Αναλυτικές και άλλες εργαστηριακές δοκιμασίες για τον καθορισμό δεικτών ευφλεκτότητας δασικών υλών, σε συνάρτηση με τη βιοποικιλότητά τους

Abstract

In the present Ph.D. thesis multiple forest materials and types of vegetation were examined using analytical methods and other laboratory techniques in order to determine their flammability indexes. The objective of the first experimental cycle was to determine the flammability of Pinus halepensis Mill. which grows in three different geographical areas in Greece (Attica, Euvoea and Corinth) using thermogravimetric analytical methods. These areas have similar geological, topographical and environmental parameters. There were identified differences in flammability parameters, which are attributed to the biodiversity of the species. The above mentioned areas were ranked based on the flammability index of their particle forest material.In the second experimental cycle we examined Pinus halepensis Mill. foliage samples before and after resin-tapping. Based on the comparative study of resin-tapped and non-resin-tapped samples, which are originating from two experimental stations within the same geographical area, we found small differentiation in the content of the foliage in chemical minerals of sodium (Na) and potassium (K) and small differentiation of metal salts (NaO2, Na2O2, Na2S2O5, K2S2), by using SEM-EDAX, X-Ray Fluorescence and X-ray Diffraction Analysis. The combustion of the above elements and metal salts on the flammability parameters are not significant. Thus, resin-tapped and non-resin-tapped samples are considered homogeneous, with similar flammability indexes.The objective of the third experimental cycle was to examine the contribution of the contained extractable components of various forest tree species in the determination of flammability parameters and in classifying species according to their flammability using thermogravimetric analytical methods. Differences were detected in the properties of the combustion of the foliage before and after extraction by Soxhlet. The extracts affect the combustion of the particle forest material. The forest species are classified based on extracts, which is a parameter which must be taken into account for the determination of flammability indexes. In the fourth experimental cycle, we examined the relative particle flammability of the foliage of various tree species, within the same geographic area, for the determination of flammability indexes using thermogravimetric analysis (TG / DTG) and limited oxygen index (LOI). The flammability parameters were determined according to their regularity and linearity using SPSS software package. The forest species were ranked based on their common characteristics and flammability indexes were determined.In the fifth experimental cycle we studied the parameters which act at the onset and spread of a forest fire within the same geographical area. Forest fuel was modeled and flammability indexes, as well as flammability maps were created with the implementation of fire simulation through the program BehavePlus5 and by using GIS. These models seem to resemble quite well to the behavior of the chosen forest areas. The classification of vegetation types as per their flammability is the following: Minimum flammability: the arid grounds and vegetation after the fire of 2007, low flammability: the fields, other uses and dense forests (carpet of dry leaves and understory), Moderate flammability: the grassland, High flammability: the scrub (evergreen sclerophyllous). Digital Mapping of fuel and of the flammability of specific forest areas can lead to the creation of an integrated fire protection management system.

Στην παρούσα διδακτορική διατριβή, διερευνήθηκαν πειραματικά με αναλυτικές και άλλες εργαστηριακές δοκιμασίες δασικές ύλες και τύποι βλάστησης, με απώτερο σκοπό να καθορίσουμε τους αντίστοιχους δείκτες ευφλεκτότητας. Στον πρώτο κύκλο εργασιών προσδιορίστηκαν, με θερμοβαρυμετρικές μεθόδους, δείκτες ευφλεκτότητας χαλεπίου πεύκης που φύεται σε τρεις διαφορετικές γεωγραφικές περιοχές στην Ελλάδα (Αττική, Εύβοια και Κορινθία) με παρόμοιες γεωλογικές, τοπογραφικές και περιβαλλοντικές παραμέτρους βλάστησης. Επισημάνθηκαν διαφορές στις παραμέτρους ευφλεκτότητας των εξεταζομένων δειγμάτων που αποδίδονται στη βιοποικιλότητα του είδους. Στο δεύτερο κύκλο εργασιών μελετήθηκαν δείγματα φυλλώματος χαλεπίου πεύκης, πριν και μετά από ρητίνευση. Βάσει της συγκριτικής μελέτης ρητινευμένων και μη δειγμάτων από δύο πειραματικούς σταθμούς εντός της ίδιας γεωγραφικής περιοχής, με τα όργανα SEM-EDAX, X-Ray Fluorescence και X-ray Diffraction Analysis διαπιστώθηκε μικρή διαφοροποίηση των περιεχομένων στο φύλλωμα χημικών, μεταλλικών στοιχείων του νατρίου (Νa) και του καλίου (Κ) και μικρή διαφοροποίηση των μεταλλικών αλάτων (NaO2, Na2O2, Na2S2O5, K2S2). Οι παράμετροι ευφλεκτότητας δεν επηρεάζονται σημαντικά από τις ανωτέρω διαφοροποιήσεις. Έτσι, τα ρητινευμένα, όσο και τα μη ρητινευμένα δείγματα θεωρούνται ομοιογενή, έχουν παρόμοιους δείκτες ευφλεκτότητας και η διαχείρισή τους, σε περίπτωση πυρκαγιάς, είναι κοινή. Στον τρίτο κύκλο εργασιών εξετάσθηκε, με θερμοβαρυμετρικές μεθόδους, η συμβολή των εμπεριεχομένων εκχυλίσιμων συστατικών διαφόρων δασικών ειδών στην καύση, στον προσδιορισμό των παραμέτρων ευφλεκτότητας και στην ταξινόμηση των ειδών με βάση τους δείκτες ευφλεκτότητάς τους. Διαπιστώθηκαν διαφορές στις ιδιότητες της καύσης του φυλλώματος πριν και μετά την εκχύλιση κατά Soxhlet. Τα εκχυλίσματα επηρεάζουν την καύση της σωματιδιακής δασικής ύλης και συνεισφέρουν στην αύξηση του θερμικού περιεχομένου της δασικής ύλης. Έτσι γίνεται κατάταξη των ειδών βάσει των εκχυλισμάτων, παράμετρος που πρέπει να λαμβάνεται υπόψη για τον καθορισμό δεικτών ευφλεκτότητας.Στον τέταρτο κύκλο εργασιών μελετήθηκε με θερμοβαρυμετρική ανάλυση (TG/DTG) και δείκτη ελαχίστου οξυγόνου (LOI) η σχετική ευφλεκτότητα κονιοποιημένου φυλλώματος διαφορετικών δασικών ειδών, εντός της ίδιας γεωγραφικής περιοχής, για τον καθορισμό δεικτών ευφλεκτότητας. Έγινε στατιστική επεξεργασία των αποτελεσμάτων της μεθοδολογίας με το πρόγραμμα SPSS. Υπολογίστηκαν οι παράμετροι ευφλεκτότητας ως προς την κανονικότητα και τη γραμμικότητά τους. Κατατάχθηκαν τα δασικά είδη βάσει των κοινών χαρακτηριστικών τους και καθορίστηκαν δείκτες ευφλεκτότητας.Στον πέμπτο κύκλο εργασιών μελετήθηκαν οι παράμετροι που δρουν κατά την έναρξη και την εξάπλωση μιας δασικής πυρκαγιάς εντός της ίδιας γεωγραφικής περιοχής. Μοντελοποιήθηκε η δασική, καύσιμη ύλη και δημιουργήθηκαν δείκτες και χάρτες ευφλεκτότητας· αυτό πραγματοποιήθηκε με προσομοίωση πυρκαγιάς μέσω του προγράμματος BehavePlus5 και με τη χρήση ΓΠΣ. Τα μοντέλα αυτά δείχνουν να προσομοιάζουν αρκετά καλά με τη συμπεριφορά των δασικών περιοχών που επιλέχθηκαν. Ο χαρακτηρισμός των τύπων βλάστησης ως προς την ευφλεκτότητά τους γίνεται ως εξής: Ελάχιστα εύφλεκτοι: τα Άγονα και η Βλάστηση κατόπιν της πυρκαγιάς του 2007, Λίγο εύφλεκτοι: οι Αγροί, λοιπές χρήσεις και τα Σύμπυκνα δάση (ξηροτάπητας και υπόροφος), Μετρίως εύφλεκτοι: οι Χορτολιβαδικές εκτάσεις, Πολύ εύφλεκτοι: οι Θαμνώνες (αείφυλλα-σκληρόφυλλα). Η ψηφιακή χαρτογράφηση της καύσιμης ύλης και της ευφλεκτότητας συγκεκριμένων δασικών ειδών μπορεί να οδηγήσει στη δημιουργία ενός ολοκληρωμένου συστήματος διαχείρισης αντιπυρικής προστασίας.