پایان نامه شبیه سازی گسترش آتش سوزی با بهره گرفتن از مدل شبیه ساز سطح آتش

فهرست مطالب:

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) پهنه بندی عرصه های طبیعی از نظر ریسک آتشسوزی…………………………… 8

2-1-2) تحقیقات انجام شده در زمینه 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 طبقه بندی آنها ……………………………. 23

3-4-1-1) طبقه بندی 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) طبقه بندی مدلهای آتشسوزی براساس متغیرهای مورد مطالعه………. 27

3-4-1-3) طبقه بندی بر اساس سیستم فیزیکی مدل شده………………………….. 27

3-4-1-3-1) مدل‌های پیش بینی آتشسوزیهای سطحی……………………….. 28

3-4-1-3-2) مدل‌های پیش بینی آتشسوزی‌های تاجی…………………………. 28

3-4-1-3-3) مدل‌های پیش بینی آتشسوزی زمینی……………………………… 29

3-4-1-3-4) مدل‌های پیش بینی 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) داده ها……………………………………………………………………………………… 46

4-2-1) توپوگرافی…………………………………………………………………………… 46

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

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

4-2-4) پراکنش گونه های 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 بهره گرفتن از مدل FARSITE……………………………………….

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

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

4-6) پهنه بندی 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) پهنه بندی از نظر خطر گسترش آتش (وسعت آتشسوزی) …………………………..71

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

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

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

چکیده:

یکی از معضلات پیشروی مدیریت مراتع و جنگلها در نواحی شمالی کشور، آتشسوزیهایی میباشد که خسارتهای زیست محیطی و مالی سنگینی را تحمیل می کند. مدیریت ریسک آتشسوزی در ارتباط با اقدامات پیشگیرانه می تواند عرصه طبیعی را از گزند بسیاری از زیانهای ناشی از آتشسوزی محافظت کند. مساحتی از عرصه های 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 پهنه بندی عرصه های 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 می شود، 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 بهره گرفتن از شاخص کاپا برابر 42 درصد میباشد. مقایسه و تحلیل آتشسوزی شبیه سازی شده با آتشسوزی واقعی، نشان میدهد مدل FARSITE قابلیت شبیهسازی آتشسوزیهای بالقوه را در عرصه های طبیعی منطقه دارا می باشد. بنابراین فرایند پهنه بندی دربرگیرنده شبیهسازیهای متعددی از گسترش آتشسوزیهای سطحی بالقوه میباشد. مقایسه نتیجه نهایی پهنه بندی با سوابق آتشسوزیهای موجود حکایت از سازگاری اینگونه نقشه ها با واقعیت موجود دارد.

فصل اول: کلیات تحقیق

1-1- مقدمه

منابع طبیعی به عنوان ثروت هر جامعه و امانتی برای آیندگان به شمار می‌رود. کسانی که از این ثروت و موهبت الهی استفاده می‌کنند موظفند که از آن به طور صحیح و اصولی بهره برداری نموده و آباد و سرسبز به نسل بعد از خود تحویل نمایند. زیرا امروزه ثابت شده است که منابع طبیعی بستر حیات کلیه موجودات زنده بوده و آبادانی و سرسبزی آن نشانه پیشرفت جوامع و زمینه ساز توسعه پایدار می‌باشد.

جنگل‌ها و مراتع نیز به عنوان بخشی از منابع طبیعی و همچنین مطرح بودنشان به عنوان مهمترین منابع تجدید شونده، اگر مورد بیمهری انسانها قرار نگیرند و انسانها زمینه تضعیف و یا نابودی آنها را فراهم نکنند، هیچگاه به اتمام نمی‌رسند. در مورد تأثیرات مستقیم و غیر مستقیم عرصه های جنگلی و مرتعی می‌توان به تولید و حفظ خاک، تولید فرآورده های صنعتی و دارویی، تغذیه آبهای زیرزمینی، تولید اکسیژن، جلوگیری از سیل، ارزشهای تفرجگاهی، حفظ گونه های جانوری و حیات وحش و … اشاره نمود که انسان و سایر موجودات از آن بهره‌مند می‌شوند.

با این حال عوامل مختلفی در زمینه تخریب جنگل نقش دارند که از جمله آنها می‌توان به قطع بیرویه درختان، تبدیل جنگل به زمین زراعی، چرای مفرط دام، آفات و بیماریها و آتشسوزی اشاره نمود. در این میان آتشسوزی از یک حساسیت خاصی نسبت به سایر عوامل تخریب کننده برخوردار می‌باشد چرا که حتی یک آتشسوزی محدود هم می‌تواند خسارات قابل ملاحظهای را موجب گردد.

سالانه سطح زیادی از جنگل‌های دنیا دچار حریق می‌شوند که این حریق نه تنها باعث نابودی پوشش گیاهی در منطقه حریق می‌شوند بلکه باعث اختلال در فرایندهای هیدرولوژیکی، افزایش فرسایش خاک و رواناب تولیدی این مناطق می‌شود.

بنابراین تعیین نواحی با ریسک بالای آتشسوزی و همچنین شناسایی و پیش بینی رفتار و حرکات آتشسوزی‌های بالقوه و بالفعل به منظور جلوگیری از آتشسوزی‌های مهیب احتمالی و گسترش آن در نواحی مستعد، کاملاٌ لازم و ضروری به نظر میرسد، که این کار با بهره گرفتن از روشهای تجربی و میدانی، کاری دشوار و هزینهبر می‌باشد. به همین دلیل استفاده از روشها و تکنولوژیهای نوین می‌تواند جایگزین مناسبی برای روشهای سنتی بشمار رود. از جمله اینها می توان به سامانههای اطلاعات جغرافیایی و تکنولوژیهای سنجش از دور اشاره کرد.

در همین راستا توسعه سامانههای اطلاعات جغرافیایی کمک بسیار بزرگی به پیش بینی و مدلسازی رفتار و گسترش آتشسوزی‌های عرصه های طبیعی نموده است. زیرا همانگونه که پیداست، آتشسوزی در جنگلها علاوه بر تأثیرپذیری از تراکم پوشش گیاهی، با عوامل دیگری نظیر رطوبت، ارتفاع، تیپ پوشش، شیب دامنه، نزدیکی به شهرها، روستاها و جادهها مرتبط است که همه این عوامل را میتوان به سهولت در سامانه اطلاعات جغرافیایی مدلسازی نمود. همچنین در صورت وجود اطلاعات جامع و کافی از عوامل تأثیرگذار، میتوان با بهره گرفتن از روشهای تحلیل مکانی در محیط GIS نسبت به تعیین نواحی پرخطر و طبقه بندی این مناطق از منظر میزان ریسکپذیری در برابر گسترش آتش اقدام نمود.

تغییرات زمانی و مکانی گسترش و رفتار آتش می‌تواند با بهره گرفتن از مدل‌های فیزیکی، نیمه فیزیکی و تجربی توسعه یافته در طی سالهای اخیر، پیش بینی شود. از جمله این مدل‌ها، میتوان به مدل شبیهساز سطح آتش (FARSITE[1]) اشاره نمود که در واقع یک مدل نیمه فیزیکی در زمینه مدلسازی رفتار و حرکت آتش می‌باشد.

FARSITE یک مدل GIS مبنای شبیهساز دو بعدی گسترش آتش است که توسط سازمان جنگلها و کشاورزی ایالات متحده آمریکا و اساساً برای برنامه ریزی و مدیریت آتشسوزیهای عرصه های طبیعی طراحی و توسعه داده شد(Finney, 2004). این مدل قادر است حرکت و رفتار آتش را در عرصه محیطی موردنظر محاسبه و گسترش جبهه آتش را در طول زمان و با در نظر گرفتن تغییرات شرایط آب و هوایی در زمان و مکان تعیین نماید. این مدل از اطلاعات مکانی مربوط به توپوگرافی، مواد اشتعال پذیر، به همراه وضعیت آب و هوایی منطقه استفاده می‌کند.

از چند دیدگاه میتوان از این مدل بهره جست (گزمه، 1391):

1- برای آموزش آتشنشانان قبل از آتشسوزی و استفاده از شبیهسازی کامپیوتری برای درک بهتر رفتار آتش. متأسفانه بارها شاهد این بوده ایم که آتشنشانان و جنگلبانان در دام حریق گرفتار شده اند، تنها به این دلیل که اطلاعی از جهت و نحوه گسترش آتشسوزی نداشتند. با داشتن اطلاعات کافی در این زمینه، احتیاط های لازم و موارد ایمنی به خوبی به امداد رسانان آموزش داده خواهد شد.

2- برای اختصاص نیروها و امکانات در زمان و مکان مناسب. مدیران و برنامه ریزان جنگلها و مراتع، با در دست داشتن مدلی مناسب و کارا، قطعاً در هنگام آتشسوزی بهترین عملکرد و رفتار را در مورد آتشسوزیهای مهیب خواهند داشت.

3- پهنه بندی منطقه از نظر وسعت حریق. در دسترس بودن اینگونه نقشهها، به مدیران امر در زمینه شناسایی نواحی پرخطر از نظر احتمال و وسعت آتشسوزی یاری رسانده و در انجام عملیات اطفاء حریق کمک شایانی میرساند.

2-1- بیان مسئله و ضرورت تحقیق

جنگلها یکی از فرمهای حیاتی است که تحت تاثیر عوامل محیطی قادر به ادامه حیات به طور مستقیم می‌باشد. با این وجود، عوامل مخرب طبیعی و مصنوعی می‌توانند بر روند طبیعی آن تاثیر مثبت یا منفی گذاشته و باعث ایجاد تغییراتی در این اکوسیستم پویا و خود تنظیم گردند که یکی از این عوامل، پدیده آتشسوزی می‌باشد (بخشنده و مهاجر، 1390).

آتش سوزی جنگلها و مراتع نه تنها از دیدگاه زیست محیطی بلکه از نظر اقتصادی، اجتماعی و امنیتی نیز یکی از اصلی‌ترین نگرانیها در بسیاری از نقاط جهان( Silvia, et al., 2010) و نیز به عنوان یکی از مخربترین عوامل ایجاد تغییرات نامطلوب در اکوسیستمهای جنگلی در کوتاه مدت به شمار میرود(Coban, 2010) . در این ارتباط نحوه جلوگیری از آسیبهای آتشسوزی جنگل و مراتع بسیار مهم می‌باشد که در این راستا میتوان از طریق ارزیابی ریسک آتشسوزی، پیش بینی رفتار و گسترش آتشسوزی جنگل بر اساس مدل‌های شبیهساز، برای مدیریت فرونشانی آتش اقدام نمود.

افزایش مصرف سوختهای فسیلی در دهههای اخیر، پیامدهایی را به دنبال داشته که از جمله آن میتوان به افزایش گازهای گلخانهای در جو اشاره نمود، که این عامل تغییراتی را در اقیم کرهی زمین در پی داشته است. یکی از مهمترین اثرات این تغییر اقلیم، تاثیر آن بر رخداد خشکسالی و شدت و مدت آن می‌باشد. یکی از تبعات پدیده خشکسالی، تأثیر گذاری آن بر فرایند آتشسوزی مراتع و جنگلها می‌باشد، به طوری که هرگاه میزان رطوبت به علت کمبود بارش و افزایش دما، کاهش یابد، زمینه برای بروز آتشسوزی در این بسترها مهیّا خواهد شد. بنابراین ضرورت دارد جهت کاهش خسارات ناشی از این پدیده، مطالعات فراگیری جهت پیش بینی مناطق پرخطر و اقدامات پیشگیرانه و ارائه راهکارهایی جهت کاهش خسارتهای ناشی از آن انجام گیرد.

براین اساس مدیریت آتشسوزی می‌تواند به عنوان راهکاری برای جلوگیری از وارد شدن صدمات خارج از توان این اکوسیستمها و نتایج وخیم اقتصادی و اجتماعی آن در نظر گرفته شود. در این راستا سازمانهای مربوطه برای کاهش اثرات منفی آتشسوزی، در ابتدا نیاز به شناخت مناطق آسیب پذیر داشته که بتوانند با این اطلاعات و مدیریت زمان، سرعت عمل به همراه برنامه ریزی دقیق و همچنین امکانات، تجهیزات و آموزشهای لازم و ضروری در این خصوص همت گماشته و بتوانند در کنترل و کاهش خسارات ناشی از آتشسوزی نقش مؤثری ایفا کنند (جلیل پور و فرهادی، 1390).

ایران به دلیل قرار گرفتن در کمربند خشک کرهی زمین و پرفشار جنب حارهیی، شاهد نوسانات زیادی در میزان بارش مناطق مختلف و وقوع خشکسالیهای ضعیف تا شدید در دوره های مختلف می‌باشد که این پدیده اقلیمی یکی از مهمترین عوامل مستعد برای ایجاد آتشسوزی می‌باشد. این مساله در مناطق شمالی کشور نیز به دلیل وجود جنگلهای طبیعی و مصنوعی، می‌تواند بسیار نگران کننده باشد و بستری مناسب جهت ایجاد حریق و آتشسوزی را در این مناطق

موضوعات: بدون موضوع لینک ثابت

فرم در حال بارگذاری ...

فید نظر برای این مطلب