森林火災(zāi)燃燒特性對(duì)滅火劑選擇的影響研究

引言

森林火災(zāi)燃燒錯(cuò)綜復(fù)雜，火勢(shì)來勢(shì)兇猛，難以控制，極易對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)造成毀滅性打擊。面對(duì)火場(chǎng)溫度驟變與熱量釋放強(qiáng)度大的嚴(yán)峻形勢(shì)，選擇合適的滅火劑成為撲救成功的關(guān)鍵。因此，深人認(rèn)識(shí)燃燒規(guī)律，著重研究溫度與火焰形態(tài)、燃燒產(chǎn)物、氧氣濃度等環(huán)境因素對(duì)滅火劑性能的作用機(jī)理，探索各個(gè)燃燒階段的最佳滅火方案，將為提升森林火災(zāi)撲救效率開拓全新思路。

一、森林火災(zāi)燃燒特性分析

對(duì)森林火災(zāi)燃燒特性展開研究是科學(xué)挑選滅火劑的基礎(chǔ)。通過深入、細(xì)致地分析森林火災(zāi)各個(gè)階段燃燒過程的具體特征、溫度變化內(nèi)在規(guī)律以及熱量釋放特點(diǎn)，為后續(xù)開展燃燒特性對(duì)滅火劑性能影響機(jī)制的研究奠定堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)，進(jìn)而能夠有效指導(dǎo)滅火劑選擇。

（一）森林火災(zāi)燃燒過程與階段特征

森林火災(zāi)燃燒是一個(gè)從初始到全面燃燒的動(dòng)態(tài)變化過程。在火災(zāi)初期，地表可燃物會(huì)率先燃燒起來，此時(shí)火勢(shì)相對(duì)較小且火焰主要在垂直方向上發(fā)展，燃燒面積的擴(kuò)展速度比較慢。隨著火勢(shì)不斷發(fā)展，可燃物表面溫度迅速攀升，輻射熱持續(xù)積累，使得地表火開始向灌木層蔓延，當(dāng)火焰延伸到樹冠層后，就形成了樹冠火，這時(shí)燃燒面積會(huì)急劇擴(kuò)大且火焰形態(tài)有明顯的不規(guī)則特征。在全面燃燒階段，火場(chǎng)溫度達(dá)到頂峰，輻射熱強(qiáng)度顯著增加，火勢(shì)蔓延速度達(dá)到最大，還伴隨著強(qiáng)烈上升的氣流，周圍空氣被卷入，形成特殊火場(chǎng)，極大地影響滅火劑的效果[1]。

（二）燃燒溫度與熱量釋放規(guī)律

森林火災(zāi)燃燒溫度的變化有著獨(dú)特的動(dòng)態(tài)特征，熱量釋放規(guī)律也呈現(xiàn)出明顯的階段性。初始階段，隨著可燃物含水率逐漸降低，地表溫度會(huì)逐漸升高且熱量主要靠傳導(dǎo)向周圍擴(kuò)散，當(dāng)溫度超過了可燃物的燃點(diǎn)后，燃燒速率會(huì)顯著提升，熱量釋放強(qiáng)度急劇增加。在樹冠層燃燒階段，因?yàn)榇罅靠扇嘉飬⑴c燃燒，加上空氣對(duì)流加劇，使得溫度迅速攀升到 800^°C-1200^°C ，熱量釋放達(dá)到最大值，此階段輻射傳熱占據(jù)主導(dǎo)地位，高溫輻射使周圍可燃物持續(xù)地受熱分解，釋放可燃?xì)怏w，從而進(jìn)一步加劇燃燒[2]。同時(shí)，火場(chǎng)上升氣流攜帶大量熱量改變局部氣象條件，形成特殊的溫度場(chǎng)分布，這些因素共同影響著滅火劑的選擇與使用效果。

二、燃燒特性對(duì)滅火劑性能的影響

森林火災(zāi)在燃燒過程中呈現(xiàn)出復(fù)雜的溫度變化規(guī)律，同時(shí)還有多變的火焰形態(tài)特征以及獨(dú)特的化學(xué)環(huán)境。這些因素相互作用，共同對(duì)滅火劑的作用發(fā)揮產(chǎn)生影響。因此，深入認(rèn)識(shí)這些因素的作用機(jī)制，對(duì)提升滅火效果有著重要的指導(dǎo)作用。

（一）溫度對(duì)滅火劑穩(wěn)定性的影響

森林火場(chǎng)的溫度變化劇烈，從地表初始燃燒的數(shù)百攝氏度到全面燃燒時(shí)的上千攝氏度高溫，給滅火劑的穩(wěn)定性帶來了巨大挑戰(zhàn)。水基型滅火劑在這種極端溫度環(huán)境下很難發(fā)揮出理想作用，高溫導(dǎo)致滅火劑快速蒸發(fā)，既減少有效成分含量，又破壞原有物理化學(xué)特性。泡沫類滅火劑在強(qiáng)熱輻射作用的影響下，容易出現(xiàn)結(jié)構(gòu)破壞，泡沫的保水性能明顯下降且隔熱效果會(huì)大打折扣。即便耐高溫的粉末滅火劑長(zhǎng)時(shí)間暴露于高溫環(huán)境中，也會(huì)出現(xiàn)性能退化現(xiàn)象，部分活性組分可能會(huì)發(fā)生分解[3]。隨著火場(chǎng)溫度持續(xù)升高，滅火劑性能衰減問題變得愈發(fā)嚴(yán)重，特別是在樹冠層火災(zāi)場(chǎng)景當(dāng)中，強(qiáng)烈熱氣流會(huì)加速滅火劑的溫度變化過程，導(dǎo)致其在到達(dá)燃燒核心區(qū)域前就失去大部分效能。火場(chǎng)溫度分布的不均勻性也給滅火劑的作用發(fā)揮帶來挑戰(zhàn)。高溫區(qū)域可能導(dǎo)致滅火劑局部過熱分解，相對(duì)低溫區(qū)域可能出現(xiàn)濃度過度稀釋的問題。

（二）火焰形態(tài)對(duì)滅火劑覆蓋效果的影響

森林火災(zāi)從地表往樹冠層蔓延的過程中，火焰形態(tài)會(huì)呈現(xiàn)出復(fù)雜的動(dòng)態(tài)變化特征。在地表火的初期階段，火焰相對(duì)比較規(guī)則，滅火劑較容易實(shí)現(xiàn)有效覆蓋。然而，隨著火勢(shì)不斷向上發(fā)展，尤其是形成樹冠火時(shí)，高大的火焰與強(qiáng)烈的上升氣流給滅火劑投放帶來嚴(yán)峻考驗(yàn)，旋轉(zhuǎn)火柱更是形成了獨(dú)特的渦流場(chǎng)，導(dǎo)致滅火劑難以穿透火焰到達(dá)燃燒核心區(qū)域。這種復(fù)雜的火焰結(jié)構(gòu)不僅影響滅火劑的投放軌跡，還會(huì)造成滅火劑在到達(dá)目標(biāo)前就被氣流擾動(dòng)，大大降低其利用率。火焰形態(tài)的多樣性對(duì)滅火劑提出嚴(yán)格要求，不同區(qū)域的火焰特征需要針對(duì)性的滅火策略。面對(duì)不同形態(tài)的火焰，滅火劑必須具備良好的穿透性和附著性，確保其突破火焰層，有效地接觸燃燒表面，特別是在大風(fēng)條件下，火焰形態(tài)更加復(fù)雜，常出現(xiàn)橫向發(fā)展甚至逆風(fēng)蔓延的情況，這時(shí)需要滅火劑具有更強(qiáng)的方向性和抗風(fēng)性。

（三）燃燒產(chǎn)物對(duì)滅火劑化學(xué)性能的影響

森林火災(zāi)燃燒過程產(chǎn)生的化學(xué)物質(zhì)種類繁多，和滅火劑之間存在著復(fù)雜的相互作用。濃烈煙氣中含有多種酸性物質(zhì)，與水基滅火劑接觸后常引起化學(xué)性質(zhì)改變，燃燒過程產(chǎn)生的焦油狀物質(zhì)有很強(qiáng)粘附性，沾染在滅火劑表面會(huì)形成阻隔層，嚴(yán)重影響其與燃燒物的直接接觸。不同樹種燃燒釋放的化學(xué)物質(zhì)差異顯著。針葉林樹脂燃燒產(chǎn)物具有獨(dú)特的化學(xué)活性，常導(dǎo)致滅火劑性能顯著降低。燃燒產(chǎn)物對(duì)滅火劑性能的影響程度跟火場(chǎng)環(huán)境條件密切相關(guān)。復(fù)雜化學(xué)環(huán)境要求滅火劑具備足夠的穩(wěn)定性，能在各種干擾因素下保持應(yīng)有的滅火性能。隨著燃燒的持續(xù)進(jìn)行，積累的化學(xué)物質(zhì)濃度不斷升高，對(duì)滅火劑的侵蝕作用變得愈發(fā)明顯[4]。特別是在空氣濕度較大的情況下，煙氣中的有害物質(zhì)更容易與水分結(jié)合成腐蝕性強(qiáng)的混合物，這要求選擇滅火劑時(shí)必須考慮其抗腐蝕能力。不同季節(jié)的氣候條件會(huì)影響燃燒產(chǎn)物的化學(xué)性質(zhì)，進(jìn)而改變其與滅火劑的相互作用方式。

（四）氧氣濃度對(duì)滅火劑作用機(jī)理的影響

火場(chǎng)里氧氣濃度的分布有著明顯的空間差異性，這種不均勻性直接影響滅火劑的作用效果。在燃燒最為劇烈的區(qū)域，高溫引發(fā)空氣膨脹，致使局部的氧氣含量明顯降低，周邊區(qū)域因空氣對(duì)流得到補(bǔ)充，維持較高氧氣水平。這種濃度梯度不僅影響著燃燒本身的進(jìn)程和走向，還會(huì)給滅火劑性能的發(fā)揮帶來不小挑戰(zhàn)。部分化學(xué)滅火劑的作用機(jī)理需要一定氧氣，在嚴(yán)重缺氧區(qū)域，其滅火效果就會(huì)大打折扣，同時(shí)火場(chǎng)特有的氣流運(yùn)動(dòng)會(huì)形成復(fù)雜的壓力場(chǎng)，改變氧氣輸運(yùn)路徑，進(jìn)而影響滅火劑擴(kuò)散?；饒?chǎng)氧氣環(huán)境復(fù)雜，選擇滅火劑時(shí)必須充分考慮其對(duì)氧氣濃度的敏感程度。不同類型的滅火劑適應(yīng)能力不同，一些通過物理降溫方式發(fā)揮作用的滅火劑受氧氣濃度影響相對(duì)較小，依賴化學(xué)反應(yīng)機(jī)制的滅火劑對(duì)氧氣環(huán)境變化更加敏感。在山地森林火災(zāi)中，地形引起的空氣流動(dòng)更加復(fù)雜，常常導(dǎo)致氧氣濃度出現(xiàn)較大波動(dòng)，因此要選擇適應(yīng)性較強(qiáng)的滅火劑，確保其在各種氧氣環(huán)境下都能保持良好的滅火效果。

三、基于燃燒特性的滅火劑選擇策略

針對(duì)森林火災(zāi)在不同發(fā)展階段所呈現(xiàn)出的燃燒特性，制定與之相適應(yīng)的滅火劑選擇策略至關(guān)重要。通過仔細(xì)分析火場(chǎng)環(huán)境所具備的特點(diǎn)，結(jié)合滅火劑自身的性能特征，確定最佳滅火方案，有助于提高森林滅火工作的效率并降低火災(zāi)造成的損失。

（一）初始燃燒階段的滅火劑選擇

森林火災(zāi)初期主要是地表可燃物在燃燒，此時(shí)火勢(shì)相對(duì)來說是比較可控，選擇合適滅火劑可有效遏制火勢(shì)蔓延。這一階段溫度是相對(duì)比較低的，火焰形態(tài)較為規(guī)則且燃燒產(chǎn)物少，適合用滲透性強(qiáng)的水基型滅火劑，添加表面活性劑的水基滅火劑能快速滲入燃燒物內(nèi)部，可有效降低燃燒的溫度。針對(duì)不同地表可燃物特點(diǎn)，適當(dāng)調(diào)整滅火劑黏度和表面張力，能顯著提高滅火效率。在油脂類可燃物較多的林區(qū)，宜選用抗復(fù)燃性能好的泡沫滅火劑，利用其良好的覆蓋性能阻斷氧氣供應(yīng)[5]。在火災(zāi)初期，滅火劑選擇要考慮地形地貌與環(huán)境因素影響。地形較平坦區(qū)域可考慮采用噴霧型滅火劑，它既能控制火勢(shì)又能降低熱輻射強(qiáng)度，坡度較大區(qū)域要選黏附性較強(qiáng)的滅火劑，這樣可防止滅火劑沿坡面流失。在滅火初期，若能把握好時(shí)機(jī)并合理選滅擇火劑類型，往往能起到事半功倍的效果，特別是在植被稀疏地區(qū)，滅火劑覆蓋范圍和停留時(shí)間尤為重要，要根據(jù)實(shí)際情況，調(diào)整滅火劑黏度和表面張力，確保其能在燃燒物表面形成持久保護(hù)層，有效防止火勢(shì)復(fù)燃。

（二）全面燃燒階段的滅火劑選擇

火勢(shì)發(fā)展到全面燃燒階段時(shí)，火場(chǎng)溫度急劇升高且火焰劇烈翻滾，這對(duì)滅火劑性能提出更高要求。此階段要選耐高溫、穿透性強(qiáng)的滅火劑，以突破火焰層到達(dá)燃燒核心區(qū)?；旌闲蜏缁饎┯歇?dú)特優(yōu)勢(shì)，其降溫組分能快速吸熱且化學(xué)抑制組分可打斷燃燒鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。在強(qiáng)對(duì)流條件下，增稠型滅火劑更易附著燃燒物表面減少飄散損失；針對(duì)不同林型特點(diǎn)，可采用不同配比混合滅火劑。在針葉林區(qū)域，適當(dāng)提高化學(xué)抑制劑含量。在全面燃燒階段，滅火劑選擇策略要依據(jù)火場(chǎng)條件進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。當(dāng)高大喬木參與到燃燒過程中時(shí)，需選用射程遠(yuǎn)且霧化性能良好的滅火劑，以提高火場(chǎng)覆蓋范圍；在風(fēng)力較大時(shí)，滅火劑的抗風(fēng)性能就顯得特別重要，可通過調(diào)整噴射壓力與霧化程度來適應(yīng)不同風(fēng)速條件。同時(shí)，全面燃燒階段常常會(huì)伴隨著大量煙氣產(chǎn)生，這就要求所選擇的滅火劑具備較強(qiáng)的抗十?dāng)_能力，能夠在復(fù)雜煙氣環(huán)境中保持穩(wěn)定性并持續(xù)發(fā)揮滅火作用。

（三）火災(zāi)規(guī)模對(duì)滅火劑用量的確定

科學(xué)確定滅火劑用量，是提高滅火效率的關(guān)鍵。小規(guī)模火情可采用常規(guī)配比的滅火劑，注重精準(zhǔn)投放，避免過量使用造成浪費(fèi)；大規(guī)?；馂?zāi)常常伴隨著復(fù)雜多變的氣象條件，需根據(jù)火場(chǎng)蔓延速度和燃燒面積等因素動(dòng)態(tài)調(diào)整用量。在強(qiáng)風(fēng)條件下，要適當(dāng)提高滅火劑濃度和黏度，以此增加其抗風(fēng)性能，保證滅火效果；地形復(fù)雜區(qū)域需考慮坡度對(duì)滅火工作的影響，上坡面要適當(dāng)增加用量，補(bǔ)償重力作用；不同滅火劑之間存在著一定的協(xié)同效應(yīng)，合理搭配使用，能夠起到事半功倍的效果。合理確定滅火劑的用量，需要綜合考慮多種環(huán)境因素所產(chǎn)生的影響。在森林火災(zāi)撲救過程中，氣溫與濕度的晝夜變化會(huì)給滅火劑的作用發(fā)揮造成影響，需要依據(jù)這些情況來調(diào)整滅火劑的使用。在林木較為茂密的區(qū)域，因?yàn)榭扇嘉镙d量比較大且燃燒得較為充分，往往需要增加滅火劑的用量并且提高噴灑的頻次。需要注意不同季節(jié)林分特征出現(xiàn)的變化，合理規(guī)劃滅火劑的儲(chǔ)備量，以確保在關(guān)鍵時(shí)刻滅火資源充足。

（四）特殊環(huán)境條件下的滅火劑調(diào)配

極端天氣與復(fù)雜地形等特殊環(huán)境因素給滅火劑使用帶來嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。在低溫環(huán)境下，要調(diào)整滅火劑防凍性能并添加適量防凍劑，確保流動(dòng)性；在高溫干燥氣候條件下，需增加保水劑含量，以減少水分蒸發(fā)損失。風(fēng)速較大的山地地區(qū)要提高滅火劑黏附性能，可添加增稠劑，改善抗風(fēng)性。針對(duì)易燃易爆物質(zhì)聚集區(qū)域，應(yīng)選用低腐蝕性滅火劑，避免意外反應(yīng)。高海拔地區(qū)氧氣含量偏低，需相應(yīng)調(diào)整化學(xué)滅火劑配比，確保滅火性能。在特殊環(huán)境下，調(diào)配滅火劑必須建立在充分認(rèn)識(shí)環(huán)境特征的基礎(chǔ)上，并注重環(huán)境因素的綜合影響。在空氣濕度變化劇烈地區(qū)，滅火劑配方需考慮吸濕性能調(diào)節(jié)，以避免受潮結(jié)塊，影響使用效果。在特殊地質(zhì)條件下，還需評(píng)估滅火劑成分與土壤相容性，防止產(chǎn)生環(huán)境污染。調(diào)配策略制定需全面權(quán)衡各種環(huán)境因素，以實(shí)現(xiàn)滅火效果最優(yōu)化。

結(jié)語

通過深入剖析森林火災(zāi)燃燒特征，揭示了溫度變化規(guī)律與熱量釋放特點(diǎn)如何影響滅火劑性能。在此基礎(chǔ)上，確立了不同燃燒階段滅火劑的選擇策略，創(chuàng)新性地提出滅火劑用量測(cè)算方法，建立起特殊環(huán)境下的滅火劑調(diào)配體系。實(shí)踐證明，這種基于燃燒特性的滅火劑選擇方法顯著提升了撲救效率。未來，需繼續(xù)深化對(duì)燃燒特性的研究，推動(dòng)新型滅火劑研發(fā)，不斷完善森林火災(zāi)應(yīng)急處置技術(shù)體系，為森林資源保護(hù)貢獻(xiàn)力量。

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