水噴淋對森林公園林內木材樣塊含水率的影響

陳鈺皓，李小川，丁 丹，陳雄偉，何瑩泉，陳漢坤，劉錫輝

(1.廣東省林業(yè)調查規(guī)劃院，廣州 510520； 2.廣東省林業(yè)科學研究院，廣州 510520；3.廣東省嶺南綜合勘察設計院，廣州 510663)

水噴淋對森林公園林內木材樣塊含水率的影響

陳鈺皓1，李小川2，丁 丹1，陳雄偉1，何瑩泉1，陳漢坤1，劉錫輝3

(1.廣東省林業(yè)調查規(guī)劃院，廣州 510520； 2.廣東省林業(yè)科學研究院，廣州 510520；3.廣東省嶺南綜合勘察設計院，廣州 510663)

通過對森林公園林內樣點噴淋前后木材樣塊含水率進行連續(xù)測定，建立木材樣塊含水率與測點次數(shù)的曲線模型，分析木材樣塊含水率差異性及變化趨勢，從而了解水噴淋對林內木質可燃物含水率的影響程度。結果表明：噴淋后，木材樣塊含水率從13.3%升至18.8%，之后逐漸下降，維持4 d后恢復到噴淋前狀態(tài)；含水率維持在17%水平以上的時間為22.06 h，木材樣塊處在可燃狀態(tài)，而對照樣地木材樣塊處在易燃狀態(tài)。

水噴淋；森林公園；木材樣塊；含水率

森林公園的可燃物載量大[1]，發(fā)生火災后如不能得到有效控制和撲救，將造成游人傷亡、景觀毀壞和經濟損失，對社會影響很大[2]。決定林火發(fā)生以及林火蔓延的一個重要指標是森林可燃物的含水率(FMC)[3]。研究表明，當FMC超過35%時，不燃；25%～35%時，難燃；17%～25%時，可燃；10%～16%時，易燃；小于10%時，極易燃[4]。而可燃物的含水率受溫濕度等環(huán)境因素的影響[5]。因此，通過安裝在林帶內的噴淋系統(tǒng)噴灑的水霧提高林內環(huán)境濕度從而影響可燃物的含水率，將能使林帶起到一定的防火阻隔作用。同時，以水滅火是最原始的滅火方法，具有安全、有效、快速的特點，是控制和撲滅森林火災的重要方法[6]，特別在高危森林火災時期通過對防火林帶進行水噴淋灌溉，將能大幅提高防火林帶的防火能力[7]。

由于森林公園林內可燃物的種類繁多、成分復雜、結構多樣，包括喬木、灌木、藤本植物、草本植物、苔蘚、地衣、倒木、枯立木、凋落物和腐殖質[8]，難以對所有種類進行逐一測定。因此，本研究采用木材樣塊為測定對象，通過對噴淋前后林內木材樣塊的含水率進行實測，分析木材樣塊含水率差異性及變化趨勢，從而了解水噴淋對林內木質可燃物含水率的影響情況，以期為水噴淋對防火林帶防火效果的影響提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

采用95 mm×15 mm×350 mm的杉木樣塊為實驗用木材樣塊；實驗設備采用德圖TESTO 606-2木材水份測量儀；噴淋系統(tǒng)的噴頭型號為46 H，射程21 m，噴水量4.8 m3/h，水壓0.40 MPa。

1.2 實驗樣地設置

實驗地點位于廣東省東莞市大屏嶂森林公園，實驗基地面積共18000 m2，屬南亞熱帶季風氣候，年降雨量1500～2400 mm，平均氣溫21.8 ℃，無霜期在350 d以上，有夏秋多雨，春冬干旱的特點。實驗地由各300 m長的2段林帶組成，林帶主要樹種為荷木、馬占相思林、羅浮栲、鴨腳木、青岡、中華錐等人工闊葉林。其中一段設為噴淋樣地，每20 m安裝一個噴頭，在噴淋樣地內以每隔100 m抽取1個噴頭的方式共抽取3個噴頭，以3個噴頭為中心分別設置A，B和C共3條垂直于林帶的取樣軸；另一段為不設置噴淋的對照樣地，在對照樣地內每隔100 m分別設置D，E和F共3條垂直于林帶的取樣軸。在每個取樣軸上距離噴頭坡上5 m、坡下5 m和坡下10 m處各設置一個數(shù)據(jù)取樣點，共設取樣點18個(見圖1)。各樣點林相、地理位置、坡向、朝向、海拔等均具有相似性。

圖1 實驗樣地樣點平面圖

1.3 實驗方法

實驗采用按時段觀測的方法對18個樣點進行實測，每個樣點分別在0.5 m和1.5 m高的位置設置一塊木材樣塊，用德圖TESTO 606-2木材水份儀進行測量。據(jù)李小川等[9]統(tǒng)計資料，廣東森林火災主要集中在2―3月和11―12月，一天內時段主要集中在14:00―17:00時。因此，本研究實測日期定為2016-02-27 T 09:00時至2016-03-03 T 11:00時，測量時間全程122 h，即噴前52 h及噴后70 h，測量間隔為2 h。2016-02-29 T 12:00時開始噴淋，噴淋時間1h，噴淋強度為3.2 L/m2。

1.4 數(shù)據(jù)處理方法

采用Microsoft Excel 2010軟件統(tǒng)計和分析各項數(shù)據(jù)，采用SPSS20.0軟件對數(shù)據(jù)進行差異性分析和回歸分析。

2 測試結果與分析

2.1 木材樣塊含水率

通過對噴淋前、噴淋后以及整個實測期噴淋樣地與對照樣地木材樣塊平均含水率分別進行統(tǒng)計得出(表1)：噴淋前，噴淋樣地木材樣塊平均含水率略高于對照樣地，分別為16.20%和15.24%，其原因是兩個樣地之間存在微地形的差異[10]；噴淋后，噴淋樣地木材樣塊平均含水率則明顯高于對照樣地，分別為16.12%和13.05%，但由于這期間受大氣濕度較噴淋前低的影響[11]，因此兩者數(shù)值比噴淋前要低，這一點可以從木材樣塊平均含水率實時數(shù)據(jù)可以看出(圖2)?？傮w來看，貫穿噴前和噴后的整個實測期內，噴淋樣地木材樣塊平均含水率(16.16%)均高于對照樣地(14.03%)。

表1 木材樣塊平均含水率統(tǒng)計分析統(tǒng)計時段統(tǒng)計樣本測量次數(shù)平均值/%平均數(shù)標準誤差標準差方差最小值/%最大值/%噴淋前噴淋樣地121620004797166192762133191對照樣地121524204862168442837118179噴淋后噴淋樣地151612005905228705230128198對照樣地151305303509135901847108153整個實測期噴淋樣地271615603842199663986128198對照樣地271402603560185013423108179 注：表中統(tǒng)計的實測值均為平均值

圖2 噴淋樣地與對照樣地木材樣塊即時含水率比較

實驗表明，噴淋后4 h內，即2016-02-29 T 13:00―17:00時，噴淋樣地木材樣塊即時含水率顯著高于對照樣地，兩者的差值在13:00時為8%，在17:00時達到峰值，為8.3%(圖3)，之后，噴淋樣地木材樣塊的即時含水率與對照樣地之間的差距隨著時間推移逐漸縮小。另除了此時間段外，木材樣塊的即時含水率變化規(guī)律與實時大氣濕度基本吻合(圖2)。

2.2 噴淋前后木材樣塊含水率差異性分析

通過噴淋樣地與對照樣地配對樣本t檢驗方法，對噴淋前后木材樣塊含水率進行差異性分析(表2)，表明：噴淋前，噴淋樣地木材樣塊平均含水率高于對照樣地0.96個百分點，t檢驗值為11.676；噴淋后，噴淋樣地木材樣塊平均含水率高于對照樣地3.07個百分點，t檢驗值為4.520。兩者對應的臨界置信水平均小于0.05，即表明噴淋樣地與對照樣地林內木材樣塊含水率之間有顯著差異。因此，在進行趨勢分析時，要考慮此因素的影響。

圖3 噴淋樣地與對照樣地木材樣塊的即時含水率差值

表2 木材樣塊含水率配對樣本T檢驗配對樣本平均值標準差平均數(shù)標準誤差偏差95%的置信區(qū)間最低值最高值t檢驗自由度p值(雙尾檢驗)噴淋前095830284300821077771139011676110噴淋后30667262780678516114452194520140 注：配對樣本為噴淋樣地木材樣塊含水率與對照樣地木材樣塊含水率。

2.3 木材樣塊含水率變化趨勢分析

對木材樣塊含水率與測點次數(shù)建立曲線模型，推測變化趨勢，計算出噴淋后噴淋樣地木材樣塊含水率恢復到噴淋前狀態(tài)的時間點，以確定在受到噴淋的影響下木材樣塊含水率出現(xiàn)變化所持續(xù)的時間。

2.3.1 模型擬合

從木材樣塊含水率(y)與測點次數(shù)(x)呈現(xiàn)的曲線變化情況(圖4)可以看出。噴淋樣地噴淋前呈現(xiàn)三次曲線變化，噴淋后呈現(xiàn)S曲線變化；對照樣地呈現(xiàn)冪函數(shù)變化。

通過SPSS對噴淋樣地和對照樣地木材樣塊含水率進行回歸分析，其中2016-02-27 T 09:00時取值為1，2016-03-03 T 11:00時為27。由于噴淋樣地噴淋前后木材樣塊含水率有明顯差異，因此需要采用分段函數(shù)進行模擬，即分為噴淋樣地噴淋前(y)和噴淋后(y1)及對照樣地(y2)3個模型。經過模型擬合分析(見表3)，3個模擬函數(shù)判定系數(shù)R2分別為0.932，0.709和0.420。在5%的顯著性水平下，回歸系數(shù)通過t檢驗，p值非常小，說明回歸效果較好，得出木材樣塊含水率與測點次數(shù)的函數(shù)關系。

圖4 木材樣塊含水率分布圖

表3 木材樣塊含水率擬合模型表模型編號樣地類型統(tǒng)計時段擬合模型R2Sigx2x2001(n-1)備注1噴淋樣地噴淋前y=20356-1436x+0172x2-0008x3(1≤x≤12)093200080081328n=42噴淋樣地噴淋后y1=e2296+9151/x(13≤x<﹢∞)070900010531328n=43對照樣地整個實測期y2=17752x-0107(1≤x<﹢∞)042000030602009n=8

2.3.2 趨勢分析

由于噴淋樣地與對照樣地的木材樣塊含水率在噴淋前存在差異，差值為0.96。因此，噴淋后木材樣塊含水率在進行趨勢分析需要減去此差值。據(jù)模型2和模型3，當x=32.1，y1=13.21，y2=12.25，即此時噴淋樣地、對照樣地的木材樣塊含水率與噴淋前趨于一致；x取整為32次(即2016-03-04 T 11:00時)，從噴淋時間點(2016-02-29 T 13:00時)開始算起，水噴淋對木材樣塊含水率的影響維持4 d(圖5)。當x=17.03，y1=17.00，22+(17.03-17)×2=22.06 h，即表明噴淋后木材樣塊含水率維持在17%水平上的時間為22.06 h。

圖5 木材樣塊含水率變化趨勢模擬

3 結論與討論

實驗表明，以噴淋強度為3.2 L/ m2的噴淋系統(tǒng)對林帶持續(xù)噴淋1 h后，林帶內的木材樣塊含水率有較大幅度提高，從噴淋前的13.3%升至18.8%，木材樣塊由易燃狀態(tài)變?yōu)榭扇紶顟B(tài)，而對照樣地木材樣塊則仍然處于易燃狀態(tài)。噴淋樣地木材樣塊含水率在噴淋結束后4 h達到峰值，之后逐漸下降，維持4 d后恢復到噴淋前狀態(tài)。木材樣塊平均含水率維持在17%水平以上的時間為22.06 h。因此，噴淋防火林帶林下可燃物含水率的提高將有效降低林帶的易燃性。提前2～3 h對林帶進行噴淋將對林帶的防火性能有較好的提升作用，并且該作用能維持1～2 d。

本次實驗測試的噴淋防火林帶林內木材樣塊含水率，由于采用電阻式探針測量，木材樣塊含水率的分布可能存在著不均勻性[12]，可能會導致所測得的數(shù)據(jù)與實際存在偏差。另外，由于受調查樣地和工作強度的限制，只測定了冬季的5個工作日的數(shù)據(jù)，并且基本上是白天測得的。如果能夠在全年各個季節(jié)并且有更多時段的測定數(shù)據(jù)，將使實驗結果更科學合理。

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EffectofWaterSprayonMoistureContentofWoodSpecimens
intheForestPark

CHEN Yuhao1, LI Xiaochuan2, DING Dan1, CHEN Xiongwei1,HE Yingquan1, CHEN Hankun1, LIU Xihui3

(1.Guangdong Forestry Survey and Planning Institute, Guangzhou 510520, Guangdong, China;2.Guangdong Academy of Forestry, Guangzhou 510520, Guangdong, China；3. Lingnan Integrated Exploration and Design Institute of Guangdong, Guangzhou 510663, Guangdong, China)

Based on the continuous measurement of moisture content of wood specimens when water spray in the sampling points of forest park, the curve model was established between moisture content and the test number, which can be used to analyze the moisture content of wood specimens difference and the variation tendency.It will be helpful for further understanding of how the water spray affects moisture content of combustible material for forest wood. The results showed that: the spray made the moisture content of wood specimens increased from 13.3% to 18.8% and then declined,it was maintaining 4 days and then back to the state before spray.When moisture content maintained at more than 17% by the duration of 22.06 h, the wood specimens were on the flammable status, on the contrary, the wood specimens in the contrastive plots were on the easily flammable status.

water spray；forest park；wood specimens；moisture content

2016 — 10 — 24

廣東省林業(yè)科技計劃項目——廣東省森林生態(tài)旅游區(qū)森林防火系統(tǒng)集成研究(2012-02)。

陳鈺皓(1977 — )，男，高級工程師，主要從事森林公園規(guī)劃設計研究。

S726.3;S781.33

A

1003 — 6075(2017)01 — 0047 — 05

10.16166/j.cnki.cn43 — 1095.2017.01.012