Γ' ΚΟΙΝΟΤΙΚΟ ΠΛΑΙΣΙΟ ΣΤΗΡΙΞΗΣ

Transcript

1 Γ' ΚΟΙΝΟΤΙΚΟ ΠΛΑΙΣΙΟ ΣΤΗΡΙΞΗΣ Τίτλος Υποέργου : ΣΧΕΔΙΑΣΗ ΧΑΡΤΩΝ ΜΕ ΔΕΙΚΤΕΣ ΕΠΙΚΙΝΔΥΝΟΤΗΤΑΣ ΣΕ ΖΩΝΕΣ ΜΕΙΞΕΩΣ ΔΑΣΟΥΣ-ΚΑΤΟΙΚΙΩΝ ΣΤΟ ΛΕΚΑΝΟΠΕΔΙΟ ΑΤΤΙΚΗΣ, ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΑΝΑΛΥΤΙΚΩΝ ΚΑΙ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΩΝ ΤΕΧΝΙΚΩΝ, ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΝΤΙΜΕΤΩΠΙΣΗ ΔΑΣΙΚΩΝ ΠΥΡΚΑΓΙΩΝ ΜΕ ΧΗΜΙΚΑ ΜΕΣΑ Κωδικός υποέργου : 03ΕΔ 121 Μέτρο : 8.3 Εργο/Δράση : Αρμόδια Διεύθυνση ΓΓΕΤ : ΔΙΕΥΘΥΝΣΗ ΥΠΟΣΤΗΡΙΞΗΣ ΕΡΕΥΝΗΤΙΚΩΝ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΩΝ Παραδοτέο Α.5 Διδακτορική Διατριβή του Τηλέμαχου Κακαρδάκη με τίτλο: "Αναλυτικές και άλλες εργαστηριακές δοκιμασίες για τον καθορισμό δεικτών ευφλεκτικότητας δασικών υλών, επιλεγμένων από ζώνες μείξεως δάσους - κατοικιών του λεκανοπεδίου Αττικής, σε συνάρτηση με τις τοπογραφικές και μετεωρολογικές συνθήκες"

2 ΠΕΡΙΛΗΨΗ H παρούσα διδακτορική διατριβή έχει ως αντικείμενο μελέτης τον προσδιορισμό δεικτών ευφλεκτότητας δασικών υλών, σε συνάρτηση με την τοπογραφία και τη μετεωρολογία, για μια περιοχή ζώνης μίξεως δάσους-κατοικιών του λεκανοπεδίου Αττικής, με τη βοήθεια αναλυτικών εργαστηριακών μεθόδων. Τα δασικά είδη που εξετάστηκαν ήταν: Pinus halepensis Mill. (χαλέπιος πεύκη), Quercus cocc(fera L. (πρίνος), Pistacia lentiscus L. (σχίνος), Arbutus unedo L. (κουμαριά), Cistus incanus L. (λαδανιά), Erica manίpulίflora Salisb. (χαμορείκι), Phillyrea latίfolia L. (φυλλίκι) και ο ξηροτάπητας ή δασικός τάπητας (forest li tter). Τα είδη αυτά είναι συνήθη στα Μεσογειακά δάση και καταστρέφονται συχνά από δασικές πυρκαγιές, ειδικά σε ζώνες μείξης δάσους-κατοικιών (Wildland/Urban Interface), αλλά και στην ευρύτερη παράκτια περιοχή της Ελλάδας. Τα εξεταζόμενα δασικά είδη επιλέχτηκαν από μια ζώνη μείξης δάσους-κατοικιών στα βόρεια προάστια της Αθήνας (Ορακομακεδόνες) στους πρόποδες του όρους Πάρνηθα. Στον πρώτο κύκλο εργασιών προσδιορίστηκε η σχετική σωματιδιακή καυσιμότητα (combustibility) φυλλώματος των παραπάνω δασικών υλών, χρησιμοποιώντας θερμική ανάλυση σε ατμόσφαιρα οξυγόνου, Θερμιδομετρία και μια νέα εργαστηριακή μέθοδο διάδοσης φλόγας. Επιπροσθέτως, προσδιορίστηκε η περιεκτικότητα σε υγρασία, η ολική τέφρα και η στοιχειακή σύσταση των δασικών ειδών, με σκοπό να συσχετιστούν με την καυσιμότητα των ειδών. 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). Εδώ συσχετίστηκαν οι παράμετροι αυτανάφλεξη με την πιλοτική ανάφλεξη, καθώς και η αναφλεξιμότητα (ignitability) με άλλες παραμέτρους της ευφλεκτότητας (π.χ. καυσιμότητα combustibility). Τα δασικά είδη που εξετάστηκαν κατηγοριοποιούνται με βάσει τις παραπάνω μετρήσεις της αναφλεξιμότητας (ignitability). Συμπερασματικά, το πιο

3 αναφλέξιμο είδος βρέθηκε ότι είναι ο δασικός τάπητας (forest li tter) και το λιγότερο ο σχίνος (Pisiacia lentiscus). Στον τρίτο κύκλο εργασιών προσδιορίστηκε η σωματιδιακή και φυτική ευφλεκτότητα (fl ammability) διαφόρων δασικών ειδών, χρησιμοποιώντας αναλυτικές και εργαστηριακές δοκιμασίες. Η αναλυτική τεχνική που επιλέχθηκε ήταν η διαφορική θερμοβαρυμετρία (DTG), σε συνθήκες ρέοντος αέρα, και οι εργαστηριακές τεχνικές ήταν η δοκιμασία τον δείκτη ελαχίστου οξυγόνου (LOI) και η δοκιμασία διάδοσης φλόγας. Βάσει των παραπάνω τεχνικών αναπτύχθηκε μια μέθοδος για τη μέτρηση όλων των παραμέτρων της ευφλεκτότητας (flammability): αναφλεξιμότητα (ign itabil ity), κανσιμότητα (combustibility). διατηρησιμότητα (sustainability) και καταναλωσιμότητα (consumability). Τα σωματιδιακά δείγματα (ή δείγματα κόκκων) ήταν κονιοποιημένο φύλλωμα με μέσο μέγεθος 0,1-0,2 mm, ενώ τα φυτικά δείγματα ήταν μέρη φύλλων με μέγεθος 2-5 mm. 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. Οι σχετικές ευφλεκτότητας προσδιορίστηκαν βάσει του πιο εύφλεκτου είδους σε κάθε παράμετρο. Επιπροσθέτως, όπως αναμενόταν, τα δεδομένα των μετρήσεων της σωματιδιακής ευφλεκτότητας είναι περισσότερο σταθερά και αξιόπιστα από εκείνα της φυτικής. Στον τέταρτο κύκλο εργασιών προβάλλεται μια μέθοδος για τον υπολογισμό δεικτών επικινδυνότητας, που συνδυάζει τις διάφορες Θερμοχημικές παραμέτρους που αντλούνται, από 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. Ωστόσο βρέθηκε ότι, τα δεδομένα της στοιχειακής ανάλυσης έχουν μόνο δευτερεύούσα συνεισφορά στον συνολικό δείκτη ευφλεκτότητας. Τέλος, σε συμπληρωματικό κύκλο, παρουσιάζεται μια μελέτη, που διερευνά τη σχέση των εγγενών συστατικών των φύλλων σε σχέση με τις παραμέτρους της ευφλεκτότητας.

4 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 forest fuels examined were: Pinus halepensis Mill. (Aleppo pine), Quercus cocciferα L. (xermes oak), Pistatia lentiscus L. (Mastic tree), Arbutus unedo L. (Strawberry tree), Cistus incanus L. (Pink rnckrose), Erica mαnipul flora Salisb. (Heather), Phillyrea latifqlia L. (Mock privet) and forest litter (leaf litter). These species are very common in the Mediterranean region and frequently devastated by forest fires, especially in WUI zones near Athens and generally in coastal of Greece. The objective of the first work is to determine the relative particle foliar combustibility of the previous species, using thermal analysis (TG, DTG and SDTA) under oxygen atmosphere, calorimetry and a new lab-scale flame spread test. In addition, the moisture content, total ash content and elemental composition of forest species were determined, in order to correlate them with their combustibility. 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 intanus. A method was developed to measure the relative particle ignitability (spontaneous and pilot) of forest species using thermogravimetry (TG/DTG) and limiting oxygen index (LΟΙ) 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 (LΟΙ) and flame spread tests. Based on the above techniques, a method was developed for measuring all particle and plant flammability parameters: ignitability, combustibility, sustainabilitq and tqnsumabiiity. The particle samples were grinding foliage of mesh size mm, whereas the plant samples

5 were leaves (or peace of leaves) with size 2-5 mm. 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 relative flammability was determined based on the most flammable fuel for every parameter. Furthermore, as expected, the particle data are more consistent and reliable than those of plant. 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 (WUΙ) 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 (FI[), based on flame spread rate values at different inclinations. Furthermore, elemental analysis data have only a minor contribution to the overall flammability index. The resulting indices can be very useful to estimate fire hazard and fight forest fires effectively. Finally, a sideline study examined the influence of the intrinsic components of the WUI forest species leaves on their flammability, presented in the appendix.