刘乃安:森林与城镇交界域对火灾更敏感

2010-7-08 09:40 来源: 科学时报
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6月25日,黑龙江大兴安岭呼中区发生火灾,先后出现了大小48个火场,且多处火点分布在呼中自然保护区周围,直接威胁到原始森林的安全,并对保护区周边城镇(林业局)的安全形成潜在威胁。

  所幸的是,火灾未蔓延到林区城镇,并且已被扑灭。

  “历史经验,特别是1987年‘5·6’大兴安岭特大火灾和世界各国众多特大火灾案例表明,森林大火一旦蔓延至林区周边城镇,往往会对人居安全和重大基础设施产生重大危害。这类火灾在国际上称为‘森林—城镇交界域火灾’。”中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室副主任刘乃安在接受《科学时报》采访时表示。

森林—城镇交界区域
 
火灾日益严峻

  近20年来,世界各国的生态化城镇建设促进了城镇与森林交汇,形成了大面积森林—城镇交界区域,其中建筑与植被混合分布,具有复杂的可燃物分布和地理环境,一旦发生火灾,往往具有与森林火灾或建筑火灾相比显著不同的火行为特征,常导致更为严重的危害。

  历史和近年来重特大火灾案例表明,包括我国在内的世界各国的森林—城镇交界区域火灾(以下简称交界域火灾)形势日益严峻。

  “2009年澳大利亚维多利亚州火灾是其历史上最为严重的一次自然灾害,过火面积超过3900平方公里。而这次火灾属于城镇—森林交界域火灾,国际上称为WUI火灾(Wildland-Urban Interface Fire)。”刘乃安说。

  “这个类型的火灾指的是,在森林—城镇交汇的开放空间一定的地形、植被分布和天气条件下,森林火灾引发城镇建筑结构着火,并导致在森林—建筑非连续燃料分布条件下的大尺度火灾。其中包括很多与建筑火灾不同的火灾现象,从防火目标方面来看也和建筑火灾有很大差异。”刘乃安解释说。

  研究表明,在国际上,城市、城镇森林覆盖率的显著提高是导致发达国家近年来呈现交界域火灾频发态势的重要原因。

  近年来,发达国家发生的多起交界域特大火灾事故均造成巨大损失。2003年,以城市森林闻名于世的澳大利亚首都堪培拉市发生交界域火灾,导致该市15%的森林面积被烧毁。2007年,美国加州交界域火灾迫使近100万人疏散;2008年,加州交界域再次发生火灾,其卫星照片被媒体称为“犹如遭到核攻击”,5万人被迫疏散。2007年,俄罗斯莫斯科市东南部与森林交界区域发生火灾,导致莫斯科长时间被笼罩在浓烟之中,造成严重空气污染。

  刘乃安说,我国拥有大量的林业城镇,构成我国交界域的主要分布区域。尤其在我国东北地区,林业城镇是重要的城镇类型,大量城镇被森林包围,城镇—森林交界域火灾安全形势不容乐观。

  历史上,我国林业城镇长期受到火灾的严重威胁。现在看1987年“5·6”大兴安岭特大火灾,其实是典型的交界域火灾。火灾历时27天,过火面积达130万公顷,其中图强、阿木尔、西林吉3个林业局所在地集镇全部付之一炬,漠河、塔河县分别形成面积30万、20万公顷的大火海,漠河县城在火灾中被夷为平地。

  刘乃安表示,之所以认为“5·6”大兴安岭火灾是典型的交界域火灾,不仅仅是由于这次火灾在森林—城镇交汇地区蔓延,更是因为交界域火灾特有的火蔓延形式,包括大尺度火焰辐射快速引燃建筑物、大尺度飞火和火旋风等,均在这次火灾中频繁发生,并作为主要机制推动了火灾快速蔓延。资料表明,交界域火灾中飞火传播的距离可高达10多公里,远远超过了常规建筑防火规范中规定的安全间距。正是因为交界域火灾中存在这些特殊的火蔓延方式,使得该类火灾可能的危害范围大大超出人们的想象。

  近年来,随着林业城镇和城市森林的快速发展,我国的森林—城镇交界域不断扩大,近年来交界域火灾明显处于上升期。2005年3月,深圳大南山森林公园大火过火面积达25公顷,最近时火头距景区和民航导航站仅数百米,一度危及深圳市城市安全。2009年,黑龙江伊南河火灾则一度蔓延至我国最大的林业城市伊春市境内,危及数十个城镇。而同年的福建沙县高砂镇发生森林火灾,危及205国道沿线村镇,并导致鹰厦铁路一度停运。

  按照规划目标,我国至2010年将有70%的城市其森林覆盖率达到30%,交界域火灾风险不容忽视。

防范从五方面入手

  交界域火灾几乎没有有效的扑救方法,因此防火是重点。从防火目标方面看,针对我国交界域火灾的防范,刘乃安认为应重视以下几个方面。

  第一,合理规划交界域区域森林和建筑的布局。要依据当地森林火灾发生的时间分布和气象特征,整体布局森林和区域的方位。例如,建筑区最好位于森林防火季节时盛行风的上风位置;还要保证建筑与森林之间保持一定的防火距离;在建筑与森林之间开辟防火通道,供应急消防使用。

  第二,科学管理森林。加强对交界域周边森林的日常管理工作,及时清除地面累积的枯枝落叶。对靠近建筑的植被,尽量多使用不易燃烧的树种。

  第三,建筑使用防火材料,增加防火设施。建筑的外墙尽量减少木材等易燃材料的使用,多使用砖混或经阻燃处理的材料。

  建筑物窗户等开口最好安装铁丝网,减少飞火进入室内的机会。对建筑物易于遭受交界域火灾危害的部分,可以安装自动水喷淋系统等消防设施。

  第四,大力开展国际合作,加强交界域火灾安全的研究。目前,各国在交界域火灾研究方面都处于刚刚起步阶段。美国国家标准与技术研究院建筑与火灾研究实验室具有火灾模拟软件系统及消防技术与标准研究的优势。我国火灾科学国家重点实验室具有火灾动力学演化基础研究方面的优势。此外,英国、日本、俄罗斯等国在该研究领域也有出色的工作。因此,必须依靠国际强强合作,推动交界域火灾基础研究和应用技术研究的发展。

  第五,建立交界域火灾防控应急反应和长效管理机制。

基础研究急需加强

  正是由于交界域火灾与建筑火灾或森林火灾在受控机制和火行为方面均存在显著差异,学术界将其作为一种新出现的火灾类型加以研究。交界域火灾从建筑外部引燃建筑体,这和建筑物内部火灾的机理有很大差异。

  刘乃安解释说,首先,交界域火灾在建筑体外蔓延的形式和建筑室内火灾有很大不同。多火焰合并、树冠火、火旋风、飞火等极端火行为容易发生并对火蔓延产生重要影响,导致交界域火灾表现出非连续性和跳跃式的蔓延特性,不能用基于连续介质假设的传统火蔓延模型来描述。

  其次,交界域火灾引燃建筑体的方式和室内火灾有很大不同。在交界域火灾中,建筑可以通过火焰直接接触引燃、辐射引燃和飞火引燃而发生火灾。这三种方式一般会导致建筑外部首先着火,然后发展到整体建筑的燃烧,不同于一般建筑火灾从内部首先受热的场景,给建筑结构的火灾安全性能带来新的问题。

  再次,与建筑物内部人群疏散相比,交界域火灾中的人群疏散具有不同的特点,表现为人群运动往往具有多向性,且由于使用交通方式不同而存在不同的运动速度特征,而大尺度火灾烟气对人群疏散的心理和行为造成重要影响。只有综合考虑这些特点,才能科学揭示交界域火灾中人群疏散规律,为人群疏导准则的建立提供科学依据。

  科研人员指出,近年来,世界各国都设立专门的研究计划对交界域火灾问题进行研究。例如,美国自1986年即设立国家交界域防火规划,美国国家标准与技术研究院建筑与火灾研究实验室自2006年起在国土安全研究领域设立交界域火灾研究规划。澳大利亚设立了Bushfire CRC计划,加拿大设立了FireSmart计划,欧盟则设立了FIRESTAR合作项目等。

  刘乃安稍显遗憾地说:“相比而言,中国目前尚未有国家层面的计划和重点项目致力于交界域火灾安全问题,相关研究明显滞后于发达国家。在我国开展交界域火灾研究,是一项具有前瞻性和紧迫性的研究课题。”