兴安落叶松人工林采伐迹地燃烧特性的研究

摘要

燃烧是一个复杂的理化过程，其发生和发展具有随机性和不可控性。兴安落叶松(Larix gmelinii)人工林是大、小兴安岭主要的林区类型，因其伐根和枝丫残留大量油脂而异于其他种类，经采伐作业后，上层遮掩消失使采伐迹地光照强度和通风度大大提高，加上落叶松油脂含量高等因素促使采伐剩余物迅速演变为易燃物，森林火灾的危险性随之增大，特别在大风干燥的季节，极易引发火灾，造成严重的经济损失，因此对采伐迹地燃烧特性的研究是很有必要的。
　　本文介绍了兴安落叶松人工林采伐迹地燃烧的基础理论，包括采伐迹地燃烧条件、燃烧过程、燃烧特性的研究与数值计算等。经实地勘查后布置燃烧床，对采伐剩余物进行了燃烧实验，以风速、表层可燃物含水率、现场温度、坡度为因素，温度变化、燃烧蔓延速度、火线强度为特性指标设计L9(34)正交试验。实验结果表明:风速对火蔓延速度及火线强度的影响较为明显，随其增加两指标明显增加;表层含水率对最高温度、火蔓延速度及火线强度的影响较明显，随其增加三指标均降低;现场温度对最高温度有明显影响，随现场温度升高，最高温度增加;坡度对最高温度、火蔓延速度及火线强度均有影响，随坡度的增加，最高温度增加、火蔓延速度加快、火线强度加强;燃烧过程中最高温度达498℃左右，平均火蔓延速度最大为2.64×10-2m/s，最小为1.64×10-2m/s，火线强度最高达2857.98kW/m。由综合分析结果可知:风速及表层含水率是影响剩余物燃烧的主要因素，风速为5m/s、表层含水率为10％时权重最大。采伐剩余物全部移出，可燃物含水率小于10％时不能燃烧，火险程度最低。燃烧对落叶松人工林采伐迹地土壤结构、土壤肥力及各有机物含量的变化都有很大影响，火烧采伐迹地后土壤容重降低，且表层土壤容重降低率高于深层土壤，土壤pH值上升，有机质含量降低，土壤氮含量降低，0-5cm土壤层含N量降幅最大为73.2％，不同土壤层速效磷含量均有不同程度的增加，0-5cm土壤层速效磷增幅为20.5％，5-10cm增幅为30.8％，10-15cm增幅为21.4％。采伐剩余物密度、含水率越大，其对点火源热能的要求越高且不易持续燃烧，比表面积越大越容易被点燃且燃烧速度也快，燃烧的发热量随可燃物灰分含量的增加而降低，随抽提物含量的升高而增加。氧浓度、环境温度、风、空气湿度等是影响采伐剩余物燃烧的主要环境因素，且各因素之间是相互联系、相互影响制约的，氧浓度、环境湿度、风速、环境压力越大，空气湿度越小，越有助于燃烧。

目录

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外方面

1．2．2 国内方面

1．3 研究方法、内容及意义

1．3．1 研究方法及内容

1．3．2 研究意义

2 兴安落叶松人工林采伐迹地燃烧基础理论

2．1 燃烧条件

2．1．1 燃烧的必要条件

2．1．2 燃烧的充分条件

2．2 采伐迹地引发火灾的因素

2．3 采伐迹地的燃烧过程

2．4 燃烧反应速率及其影响因素

2．4．1 化学反应速率公式

2．4．2 影响化学反应速率的主要因素

2．5 燃烧过程的热量传递

2．6 本章小结

3 兴安落叶松人工林采伐迹地燃烧实验研究

3．1 人工林采伐剩余物燃烧特性实验模型

3．2 测试方法

3．3 燃烧特性的研究与数值计算

3．3．1 温度场

3．3．2 火蔓延速率的计算

3．3．3 火线强度的计算

3．4 实验方案

3．5 本章小结

4 实验结果及分析

4．1 温度场分析

4．1．1 温度场变化趋势

4．1．2 最高温度

4．2 火蔓延速度分析

4．3 火线强度分析

4．4 综合分析

4．5 兴安落叶松人工林采伐迹地火险等级的划分

4．6 燃烧对采伐迹地土壤特性的影响

4．7 兴安落叶松人工林采伐迹地燃烧影响因素分析

4．7．1 采伐剩余物性质

4．7．2 环境因素

4．8 本章小结

结论

结论

展望

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢

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