CHƯƠNG 1. NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM VÀ GIS TRONG NGHIÊN CỨU CHÁY RỪNG TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 1. Khái niệm về cháy rừng 1. Một số khái niệm a/ Khái niệm cháy rừng: Theo tài liệu quản lý lửa rừng của Tổ chức nông lương thế giới (FAO), cháy rừng là sự xuất hiện và lan truyền của những đám cháy trong rừng mà không nằm trong sự kiểm soát của con người, gây nên những tổn thất về nhiều mặt tài nguyên, của cải và môi trường.Cháy rừng xảy ra khi hội tụ đủ ba yếu tố: - Vật liệu cháy: là tất cả những chất có khả năng bén lửa và bốc cháy trong điều kiện có đủ nguồn nhiệt và oxy.
- Oxy: Oxy tự do luôn sẵn có trong không khí (nồng độ khoảng 21 – 23%) và lấp đầy các khoảng trống giữa vật liệu cháy. Khi nồng độ oxy giảm xuống dưới 15% thì không còn khả năng duy trì sự cháy. - Nhiệt (nguồn lửa): nguồn nhiệt có thể phát sinh do thiên nhiên như sấm sét, núi lửa phun,…nhưng ở nước ta chủ yếu là do con người gây ra. Mỗi yếu tố trên đây được xem là một cạnh của tam giác, ghép chúng lại với nhau tạo thành “ tam giác cháy”, như hình 1.
Nếu thay đổi (giảm hoặc phá hủy) 1, 2 hoặc 3 cạnh thì “tam giác cháy” sẽ thay đổi hoặc bị phá vỡ, có nghĩa là đám cháy suy yếu hoặc bị dập tắt. Đây cũng chính là một trong những cơ sở khoa học của công tác phòng cháy, chữa cháy rừng. Vật liệu cháy Hình 1. Tam giác cháy 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com - Về bản chất, cháy rừng gồm hai mặt của quá trình vật lý và hóa học.
Phản ứng cháy xảy ra như sau: C6 H 12 O6 +6 O2 +nhiệt gây cháy ⇒6 CO 2+ 6 H 2 O+nhiệt lư ợng Phản ứng cháy rừng có thể xem là ngược lại với phản ứng quang hợp. Khi cháy, lửa nhanh chóng phá hủy các chất của thực vật (vật liệu cháy) và thành phần hóa học bên trong của chúng, kèm theo giải phóng nhiệt. Tốc độ tỏa nhiệt trong quá trình cháy rừng rất nhanh, ngược lại với quá trình tích lũy năng lượng qua quang hợp của cây rừng rất chậm. Nhiệt lượng sinh ra truyền vào môi trường xung quanh theo ba phương thức: (a) bức xạ, (b) đối lưu và (c) dẫn nhiệt.
Cả ba phương thức truyền nhiệt này luôn cùng tác động trong quá trình cháy: - Bức xạ là phương thức truyền nhiệt (dưới dạng sóng với tốc độ của ánh sáng) không có sự tiếp xúc trực tiếp giữa nguồn bức xạ với vật thể nó tác động. Bức xạ là một phương thức truyền nhiệt chính là cho vật liệu ở phía trước đám cháy càng khô nhanh và dễ bốc cháy. Bức xạ có vai trò quan trọng trong việc thúc đẩy một đám cháy mặt đất lan tràn và có thể làm đám cháy lan sang các vật liệu khác. - Đối lưu là phương thức truyền nhiệt bởi các dòng khí hoặc hơi nước.
Trong quá trình cháy rừng, không khí bên trên đám cháy bị đốt nóng và di chuyển lên trên, không khí lạnh bổ sung vào và hình thành đối lưu nhiệt. Do có đối lưu nhiệt nên tầng tán phía trên bị sấy khô, cháy dưới tán thường phát triển thành cháy tán và đẩy nhanh tốc độ của đám cháy, đặc biệt ở nơi sườn dốc hoặc ở những khu rừng hỗn giao nhiều tầng tán. Khi cháy mạnh, cột đối lưu có thể cuốn theo cả những sản vật cháy dở, rất dễ gây ra hiện tượng “lửa bay” gây cháy “nhảy cóc”. - Dẫn nhiệt là phương thức truyền nhiệt diễn ra bên trong vật liệu cháy hoặc từ vật liệu này đến vật liệu khác nhờ tiếp xúc trực tiếp.
Dẫn nhiệt có vai trò chủ yếu trong quá trình cháy của các vật liệu cháy có kích thước lớn, ví dụ: gỗ lóng. Các loại vật liệu cháy: Theo phân bố không gian thẳng đứng trong rừng, vật liệu cháy được chia thành ba tầng: 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com - Vật liệu cháy trong không khí hay vật liệu cháy trên cao: bao gồm toàn thể thân cây rừng (cả cây đứng hoặc chết) và hệ tán rừng. Trong đó, thân cây chết khô, cành khô còn vướng trên cây và đặc điểm của tán lá cây có nhựa, có dầu,…góp phần quan trọng trong quá trình bén lửa. - Vật liệu cháy mặt đất: bao gồm tất cả những thể hữu cơ ở trên mặt đất rừng như cành cây, lá rơi khô mục, gốc cây, thân cây đổ, thảm cỏ và cây bụi.
Chiều cao của lớp vật liệu cháy này có thể đến 1 – 2m. Ngoài ra còn có thể kể cả phần thảm mục đang phân hủy và hệ thống rễ cây khô phân bố gần mặt đất. - Vật liệu cháy dưới mặt đất: bao gồm các chất hữu cơ, tầng rễ cây, than bùn, …tích tụ dưới mặt đất rừng. b/ Dự báo cháy rừng: Dự báo khả năng xuất hiện cháy rừng gọi tắt là dự báo cháy rừng.
Dự báo cháy rừng bao gồm các bước công việc: Xác định mùa cháy rừng và phân vùng trọng điểm cháy rừng. Dự báo nguy cơ cháy rừng. Thông tin về dự báo cháy rừng. Phân loại cháy rừng Các loại cháy rừng: Liên quan đến ba tầng vật liệu cháy trên đây, có ba loại cháy rừng là: Cháy tán (cháy trên ngọn); Cháy mặt đất (cháy dưới tán rừng); Cháy ngầm (cháy than bùn).
a/ Cháy tán (cháy trên ngọn): Là kiểu cháy trên tán cây, tán rừng và thường phát triển từ cháy dưới tán, chỉ hay xảy ra trong điều kiện khô hanh kéo dài, tốc độ gió trên tán rừng từ trung bình đến mạnh. Loại cháy này rất nguy hiểm, lại thường đi kèm với gió mạnh hoặc lốc nên tốc độ lan truyền nhanh, dễ tạo ra các đám cháy “nhảy cóc”, diện tích cháy rộng và thiệt hại nghiêm trọng. Căn cứ vào tốc độ di chuyển của đám cháy, có thể chia thành hai loại: 7 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com - Cháy tán lướt nhanh: khi tốc độ gió trên rừng rất mạnh (> 15m/s), vận tốc di chuyển của đám cháy thường đạt 1. Ngọn lửa trên tán có thể đi trước ngọn lửa cháy dưới tán khoảng 50 – 200m.
- Cháy tán chậm (ổn định): khi tốc độ gió trên tán từ trung bình đến mạnh (5 – 15m/s), vận tốc di chuyển của đám cháy thường ở mức 300 – 900m/h. b/ Cháy mặt đất (cháy dưới tán rừng): Là kiểu cháy mà lửa chỉ cháy ở các phần cành khô, thảm mục, cây bụi, cỏ khô, gỗ mục,…nằm trên mặt đất rừng. Loại cháy này khá nguy hiểm, tuy ngọn lửa nhỏ, không cao hơn tán cây nhưng cháy nhanh, tiêu hủy hết các loại cây tái sinh. Thân và gốc cây bị trụi hết, cành lá trên tán bị khô và vàng hết.
Do sức chống chịu kém nên những cây này dễ bị sâu bệnh tấn công và ngã đổ khi gặp gió lớn hoặc bão. Căn cứ vào tốc độ di chuyển của đám cháy, có thể chia thành hai loại: - Cháy dưới tán lướt nhanh: có tốc độ di chuyển đạt trên 180km/h. Sức cháy yếu, ngọn lửa thấp nên tác hại nhẹ hơn cháy dưới tán chậm. Tuy nhiên loại cháy này rất dễ chuyển thành cháy tán, nhất là khi đám cháy xảy ra ở khu vực rừng non, nhiều thảm tươi và có cành nhánh phân bố gần mặt đất.
Dạng cháy này ở rừng tràm U Minh, lửa thường bén nhanh vào lớp “bổi” (lá và cành khô rơi rụng trên mặt đất và lá cây non), chỉ cháy trên mặt đất, ăn “luồn” theo các đường ngoằn nghèo giữa các đám cây rừng. Lửa phát triển nhanh lan rộng và hủy diệt tầng thảm mục, cây thân thảo trên mặt đất. Nếu có gió, lửa sẽ bắt đầu cháy trên cành non, làm cho lá cây, cành cây giống như bị “luộc” nước sôi. Vì vậy, nhân dân thường gọi cháy “luồn” là cháy “luộc”.
- Cháy dưới tán chậm (ổn định): có tốc độ di chuyển nhỏ hơn 180m/h, thường xảy ra ở những nơi tích tụ nhiều vật liệu cháy với độ ẩm nhỏ và mức độ chất đống cao, ngọn lửa ít khi cao quá 2m. c/ Cháy ngầm (cháy than bùn): Là loại cháy mà ngọn lửa cháy ở lớp mùn và than bùn, phá hủy chất hữu cơ đã được tích lũy dưới mặt đất rừng. Đặc trưng của hình thức cháy này là cháy chậm, âm ỉ, mép cháy không có ngọn lửa hoặc bùng cháy khi có gió thổi rồi lại tiếp tục âm 8 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ỉ, ít khói và thường khó nhận thấy. Vì vậy, cũng khó đánh giá khi nào là hoàn toàn dập tắt được đám cháy ngầm.
Cháy ngầm lan tràn theo mọi hướng do sự phân bố của chất hữu cơ dưới mặt đất rừng chứ không phát triển theo hướng nhất định là theo chiều gió và theo sườn dốc hướng từ dưới lên như đối với cháy mặt đất và cháy tán. Nói chung, việc phân loại cháy trên chỉ có nghĩa tương đối. Trong thực tế có thể đồng thời xảy ra ba loại cháy trên. Mỗi loại cháy có thể phát sinh độc lập nhưng cũng có thể chuyển hóa lẫn nhau.
Xác định mùa cháy Mùa cháy rừng là những khoảng thời gian thích hợp cho lửa rừng xảy ra và lan tràn, có thể xác định mùa cháy rừng theo: - Theo số liệu thống kê cháy rừng nhiều năm: Mùa cháy rừng gồm những tháng xảy ra cháy rừng với tổng tần suất xuất hiện vượt quá 90% cả năm. - Theo lượng mưa trung bình tuần của tháng trong nhiều năm liên tục: Tổng hợp số liệu lượng mưa trung bình tuần (tuần khí tượng) của các tháng trong nhiều năm liên tục (từ 10 – 15 năm) của địa phương và xây dựng thành biểu đồ. Theo đó xác định mùa cháy rừng với những tháng với ít nhất 2 tuần có lượng mưa trung bình < 15 mm. - Theo chỉ số khô hạn: Dựa vào số liệu về nhiệt độ và lượng mưa trung bình tháng của nhiều năm (từ 10 – 15 năm), mùa cháy rừng được xác định theo chỉ số khô hạn của Gaussel – Walter – Thái Văn Trừng như sau: X = S x Ax D (1.1) Trong đó: S – số tháng khô trong năm, với lượng mưa tháng khô Ps ≤ 2t t – nhiệt độ bình quân của tháng khô A – số tháng hạn trong năm, với lượng mưa tháng hạn Pa ≤ t’ t’ – nhiệt độ bình quân tháng hạn D – số tháng kiệt trong năm, với lượng mưa tháng kiệt P ≤ 5mm Chỉ số khô hạn X cho biết thời gian và mức độ khô hạn ở từng địa phương; nói lên đặc điểm khí hậu, đồng thời cũng nói lên mùa có khả năng phát sinh cháy 9 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com rừng ở địa phương đó.