Modelowania pożaru lasu. Część IV. Modele inicjacji i rozprzestrzeniania się ognia koron drzew

• Autorzy: Maciak T. , Czerpak T.

Warianty tytułu

EN

Forest fire modelling. Part IV. Models of the initiation and spread of crown fire

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy zaprezentowano matematyczny sposób modelowania pożaru koron drzew lasu oraz omówiono model roznoszenia płonących fragmentów roślinności przez wiatr. Oba modele są stosowane w oprogramowaniu FARSITE. Model pożaru koron drzew został przedstawiony zgodnie z teorią Van Wagnera. Zaprezentowane równania są częściowo empiryczne. Za pomocą modelu Van Wagnera można określić, czy ogień pozostaje tylko w przestrzeni paliw powierzchni, czy przenosi się na korony drzew. Paliwa koron są traktowane jako jednorodna warstwa umiejscowiona na stałej wysokość od podłoża, posiadająca określoną głębokość i gęstość. W rozważanych modelach nie są brane w wyraźny sposób pod uwagę różne mechanizmy przenikania ciepła takie jak np. promieniowanie, konwekcja lub przewodzenie. Przyjęcie jednorodnej warstwy koron drzew jest podstawowym założeniem współczesnych modeli służących do przewidywania zachowania się ognia. W rzeczywistości warunki te są spełnione tylko w siedliskach gęstych lasów składających się z drzew bardzo podobnych jeśli chodzi o wiek i rozmiar. Nie są natomiast spełnione w siedliska o zmiennej gęstości drzew. Model roznoszenia płonących fragmentów roślinności przez wiatr został zaprezentowany na podstawie opracowania Albiniego. Modelowane zjawisko może mieć bardzo duży zasięg. Płonące żagwie mogą przenosić się z wiatrem na wiele kilometrów, dramatycznie zmieniając rozwój pożaru. Symulacja tego zjawiska opiera się przede wszystkim na określeniu lokalizacji płonących fragmentów o różnych rozmiarach. Odległość przenoszenia płonących żagwi na nierównym terenie zależy przede wszystkim od: wielkości żagwi, pionowego profilu prędkości wiatru oraz od topografii powierzchni w kierunku przenoszenia niedopałków. Model Albiniego pozwala obliczyć poziom, do którego unoszone są płonące cząstki oraz zasięg zagrożenia pożarowego. W trzeciej części pracy pokazano w jaki sposób z niepełnych danych będących w posiadaniu Dyrekcji Lasów Państwowych można oszacować dane wejściowe do symulacji pożaru kompleksu leśnego w oprogramowaniu FARSITE.

EN

The paper presents a mathematical method of modeling the forest crown fires, and discusses a model of delivering the burning fragments of vegetation by the wind. Both models are used in FARSITE software. Crown fire model has been presented in accordance with the theory of Van Wagner. The presented equations are partially empirical. With the help of Van Wagner.s model to determine of the fire is only in the area of fuel surface, and moves to the crowns of trees. Crown fuels are treated as a homogenous layer located at a constant height from the floor, having a specifies depth and density. The models under consideration are not taken explicitly into account the different heat transfer mechanisms such as radiation, convection of conduction. The adoption of a uniform layer of the crown is the basic assumption of contemporary models to predict the behavior of fire. In fact, these conditions are met only in dense forest habitats consisting of trees are very similar in terms of age and size. There are, however, met with a variable density of habitat trees. Model spreading flaming fragments of vegetation by the wind was presented on the basis of the development of Albini. Modeled phenomenon may have a very large range. The burning of charcoal can move with the wind for miles, dramatically altering the development of a fire. The simulation of this phenomenon is based primarily on identifying the location of burning fragments of different sizes. Distance transmission burning charcoal in the rough terrain depends primarily on: the size of charcoal in the vertical profile of wind speed and surface topography of cigarette butts in the conveying direction. Albini model allows to calculate the degree to which particles are lifted and the extent of burning fire hazard. In the third part of the paper shows how the incomplete data held by the RDLP in Bialystok can estimate the input to the simulation of complex forest fire in FARSITE software.

Słowa kluczowe

PL

model pożaru koron drzew; modele pożaru lasu

EN

crown fire model; forest fire modeling

• Wydawca: Centrum Naukowo-Badawcze Ochrony Przeciwpożarowej im. Józefa Tuliszkowskiego - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Bezpieczeństwo i Technika Pożarnicza
• Rocznik: 2012
• Tom: Nr 2
• Strony: 27--36
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz.,Rys., tab.,

Twórcy

autor

Maciak T.

autor

Czerpak T.

• Wydział Informatyki Politechnika Białostocka

Bibliografia

• 1. Czerpak T., Maciak T., Modelowania pożaru lasu. Część I. Metody i algorytmy modelowania pożaru lasu., [w:] Bezpieczeństwo i Technika Pożarnicza, CNBOP 2011, nr 3, str. 83-94;
• 2. Czerpak T., Maciak T., Modelowania pożaru lasu. Część II. Symulacja komputerowa pożaru wybranego kompleksu leśnego, [w:] Bezpieczeństwo i Technika Pożarnicza, CNBOP 2011, nr 4, str. 99-111;
• 3. Finney M.A. FARSITE technical documentation. FARSITE 4.0 help, [online], [dostęp: 10 kwietnia 2012]. Dostępny w World Wide Web: http://www.laep.ced.berkeley.edu/~itr/literature/farsite/index.html ;
• 4. Rothermel R.C., A mathematical model for predicting fire spread in wildland fuels. U.S. Department of Agriculture Forest Service 1972, INT-115, str. 3-25.
• 5. Van Wagner C.E., Conditions for the start and spread of crownfire, [w:] Canadian Journal of Forest Research 1977, vol. 7, nr 1, str. 23-34;
• 6. Rothermel R.C., Predicting behavior and size of crown fires in the northern Rocky Mountains. Ogden, UT: U.S. Department of Agriculture, Forest Service, Intermountain Forest and Range Experiment Station 1991, INT-438;
• 7. Albini F.A., Spot fire distance from burning trees - a predictive model. Ogden, UT: Department of Agriculture, Forest Service, Intermountain Forest and Range Experiment Station 1979, INT-56;
• 8. Richards G.D., An elliptical growth model of forest fire fronts and its numerical solution, [w:] International Journal for Numerical Methods in Engineering 1990. vol. 30, nr 6, str. 1163-1179.
• 9. Richards G.D., The properties of elliptical wildfire growth for time dependent fuel and meteorological conditions, [w:] Combustion Science and Technology 1993. vol. 92, nr 1, str. 145-171;
• 10. Maciak T., Modelowanie pożaru lasu. Cz. III. Modele paliwowe, Bezpieczeństwo i Technika Pożarnicza CNBOP, 2012, nr 1, str. 37-48;
• 11. Byram G.M., Chapter three, Combustion of Forest Fuels, [In:] Davis, K.P., Forest Fire, Control and Use. McGraw-Hill, New York 1959;
• 12. Van Wagner C.E. Prediction of crown fire behavior in two stands of jack pine, Canadian Journal of Forest Research 1993, vol. 23, nr 3, str. 442-449;
• 13. Forestry Canada Fire Danger Group. Development and structure of the Canadian Forest Fire Behavior Prediction System., Inf. Rep. ST-X-3, 1992;
• 14. Alexander M.E., Help with making crown fire hazard assessments, [In:] Fischer, W.C. and S.F. Arno (compilers), Protecting people and homes from wildfire in the Interior West, USDA For. Serv. Gen. Tech. Rep. INT-251, 1988, str. 147-156;
• 15. Albini F.A., Baughman R.G., Estimating windspeeds for predicting wildland fire behavior, USDA For. Serv. Res. Pap. INT-221, 1979;
• 16. Zwarcie (leśnictwo): [online], [dostęp: 10 kwietnia 2012]. Dostępny w World Wide Web: http://p.wikipedia.org/wiki/Zwarcie_(leśnictwo) ;
• 17. Linn R., Winterkamp J., Colman J., Edminster C., Bailey J., Modeling interactions between fire and atmosphere in discrete element fuel beds, International Journal of Wildland Fire 2005, vol. 14, nr 1, str. 37-48;
• 18. Parsonsa R., Mellb W., McCauleyc P., Linking 3D spatial models of fuels and fire: Effects of spatial heterogeneity on fire behavior, Ecological Modelling 2011, vol. 222, nr 3, str. 679-691.