西班牙森林航空消防技術(shù)及效益評估研究

江西軍

（廣東省航空護林站，廣東 廣州 510173）

西班牙是地中海地區(qū)森林火災(zāi)最為嚴重的國家，其火災(zāi)多發(fā)區(qū)主要分布在加利西亞和坎塔普利戈、地中海沿岸區(qū)和中部的一些林區(qū)，西班牙每年被火燒的森林面積約占森林總面積的1%。引發(fā)該國森林火災(zāi)的主要原因有氣候條件，如干旱時間長，內(nèi)陸干熱風強烈等；其次是植被條件，如林區(qū)易燃物堆積過多，因干旱造成的植物含水量低，城市人口去林區(qū)旅游以及農(nóng)村人口習慣燒荒發(fā)展農(nóng)牧業(yè)等等。為預(yù)防和撲救國家森林火災(zāi)，西班牙政府高度重視森林航空消防建設(shè)，近年來，在西班牙使用飛機撲救森林火災(zāi)已變得越來越頻繁，飛機在森林火災(zāi)預(yù)防和撲救中發(fā)揮的作用越來越突出，但該國所用來購買、租用和維護森林航空消防飛機的資金越來越高，1992年，西班牙環(huán)境與農(nóng)村和海洋事務(wù)部環(huán)境和林業(yè)政策總局研發(fā)了森林航空消防業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫軟件系統(tǒng)，該系統(tǒng)詳細記載了每架森林航空消防飛機的作業(yè)情況，本文在基于西班牙學者J.C.Mérida對該國森林航空消防技術(shù)及效益評估研究的基礎(chǔ)上，對其研究結(jié)論進行了詳細闡述。

1 西班牙森林航空消防歷史簡介

1969年，西班牙第一次使用波音斯蒂爾曼雙翼飛機在德瓜達拉馬山脈地區(qū)開展森林航空消防作業(yè)，波音斯蒂爾曼雙翼飛機能裝載600升化學滅火藥劑，同年8月，該國還租用了加拿大的CL-215水陸兩棲飛機部署在加利西亞地區(qū)。

1970年夏天，加拿大龐巴迪雙水瀨CL-215水陸兩棲飛機在西班牙再次進行了試驗，政府當即決定購買兩架用于森林航空消防，并于1971年投入使用。20世紀70年代，西班牙先后購買了7架雙水瀨CL-215水陸兩棲飛機，農(nóng)化飛機用于森林航空消防也在不斷增加，如派珀波尼PA-25（Piper Pawnee）、派珀波尼 PA-36(Piper Brave)、Trush Commander等機型?？傊^1969年之后，西班牙森林航空消防機源開始陸續(xù)增加，國家森林防火越來越離不開飛機。

80年代，西班牙森林航空消防飛機數(shù)量越來越多，政府擁有的CL-215S水陸兩棲飛機增加到14架。1984年，直升機開始用于西班牙森林航空消防的機降滅火作業(yè)。1988年，西班牙第一次在貝爾-212直升機上安裝1300升的機腹水箱進行滅火作業(yè)。1989年，西班牙簽署了由活塞式發(fā)動機提供動力的渦輪螺旋槳CL-215TS飛機取代所有原有CL-215S飛機的合同[1]。

80年代末90年代初，西班牙各省區(qū)有責任和業(yè)務(wù)發(fā)展自己的森林航空消防，各省區(qū)紛紛開始建立森林航空消防單位，國家進一步加大大載量森林航空消防飛機的引進，廣泛部署在西班牙重點林區(qū)，引進的主要機型都是東歐國家生產(chǎn)的飛機，如俄羅斯的米-8、米-2和卡莫夫直升機，還有波蘭的Sokol PZL直升機。1992年，西班牙組建了森林防火加強旅，米-8直升機成為森林防火加強旅的空中主要運輸工具。90年代末，西班牙森林航空消防擁有20架水陸兩棲飛機，其中CL-215T有15架，CL-215有5架。與此同時，很多其他類型的飛機開始逐漸被淘汰，西班牙森林航空消防不再使用這些機型，如美國的卡特琳娜（CANSO PBY）、畫眉鳥指揮官（Thrush Commander）、格魯曼（Grumman）等飛機[2]。

2003年夏季防火期，西班牙共有206架飛機參加森林航空消防，其中包括自己擁有的48架飛機，分別部署在國土范圍內(nèi)的157個森林航空消防基地。他所使用的全部森林航空消防飛機飛行一架次共具備39.6萬L的載液量，其中國家飛機（由西班牙環(huán)境與農(nóng)村和海洋事務(wù)部所有或租用）共具備16萬L載液量；地方飛機（由各省區(qū)所有或租用）具備23.6萬L載液量。具備運載845人的運輸能力，其中國家飛機的運載能力為141人，地方飛機的運載能力為704人。

2010年西班牙共有275架飛機參加森林航空消防任務(wù)，其中國家飛機（環(huán)境與農(nóng)村和海洋事務(wù)部）占62架，地方飛機占213架。共具備53.92萬L的載液能力，其中國家飛機的載液能力為20.45萬L，地方飛機的載液能力為33.47萬L。2010年西班牙環(huán)境與農(nóng)村和海洋事務(wù)部飛機載液能力及數(shù)量情況、2010年西班牙中央和地方森林航空消防飛機數(shù)量情況及載液能力比重情況、2010年西班牙森林航空消防飛機部署情況詳見表1、表

2、表3（所有數(shù)據(jù)來自《LOS INCENDIOS FORESTALES EN ESPANA ANO 2010》[3-4]）。

2 西班牙森林航空消防資源數(shù)據(jù)庫

1992年，西班牙環(huán)境與農(nóng)村和海洋事務(wù)部下屬的環(huán)境和林業(yè)政策總局主持研發(fā)了森林航空消防資源數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，它是國家主管森林航空消防的高級部門，森林航空消防資源數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是基于Visual Basic語言開發(fā)的，總共有19860個項目，森林航空消防調(diào)度能通過它記錄每架森林航空消防飛機每次的飛行滅火情況。西班牙通過該管理系統(tǒng)，已經(jīng)得出了不同森林航空消防飛機的性能指數(shù)方程，森林航空消防飛機性能指數(shù)方程能在改進飛機后勤保障措施、合理選擇機型以及滅火效益等方面的評價提供指導(dǎo)性意義。利用相關(guān)性較高的森林航空消防飛機性能指數(shù)方程還可以評價森林航空消防基地和航空公司的滅火效率。總之，他們可以利用該數(shù)據(jù)庫記錄的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)對森林航空消防飛機進行技術(shù)和效益評價，為森林航空消防的高效運營提供指導(dǎo)。

表1 2010年西班牙環(huán)境與農(nóng)村和海洋事務(wù)部飛機載液能力及數(shù)量

表2 2010年西班牙中央和地方森林航空消防飛機數(shù)量情況

表3 西班牙2010年國家與地方森林航空消防飛機載液能力比重表

3 森林航空消防技術(shù)及效益評估結(jié)果

以下是西班牙林業(yè)學者J.C.Mérida通過該系統(tǒng)對其森林航空消防技術(shù)及效益評估得出的結(jié)論，現(xiàn)闡述如下：

3.1 飛機性能指數(shù)方程

飛機性能指數(shù)方程是通過取水點和灑水點之間的距離與每小時噴灑的液體數(shù)量建立的函數(shù)方程，圖1是Airtractor802飛機取水點與灑水點之間距離和單位時間灑水函數(shù)，其表達式可用半對數(shù)函數(shù)Y=K-A Ln（X）表示，其相關(guān)性 R2在 0.60以上，這里的Y是飛機每小時噴灑的液體數(shù)量，K和A是基于飛機類型的常數(shù)，X是取水點和灑水點之間的距離。

圖1 Airtractor 802飛機取水點與灑水點之間距離和單位時間灑水函數(shù)圖

由于半對數(shù)函數(shù)曲線漸進于X軸，這意味著隨取水點與灑水點之間的距離增大，森林航空消防飛機灑水的效率逐漸降低，當之間的距離增加到一定程度時，飛機單位時間的灑水量趨近于零。但由于對數(shù)方程不便于管理者使用，為方便記憶，管理者已經(jīng)將其用線性方程表示，其表達式為Y=A-B X，且得出當直升機取水點與灑水點之間的距離在不超過25 km、固定翼飛機取水點與灑水點之間的距離在不超過50 km范圍，單位時間可獲得較為可觀的灑水量。

圖2 Canadair CL-215飛機取水點與灑水點之間距離和單位時間灑水函數(shù)圖

圖2是Canadair CL-215飛機取水點與灑水點之間距離和單位時間灑水函數(shù)，由其函數(shù)表達式可知，當其距離每增加10 km，其每小時的灑水量可以約等于6減去0.88，可得出CL-215飛機取水點與灑水點之間距離每增加10 km，其函數(shù)表達式表示為Y=6-0.88X。

3.2 改進飛機后勤保障措施和森林航空消防基礎(chǔ)設(shè)施

通過西班牙森林航空消防數(shù)據(jù)庫資料，可以獲得一些提高森林航空消防滅火效率的措施，并且有利于發(fā)現(xiàn)和解決每個航空森林消防基地存在的問題。以下是西班牙森林航空消防兩個明顯的例子。

3.2.1 兩架同機型飛機執(zhí)行吊桶和機降任務(wù)效益比較

他們對兩架分別部署在兩個不同基地執(zhí)行機降和吊桶任務(wù)的Sokol PZL直升機進行了比較，執(zhí)行任務(wù)的兩架直升機來自同一家航空公司，執(zhí)行任務(wù)的飛行時間大致相同，它們分別部署在西班牙盧戈（Lugo）省的Becerreá基地和阿斯圖里亞斯（Asturias）省的Tineo基地。兩個基地都處于同一山脈，到主要林區(qū)的距離都在60 km以上，護區(qū)內(nèi)的海拔和地形都大致相似，但兩架直升機的滅火效益有很大差異，兩架Sokol PZL直升機執(zhí)行吊桶與機降任務(wù)效益比較見表4。

表4 兩架Sokol PZL直升機執(zhí)行吊桶與機降任務(wù)效益比較

數(shù)據(jù)分析顯示，唯一能解釋存在差異的因素是取水點到灑水點之間的距離。為提高滅火飛機的效益，西班牙阿斯圖里亞斯（Asturias）省防火部門在2001年和2002年加強了Tineo基地護區(qū)內(nèi)直升機取水點設(shè)施建設(shè)，從表4我們可以看出，Tineo基地Sokol PZL直升機執(zhí)行吊桶滅火的效益由2000年的4.28提高到2002年的7.90。

3.2.2 加強移動航站建設(shè)，改進直升機滅火保障措施

森林航空消防專業(yè)人士都應(yīng)該知道直升機最需要的是燃油保障，大型直升機不但耗油量大，而且航程范圍比固定翼飛機要短，為減少直升機返回主基地的加油時間，提高直升機滅火效益，最可行的辦法就是在火場附近設(shè)立移動航站。

1994年，西班牙第一次使用Ka-32直升機進行滅火作業(yè)，為體現(xiàn)移動航站發(fā)揮的效益，他們將設(shè)置移動航站所發(fā)揮的滅火效益進行了研究比較,表5是設(shè)置移動航站對提高Ka-32直升機執(zhí)行吊桶任務(wù)效益模擬分析。

表5 設(shè)置移動航站對提高Ka-32直升機執(zhí)行吊桶任務(wù)效益模擬分析

2003年西班牙昆卡省Buendía地區(qū)發(fā)生重大森林火災(zāi)，國家投入了大量飛機參加撲火任務(wù)，火場啟用了移動航站，但由于移動航站的油泵發(fā)生問題，導(dǎo)致不能給火場飛機就近加油，直升機被迫各自飛行到距離較遠的Buenache基地和Villares基地進行加油。

表6 2003年Ka-32和SOKOLPZL直升機在西班牙Buendía火場效益分析

表6模擬分析了其中兩架直升機（一架Ka-32和一架SOKOL PZL）在有移動航站和到Buenache基地和Villares基地加油實際飛行數(shù)據(jù)的效益分析。

3.2.3 空投到火場每升化學滅火藥液的成本分析

西班牙將飛機噴灑每升化學滅火藥液的成本作為衡量飛機滅火效益指標，該指標結(jié)合了每架飛機的性能指數(shù)和飛行成本。為了使不同飛機之間的比較，成本計算只考慮實際花費滅火的飛行時間。衡量噴灑每升液體成本的指標，還有必要考慮其人力成本、基地的基礎(chǔ)設(shè)施費、化學滅火藥劑本身成本、實際飛行時間等等。需要指出的是，同一機型在不同基地噴灑每升化學滅火藥液的成本是不一樣的。表7是2003年西班牙部分森林航空消防基地噴灑每升化學滅火藥液的平均價格情況。

盡管這一指標不能精準的描述森林航空消防飛機的滅火效益，但他為如何選擇合理機型奠定了基礎(chǔ)。因此，西班牙在1995年后不再雇傭CANSO PBY飛機參加森林航空消防，該飛機噴灑每升滅火藥劑的飛行成本為85.8比塞塔，遠遠高于1994年所使用CL-215T和Dromader PZL飛機的成本（分別為22.3比塞塔和26.7比塞塔）。

1995年西班牙第一次引進米-171參加森林航空消防，但由于其噴灑飛行成本高于卡-32（米-171為42.5比塞塔/升；卡-32為15.6比塞塔/升），西班牙從此不再使用米-171參加森林航空消防。

表7 2003年西班牙森林航空消防飛機（國家）噴灑每升水成本效益情況

［1］ J.C.Mérida,J.J.Gallar,E.García,E.Primo.Technical and Economic Assessment of the Use of Aerial Resources in Fighting Forest Fires.Proceedings of the Second International Symposium on Fire Economics,Planning,and Policy:A Global View.

［2］ Este informe ha sido elaborado por elárea de Defensa Contra Incendios Forestales Ministerio de Medio Ambiente y Medio Rural y Marino.LOS INCENDIOS FORESTALES EN ESPA?A.A?O 2010,Madrid septiembre de 2011.

［3］http://www.magrama.gob.es/es/biodiversidad/temas/defensa-contra-incendios-forestales/acciones-de-extin cion/medios_aereos.aspx.