GDK: 431.5 Sistemi za oceno nevarnosti gozdnega požara in modeliranje obnašanja gozdnih požarov Systems for the Evaluation of Forest Fire Danger and the Behavior of Forest Fires Tomislav DIMITROV* Izvleček Dimitrov, T.: Sistemi za oceno nevarnosti gozdw nega požara in modeliranje obnašanja gozdnih požarov. Gozdarski vestnik št. 4/1996. V slovenM ščini s povzetkom v angleščini, cit. lit. 5. Kanadski preventivni sistem ocenjevanja poM žarne nevarnosti FWJ (Fire Weather Index) je vkljuM čen v nov sistem napovedovanja obnašanja gozdw nih požarov FBP (Fire Behavior Prediction) zaradi protipožarnega načrtovanja. V Inštitutu požarnih znanosti v Riversidu, CA. {ZDA) razvijajo matew matični model druge generacije. Naloga tega pro- jekta je izdelava integralnega sistema protipožarne zaščite, ki bo vseboval informacije meteorološkega indeksa nevarnosti {FWJ), napovedovanje obna- šanja požara (FBP) in požarnega načrtovanja ob uporabi elektronske in informacijske tehnologije. To pomeni, da bodo protipožarne enote na osnovi informacijskih sistemov v razpršen ih središčih za sprejemanje odločitev dobile vsa potrebna navo- dila, vključno s številom potrebnega osebja in opreme. Sistem ocenjevanja požarne nevarnosti FWI v prihodnosti ne bo izgubil svoje identitete, čeprav bo ostal prikrit z vključevanjem v omenjene si- steme. Ključne besede: požar, varstvo pred požari. 1 UVOD 1 INTRODUCTION Po izkušnjah, ki jih imajo v državah, kjer je gozdni fond pomembno nacionalno bogatstvo, ima preventivna zaščita gozda pred požari pomembno vlogo v sistemu integralnega varstva vključno z ekološko komponento. Preventivna opozorila o vremenskih po- gojih, ki vplivajo na nastanek in širjenje * T.D., dipl. inž., Vladimira Ruždjaka 9c, 10 000 Zagreb, GRO Synopsis Dimitrov, T.: Systems for the Evaluation of For- est Fire Dan ger and the Behavior of Forest Fires. Gozdarski vestnik No. 4/1996. ln Slovene with a summary in English, lit. quot. 5. The Canadian preventive systems of fire risk estimation (FWI- Fire Weather Index) has been incorporated into the new system of forest fire behavior prediction (FBP) due to fire fighting plan- ning. At the Institute of Fire Sciences in Riverside, CA. (SAD) a mathematical model of the second generation is being developed. The task of the project is the elaboration of an integral system of fire fighting protection, which is also going to in- clude information on fire weather index (FWI), the prediction of fire behavior (FBP) and fire fighting planning by means of electronic and information technology. This means that- based on informaw tion systems- fire fighting units in dispersed cenM ters, where decisions are passed, will be able to get alJ necessary instructions, including the number of persons and equipment. The FWI system is going to retain its identity in the future; it will, however, remain hidden by being incorporated into the above mentioned systems. Key words: fire, fire fighting protection gozdnih požarov, pomenijo ogromen pri- hranek za državo in družbo, ker na do- ločenem območju zračne in kopenske enote, ki so organizirane zaradi proti- požarne zaščite, niso nenehno v pripravM ljenosti, ampak jih preventivni sistem opo- zarja, kje je to nujno porebno. Na ta način omogoča sistem za preprečevanje gozdnih požarov doseganje osnovnega cilja: vse razpoložljive enote in opremo uporabiti čim bolj učinkovito in gospodarno. Osnovni principi in metode, ki jih v svetu uporabljajo za prepreprečevanje oziroma ocenjevanje nevarnosti in napovedovanje Gozd V 54,1996 219 Sistemi za oceno nevarnosti gozdnega požara in modeliranje obnašanja gozdnih požarov obnašanja gozdnih požarov, temeljijo na klasifikaciji. gozdnih goriv in oceni vsebnosti vlage. Na osnovi teh podatkov in določenih sistemov izačunavanja dobimo parametre za oceno nevarnosti nastanka gozdnega požara in tako lahko tudi uspešneje pred- vidimo njegovo obnašanje. Omenjeni podatki so uporabni predvsem za izvedbo naslednjih preventivnih ukre- pov: a) dajejo operativne informacije pro- tipožarnim in drugim službam, ki so vklju- čene v gašenje gozdnih požarov in dolo- čajo potek dejavnosti protipožarnih enot; b) opozarjajo širšo javnost na dnevno stopnjo nevarnosti izbruhov gozdnih po- žarov, da bi s tem povečali previdnost pri kurjenju odprtega ognja oziroma kurjenje prepovedali zaradi možnosti ogrožanja materialnih dobrin ali celo človeških življenj. 2 ZGODOVINA RAZVOJA SISTEMA PREVENTIVE PRED GOZDNIMI POŽARI 2 THE HISTORY OF THE DEVELOPMENT OF FOREST FIRE PREVENTION SYSTEM Razvoj sistema za ocenjevanje dnevne stopnje požarne ogroženosti gozda je bila pomembna dejavnost kanadskega goz- darstva od sredine dvajsetih let tega sto- letja. V štirih naslednjih desetletjih so ustvarili štiri neodvisne sisteme za oce- njevanje nevarnosti požarne ogroženosti. Le-te so uporabili v različnih območjih Kanade. Sedanji kanadski sistem ocene požarne ogroženosti (CFFDRS) so začeli oblikovati leta 1968 s sprejetjem obsež- nega modularnega poteka. Na ta način so se različni deli celotnega sistema razvijali in izboljševali neodvisno eden od drugega. Vse komponente kanadskega sistema CFFDRS iz leta 1987 so se pojavile skupaj v izdaji Kanadske gozdarske službe leta 1987. Prvi večji podsistem CFFDRS je bil kanadski sistem meteorološkega indeksa požarne ogroženosti gozdov (FWI - Fire Weather Index), ki so ga najprej uvedli v Kanadi leta 1971, od takrat pa je doživel več verzij. Sistem FWI daje relativne mere vlage goriva in možnosti obnašanja ognja. Sedanja verzija je iz leta 1984 in vključuje 220 Gozd V 54, 1996 najboljše lastnosti prejšnjih sistemov. Drugi večji podsistem CFFDRS so za- snovaii v modularnem poteku raziskav dejanskih lastnosti obnašanja ognja v specifičnih tipih lokalno prevladujočih goriv. 'Indeksi gorenja', ki so jih razvili v se- demdesetih letih, so regionalni dodatki v sistemu FWI. V zgodnjih osemdesetih letih so razvili izpopolnjeni način za napo- vedovanje lastnosti obnašanja požarov v kompleksih specifičnih goriv. Koncept je poznan kot kanadski sistem napovedovanj obnašanja gozdnih požarov (FBP - Fire Behavior Prediction) in je bil leta 1984 razdeljen koristnikom za terenske poskuse. V tej začasni izdaji je dana samo kom- ponenta hitrosti širjenja ognja za 14 glavnih kanadskih tipov goriva, medtem ko so se raziskovanja na preostalih komponentah nadaljevala. Sedanja verzija iz leta 1991 je povečala število tipov goriva na 16, vklju- čuje pa tudi ocene porabe goriva in inten- zitete ognja ter daje obsežne modele za vršni požar ter za povečanje obsega po- žarov. 3 STRUKTURA SISTEMA FBP 3 THE FBP SYSTEM STRUCTURE Vhodi sistema FBP vsebujejo tri večje skupine spremenljivk, ki delujejo na ob- našanje ognja: gorivo, vremenski pogoji in topografija (slika 2). Drugi vhodi, kot so zemljepisna dolžina in širina ter letni čas in datum (le-te potrebujemo za določanje vsebnosti vlage v listju in za določanje poteklega časa vžiga) so vključeni zaradi ocene stanja goriva. FBP sistem sedaj predvideva: - učinek različnega goriva na hitrost širjenja ognja, - porabo goriva zaradi izračuna inten- zitete ognja, -začetek vžiga krošenj, - prehod iz talnega požara v kom- pleksni požar in - obnašanje kompleksnega (vršnega) požara. Sistem FBP je sestavljen iz štirih kom- ponent obnašanja ognja, ki so primarne izhodne enote: hitrost širjenja, poraba goriva, intenziteta čelnega ognja in opis Sistemi za oceno nevarnosti gozdnega požara in modeliranje obnašanja gozdnih požarov Slika 1: Struktura sistema meteorološkega indeksa požara FWI Figure 1: The structure of the of the FWI system Protipožarna meteorološka opazovanja Fire fighting weather monitoring Šifre vlažnosti goriva Fuel moisture codes Indeksi obnašanja požara Fire behavior indices Temperatura Veter Relativna vlaga Wind Veter, Dež Temperature, Relative moisture, Wind, Rain Temperatura Relativna vlaga Dež Dolžina dneva Temperature Relative moisture, Rain, Day's length - t Sifra vlažnosti srednjega goriva (DMC) Medium diameter fue/ moisture code Temperatura Dež Tekoči mesec Temperature, Rain, Current month 1 Šifra vlažnosti grobega goriva (DC) Rough fuel moisture code (DC) Indeks FFMC (Fine Fuel Moisture Code) DMC (Duff Moisture Gode) DC (Drought Gode) požara (!alni ali vršni požar). Sekundarne izhodne enote pomenijo oddaljenost širjenja čelnega ognja, eliptič­ nega požarnega območja in perimetra, hitrosti širjenja bočnega in zadnjega ognja ter ~itrosti povečanja obsega. 4 BAZA PODATKOV SISTEMA FBP Enačbe primarne hitrosti širjenja, kot tudi enačbe primarne porabe goriva za večino tipov goriva v sistemu FBP so razvili na osnovi velike baze podatkov o obnašanju požarov. To bazo podatkov so zbrali na osnovi natančno dokumentiranih ekspe- rimentalnih požarov, ki so jih opravili razi- skovalci požarov kanadskih gozdarjev v sodelovanju s kanadsko agencijo za var- ISI (lnitial Spread Index) BUl (Buildup Indeks) FWI (Fire Weather Index) stvo pred požari, na osnovi dopolnilnih podatkov iz namernih požigov ter na osnovi nekontroliranih požarov velikih razsežnosti. Ta baza podatkov vsebuje trenutno re- zultate opazovanja več kot 300 požarov, zbranih na območju Kanade, ter nekaterih požarov v ZDA v bližini kanadske meje. Vhodne skupine spremenljivk sistema FBP -gorivo Tip goriva je definiran kot "Razpoznavna asociacija kurilnih elementov posebnih zvrsti, oblik, velikosti, porazdelitve in kon- tinuitete, ki kažejo značilno požarno ob- našanje ob definiranih pogojih vžiganja". Sistem FBP uvršča tipe goriv v pet večjih skupin (preglednica 1) izbranih tipov goriv. Uporabnik sistema sam izbere tip goriva, ki je najbolj podoben dejanskim razmeram. GozdV 54, 1996 221 Sistemi za oceno nevarnosti gozdnega požara in modeliranje obnašanja gozdnih požarov Slika 2: Struktura FBP sistema Figure 2: The FBP system structure Tip goriva v sistemu FBP Fue/ type in the FFMC, ISI in BUl hitrost in smer vetra FFMC, /SI and wind speed and direction Odstotek nagiba Višina, širina in dolžina Datum Height, width andlenght Date Minuli čas Točkovni ali linijski vžig Timepassed (Point) or line FBPsistem BUl 1 Smer nagiba navzgor lnclination percentage Uphil/slope ignition 1 direction ~ Vsebnost vlage v Tip in trajanje Goriva Vreme Topografija listju napovedi Fue/s Weather Topography Moisture content Estimate's type in lea ves and duration 1 1 1 1 KANADSKI SISTEM OCENJEVANJA OBNAŠANJA GOZDNEGA POŽARA THE GANA DIAN SYSTEM OF FOREST FIRE BE HA V/OR ESTIMA TION Primarne Primary indices Hitrost širjenja Poraba goriva Intenziteta čelnega ognja Opis požara (sežgani deli krošenj in tip ognja) Spreading speed Fuel consumption lntensity of front fire Fire description (burnt tree crown parts and fire type) Seznam goriv predstavlja celoto pogojev pri kanadskih tipih goriv glede na obstoječo bazo podatkov obnašanja požarov. Baza se bo izboljševala in širila glede na dotok razpoložljivih podatkov. Tipi goriv se v sistemu FBP opisujejo kvalitativno, medtem ko opisujejo pojmi strukturo sestojev, površinska goriva in goriva, razporejena po slojih, kot tudi mrtvi organski sloj odpadlega listja. Opisi goriv niso vedno podrejeni obrazcem gozdne inventure, ampak dovoljujejo dopisovanje vnetljivega materiala specifičnega terena. -vreme Skupina vhodnih spremenljivk za oceno vremenskih pogojev zajema hitrost in smer vetra, komponente FFMC (vsebnost vlage 222 Gozd V 54, 1996 Sekundarne Secundary indices Oddaljenost širjenja čelnega, bočnega in povratnega ognja Hitrost širjenja bočnega in povratnega ognja Eliptična področje požara in obseg Hitrost rasti obsega Razmerje dolžina/širina požara A distance from front, side and recurrent fire Front, side and recurrent fire' s spreading speed Elliptic fire area and perimeter Perimeter growth 's spe ed Fire /ength/width ratio v finem gorivu), ISI (indeks začetnega širjenja ognja) in BU 1 (indeks kopičenja goriva) iz sistema FWI. Novi tehnološki dosežki, kot so elektronsko zbiranje me- teoroloških podatkov in možnosti prenosa v realnem času, so prispevali k temu, da so postale tabele s prilagojenim FFMC, ki jih še najdemo v začasni verziji iz leta 1984, popolnoma odveč. - topografija Učinek naklona terena je bistven za širjenje ognja. Obstajajo različne metode za določanje odstotka naklona. Najbolj enostaven način je meritev intervala izohips na mestu nastanka gozdnega po- žara, pri čemer se uporablja odstotek naklona za izračun hitrosti širjenja ognja. Sistemi za oceno nevarnosti gozdnega poi:ara in modeliranje obnašanja gozdnih požarov Druga metoda temelji na računalniških podatkih o topografiji varovanega območja. - vsebnost vlage v listju Vsebnost vlage v iglicah pomembno vpliva na dve lastnosti obnašanja ognja v gozdovih iglavcev: na začetek vžiga in na hitrost širjenja ognja v krošnjah. Vsebnost vlage variira med minimalno vrednostjo 85% in maksimalno 120%, odvisno od letnega časa. Obdobje relativne vrednosti spomladi in zgodnjega poletja upoštevamo kot spomladanski maksimum. Razvili so metodo za ocenjevanje vseb- nosti vlage v listju na osnovi enostavnih vhodov, kot so datum, zemljepisni položaj in višina. V prihodnosti bodo modele vlage živega goriva gotovo še izboljšali, podobno pričakujemo tudi za modele vlage mrtvega goriva. Skratka, pričakujemno boljše ra- zumevanje in modeliranje učinkov živih rastlin na obnašanje gozdnih požarov. Preglednica 1. Tipi goriv v FBP Table 1: Fuel types in FBP Skupina/Identifikator Grouplidentifier Opisno ime Descriptive name 5 UPORABA SISTEMA FBP PRI PRE- PREČEVANJU GOZDNIH POŽAROV V SLOVENIJI IN NA HRVAŠKEM 5 THE USE OF THE FBP SYSTEM IN THE PRE- VENTION OF FOREST FIRES IN SLOVENIA AND CROATIA V preteklih 14 letih so na podlagi me- teoroloških podatkov in razvojnih faz rastlin z metodo iz nekdanje vzhodne Nemčije (WBKZ - Waldbrand-Kennziiffern) ovre- dnotil! indeks nevarnosti požarov za po- samezna območja Slovenije. Zaradi pri- merjave je Hidrometeorološki zavod Slo- venije izračunaval tudi indeks nevarnosti po sistemu FWI. Na Hrvaškem so indeks nevarnosti gozdnih požarov izračunavali le na osnovi FWl sistema, prilagojenega podnebju dela primorskega krasa. Stopnje nevarnosti so izračunaval! na osnovi podatkov in meritev določenih me- lglavci Coniferous trees C1 Gozdovi z smreko in lišaji C2 C3 C4 C5 C6 C7 Listavci Deciduous trees 01 Sestoji smreke na borealnem območju Zreli Banksov ali kalifornijski bor Nezreli Banksov ali kalifornijski bor Rdeči in beli bor Nasadi iglavcev Gozdovi dugalzije in P. ponderosa Brezlistni topol Mešani gozdovi iglavcev in listavcev Mixed forests of coniferous and deciduous trees Mi Mešani gozdovi na borealnem območju- brez listja M2 Mešani gozdovi na bo realnem območju- zeleni M3 Mešani gozdovi mrtve A. balsamea- brez listja M4 Mešani gozdovi mrtve A. balsamea- brez listja Lesniopad Woodrefuse St S2 S3 Odprto Open 01 O pad Banksovega ali kalifornijskega bora O pad smreke aliA. balsamea Opad obalne cedre, tsuge in duglazije Trava Gozd V 54, 1996 223 Sistemi za oceno nevarnosti gozdnega požara in modeliranje obnašanja gozdnih požarov teoroloških elementov, dobljenih podatkov iz klasične mreže meteoroloških postaj dela primorskega krasa. Ta ne ustreza popolnoma specifičenmu namenu varstva pred požari, ker je pokritost rizičnih območij na Hrvaškem nezadostna. Za uvajanje sistema FBP za predvi- devanje obnašanja gozdnega požara kot tudi za učinkovito načrtovanje njegovega gašenja je v prvi vrsti potrebna vzpo- stavitev mreže meteoroloških postaj, ki zagotavlja stalne meritve relevantnih me~ teoroloških elementov. Potem je potrebno prilagoditi vhodne skupine spremenljivk v sistem FBP na naslednje načine: -goriva: potrebno je sistematizirati mno~ žice goriv ob Jadranski obali in določiti prilagoditve zaradi razlik v tipih goriv si- stema FBP, - vrer:ne: potrebni so podatki o hitrosti in smeri vetra ter o komponentah FFMC, ISI in BUl iz sistema FWI v realnem času. Aktivni opazovalni položaji automatskih meteoroloških postaj, predvsem na Hrva- škem, morajo biti v prvi vrsti na že ugo- tovljenih klima-požarnih območjih v Dal- maciji in Istri. - topografija: potrebno je izdelati pro- gramske pakete s topografijo priobalnega dela Jadrana z otoki, - vsebnost vlage v listju: potrebno je preučiti živa in mrtva gozdna goriva, nji- hovo vnetljivost in gorljivost ter vsebnost vlage v listju vegetacije na priobalnem delu Jadrana z otoki. V ta namen je potrebno oživiti zgrajeni eksperimentalni laboratorij v Makarski. Lahko uporabimo tudi peto komponento sistema FBP, ki predvideva vzdrževanje gozdne združbe v določeni stopnji suk- cesije z rednim namernim sežiganjem organskih komponent in jo bomo uporabili v praksi takoj, ko bodo to metodo sprejeli tudi gozdarski strokovnjaki. Povzetek Opisana verzija sistema FBP iz leta 1991, ki je rezultat 25-letnih raziskav požarnih raziskovalcev kanadskega gozdarstva in agencije za varstvo pred požari, daje naprimernejše informacije o obna~ šanju požarov v Kanadi. Njihovo zasledovanje in dokumentacija gozdnih požarov je osnova za kri- tično preverjanje obstoječega stanja ter daje ključ­ ne informacije za razvoj modela. 224 Gozd V 54, 1996 Zaradi razvoja in uporabe novih sistemov za zaščito gozdov pred požari je v Slovenij in na Hrvaškem nujno uporabiti poleg lastnih tudi izkuš~ nje požarnih znanosti drugih mediteranskih držav, s podobno klimo in vegetacijo. Za uvedbo sistema FBP je nujna uvedba avtomatskih meteoroloških postaj ob centralizirani protipOžarni službi, ki bi delala na osnovi integriranega računalniško in- formacijskega sistema. Na Hrvaškem je glede na razpotegnjeno in z gozdnimi požari ogroženo ob~ mačje, potrebna logistična podpora razpršenih cen- trov za sprejemanje odločitev. Takšna organizacija je nujna zaradi možnosti reagiranja v realnem času, kadar so življenja in dobrine ogroženi zaradi gozdnega požara, ter zara- di učinkovitega obvladovanja požara. Summary The described version of the FBP system from 1991, which is the result of 25- year- research of fire fighting researchers in Canadian forestry and the Agency for Fire Fighting Managing, presents the most suitable information on the behavior of forest tires in Canada. The following thereof and respective documentation represent a basis for critical testing of the present situation and offer the key information regarding the model develop- ment. Due to the development and application of new systems regarding forest protection against fires Slovenia and Croatia must- apart from the ir own experience- make use of fire sciences in other Mediterranean countries with similar climate and vegetation. The introduction of automatic weather stations and a centralized fire fighting service based on an integral computer information sys- ... tem are the preconditions for the introduction of the FBP system. Due to a large area jeopardized by forest fires, logistic support of dispersed centers for passing decisions is necessary in Croatia. Such organization would enable a prompt reac- tion in situations when human lives and property are endangered due to forest fi res; all this would also contribute to effective coping with forest fire. Literatura 1. Bertovič, in dr., (1987): Osnove zaštite šume od požara, CiP, Zagreb. 2. Fosbereg, M.A. (1987): Forecasting, Fore- casting, Presented at the Symposium of Wildland Fire 2000, South Lake Tahoe, CA. 3. Lawson, 8. D. (1977): Fire Weather Index, Canadian Forest Service, BG-P-17, Victoria B.C. 4. Pečenko, A.: Požari v naravi v letu 1992, Conference on Fire Protection in the Natural Envi- roment, 1993, Bled, Slovenija. 5. Van Wagner, C.E. at all (1992): Develop- ment and Structure of the Canadian Forest Fire Behavior prediction System, Information Report ST-X-3, Forestry, Canada, Ottawa.