وزارت علوم، تحقیقات و فناوری

 

دانشگاه شهید بهشتی

 

دانشکده علوم زمین

 

گروه آموزشی سنجش از دور و GIS

 

پایان نامه جهت اخذ درجه کارشناسی ارشد MSc

 

رشته سنجش از دور و سیستم اطلاعات جغرافیایی – منابع آب و خاک

 

عنوان:

 

شبیه ­سازی گسترش آتش­ سوزی با استفاده از مدل

 

شبیه­ ساز سطح آتش (FARSITE)

 

 (مطالعه موردی: جنگلهای شهرستان نکا)

 

اساتید راهنما:

 

دکتر علی­اکبر متکان – دکتر علیرضا شکیبا

 

استاد مشاور

 

مهندس بابک میرباقری

 

نیم سال دوم تحصیلی 92-91

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

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 زمینه­ 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

یک مطلب دیگر :

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