刘培兴+何莹泉+陈钰皓+刘锡辉+赵艳

摘要：通过对安装高度为1.25 m、1.65 m、1.90 m、2.35 m、3.20 m喷头的喷淋射程和喷淋均匀度进行的测试，发现了在设置的防火林带中，喷头的喷淋效果受郁闭度、树高、冠幅、地形、坡度等因素影响较大。在实验林中的测试结果表明：高度为1.65m喷头喷淋均匀，喷淋效果最佳。

关键词：防火林带；喷头；安装高度；喷淋效果；均匀度

中图分类号：S762.3

文献标识码：A 文章编号：1674-9944（2017）07-0193-04

1 引言

随着社会发展和林业经营管理方式的改变，森林火险等级不断提高。森林公园的可燃物载量大[1]，一旦发生火灾，将造成财产损失，威胁游人安全[2]。利用水灭火是最原始的灭火方法，具有效率高、成本低、安全性好、灭火彻底、不留隐患、不易复燃的特点，是广泛使用的扑火技术手段[3]，也是林业发达国家首选的森林火灾扑救方法[4]。为在林地中开展以喷淋水阻隔林火和扑灭林火的研究，本实验在林内带状铺设喷淋系统，通过喷头将水均匀地喷洒在树叶、树枝、树干、地上枯落物上，提高林带内可燃物的含水率和环境湿度，降低可燃物燃点，达到防火和灭火的目的。特别在高危森林火灾时期通过对防火林带进行喷淋灌溉，能大幅提高防火林带的防火能力[5]。本实验设置了旋转喷头，在林地内旋转喷射水流，通过测量喷水流的射程和地面上水的均匀度来说明喷淋的效果，通过测试不同安装高度的喷头喷出水柱的射程和均匀度，确定喷淋效果最佳的喷头高度。

2 材料与方法

2.1 实验基地概况

本实验地点在东莞市大屏嶂森林公园中部的佛坳景区内，该林分以荷木、马占相思、大叶相思等树种为主，林下还有三桠苦、鸭脚木、九节、五指毛桃、草珊瑚等灌木，是多树种混交林，该林分郁闭度在0.6以上，主要树木平均胸径14.3 cm，平均树高10.5 m，平均冠幅3.3 m。防火林带不同样点山体上侧坡度角在16～27°之间，下侧坡度角在17～35°之间。

在林中设置长度约300m的喷淋实验管线，在供水主管上安装喷淋系统，喷淋系统包括喷头、喷头立管、阀门井、高位水池等。设置喷头15个，喷头通过对应的立管与给水主管连通，在给水主管道上安装3套压力表，以监测喷淋系统动态压力。

2.2 实验材料

DN80-DN40热镀锌给水主管，DN25热镀锌立管，46H喷头，压力表，控制阀，激光测距仪，接水塑料盒，称重天平等。

2.3 实验方法

选取林相、地理位置、坡向、朝向、海拔等均接近的A、B、C三点上喷头作为测试对象（图1）。在每个喷头位置设样地（22 m×12 m），在不同方向布置24个塑料样盒收集喷淋的水量（图2、3）。

测试时，分别在A、B、C点位安装高度为1.25 m、1.65 m、1.90 m、2.35 m、3.20 m喷头立管进行喷水试验，记录每次喷淋时间，用天平称测量24个样盒内所接纳的水量；用激光测距仪测量8个方向喷淋喷洒能到达的有效距离，记录测量地坡度。

3 结果与分析

3.1 不同喷淋高度对喷水距离的影响

3.1.1 A、B、C轴实测数据

A、B、C轴实测数据见表1。

3.1.2 喷淋射程实测分析

1方向实测最大2个喷水射程分别是：3.20 m喷头（18.1m），1.65 m喷头（16.8 m）；2方向实测最大2个喷水射程分别是：3.20 m喷头（20.1m），1.90 m喷头（19.1 m）；3方向实测最大2个喷水射程分别是：3.20 m喷头（21.9m），1.90 m喷头（21.8 m）；4方向实测最大2个喷水射程分别是：3.20 m喷头（19.5m），1.90 m喷头（19.2 m）；5方向实测最大2个喷水射程分别是：3.20 m喷头（19.5 m），1.25、1.65 m喷头（21.8 m）并列；6方向实测最大2个喷水射程分别是：3.20 m喷头（19.8 m），1.90 m喷头（18.3 m）；7方向实测最大2个喷水射程分别是：1.25 m喷头（20.4 m），1.65 m、2.35 m喷头（20.2 m）并列；8方向实测最大2个喷水射程分别是：3.20 m喷头（18.8 m），2.35 m喷头（17.5m）。

8个喷水方向，每个方向取喷水最远点和次远点，共18个点（含2个并列点），其中3.20 m喷头有7个点，占38.9%；1.90 m喷头有5个，占27.8%；1.25 m、1.65 m、2.35 m喷头各有2个，各占11.1%。最佳为3.20 m喷头，其次1.90 m喷头。

剔除3.20 m喷头后，同样是8个喷水方向，每个方向取喷水最远点和次远点，共20个点（含4个并列点），其中1.90 m喷头有8个，占40.0%；1.25 m、1.65 m喷头各有5个，各占25.0%； 2.35 m喷头各有2个，各占10.0%。最佳为1.90 m喷头，其次为1.25 m、1.65 m喷头。

在防火林带中喷淋时，喷头受森林郁闭度、树高、冠幅、地形、坡向、坡度、风向、风速、喷头与树的距离、喷头与树冠的距离等诸多因素影响，并非喷头安装高度越高，射程越远。

3.2 不同喷淋高度对洒水量的变化

在喷头自转5圈喷洒喷淋样盒后，在1.25 m、1.65 m、1.90 m、2.35 m、3.20 m高喷头立管中，对比各高度喷头喷淋数据分析：1.65 m高喷头立管喷淋到样盒内总水重量为615.70 g，不是总水重量最多的一种类型，但用时最短，平均每分钟水重量是最多一种类型，为68.13 g/min，并且各样盒平均每分钟水重量最均匀，标准差系數最小，为0.76，离散程度最小，从以上两个数据指标分析，1.65 m高喷头喷洒落地水效率最高，喷洒均匀程度也最好（表2、表3）。

从三维及平面图可知，各种类型喷头立管林地上样盒每分钟水重量最大值集中在6、7号样盒，样地总体水重量分布集中在样地的前3排、围绕喷头的样盒1-12号，离喷头越远，单个样盒获得的水重量越少；随着喷头立管不断升高，离喷头越远，同一排样盒内水重量越均匀，与树高、郁闭度有关，被林冠层遮挡，落下样盒内的水重量相近；通过对比，发现只有1.25 m、1.65 m喷头立管这两种类型样盒内喷淋水重量在2.01～4 g/min范围内到达5排，1.65 m喷头立管样盒内喷淋水重量在4.01～6 g/min范围内有6个样盒，比1.25 m喷头立管样盒内喷淋水重量在此范围内多3个样盒，因此，每min落在1.65 m高喷头立管样盒上的水重量会多一点（图4、图5）。

3.3 不同坡度的山地环境及林分状况对喷淋效果的影响

各轴线不同安装高度喷头实测射程范围见表4。

3.3.1 林带上坡侧（1方向）坡度角与射程变化关系

A、B、C三样点坡度角分别为27°、16°、18°，即∠A>∠C>∠B。在无林木遮挡情况下，上坡侧坡度角越小射程越远，即B样点射程>C样点射程>A样点射程。但在防火林带中，由于树木的存在，对照表4中1方向5组不同高度喷头的数据，只有3.20 m喷头符合以上关系，其余4组数据（占80%）不符合以上关系。

3.3.2 林带下坡侧（5方向）坡度角与射程变化关系

A、B、C三样点坡度角分别为21°、35°、17°，即∠B>∠A>∠C。在无林木遮挡情况下，下坡侧坡度角越大射程越远，即B样点射程>A样点射程>C样点射程。但在防火林带中，由于树木的存在，对照表4中5方向5组不同高度喷头的数据，全部（占100%）不符合以上关系。

3.3.3 林带上坡侧（1方向）与下坡侧（5方向）射程变化关系

在无林木遮挡情况下，下坡侧（5方向）喷水射程要大于上坡侧（1方向）。但在防火林带中，由于树木的存在，表4中对比1方向与5方向15组数据，发现：1.25 m喷头B样点，1.65 m喷头B、C样点，2.35 m喷头B、C样点，3.20 m喷头B、C样点，共7个样点（占47%）是上坡侧（1方向）喷水射程比下坡侧（5方向）要远，不符合以上关系。

林地坡度对喷淋射程的影响，上坡喷淋一定会减少喷淋水平距离射程，但上坡喷淋水流是从下往上喷，水射流会躲开树冠对水流的遮挡，会有主射流在树木枝冠下通道喷洒，阻挡物相对较少，造成水流气流合一的顺上坡的水流气流爬升效应，而使得喷淋射程加大。下坡喷淋按原假设应该比上坡远才合理，但实验结果并非如此。下坡喷淋水流从上往下喷，喷头主射通道会与树木茂密树冠重合，喷淋水流受到树冠的阻挡影响会较大，喷头较远的一些水流水量是打到树枝树冠滴撒下地面，未能喷射的更远。同样道理，坡度角大小对喷射水流射程的影响，也不及树木茂密树冠的影响大，当水流能穿透树冠的空隙，喷射水流射程会更远。

3.4 林带不同林分状况对喷淋效果的影响

在林地内喷淋射程与空地上有如此大差异，最大原因是受到林分状态的影响，包括林分的郁闭度、密度、树木胸径、冠幅、树冠离地高度、树叶的密度、树身与喷头的距离等因素。林分郁闭度大、树木株数多、树木胸径大、冠幅大、树冠离地低、树叶茂密、树身离喷头近等情况，会造成喷淋阻力大，水流难喷射得更远，造成喷淋射程小，喷淋不均匀，喷淋效率低；反之射程更远，更均匀，效率更高。因此在选择喷头安装高度时，应实地考察林分状况，重点是选择能使喷射水流避开树干、树冠层遮挡的喷头，从而减少阻力，以求获得水流射程更远、更均匀、更高的效率。

4 结论与讨论

（1）本实验测试了安装高度1.25 m、1.65 m、1.90 m、2.35 m、3.20 m喷头的喷水射程和喷洒均匀度，实验结果证实安装高度1.65 m的喷头，喷洒均匀度最高且喷水射程较远。

（2）防火林带喷头安装高度的选择，受森林郁闭度、树高、冠幅、地形、坡向、坡度等诸多因素影响，实际喷淋效果与厂家提供的使用参数有较大出入，因此在施工安装之前，应做好现场调查，有条件可实地做实验再安装，才能取得较佳效果。

（3）本实验使用的喷头是外购商品喷头，仅就不同安装高度进行实验，由于喷头的喷射角度、孔径等参数固定不可调节，为获得防护林带喷淋最佳效果，可与喷头厂家联合做更多实验工作。

参考文献：

[1]李小川，王振师，李兴伟，等.广东森林消防立体灭火技术研究与应用[J].广东林业科技，2013，29（3）：13～20.

[2]丁显孔.城市森林公园消防规划设计[J].消防技术与产品信息，2008（2）：5～7.

[3]谭尔林.以水灭火在扑救森林火灾过程中的运用探要[C]//森林防火（消防）专业委员会.第二届中国林业学术大会森林防火分会场论文集.南宁：森林防火（消防）专业委员会，2009：152～155.

[4]陆国锋.森林防火通道水消防系统的设计[J].中国给水排水，2008，24（20）：27～30.

[5]陳雄伟，何莹泉，陈钰皓，等.大屏嶂森林公园消防系统设计[J].广东林业科技，2014，30（2）：63～68.