Tổng quan nghiên cứu

Hỏa hoạn từ lâu đã trở thành thảm họa nghiêm trọng tàn phá tài nguyên thiên nhiên và gây suy thoái môi trường đất, nước, không khí. Điển hình như các vụ cháy rừng tràm năm 2002 tại Vườn quốc gia U Minh Thượng và U Minh Hạ đã thiêu rụi hơn 5.500 ha rừng, tiêu tốn kinh phí dập lửa trực tiếp lên tới 7 đến 8 tỷ đồng. Tại tỉnh Quảng Trị, diện tích đất lâm nghiệp có rừng đạt 208.514 ha (chiếm 43,95% diện tích tự nhiên toàn tỉnh), trong đó rừng trồng chiếm trên 77.000 ha. Với đặc thù khí hậu nhiệt đới gió mùa khắc nghiệt, mùa khô kéo dài 4 tháng (từ tháng 5 đến tháng 8) cùng tần suất xuất hiện của gió Tây Nam khô nóng đạt từ 50% đến 60%, nhiệt độ mùa hè thường xuyên vượt ngưỡng 40°C, nguy cơ xảy ra hỏa hoạn tại các cánh rừng trồng luôn ở mức báo động đỏ.

Thực tế công tác dập lửa tại các địa phương còn gặp nhiều lúng túng do thiếu cơ sở khoa học để lựa chọn trang thiết bị phù hợp và chưa định lượng được hiệu quả dập tắt của từng loại công cụ. Nhằm giải quyết triệt để nút thắt này, luận văn thạc sĩ chuyên ngành Lâm học của tác giả Lê Đình Thơm (Trường Đại học Lâm nghiệp) với đề tài "Nghiên cứu hiệu quả dập lửa của một số loại dụng cụ thủ công chữa cháy cho rừng trồng ở tỉnh Quảng Trị" đã được thực hiện tại Lâm trường Bến Hải, huyện Vĩnh Linh. Nghiên cứu tập trung giải quyết 4 mục tiêu cốt lõi: phân loại các dạng cháy rừng, đánh giá khoảng cách tiếp cận của con người, xác định định lượng hiệu suất dập tàn lửa của 6 biện pháp thủ công và tính toán nhu cầu nhân lực cứu hỏa cho từng trạng thái thực bì.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu vận dụng nền tảng lý thuyết tam giác cháy kinh điển gồm ba yếu tố cốt lõi: nguồn nhiệt, vật liệu cháy và oxy. Trong đó, các đặc tính của vật liệu cháy (khối lượng, độ ẩm, phân bố không gian) đóng vai trò quyết định đến tốc độ lan tràn và chiều cao ngọn lửa. Đề tài kế thừa mô hình dự báo nguy cơ cháy rừng theo chỉ số khí tượng của Nesterov và phương trình hàm Parabol biểu diễn tương quan giữa độ ẩm vật liệu cháy với vận tốc lan truyền lửa do các nhà khoa học lâm nghiệp Việt Nam thiết lập:

$$Y = 0,000194x^2 - 0,025528x + 0,882928$$

Luận văn vận dụng và chuẩn hóa 4 khái niệm khoa học chuyên ngành:

  • Vật liệu cháy: Toàn bộ thảm mục, lá rụng khô, cành rơi và thảm tươi cây bụi dưới tán rừng có khả năng bắt lửa.
  • Cháy mặt đất: Hiện tượng ngọn lửa di chuyển trên lớp thảm mục và thực bì sát mặt đất với chiều cao ngọn lửa dao động dưới 2,5 m.
  • Cháy tán: Dạng hỏa hoạn nguy hiểm khi ngọn lửa từ mặt đất lan truyền thẳng đứng lên tán cây cao qua cầu nối thực bì liên tục.
  • Khả năng tiếp cận nhiệt: Khoảng cách gần nhất tính bằng mét mà người chữa cháy có thể chịu đựng bức xạ nhiệt trong 3 phút liên tục để thao tác dập lửa an toàn.

Phương pháp nghiên cứu

Để thu thập dữ liệu cấu trúc rừng, tác giả thiết lập hệ thống 11 ô tiêu chuẩn điển hình (diện tích mỗi ô 1.000 m²) phân bố đại diện trên 5 trạng thái rừng trồng trọng điểm: rừng mới trồng, thông 6 tuổi, thông 10 tuổi, thông 25 tuổi và keo lá tràm 6 tuổi. Trong mỗi ô tiêu chuẩn, 5 ô dạng bản diện tích 25 m² (5m x 5m) được bố trí để thu gom, phân loại và cân đo trọng lượng thảm tươi, thảm khô với độ chính xác đến 0,1 g. Độ ẩm tuyệt đối của vật liệu cháy được đo định kỳ lúc 13 giờ bằng phương pháp sấy khô kiệt mẫu 100 g ở 105°C với độ chính xác cân phân tích 0,01 g.

Nhằm định lượng trực tiếp các thông số hỏa hoạn, đề tài thực hiện 12 ô đốt thực nghiệm có kích thước chuẩn 5m x 20m (diện tích 100 m² mỗi ô). Thời điểm thử nghiệm được chọn vào những ngày có cấp dự báo cháy rừng cấp V (cấp cực kỳ nguy hiểm). Xung quanh mỗi ô đốt đều làm đường băng trắng cản lửa rộng 2 đến 3 m để kiểm soát an toàn. Dữ liệu thời gian dập tắt, chiều cao ngọn lửa và cự ly thao tác của 6 biện pháp dụng cụ (bàn dập cao su cán 2 m, cành cây tươi, bình bơm nước đeo vai 13 kg, máy thổi gió vận tốc 67 m/s, tổ hợp bàn dập kết hợp bình bơm, tổ hợp bàn dập kết hợp máy thổi gió) được xử lý bằng các công cụ thống kê toán học và hồi quy tương quan trên phần mềm chuyên dụng.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Phân tích định lượng cấu trúc thực bì và các đám cháy thử nghiệm đã đưa ra 4 phát hiện quan trọng có giá trị thực tiễn cao:

Thứ nhất, khối lượng và độ ẩm vật liệu cháy có sự phân hóa mạnh giữa các trạng thái rừng. Trọng lượng vật liệu cháy cao nhất ghi nhận ở trạng thái lau lách đạt 21,86 tấn/ha và ràng ràng đạt 18,29 tấn/ha. Trong điều kiện thời tiết khô nóng cực đoan cấp V, độ ẩm của vật liệu cháy khô đều giảm sâu xuống dưới 10% (dao động từ 7,34% đến 9,60%), đẩy nguy cơ bén lửa lên mức tối đa.

Thứ hai, đặc tính ngọn lửa phụ thuộc chặt chẽ vào mật độ và phương thức sắp xếp thực bì. Đám cháy tại trạng thái lau lách đạt tốc độ lan nhanh nhất là 3,79 m/phút, trong khi thảm ràng ràng tạo ra ngọn lửa cao nhất đạt 2,82 m. Thử nghiệm cơ học cho thấy việc đè nén vật liệu cháy sát mặt đất giúp giảm 52% tốc độ lan tràn ở lau lách (từ 3,79 m/phút xuống 1,81 m/phút) và giảm gần 60% chiều cao ngọn lửa ở thực bì ràng ràng (từ 2,82 m xuống 1,66 m).

Thứ ba, khoảng cách tiếp cận của con người chịu sự chi phối bởi trang bị bảo hộ và chiều cao lửa. Đối với người mặc trang phục thường, cự ly tiếp cận dao động từ 2,0 đến 4,0 m theo phương trình hồi quy tuyến tính:

$$\text{KN1} = 0,157235 + 0,990006 \cdot H \quad (R^2 = 0,93)$$

Khi trang bị thêm mũ và mặt nạ phòng nhiệt, khoảng cách rút ngắn xuống còn 1,2 đến 3,7 m. Khi mặc bộ quần áo amiăng chuyên dụng, cự ly tiếp cận sát nhất đạt 0,6 đến 1,8 m theo phương trình hàm mũ:

$$\text{KN3} = 0,357585 \cdot 1,429728^H \quad (R^2 = 0,86)$$

Thứ tư, hiệu quả dập lửa của các công cụ thủ công thể hiện sự khác biệt rõ nét theo thời gian. Ở dạng cháy mặt đất chậm, cành cây tươi dập tắt đám cháy nhanh nhất với thời gian trung bình 1,16 phút, nhanh gấp 1,3 lần so với bàn dập cao su (1,54 phút) và chỉ bằng 38% thời gian sử dụng bình bơm tay (3,00 phút). Tuy nhiên, bình bơm nước đeo vai mang lại mức độ dập tắt triệt để tàn lửa cao nhất, loại trừ hoàn toàn nguy cơ bùng phát trở lại.

Thảo luận kết quả

Khi xem xét dữ liệu qua các bảng so sánh thời gian thao tác và biểu đồ quan hệ giữa chiều cao ngọn lửa với cự ly tiếp cận, cơ chế tác động của từng công cụ đã được làm sáng tỏ. Cành cây tươi dập tắt nhanh hơn bàn dập cao su nhờ độ dẻo đàn hồi cao, diện tích che phủ bề mặt tiếp xúc lớn hơn và khả năng miết sát xuống mặt đất mà không bị lực nảy ngược. Tuy nhiên, cành cây tươi có nhược điểm lớn là nhanh giòn gãy, tuổi thọ sử dụng thực tế chỉ kéo dài dưới 15 phút đập liên tục.

Máy thổi gió công suất 67 m/s có ưu thế xua tản nhiệt lượng để mở đường tiến quân, nhưng khi dùng độc lập lại mất thời gian dập tắt lâu nhất (5,38 phút đối với cháy chậm và 5,78 phút đối với cháy trung bình) do dễ thổi bay tàn tro phát tán ra các khu vực lân cận. Phương án phối hợp tối ưu nhất được chứng minh trên thực địa là kết hợp một người mang bình bơm nước 13 kg đi trước phun hạ nhiệt đám cháy và một người cầm bàn dập cán 2 m theo sau dập dứt điểm. Mô hình này rút ngắn thời gian dập lửa xuống còn 2,20 phút ở đám cháy chậm, bảo đảm tắt ngọn lửa triệt để và giúp nhân lực duy trì thể lực lâu hơn 40% so với phương pháp dập cơ học đơn thuần.

Thành phần loài cây bụi cũng tạo nên những biến thiên đáng kể về cường độ lửa. Các vị trí có thảm tươi lá rộng như sim, mua, lấu giúp kiềm chế chiều cao ngọn lửa xuống dưới 1,8 m và giảm tốc độ cháy xuống 2,04 m/phút. Ngược lại, những khu vực mọc dày đặc cỏ tranh, thanh hao, lau lách khiến ngọn lửa bùng phát cao trên 2,8 m với tốc độ vượt 3,80 m/phút. Hiện tượng cháy tán nguy hiểm chỉ ghi nhận ở rừng thông non 6 tuổi và 10 tuổi do cành nhánh thấp (chiều cao dưới cành chỉ từ 1,0 đến 1,6 m), tạo thành cầu nối lửa liên tục từ tầng mặt đất lên vòm tán.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên các kết quả định lượng thu được từ thực nghiệm, luận văn đưa ra 4 khuyến nghị then chốt nhằm nâng cao hiệu lực phòng cháy chữa cháy rừng:

Thứ nhất, chuẩn hóa trang bị bảo hộ cá nhân theo hướng tối ưu chi phí và công năng. Thay vì đầu tư tốn kém vào bộ quần áo amiăng cồng kềnh (vốn gây quá nhiệt và chỉ có thể làm việc dưới 30 phút), các đơn vị lâm nghiệp nên ưu tiên trang bị đồng bộ mũ trùm và mặt nạ cách nhiệt chuyên dụng kết hợp quần áo bảo hộ thông thoáng. Giải pháp này giúp người chữa cháy tiếp cận ngọn lửa ở cự ly an toàn 1,2 đến 1,6 m mà vẫn bảo đảm thời gian tác nghiệp kéo dài trên 60 phút liên tục.

Thứ hai, thiết lập tổ hợp đội hình chữa cháy cơ động cấp cơ sở. Mỗi tổ chữa cháy chuẩn từ 8 đến 10 người cần phân chia tỷ lệ trang bị gồm 2 bình bơm nước đeo vai (dung tích 13 đến 15 lít), 4 bàn dập cao su cán dài 2 m và 2 dao phát tạo đường băng cản lửa rộng 2 đến 3 m. Chiến thuật vận hành lấy bình bơm tay đi trước làm suy yếu ngọn lửa và bàn dập đi sau xử lý dứt điểm chân lửa.

Thứ ba, áp dụng kỹ thuật cơ giới đè nén thực bì trước mùa khô hanh. Đối với diện tích rừng có thực bì lau lách, ràng ràng dày đặc, ban quản lý rừng cần tổ chức các đợt đè nén hoặc phát dọn trước tháng 4 hàng năm nhằm giảm 50% tốc độ lan truyền lửa và hạ thấp 60% chiều cao ngọn lửa khi có sự cố xảy ra.

Thứ tư, thực hiện nghiêm ngặt biện pháp tỉa cành vệ sinh ở các lập địa rừng thông non. Tại các lâm phần thông 6 đến 10 tuổi, đơn vị quản lý phải tiến hành chặt tỉa toàn bộ cành khô và cành phụ dưới độ cao 2,0 m nhằm phá vỡ cấu trúc dẫn lửa liên tục theo chiều thẳng đứng, triệt tiêu hoàn toàn nguy cơ chuyển hóa từ cháy mặt đất thành cháy tán.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung nghiên cứu mang giá trị thực tiễn và học thuật sâu sắc, đặc biệt hữu ích cho 4 nhóm đối tượng sau:

  1. Cán bộ quản lý Chi cục Kiểm lâm và Ban Quản lý rừng: Ứng dụng các thông số định lượng về tốc độ lan tràn lửa và bán kính tiếp cận nhiệt để xây dựng phương án tác chiến chữa cháy rừng, lập bản đồ phân vùng trọng điểm cháy theo trạng thái thảm thực bì tại địa phương.
  2. Lãnh đạo các công ty lâm nghiệp và chủ rừng trồng: Nắm rõ phương pháp phân bổ kinh phí mua sắm dụng cụ thủ công hợp lý, tổ chức tập huấn kỹ thuật dập lửa cho lực lượng bảo vệ rừng chuyên trách tại các khu vực Bắc Trung Bộ.
  3. Giảng viên, nghiên cứu sinh và sinh viên ngành Lâm nghiệp: Sử dụng tài liệu như một nguồn tham khảo chuẩn mực về phương pháp bố trí ô tiêu chuẩn đo đạc vật liệu cháy và thiết kế mô hình đốt thực nghiệm hiện trường an toàn.
  4. Lực lượng dân quân tự vệ và tổ xung kích phòng cháy cấp xã: Tiếp cận cẩm nang hướng dẫn sử dụng công cụ dập lửa đúng kỹ thuật, bảo đảm an toàn tính mạng trong quá trình tham gia cứu hộ rừng.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao cành cây tươi lại dập tắt đám cháy nhanh hơn bàn dập chuyên dụng? Cành cây tươi có bản tán rộng và độ uốn dẻo tự nhiên cao giúp tăng diện tích tiếp xúc với ngọn lửa trong mỗi nhát đập. Đồng thời, độ đàn hồi của cành cây giúp lực miết ép sát mặt đất tốt hơn, ngăn oxy tiếp xúc mà không tạo lực nảy bật ngược trở lại như bàn dập cao su thông thường.

Tại sao không nên sử dụng máy thổi gió đơn lẻ để dập lửa trực tiếp? Thực nghiệm cho thấy máy thổi gió vận tốc 67 m/s chỉ có tác dụng phân tán nguồn nhiệt chứ không dập tắt triệt để chân lửa. Việc sử dụng máy thổi gió đơn lẻ mất tới 5,38 đến 5,78 phút để khống chế đám cháy và rất dễ thổi tàn tro phát tán gây cháy lan sang thảm mục xung quanh.

Phương án trang bị bảo hộ nào mang lại hiệu quả kinh tế và thực tế cao nhất? Trang bị quần áo thường kết hợp mũ và mặt nạ chống nhiệt chuyên dụng là giải pháp tối ưu nhất. Phương án này tiết kiệm hơn 60% chi phí so với bộ đồ amiăng, cho phép rút ngắn khoảng cách tiếp cận ngọn lửa xuống 1,2 đến 1,6 m mà vẫn bảo đảm độ thông thoáng cho người làm việc liên tục.

Kỹ thuật nén vật liệu cháy phát huy tác dụng giảm áp lực hỏa hoạn ra sao? Việc nén chặt thảm thực bì xốp như lau lách và ràng ràng làm giảm đáng kể lượng oxy xen kẽ giữa các lớp lá khô. Nhờ đó, tốc độ cháy lan giảm trên 50% (từ 3,79 m/phút xuống 1,81 m/phút) và chiều cao ngọn lửa giảm tới gần 60% (từ 2,82 m xuống 1,66 m), hỗ trợ việc dập tắt dễ dàng hơn.

Rừng thông ở giai đoạn tuổi nào có nguy cơ chuyển thành cháy tán cao nhất? Rừng thông giai đoạn 6 đến 10 tuổi có nguy cơ cháy tán cao nhất. Nguyên nhân do chiều cao dưới cành của cây lúc này còn rất thấp (chỉ từ 1,0 đến 1,6 m), kết hợp cùng lớp cây bụi thảm tươi cao từ 0,5 đến 1,17 m tạo thành chuỗi vật liệu cháy liên tục dẫn lửa từ mặt đất lên thẳng ngọn cây.

Kết luận

Nghiên cứu về hiệu quả dập lửa của các dụng cụ thủ công tại Quảng Trị mang lại những đóng góp khoa học và thực tiễn vững chắc:

  • Xác lập cơ sở dữ liệu định lượng về khối lượng, độ ẩm và tốc độ lan tràn lửa trên 6 trạng thái thực bì rừng trồng điển hình.
  • Xây dựng thành công các phương trình tương quan toán học giữa chiều cao ngọn lửa và cự ly tiếp cận an toàn của người chữa cháy.
  • Chứng minh tính ưu việt của mô hình kết hợp bình bơm nước đeo vai (13 kg) và bàn dập cao su (cán 2 m) trong việc dập tắt triệt để ngọn lửa.
  • Khẳng định hiệu quả của giải pháp đè nén thực bì giúp giảm hơn 50% cường độ và tốc độ lan tràn của ngọn lửa trước mùa khô.
  • Đề xuất quy chuẩn trang bị bảo hộ lao động thực tế, giúp nâng cao hiệu suất làm việc của lực lượng ứng trực tại hiện trường.

Trong giai đoạn tới, các kết quả đo đạc từ luận văn cần được tích hợp vào hệ thống phần mềm cảnh báo sớm và mô phỏng dập lửa tự động cho toàn vùng Bắc Trung Bộ. Các đơn vị lâm nghiệp và chủ rừng hãy chủ động rà soát, trang bị đồng bộ tổ hợp dụng cụ bàn dập kết hợp bình bơm tay, đồng thời triển khai phát dọn thực bì trước mùa nắng nóng để bảo vệ an toàn cho những cánh rừng trồng.