چکیده

یکی از معضلات پیش­روی مدیریت مراتع و جنگل­ها در نواحی شمالی کشور، آتش­سوزی­هایی می­باشد که خسارت­های زیست محیطی و مالی سنگینی را تحمیل می­کند. مدیریت ریسک آتش­سوزی در ارتباط با اقدامات پیشگیرانه می­تواند عرصه طبیعی را از گزند بسیاری از زیان­های ناشی از آتش­سوزی محافظت کند. مساحتی از عرصه­های طبیعی که در نتیجه شروع آتش­سوزی ممکن است دچار حریق شود موضوعی است که کمتر به آن توجه شده است. بنابراین تحقیق حاضر تلاش دارد روش جدیدی را در زمینه پهنه­بندی عرصه­های طبیعی از نظر خطر گسترش و وسعت آتش­سوزی ارائه کند. به منظور شبیه­سازی نرخ گسترش و مساحت دچار آتش­سوزی در این تحقیق از مدل FARSITE که یک مدل برداری بررسی رفتار و گسترش آتش به شمار می­رود، استفاده شد. مدل ماده سوختنی به عنوان یکی از ارکان اصلی در شبیه­سازی با توجه به شرایط پوشش گیاهی منطقه تعیین گردید. تغییرات محلی سرعت و جهت باد که در نتیجه شرایط توپوگرافی منطقه حادث می­شود، مدلسازی و در FARSITE مورد استفاده قرار گرفت. همچنین به منظور ارزیابی مدل FARSITE در شبیه­سازی گسترش آتش­سوزی در منطقه مورد مطالعه، از یک مورد آتش­سوزی که در منطقه به وقوع پیوست، استفاده گردید که دقت بدست آمده با استفاده از شاخص کاپا برابر 42 درصد می­باشد. مقایسه و تحلیل آتش­سوزی شبیه­سازی شده با آتش­سوزی واقعی، نشان می­دهد مدل FARSITE قابلیت شبیه­سازی آتش­سوزی­های بالقوه را در عرصه­های طبیعی منطقه دارا می­باشد. بنابراین فرایند پهنه­بندی دربرگیرنده شبیه­سازی­های متعددی از گسترش آتش­سوزی­های سطحی بالقوه می­باشد. مقایسه نتیجه نهایی پهنه­بندی با سوابق آتش­سوزی­های موجود حکایت از سازگاری اینگونه نقشه­ها با واقعیت موجود دارد.

کلمات کلیدی: جنگل، آتش­سوزی، مدل ماده سوختنی، FARSITE، شهرستان نکا

1) فصل اول: کلیات تحقیق...................................................................             2

1-1) مقدمه.............................................................................................. 2

1-2) بیان مسئله و ضرورت تحقیق.............................................. 4

1-3) سؤال تحقیق................................................................................. 5

1-4) اهداف تحقیق.............................................................................. 5

1-5) ساختار پایان نامه............................................................... 6

2) فصل دوم: پیشینه تحقیقاتی و منطقه مورد مطالعه.......             8

2-1) مقدمه...............................................................................................             8

2-1-1) پهنه­بندی عرصه­های طبیعی از نظر ریسک آتش­سوزی       8

2-1-2) تحقیقات انجام شده در زمینه­ی شبیه­سازی رفتار و گسترش آتش­سوزی.........11

2-1-2-1) استفاده از سلول­های خودکار به منظور شبیه­سازی آتش­سوزی                                                                        12

2-1-2-2) استفاده از مدل FARSITE به منظور شبیه­سازی آتش­سوزی          14

2-2) منطقه مورد مطالعه.............................................................. 15

2-2-1) پوشش گیاهی....................................................................... 16

3) فصل سوم: چهارچوب نظری تحقیق..................................................             20

3-1) مقدمه...............................................................................................             20

3-2) آتش­سوزی...................................................................................... 20

3-2-1) انواع آتش­سوزی.............................................................. 21

3-2-1-1) آتش­سوزی زمینی (داخل خاک).......................... 22

3-2-1-2)............................................................... آتش­سوزی سطحی            22

3-2-1-3) آتش­سوزی تاجی........................................................ 22

3-2-1-4)آتش­سوزی تنه­ای........................................................ 23

3-3) مدلسازی رفتار آتش............................................................. 22

3-4) سیستم­های شبیه­سازی رفتار آتش..................................... 23

3-4-1) مدل­های پیش بینی آتش سوزی و طبقه­بندی آنها          23

3-4-1-1) طبقه­بندی بر مبنای مدلسازی جریان گرمایی        25

3-4-1-1-1) مدل­های فیزیکی (تئوریکی).................... 25

3-4-1-1-2) مدل­های نیمه­تجربی (نیمه فیزیکی).. 25

3-4-1-1-3) مدل‌های آماری (تجربی)........................... 26

3-4-1-1-4) مدل‌های احتمالی.......................................... 27

3-4-1-2) طبقه­بندی مدل­های آتش­سوزی براساس متغیرهای مورد مطالعه                                                                                           27

3-4-1-3) طبقه­بندی بر اساس سیستم فیزیکی مدل شده           27

3-4-1-3-1) مدل‌های پیش­بینی آتش­سوزی­های سطحی.. 28

3-4-1-3-2) مدل‌های پیش­بینی آتش­سوزی‌های تاجی.. 28

3-4-1-3-3) مدل‌های پیش­بینی آتش­سوزی زمینی....... 29

3-4-1-3-4) مدل‌های پیش­بینی آتش­سوزی‌های نقطه­ای 29

3-4-2) تکنیک­های شبیه­سازی آتش.......................................... 28

3-4-2-1) سلول­های خودکار................................................... 30

3-4-2-2)..................................................... انتشار موج بیضوی            31

3-4-2-2-1)مدل FARSITE....................................................... 31

3-4-3) تکنیک انتشار FARSITE............................................... 31

3-4-4) مدل رفتار آتش در FARSITE.................................... 35

3-4-5) پارامترهای تأثیرگذار............................................. 35

3-4-5-1)توپوگرافی.................................................................. 37

3-4-5-2)پوشش گیاهی............................................................... 38

3-4-5-2-1)میزان تاج پوشش............................................. 38

3-4-5-2-2)ارتفاع توده جنگل........................................ 38

3-4-5-2-3)مدل ماده سوختنی.......................................... 39

3-4-5-3)..................................................... شرایط آب و هوایی            41

3-4-5-3-1) دما و رطوبت نسبی..................................... 41

3-4-5-3-2) باد...................................................................... 41

3-5) جمع­بندی....................................................................................... 43

4) فصل چهارم: مواد و روش­ها............................................................             45

4-1) مقدمه:.......................................................................................... 45

4-2) داده­ها........................................................................................ 46

4-2-1) توپوگرافی......................................................................... 46

4-2-2) آب و هوا............................................................................ 48

4-2-3) تاج پوشش منطقه............................................................ 48

4-2-4) پراکنش گونه­های درختی............................................. 50

4-2-5) موانع گسترش آتش­سوزی............................................... 51

4-2-6) نرم افزار­های مورد استفاده................................ 52

4-3) روش تحقیق.................................................................................. 52

4-3-1) انتخاب مدل ماده سوختنی......................................... 52

4-3-2) مدلسازی جریان باد.................................................... 54

4-3-3) ارتفاع توده جنگل....................................................... 55

4-3-4) شبیه­سازی با استفاده از مدل FARSITE............ 56

4-4) سناریوهای مختلف شبیه­سازی گسترش آتش­سوزی........ 57

4-5) روش ارزیابی دقت.................................................................. 57

4-6) پهنه­بندی از نظر وسعت گسترش آتش.................................             58

5) فصل پنجم: نتایج و بحث................................................................             60

5-1) مقدمه........................................................................................... 60

5-2) اجرای اولیه مدل در شرایط و سناریوهای مختلف...             60

5-2-1) شبیه­سازی در شرایط یکسان محیطی....................... 61

5-2-2) شبیه­سازی در شرایط محیطی مختلف و ماده سوختنی یکسان 63

5-2-3) شبیه­سازی در شرایط کاملاً مختلف محیطی..............             65

5-3) شبیه­سازی آتش­سوزی رخ داده در منطقه مورد مطالعه در آذر ماه 1389                                                                                                              ............. 67

5-4) پهنه­بندی از نظر خطر گسترش آتش (وسعت آتش­سوزی)                       71

6) فصل ششم: جمع­بندی و پیشنهادات...............................................             81

6-1) جمع­بندی...................................................................................... 81

6-2) پیشنهادات................................................................................. 82    

شکل ‏2‑1) موقعیت منطقه مورد مطالعه................................................ 16

شکل ‏3‑1) شبکه­های سلولی در مدل انتشار سلولی........................... 29

شکل ‏3‑2) انتشار بیضی شکل آتش در طی آتش­سوزی­های تجویزی در یک شرایط یکسان محیطی (Salis,2007)..................................................................................... 32

شکل ‏3‑3) تفسیر اصول Huygen با استفاده از امواج بیضی شکل. الف) شرایط محیطی همگن ب) شرایط محلی ناهمگن (Finney, 1998)................................. 33

شکل ‏3‑4)  انتشار موج بیضوی برای هر ورتکس؛ a: معادل 2/1 محور فرعی b: معادل 2/1 محور اصلی و c مربوط به فاصله نقطه آتش تا مرکز بیضی آتش می‌باشد. (Finney, 2004)............................................................................................... 34

شکل ‏3‑5) تبدیل سطح آتش از یک صفحه افقی به یک صفحه منطبق بر سطح زمین          35

شکل ‏3‑6) مثلث پارامترهای محیطی تأثیرگذار بر آتش (Countryman, 1972)         36

شکل ‏3‑7) ارتفاع توده جنگل.................................................................... 38

شکل ‏3‑8) الگوی روزانه دما و رطوبت نسبی با استفاده از مقادیر حداکثر و حداقل برای پنج روز.......................................................................................... 40

شکل ‏3‑9) طول، ارتفاع و زاویه زبانه آتش به همراه نقش باد و شیب بر روی آنها....................................................................................................................... 41

شکل ‏4‑1) نمودار انجام مراحل تحقیق................................................ 45                

شکل ‏4‑2) نقشه طبقات ارتقاعی منطقه مورد مطالعه................... 46

شکل ‏4‑3) نقشه شیب منطقه مورد مطالعه............................................ 47

شکل ‏4‑4) نقشه جهت شیب منطقه مورد مطالعه.................................. 47

شکل ‏4‑5) موقعیت ایستگاه­های سینوپتیک در مجاورت منطقه مورد مطالعه     48

شکل ‏4‑6) نقشه میزان تاج پوشش منطقه مورد مطالعه................. 49

شکل ‏4‑7) پراکنش گونه­های درختی در منطقه مورد مطالعه....... 50

شکل ‏4‑8) راهها و رودخانه­ها و پهنه­های روستایی منطقه مورد مطالعه        51

شکل ‏4‑9) پراکنش مدل­های ماده سوختنی در منطقه مورد مطالعه 53

شکل ‏4‑10) شبیه­سازی سرعت و جهت باد................................................. 55

شکل ‏4‑11) تأثیر تاج پوشش و ارتفاع توده جنگل بر کاهش سرعت باد  56

شکل ‏5‑1 ( نحوه گسترش جبهه آتش در شرایط یکسان محیطی.......... 62

شکل ‏5‑2 (گسترش سطح آتش­سوزی نسبت به زمان در شرایط محیطی یکسان   63

شکل ‏5‑3 ( نحوه گسترش جبهه آتش در شرایط ماده سوختنی یکسان 64

شکل ‏5‑4 ( نحوه گسترش جبهه آتش در شرایط ماده سوختنی مختلف 66

شکل ‏5‑5 ( شبیه­سازی آتش­سوزی رخ داده در آذر 1389..................... 69

شکل ‏5‑6) آتش­سوزی شبیه­سازی شده و آتش­سوزی موجود (منحنی­های گسترش آتش)          70

شکل ‏5‑7) پراکنش نقاط آتش­سوزی تصادفی در منطقه...................... 74

شکل ‏5‑8) نمونه­های شبیه­سازی شده از آتش­سوزی­های بالقوه.... 75

شکل ‏5‑9 ( پهنه­بندی از نظر خطر گسترش آتش..................................... 76

شکل ‏5‑10) نقش مدل ماده سوختنی درتعیین نقشه پهنه­بندی..... 78