[发明专利]一种森林死可燃物含水率在线测量装置及其测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及森林防火技术领域，尤其涉及一种森林死可燃物含水率在线测量装置及其测量方法。

背景技术

森林是地球的宝贵财富，也是生物赖以生存的生态系统之一，而林火作为突发性强、破坏性大的自然灾害之一，不但严重破坏生态环境，同时也给人类造成了巨大的经济损失，甚至威胁到人类的生命；森林死可燃物是指林下地表的尚未分解的凋落物,包括落叶和枯枝等；它是森林火灾发生的物质基础，其含水率直接影响起火的难易程度，间接影响着火强度、火势蔓延速度及有效辐射；林内活立木类可燃物的含水率变化受自身生理作用的影响较大，受环境条件影响较小，含水率高，不易燃烧；而以枯落物为主的地表可燃物含水率受环境条件影响较大，也就是说，通过实现对森林死可燃物含水率的在线测量，也就能够预知在该地点发生火灾的难易程度和可能性，即实现对该地点的森林火灾预防。

目前常用的森林死可燃物含水率的测定方法主要由称重法和预测法两类：称重法是对于森林死可燃物最精确的方法，公式如下：

式中γ代表含水率，

m₁表示鲜重，

m₂表示对死可燃物完全烘干后的干重。称重法根据取样方式分成破坏性和非破坏性两种。破坏性采样称重法一般在野外取样，带回实验室测量森林死可燃物鲜重，经干燥箱完全烘干后称干重，再计算含水率。虽然此方法测量结果最准确，但烘干时间较长，无法实时得到可燃物的含水率，因此，不能在火险预报中应用。非破坏性采样称重法是事先人工制备的死可燃物放到森林环境中，定时称量其鲜重，然后计算含水率。美国采用干质量为100g的木棒，称为湿度棒，放在距地面一定高度的架子上，定期称量木棒的质量，就可以计算出湿度棒的含水率。但是湿度棒与森林死可燃物的组成、空间结构和所处环境不同，因此，该法测定的木棒含水率与森林死可燃物的含水率不一样，两者之间仅存在一种相关性，需要提前用实验法来建立两者之间的关系方程，通过方程计算才能得到地表可燃物含水率。此方法需要每日人龚测量，而且精度不高。还有一种非破坏性采样称重法是将一定量的森林死可燃物放在一个容器中，然后放在地表，定期称重森林死可燃物的鲜重。为了不破坏森林死可燃物的结构，不能提前烘干测干质量，只能在工作结束后将可燃物带回烘干称量干重，届时才能得到观测时的含水率。该方法也要人工测量，即每次都要将样本取出称量，期间还要保证样本不受损失。此外，这种方法还不能实时地得到森林死可燃物的含水率，因此，只适合科学研究，不适合森林火险预报。

预测法主要有气象要素回归法和平衡含水率法。气象要素回归法是通过建立气象因子与森林死可燃物含水率之间的关系方程，然后通过这些方程由这些物理量来预测森林死可燃物的含水率。我国主要采用此种方法来预报森林火险。

但此方法需要对不同森林分别建立气象因子与可燃物含水率的关系，缺乏一定的适用性。美国和加拿大普遍应用的方法是平衡含水率法，它是基于时滞和平衡含水率，只要已知可燃物初始含水率，就能在任意时由dM/dt＝(E-M)/τ，M＝E+(M₀-E)e^-t/τ这两个公式准确预测含水率。式中：M为死可燃物含水率；

E为平衡含水率；

t为时间；

τ为时滞；

M₀为可燃物初始含水率。

但上述公式只适用于环境不变的情况，在自然环境中，环境的温湿度一定是变化的，这样可燃物的平衡含水率和时滞也会发生变化，再利用上面的公式就不准确了。于是需要根据变化的温度、湿度和风速等气象因子求出变化的平衡含水率和时滞。

有人曾通过测量可燃物的电导等物理特性来预测可燃物含水率，但由于森林地表可燃物的组成复杂，结构不均匀，因此，误差很大，已很少使用。

另外，在大范围监测地表含水率的方法中，还有一种造价昂贵的遥感估值法。此方法利用卫星来直接探测被测植被的含水率。但次方法只能检测裸露出来的植被含水率，对于落叶等死可燃物有一定的局限性。