng)速呈正比。隨著燃燒時(shí)間推移，風(fēng)速增加燃燒區(qū)域擴(kuò)大，燃燒程度與風(fēng)速呈正相關(guān)。150 s時(shí)，火勢(shì)蔓延至所有坡度，柞木模型完全燃燒。

火源2條件下，燃燒至25 s時(shí)，火勢(shì)集中在坡度0°區(qū)域內(nèi)，50 s時(shí)，0，1.5，2.5 m/s風(fēng)速下主要燃燒區(qū)域依舊集中在0°區(qū)域，75 s時(shí)，火勢(shì)蔓延至35°區(qū)域，但火場(chǎng)中心溫度最高處仍在0°內(nèi)。表明在75 s內(nèi)，坡度0°區(qū)域內(nèi)燃燒最為劇烈，主要由于該坡度部分設(shè)置為火源，且在坡度交界處風(fēng)速因地形變化而減小，燃燒蔓延速度降低，火勢(shì)集中在該區(qū)域，燃燒較為充分。

圖4 火源2條件下模型燃燒狀況Tab.4 Model combustion status under the fire origin 2

2.1.2 溫度變化趨勢(shì) 不同風(fēng)速下各坡度溫度變化如圖5 所示。火源1 條件下，坡度25°范圍內(nèi)柞木林模擬燃燒時(shí)溫度最低，約1 500 ℃，其余坡度為2 000 ℃左右，且在100 s 后各坡度溫度變化較小，表明模型在100 s 左右燃燒趨于穩(wěn)定。100 s 前，風(fēng)速≤2.5 m/s，坡度15°與25°、35°與45°范圍燃燒幾乎同時(shí)達(dá)到反應(yīng)溫度300 ℃，時(shí)間差基本為0 s，而0°與25°、35°區(qū)域達(dá)到所設(shè)置的反應(yīng)溫度時(shí)間差約為20 s，說明坡度0°與相鄰坡度間燃燒蔓延較慢。

圖5 不同風(fēng)速下各坡度溫度變化情況Fig.5 Temperature change of various slopes under different wind speed

火源2 條件下，坡度0°、35°、45°范圍內(nèi)火場(chǎng)溫度在1 500～2 000 ℃，坡度15°、25°區(qū)域內(nèi)溫度隨風(fēng)速上升而降低，風(fēng)速達(dá)到3.5 m/s 時(shí)溫度接近20 ℃，主要由于該火源位于山體中部，蔓延至15°、25°區(qū)域?yàn)橄律交穑L(fēng)速越大蔓延速率越小，溫度值越低。風(fēng)速≤1.5 m/s時(shí)，35°與45°范圍內(nèi)溫度升至300 ℃的時(shí)間差略低于0°與35°，并隨著風(fēng)速上升，時(shí)間差縮短。在火源1、2 條件下，風(fēng)速≤2.5 m/s 時(shí)的初始燃燒階段0°區(qū)域外的坡度升溫速度更快。

2.2 釋煙特征

森林燃燒釋放巨大能量，產(chǎn)生水蒸氣、CO2、CO 等大量煙霧，影響林內(nèi)能見度，含碳?xì)怏w排放將加劇溫室效應(yīng)[28]。利用測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)的CO、CO2濃度，煙氣流速，煙氣熱輻射值，分析柞木林火在不同風(fēng)速下的釋煙特性。

2.2.1 CO 濃度 不同風(fēng)速下各坡度CO 濃度如圖6 所示?；鹪? 條件下，坡度45°區(qū)域內(nèi)CO 濃度最高，約26 g/m3，15°區(qū)域最低，約為15 g/m3。在100 s 左右各坡度數(shù)值波動(dòng)變化較為穩(wěn)定，且隨著風(fēng)速升高，各坡度濃度值差距增大。坡度15°區(qū)域燃燒時(shí)CO 氣體最先產(chǎn)生，在燃燒初期濃度值上升速率快，50 s 左右達(dá)到峰值后快速降至17 g/m3左右，然后保持穩(wěn)定狀態(tài)，主要由于該坡度區(qū)域靠近火源1，且為順風(fēng)方向，燃燒較為迅速，使得CO 氣體初始釋放速率較快，并快速達(dá)到峰值，后在風(fēng)速作用下濃度降低。

圖6 不同風(fēng)速下各坡度CO濃度值Fig.6 CO concentration value of various slopes under different wind speeds

火源2條件下，坡度45°區(qū)域內(nèi)CO濃度遠(yuǎn)高于其它坡度，約為24 g/m3，15°、25°區(qū)域內(nèi)CO濃度隨風(fēng)速提高下降至0 g/m3，主要受下山火影響，燃燒緩慢，煙氣釋放較少。坡度35°區(qū)域內(nèi)CO濃度值上升速率較快，75 s左右達(dá)到峰值后快速下降。燃燒100 s左右多數(shù)坡度CO濃度波動(dòng)變化趨于穩(wěn)定。

2.2.2 CO2濃度 不同風(fēng)速下各坡度CO2濃度如圖7 所示。火源1 條件下，坡度35°區(qū)域內(nèi)CO2濃度值最高，約為170 g/m3，15°區(qū)域內(nèi)最低，約為120 g/m3，該區(qū)域CO2變化呈現(xiàn)快速上升后下降趨勢(shì)，峰值出現(xiàn)時(shí)間為50 s左右，與CO濃度值變化相似。

圖7 不同風(fēng)速下各坡度CO2濃度值Fig.7 CO2 concentration value of various slopes under different wind speeds

火源2 條件下，坡度0°、35°區(qū)域內(nèi)CO2濃度值相近并高于其它坡度，約為160 g/m3，15°、25°柞木模型燃燒受下山火影響，CO2濃度值較低，在3.5 m/s 風(fēng)速下趨近0 g/m3。2 種火源條件下，100 s 左右CO2釋放趨于穩(wěn)定。

2.2.3 煙氣流速 不同風(fēng)速下煙氣流速如圖8所示?；鹪?條件下，坡度45°區(qū)域煙氣流速值最低，約為4～5 m/s，主要由于該坡度與風(fēng)向夾角較大，對(duì)風(fēng)速削弱作用強(qiáng)，導(dǎo)致煙氣流速值最小。0°、15°區(qū)域內(nèi)煙氣流速最高，約為15 m/s，主要由于緩坡地形與風(fēng)向幾乎平行，對(duì)風(fēng)速削弱作用低。

圖8 不同風(fēng)速下各坡度煙氣流速變化Fig.8 Velocity changes of various slopes under different wind speeds

火源2 條件下，坡度0°區(qū)域內(nèi)煙氣流速值最高，約為15 m/s，主要因?yàn)樵摰匦闻c風(fēng)向完全平行，風(fēng)速幾乎沒有被削弱。坡度15°、25°區(qū)域內(nèi)煙氣流速受下山火影響，煙氣產(chǎn)生較少，流速低，接近0 m/s。

2.2.4 煙氣熱輻射 煙氣輻射是火焰輻射的重要組成部分，煙氣輻射值越大表明火焰強(qiáng)度越高[27]。不同風(fēng)速下煙氣熱輻射量變化如圖9所示。火源1 條件下，煙氣熱輻射量初始變化較為緩慢，基本在150 s達(dá)到穩(wěn)定。坡度0°區(qū)域內(nèi)煙氣熱輻射量最大，約為1 700 kW/m2。

圖9 不同風(fēng)速下各坡度熱輻射量變化Fig.9 Radiative heat flux gas of various slopes under different wind speeds

火源2條件下，煙氣熱輻射量最大區(qū)域位于坡度0°，約為1 500 kW/m2，坡度15°、25°區(qū)域內(nèi)熱輻射量最小，在2.5 m/s風(fēng)速下接近0 kW/m2，與火源1相同，煙氣輻射量初始上升速率較低。

3 結(jié)論與討論

灌木林作為森林系統(tǒng)中重要組成部分，在火災(zāi)發(fā)生時(shí)對(duì)森林生態(tài)平衡造成重大影響。選擇柞木作為研究對(duì)象，利用FDS 建立微觀柞木叢模型，模擬2 種火源、4 種風(fēng)速的柞木燃燒，研究火勢(shì)蔓延狀況與釋煙特征，結(jié)論如下：

（1）模擬燃燒100 s左右的溫度變化波動(dòng)較小，柞木模型燃燒趨于穩(wěn)定。在燃燒初始階段，風(fēng)速≤2.5 m/s時(shí)，15°與25°、35°與45°坡度間達(dá)到所設(shè)置反應(yīng)溫度的時(shí)間差異較小，柞木林火在以上坡度范圍內(nèi)的蔓延速度更快。坡度0°區(qū)域內(nèi)柞木燃燒更為充分，燃燒溫度高達(dá)2 000 ℃。風(fēng)速達(dá)到3.5 m/s 時(shí)，下山火蔓延較為困難，發(fā)生概率較小。火源1為起火點(diǎn)時(shí)，25 s內(nèi)，3.5 m/s風(fēng)速下柞木林火蔓延主要范圍是坡度15°，表明在模擬柞木林燃燒的初始階段，燃燒溫度、蔓延區(qū)域與風(fēng)速相關(guān)性不強(qiáng)。

（2）柞木模型燃燒100 s 左右各坡度區(qū)域內(nèi)CO、CO2釋放量趨于穩(wěn)定，坡度45°區(qū)域內(nèi)CO 濃度最高，約26 g/m3，35°區(qū)域內(nèi)CO2濃度較高，在180 g/m3左右。15°、35°區(qū)域內(nèi)CO、CO2濃度變化呈快速上升后下降趨勢(shì)，主要由于15°、35°距火源較近且為順風(fēng)方向，燃燒較為迅速，使得CO、CO2氣體初始釋放速率快，濃度快速達(dá)到峰值，后在風(fēng)速作用下濃度下降?；鹪? 為起火點(diǎn)時(shí)，柞木火蔓延至15°、25°區(qū)域?yàn)橄律交?，CO、CO2濃度值低，3.5 m/s風(fēng)速時(shí)趨近0 g/m3。

（3）火源1 條件下，坡度45°區(qū)域內(nèi)煙氣流速值最低，為4～5 m/s，火源2 條件下，0°區(qū)域內(nèi)煙氣流速值最高，約為15 m/s。主要原因是煙氣流速與坡度呈負(fù)相關(guān)，坡度越大，與風(fēng)向之間的夾角越大，對(duì)風(fēng)速的削弱作用越強(qiáng)，風(fēng)速降低使煙氣流速減小，反之亦然。

（4）煙氣熱輻射量最大值分布在林內(nèi)平地，燃燒穩(wěn)定后的熱輻射量為1 500～1 700 kW/m2，不隨風(fēng)速增加而發(fā)生改變。

林火仿真模擬是森林火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)的有力工具，利用FDS 模擬森林燃燒可依據(jù)野外自然環(huán)境狀況進(jìn)行數(shù)字化參數(shù)輸入，模擬過程受環(huán)境因素限制較小，且可以調(diào)整各參數(shù)及其組合模擬更多火災(zāi)場(chǎng)景，同時(shí)與室內(nèi)燃燒實(shí)驗(yàn)相比，F(xiàn)DS 燃燒模擬具有可重復(fù)性，能有效對(duì)比不同植被類型、環(huán)境因子間的火行為差異，可用于林內(nèi)可燃物燃燒特征研究。同時(shí)微觀林火模擬結(jié)果能科學(xué)指導(dǎo)林火預(yù)防、逃生路線規(guī)劃工作，微觀柞木林火蔓延模擬的火燃燒、煙氣濃度變化、蔓延與實(shí)際火災(zāi)場(chǎng)景大致相符，風(fēng)速增加燃燒蔓延速率加快，下山火蔓延較困難，與實(shí)際森林火災(zāi)燃燒蔓延情況一致。研究結(jié)果表明5種坡度內(nèi)，0°坡度內(nèi)燃燒蔓延速度較其他坡度區(qū)域緩慢，燃燒充分、熱輻射值最大，開展林火預(yù)防工作時(shí)應(yīng)重點(diǎn)清理山間0°區(qū)域內(nèi)可燃物，減少林內(nèi)可燃物載量，降低燃燒強(qiáng)度。林火發(fā)生時(shí)快速產(chǎn)生CO、CO2，風(fēng)速增大煙氣流速加快，煙氣在熱力作用下集中在模型頂部區(qū)域，模型燃燒100 s左右煙氣產(chǎn)生量達(dá)到穩(wěn)定值，因此0°區(qū)域也可作為撲救人員暫時(shí)避險(xiǎn)區(qū)域。利用FDS模擬微觀森林模型燃燒蔓延與實(shí)際林火發(fā)生狀況大致相同，對(duì)實(shí)際火災(zāi)撲救具有一定指導(dǎo)意義。

基于FDS 模擬柞木燃燒分析火蔓延及釋煙特性有利于柞木林火行為研究的進(jìn)一步深化，模擬結(jié)果對(duì)林火管理、林區(qū)防火工作提供科學(xué)借鑒，減少人力物力損失。森林火災(zāi)燃燒模擬的重要前提是模型建立，模型設(shè)置越接近真實(shí)值其模擬結(jié)果越準(zhǔn)確，柞木林模擬蔓延研究中只考慮柞木模型的燃燒，模型大小設(shè)置一致，與野外實(shí)際生長(zhǎng)狀況有所區(qū)別，對(duì)模擬結(jié)果將造成一定程度影響。