22第二章 林火基础理论

2015/10/10
17

（四）抽提物（油脂）含量

抽提物是粗脂肪，它包括脂肪、游离脂肪酸、蜡、磷酸 脂、芳香油、色素等脂溶性物质的总称。油脂是俗称。
油脂含量越高的树种越易燃，特别是含挥发油的植物更 易燃。


1.抽提物含量等级
抽提物含量的多少是可燃物易燃性的重要指标。抽提物含量低于2%时，为低含 量；3-5%为中含量；6%以上为高含量。
确切定义：热值为1克物质，在1个大气压、25℃下，完 全燃烧释放出的能量。 非绝干状态下的单位质量的可燃物完全燃烧释放的热量， 称为发热量（Heat Content）。（有水分的影响）



2015/10/10
14

1.热值等级

一般情况下，物质的热值越高，释放的能量越多，反 之，则越少。
森林可燃物的热值范围在12.6-23.4kJ/g之间。可划 分三个等级：

①总可燃物负荷量 ②潜在可燃物负荷量 ②有效可燃物负荷量

2015/10/10
5

2.可燃物的大小（粗细）

可燃物的大小（Fuel size）影响可燃物对外来热量的 吸收。对于单位质量的可燃物来说，可燃物越小，表 面积越大，受热面积大，接收热量多，水分蒸发快， 可燃物越容易燃烧。
常 用 表 面 积 与 体 积 比 （ surface-area-to-volume ratio）来衡量可燃物的粗细度。可燃物的表面积与体 积比值越大，越容易燃烧。 我们可以根据可燃物颗粒的形状，采用一定的计算方 法，对各种可燃物的表面积与体积比值进行估测。 可燃物的形状：圆柱形；半圆柱形；长方形；扇形柱 等

2015/10/10
11

3.可燃物时滞等级

可燃物失去最初含水量和平衡含水量之差数的 63 ％ （即1-1/e）的水分所需的时间称为时滞（timelag）。
美国国家火险等级系统（NFDRS）中根据可燃物的时 滞范围将枯死可燃物划分为四个时滞等级（见表 24）。


2015/10/10
12

4.熄灭含水率（临界含水量）


2.灰分中SiO2含量
在灰分物质中二氧化硅的含量对燃烧的逆相关更加明显。即二氧化硅含量越多， 可燃物越不易燃。

2015/10/10
19

（六）可燃气体含量

森林可燃物可燃气体是有焰燃烧的源泉。可燃气体充足， 火焰高，火强度大。

不同植物，热分解时产生的气体中，可燃性气体的比例 不一样。




各层次之间的连接：地下可燃物（腐殖质、泥炭、根系等）、 地表可燃物（枯枝落叶）、草本可燃物（草类、蕨类等）、 中间可燃物（灌木、幼树等）、上层树冠可燃物（枝叶） 各层次自身的水平各方向上的连接：如树间有100m的空隙， 树冠火可下落成为地表火。

②水平连续性


2015/10/10
8

（二）可燃物的含水量

2015/10/10
10

2.平衡含水率


平衡含水率（Equilibrium Moisture Content，EMC）是 可燃物吸收大气中水分的速度与蒸发到大气中水分的 速度相等时的可燃物含水率。 在 美 国 的 国 家 火 险 等 级 系 统 （ National Fire-Danger Rating System ， NFDRS ） 中 ， EMC 通 过 相 对 湿 度 （RH）和温度（TEMP）由下式进行估测：


2015/10/10
22

（一）根据地被物的种类划分

1.地表枯枝落叶层（litter）：

①上层：当年的落叶 ②下层：一年以前的落叶 易燃

2.地衣（lichen）


3.苔藓（mosses）

难燃
①易燃草本：禾本科、莎草科、及部分菊科等阳性杂草。 ②难燃草本：毛茛科、百合科、酱草科、虎耳草科等。 ①易燃灌木：胡枝子、绣线菊、偃松、兴安、西伯利亚等。 ②难燃灌木：鸭脚木、越桔、接骨木、榛子、白丁香等。 ①易燃乔木：针叶树和带油脂的阔叶树（如桉树） ②难燃乔木：阔叶树（落叶、常绿）和落叶松
2015/10/10

（一）可燃物床层的结构



4

1.可燃物负荷量



可燃物负荷量（fuel loading）是指单位面积上可燃 物的绝干重量，单位是 kg/m2 、 t/ha 。又称可燃物 载量 1971年、福特〃罗勃逊（Ford Robertson）对可燃 物进行定义：“可以点着和燃烧的任何物质或复杂的 混合物”。 从理论上讲，所有物质都可以燃烧，但在实际中有的 物质在特定的林火中从来没有燃烧过，如大树的树干。 所以，可燃物负荷量又可分




2015/10/10
6

3.可燃物的紧密度

可燃物紧密度（Fuel compactness）可燃物床层中 可燃物颗粒自然状态下堆放的紧密程度。
紧密度影响着可燃物床层中空气的供应，同时也影响 火焰在可燃物颗粒间的热量传递。紧密度的计算公式 如下：
b 容积密度（g/cm 3 , kg/m 3） 紧密度（无量纲， 0 - 1） 3 3 p 基本密度（g/cm , kg/m ）

2015/10/10
15

2.不同种类可燃物的热值

表2-5 某些可燃物的热值（kJ/kg）

2015/10/10
16

3.FMC的变化直接影响可燃物的发热量

发热量是指单位重量的可燃物完全燃烧时释放的热量。 是含水率的函数。发热量与可燃物含水量的多少成反 比。可燃物发热量与含水量之间有如下关系：
2

森林可燃物


森林可燃物（forest fuel）是指森林和林地上一 切可以燃烧的物质，如树木的干、枝、叶、树 皮；灌木、草本、苔藓、地表枯落物、土壤中 的腐殖质、泥炭等。 森林可燃物是森林火灾发生的物质基础。
百度文库
2015/10/10
3
一、森林可燃物的燃烧性质

可燃物的燃烧性质是由可燃物的物理性质和化学性质来 决定的。物理性质有：可燃物的结构、含水率、发热量 等；化学性质有：油脂含量、可燃气体含量、灰分含量 等。 可燃物床层（fuel bed）是指从土壤下层的矿质层起，上 至植被顶端（树冠）之间的各种可燃物的综合体。可燃 物床层中即有活可燃物、枯死可燃物，也包括土壤中的 有机物质（腐殖质、泥炭、树根及各种小动物和微生 物）。通常是指土壤表面以上的可燃物总体。 可燃物结构主要是指可燃物床层中可燃物的负荷量、大 小、紧密度、连续性等。


最适紧密度是火燃烧最充分时的紧密度。

小于最适紧密度，氧气供应不足
大于最适紧密度，可燃物连续性低

2015/10/10
7

4.可燃物的连续性

可燃物连续性（ Fuel continuity ）是指能够使火持 续燃烧的可燃物连续分布状态。
可燃物床层在垂直方向和水平方向上的分布的连续性 对火行为有着极为重要的影响。 ①垂直连续性
一般乔木树种的可燃性气体总量为最高，在20-50%； 其次是草本可燃物，含量在10-30%； 最小是灌木可燃物，在10-20%；



地衣和苔藓在7-20%。

2015/10/10
20
二、可燃物种类

可燃物种类（fuel kinds）的不同，着火的难易程 度不一样。

细小可燃物（ fine fuel ，如枯落叶、枯草等）容易干燥 易于引燃，成为森林火灾的引火物，森林火灾大多是森 林火源引燃细小枯死可燃物从而引发森林火灾。 体积较大的可燃物（如树木、灌木、采伐剩余物等）含 有较多的水分，不易引燃，但被引燃后能释放出大量的 能量，是森林火灾的主要能量来源。


FMC 与可燃物的易燃性（ inflammability ）之间的 关系十分密切，是影响可燃物燃烧的重要指标。 枯死可燃物（dead fuel）和活可燃物（live fuel）的 FMC差异很大，对燃烧的影响也不一样。


枯死可燃物 的含水量变化幅度较大，它们可吸收超过本身重量 1 倍以上的 水，其变化范围为 2-250% 。一般情况下，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。 活可燃物 的含水量变化幅度不大，在 75-250% 之间。在干旱季节，为 75-150%。活可燃物与树冠火的发生有关。当针叶FMC低于 100% ，常绿灌木叶丛 FMC 低于 75% 时，可发生猛烈的树冠 火。


14.7kJ/g以下为低热值，大多数为地衣、苔藓、蕨类和草本植物； 14.7-18.8kJ/g为中热值，一般为阔叶树的枝、叶、木材等；
18.8kJ/g以上为高热值，如针叶树的叶、枝、树皮、木材等。

一般情况下，

高热值的可燃物燃烧时释放的能量大，火强度大；

低热值可燃物燃烧时释放的能量少，火强度小。

一般来说，针叶树含脂量较高，阔叶树含脂量较少；树叶含脂量较高，枝条的 含脂量较少；木本植物含脂量较高，草本植物含脂量较少。


2.抽提物含量的计算

油脂含量（%）＝（油脂重量／样品绝干重量）×100 挥发油含量（毫升／100克）＝挥发油毫升数／样品鲜重

2015/10/10
18

（五）灰分物质含量


2015/10/10
21

可燃物的种类、配置、结构不同，发生火灾后的 林火种类也不一样。

草地、灌丛、落叶阔叶林一般发生地表火； 常绿针叶林、个别常绿阔叶林（桉树林）由于 叶富含油脂易燃常常发生树冠火；

土壤中的腐殖质和泥炭，只有在天气极端干旱 的条件下，才能燃烧而形成地下火。 林内垂直连续分布，可使地表火转变成树冠火
FMC>MOE，可燃物不能燃烧 FMC<MOE，可燃物能够被引燃着火，且二者差值越大， 火险越大

FMC与MOE的关系


2015/10/10
13

（三）热值（发热量）

可燃物热值（Calorific Value，Heat Yield，）是指在 绝干状态下单位重量的可燃物完全燃烧时所放出的热量， 单位有cal/g、kcal/kg、kJ/kg、J/g。

可 燃 物 含 水 量 （ Fuel moisture content ， FMC ）的度量方法可分为相对含水率和绝对含 水率：

相对含水率
AMC
WH WD 100 % WD

绝对含水率
WH WD RMC 100 % WH

2015/10/10
9

1.可燃物含水量与易燃性
Q Q 0 0 . 01 M f V b

式中： Mf 为可燃物含水量， % ； Q 为为在 Mf 下的可燃物发热量， kJ/kg；Q0为不含水时可燃物的热值，kJ/kg；Vb为可燃物中水分的 蒸发潜热，kJ/kg。木材的含水量越高，发热量越低，见表2-6。

表2-6 木材热值与含水量的关系

4.草本植物（herb）

灰分物质含量是指可燃物中的矿物质的含量。各种矿物 质通过催化纤维素的某些早期反应，对燃烧有明显的影 响。它们增加木炭的生成和减少焦油的形成，可大大降 低火焰的活动。
灰分含量（%） 样品灰化后坩埚重量 - 坩埚净重 100 样品灰化前坩埚绝干重量 - 坩埚净重

1.灰分含量及等级
一般情况下，可燃物灰分低于5%时为低灰分含量；5-10%时为中灰分含量；高 于10%时为高灰分含量。



RH<10%时： EMC=0.03229+0.281073RH-0.000578TEMP×RH RH>=10%，RH<50%时： EMC=2.22749+0.160107RH-0.014784TEMP RH>=50%： EMC=21.0606+0.005565RH2-0.00035RH×TEMP0.483199RH


熄灭含水率（moisture of extinction，MOE）是指 在一定热源作用下可燃物能够维持有焰燃烧的最大含 水率。又称临界含水率 可燃物的MOE


MOE取决于可燃物的化学组成。不同的可燃物种类，MOE 有所不同。熄灭含水量越高的可燃物越容易燃烧，反之越不 容易燃烧。 大多数枯死可燃物的MOE为25-40%；大多数活可燃物的 MOE为120-160%。
第二章 林火基础理论
Basic Theory of Forest Fire
第一节 森林燃烧的基本规律 第二节 森林可燃物 第三节 森林火源 第四节 林火环境 第五节 林火行为
1
第二节 森林可燃物 Forest Fuel
一、森林可燃物的燃烧性质 二、可燃物种类 三、树种易燃性和森林燃烧性 四、可燃物类型