فایل شبیه سازی گسترش آتش سوزی با مدل سطح آتش FARSITE

این پایان نامه در قالب فرمت word قابل ویرایش ، آماده پرینت و ارائه به عنوان پروژه پایانی میباشد

چکیده

یکی از معضلات پیشروی مدیریت مراتع و جنگلها در نواحی شمالی کشور، آتشسوزیهایی میباشد که خسارتهای زیست محیطی و مالی سنگینی را تحمیل میکند. مدیریت ریسک آتشسوزی در ارتباط با اقدامات پیشگیرانه میتواند عرصه طبیعی را از گزند بسیاری از زیانهای ناشی از آتشسوزی محافظت کند. مساحتی از عرصههای طبیعی که در نتیجه شروع آتشسوزی ممکن است دچار حریق شود موضوعی است که کمتر به آن توجه شده است. بنابراین تحقیق حاضر تلاش دارد روش جدیدی را در زمینه پهنهبندی عرصههای طبیعی از نظر خطر گسترش و وسعت آتشسوزی ارائه کند. به منظور شبیهسازی نرخ گسترش و مساحت دچار آتشسوزی در این تحقیق از مدل FARSITE که یک مدل برداری بررسی رفتار و گسترش آتش به شمار میرود، استفاده شد. مدل ماده سوختنی به عنوان یکی از ارکان اصلی در شبیهسازی با توجه به شرایط پوشش گیاهی منطقه تعیین گردید. تغییرات محلی سرعت و جهت باد که در نتیجه شرایط توپوگرافی منطقه حادث میشود، مدلسازی و در FARSITE مورد استفاده قرار گرفت. همچنین به منظور ارزیابی مدل FARSITE در شبیهسازی گسترش آتشسوزی در منطقه مورد مطالعه، از یک مورد آتشسوزی که در منطقه به وقوع پیوست، استفاده گردید که دقت بدست آمده با استفاده از شاخص کاپا برابر 42 درصد میباشد. مقایسه و تحلیل آتشسوزی شبیهسازی شده با آتشسوزی واقعی، نشان میدهد مدل FARSITE قابلیت شبیهسازی آتشسوزیهای بالقوه را در عرصههای طبیعی منطقه دارا میباشد. بنابراین فرایند پهنهبندی دربرگیرنده شبیهسازیهای متعددی از گسترش آتشسوزیهای سطحی بالقوه میباشد. مقایسه نتیجه نهایی پهنهبندی با سوابق آتشسوزیهای موجود حکایت از سازگاری اینگونه نقشهها با واقعیت موجود دارد.

کلمات کلیدی: جنگل، آتشسوزی، مدل ماده سوختنی، FARSITE، شهرستان نکا

1) فصل اول: کلیات تحقیق................................................................... 2

1-1) مقدمه.............................................................................................. 2

1-2) بیان مسئله و ضرورت تحقیق.............................................. 4

1-3) سؤال تحقیق................................................................................. 5

1-4) اهداف تحقیق.............................................................................. 5

1-5) ساختار پایان نامه............................................................... 6

2) فصل دوم: پیشینه تحقیقاتی و منطقه مورد مطالعه....... 8

2-1) مقدمه............................................................................................... 8

2-1-1) پهنهبندی عرصههای طبیعی از نظر ریسک آتشسوزی 8

2-1-2) تحقیقات انجام شده در زمینهی شبیهسازی رفتار و گسترش آتشسوزی.........11

2-1-2-1) استفاده از سلولهای خودکار به منظور شبیهسازی آتشسوزی 12

2-1-2-2) استفاده از مدل FARSITE به منظور شبیهسازی آتشسوزی 14

2-2) منطقه مورد مطالعه.............................................................. 15

2-2-1) پوشش گیاهی....................................................................... 16

3) فصل سوم: چهارچوب نظری تحقیق.................................................. 20

3-1) مقدمه............................................................................................... 20

3-2) آتشسوزی...................................................................................... 20

3-2-1) انواع آتشسوزی.............................................................. 21

3-2-1-1) آتشسوزی زمینی (داخل خاک).......................... 22

3-2-1-2)............................................................... آتشسوزی سطحی 22

3-2-1-3) آتشسوزی تاجی........................................................ 22

3-2-1-4)آتشسوزی تنهای........................................................ 23

3-3) مدلسازی رفتار آتش............................................................. 22

3-4) سیستمهای شبیهسازی رفتار آتش..................................... 23

3-4-1) مدلهای پیش بینی آتش سوزی و طبقهبندی آنها 23

3-4-1-1) طبقهبندی بر مبنای مدلسازی جریان گرمایی 25

3-4-1-1-1) مدلهای فیزیکی (تئوریکی).................... 25

3-4-1-1-2) مدلهای نیمهتجربی (نیمه فیزیکی).. 25

3-4-1-1-3) مدل‌های آماری (تجربی)........................... 26

3-4-1-1-4) مدل‌های احتمالی.......................................... 27

3-4-1-2) طبقهبندی مدلهای آتشسوزی براساس متغیرهای مورد مطالعه 27

3-4-1-3) طبقهبندی بر اساس سیستم فیزیکی مدل شده 27

3-4-1-3-1) مدل‌های پیشبینی آتشسوزیهای سطحی.. 28

3-4-1-3-2) مدل‌های پیشبینی آتشسوزی‌های تاجی.. 28

3-4-1-3-3) مدل‌های پیشبینی آتشسوزی زمینی....... 29

3-4-1-3-4) مدل‌های پیشبینی آتشسوزی‌های نقطهای 29

3-4-2) تکنیکهای شبیهسازی آتش.......................................... 28

3-4-2-1) سلولهای خودکار................................................... 30

3-4-2-2)..................................................... انتشار موج بیضوی 31

3-4-2-2-1)مدل FARSITE....................................................... 31

3-4-3) تکنیک انتشار FARSITE............................................... 31

3-4-4) مدل رفتار آتش در FARSITE.................................... 35

3-4-5) پارامترهای تأثیرگذار............................................. 35

3-4-5-1)توپوگرافی.................................................................. 37

3-4-5-2)پوشش گیاهی............................................................... 38

3-4-5-2-1)میزان تاج پوشش............................................. 38

3-4-5-2-2)ارتفاع توده جنگل........................................ 38

3-4-5-2-3)مدل ماده سوختنی.......................................... 39

3-4-5-3)..................................................... شرایط آب و هوایی 41

3-4-5-3-1) دما و رطوبت نسبی..................................... 41

3-4-5-3-2) باد...................................................................... 41

3-5) جمعبندی....................................................................................... 43

4) فصل چهارم: مواد و روشها............................................................ 45

4-1) مقدمه:.......................................................................................... 45

4-2) دادهها........................................................................................ 46

4-2-1) توپوگرافی......................................................................... 46

4-2-2) آب و هوا............................................................................ 48

4-2-3) تاج پوشش منطقه............................................................ 48

4-2-4) پراکنش گونههای درختی............................................. 50

4-2-5) موانع گسترش آتشسوزی............................................... 51

4-2-6) نرم افزارهای مورد استفاده................................ 52

4-3) روش تحقیق.................................................................................. 52

4-3-1) انتخاب مدل ماده سوختنی......................................... 52

4-3-2) مدلسازی جریان باد.................................................... 54

4-3-3) ارتفاع توده جنگل....................................................... 55

4-3-4) شبیهسازی با استفاده از مدل FARSITE............ 56

4-4) سناریوهای مختلف شبیهسازی گسترش آتشسوزی........ 57

4-5) روش ارزیابی دقت.................................................................. 57

4-6) پهنهبندی از نظر وسعت گسترش آتش................................. 58

5) فصل پنجم: نتایج و بحث................................................................ 60

5-1) مقدمه........................................................................................... 60

5-2) اجرای اولیه مدل در شرایط و سناریوهای مختلف... 60

5-2-1) شبیهسازی در شرایط یکسان محیطی....................... 61

5-2-2) شبیهسازی در شرایط محیطی مختلف و ماده سوختنی یکسان 63

5-2-3) شبیهسازی در شرایط کاملاً مختلف محیطی.............. 65

5-3) شبیهسازی آتشسوزی رخ داده در منطقه مورد مطالعه در آذر ماه 1389 ............. 67

5-4) پهنهبندی از نظر خطر گسترش آتش (وسعت آتشسوزی) 71

6) فصل ششم: جمعبندی و پیشنهادات............................................... 81

6-1) جمعبندی...................................................................................... 81

6-2) پیشنهادات................................................................................. 82

شکل ‏2‑1) موقعیت منطقه مورد مطالعه................................................ 16

شکل ‏3‑1) شبکههای سلولی در مدل انتشار سلولی........................... 29

شکل ‏3‑2) انتشار بیضی شکل آتش در طی آتشسوزیهای تجویزی در یک شرایط یکسان محیطی (Salis,2007)..................................................................................... 32

شکل ‏3‑3) تفسیر اصول Huygen با استفاده از امواج بیضی شکل. الف) شرایط محیطی همگن ب) شرایط محلی ناهمگن (Finney, 1998)................................. 33

شکل ‏3‑4) انتشار موج بیضوی برای هر ورتکس؛ a: معادل 2/1 محور فرعی b: معادل 2/1 محور اصلی و c مربوط به فاصله نقطه آتش تا مرکز بیضی آتش می‌باشد. (Finney, 2004)............................................................................................... 34

شکل ‏3‑5) تبدیل سطح آتش از یک صفحه افقی به یک صفحه منطبق بر سطح زمین 35

شکل ‏3‑6) مثلث پارامترهای محیطی تأثیرگذار بر آتش (Countryman, 1972) 36

شکل ‏3‑7) ارتفاع توده جنگل.................................................................... 38

شکل ‏3‑8) الگوی روزانه دما و رطوبت نسبی با استفاده از مقادیر حداکثر و حداقل برای پنج روز.......................................................................................... 40

شکل ‏3‑9) طول، ارتفاع و زاویه زبانه آتش به همراه نقش باد و شیب بر روی آنها....................................................................................................................... 41

شکل ‏4‑1) نمودار انجام مراحل تحقیق................................................ 45

شکل ‏4‑2) نقشه طبقات ارتقاعی منطقه مورد مطالعه................... 46

شکل ‏4‑3) نقشه شیب منطقه مورد مطالعه............................................ 47

شکل ‏4‑4) نقشه جهت شیب منطقه مورد مطالعه.................................. 47

شکل ‏4‑5) موقعیت ایستگاههای سینوپتیک در مجاورت منطقه مورد مطالعه 48

شکل ‏4‑6) نقشه میزان تاج پوشش منطقه مورد مطالعه................. 49

شکل ‏4‑7) پراکنش گونههای درختی در منطقه مورد مطالعه....... 50

شکل ‏4‑8) راهها و رودخانهها و پهنههای روستایی منطقه مورد مطالعه 51

شکل ‏4‑9) پراکنش مدلهای ماده سوختنی در منطقه مورد مطالعه 53

شکل ‏4‑10) شبیهسازی سرعت و جهت باد................................................. 55

شکل ‏4‑11) تأثیر تاج پوشش و ارتفاع توده جنگل بر کاهش سرعت باد 56

شکل ‏5‑1 ( نحوه گسترش جبهه آتش در شرایط یکسان محیطی.......... 62