水喷淋对森林公园林内木材样块含水率的影响

陈钰皓，李小川，丁 丹，陈雄伟，何莹泉，陈汉坤，刘锡辉

(1.广东省林业调查规划院，广州 510520； 2.广东省林业科学研究院，广州 510520；3.广东省岭南综合勘察设计院，广州 510663)

水喷淋对森林公园林内木材样块含水率的影响

陈钰皓1，李小川2，丁 丹1，陈雄伟1，何莹泉1，陈汉坤1，刘锡辉3

(1.广东省林业调查规划院，广州 510520； 2.广东省林业科学研究院，广州 510520；3.广东省岭南综合勘察设计院，广州 510663)

通过对森林公园林内样点喷淋前后木材样块含水率进行连续测定，建立木材样块含水率与测点次数的曲线模型，分析木材样块含水率差异性及变化趋势，从而了解水喷淋对林内木质可燃物含水率的影响程度。结果表明：喷淋后，木材样块含水率从13.3%升至18.8%，之后逐渐下降，维持4 d后恢复到喷淋前状态；含水率维持在17%水平以上的时间为22.06 h，木材样块处在可燃状态，而对照样地木材样块处在易燃状态。

水喷淋；森林公园；木材样块；含水率

森林公园的可燃物载量大[1]，发生火灾后如不能得到有效控制和扑救，将造成游人伤亡、景观毁坏和经济损失，对社会影响很大[2]。决定林火发生以及林火蔓延的一个重要指标是森林可燃物的含水率(FMC)[3]。研究表明，当FMC超过35%时，不燃；25%～35%时，难燃；17%～25%时，可燃；10%～16%时，易燃；小于10%时，极易燃[4]。而可燃物的含水率受温湿度等环境因素的影响[5]。因此，通过安装在林带内的喷淋系统喷洒的水雾提高林内环境湿度从而影响可燃物的含水率，将能使林带起到一定的防火阻隔作用。同时，以水灭火是最原始的灭火方法，具有安全、有效、快速的特点，是控制和扑灭森林火灾的重要方法[6]，特别在高危森林火灾时期通过对防火林带进行水喷淋灌溉，将能大幅提高防火林带的防火能力[7]。

由于森林公园林内可燃物的种类繁多、成分复杂、结构多样，包括乔木、灌木、藤本植物、草本植物、苔藓、地衣、倒木、枯立木、凋落物和腐殖质[8]，难以对所有种类进行逐一测定。因此，本研究采用木材样块为测定对象，通过对喷淋前后林内木材样块的含水率进行实测，分析木材样块含水率差异性及变化趋势，从而了解水喷淋对林内木质可燃物含水率的影响情况，以期为水喷淋对防火林带防火效果的影响提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 实验材料

采用95 mm×15 mm×350 mm的杉木样块为实验用木材样块；实验设备采用德图TESTO 606-2木材水份测量仪；喷淋系统的喷头型号为46 H，射程21 m，喷水量4.8 m3/h，水压0.40 MPa。

1.2 实验样地设置

实验地点位于广东省东莞市大屏嶂森林公园，实验基地面积共18000 m2，属南亚热带季风气候，年降雨量1500～2400 mm，平均气温21.8 ℃，无霜期在350 d以上，有夏秋多雨，春冬干旱的特点。实验地由各300 m长的2段林带组成，林带主要树种为荷木、马占相思林、罗浮栲、鸭脚木、青冈、中华锥等人工阔叶林。其中一段设为喷淋样地，每20 m安装一个喷头，在喷淋样地内以每隔100 m抽取1个喷头的方式共抽取3个喷头，以3个喷头为中心分别设置A，B和C共3条垂直于林带的取样轴；另一段为不设置喷淋的对照样地，在对照样地内每隔100 m分别设置D，E和F共3条垂直于林带的取样轴。在每个取样轴上距离喷头坡上5 m、坡下5 m和坡下10 m处各设置一个数据取样点，共设取样点18个(见图1)。各样点林相、地理位置、坡向、朝向、海拔等均具有相似性。

图1 实验样地样点平面图

1.3 实验方法

实验采用按时段观测的方法对18个样点进行实测，每个样点分别在0.5 m和1.5 m高的位置设置一块木材样块，用德图TESTO 606-2木材水份仪进行测量。据李小川等[9]统计资料，广东森林火灾主要集中在2―3月和11―12月，一天内时段主要集中在14:00―17:00时。因此，本研究实测日期定为2016-02-27 T 09:00时至2016-03-03 T 11:00时，测量时间全程122 h，即喷前52 h及喷后70 h，测量间隔为2 h。2016-02-29 T 12:00时开始喷淋，喷淋时间1h，喷淋强度为3.2 L/m2。

1.4 数据处理方法

采用Microsoft Excel 2010软件统计和分析各项数据，采用SPSS20.0软件对数据进行差异性分析和回归分析。

2 测试结果与分析

2.1 木材样块含水率

通过对喷淋前、喷淋后以及整个实测期喷淋样地与对照样地木材样块平均含水率分别进行统计得出(表1)：喷淋前，喷淋样地木材样块平均含水率略高于对照样地，分别为16.20%和15.24%，其原因是两个样地之间存在微地形的差异[10]；喷淋后，喷淋样地木材样块平均含水率则明显高于对照样地，分别为16.12%和13.05%，但由于这期间受大气湿度较喷淋前低的影响[11]，因此两者数值比喷淋前要低，这一点可以从木材样块平均含水率实时数据可以看出(图2)。总体来看，贯穿喷前和喷后的整个实测期内，喷淋样地木材样块平均含水率(16.16%)均高于对照样地(14.03%)。

表1 木材样块平均含水率统计分析统计时段统计样本测量次数平均值/%平均数标准误差标准差方差最小值/%最大值/%喷淋前喷淋样地121620004797166192762133191对照样地121524204862168442837118179喷淋后喷淋样地151612005905228705230128198对照样地151305303509135901847108153整个实测期喷淋样地271615603842199663986128198对照样地271402603560185013423108179 注：表中统计的实测值均为平均值

图2 喷淋样地与对照样地木材样块即时含水率比较

实验表明，喷淋后4 h内，即2016-02-29 T 13:00―17:00时，喷淋样地木材样块即时含水率显著高于对照样地，两者的差值在13:00时为8%，在17:00时达到峰值，为8.3%(图3)，之后，喷淋样地木材样块的即时含水率与对照样地之间的差距随着时间推移逐渐缩小。另除了此时间段外，木材样块的即时含水率变化规律与实时大气湿度基本吻合(图2)。

2.2 喷淋前后木材样块含水率差异性分析

通过喷淋样地与对照样地配对样本t检验方法，对喷淋前后木材样块含水率进行差异性分析(表2)，表明：喷淋前，喷淋样地木材样块平均含水率高于对照样地0.96个百分点，t检验值为11.676；喷淋后，喷淋样地木材样块平均含水率高于对照样地3.07个百分点，t检验值为4.520。两者对应的临界置信水平均小于0.05，即表明喷淋样地与对照样地林内木材样块含水率之间有显著差异。因此，在进行趋势分析时，要考虑此因素的影响。

图3 喷淋样地与对照样地木材样块的即时含水率差值

表2 木材样块含水率配对样本T检验配对样本平均值标准差平均数标准误差偏差95%的置信区间最低值最高值t检验自由度p值(双尾检验)喷淋前095830284300821077771139011676110喷淋后30667262780678516114452194520140 注：配对样本为喷淋样地木材样块含水率与对照样地木材样块含水率。

2.3 木材样块含水率变化趋势分析

对木材样块含水率与测点次数建立曲线模型，推测变化趋势，计算出喷淋后喷淋样地木材样块含水率恢复到喷淋前状态的时间点，以确定在受到喷淋的影响下木材样块含水率出现变化所持续的时间。

2.3.1 模型拟合

从木材样块含水率(y)与测点次数(x)呈现的曲线变化情况(图4)可以看出。喷淋样地喷淋前呈现三次曲线变化，喷淋后呈现S曲线变化；对照样地呈现幂函数变化。

通过SPSS对喷淋样地和对照样地木材样块含水率进行回归分析，其中2016-02-27 T 09:00时取值为1，2016-03-03 T 11:00时为27。由于喷淋样地喷淋前后木材样块含水率有明显差异，因此需要采用分段函数进行模拟，即分为喷淋样地喷淋前(y)和喷淋后(y1)及对照样地(y2)3个模型。经过模型拟合分析(见表3)，3个模拟函数判定系数R2分别为0.932，0.709和0.420。在5%的显著性水平下，回归系数通过t检验，p值非常小，说明回归效果较好，得出木材样块含水率与测点次数的函数关系。

图4 木材样块含水率分布图

表3 木材样块含水率拟合模型表模型编号样地类型统计时段拟合模型R2Sigx2x2001(n-1)备注1喷淋样地喷淋前y=20356-1436x+0172x2-0008x3(1≤x≤12)093200080081328n=42喷淋样地喷淋后y1=e2296+9151/x(13≤x<﹢∞)070900010531328n=43对照样地整个实测期y2=17752x-0107(1≤x<﹢∞)042000030602009n=8

2.3.2 趋势分析

由于喷淋样地与对照样地的木材样块含水率在喷淋前存在差异，差值为0.96。因此，喷淋后木材样块含水率在进行趋势分析需要减去此差值。据模型2和模型3，当x=32.1，y1=13.21，y2=12.25，即此时喷淋样地、对照样地的木材样块含水率与喷淋前趋于一致；x取整为32次(即2016-03-04 T 11:00时)，从喷淋时间点(2016-02-29 T 13:00时)开始算起，水喷淋对木材样块含水率的影响维持4 d(图5)。当x=17.03，y1=17.00，22+(17.03-17)×2=22.06 h，即表明喷淋后木材样块含水率维持在17%水平上的时间为22.06 h。

图5 木材样块含水率变化趋势模拟

3 结论与讨论

实验表明，以喷淋强度为3.2 L/ m2的喷淋系统对林带持续喷淋1 h后，林带内的木材样块含水率有较大幅度提高，从喷淋前的13.3%升至18.8%，木材样块由易燃状态变为可燃状态，而对照样地木材样块则仍然处于易燃状态。喷淋样地木材样块含水率在喷淋结束后4 h达到峰值，之后逐渐下降，维持4 d后恢复到喷淋前状态。木材样块平均含水率维持在17%水平以上的时间为22.06 h。因此，喷淋防火林带林下可燃物含水率的提高将有效降低林带的易燃性。提前2～3 h对林带进行喷淋将对林带的防火性能有较好的提升作用，并且该作用能维持1～2 d。

本次实验测试的喷淋防火林带林内木材样块含水率，由于采用电阻式探针测量，木材样块含水率的分布可能存在着不均匀性[12]，可能会导致所测得的数据与实际存在偏差。另外，由于受调查样地和工作强度的限制，只测定了冬季的5个工作日的数据，并且基本上是白天测得的。如果能够在全年各个季节并且有更多时段的测定数据，将使实验结果更科学合理。

[1] 李小川,王振师,李兴伟,等.广东森林消防立体灭火技术研究与应用[J].广东林业科技,2013,29(3):13-20.

[2] 丁显孔.城市森林公园消防规划设计[J].消防技术与产品信息，2008(2):5-7.

[3]曲智林,李昱烨,闵盈盈.可燃物含水率实时变化的预测模型[J].东北林业大学学报，2010,38(6):66-71.

[4]胡海清.林火生态与管理[M].北京：中国林业出版社,2005:17-91.

[5]刘曦.温度和湿度对可燃物平衡含水率的影响研究[D].东北林业大学,2007.

[6]李溯.广东省以水灭火技术应用及其初步成效[J].森林防火,2014(1):36-39.

[7]陈雄伟,何莹泉,陈钰皓,等.大屏嶂森林公园消防系统设计[J].广东林业科技,2014,30(2):63-68.

[8]甄学宁,李小川.森林消防理论与技术[M].北京：中国林业出版社,2010:8-12.

[9]李小川,李兴伟,王振师,等.广东森林火灾的火源特点分析[J].中南林业科技大学学报,2008,28(1):89-92.

[10] 刘宏伟,余钟波,崔广柏.湿润地区土壤水分对降雨的响应模式研究[J].水利学报,2009,40(7):822-829.

[11]彭万喜, 张仲凤, 陆绍聪. 循环干湿处理对尾巨桉木材含水率影响的研究[J]. 辽宁林业科技,2007(4):5-8.

[12]林桢.木材含水率测量仪检定相关问题分析[J].计量技术,2008(2)：49-51.

EffectofWaterSprayonMoistureContentofWoodSpecimens
intheForestPark

CHEN Yuhao1, LI Xiaochuan2, DING Dan1, CHEN Xiongwei1,HE Yingquan1, CHEN Hankun1, LIU Xihui3

(1.Guangdong Forestry Survey and Planning Institute, Guangzhou 510520, Guangdong, China;2.Guangdong Academy of Forestry, Guangzhou 510520, Guangdong, China；3. Lingnan Integrated Exploration and Design Institute of Guangdong, Guangzhou 510663, Guangdong, China)

Based on the continuous measurement of moisture content of wood specimens when water spray in the sampling points of forest park, the curve model was established between moisture content and the test number, which can be used to analyze the moisture content of wood specimens difference and the variation tendency.It will be helpful for further understanding of how the water spray affects moisture content of combustible material for forest wood. The results showed that: the spray made the moisture content of wood specimens increased from 13.3% to 18.8% and then declined,it was maintaining 4 days and then back to the state before spray.When moisture content maintained at more than 17% by the duration of 22.06 h, the wood specimens were on the flammable status, on the contrary, the wood specimens in the contrastive plots were on the easily flammable status.

water spray；forest park；wood specimens；moisture content

2016 — 10 — 24

广东省林业科技计划项目——广东省森林生态旅游区森林防火系统集成研究(2012-02)。

陈钰皓(1977 — )，男，高级工程师，主要从事森林公园规划设计研究。

S726.3;S781.33

A

1003 — 6075(2017)01 — 0047 — 05

10.16166/j.cnki.cn43 — 1095.2017.01.012