sou · GVB360d9 · 2008-01-01 00:00:00 — I detta fall skedde en viss daggbildning, vilket gör att fukthalten kunde stiga (=jämviktsfukthalten vid RH). Upptaget av vatten var per m 2 var likartat för båda bränslebäddarna /natt, men genom att mossan höll /m2 gentemot gräsförnans /m2, nådde den förra inte upp i så hög fukthalt. I en behandling var en ångspärr placerad mellan bränslet och underliggande mark (fyllda punkter i figuren). Detta ledde till lägre uppfuktning , vilket visar att upptag via ångfas från marken även bidrar till återfuktning , i synnerhet när underliggande mark är ordentligt fuktig. Dessa typer av bränsle kan bara bära en eld vid fukthalt under 20–, vilket i detta exempel motsvarar ca 1/3 av dygnets timmar. SOU 2007:60 Bilaga B 21 39 Figur 17 På grund av stigande relativ luftfuktighet och svagare vind och natt dämpas elden, och om Rh stiger brukar flammorna dö ut. Om luftmassan är mycket torr, vilket ofta är fallet under vår och försommar, kan aktiv brandspridning ske . I Figur 18 finns en schematisk återgivning av hur perioder av nederbörd och torka kan resultera i komplexa fukthaltsmönster i markens organiska skikt. Mossa och förna har vanligen en god förmåga att suga upp nederbördsvatten. En kort tids regn på en uttorkad bränslebädd resulterar därför i ett fuktigt ytskikt över torrare material. Därigenom sker avdunstningen av små regntillskott mycket snabbt. Bilaga B 21 SOU 2007:60 40 Figur 18 Förändringar av fukthalten över för en typisk bränslebädd där man har av mossa och förna över ett humuslager. Rastreringen illustrerar fukthalten på olika djup. Ju tätare raster, desto fuktigare. Under respektive bild visas korresponderande värden för de två fukthaltsindexen FFMC och DMC. Indexvärdena är beräknade för det väderscenario som beskrivs. Fukthalten är grovt skisserad och tänkt att gälla för en skog med glest trädbestånd, det vill säga ganska snabb uttorkning. I bild 1 har det regnat och allt organiskt material är fullt vattenmättat. av bra torkväder (bild 2) har övre delen av mossan hunnit torka ut så att den känns torr när man hanterar den. ner är dock mossan/förnan fortfarande blöt. En brand kan hjälpligt sprida sig, men bara den översta delen av bränslet brinner, och så fort elden når ett något fuktigare område dör den. I bild 3 har det varit torkväder . är hela mossa/förnalagret uttorkat och knastrar när man kramar det, medan den underliggande humusen ännu är blöt. En brand sprider sig villigt och förtär allt finbränsle på marken. Efter 25 dagars torka har humuslagret torkat upp väsentligt (bild 4). Bara den nedersta delen, närmast mineraljorden, känns ordentligt fuktig. En brand sprider sig villigt och förtär allt finbränsle. Den efterföljande glödbranden äter sig ner i humuslagret på många ställen och pyr . senare är det mulet och disigt väder, men inget regn (bild 5). Mossan/förnan har en fukthalt strax och känns ganska smidig när man hanterar den. En eld förmår nu knappast sprida sig alls. faller ett regn . Nederbörden fastnar i övre delen av mossan/ förnan som blir rejält blöt (bild 6). Nedersta delen av mossan/ förnan och humuslagret påverkas inte. Sedan kommer åter en torr period och efter tre soliga dagar (bild 7) har all fukt som tillfördes i regnet avdunstat. En brand sprider sig nu åter villigt, förtär allt finbränsle och går djupt i humusen. Så börjar en serie dagar med regn och efter fyra dagars ihållande regn (bild 8) är alla bränsleskikt åter fullt mättade. SOU 2007:60 Bilaga B 21 41 Skogsbeståndets och expositionens inverkan på avdunstningen Som tidigare nämnts påverkar träden avdunstningen från markbränslena genom att de bromsar vinden och genom att de hindrar solinstrålningen, vilket sänker temperaturen i mark och marknära luft. Ju tätare skogsbestånd, desto större effekt. Grovt räknat tar det av bra torkväder innan hyggesmark är brännbar, för gles tallskog, för tät tallskog och för tät granskog. Det är alltså många fler dagar när en brand överhuvud taget kan sprida sig på hygge eller i gles skog, jämfört med tät skog. Det är också för varje gränsvärde man sätter upp av torka, fler dagar som når detta värde i de öppna miljöerna. bör man tänka på att även den täta skogen till slut når ett stadium när bränslebädden är fullt uttorkad. När det råder extrem torka kan man alltså inte längre räkna med några avgörande skillnader i fukthalt mellan olika skogsmiljöer. På samma sätt som uttorkningen skiljer sig mellan öppna och täta skogsmiljöer, är det skillnad mellan sydvända och nordvända sluttningar. Skillnaden beror här på olikheter i solinstrålning. En annan skillnad som kommer av expositionsriktning är snötäckets varaktighet. Inom ett och samma distrikt kan det skilja en månad från det att de första sydvända sluttningarna blir snöfria till dess att den sista snön försvinner i nordluten. Om det råder torrt väder , vilket ofta är fallet, kan man få en initial skillnad i upptorkning som kan vara betydelsefull. Brandriskindexen tar inte hänsyn till sådan lokal variation utan börjar beräknas av snöfrihet på respektive beräkningsplats (väderstation eller gridpunkt). kan snön ligga djup på kringliggande berg och för dessa områden blir indexberäkningarna inte alls rättvisande i början av säsongen. Samma sak gäller för problemet med avdunstningsskillnader mellan täta respektive öppna skogsmiljöer. Index ger ett standardvärde för orten! Detta kan sen i princip kalibreras för olika skogsmiljöer. Lång torka respektive kraftiga regn tenderar att nivellera felen i samtliga dessa fall, det vill säga bränslets fukthalt blir mer likartad mellan olika miljöer. Bilaga B 21 SOU 2007:60 42 Figur 19 Rökutvecklingen kan på långt håll ge en indikation på eldens intensitet. Hög intensitet ger en stark konvektion och förhållandevis mörk rök. Bilden är tagen på en halvmils håll. Styrande faktorer Eldens accelerationsfas Utdrag ur rapporten – Brandbeteende och tolkning av brandriskindex av , , , . De flesta bränder startar med en enda antändning, i en punkt. Det sker sedan en spridning ut från denna punkt i alla riktningar där det finns lämpligt bränsle. har det först antända bränslet, i själva antändningspunkten, hunnit brinna ut och man har en ring av eld som blir allt större. Om det är homogena bränsleförhållanden, plan mark och ingen vind bildar eldbandet en cirkel. Även ett mindre vinddrag kommer dock att ge snabbare spridning, och högre intensitet, i den del av eldbandet som sprider sig med vinden (Figur 2, Figur 21). SOU 2007:60 Bilaga B 21 43 Oavsett de yttre förhållandena kommer elden att visa en tydlig acceleration efter antändningen. Det gäller såväl spridningshastighet som intensitet. I det kanadensiska brandprognossystemet räknar man med att en eld accelererar och att elden har nått av slutlig spridningshastighet (Figur 20). Om man däremot antänder en lång linje i stället för en punkt så når elden nästan sin fulla spridningshastighet och intensitet (inom ). Figur 20 Funktionen för eldens acceleration från en punktantändning i det kanadensiskt brandprognossystemet. Anledningen till att det sker en acceleration under så pass vid punktantändning, men inte vid linjetändning är att den punkttända eldens huvud successivt blir allt bredare. Ett bredare huvud har mer stöd från sidorna än ett smalare och därmed blir förvärmningen av bränslet framför elden effektivare. Det kan lätt konstateras om man gör försök där man tänder Bilaga B 21 SOU 2007:60 44 linjer av olika längd i samma typ av bränsle och observerar spridningshastighet. I reella situationer varierar olika styrande faktorer (bränsle, topografi, vind) så mycket att man inte skall förvänta sig att förloppet skall följa kurvan i Figur 20 särskilt väl. De första minuternas acceleration är dock uppenbar i de allra flesta fall. Figur 21 Eld under tidig accelerationsfas på plan mark, efter antändning i en punkt. Bränslebädd av lav och en smula ljung. Vinden var mycket svag (1–2 m/sek) i pilens riktning. Antändningen skedde med tändsticka vid stolpens fot. Observera att förbränningen är effektiv i flammorna och att den mesta röken kommer från pyrande humus etc. efter att flammorna har passerat. Trots den svaga vinden var spridningshastigheten omkring högre i vindens riktning än emot den. Lägg också märke till vimpeln i stolpens topp, som lyfts av den uppåtstigande konvektionen. Vindens effekt på brandbeteendet Alla som sett en skogseld på nära håll torde vara medvetna om vindens stora betydelse för brandbeteendet. Minsta vinddrag ökar spridningshastigheten i vindens riktning. Effekten anses bero huvudsakligen på att vinden böjer flammorna i riktning mot bränslet. SOU 2007:60 Bilaga B 21 45 Angreppsvinkeln för strålningen från flammorna blir mer effektiv, vilket leder till snabbare förvärmning av bränslet, snabbare frigöring av brännbara gaser och därmed snabbare spridning av elden, högre intensitet och längre flammor. För prognossystem är det av största vikt att få en realistisk modellering av vindfaktorn. Det har gjorts en del fältexperiment för att kvantifiera vindens inflytande, främst i . Problemen är uppenbara, eftersom vinden alltid varierar, även i en skala av sekunder till minuter. Man har emellertid mycket data från bränningsförsök i vindtunlar och den mesta kunskapen om vindens effekt baseras på sådana. I det kanadensiska systemet antar man att eldens spridningshastighet ökar logaritmiskt med ökande vind, förutsett att alla andra faktorer är konstanta (Figur 18). I det australiska prognossystemet låter man vindeffekten vara något mindre dramatisk. För en eld som sprider sig mot vinden är det däremot ingen tydlig effekt av vindstyrka på spridningshastigheten. Man skulle förvänta sig att starkare vind här skulle leda till allt sämre brandspridning, på grund av att lågorna böjs från bränslet, men så verkar inte vara fallet. Möjligen kan en förbättrad syrsättning av en kompakt bränslebädd motverka detta. I regel är spridningshastigheten för motvindselden under 1 m/minut och mycket ofta ligger den kring 0.5 m/minut. Flankeld, det vill säga där vinden går längs med eldbandet, är intermediär i spridningshastighet. Det innebär att en punktantändning har bildat ett elliptiskt eldband, med flerfaldig spridning och intensitet i medvindssektorn jämfört med motvindssektorn och flankerna däremellan. Genom den låga intensiteten och genom att vinden driver gnistregn och flammor bort från färskt bränsle, kommer motvindselden ofta att stanna vid första bästa avbrott i markbränslet, så som en stig eller liten bäck. Bilaga B 21 SOU 2007:60 46 Figur 22 Sambandet mellan vindstyrka och spridningshastighet för en eld som sprider sig med vinden. Denna funktion används för att inkorporera vindens effekt på spridningshastighet i , Initial spread index. mäter vind vid över öppen mark och det är den vindstyrkan som anges i väderprognoser och som används vid beräkningar av brandriskindex i FWI-systemet. Den vind som inverkar på en eld är emellertid den som direkt verkar på flammorna, det vill säga vindstyrkan betydligt närmare marken. I de flesta fall kan vindstyrkan i brösthöjd () vara en god approximation. Över öppen mark är vindstyrkan på denna höjd avsevärt lägre än , men man kan räkna med att det är ett proportionellt samband, varför SMHI-vinden ger en bra indikation på marknära vindstyrka för öppen mark. För skogklädd mark är det mer problematiskt. Skog har en utomordentligt stor vinddämpande effekt, men den varierar med beståndets täthet och struktur, varför det inte går att ange någon generell dämpningsfaktor. Vinden på någon meters höjd över marken i sluten skog kan ofta vara i storleksordningen 1/5, eller ännu mindre, av den på samma höjd över öppen mark. Det här leder till att elden i ett skogsbestånd kommer att ha mycket lägre spridningshastighet än SOU 2007:60 Bilaga B 21 47 på öppen mark, så länge alla andra faktorer (bränsle, fukthalt etc.) är lika. Men mycket ofta är finbränslets fukthalt högre i skogen, till följd av lägre instrålning mot marken, vilket alltså samverkar med vinddämpningen att sänka eldens spridningshastighet. En avgörande förändring i brandbeteende sker dock om elden nere på marken är tillräckligt intensiv för att antända kronskiktet. Dels involveras då mer bränsle, vilket i sig ökar intensiteten, men också ur vindsynpunkt sker viktiga förändringar. När elden väl bränt ur trädkronorna minskar deras vinddämpande förmåga bakom eldfronten, vilket i kombination med starkt luftinflöde mot konvektionspelaren ökar vindstyrkan nära mark. Dessutom når flammorna mycket högre, varför de påverkas av den starkare vinden på högre höjd, i synnerhet när de nått över trädtopparna. Effekt av sluttning Även topografin inverkar på brandens spridningshastighet, helt i analogi med vindeffekten. Uppför en sluttning får flammorna en bättre angreppsvinkel och elden går snabbare och blir intensivare. Nedför en sluttning är effekten den motsatta. I Figur 15 visas det samband mellan lutning och spridningshastighet som används i det kanadensiska systemet. Notera att effekten, liksom för vinden, är accelererande. I de flesta skogsmarker i håller sig lutningen inom spannet 0–. Som referens kan nämnas att en svart slalompist har en lutning av . Bilaga B 21 SOU 2007:60 48 Figur 23 Sambandet mellan markens lutning och eldens spridningshastighet uppför backen. Inverkan av bränslets fukthalt Den allra mest kritiska faktorn för bedömning av brandbeteende är bränslets fukthalt. Ju torrare det är desto snabbare sprider sig elden och desto högre blir dess intensitet. Det är emellertid främst finbränslets fukthalt som är avgörande, det vill säga fukthalten i markens översta skikt av mossa och förna. Det beror på att detta material antänds snabbast och därmed avgör eldens spridningshastighet. Hur torrt det är på större djup i humuslagret, eller i grövre ved eller dylikt, har liten inverkan. Man kan därför ha explosiva skogsbränder även om inte ens hela mosstäcket hunnit torka igenom, förutsatt att de översta centimetrarna är riktigt torra. kan man efter en extrem torka en viss dag ändå ha måttlig brandspridning, på grund av att det är högre RH, och därmed högre fukthalt i finbränslet (jämför Figur 15). SOU 2007:60 Bilaga B 21 49 Figur 24 Sambandet mellan finbränslets fukthalt och elden spridningshastighet. Denna funktion ingår i beräkningen av , Initial spread index. För typiska bränslebäddar i skogsmark/dör elden ut av sig själv vid en fukthalt av 22–. I Figur 24 visas det samband mellan finbränslets fukthalt och eldens spridningshastighet som används i det kanadensiska systemet. Anledningen till att fukten har så stor inverkan på spridningshastigheten är komplex och inte fullt klarlagd. En effekt kommer av att det åtgår energi för att driva ut fukt i samband med bränslets förvärmning. En ytterligare faktor är vara att de flambara gaserna späds ut med vattenånga, vilket försämrar förbränningseffekten. En tredje bidragande faktor kan vara att flammornas strålningseffektivitet minskar med ökande halt av vattenånga. En fjärde att fuktiga bränslepartiklar leder värme bättre, vilket gör att temperaturstegringen i det exponerade bränslet långsammare når en kritisk temperatur för termisk sönderdelning och antändning. Ju fuktigare finbränslet är, desto svårare får elden att sprida sig. Flamlängden minskar och till slut dör elden ut. Gränsvärdet för att detta skall ske ligger kring 22–för en typisk bränslebädd av mossa och barrförna. Samma sak för gräsförna. Erfarenhet från bränningar i skog och hygge säger att man har en god brandspridning vid fukthalter . Det är alltså förvånansvärt stora skillnader i brandbeteende vid små förändringar i finbränslets Bilaga B 21 SOU 2007:60 50 fukthalt. Om man antar att man har finbränsle motsvarar skillnaden fukthalt bara vatten eller nederbörd. Eftersom finbränslet snabbt ställer in sig efter omgivande luftens fuktighet har man oftast en minst lika stor förändring över dygnets timmar. är finbränslenas fukthalt mycket ofta över gränsen för brännbarhet (se Figur 16 och 24). Notera den dramatiskt ökande spridningshastigheten vid riktigt låga fukthalter (). Det betyder i sin tur att ganska små förändringar i RH ger kraftiga utslag i brandens spridningshastighet. Fukthaltsgränsen för brandspridning i finbränsle ligger alltså i spannet 22–. Man kunde tänka sig att gränsvärdet skulle ligga väsentligt högre för en eld som är väletablerad, men så är inte fallet. Generellt kan man säga att finbränsle som inte kan antändas med en så liten impuls som en tändsticka, inte heller kan fås att bära en eld, ens om man etablerar en homogen eldfront med hjälp av diesel eller annat tändmedel. Om finbränslet har en fukthalt över gränsen kommer elden att självdö efter , oavsett om flammorna i tändlinjen varit över en meter höga. Det betyder också att en skogsbrand mycket snabbt ställer in sig efter finbränslets fukthalt, när den går in i ett område med högre fukthalt. Man bör observera att det är mycket svårt att rätt bestämma fukthalten i en bränslebädd. Det finns tyvärr inga enkla instrument som klarar det tillförlitligt. Bästa sättet brukar vara att ta prover och lägga i täta plastpåsar, väga, torka vid 90oC och sedan återväga. Fukthalten varierar också mellan olika positioner inom ett och samma område varför man måste ta ett försvarligt antal prov (ca 10) för att kunna beskriva medelvärdet bra. Detta är naturligtvis inte att tänka på i en situation när man vill ha en snabb bedömning av fukthalten. Det är ofta en stor variation i fukthalt med ökande djup i bränslebädden, särskilt under upptorkningsfasen efter ett regn. Man kan inte sällan ha en situation när de översta av bränslet har en fukthalt som möjliggör brandspridning, medan underliggande bränsle är blött. Ett medelvärde över hela mossan/förnan blir då kraftigt missvisande, oavsett vilken teknik man använder sig av. Om man vill försöka bestämma finbränslets fukthalt rekommenderas att göra en skiktning i två delar av mossan/förnan. Även det innebär en förenkling av den verkliga fördelningen av fukt i bränslet, men det ökar tolkningsmöjligheterna avsevärt. SOU 2007:60 Bilaga B 21 51 Om uttorkningen har nått så långt att allt fritt vatten är borta ur finbränslet kan man emellertid räkna med att den relativa luftfuktigheten ger en bra indikation, genom det nära sambandet mellan RH och finbränslenas fukthalt. Detta får man också via FFMC, som ju i en uttorkad situation styrs helt av funktionen i Figur 15 (sambandet mellan RH och bränslets fukthalt). Det indexvärdet är dock, för aktuell dag, baserat på en prognos av RH, utarbetad dagen innan. Samma sak gäller det RH-värde man kan få på hemsida. En verklig mätning av det aktuella RH ger därför mycket bättre svar. Dessutom är FFMC beräknat för middagstid (14.00) och RH förändras kraftigt , liksom därmed finbränslets fukthalt (Figur 15). Det finns alltså ingen väg förbi en mätning av verklig RH om man vill bedöma brandsituationen i realtid. Mätning av RH kan göras med en så kallad psykrometer, som finns i fickmodell, eller med elektroniska instrument av god kvalitet (Figur 25). Man måste sedan också beakta om bränslet träffas direkt av solen eller ej (RH mäts ju en bit upp i luften och avspeglar inte perfekt den marknära miljön). Bilaga B 21 SOU 2007:60 52 Figur 25 Instrument för fältobservation av vädervariabler som är viktiga för brandbeteende. Nederst en psykrometer för mätning av relativ luftfuktighet. Den har två termometrar varav en har spetsen täckt av en fuktig strumpa. Instrumentet snurras och temperaturdifferensen mellan torr och våt temperatur översätts till rh via en räknesticka på handtaget. Ett alternativ till psykrometern är elektroniska instrument av god kvalitet. Överst en liten handhållen vindmätare. För den som har stor erfarenhet kan en sondering av finbränslet med handen ge en indikation på dess fukthalt. Mossa/förna som ligger nära gränsen för brännbarhet känns en liten smula rå och bryter inte i handen. Ju torrare det är desto mer bräckligt blir materialet och under en fukthalt av smulas det lätt när man krossar det i handen. Sammanfattningsvis är finbränslets fukthalt av helt avgörande betydelse för brandbeteendet. Små skillnader i fukthalt får dramatisk effekt på brandbeteendet och fukthalten varierar mycket både i rummet (ned till en skala på några få meter) och (ned till delar av timme). Standardiserade brandriskindex kommer därför aldrig att få en upplösning och precision i skattningen av fukthalten som räcker för detaljerade förutsägelser för olika miljöer i terrängen. SOU 2007:60 Bilaga B 21 53 bästa fall får man en god indikation om läget. Den verkliga situationen måste bedömas på plats och det är därför ovärderligt att försöka skaffa sig en egen erfarenhet av fukthalt och brännbarhet. En rekommendation är att ta för vana att alltid känna på finbränslet. När förhållandena så medger kan man göra ett antändningsförsök med en tändsticka. Om bränslet tänder, stampas flammorna sedan direkt ut med foten. lär man sig ungefär var gränsen för brännbarhet går. Man märker också hur mossan/förnan brinner: segt eller raskt och villigt, allt efter dess fukthalt. (Observera att en sådan snabbtest bara kan göras när den underliggande humusen är fuktig. Annars finns risk att en liten glöd får fäste i humusen. Är man minsta tveksam om säkerheten kring detta skall man istället ta ut en tuss av bränslet (), lägga ut det på närmaste väg och antända det direkt (men se upp för vinden!). Spridningshinder Alla avbrott i den kontinuerliga bädden av finbränsle på marken kan potentiellt fungera som brandhinder, men det beror på omständigheterna om de skall vara effektiva eller ej. Redan ett så pass smalt, bränslefritt bälte som en gångstig, kan räcka för att stoppa en backande eld, eller en lågintensiv eld som rör sig med vinden. Å andra sidan kan en högintensiv eld lätt passera hinder av flera tiotals meters bredd. Man bör observera att det främst är linjära element som är viktiga brandhinder, även om de är förhållandevis smala. Små obrännbara partier (exempelvis en liten myr), kommer snart att överflyglas av elden. Bilaga B 21 SOU 2007:60 54 Figur 26 med ett smalt bälte av myr och sumpskog intill. Övre bilden är tagen och undre bilden samma åt. Tidigt på säsongen, innan årets grönska hunnit upp, leder förnan elden. Om den har medvind tar den sig lätt över en smal bäck. SOU 2007:60 Bilaga B 21 55 Hinderövergångar kan ske dels genom flamkontakt, dels via strålningsvärmen, och dels via glödande eller flammande partiklar som lyfts av konvektionen (se Figur 27), färdas med vinden och antänder finbränslet på andra sidan hindret. För alla dessa tre mekanismer är medvindselden mångfaldigt mer effektiv att passera hinder än motvindselden: För medvindelden böjs flammorna in i riktning mot färskt bränsle, partikelregnet landar där också, och likaså blir värmning via strålning effektiv i medvindsriktningen. För motvindselden är det precis tvärt om. Dessutom är medvindselden, om alla andra faktorer är lika, vanligen flerfaldigt intensivare. Motvindselden tenderar alltså att fastna även vid små hinder som stigar och små bäckar. Ett memento är dock att vindriktning under sommardagar kan vara ganska ostadig. Det kan räcka med en kort episod av kontravind för att aktivera motvindselden och orsaka hinderövergång. Det finns inga publicerade studier av sambandet mellan medvindseldens intensitet och dess förmåga att passera hinder av olika bredd. Försök med antändning av plankväggar via strålningsvärme ger vid handen att man efter tre minuters exponering kan få antändning på ett avstånd ungefär motsvarande flamlängden. I motsats till situationen vid husbränder blir exponeringstiden vid skogsbrand kort, och kan möjligen vara en realistisk approximation när en flamfront närmar sig ett hinder och brinner ut vid gränsen. Bilaga B 21 SOU 2007:60 56 Figur 27a De flesta flygbränder har sitt upphov i levande eller döda träd. När elden stiger längs trädet, blir konvektionen stark och brinnande partiklar lossnar och dras med uppåt. Här en tät gran som leder upp elden vid bränning av en myrholme.