吊桶灑水滅火效率研究—以K-32直升機為例

吳澤鵬，周宇飛，甄學(xué)寧，李小川，張志鴻，劉佳英，江西軍，王振師，郭天鋒，吳 琰，李 溯

（1.廣東省林業(yè)科學(xué)研究院，廣東 廣州 510520；2.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)，廣東 廣州 510642；3.廣東省航空護林站（廣東省林火衛(wèi)星監(jiān)測中心），廣東 廣州 510000）

吊桶灑水滅火效率研究—以K-32直升機為例

吳澤鵬1，周宇飛1，甄學(xué)寧2，李小川1，張志鴻3，劉佳英3，江西軍3，王振師1，郭天鋒3，吳 琰1，李 溯3

（1.廣東省林業(yè)科學(xué)研究院，廣東 廣州 510520；2.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)，廣東 廣州 510642；3.廣東省航空護林站（廣東省林火衛(wèi)星監(jiān)測中心），廣東 廣州 510000）

介紹了在森林火災(zāi)地空配合撲救技術(shù)中運用K-32直升機開展的吊桶灑水有效性測試和吊桶灑水高度與火場溫度變化關(guān)系研究。試驗表明在消防煙霧彈的引導(dǎo)下，K-32直升機能對準(zhǔn)測試區(qū)域進行灑水作業(yè)。K-32直升機吊桶以距離火場10～20 m高度灑水，水量集中，滅火效果較好；K-32直升機吊桶灑水落點準(zhǔn)確率的高低對火災(zāi)撲救效率影響極大，當(dāng)落點不準(zhǔn)確時，飛機經(jīng)過火場上空反而會導(dǎo)致火場溫度急劇升高。

森林火災(zāi)；地空配合；K-32直升機；吊桶灑水；廣東省

0 引言

廣東省地處南嶺以南，是我國森林防火的重點省份之一。由于嶺南氣候夏季高溫多雨，加上我省多年來采取封山育林政策，林下植被豐富，單位面積可燃物載量已超過國際公論的30 t/hm2的森林火災(zāi)警戒線。境內(nèi)粵北、粵東、粵西林區(qū)大多山高坡陡，地形復(fù)雜，交通不便；加之林區(qū)經(jīng)濟欠發(fā)達和近年來復(fù)雜多變的氣候因素，我省森林防火工作難度大，一旦發(fā)生火災(zāi)，不易及時發(fā)現(xiàn)，致使小火釀成大災(zāi)，需要動用眾多人力、物力和財力進行撲救。飛機由于機動性強，速度快，尤其能在偏遠(yuǎn)林區(qū)和人力難于到達的地方發(fā)揮作用。與地面撲火相比，飛機滅火具有受地形、地物限制較少的優(yōu)點：一是能夠以最快速度撲滅初發(fā)火；二是在大火場和火勢較強的情況下，空中灑水壓住火頭，切斷火線，降低林火強度，為地面撲火人員創(chuàng)造有利滅火戰(zhàn)機；三是對懸崖峭壁上的火線，可以進行空中灑水撲滅[1]。因此，森林航空消防滅火技術(shù)，前景廣闊，大有可為。另外，嶺南地區(qū)有著較豐富的水資源，江、河、湖、塘、水庫遍布林區(qū)，這為直升機吊桶灑水滅火提供了較好的水源，也為廣泛應(yīng)用森林航空消防滅火技術(shù)打下了基礎(chǔ)。

1 森林火災(zāi)地空配合撲救技術(shù)

森林火災(zāi)地空配合撲救技術(shù)在廣東省主要是指在撲救森林火災(zāi)過程中，直升機運用吊桶在森林火災(zāi)現(xiàn)場上空灑水，地面撲火隊伍跟進配合共同撲滅森林火災(zāi)的方法。直升機吊桶滅火是航空以水撲滅森林火災(zāi)的一項最直接、最有效的方法之一，具有不受交通、地形限制，灑水比較準(zhǔn)確，滅火效率高，經(jīng)濟安全，滅火徹底等優(yōu)點[1]。直升機吊桶灑水滅火技術(shù)是目前世界上比較直接和有效的滅火手段之一，但如果沒有撲火隊員在地面密切配合，也會嚴(yán)重影響滅火效果。直升機吊桶滅火的優(yōu)勢是可以通過快速向火線（火頭）灑水直接撲滅明火或降低火勢，給地面人員撲救火災(zāi)創(chuàng)造條件，對火勢已明顯下降的火線以及枯樹樁、地被物比較厚、不規(guī)則地形和死角地帶余火跟進撲打[1]。單一應(yīng)用某一種滅火技術(shù)，對小面積的林火有用，但對比較大的林火撲救效果就不夠理想。最佳地空配合撲救方式是先用吊桶灑水把明火撲滅或降低火勢，然后地面人員再把余火消滅。

2 廣東省森林火災(zāi)地空配合撲救技術(shù)存在的問題

2010年廣東省成立了航空護林站，正式在境內(nèi)運用M-26、K-32等型號的直升機進行航空護林和吊桶灑水撲救森林火災(zāi)，經(jīng)過4年多的實踐，直升機吊桶灑水滅火在我省森林火災(zāi)撲救中取得了較好效果。但是，由于廣東省開展直升機吊桶灑水滅火時間較短、航空護林經(jīng)驗不多、巡航護林線路資料積累不夠完善，與地面隊伍地空配合撲救技術(shù)研究積累和實踐經(jīng)驗較少，加上廣東省地形復(fù)雜、氣候多變、植被類型多樣，廣東省森林火災(zāi)撲救地空配合技術(shù)中主要存在以下幾個問題。

1）直升機吊桶灑水滅火落點精確度不高，滅火耗時長。直升機吊桶灑水滅火時主要依靠機組人員的技術(shù)和經(jīng)驗，在地面通信指揮人員的引導(dǎo)下進行操作。加上地形和火場煙霧、風(fēng)向等條件的制約，在撲火實踐中經(jīng)常出現(xiàn)灑水落點偏離中心、落點精確度難于提高的情況。灑水高度由于無法精確計算，導(dǎo)致難于科學(xué)控制最佳高度，往往花費半天或1天以上時間才徹底撲滅一場森林火災(zāi)。

2）地面撲救隊伍與空中吊桶滅火技術(shù)配合效率不高。廣東境內(nèi)林區(qū)地形復(fù)雜，植被茂密，一旦發(fā)生森林火災(zāi)，早期難于被及時發(fā)現(xiàn)，加上林下可燃物載量大，火災(zāi)蔓延速度很快，非常容易導(dǎo)致小火釀成大災(zāi)。航空消防由于指揮協(xié)調(diào)的程序規(guī)定以及航站設(shè)置布局的客觀條件，直升機接到指令到達火災(zāi)現(xiàn)場時，火災(zāi)已發(fā)生幾小時或十幾個小時以上，火災(zāi)面積已擴大到幾百或一千畝以上，火場常常存在多條火線或火頭，特別需要飛機和地面隊伍密切配合撲救森林火災(zāi)。此時，直升機可以通過向火線（火頭）灑水降低火勢或直接撲滅明火，地面人員則充分利用直升機灑水后創(chuàng)造的時機，立即對地面余火進行撲打。實踐中由于沒有科學(xué)的地面隊伍識別標(biāo)志，導(dǎo)致地面隊伍無法有效引導(dǎo)飛機準(zhǔn)確灑水，直升機灑水落點經(jīng)常偏離火線（火頭）中心，嚴(yán)重影響地面撲救隊伍的后續(xù)撲救行動，有時還發(fā)生直升機灑水淋濕地面隊伍的現(xiàn)象

3）地空通信聯(lián)動不夠順暢，地面以水滅火隊伍持續(xù)滅火過程中水源不足或中斷，飛機單機滅火耗時較長和續(xù)航能力受限等。

3 廣東省森林火災(zāi)地空配合撲救技術(shù)試驗

2015年1月研究團隊在廣州市增城區(qū)太子森林公園模擬森林火災(zāi)現(xiàn)場進行了K-32直升機的灑水有效性測試，完成了K-32直升機吊桶灑水高度與火場溫度變化的關(guān)系研究。

K-32直升機主要參數(shù)：機長12.2 m，旋翼直徑15.9 m，機高5.5 m，寬度3.8 m，空機重量7200 kg，最大起飛重量11 000 kg，最大平飛速度200 km/h，實用升限5000 m，懸停升限3500 m，最大爬升速率15 m/s，吊桶有效載水量3500～4000 kg[1]。

模擬森林火災(zāi)現(xiàn)場測試區(qū)域為海拔130 m的林地，林木為細(xì)葉榕、紫荊等，平均樹高4.2 m。

3.1 K-32直升機灑水有效性測試

在模擬森林火災(zāi)現(xiàn)場測試區(qū)域?qū)?個圓柱形塑料桶（直徑22 cm、高度28 cm）按4行2列的排列順序，以全埋（桶口與土壤地面齊平）的方式豎放至測試區(qū)域，每2行間隔5 m，兩列間隔3 m，測試區(qū)域呈25 m長、9 m寬的長方形，面積225 m2。測試區(qū)域兩端每次各放置一枚消防煙霧彈（粉紅色煙霧）引導(dǎo)飛機灑水。測試時間內(nèi)各時刻對應(yīng)的氣象條件如表1所示。

3.1.1 K-32直升機灑水有效性測試結(jié)果

飛機臨近模擬火場測試區(qū)域上空時，提前引燃放置在測試區(qū)域兩端的消防煙霧彈，釋放出粉紅色煙霧引導(dǎo)飛機對準(zhǔn)測試區(qū)域灑水。測試過程中的飛行參數(shù)如表2所示，各次灑水時距離火場的高度如表3所示。

表1 K-32直升機測試時試驗區(qū)域氣象條件

表2 K-32直升機灑水測試時飛行參數(shù)

表3 各次灑水時距離火場的高度/m

第一次灑水時，經(jīng)羅盤測試和計算得出，飛機灑水時吊桶距離火場高度11.8 m。灑水后試驗研究團隊快速返回測試區(qū)域檢測，飛機吊桶距離火場高度11.8 m灑水時，以全埋方式豎放至測試區(qū)域的8個圓柱形塑料桶全部被吹離地面，8個洞內(nèi)有積水，經(jīng)快速測量，8個洞的積水高度分別為14.5、13.2、16.6、15.1、12.8、11.3、16.1、18.4 cm，平均值15.4 cm。

第二次灑水時，飛機吊桶距離火場高度約21.8 m。灑水后研究團隊快速返回測試區(qū)域檢測，飛機吊桶距離火場高度21.8 m灑水時，以全埋方式豎放至測試區(qū)域的8個圓柱形塑料桶全部被吹至與地面傾斜，桶內(nèi)有積水，經(jīng)快速測量，8個桶的積水高度分別為0.8、1.6、1.5、0.4、0.5、1.3、1.2、0.6 cm，平均值1.0 cm。

第三次灑水時，飛機吊桶距離火場高度約31.8 m。灑水后研究團隊快速返回測試區(qū)域檢測，飛機吊桶距離火場高度33.2 m灑水時，吊桶內(nèi)水以霧化狀態(tài)飄灑測試區(qū)域上空，以全埋方式豎放至測試區(qū)域的8個圓柱形塑料桶內(nèi)沒有檢測到有灑水量。

3.1.2 K-32直升機灑水有效性測試結(jié)果分析

在消防煙霧彈釋放出的粉紅色煙霧的引導(dǎo)下，飛機能對準(zhǔn)測試區(qū)域進行灑水作業(yè)。

第一次飛機以吊桶距離火場11.8 m的高度灑水時，風(fēng)力巨大，8個與圓柱形塑料桶形狀基本相同的洞內(nèi)積水高度平均為15.4 cm，說明飛機在此高度灑水時水量集中，滅火效果較好。

第二次飛機以吊桶距離火場21.8 m的高度灑水時，風(fēng)力較大，8個桶內(nèi)積水高度平均為1.0 cm，說明飛機在此高度灑水時水量相對集中，滅火效果一般。

第三次飛機以吊桶距離火場31.8 m的高度灑水時，水以霧化狀態(tài)飄灑在測試區(qū)域上空，以全埋方式豎放至灑水測試區(qū)域的8個圓柱形塑料桶沒有被吹離地面，桶內(nèi)也沒有檢測到有灑水量。說明飛機在此高度灑水時水以霧化狀態(tài)飄灑在測試區(qū)域上空，滅火效果較差。

3.2 K-32直升機吊桶灑水高度與火場溫度變化關(guān)系研究

在模擬火場測試區(qū)域中的硬化人行路面上將規(guī)格為1 m×1 m的火框按2×3的排列方式拼接，放入木材澆上柴油點燃。使用紅外測溫儀在5 m外按照15 s一個數(shù)據(jù)依次記錄平均溫度值。測試區(qū)域兩端每次各放置一枚消防煙霧彈（粉紅色煙霧）引導(dǎo)飛機灑水。飛機臨近模擬火場測試區(qū)域上空時，提前引燃放置測試區(qū)域兩端的消防煙霧彈，釋放出粉紅色煙霧引導(dǎo)飛機對準(zhǔn)測試區(qū)域灑水。

表4 直升機灑水溫度變化表/℃

3.2.1 K-32直升機吊桶灑水高度與火場溫度變化測試結(jié)果

飛機保持45～60km/h的飛行速度，兩次都以吊桶距離火場25 m的高度對準(zhǔn)火堆灑水。灑水過程完成后使用紅外測溫儀在5 m外按照15 s一個數(shù)據(jù)依次記錄平均溫度值。溫度變化情況如表4所示。

3.2.2 K-32直升機吊桶灑水高度與火場溫度變化測試結(jié)果分析

由于模擬火場溫度變化測試區(qū)域面積過小，只有3 m×2 m=6m2，第一次飛機以吊桶距離火場25 m高度飛越測試區(qū)域上空時造成延時滯后灑水，模擬火場沒有接收到灑水。模擬火場溫度由初始溫度481℃急升至592℃，上升幅度達23.1%。

第二次飛機仍然以吊桶距離火場25 m高度飛越測試區(qū)域上空，在消防煙霧彈釋放出粉紅色煙霧的引導(dǎo)下，飛機對準(zhǔn)測試區(qū)域準(zhǔn)確實施灑水，模擬火場溫度從592℃急劇下降至63.1℃，下降幅度達528.9℃。

試驗結(jié)果說明K-32直升機灑水時如果落點沒有準(zhǔn)確對準(zhǔn)火線（或火頭），飛機經(jīng)過火場上空時不但不能降低火勢或直接撲滅明火，反而會造成火場溫度急劇升高。落點準(zhǔn)確，灑水后火場溫度則急劇下降。灑水落點準(zhǔn)確率的高低對火災(zāi)撲救效率和安全影響極大。

4 廣東省森林火災(zāi)地空配合撲救技術(shù)試驗結(jié)論與建議

1）在消防煙霧彈釋放出的粉紅色煙霧的引導(dǎo)下，飛機能對準(zhǔn)測試區(qū)域進行灑水作業(yè)，提高了落點準(zhǔn)確度。建議在森林火災(zāi)地空配合撲救實踐中，地面隊伍配置相應(yīng)的消防煙霧彈，引導(dǎo)飛機快速向火線(火頭)灑水直接撲滅明火或降低火勢，給地面撲救隊伍創(chuàng)造撲救機會和提高撲救的安全性。

2）K-32直升機吊桶以距離火場12 m的高度灑水時，水量集中，滅火效果較好；距離火場22 m的高度灑水時，水量相對集中，滅火效果一般；距離火場32 m的高度灑水時，水以霧化狀態(tài)飄灑在測試區(qū)域上空，滅火效果較差。在保證安全，在地形及氣象條件允許的情況下，建議在森林火災(zāi)地空配合撲救實踐中，K-32直升機吊桶灑水高度保持在10～20 m，以提高灑水效率。

3）灑水落點準(zhǔn)確率的高低對火災(zāi)撲救效率影響極大。直升機灑水落點沒有準(zhǔn)確對準(zhǔn)火線（或火頭），飛機經(jīng)過火場上空時會造成火場溫度急劇升高。

[1]杜永勝，崔永環(huán)，白勝文，等.森林航空消防[M].黑龍江：東北林業(yè)大學(xué)出版社，2009.

（責(zé)任編輯：陳小華）

S762.3

A

2016-12-07

廣東省林業(yè)科技創(chuàng)新專項資金項目（2013KJCX017，2015KJCX046）