Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Tổng quan tài liệu 1. Cơ sở khoa học vấn đề nghiên cứu Theo tài liệu về quản lý cháy rừng, FAO đã đưa ra một định nghĩa thông thường cho cháy rừng như sau: “Cháy rừng là sự xuất hiện và lan truyền của các đám cháy trong khu vực rừng mà không được kiểm soát bởi con người, dẫn đến thiệt hại đa dạng về tài nguyên, tài sản và môi trường”. Để xảy ra cháy rừng cần đủ ba yếu tố: - Vật liệu cháy: Đây là tất cả các chất có khả năng cháy và tỏa khói trong điều kiện có đủ nhiệt độ và oxy.
- Oxy: Là chất cần thiết để duy trì quá trình cháy và lấp đầy không gian giữa các vật liệu cháy. Khi nồng độ oxy giảm xuống dưới 15%, quá trình cháy không thể tiếp tục. Trong hệ sinh thái rừng, có sự biến đổi về nồng độ oxy giữa ban đêm và ban ngày, trên mặt đất và dưới mặt đất. - Nhiệt (nguồn lửa): Đây là nhiệt độ cần thiết để đốt cháy các vật liệu cháy.
Nguồn nhiệt có thể phát sinh từ tự nhiên như sét đánh, núi lửa phun trào. những nguồn nhiệt này khó kiểm soát và chiếm tỷ lệ thấp, từ 1-5%. Trong khi đó, phần lớn nguồn nhiệt là do hoạt động của con người, như đốt ong, đốt cỏ, hoặc sử dụng lửa để sưởi ấm. Mỗi yếu tố trên tạo thành ba cạnh của một tam giác lửa như hình vẽ sau: Nguồn lửa Oxy Vật liệu cháy Hình 1.1: Tam giác lửa 4 Khi một trong ba yếu tố trên không tồn tại, sự xuất hiện của đám cháy sẽ bị ngăn chặn.
Tuy nhiên, khi cả ba yếu tố đều hiện diện, việc xảy ra một vụ cháy còn phụ thuộc vào độ ẩm của vật liệu cháy. Nếu độ ẩm của vật liệu cháy thấp hơn 25%, khả năng bắt lửa sẽ cao hơn. Nếu giảm bớt hoặc loại bỏ một trong các yếu tố này, kích thước của đám cháy rừng sẽ thu nhỏ hoặc có khả năng bị dập tắt. Đây là một nguyên tắc quan trọng trong công tác phòng cháy chữa cháy rừng và mang lại hiệu suất cao.
Cháy rừng được phân thành ba loại chính: Cháy lan trên mặt đất: Xảy ra khi đám cháy nổ ra ở tầng cây bụi cỏ khô trên mặt đất. Cháy tán rừng: Thường xảy ra khi lửa nhanh chóng lan từ tán cây này sang cây khác, gây cháy táp lá và có thể gây chết một phần hoặc toàn bộ cây trong tán rừng, bao gồm cả cây trồng và rừng tự nhiên. Cháy ngầm: Xảy ra khi lửa lan từ mặt đất lan dần vào lớp thảm mục hoặc than bùn dưới mặt đất. Khi một vụ cháy rừng xảy ra, có thể xuất hiện đồng thời 2 hoặc 3 loại cháy rừng khác nhau.
Tùy thuộc vào loại cháy rừng cụ thể, ta cần thực hiện các biện pháp chữa cháy tương ứng để đạt được hiệu quả cao nhất. Những nghiên cứu về cháy rừng trên thế giới Các nghiên cứu về cháy rừng đã được thực hiện từ những năm đầu của thế kỷ XX bởi một số nhà khoa học tại các quốc gia có nền kinh tế và ngành lâm nghiệp phát triển, như Mỹ, Thụy Điển, Australia, Pháp, Canada, Nga, Đức, và nhiều quốc gia khác. Trong giai đoạn từ năm 1920 đến 1929, nhiều nhà nghiên cứu ở Hoa Kỳ đã tiến hành các nghiên cứu về nguyên nhân gây cháy rừng. Họ đã khám phá mối quan hệ giữa độ ẩm của vật liệu cháy và các yếu tố khí tượng, cũng như hiểu rõ hơn về sự tương tác giữa dòng đối lưu không khí trong các vụ cháy và sự 5 tương quan giữa dòng đối lưu và hướng gió.
Kết quả của những nghiên cứu này đã giúp đề xuất các biện pháp phòng cháy chữa cháy rừng hiệu quả hơn. Cho đến năm 1978, các nhà khoa học tại Hoa Kỳ đã phát triển một hệ thống dự báo cháy rừng khá hoàn chỉnh. Hệ thống này cho phép dự báo nguy cơ cháy rừng dựa trên sự phân loại của vật liệu cháy. Khi kết hợp với các dữ liệu thu thập từ các trạm quan trắc khí tượng cùng với thông tin về địa hình, chúng ta có khả năng dự đoán sự xảy ra của cháy rừng và đánh giá mức độ nguy hiểm của đám cháy trong trường hợp nó xảy ra.
Ở Nga, cũng có nhiều nhà nghiên cứu chuyên sâu về cháy rừng, trong số họ, có V. Các nhà nghiên cứu này đã tiến hành nghiên cứu chi tiết về các yếu tố thời tiết và các biến số khác có ảnh hưởng đến nguy cơ xảy ra cháy rừng. Trong số các công trình nghiên cứu này, công trình của Nesterov (1939) về phương pháp tổng hợp dự báo cháy rừng đã được sử dụng rộng rãi. Nesterov đã tiến hành nghiên cứu về sự tương quan giữa các yếu tố thời tiết, bao gồm nhiệt độ vào lúc 13 giờ, độ ẩm vào lúc 13 giờ và lượng mưa hàng ngày, với tình hình cháy rừng trong khu vực.
Kết quả của nghiên cứu này cho thấy rằng trong rừng, ở những nơi nhiệt độ không khí cao, độ ẩm không khí thấp, và số ngày không mưa kéo dài, vật liệu cháy trở nên khô hơn và có nguy cơ xuất hiện đám cháy cao hơn. Dựa trên các phân tích này, Nesterov đã đề xuất một chỉ tiêu tổng hợp để đánh giá mức độ nguy hiểm của cháy rừng: n P = ti13.1) i =1 Trong đó: Pi: Chỉ tiêu tổng hợp phản ánh nguy cơ cháy rừng của một ngày nào đó trên vùng dự báo. ti13: Nhiệt độ không khí tại thời điểm 13 giờ ngày thứ i (OC) 6 di13: Độ chênh lệch bão hoà độ ẩm không khí tại thời điểm 13 giờ ngày thứ i (mb) n: Số ngày không mưa hoặc có mưa nhưng nhỏ hơn 3mm kể từ ngày cuối cùng có lượng mưa lớn hơn 3mm. Dựa trên chỉ tiêu P, có thể tạo ra các mức độ dự báo nguy hiểm cháy rừng tương ứng cho từng địa phương riêng biệt.
Hệ thống phân cấp này dựa trên sự liên quan giữa chỉ tiêu P và số lượng vụ cháy rừng đã xảy ra tại địa phương đó trong một loạt năm liên tiếp. Tại Hoa Kỳ, từ năm 1941, E. Show đã tiến hành nghiên cứu và dự báo khả năng xảy ra cháy rừng thông qua việc đo lường độ ẩm trong lớp thảm mục rừng. Họ đã xác định rằng độ ẩm của lớp thảm mục là thước đo cho mức độ khô hanh của rừng.
Khi độ khô hanh gia tăng, khả năng xuất hiện cháy rừng cũng tăng lên. Đây đã là một trong những nghiên cứu ban đầu xác định một yếu tố quan trọng trong việc gây nguy cơ cháy rừng. Nghiên cứu này đã mở ra hướng phát triển các phương pháp dự báo cháy rừng sau này. Vào năm 1968, Trung tâm Khí tượng Thuỷ văn Quốc gia của Liên Xô đã giới thiệu một phương pháp mới, sử dụng một số thay đổi trong việc tính toán chỉ số P so với công thức ban đầu (1.
Theo phương pháp này, chỉ số P được tính dựa trên nhiệt độ không khí và nhiệt độ điểm sương. Công thức tính chỉ tiêu P theo phương pháp mới như sau: n P = K ti (ti − Di ) (1.2) i =1 Trong đó: ti: Nhiệt độ không khí lúc 13 giờ (OC) Di: Nhiệt độ điểm sương (OC) n: Số ngày kể từ ngày có trận mưu cuối cùng nhỏ hơn 3mm. K: Hệ số điều chỉnh theo lượng mưa ngày - K = 1 khi lượng mưa ngày nhỏ hơn 3mm. 7 - K = 0 khi lượng mưa ngày vượt quá 3 mm.Stoliartsuk đã tiến hành nghiên cứu áp dụng phương pháp dự báo cháy rừng của Trung tâm khí tượng thủy văn Liên Xô và đề nghị xác định hệ số K theo lượng mưa ngày cụ thể như sau: Lượng mưa (mm) 0 0,1-0,9 1-2,9 3-5,9 6-14,9 15-19,9 >20 Hệ số K 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0,1 0 Sử dụng hệ số K, mà có giá trị xác định dựa trên lượng mưa hàng ngày, và áp dụng công thức (1.2) để tính toán chỉ số P, từ đó chia mức độ nguy cơ của cháy rừng thành năm cấp độ như được mô tả trong Bảng 1.1 sau đây: Bảng 1.1: Phân cấp mức độ nguy hiểm của cháy rừng theo chỉ tiêu P Chỉ tiêu tổng hợp Cấp cháy Mức độ nguy hiểm Theo Trung tâm rừng Theo Nesterov của cháy rừng K.v Liên Xô I ≤ 300 ≤ 200 Không nguy hiểm II 301 - 500 201 - 450 Ít nguy hiểm III 501 - 1000 451 - 900 Nguy hiểm IV 1001 - 4000 901 - 2000 Rất nguy hiểm V >4000 >2000 Cực kỳ nguy hiểm Tại Thụy Điển vào năm 1951, Angstrom đã thực hiện nghiên cứu về các yếu tố có ảnh hưởng đến cháy rừng và phát triển chỉ số Angstrom để dự báo nguy cơ cháy rừng.
Chỉ số Angstrom dựa trên hai yếu tố khí tượng chính là nhiệt độ và độ ẩm không khí để đánh giá mức độ nguy cơ cháy cho từng vùng khí hậu. Phương pháp này đã được áp dụng rộng rãi tại nhiều quốc gia ôn đới và đã cho kết quả khá chính xác. Công thức tính như sau: R 27 − T I= + (1.3) 20 10 Trong đó: I: Chỉ số Angstrom, để xác định nguy cơ cháy rừng 8 R: Độ ẩm tương đối của không khí thấp nhất trong ngày (%) T: Nhiệt độ không khí cao nhất trong ngày (0C) Căn cứ vào chỉ số Angstrom (I) tác giả tiến hành phân cấp nguy cơ cháy theo các cấp như bảng 1.2 Phân cấp nguy cơ cháy rừng theo chỉ số Angstrom (I) Cấp cháy Chỉ số Angstrom (I) Nguy cơ cháy I I > 4.0 Không có khả năng cháy II 2.0 Ít có khả năng cháy III 2.5 Có khả năng cháy IV I ≤ 2.0 Khả năng cháy lớn Phương pháp dự báo nguy cơ cháy rừng dựa trên chỉ số Angstrom không xem xét các yếu tố như: lượng mưa, độ ẩm của vật liệu cháy, và khối lượng vật liệu cháy. Phương pháp này có thể áp dụng hiệu quả khi thời tiết ít mưa trong mùa cháy rừng và khi môi trường có sự ổn định về lượng chất cháy cũng như tình hình rừng ở khu vực nghiên cứu.
Tuy nhiên, nó có thể không phù hợp trong các khu vực có sự biến đổi lớn về lượng mưa, địa hình và lượng chất cháy. Hiện tại, phương pháp này chưa được áp dụng rộng rãi ở các quốc gia khác, đặc biệt là ở các khu vực nhiệt đới.