sou · GVB360d9 · 2008-01-01 00:00:00 — Det internationella samarbetet kan bland annat omfatta teknik och taktik för släckning av brand, förebyggande åtgärder och forskning. Det bör framgå tydligare i lagstiftningen att även skogsägare eller nyttjanderättshavare har skyldighet att vidta brandskyddsåtgärder för egendom. Skogsnäringen bör anpassa sin dagliga aktivitet till aktuell brandrisknivå och dessutom hålla en beredskap för att kunna släcka skogsbränder. En anpassning av vilken verksamhet som kan tillåtas utifrån brandrisknivån är en möjlig lösning. Det kan resultera i en begränsning av vissa arbetsmoment som kan medföra risk för antändning eller att verksamheten begränsas för vissa geografiska områden. De åtgärder och resurser som skogsnäringen måste tillskapa sig och framöver hålla i beredskap för att skydda sig mot brand bör också kunna utnyttjas av samhället för att släcka skogsbränder. Därför bör en skyldighet att redovisa sin brandskyddsorganisation till samhället införas för skogsnäringen. 1 Bakgrund har genomfört en övergripande studie i möjlig utveckling av vegetationsbränder med tyngdpunkt på skogsbrandens tänkbara förändring. Studiens syfte är att ge ett underlag till klimat- och sårbarhetsutredningen med möjliga konsekvenser och förslag till åtgärder. med Rossby center har svarat för att ta fram underlag till förändringen i väder som ett ändrat klimat kan medföra. () i har medverkat i bedömningen om förändrat brandbeteende och utifrån Rossby centers data genomfört flera olika scenarioberäkningar enligt brandriskmodellen FWI. SLU i har medverkat med underlag för vilken typ av skog som kan förväntas i ett ändrat klimat. SLU har utifrån datamodellernas resultat tolkat och värderat vilka möjliga brandscenarier som kan antas bli aktuella framöver. Bilaga B 21 SOU 2007:60 10 har uppskattat vilka konsekvenser det kan bli för samhället med ett förändrat klimat. För att kunna hantera och anpassa samhället till nya förhållanden ges också förslag på åtgärder. Åtgärderna utgår främst från vilka förebyggande åtgärder som bör vidtas, hur skogsbränderna ska kunna släckas och vilka forsknings och utvecklingsinsatser som behöver göras. Kapitel 2–4 i denna rapport är en förkortad text från rapporten – Brandbeteende och tolkning av brandriskindex av för skoglig vegetationsekologi SLU, . Kapitel 9 i denna rapport utgör underlag till utredningen som sammanställts av , och . Kapitel 10 i denna rapport redovisar resultat av brandriskindex (FWI) från olika modellberäkningar utgående från verkliga och simulerade dagliga väderdata (från ) och som utförts av , SLU. Rapporten har sammanställts av och , . 2 Brand i det fria Utdrag ur rapporten – Brandbeteende och tolkning av brandriskindex av , , , . En brand i det fria, som sprider sig över marken, skiljer sig i en rad olika avseenden från en brand i byggnad, bil eller annan liknande struktur. En avgörande skillnad är att bränslet för elden potentiellt har oändlig utsträckning i rummet. En annan är att syrsättning i princip aldrig är begränsande för förbränningsprocessen. De styrande faktorerna är istället bränslebäddens struktur, dess fukthalt, topografin, och det momentana vädret, främst vinden. Egentligen är det ganska stora krav för att eldspridning skall kunna fortgå spontant. Bränslestrukturen varierar och det finns vissa naturtyper som är så gott som obrännbara på grund av bränslebäddens struktur. För områden med lämplig bränlsestruktur är brandspridning dessutom omöjlig de flesta av årets dagar, på grund av för hög fukthalt i bränslet. När brandspridning väl kan ske är det tillika SOU 2007:60 Bilaga B 21 11 mycket stor skillnad i brandens potentiella förlopp. De variabler som då skiljer är främst spridningshastigheten och brandintensiteten. Dessa två variabler är intimt länkade och helt avgörande för svårigheten att begränsa elden. För att kunna förstå förutsättningar för eld i det fria och för variationen i brandbeteende behöver man en klar bild för hur elden fungerar som process, hur bränslena varierar i rummet och hur vädret påverkar dels fukthalten i bränslet, dels själva elden. Grundläggande processer för den flammande elden Figur 1 är en schematisk återgivning av de olika processer som verkar under en brand. Skissen visar en genomskärning av en eld i en stiliserad bränslebädd. Branden har pågått och etablerat en flamfront, som sprider sig åt höger i bilden. Flammorna drivs av gaser som frigörs ur bränslet, främst från det luckra lagret av förna, mossa, lav som finns på marken. Humusen, det vill säga den filt av halvt nedbrutet organiskt material som finns under mossan, avger brännbara gaser i mycket sämre grad och tillför relativt lite till flambildningen. Flammorna avger strålningsenergi i alla riktningar. En del av strålningen träffar bränslet framför elden och absorberas, varvid temperaturen stiger snabbt. Vid en temperatur av 100oC har allt vatten avgått och vid 300oC börjar termisk nedbrytning av cellulosa och andra organiska föreningar, varvid olika kolväteföreningar avges i gasform och antänds av flammans framkant. Denna gasfrigöring intensifieras när bränslepartikeln hamnat inne i flammorna, där temperaturen är i storleksordningen 800–1 000oC. När bränslet i en viss punkt inte längre avger tillräckligt med gas för att driva flamman befinner sig denna punkt i dess bakkant. Tiden för flambasen att förflytta sig över en viss punkt, det vill säga från det att bränslet antänds till att det slocknar, är ganska kort för de flesta bränsletyper. Ofta i storleksordningen en minut (se dock nedan). Grov död ved som tjärstubbar, grova nedfallna kvistar etc. kan fortsätta att brinna med flammor en , men dessa spridda element inverkar inte längre på flamfronten. Bilaga B 21 SOU 2007:60 12 Figur 1 Principskiss för de olika processer som verkar i en spridande eld. Genomskärning av eldbandet som sprider sig åt höger i bilden, in över färska bränslen. Flammorna (3) förvärmer bränslet intill (2), vilket när dess temperatur stigit till bortåt 300oC börjar frigöra brännbara gaser. I och med att dessa antänds flyttar flamman in över bränslet. Finbränslet konsumeras successivt i flammorna och när de passerat återstår en bädd av ytkolad humus (3), där glödbrand fortsätter under , beroende på humusens fukthalt. Om det undre skiktet av finbränsle är fuktigt, kan även en del av detta bli kvar efter att flammorna passerat. Närmast efter flammorna fortsätter markytan att glöda . Vanligen kan inte denna glöd underhålla sig själv och slocknar , men kan hänga kvar i särskilt gynnsamma positioner betydligt längre. En kritisk variabel för glödbrandens omfattning är torrheten i humuslagret. Efter lång torka kan man därför få omfattande glödbrand och stor konsumtion av markens humuslager. Glödbrandens dynamik beskrivs närmare i ett separat kapitel. Energin som frigörs i flammorna sprids alltså effektivt genom strålning (flammor från den här typen av bränslen antas vanligen stråla som en svart kropp, åtminstone när flamdjupet inte är alltför tunt). Dessutom avgår mycket energi i form av konvektion uppåt, till följd av den starka expansionen av heta gaser. Konvektionen är väsentlig i dessa sammanhang främst på grund av två fenomen. Dels kommer den att värma eventuella bränslen som finns ovan flammorna, det vill säga uppe i träden, om branden sker i skog. SOU 2007:60 Bilaga B 21 13 fasta bränslepartiklar, som glöder eller flammar, dras med i den starka uppåtgående luftströmmen, drivas av vinden ett stycke och sedan landa i färska bränslen och antända dessa. Detta är den viktigaste mekanismen för elden att ta sig över större hinder, det vill säga avbrott i bränslebädden, som vägar, vattendrag etc. Konvektionen ger också upphov till en förändring av vindfältet i närheten av flamfronten. De uppåtstigande heta gaserna ersätts genom en inströmning från sidorna, som delvis kan avlänka den rådande vinden. Ju högre intensitet elden har, desto starkare är denna effekt. För en eld som sprider sig med vinden får man därför, närmast före flamfronten, ett lokalt drag in mot elden, som går rakt mot den rådande vinden. När intensiteten är hög kan motdraget göra sig gällande flera tiotals meter framför fronten. Detta fenomen kan underlätta i samband med skyddsavbränning eller anläggning av moteld. Värme sprids också genom konduktion. Detta kan eventuellt ha viss betydelse för brandbeteendet genom att öka energitransporten inne i bränslebädden, men denna är lucker och dåligt värmeledande och förvärmningen av bränslet antas därför ske främst genom strålningsöverföring. Nedåt i marken sker också värmespridning genom konduktion. Även om den inte är särskilt effektiv är den av stor relevans för eldens effekter på levande organismer. Zonen närmast den slutgiltiga kvarvarande kolade markytan är steriliserad på grund av den höga temperaturen, men redan på kan man finna överlevande rötter, frön och markdjur. Där har då temperaturen under branden aldrig varit högre än ca 60oC, vilket är letaltemperaturen för levande celler. Intensitet och spridningshastighet Effektutvecklingen i flamfronten är helt avgörande för svårigheten att begränsa elden och den kan variera inom mycket vida gränser. Till skillnad från brand i byggnad måste man dock ange ett något annorlunda intensitetsmått. Den totala effektutvecklingen inom hela brandområdet är ointressant, varför man vanligen definierar brandintesitet som effektutveckling per längdenhet av eldbandet. I SI-enheter blir det kW/m. Det betyder att en och samma brand längs eldbandet kan ha en stor variation i brandintensitet. Vissa segment, exempelvis där elden drivs på av vinden, kan ha flerfaldigt högre intensitet än i de partier där elden går fram mot vinden. Bilaga B 21 SOU 2007:60 14 Figur 2 Två scener från samma brand. Vänstra bilden är tagen i en sektor där elden backar mot vinden. Låg spridningshastighet, låg intensitet och fri sikt över eldbandet. Rök och värme drar ut över redan avbränd mark, vilket gör släckningen oproblematisk. I högra bilden går elden med vinden, vilket ger snabb brandspridning, hög intensitet, stark värmestrålning och rök ut i obränt område. Inte minst den dåliga sikten gör det riskabelt att arbeta framför fronten. Figur 3 Sambandet mellan spridningshastighet och intensitet SOU 2007:60 Bilaga B 21 15 Intensitet i denna mening blir liktydigt med eldbandets energikonsumtion per tidsenhet. Den kommer alltså att variera med mängden bränsle som kan konsumeras i flammorna och med hastigheten i eldbandets förflyttning. I Figur 3 illustreras sambanden för ett hypotetiskt fall. I den övre bilden sprider sig elden med en hastighet av m/min. Det finns bränsle per m2 på marken, som har ett energiinnehåll av 18 000 kJ/kg. På en bredd av 1 m av flambältet utvecklas då en effekt av 18 000 kJ/minut = 300 kJ/sec = 300 kW. I den undre bilden går elden av en eller annan anledning fram med en fem gånger större hastighet, trots att det rör sig om samma bränslemängd. Vinden kan till exempel ha ökat! Per tidsenhet konsumerar nu elden fem gånger så mycket bränsle och intensiteten blir med andra ord fem gånger högre (1 500 kW/m). Figur 4 Eld som sprider sig med vinden (cirka 3 m/sekund) i en svag uppförsbacke. Relativt hög intensitet. Elden har långa flammor och bred flambas. Den klättrar villigt i granar som har lågt ansatt krona, och i torrträdet som ligger diagonalt över bilden. Man kan lägga märke till två andra förändringar som följer med ökad intensitet. Dels blir flammorna längre och dels blir flambasen bredare (Figur 4). Flamlängden är dock inte direkt proportionell mot intensiteten (Figur 5). I exemplet i Figur 3 ger en intensitets Bilaga B 21 SOU 2007:60 16 ökning från 300 till 1 500 kW en ökning av flamlängden från en knapp meter till . Att flambasen ökar hänger samman med att brinntiden för en viss punkt på marken inte förändras nämnvärt när intensiteten ändras. Om det tar en minut för bränsle av en viss typ att brinna från antändning till det har slocknat när intensiteten är låg, tar det lika när intensiteten är hög. Därmed blir flambasen bredare. Det finns ingen undersökning av dessa samband i detalj, med i grova drag verkar generaliseringen (att residenstiden är ) hålla streck. Olika bränslen har dock klart olika residenstid. Ju tunnare de enskilda bränsleelementen är, desto snabbare brinner de ut. För gräsförna är residenstiden mycket kort (ofta kring 20 sec), för en bränslebädd av mossa/förna 1–och för avverkningsrester på ett hygge . Figur 5 Sambandet mellan intensitet och flamlängd samt svårighetsgrad. SOU 2007:60 Bilaga B 21 17 Intensitet-bekämpningssvårighet Eldens spridningshastighet och dess intensitet är båda väsentliga för möjligheten att begränsa en skogsbrand. För en viss bränsletyp är dessa direkt länkade, så att hög spridningshastighet innebär hög intensitet (se figur 3), men som enskild faktor är det utan tvekan intensiteten som mest influerar bekämpningen. Hög intensitet betyder ett högt värmestrålningstryck, vilket gör att man måste hålla ett större avstånd till eldfronten. Elden passerar också lättare olika avbrott i bränslebädden genom antändning av strålningsvärmen eller via flygbränder (se nedan). I figur 5 har några gränser lagts in som antyder hur bekämpningssvårigheten ökar med ökande intensitet. En mycket allvarlig konsekvens av ökande intensitet är att risken ökar för att kronskiktet skall antändas. Om så sker fördubblas (i medeltal) i ett slag mängden bränsle som elden konsumerar, som spridningshastigheten ökar, vilket sammantaget resulterar i en dramatisk ökning av brandintensiteten. Vilken intensitet på elden som behövs för att kronskiktet skall fatta eld beror på kronbränslenas mängd och höjdfördelning. Täta skogsbestånd som har en god vertikal bränslekontinuitet, kräver lägre intensitet än bestånd där finbränslena i kronskiktet (främst barr) är väl separerade från marken, så som är fallet till exempel i gamla, rena tallbestånd. Har elden en intensitet av mer än 3 000 kW/m, (flamlängd >3m) ökar risken kraftigt att den gör kvantsprånget och antänder kronskiktet. Ofta söker man karakterisera en skogsbrand utifrån vilka bränslen som tas av elden. vill man därigenom grovt ange eldens svårighetsgrad. Tyvärr finns ingen väletablerad svensk terminologi här. I och används beteckningarna surface fire och crown fire. Den viktiga skiljelinjen är om elden huvudsakligen drivs av finbränslen på marken (surface fire) eller om även bränsle uppe i trädkronorna involveras (crown fire). Dessutom brukar man använda termen ground fire för en pyreld i humus eller torv (utan samtidig brand med öppen låga). En rimlig svensk terminologi enligt samma principer skulle vara jordbrand – ytbrand – kronbrand. Äldre svensk litteratur har använt en rad olika beteckningar. Således har en brand som involverar bara bränslen på marken (surface fire) kallats alternativt ytbrand, markbrand eller löpbrand, medan en eld som berör också trädkronorna kallats toppeld eller kronbrand. Bilaga B 21 SOU 2007:60 18 Figur 6 Helikopterbekämpning kräver att brandbeteendet tolkas rätt. Helikoptrar kan inte flyga i het rök. Vid högintensiva bränder är de begränsade främst till flankbekämpning och att lägga vattenlinjer en bra bit framför eldfronten. Även kronbränder kan vara av olika karaktär. Om enstaka träd fattar eld, till exempel enstaka granar inne i ett tallbestånd, påverkar detta inte brandfrontens beteende nämnvärt, utom att det ökar risken för flygbränder. Internationellt beskrivs detta vanligen som torching (inte heller för detta finns någon etablerad svensk term). Man kan också ha en situation där elden går fram som en ytbrand, med måttlig intensitet, vilken tänder träden ett efter ett, när eldfronten når fram. Det beskrivs i och som passive crown fire. Ofta är det bara en del av trädkronorna som berörs av elden. Den allvarligaste formen är när man har en sammanhängande eldfront som äter sig genom skogen. Flammorna sträcker sig då på bred front från markytan till långt över trädtopparna och spridningen sker genom en förflyttning även uppe i kronskiktet. Detta benämns i och för en crown fire. En vanlig föreställning är att en sådan eld kan sprida sig från träd till träd utan stöd av brand på marken. Under exceptionella förhållanden (stark vind) kan elden verkligen gå före i kronorna en kortare sträcka, men det typiska förloppet är istället att elden agerar som en enhet och involverar markbränslena och kronbränslena . Om stödet från markbränslena av någon anledning (ökad SOU 2007:60 Bilaga B 21 19 fukthalt, svagare vind etc.) minskar, upphör strax elden i kronskiktet och elden övergår till att bli en ytbrand. Figur 7 Brandfältet på och norr om på från den torra . Sammantaget avbrändes skogsmark, till största delen tallskog, av aktiv brandspridning. Elden hade rapporterats och släckts ner . Arealen var då någon hektar. Efterföljande dag blåste omkring SSV och kring tappade man elden, som spred sig hastigt norrut. gick elden över länsvägen i norr. Under denna första eftermiddag gick elden ofta fram som en fullt utvecklad kronbrand. Intensiteten, den snabba framryckningen och flygbränder gjorde alla begränsningsförsök ineffektiva. Därefter spred sig elden huvudsakligen som flankeld, från den korridor som då dragits upp. Vinden växlade något följande dagar, men observationer av trädens sotning indikerar att merparten av arealen brann med sydlig/sydvästlig vind (röda pilar). Områden där elden gått fram som kronbrand är markerade med svart. Dessa ligger nästan uteslutande inom den yta som brändes av (markerat med lila). Det obrända smala bältet en knapp km från startpunkten är sluttningen mellan den plana Torsburgen och det likaledes plana området norr därom. I slänten dominerades markbränslena av kompakta mossor, som inte bar elden. Den stora obrunna ytan i centrum av brandområdet är kulturmark, som till stora delar var fårbete. Bilaga B 21 SOU 2007:60 20 Större brandområden brukar visa en stor variation i hur elden betett sig. Även om det varit högriskförhållanden (torra finbränslen, stark vind) brukar bara en del av den totala avbrända ytan ha brunnit i regelrätt kronbrand. Ett instruktivt exempel är branden vid Torsburgen på . Av en total avbränd areal om 1 100 ha hade brunnit som kronbrand. Dessa partier låg företrädesvis inom den ganska smala sektor där elden gick fram , med stöd av vinden i ryggen (Figur 7). En stor del av den övriga arealen brann genom expansion av flankerna, utan motsvarande vindstöd, och med avsevärt lägre intensitet. Eftersom kronbränslena vanligen är separerade från marken och dessutom har en låg grad av bränslepackning (lite bränsle per volymsenhet) krävs att elden har en viss minsta spridningshastighet för att vidmakthålla förbränning i kronskiktet. Man har beräknat att den lägsta hastigheten som medger en crown fire i barrskog är omkring 20 m/min. Detta motsvarar ganska väl vad som uppmätts i det lilla antalet goda observationer som gjorts vis svenska kronbränder. Spridningshastigheten på Torsburgen var således i medeltal 33 m/min, vilket innebär att framryckningen antagligen på mindre sträckor var något snabbare, eftersom den inte gick som kronbrand. Denna siffra kan dock tas som en övre gräns för svenska förhållanden om man ser till spridning över en längre sträcka. Glödbrand Bränsle som inte förmår avge tillräckligt med brännbara gaser för att underhålla flammor, kan under vissa förutsättningar glödbrinna. Denna process är välbekant också när det gäller brand i byggnad, då ju många inomhusbränder startar med en glödbrand i exempelvis sågspånsfyllning eller skumgummi, för att sedan utvecklas till en flammande eld. Glödbrand är en oxidation som sker vid relativt låg temperatur (400–600oC) och som kan fortskrida vid betydligt högre fukthalt i bränslet än flammande eld. Den kan också ske vid relativt låg syresättning, även om dess intensitet ökar med både ökande vind och sjunkande fukthalt. Bränslets karaktär är mycket viktig för att glödbrand skall utvecklas. Tjocka skikt av relativt poröst organiskt material, som inte kollapsar vid pyrolys, underlättar etablering av en glödbrand (jfr sågspån). Det är främst två SOU 2007:60 Bilaga B 21 21 typer av bränsle som gärna tar glödbrand i skogsmark. Dels murket trä, dels humus och torv. Efter att den flammande elden har passerat sker alltid en viss glödbrand i små kolfragment från finbränslet och i gränsskiktet mellan finbränsle och humus. Om humusen är fuktig upphör glödbranden , men ju torrare humusen är, desto pågår den. Mycket ofta är humusen som torrast överst, nära gränsen mot finbränslet, och här sker då en efterbränning på bred front, till dess att det torraste materialet har pyrt igenom. har ideala egenskaper för glödbrand, men dåliga egenskaper för att underhålla flammande eld. Dels är den för kompakt, dels avger den mindre kvantiteter brännbara gaser vid pyrolys. Det är dock inte någon skarp gräns här mellan de två typerna av förbränning. Även humus avger en hel del brännbara gaser vid pyrolys. En pyrande eld producerar rök som har hög partikelhalt och en hög CO-halt jämfört med den flammande elden. Bakom flammorna stiger därför en ganska tät rök, med karakteristisk lukt. Om man har ett starkt vindtryck kan glödbranden intensifieras så att pyrolysen blir tillräcklig för flammande eld, men oftast är denna helt lokal intill glödbranden. Brandspridning med en egentlig flamfront kan dock undantagsvis förekomma med humus som bränsle. Det kan ske om den exponerade, ytkolade humusytan fått torka ut efter att den första flamfronten passerat (som brände upp finbränslena). har det hunnit torka ut, och om det då finns glödbrand kvar här och där inom brandområdet kan man få en andra episod av brandspridning med öppen låga. Stark vind brukar vara en förutsättning för detta, och det är troligt att det är vanligare på hygge än i skog. En särskilt farlig situation är om den första eldfronten inte förtärt den undre delen av finbränslet i mossa/förnaskiktet på grund av att det då var för fuktigt. Om humusen är rejält fuktig, upphör alltså glödbranden snabbt. Vid måttlig upptorkning brukar man ha spridda rökar inom brandområdet åtskilliga timmar efter att den flammande elden passerat. Glödbrand har då bitit sig fast på de mest förmånliga ställena, det vill säga där elden kommit i kontakt med tillräckligt torr humus. Mycket vanligt är att det sker intill stubbar eller vid basen av levande träd. Dels kan humusen vara torrare där (särskilt under granar, vilkas grenar avlänkar regnvattnet); dels kan humusen vara tjockare intill träden; dels utgör kontaktzonen mellan bark och humus ett bra läge för initiering av en glödbrand. Bilaga B 21 SOU 2007:60 22 Glödbranden tenderar att formera en front som sakta rör sig genom humustäcket (Figur 8). Värmen som genereras kommer att torka ut humusen strax framför den glödande zonen, vilket gör att glöden från en väl etablerad front kan sprida sig in i material som är något fuktigare än att det initialt skulle börja glödbrinna. Fuktgränsen för glödbrand i humus är svårdefinierad (kan ofta ligga kring ), men i tjocka lager av humus är gränsvärdet högre, antagligen på grund av att värmeförlusterna från den glödande zonen till atmosfären och till underliggande mark då blir proportionellt mindre. Figur 8 Exempel på hur en pyrande eld kan arbeta i humuslagret långt efter att den flammande elden passerat och bränt upp allt finbränsle på markytan. Där glödbrand bitit sig fast, etablerar sig snart en vertikal glödzon, som sprider sig lateralt (i pilarnas riktning) genom humusen, med en hastighet av . Värmen från glöden driver ut vatten ur humusen intill glödzonen och orsakar också pyrolys, varvid en grå rök filtrerar upp genom humusen. Om glödbrandens aktivitet är stor, till exempel om vinden friskar i, kan gaserna antändas, men vanligen sker då ingen vidare spridning av den flammande elden ut över den avbrända humusytan. Om glödbranden ligger i anslutning till färska finbränslen får man dock lätt en återtändning.