森林消防通用水滅火系統(tǒng)設(shè)計初探

孫家寶，問永賢，姚慶學(xué)，于文男

（1.黑龍江省森林保護研究所，哈爾濱 150040；2.西安森瑞林防設(shè)備有限公司，西安 721000）

水滅火原理主要是直接噴到可燃物上，使燃燒物質(zhì)溫度降低到燃點之下，停止燃燒。同時水遇熱形成水蒸氣阻止空氣流入燃燒區(qū)或與空氣混合降低空氣中的氧氣濃度，使燃燒物質(zhì)得不到足夠的氧氣而熄滅[1]。我國火災(zāi)分類標準（GB/T 4968-2008）根據(jù)可燃物的類型和燃燒特性對火災(zāi)進行了分類[2]。森林可燃物主要由纖維素、半纖維素和木質(zhì)素等構(gòu)成，其燃燒引起的森林火災(zāi)屬于A類火災(zāi)：固體物質(zhì)火災(zāi)。水雖然不是對撲救所有的火災(zāi)有效，但對A類火災(zāi)卻是最好的滅火介質(zhì)，以水滅火是最有效的手段。因此怎樣發(fā)揮以水滅火優(yōu)勢，提高以水滅火效能，是世界各國森林消防部門一直共同面臨的課題。

1 森林消防以水滅火優(yōu)勢及現(xiàn)狀

1.1 以水滅火優(yōu)勢

以水滅火是一種高效、安全、環(huán)保、廉價的滅火手段，以水滅火具有其他常規(guī)滅火手段不可比擬的優(yōu)點。一是滅火效率高。以水滅火能夠達到快速、徹底撲滅林火的目的，而且相對于常規(guī)滅火方法具有不易復(fù)燃的優(yōu)點。二是適用于撲救各種類型的林火，應(yīng)用范圍廣。以水滅火對于地表火、地下火和樹冠火都很有效。常規(guī)滅火機具風(fēng)力滅火機，二號工具對弱、低強度地表火作用明顯，但對中、高強度林火，尤其是樹冠火、地下火則無能為力。地面撲火人員根本無法靠前，只能等到夜晚和早晨氣溫較低，相對濕度較大時間撲救。森林火災(zāi)經(jīng)一個白天的自由蔓延，火場面積將急劇增加，需要更多的撲火人力和物力撲救。點燒迎面火時，也可利用水建立一條高含水率的難燃可燃物隔離帶，從而控制林火蔓延方向，降低火勢。三是安全系數(shù)高。以水滅火與風(fēng)力滅火相比，具有更高的效能，不存在風(fēng)力滅火的“助燃”問題，在撲救時能迅速有效地壓制、撲滅林火，確保人員安全。同時，運用以水滅火，滅火人員可在距離火線外側(cè)10m外實施滅火作業(yè)，避免了人與火的直接接觸，極大地降低了滅火難度，同時還能有效保證滅火人員的安全。在緊急情況下，還可利用水泵或淋濕身體突破火線，也可噴濕可燃物建立隔離避險區(qū)，進行緊急避險自救。四是廉價環(huán)保，與化學(xué)滅火相比，水可以不計成本，同時也不會對環(huán)境造成污染。

1.2 國外以水滅火應(yīng)用現(xiàn)狀

正因為以水滅火手段具有效率高、成本低、安全系數(shù)大，滅火徹底，不留隱患，不易復(fù)燃的特點，所以在世界發(fā)達國家森林消防領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，是一項主要的撲火技術(shù)手段[3]。美國、加拿大和澳大利亞等發(fā)達國家非常重視水滅火工具的研究、生產(chǎn)及使用。主要產(chǎn)品有水槍、水泵、消防車、飛機等滅火工具，產(chǎn)品配套，有專門生產(chǎn)機構(gòu)（公司）生產(chǎn)，歷史比較久遠，有出口能力。產(chǎn)品比較堅固耐用，工藝比較先進。在林區(qū)內(nèi)河流、湖泊、池塘等水源豐富，以及火場附近用水滅火是優(yōu)先選擇的滅火措施，對一些水源不足的地區(qū)，也可以通過建設(shè)臨時或永久型貯水池，解決滅火水源不足問題[1]。

加拿大被稱為森林滅火飛機“專業(yè)戶”，在20世紀50年代就嘗試用飛機灑水滅火。如今，全球各地但凡發(fā)生森林大火，總是能看到CL-215/415等加拿大研制的滅火飛機身影。1988年美國黃石公園發(fā)生森林大火，就有加拿大援助的包括125架軍用直升機、12架灑水滅火飛機、8架導(dǎo)航飛機等參加滅火。加拿大水源豐富，非常重視發(fā)展機動水泵系統(tǒng)撲滅林火。如安大略省配置1000臺機動水泵及1000km水龍管帶長年備用。機動泵水源主要是來自天然和人工水池、水車，將多臺水泵串聯(lián)，實現(xiàn)遠距離輸送噴灑。我國使用的水泵多數(shù)是由加拿大進口的WICK-250型森林消防水泵。

近年來，美國、澳大利亞、希臘等國發(fā)生的森林大火中，其主要滅火手段就是以水為介質(zhì)，運用地面森林消防車、水泵直接噴水和飛機空中灑水、噴灑滅火化學(xué)制劑等實施立體滅火，最后將大火撲滅。事實證明，以水滅火是撲救重大、特別重大森林火災(zāi)最為有效的滅火手段之一。

1.3 國內(nèi)以水滅火技術(shù)現(xiàn)狀及存在問題

目前我國以水滅火還不是撲救森林火災(zāi)的主要滅火措施，其優(yōu)勢還沒有真正發(fā)揮出來。自從大興安嶺1987年“5·6”大火以來，森林消防車輛、大型消防設(shè)備和機具、滅火飛機等森林火災(zāi)撲救技術(shù)陸續(xù)應(yīng)用，解決了一些林區(qū)的火災(zāi)撲救問題。但是我國大部分林區(qū)由于缺乏適用的消防機具，依然采用以風(fēng)力滅火機和二號工具為主的撲救火災(zāi)機具，效率低下。森林航空消防載水滅火飛機數(shù)量少，不能實現(xiàn)機群作業(yè)，力量分散，未能形成合力，整體效益不高，空中優(yōu)勢未能充分發(fā)揮，是以水滅火發(fā)展緩慢的主要矛盾。近年來，武警森林部隊裝備相對精良，對以水滅火手段進行了一些研究和探索，運用了以水滅火戰(zhàn)法，取得了一定的成果，但還遠不能滿足需要?？傊运疁缁鹪谖覈鸩捷^晚，還存在著認識程度不高、水源利用難度大、裝備數(shù)輛少，品種單一等不足。

因此，我們應(yīng)借鑒國外森林消防的成功經(jīng)驗，積極開發(fā)運用以水滅火方法，大力發(fā)展和推廣以水滅火技術(shù)，是我國緊隨世界森林消防發(fā)展形勢，改進滅火模式，創(chuàng)新滅火手段，提高滅火效益的有效途徑，是適應(yīng)生態(tài)文明建設(shè)客觀要求的必然選擇[4]。

2 通用水滅火系統(tǒng)設(shè)計

針對現(xiàn)階段我國以水滅火應(yīng)用存在的問題，為充分發(fā)揮以水滅火的效能，參考國內(nèi)外一些以水滅火的成果[5-6]，結(jié)合現(xiàn)階段我國森林消防實際情況，選擇了一些制造和使用技術(shù)已比較成熟，并且投資少，見效快的水滅火機具進行了最佳配套組合設(shè)計，初步建立了通用的森林消防水滅火系統(tǒng)，供森林消防實踐參考。本系統(tǒng)的便攜式機具設(shè)備和器材重量輕、體積小，能夠快速組裝和拆卸，可以在林區(qū)復(fù)雜地形條件下搬運、拆裝，靈活進行林火撲救作業(yè)。

2.1 系統(tǒng)配置

大體上，滅火機具設(shè)備包括消防車、水罐車、水泵、開頂式蓄水池、便攜式儲能水槍、高壓細水霧滅火水槍、直流水槍及連接必需的水帶連接閥等。這些配置在水滅火系統(tǒng)中發(fā)揮著各自不同的作用。

2.1.1 水泵

水泵滅火是借助火場附近水源，利用水泵、管帶、蓄水池等設(shè)備，向火場、火線供水的滅方法。其主要特點是滅火速度快、滅火安全徹底、不易復(fù)燃等。存在的不足是受水源、地形、植被等限制，林內(nèi)管帶鋪設(shè)困難，一定程度上影響了水泵作業(yè)的展開。

2.1.2 高壓細水霧滅火水槍

高壓細水霧滅火水槍滅火是以普通的水為滅火劑，采取高壓直射式霧化技術(shù)，對火焰實現(xiàn)高冷卻、窒息。是一種新型的高效能滅火機具，具有霧化高效、射程遠、隔離熱輻射、高穩(wěn)定性和長時間連續(xù)工作性能。其主特點是節(jié)水、安全、高效、環(huán)保。

2.1.3 便攜式儲能水槍

便攜式儲能水槍是常規(guī)分隊滅火作戰(zhàn)不可缺少的工具之一。具有重量輕，攜帶方便，操作簡便靈活，水質(zhì)要求低，故障率低，易于維修保養(yǎng)等特點。是目前應(yīng)用最廣泛、使用率最高的以水滅火裝備。

2.1.4 消防車和水罐車

消防車其主要特點是水炮和水槍可同時工作，具有速度快、馬力大、揚程遠，既可為水泵分隊提供水源，也可直接滅火。水罐車主要是承載運水功能，加上水泵也可以實現(xiàn)直接滅火功能。二者存在的不足是受地形和道路條件限制，接近火線困難。

2.1.5 開頂式儲水池

該裝置特點是自撐式，不用支架；儲存容易；重量輕，聚氨酯材料，耐磨，可載食用水；自浮式開口，不用充氣；采用超聲波高溫縫合，接口緊固。容量一到幾十噸不等。完全滿足接力蓄水及火場蓄水池的作用。

2.2 系統(tǒng)組成

系統(tǒng)整體包括水源、輸水系統(tǒng)、終端蓄水裝置及火場水滅火機具組合（圖1）。

圖1 通用便攜式遠距離以水滅火系統(tǒng)示意

2.2.1 水源

水源是以水滅火實現(xiàn)的關(guān)鍵，水源包括固定水源和移動水源。固定水源是指河流、湖泊、水庫、溪流等。移動水源是指利用消防車及水罐車運水到離火場最近的路邊，再利用水泵將水供到火場。在交通不便的地段需要用直升機吊桶或吊囊向火場運水，以實現(xiàn)以水滅火的目的。

2.2.2 輸水系統(tǒng)

通常情況下，輸水過程主要是通過水泵接力供水來實現(xiàn)。單泵的水平供水距離一般在1.5km左右，單泵輸水主要用于小火場，水源近和初發(fā)階段的火場。但多數(shù)情況下，由于水源較遠或地形地勢原因，需要多泵串聯(lián)或并聯(lián)駁接，將水運輸?shù)交饒龅男钏刂?。串?lián)輸水主要用于山高、輸水距離遠和水壓不足時，可根據(jù)需要在鋪設(shè)的水帶線合適的位置上架設(shè)水泵，來增加水的壓力和輸水距離，通常情況下，可同時架設(shè)多臺水泵進行接力輸水。并聯(lián)泵輸水主要在同一水源或者兩個不同水源各架設(shè)一臺水泵，用一個“Y”形分水器（三通閥）把兩臺水泵的輸水帶連接在一起，把水輸入到主輸水帶，增加輸水量。并串泵輸水主要用于輸水距離遠，水壓與水量同時不足時，可在架設(shè)并聯(lián)泵的基礎(chǔ)上在水帶線的不同位置架設(shè)若干個水泵進行接力輸水。理論上講，通過多級水泵的串并聯(lián)駁接可以將水輸送到無限遠的地方。

2.2.3 火場水滅火機具

火場水滅火機具包括便攜式儲能水槍、高壓細水霧滅火水槍、直流水槍。在水源供水充足的情況下，如果是撲打高強度火頭，可以將直流水槍直接接到輸水管上，利用水泵的壓力噴射直接滅火，也可在蓄水池蓄滿水滿足儲能水槍和高壓細水霧滅火水槍用水后使用。

2.3 系統(tǒng)應(yīng)用

圖1所提供顯示的只是以水滅火系統(tǒng)配置組成要素及輸水系統(tǒng)連接方式模式。在具體的實際操作中，建立以水滅火系統(tǒng)需要根據(jù)現(xiàn)場的實際情況確定水泵的數(shù)量及連接方式，靈活運用。運用中應(yīng)注意兩點：一是綜合考慮火勢發(fā)展、水源距離、地形植被等要素，合理選擇水源地，保證水源充足；二是根據(jù)火線發(fā)展蔓延態(tài)勢，預(yù)設(shè)管帶、蓄水池，保持水泵滅火的連續(xù)性。

3 結(jié)論與建議

以水滅火是森林消防發(fā)展的必然趨勢。本文設(shè)計以水滅火系統(tǒng)基本能夠滿足多數(shù)地區(qū)以水滅火的需要。上述幾種主要組合方式外，還可考慮其他靈活的組合方式，不管如何組合作戰(zhàn),最主要是根據(jù)火場實際，充分發(fā)揮出該系統(tǒng)操作方便、快速靈活的優(yōu)點，取得最好的撲火效果。為了更好地發(fā)揮以水滅火的技術(shù)優(yōu)勢，提出以下幾點建議：

3.1 加強水源基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)

水源是以水滅火手段得以實施的首要環(huán)節(jié)，林火管理部門應(yīng)對本防區(qū)的天然水源進行現(xiàn)場勘察，標繪出詳細的水源分布圖，為實施以水滅火提供依據(jù)。對一些不滿足取水條件的溪流進行攔壩蓄洪或加深加寬改造，水源不足的地段，建設(shè)臨時或永久性的貯水池。同時修建防火公路，增加林區(qū)公路網(wǎng)密度，以滿足消防車輛直接滅火及運水充當移動水源的需要。

3.2 增加水滅火機具的儲備

我國現(xiàn)在的水滅火機具無論在已擁有的數(shù)量上，還是在覆蓋面上都遠不能滿足森林防火實際的需要。因此應(yīng)加大經(jīng)費投入，增加必要的機具和設(shè)備的采購和儲備，滿足以水滅火的裝備保障需求。同時鼓勵生產(chǎn)廠家改進生產(chǎn)工藝，制定相關(guān)標準。

3.3 加強撲火隊伍水滅火技戰(zhàn)術(shù)培訓(xùn)與演練

以水滅火涉及環(huán)節(jié)多，任何環(huán)節(jié)出問題都無法完成滅火作業(yè)，所以對作戰(zhàn)人員技能要求高。重點林區(qū)或有條件的省市，應(yīng)成立標準化水滅火分隊，配備專門水滅火機具。通過技術(shù)培訓(xùn)和加強實戰(zhàn)演練，提高滅火隊員素質(zhì)。要求隊員熟練掌握水滅火機具設(shè)備的性能、操作及簡單故障排除，服從指揮、協(xié)調(diào)一致，各司其職，形成一個統(tǒng)一的整體，最大限度地發(fā)揮出以水滅火的優(yōu)勢。

[1]任志平.淺析撲救森林火災(zāi)中以水滅火技術(shù)[C]//樸東赫，舒立福.第二屆中國林業(yè)學(xué)術(shù)大會森林防火分會場論文集.南寧：森林防火（消防）專業(yè)委員會，2009:197-200.

[2]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.GB/T4968-2008火災(zāi)分類[S].北京：中國標準出版社，2008.

[3]譚爾林.以水滅火在撲救森林火災(zāi)過程中的運用探要[C]//樸東赫，舒立福.第二屆中國林業(yè)學(xué)術(shù)大會森林防火分會場論文集.南寧：森林防火（消防）專業(yè)委員會，2009:152-155.

[4]韓楠林.應(yīng)用以水滅火應(yīng)注意把握的幾個問題[C]//樸東赫，舒立福.第二屆中國林業(yè)學(xué)術(shù)大會森林防火分會場論文集.南寧：森林防火（消防）專業(yè)委員會，2009:181-183.

[5]喬啟宇.水滅火森林消防設(shè)備系統(tǒng)研究[J]，北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報，2002，24(5/6):187-191.

[6]宋楊，于文華，蔡亞光，等.高揚程森林消防泵遠距離供水滅火系統(tǒng)[J]，林業(yè)機械與木工設(shè)備,2012,40(2):37-40.