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1、1 林火蔓延的数学模型及其GIS 应用一、 模型说明1、该模型是建立在王正飞林火蔓延模型的基础上，并参考了其它文献和数据（参考文献见附录）2、模型变量说明2.1 FV影响林火蔓延的风速2.2 HV林火蔓延的速度2.3 HV平平原草地时火势蔓延的速度2.4 1K火速在不同可燃物类型中的修正系数2.5 2K火速在不同坡度条件下的修正系数2.6 S林火燃烧面积2.7 为燃烧场地的风向（按右手直角坐标系）为初始蔓延速度3、模型假设条件3.1 林火的影响因素很多，该模型只考虑风速、可燃物类型、地形坡度三个主要的影响因素，其余影响因素（如湿度，空气对流等）不考虑。3.2 该模型主要是为了在SUPMAP 软
2、件作图使用，因此对于等高线内的坡度进行重分类， 因此等高线内坡度值相等， 可按均值计算其坡度。2 3.3 为了提高模型的使用价值，避免因模型低估而造成的经济损失和人员伤亡，模型中的各影响因数均按最大值取。二、 模型建立1、根据王正非提出的林火蔓延模型进行改正与简化12HHVVK K平2、建立可燃物类型为草甸，地形为平地时的风速火速经验公式在可燃物类型为草甸，坡度为零，风力等级为1 一 12 条件下，收集一组风速价 、火速(VH) 数据。表 1 风速火速数据风力等级1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1/FVm s2 3.6 5.4 7.4 9.8 12.3 14.9 17.7
3、 20.8 24.2 27.8 29.838 以上1/minHVm平6. 18 13.85 50.00 64.55 83.33 144.33 250.00 353.55 500.00 559.02 625.00 833.00 取指数函数为经验回归方程类型， 利用一元回归的方法得到风速火速的经验公式。0.154714. 189 5FVHVe平样本相关系数 ;= 0. 934 8，高度相关。3、火速在不同可燃物类型中的修正系数在不同的可燃物类型中林火的蔓延速度是不相同的，为使预测简便易行，将泰安林区可燃物类型划分为草甸类、人工林类、油松类三个等级。参考郑焕能教授的研究结果，火速在不同可燃物类型中的
4、修正系数可由下表给出。3 表 2 火速在不同可燃物类型中的修正系数可燃物类型草甸类人工林类油松类修正系数1K1.0 0.7 0.6 4、火速在不同坡度条件下的修正系数火场所处坡度不同时，火的蔓延速度也不同，上山火蔓延快，且坡度越大时， 蔓延也越快 ;下山火则蔓延慢。 根据文献 (1中所引王正非的研究资料，可由表3 给出火速在不同坡度条件下的修正系数。表 3 火速在不同坡度条件下的修正系数坡度范围一 42 0一 38 一 37一 33 一 32一28 一 27 0-一 23 一 22一 18 修正系数2K0.07 0.13 0.21 0.32 0.46 坡度范围一17 0- 一13 一 120一
5、 8 一 7一 3 一 22 37 修正系数2K0.63 0.83 0.90 1.00 1.2 坡度范围8 0- 12。1218 1822 2330 3135 3640 40 修正系数凡2K1.6 2.4 3.0 4.2 6.0 10.1 17.5 表中的正坡度指林火上山蔓延时的坡度，负坡度指林火下山蔓延时的坡度。5、加上系数改正后的林火的蔓延速度公式0. 1 54712121 4 .1 8 95FVHHVK K VK Ke平三、 模型应用1.将等高线进行重分类，使得同一等高线内坡度值为同一值。并添加火速在不同坡度条件下的修正系数2K。4 2. 利用遥感影像数据提取泰山植被信息，按上述三类植被
6、进行概率分类，并按分类设置属性值1K。3. 风速信息的获取有两种方法，一是有气象站测得整个山区的风速FV于风向，二是在火势附近准确测定。4. 具体做图方法（举例说明）在重分类的矢量图上做出出事着火点标记，以此为圆心，以同一等高线的燃烧速度与实间t的乘积为半径作出如下图示圆（其中圆与等高线的交点为临界点）以为 1 号点到 2 号点坡度大，燃烧速度快，所需燃烧时间就短，5 计算时间值为1t。所以燃烧时间差为1ttt同时考虑到风向因素的影响，沿风向将2 号燃烧点进行移动，移动距离 dx=HV*2 号点燃烧圆所用时间，平移后用第一步方法做出燃烧区域和燃烧临界点，如下图所示：当风向改变时， 可按上述步骤
7、做出燃烧图， 同时做出下坡火势图，方法同做上坡火势图相同，只需改变半径大小（注意：因为下坡火速满，因此半燃烧圆半径可定比上坡火燃烧圆半径小），示例图如下：6 用曲线连接个燃烧临界点，并曲线拟合，最终得到时间t内的燃烧范围，示例图如下：7 （ 红色区域即为燃烧面积）四、 模型补充说明该模型重在预测与分析火势的燃烧区域与态势，并非是一种精确计算燃烧面积的模型， 并且本模型的准确度主要与当地植被，风向，火势等信息的准确性有关。8 参考文献：1 宋志杰等 .林火原理和林火预报.北京:气象出版社、 1990 2 郑焕能 .火场参数的计算与应用.森林防火， 1988.(4) 3 温广玉等 . 林火蔓延的数学模型及其应用. 东北林业大学学报,1994(3)
