Αναλυτικές και άλλες εργαστηριακές δοκιμασίες για τον καθορισμό δεικτών ευφλεκτότητας δασικών υλών, επιλεγμένων από ζώνες μίξεως δάσους-κατοικιών του λεκανοπεδίου Αττικής σε συνάρτηση με τις τοπογραφικές και μετεωρολογικές συνθήκες

Abstract

The objective of the present PhD study is to determine risk indices to prevent and fight forest fires in the Wildland/Urban Interface (WUI) area Thrakomakedones (Athens, Greece), using analytical methods and lab-scale techniques, in connection with the topographic and meteorological data. The objective of the first work is to determine the forest species relative particle foliar combustibility, using thermal analysis (TG, DTG and SDTA) under oxygen atmosphere, calorimetry and a new lab-scale flame spread test. Based on the thermal-calorimetry analysis and flame spread test data, the examined forest species were ranked into categories. Thus, the most combustible fuel was Pinus halepensis and the least one was Cistus incanus. A method was developed to measure the relative particle ignitability (spontaneous and pilot) of forest species using thermogravimetry (TG/DTG) and limiting oxygen index (LOI) techniques. The relationships of spontaneous with pilot ignition and ignitability with other flammability parameters (i.e., combustion duration), were investigated. Based on the above ignitability measurements the examined forest species were ranked into categories. Thus, the most ignitable fuel was forest litter and the least one Pistacia lentiscus. Moreover, the particle and plant flammability of various forest species have been determined, using analytical and lab-scale tests. The analytical technique chosen was differential thermogravimetry (DTG), under air flow conditions, and the lab-scale ones were limiting oxygen index (LOI) and flame spread tests. Based on the above techniques, a method was developed for measuring all particle and plant flammability parameters: ignitability, combustibility, sustainability and consumability. Comparing the particle with the plant flammability we found that particles are more flammable than the leaves. However, the relative particle flammability is very close to the relative plant flammability. The main purpose of the last work is to evaluate and combine various thermochemical parameters deriving from lab scale, analytical scale fire tests and field data (i.e., calorific values, flame spread rate at different inclinations, flame intensity values, meteorological data, elementary chemical composition and heavy metal contents) for determining risk indices to prevent and fight forest fires in the Wildland/Urban Interface (WUI) area Thrakomakedones (Athens, Greece). Two indices were calculated: (a) Bioclimatic Flammability Index (BFI), based on meteorological data and calorific values and (b) Flammability Inclination Index (FII), based on flame spread rate values at different inclinations. The resulting indices can be very useful to estimate fire hazard and fight forest fires effectively

Ο προσδιορισμός δεικτών ευφλεκτότητας δασικών υλών, σε συνάρτηση με την τοπογραφία και τη μετεωρολογία, για μια ζώνη μίξεως δάσους-κατοικιών του λεκανοπεδίου Αττικής, με τη βοήθεια αναλυτικών εργαστηριακών μεθόδων, είναι ο κύριος σκοπός της μελέτης. Στον πρώτο κύκλο εργασιών προσδιορίστηκε η σχετική σωματιδιακή καυσιμότητα (combustibility) φυλλώματος δασικών υλών, χρησιμοποιώντας θερμική ανάλυση σε ατμόσφαιρα οξυγόνου, θερμιδομετρία και μια νέα εργαστηριακή μέθοδο διάδοσης φλόγας. Βάσει των δεδομένων της θερμικής-θερμιδομετρικής ανάλυσης και της δοκιμασίας διάδοσης φλόγας, τα δασικά είδη που εξετάστηκαν κατατάχθηκαν σε κατηγορίες, όπου το πλέον καύσιμο είδος βρέθηκε ότι είναι το Pinus halepensis και το λιγότερο το Cistus incanus. Στον δεύτερο κύκλο εργασιών αναπτύχθηκε μια μέθοδος για τη μέτρηση της σχετικής σωματιδιακής αναφλεξιμότητας (ignitability), πιλοτικής και αυτανάφλεξης, των δασικών ειδών, χρησιμοποιώντας τις τεχνικές της θερμοβαρυμετρικής ανάλυσης (TG/DTG) και του δείκτη ελαχίστου οξυγόνου (LOI). Συσχετίστηκαν οι παράμετροι αυτανάφλεξη με την πιλοτική ανάφλεξη, που παρουσιάζουν μια αντιστόφως ανάλογη συσχέτιση, καθώς και η αναφλεξιμότητα (ignitability) με άλλες παραμέτρους της ευφλεκτότητας. Συμπερασματικά, το πιο αναφλέξιμο είδος βρέθηκε ότι είναι ο δασικός τάπητας και το λιγότερο ο σχίνος. Στον τρίτο κύκλο εργασιών προσδιορίστηκε η σωματιδιακή και φυτική ευφλεκτότητα (flammability) διαφόρων δασικών ειδών, χρησιμοποιώντας αναλυτικές και εργαστηριακές δοκιμασίες. Βάσει των πειραμάτων αναπτύχθηκε μια μέθοδος για τη μέτρηση όλων των παραμέτρων της ευφλεκτότητας. Συγκρίνοντας την σωματιδιακή με τη φυτική ευφλεκτότητα παρατηρήσαμε ότι τα σωματίδια ήταν περισσότερο εύφλεκτα από τα μέρη των φύλλων. Παρόλα αυτά, η σχετική σωματιδιακή ευφλεκτότητα σχετίζεται αναλογικά με τη σχετική φυτική ευφλεκτότητα. Στον τέταρτο κύκλο εργασιών παρουσιάζεται μια μέθοδος για τον υπολογισμό δεικτών επικινδυνότητας, που συνδυάζει τις διάφορες θερμοχημικές παραμέτρους που αντλούνται, με αναλυτικής και εργαστηριακής κλίμακας δεδομένα της ευφλεκτότητας: θερμιδικό περιεχόμενο, ρυθμό διάδοσης φλόγας σε διαφορετικές κλίσεις, τιμές έντασης φλόγας, με μετεωρολογικά δεδομένα και στοιχειακή χημική σύσταση. Υπολογίστηκαν δυο δείκτες: (α) ο Δείκτης Βιοκλιματικής Ευφλεκτότητας (BFI), που βασίστηκε σε μετεωρολογικά στοιχεία και σε θερμιδομετρικές τιμές και (β) ο Δείκτης Ευφλεκτότητας Κλίσης (FII), που βασίστηκε σε τιμές ρυθμού διάδοσης φλόγας σε διαφορετικές γωνίες κλίσης. Οι δείκτες αυτοί μπορούν να προσδιοριστούν σε οποιαδήποτε ζώνη μίξης δάσους-κατοικιών.