[發(fā)明專利]一種森林死可燃物含水率在線測量裝置及其測量方法

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• 申請日: 2017-08-23
• 公開（公告）號: CN107462549A
• 公開（公告）日: 2017-12-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 邢鍵;葉穎慧;馬召;彭博;王興蔚
• 申請（專利權(quán)）人: 東北林業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G01N21/359
• 分類號: G01N21/359
• 代理公司: 哈爾濱市偉晨專利代理事務(wù)所(普通合伙)23209
• 代理人: 張?jiān)?/td>

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及森林防火技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種森林死可燃物含水率在線測量裝置及其測量方法。

背景技術(shù)

森林是地球的寶貴財(cái)富，也是生物賴以生存的生態(tài)系統(tǒng)之一，而林火作為突發(fā)性強(qiáng)、破壞性大的自然災(zāi)害之一，不但嚴(yán)重破壞生態(tài)環(huán)境，同時也給人類造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，甚至威脅到人類的生命；森林死可燃物是指林下地表的尚未分解的凋落物,包括落葉和枯枝等；它是森林火災(zāi)發(fā)生的物質(zhì)基礎(chǔ)，其含水率直接影響起火的難易程度，間接影響著火強(qiáng)度、火勢蔓延速度及有效輻射；林內(nèi)活立木類可燃物的含水率變化受自身生理作用的影響較大，受環(huán)境條件影響較小，含水率高，不易燃燒；而以枯落物為主的地表可燃物含水率受環(huán)境條件影響較大，也就是說，通過實(shí)現(xiàn)對森林死可燃物含水率的在線測量，也就能夠預(yù)知在該地點(diǎn)發(fā)生火災(zāi)的難易程度和可能性，即實(shí)現(xiàn)對該地點(diǎn)的森林火災(zāi)預(yù)防。

目前常用的森林死可燃物含水率的測定方法主要由稱重法和預(yù)測法兩類：稱重法是對于森林死可燃物最精確的方法，公式如下：

式中γ代表含水率，

m₁表示鮮重，

m₂表示對死可燃物完全烘干后的干重。稱重法根據(jù)取樣方式分成破壞性和非破壞性兩種。破壞性采樣稱重法一般在野外取樣，帶回實(shí)驗(yàn)室測量森林死可燃物鮮重，經(jīng)干燥箱完全烘干后稱干重，再計(jì)算含水率。雖然此方法測量結(jié)果最準(zhǔn)確，但烘干時間較長，無法實(shí)時得到可燃物的含水率，因此，不能在火險預(yù)報中應(yīng)用。非破壞性采樣稱重法是事先人工制備的死可燃物放到森林環(huán)境中，定時稱量其鮮重，然后計(jì)算含水率。美國采用干質(zhì)量為100g的木棒，稱為濕度棒，放在距地面一定高度的架子上，定期稱量木棒的質(zhì)量，就可以計(jì)算出濕度棒的含水率。但是濕度棒與森林死可燃物的組成、空間結(jié)構(gòu)和所處環(huán)境不同，因此，該法測定的木棒含水率與森林死可燃物的含水率不一樣，兩者之間僅存在一種相關(guān)性，需要提前用實(shí)驗(yàn)法來建立兩者之間的關(guān)系方程，通過方程計(jì)算才能得到地表可燃物含水率。此方法需要每日人龔測量，而且精度不高。還有一種非破壞性采樣稱重法是將一定量的森林死可燃物放在一個容器中，然后放在地表，定期稱重森林死可燃物的鮮重。為了不破壞森林死可燃物的結(jié)構(gòu)，不能提前烘干測干質(zhì)量，只能在工作結(jié)束后將可燃物帶回烘干稱量干重，屆時才能得到觀測時的含水率。該方法也要人工測量，即每次都要將樣本取出稱量，期間還要保證樣本不受損失。此外，這種方法還不能實(shí)時地得到森林死可燃物的含水率，因此，只適合科學(xué)研究，不適合森林火險預(yù)報。

預(yù)測法主要有氣象要素回歸法和平衡含水率法。氣象要素回歸法是通過建立氣象因子與森林死可燃物含水率之間的關(guān)系方程，然后通過這些方程由這些物理量來預(yù)測森林死可燃物的含水率。我國主要采用此種方法來預(yù)報森林火險。

但此方法需要對不同森林分別建立氣象因子與可燃物含水率的關(guān)系，缺乏一定的適用性。美國和加拿大普遍應(yīng)用的方法是平衡含水率法，它是基于時滯和平衡含水率，只要已知可燃物初始含水率，就能在任意時由dM/dt＝(E-M)/τ，M＝E+(M₀-E)e^-t/τ這兩個公式準(zhǔn)確預(yù)測含水率。式中：M為死可燃物含水率；

E為平衡含水率；

t為時間；

τ為時滯；

M₀為可燃物初始含水率。

但上述公式只適用于環(huán)境不變的情況，在自然環(huán)境中，環(huán)境的溫濕度一定是變化的，這樣可燃物的平衡含水率和時滯也會發(fā)生變化，再利用上面的公式就不準(zhǔn)確了。于是需要根據(jù)變化的溫度、濕度和風(fēng)速等氣象因子求出變化的平衡含水率和時滯。

有人曾通過測量可燃物的電導(dǎo)等物理特性來預(yù)測可燃物含水率，但由于森林地表可燃物的組成復(fù)雜，結(jié)構(gòu)不均勻，因此，誤差很大，已很少使用。

另外，在大范圍監(jiān)測地表含水率的方法中，還有一種造價昂貴的遙感估值法。此方法利用衛(wèi)星來直接探測被測植被的含水率。但次方法只能檢測裸露出來的植被含水率，對于落葉等死可燃物有一定的局限性。