فایل شبیه سازی گسترش آتش سوزی با مدل سطح آتش FARSITE

توضیحات

فایل شبیه سازی گسترش آتش سوزی با مدل سطح آتش FARSITEاین 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 شکل ‏5‑2 (گسترش سطح آتش­سوزی نسبت به زمان در شرایط محیطی یکسان 63 شکل ‏5‑3 ( نحوه گسترش جبهه آتش در شرایط ماده سوختنی یکسان 64 شکل ‏5‑4 ( نحوه گسترش جبهه آتش در شرایط ماده سوختنی مختلف 66 شکل ‏5‑5 ( شبیه­سازی آتش­سوزی رخ داده در آذر 1389..................... 69 شکل ‏5‑6) آتش­سوزی شبیه­سازی شده و آتش­سوزی موجود (منحنی­های گسترش آتش) 70 شکل ‏5‑7) پراکنش نقاط آتش­سوزی تصادفی در منطقه...................... 74 شکل ‏5‑8) نمونه­های شبیه­سازی شده از آتش­سوزی­های بالقوه.... 75 شکل ‏5‑9 ( پهنه­بندی از نظر خطر گسترش آتش..................................... 76 شکل ‏5‑10) نقش مدل ماده سوختنی درتعیین نقشه پهنه­بندی..... 78