Fire spread in low rise vegetation, with application to Mediterranean conditions
Authors: Μπόμπουλος Μιλτιάδης 
Published: January 2014

Η εξέταση της συμπεριφοράς των πυρκαγιών ακαλλιέργητων περιοχών με βλάστηση εδαφικών στρώσεων, είναι μια βασική προϋπόθεση για την ανάληψη επιτυχών δραστηριοτήτων για τον έλεγχο της διάδοσής τους στην πρόωρη πρόληψη και την εξασφάλιση γρήγορης, αποδοτικής και ασφαλούς καταστολής. Ο στόχος της ερευνητικής εργασίας ήταν (α.) να παρασχεθεί η γνώση μέσω του προσδιορισμού, νέων πειραματικών αποτελεσμάτων για τις ιδιότητες των μορίων βλάστησης ελληνικών πευκοβελόνων, και την ανάλυση της δυναμικής διάδοσης των πυρκαγιών. Αφετέρου (β.) να αναπτυχθούν μοντέλα βασισμένα σε θεωρητική και εμπειρική προσέγγιση, τα οποία να προβλέπουν τη διάδοση και συμπεριφορά πυρκαγιών που προσαρμόζονται σε καύσιμη ύλη εδάφους. Όπως επίσης και να παραχθούν συσχετισμοί μεταξύ της συμπεριφοράς της πυρκαγιάς και των περιβαλλοντικών μεταβλητών επηρεασμού της. Τα πειράματα που πραγματοποιήθηκαν περιέλαβαν τη λήψη ελληνικών δειγμάτων και τον καθορισμό αντιπροσωπευτικών μοντέλων καύσιμης ύλης για δυο διαφορετικά είδη πεύκων, ως συνέπεια καθορισμού των βασικών φυσικών, χημικών και θερμικών ιδιοτήτων τους. Τα εξετασμένα δείγματα περιέλαβαν την Χαλέπεια (Halepensis) και την Παραθαλάσσια (Pinaster) πευκοβελόνα που συλλέχθηκαν σε διαφορετικά υψόμετρα. Εκτός από τις μεμονωμένες ιδιότητες της καύσιμης ύλης μια συνολική αξιολόγηση της στρώσης καυσίμου εδάφους έχει γίνει για καθένα είδος βλάστησης. Η πειραματική δουλεία περιέλαβε επίσης τη μελέτη της ανάφλεξης και διάδοσης της φωτιάς σε στρώματα πευκοβελόνων (πειραματικές πυρκαγιές) και τη παραγωγή αποτελεσμάτων για τα χαρακτηριστικά συμπεριφοράς πυρκαγιών σε διαφορετικές περιβαλλοντικές συνθήκες. Τα αποτελέσματα των πειραματικών καύσεων υιοθετήθηκαν για την ανάπτυξη εξισώσεων - εμπειρικών μοντέλων με τη βοήθεια των οποίων τα αποτελέσματα της ταχύτητας και της κατεύθυνσης του ανέμου, η κλίση της επίγειας επιφάνειας και η μέθοδος ανάφλεξης της πυρκαγιάς συνδέονταν με τον ρυθμό διάδοσης και τις γωνίες καύσης - φλογών. Ένα θεωρητικό μοντέλο προσομοίωσης της συμπεριφοράς της πυρκαγιάς που διαδίδεται στο δασικό στρώμα πευκοβελόνων έχει αναπτυχθεί βασισμένο στη μεταφορά θερμότητας και μάζας, αμφότερα μεταξύ της αέριας φάσης και μεταξύ της αέριας και στερεάς φάσης, και επίσης στη λεπτομερή περιγραφή της θερμικής αποσύνθεσης της βλάστησης και της οξείδωσης προϊόντων ως αποτέλεσμα αυτής της διαδικασίας. Το μοντέλο επιτρέπει τον καθορισμό των μεταβολών θέσης του εμπρόσθιου μετώπου πυρκαγιάς, τη μελέτη της επίδρασης της ταχύτητας του ανέμου και της κλίσης του εδάφους στην πυρκαγιά και επίσης τη λήψη της θερμοκρασίας, την διανομή ροής των ρευστών και των χαρακτηριστικών της φλόγας. Η δημιουργία του θεωρητικού μοντέλου έχει γίνει σε μη-στατική κατάσταση και πραγματοποιήθηκε χρησιμοποιώντας το CFD λογισμικό - Fluent. Ένα υπομοντέλο καύσης έχει αναπτυχθεί επίσης και έχει εξεταστεί επιπλέον στα πλαίσια της παρούσας μελέτης. Αυτό το υπομοντέλο εξετάζει τη δυνατότητα εφαρμογής διάφορων χημικών αντιδράσεων περιγράφοντας στην πυκνή καύση του στρώματος: την παραγωγή των πτητικών ουσιών, τον προσροφητικό άνθρακα και την πίσσα και την επόμενη οξείδωσή τους (ως αεριώδη φάση). Στο υπομοντέλο χρησιμοποιείται ένας αναλυτικότερος μηχανισμός αντίδρασης πέντε-βημάτων EDM + Kinetics για να περιγράψει την επίδραση μίξης και τις χημικές αντιδράσεις. Το ανεπτυγμένο υπομοντέλο ενισχύθηκε επίσης με ρυθμίσεις στις σταθερές και των όρων ορίου (Boundary conditions) εφαρμόζοντας τα αποτελέσματα της μέτρησης TGA, τους πειραματικούς ρυθμούς διάδοσης και τις θερμοκρασιακές μετρήσεις της υπέρυθρης κάμερας. Τα θεωρητικά αποτελέσματα πρόβλεψης συμπεριφοράς της πυρκαγιάς επικυρώθηκαν ενάντια σε δημοσιευμένες και τρέχουσες πειραματικές καύσεις. Αυτή η σύγκριση συμπεριφοράς έδειξε ότι οι υιοθετημένες εμπειρικές και θεωρητικές προσεγγίσεις ίσχυσαν μέσα σε μια αποδεκτή ακρίβεια για την εξέταση των διαδικασιών δασικών πυρκαγιών εδάφους. Η ποιοτική και ποσοτική συμφωνία των θεωρητικών και πειραματικών αποτελεσμάτων με τα δημοσιευμένα μοντέλα και τις πειραματικές πυρκαγιές έδειξε ότι η παρούσα εργασία έχει προσαρμοστεί επιτυχώς στην ιδιομορφία και την πολυπλοκότητα των συνθηκών για να επιτύχει την κύρια περιγραφή και την πρόγνωση αυτού του φαινομένου