高寒地區(qū)用雪作為抑制火災(zāi)材料的可行性

張占杰，張穎恆

(美國J&P Research,Inc.)

高寒地區(qū)用雪作為抑制火災(zāi)材料的可行性

張占杰*，張穎恆

(美國J&P Research,Inc.)

林火即稱森林火災(zāi)或林區(qū)火災(zāi) 時有發(fā)生，通常由多種原因引發(fā)，如天氣，煤氣泄漏、電力、人為等。特別寒冬天氣下,寒帶或山區(qū)由于火災(zāi)意外，有時抑制火災(zāi)材料不足如水源，而造成生命及財產(chǎn)上莫大的損失 。北美(加拿大和美國)對抑制火災(zāi)的材料主要為水和沙，而方法多用隔離帶，飛機(jī)噴灑化學(xué)材料等。眾多科學(xué)文獻(xiàn)顯示對火災(zāi)的研究主要集中于火災(zāi)對生態(tài)環(huán)境(土壤，水質(zhì)，植物)的影響，而對滅火材料及方法的研究進(jìn)程緩慢 (Peterson and Dodson,2010;Widenmaier and Strong 2010;Loranty et al.2016)。所以如何使用雪來當(dāng)作抑制林火的材料,是我們在這里探討的方向。

通常當(dāng)抑制火勢時,水的物理性承當(dāng)了主要的功能,也就是潤濕燃燒的表面及降低火周圍溫度,進(jìn)而達(dá)到滅火之目的。

當(dāng)1克的水受熱變成100°C蒸氣,它可以吸收640卡的熱量,進(jìn)而達(dá)到降低火焰的氣溫之目的,當(dāng)1克的雪變成蒸氣,甚至可多吸收80卡的熱能。

當(dāng)大量滅火用的水分布在火塲與建筑物附近,一部份的水瞬間潤濕表面形成絕緣面,一部份水流失,大部份水與火相逢而達(dá)到降溫及滅火的目的。

但是當(dāng)著火時,特別是植物,由于部份的木質(zhì)因高溫呈現(xiàn)碳化,此時水也許不是最好的方法,因?yàn)楫?dāng)紅熱的碳遇高溫時,水蒸氣會還原成氫及一氧化碳,形同火上加油,如舊式的蒸汽火車頭,除了蒸氣需要水,連燃煤也加水增加燃燒效率。

早期,亞洲的島嶼地帶多用木材為建筑用材,火災(zāi)時人們使用水同時也使用沙作抑制火災(zāi)材料,主要因?yàn)樯呈请S地可得的,甚至現(xiàn)今仍可看見一些鄉(xiāng)間小學(xué)的廊檐下仍然傳統(tǒng)性的擺上幾桶消防用沙,沙的作用,雖然不能降溫,但可形成暫時性的絕緣,而達(dá)到滅火的目的。

若是能有適當(dāng)?shù)姆椒▽⒀┻\(yùn)用在抑制林火上,雪也許可以達(dá)到水與沙結(jié)合同樣的效果。

雪由固體轉(zhuǎn)為蒸汽時可以降溫;同樣可視為由固體轉(zhuǎn)為汽體只是密度不如水大。

迅速地將雪覆蓋在燃燒的表面,將可產(chǎn)生瞬間絕緣的目的,減少燃燒所需的氧。當(dāng)寒冷的極地或是北國鄉(xiāng)間面對火災(zāi)時,如何使用雪作為滅火材料可以嘗試下面的方法。

當(dāng)降雪較少的冬季,滑雪區(qū)的活動幾乎變?yōu)椴豢赡?人們造雪時用高壓水及壓縮空氣,藉著外面的氣溫,將水變?yōu)榇罅康难?累積在滑雪道上,達(dá)到運(yùn)動和比賽之目的,同理當(dāng)失火時,消防隊(duì)的消防車也可以改裝成造雪及噴雪的裝置,如何保持在低溫區(qū)(也就是距離火場中心有段距離的地方,因?yàn)榛饒鰷囟壬醺?將雪大量的覆蓋在火場,將是一個很大的考驗(yàn),失火時若能將一箱寶貴的水加入可得到能量(是指高壓、壓縮空氣及低溫),成為滅火用的雪,進(jìn)而達(dá)到滅火的最高效率 (見圖 1)。

圖1 人工造雪機(jī)(圖片來源：internet)

清雪機(jī)-清雪機(jī)通常用于清除走道及公路以保交通通暢,大的清雪機(jī)可以將雪收集后拋至適當(dāng)?shù)母叨燃熬嚯x,當(dāng)嚴(yán)寒的冬天壓實(shí)的雪或雪牆通常會累積在建筑的周圍,此時用清雪機(jī)將積雪打碎后拋向火場,可收到更佳的效果 (見圖 2 )。

圖2 人工清雪機(jī)(圖片來源：internet)

高寒地帶將上述造雪機(jī)和清雪機(jī)結(jié)合，用雪抑制火災(zāi)就是可行的。也會讓嚴(yán)冬積雪不僅有娛樂(如滑雪、雪車甚至采風(fēng))效應(yīng)，也讓雪發(fā)揮另一項(xiàng)作用-滅火。

[1] Loranty,MM.,W.Lieberman-Cribbin,LT Berner,et al.2016.Spatial variation in vegetation productivity trends,fire disturbance,and soil carbon across arctic-boreal permafrost ecosystems.ENVIRONMENTAL RESEARCH LETTERS.11(9): Article Number:095008.

[2] Peterson,DW.,EK.Dodson.Post-fire logging produces minimal persistent impacts on understory vegetation in northeastern Oregon,USA.FOREST ECOLOGY AND MANAGEMENT,2010,370:56～64.

[3] Widenmaier,KJ.,WL.Strong.Tree and forest encroachment into fescue grasslands on the Cypress Hills plateau,southeast Alberta,Canada.FOREST ECOLOGY AND MANAGEMENT,2010,259(10):1870～1879.

10.16779/j.cnki.1003-5508.2017.01.013

2016-11-18

S762.3

A

1003-5508(2017)01-0058-02

*通訊作者：張占杰 美國J&P Research,Inc.高級工程師，email:jpch4250@juno.com。