林火蔓延模型建立

1、林火蔓延的數(shù)學(xué)模型及其GIS應(yīng)用一、模型說明1、該模型是建立在王正飛林火蔓延模型的基礎(chǔ)上，并參考了其它文 獻和數(shù)據(jù)（參考文獻見附錄）2、模型變量說明V F .影響林火蔓延的風(fēng)速VH林火蔓延的速度V平H平原草地時火勢蔓延的速度K1火速在不同可燃物類型中的修正系數(shù)K2火速在不同坡度條件下的修正系數(shù)s 一林火燃燒面積為燃燒場地的風(fēng)向（按右手直角坐標系）為初始蔓延速度3、模型假設(shè)條件3.1林火的影響因素很多，該模型只考慮風(fēng)速、可燃物類型、地形坡 度三個主要的影響因素，其余影響因素（如濕度，空氣對流等）不考 慮。3.2該模型主要是為了在SUPMAP軟件作圖使用，因此對于等高線 內(nèi)的坡度進行重分類，因此等

2、高線內(nèi)坡度值相等，可按均值計算其坡 度。3.3為了提高模型的使用價值，避免因模型低估而造成的經(jīng)濟損失和 人員傷亡，模型中的各影響因數(shù)均按最大值取。二、模型建立1、根據(jù)王正非提出的林火蔓延模型進行改正與簡化匕=V平H、K 22、建立可燃物類型為草甸，地形為平地時的風(fēng)速火速經(jīng)驗公式在可燃物類型為草甸，坡度為零，風(fēng)力等級為1 一 12條件下，收集一組風(fēng)速價、火速(VH)數(shù)據(jù)。表1風(fēng)速火速數(shù)據(jù)風(fēng)力等級1234567891011122Vf /mMH3.65.47.49.812.314.917.720.824.227.829.838以上V平/ mmi函13.850.064.583.3144.250.353

3、.500.559.625.833.H18505333005500020000取指數(shù)函數(shù)為經(jīng)驗回歸方程類型，利用一元回歸的方法得到風(fēng)速火 速的經(jīng)驗公式。V 平=14. 189 5e0.1547vFH樣本相關(guān)系數(shù)；=0. 934 8,高度相關(guān)。3、火速在不同可燃物類型中的修正系數(shù)在不同的可燃物類型中林火的蔓延速度是不相同的，為使預(yù)測簡便易 行，將泰安林區(qū)可燃物類型劃分為草甸類、人工林類、油松類三個等 級。參考鄭煥能教授的研究結(jié)果，火速在不同可燃物類型中的修正系 數(shù)可由下表給出。表2火速在不同可燃物類型中的修正系數(shù)0.6修正系數(shù)K 11.074、火速在不同坡度條件下的修正系數(shù)火場所處坡度不同時，火的

4、蔓延速度也不同，上山火蔓延快，且 坡度越大時，蔓延也越快;下山火則蔓延慢。根據(jù)文獻（1中所引王正 非的研究資料，可由表3給出火速在不同坡度條件下的修正系數(shù)。表3火速在不同坡度條件下的修正系數(shù)坡度范圍一 42 0 38一 37 33一 32一k28一 27 0- 23一 22 18修正系數(shù)K20.070.130.210.320.46坡度范圍一 17 0-一13一 120 8一 7 3一 2237修正系數(shù)K20.630.830.901.001.2坡度范圍8 0- 12。1218182223303135364040修正系數(shù)凡K 21.62.43.04.26.010.117.5表中的正坡度指林火上山蔓

5、延時的坡度，負坡度指林火下山蔓延時的坡度。5、加上系數(shù)改正后的林火的蔓延速度公式V = K1 K V平H = K1 K2 14. 189 5e0W三、模型應(yīng)用將等高線進行重分類，使得同一等高線內(nèi)坡度值為同一值。并添加火速在不同坡度條件下的修正系數(shù)K 2。利用遙感影像數(shù)據(jù)提取泰山植被信息，按上述三類植被進行概率分類，并按分類設(shè)置屬性值1。風(fēng)速信息的獲取有兩種方法，一是有氣象站測得整個山區(qū)的風(fēng)速V F _.一 、于風(fēng)向，二是在火勢附近準確測定。具體做圖方法（舉例說明）-J-在重分類的矢量圖上做出出事著火點標記，以此為圓心，以同一 等高線的燃燒速度與實間的乘積為半徑作出如下圖示圓（其中 圓與等高線的

6、交點為臨界點）L以為1號點到2號點坡度大，燃燒速度快，所需燃燒時間就短，計算時間值為1。所以燃燒時間差為”1同時考慮到風(fēng)向因素的影響，沿風(fēng)向?qū)?號燃燒點進行移動，移動距離dx= yH *2號點燃燒圓所用時間，平移后用第一步方法做出燃燒區(qū)域和燃燒臨界點，如下圖所示:L當風(fēng)向改變時，可按上述步驟做出燃燒圖，同時做出下坡火勢圖， 方法同做上坡火勢圖相同，只需改變半徑大小（注意：因為下坡 火速滿，因此半燃燒圓半徑可定比上坡火燃燒圓半徑小），示例圖 如下：L用曲線連接個燃燒臨界點，并曲線擬合，最終得到時間t內(nèi)的燃燒范圍，示例圖如下：（紅色區(qū)域即為燃燒面積）四、模型補充說明該模型重在預(yù)測與分析火勢的燃燒區(qū)域與態(tài)勢，并非是一種精 確計算燃燒面積的模型，并且本模型的準確度主要與當?shù)刂脖唬?風(fēng)向，火勢等信息的準確性有關(guān)。參考