森林火災燃燒特性對滅火劑選擇的影響研究

引言

森林火災燃燒錯綜復雜，火勢來勢兇猛，難以控制，極易對森林生態系統造成毀滅性打擊。面對火場溫度驟變與熱量釋放強度大的嚴峻形勢，選擇合適的滅火劑成為撲救成功的關鍵。因此，深人認識燃燒規律，著重研究溫度與火焰形態、燃燒產物、氧氣濃度等環境因素對滅火劑性能的作用機理，探索各個燃燒階段的最佳滅火方案，將為提升森林火災撲救效率開拓全新思路。

一、森林火災燃燒特性分析

對森林火災燃燒特性展開研究是科學挑選滅火劑的基礎。通過深入、細致地分析森林火災各個階段燃燒過程的具體特征、溫度變化內在規律以及熱量釋放特點，為后續開展燃燒特性對滅火劑性能影響機制的研究奠定堅實的理論基礎，進而能夠有效指導滅火劑選擇。

（一）森林火災燃燒過程與階段特征

森林火災燃燒是一個從初始到全面燃燒的動態變化過程。在火災初期，地表可燃物會率先燃燒起來，此時火勢相對較小且火焰主要在垂直方向上發展，燃燒面積的擴展速度比較慢。隨著火勢不斷發展，可燃物表面溫度迅速攀升，輻射熱持續積累，使得地表火開始向灌木層蔓延，當火焰延伸到樹冠層后，就形成了樹冠火，這時燃燒面積會急劇擴大且火焰形態有明顯的不規則特征。在全面燃燒階段，火場溫度達到頂峰，輻射熱強度顯著增加，火勢蔓延速度達到最大，還伴隨著強烈上升的氣流，周圍空氣被卷入，形成特殊火場，極大地影響滅火劑的效果[1]。

（二）燃燒溫度與熱量釋放規律

森林火災燃燒溫度的變化有著獨特的動態特征，熱量釋放規律也呈現出明顯的階段性。初始階段，隨著可燃物含水率逐漸降低，地表溫度會逐漸升高且熱量主要靠傳導向周圍擴散，當溫度超過了可燃物的燃點后，燃燒速率會顯著提升，熱量釋放強度急劇增加。在樹冠層燃燒階段，因為大量可燃物參與燃燒，加上空氣對流加劇，使得溫度迅速攀升到 800^°C-1200^°C ，熱量釋放達到最大值，此階段輻射傳熱占據主導地位，高溫輻射使周圍可燃物持續地受熱分解，釋放可燃氣體，從而進一步加劇燃燒[2]。同時，火場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、燃燒特性對滅火劑性能的影響

森林火災在燃燒過程中呈現出復雜的溫度變化規律，同時還有多變的火焰形態特征以及獨特的化學環境。這些因素相互作用，共同對滅火劑的作用發揮產生影響。因此，深入認識這些因素的作用機制，對提升滅火效果有著重要的指導作用。

（一）溫度對滅火劑穩定性的影響

森林火場的溫度變化劇烈，從地表初始燃燒的數百攝氏度到全面燃燒時的上千攝氏度高溫，給滅火劑的穩定性帶來了巨大挑戰。水基型滅火劑在這種極端溫度環境下很難發揮出理想作用，高溫導致滅火劑快速蒸發，既減少有效成分含量，又破壞原有物理化學特性。泡沫類滅火劑在強熱輻射作用的影響下，容易出現結構破壞，泡沫的保水性能明顯下降且隔熱效果會大打折扣。即便耐高溫的粉末滅火劑長時間暴露于高溫環境中，也會出現性能退化現象，部分活性組分可能會發生分解[3]。隨著火場溫度持續升高，滅火劑性能衰減問題變得愈發嚴重，特別是在樹冠層火災場景當中，強烈熱氣流會加速滅火劑的溫度變化過程，導致其在到達燃燒核心區域前就失去大部分效能。火場溫度分布的不均勻性也給滅火劑的作用發揮帶來挑戰。高溫區域可能導致滅火劑局部過熱分解，相對低溫區域可能出現濃度過度稀釋的問題。

（二）火焰形態對滅火劑覆蓋效果的影響

森林火災從地表往樹冠層蔓延的過程中，火焰形態會呈現出復雜的動態變化特征。在地表火的初期階段，火焰相對比較規則，滅火劑較容易實現有效覆蓋。然而，隨著火勢不斷向上發展，尤其是形成樹冠火時，高大的火焰與強烈的上升氣流給滅火劑投放帶來嚴峻考驗，旋轉火柱更是形成了獨特的渦流場，導致滅火劑難以穿透火焰到達燃燒核心區域。這種復雜的火焰結構不僅影響滅火劑的投放軌跡，還會造成滅火劑在到達目標前就被氣流擾動，大大降低其利用率。火焰形態的多樣性對滅火劑提出嚴格要求，不同區域的火焰特征需要針對性的滅火策略。面對不同形態的火焰，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，特別是在大風條件下，火焰形態更加復雜，常出現橫向發展甚至逆風蔓延的情況，這時需要滅火劑具有更強的方向性和抗風性。

（三）燃燒產物對滅火劑化學性能的影響

森林火災燃燒過程產生的化學物質種類繁多，和滅火劑之間存在著復雜的相互作用。濃烈煙氣中含有多種酸性物質，與水基滅火劑接觸后常引起化學性質改變，燃燒過程產生的焦油狀物質有很強粘附性，沾染在滅火劑表面會形成阻隔層，嚴重影響其與燃燒物的直接接觸。不同樹種燃燒釋放的化學物質差異顯著。針葉林樹脂燃燒產物具有獨特的化學活性，常導致滅火劑性能顯著降低。燃燒產物對滅火劑性能的影響程度跟火場環境條件密切相關。復雜化學環境要求滅火劑具備足夠的穩定性，能在各種干擾因素下保持應有的滅火性能。隨著燃燒的持續進行，積累的化學物質濃度不斷升高，對滅火劑的侵蝕作用變得愈發明顯[4]。特別是在空氣濕度較大的情況下，煙氣中的有害物質更容易與水分結合成腐蝕性強的混合物，這要求選擇滅火劑時必須考慮其抗腐蝕能力。不同季節的氣候條件會影響燃燒產物的化學性質，進而改變其與滅火劑的相互作用方式。

（四）氧氣濃度對滅火劑作用機理的影響

火場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域，高溫引發空氣膨脹，致使局部的氧氣含量明顯降低，周邊區域因空氣對流得到補充，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程和走向，還會給滅火劑性能的發揮帶來不小挑戰。部分化學滅火劑的作用機理需要一定氧氣，在嚴重缺氧區域，其滅火效果就會大打折扣，同時火場特有的氣流運動會形成復雜的壓力場，改變氧氣輸運路徑，進而影響滅火劑擴散。火場氧氣環境復雜，選擇滅火劑時必須充分考慮其對氧氣濃度的敏感程度。不同類型的滅火劑適應能力不同，一些通過物理降溫方式發揮作用的滅火劑受氧氣濃度影響相對較小，依賴化學反應機制的滅火劑對氧氣環境變化更加敏感。在山地森林火災中，地形引起的空氣流動更加復雜，常常導致氧氣濃度出現較大波動，因此要選擇適應性較強的滅火劑，確保其在各種氧氣環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

針對森林火災在不同發展階段所呈現出的燃燒特性，制定與之相適應的滅火劑選擇策略至關重要。通過仔細分析火場環境所具備的特點，結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造成的損失。

（一）初始燃燒階段的滅火劑選擇

森林火災初期主要是地表可燃物在燃燒，此時火勢相對來說是比較可控，選擇合適滅火劑可有效遏制火勢蔓延。這一階段溫度是相對比較低的，火焰形態較為規則且燃燒產物少，適合用滲透性強的水基型滅火劑，添加表面活性劑的水基滅火劑能快速滲入燃燒物內部，可有效降低燃燒的溫度。針對不同地表可燃物特點，適當調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，宜選用抗復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[5]。在火災初期，滅火劑選擇要考慮地形地貌與環境因素影響。地形較平坦區域可考慮采用噴霧型滅火劑，它既能控制火勢又能降低熱輻射強度，坡度較大區域要選黏附性較強的滅火劑，這樣可防止滅火劑沿坡面流失。在滅火初期，若能把握好時機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，滅火劑覆蓋范圍和停留時間尤為重要，要根據實際情況，調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層，有效防止火勢復燃。

（二）全面燃燒階段的滅火劑選擇

火勢發展到全面燃燒階段時，火場溫度急劇升高且火焰劇烈翻滾，這對滅火劑性能提出更高要求。此階段要選耐高溫、穿透性強的滅火劑，以突破火焰層到達燃燒核心區。混合型滅火劑有獨特優勢，其降溫組分能快速吸熱且化學抑制組分可打斷燃燒鏈式反應。在強對流條件下，增稠型滅火劑更易附著燃燒物表面減少飄散損失；針對不同林型特點，可采用不同配比混合滅火劑。在針葉林區域，適當提高化學抑制劑含量。在全面燃燒階段，滅火劑選擇策略要依據火場條件進行動態調整。當高大喬木參與到燃燒過程中時，需選用射程遠且霧化性能良好的滅火劑，以提高火場覆蓋范圍；在風力較大時，滅火劑的抗風性能就顯得特別重要，可通過調整噴射壓力與霧化程度來適應不同風速條件。同時，全面燃燒階段常常會伴隨著大量煙氣產生，這就要求所選擇的滅火劑具備較強的抗十擾能力，能夠在復雜煙氣環境中保持穩定性并持續發揮滅火作用。

（三）火災規模對滅火劑用量的確定

科學確定滅火劑用量，是提高滅火效率的關鍵。小規模火情可采用常規配比的滅火劑，注重精準投放，避免過量使用造成浪費；大規模火災常常伴隨著復雜多變的氣象條件，需根據火場蔓延速度和燃燒面積等因素動態調整用量。在強風條件下，要適當提高滅火劑濃度和黏度，以此增加其抗風性能，保證滅火效果；地形復雜區域需考慮坡度對滅火工作的影響，上坡面要適當增加用量，補償重力作用；不同滅火劑之間存在著一定的協同效應，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境因素所產生的影響。在森林火災撲救過程中，氣溫與濕度的晝夜變化會給滅火劑的作用發揮造成影響，需要依據這些情況來調整滅火劑的使用。在林木較為茂密的區域，因為可燃物載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。需要注意不同季節林分特征出現的變化，合理規劃滅火劑的儲備量，以確保在關鍵時刻滅火資源充足。

（四）特殊環境條件下的滅火劑調配

極端天氣與復雜地形等特殊環境因素給滅火劑使用帶來嚴峻挑戰。在低溫環境下，要調整滅火劑防凍性能并添加適量防凍劑，確保流動性；在高溫干燥氣候條件下，需增加保水劑含量，以減少水分蒸發損失。風速較大的山地地區要提高滅火劑黏附性能，可添加增稠劑，改善抗風性。針對易燃易爆物質聚集區域，應選用低腐蝕性滅火劑，避免意外反應。高海拔地區氧氣含量偏低，需相應調整化學滅火劑配比，確保滅火性能。在特殊環境下，調配滅火劑必須建立在充分認識環境特征的基礎上，并注重環境因素的綜合影響。在空氣濕度變化劇烈地區，滅火劑配方需考慮吸濕性能調節，以避免受潮結塊，影響使用效果。在特殊地質條件下，還需評估滅火劑成分與土壤相容性，防止產生環境污染。調配策略制定需全面權衡各種環境因素，以實現滅火效果最優化。

結語

通過深入剖析森林火災燃燒特征，揭示了溫度變化規律與熱量釋放特點如何影響滅火劑性能。在此基礎上，確立了不同燃燒階段滅火劑的選擇策略，創新性地提出滅火劑用量測算方法，建立起特殊環境下的滅火劑調配體系。實踐證明，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，需繼續深化對燃燒特性的研究，推動新型滅火劑研發，不斷完善森林火災應急處置技術體系，為森林資源保護貢獻力量。

參考文獻

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[5]陳春葉，陳沛，陳仲軍，等.基于人工智能的森林防火系統設計與應用[J].林業科技通訊，2024（05）：94-98.