Botelho et al. 1990_Caracteriza Combust. Florest
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Botelho et al. 1990_Caracteriza Combust. Florest
CARACTERIZACAO DE COMBUST~VEISFLORESTAIS: SUA UTILIZACAO NA PREVISAO DO COMPORTAMENTO M3 FOG0 *Henninio da Silva Botelho Assistente **Francisco Castro Rego Professor Associado ***Eugenia Varejh Estagihio ot-* Florestal-UnivdWe de Trds os Mantes e NU) Dour0 Vila Real **Departamento de Matematica-bstitutoSuperior de A p m i a kisbaQ ***Estagifirio de Enp FlorestaJ- Univeasidade de TI& m Montes e Alto Muro Vila Real A modelagiio do comportamento do fog0 6 um meio pr;htico de estudo do fen6meno incgndio flmstd, censtituindo urn das Po s de plmear e torn% decishs corn vista B sua preven~he combate. 0 modelo de simula~Zodo comportamento do fogo prsposto par Rothemel BEHAVE - tern vindo a ter larga aceita@o e a sua aplicqgo neste estudo, pretende avaliar o seu uso nos nossos ecossistemas florestais. Este programa desenvolvido para a prediccio do c o r n m e n t o do fogo, 6 de potencial interesse na prediqgo do risco de incendio e no estudo das c o n d i w de deflagraggo e propagaggo de urn in&ndio florestd. fi feito urn ensaio em diferentes ecossistemas, 2 de Pinus pimuter (em Sevivas-Vila Pouca de Aguiar e Ermelo-Mondirn de Basto) e urn outro de Berula celtib&dca(Tinhela-VilaPouca de Aguiar), corn base na inventaria~iiodos combustiveis, corn vista a avaliar o potencia1 risco de inctndio destes povoamentos. Atrav6 dos programas "NEWMIL" e "TSTMDL" @EHBVE) foram criados e testados modelos especificos em fun~iiodas diversas categoria e tips de cornbusfie1 existentes em cada ecossistema, pennitindo fazer a simulqiio do cornpornento do fogo paevisfvel em condiws ambientais e meteoro16gicas n o d s para a kpoca estivd e ainda cornparar esses parhenos corn os resultantes da aplicaqiio dm modelos.americanos definidos pelo Northern FOESt Fire Laboratory (NTL). 0 s ecossistemas de resinosas, com mu carga de combustive1 substanciahnente maior e sobretudo corn uma estrutura fisica mais propicia ao desenvr I v h e n t o do fogo,apresentarn vdores de intensidade do fogo, dtura da chama e velwidade de propagaglo mais altos que o de folbosas, ain& que seja sobretudo acentuada a diferen~aenm os povomentos de Pinheiro bravo. Siio feitas compara@es dos resultados obtidos gelos m d e f o s criados corn os dados pelos modelos cl6ssicos americanos (mwlelos 7, 8, 9 e 10 NFFL), que g e m i tern verificar as potencialidades do seu uso nestas situa~kse as diferenqas obtidas l e v m a concluir que alguns dos p a r h e m s , corno a altura da chama e a velocidade de propaga~goda frente do fogo apresentam valores pr6ximos quando mdelados corn os cornbustiveis presentes nos nossos ecossistemas. (Ese emdo foi financiado pels JUNTA NACIONAL BE INVESTIGA(;AO C E V T ~ C A - ~ ~ T C T ) 0 fogo tern origem numa cornplcxa inter-relaego de factores de ordem social, econ6mica e ecol6gisa, e C sobretudo aqui, ao nfvel da vegeta~iio,que pretendernos analisar algumas medidas de carsctcr preventivo no sentido de aprofundar as acgks que posssam l e v a b diminuiqgo & deflagra~iiode urn incgndio e da sua propagaqio. Ainda que venham sendo tomadas medidas no sentido de combater os incfndios florestais, o seu agravamento, nos 6ltimos anos, deve-se essencialrnente ii acumulagilo Qe material facilmente inflarn6vel e cornbustfvel no sub-bosque das florestas, de especies de mais fiicil estaklecimento e dpido crescimento que constituem ecossistemas muito infldveis. A composi@o floristica e a estrutura Qoscombustfveis que constituern o s u b b s q u e dos divenos ecossistemas contribuem de f m a distinta para Q desenvoIvimento do fogo. A sua rnsdelq80 de acordo corn as suas propriedades fisicas, permite estudar o cornportamento previsivel do fogo em condigks de inflamabilidade diversas. A modelag30 matemgtica do comportamento do fog0 florestal permite de fuma simpIificada isolar os factores mais influentes e estudar as relaqks rnlituas entre esses factares e as grandems fisicas cujo comportamento o d e l o deve predizer (MACEDO e SARDINHa 1987). 0 d e l o matemfico BEHAVE criado p a R O T H E M E , (1972) para a @[email protected] do comportamento do fogo e mais tarde desenvolvido em diversos programas (BURGAN e ROTMEFMEL 1984, ANDREWS 1986, A N D E W S e CHASE 19891, baseia-se em mdelos tipicos de cornbustivel caracterizados pela sua biomassa por unidade de hea, pela rela~ho suppfic!e/volume para cada classe de dimenszo, a pmfmn&dade eta carnada be cornbustivel, a densidade das particulas, o teor cal6rico e a humidade de extin~sodos combustiveis, descritos por ROTHERMEL (1972), ALBINI (1976) e.ANDERSON (1982). 0 rnodelo de fog0 avalia a energia gerada pelo fogo, a transferencia de calor para o combustivel adiante e a energia absorvida por este (BARRETO 1985). 0 s factores que condicionam estes fen6menos sZo essencialmente a quantidade e dimensks dos combustiveis, sobretudo do material morto com di2rnet.o <6mm, a sua humidade e compacidade. As diversas formagks apresentam diferentes propriedades fisicas logo diferente comportamento do fogo no seu desenvolvimento. 0 s diversos modelos de combustiveis definidos nestes estudos permitern avaliar a variabilidade do comportamento do fogo devido il variabilidade das propriedades fisicas do combustivel, que caracteriza os diversos t i p s de forma@es de vegeta~iioflorestal nos nossos ecossistemas. A esptkie Pinus pinaster, de agulhas longas que formam uma camada continua e bastante unifome de combustivel sobre a manta rnorta (massa, em geral, superior a 50% da carga de combustivel total), mais ou menos compacta dependendo da presenGa de vegetaqgo arbustiva ou herbhcea, da idade e densidade do povoamento, apresenta cargas de combustive1 superficial altos. A Bktula celtibe'rica C caracterizada por urn ecossistema de herbikeas e baixa densidade de arbustos, pouco inflarnivel devido B estrutura da folhada que forrna camadas compactas e corn grande humidade. A partir do invenrhio dos combusriveis amostrados em povoamentos de Pinheiru bravo (em Sevivas-Vila Pouca de Aguiar e Ermelcr-Mondim de Basto) e urn outro de Betula (Tinhela-Vila Pouca de Aguiar), foram criados rnodelos de cornbustivel usando o proemma NEWMDL (BEHAVE) (BURGAN e ROTKERMEL 1984). A claboragBo de um modelo de combustive1 exige a determinaglo de par3~nmetros ffsicos do combusdvel tais corn a sua carga superficial, que quantifica o material disponivel p m a mbustiio t quc dmais ou menos consumido conforme o seu cstado higrom6mc0, o tamanho e a fm, a compactagfio e continuidade. A sua inflarnabilidade e combustibili&de dependern ahda da exisdncia de substhcias quimicas e da densidade dos materiais. A disponibilidade dos materiais para a combustiio altera-se de acordo corn as condi~&satmosfkricas, estado vegetativo das plantas e o tlpo de vegeta~so.As dimenees do combusdvel determinam a faciUdade da sua infliunagiio e cambusfio dai a sua caracterizagZo de ~ C M &com o tmmko, feita numa classificaggo que distinguiu os combustlveis moms e vivos em finos, regularcs, &ios e grossos, de acordo corn a sua capacidade de retenqilo da humidlade mbiente num detenninado tempo (1Hr-dibetro4 m m ; lOHr 6eddSrnm; 100E 254(75mm), e que ckpnde essencialmente da relag50 superficie&olume do combuscivel. Assirn, os mattriais recolhidos par armstragem da estaqao do sub-bsque dos povoamentos em estudo, os rn&odos p.opostos por @ R O W 1974) e CANFIlELD (1941), em subamostras de 0.5 nil, foi segardo em laborat6rio conforme o seu tempo de retardagZo (Hr),seco e pesado. 0 s resufrados ap~sentam-seno Quadm 1. 0 teor de humidade de equilibria de urn combustive1 como combinaq80 da huFmzidade atrnosftkica e da temperatura do ar t constantemente alterado pelas variagiks atmosf&-icas. Nas c o n d i w s normais de veriio os combustiveis monos e vivos apresentarn valoms de hurnidade baixos. Os valores que assumimos na simulqiio do comportamento do fogo, que correspondem aos limites mais baixos, foram p m 1Hr-496; 10Hr-7%; 100Hr-8%; herbgeeas e arbustivas Gvas 100%. EWtmetros que descrevem as propriedades fisicas dos combustiveis importantes tais como a relacgo superficie/volume e o poder calorifico (calor latente), foram assumidos d e n m cie valores propostos pelo programa para combustiveis do tipo que enconrramos no estudo (BURGAN e ROTHERMEL 1984). 0 vento e a inclinaqiio do terreno sZio factores determinantes da progress50 do fogo. Declive de 30% e velocidade do vento de lOKrrJh s k valores de ocmencia normal e p r isso adoptados neste estudo. 0 s modelos NFFL usados para simular o comprtamento do fogo sBo todos de mantam o m florestal e de composigao semelhante aos dos ecossistemas estudados ( R O T H E M L 1983): - o mcxlelo 8 que se caracteriza por uma manta morta de folhas de folhosas ou de aniferas de agulhas curtas, fortemente compactada, corn combusdveis verdes disperses corn pouco signir~cadono comportamento do fogo. 0 s fogos S o lentos e de chams curtas e e8 perigo de inGndio ocorre apenas em condigks extremas de baixa humidade e ventos fortes - modelo 9 em que os combustiveis superficiais Go essencialrnente folhagern mom, menos compactada que no modelo 8 e combus~veisgrosseiros em pequena quantidade. 0 s fogos prowagam-se aaaves da manta-morta superficial mais rapidamente que no modelo z nterim, corn c h k mais comprida. Sao tipicos os povoamentos de coniferas de folha curta e os de fdhosas, mas tamMm os povoamentos d a m s de pinheiro &e agulhas longas -modelo 10, de cornbustiveis m&os e grosseiros em apreciBve1 quantidade, vegetaeo arbustiva e contendo detritos de explora~iioou ramos caidos. 0 s fogos propagarn-se corn maior intensidade que nos outros modelos de manta morta florestal. P d e aqui incluir-se povoamentos flmstitis de diversus tipos Assumindo para o programa NEWMDL urn modelo estdtico, f o m aiadlos para ca& ecossistema.modelos de combusdvel designados de PS (Pinus pinaster-SEVIVAS), PM (Pinus pinaster-MONDPM) e B (Bttula celubkrica). E avaliada a carga de cornbustiveI par classe de Hr (humidade de equilibrio) e espessura medidas em Tonfha e cm de cada urn dos tipos de combustlvel, morto e vivo, da folhada, herbikeas e arbustivas, considerando ainda os materiais cafdos e depositados subre a folhada (cascas, pinhas e outros restos da explorqgo); e ainda os valores da relacgo supexficie/volume, por categonas, disponfveis no programa e de acordo cam FISCHER (1981), BROWN and BEVMS (1986), ANDREWS (1986),PETERSON E RYAN (1986), bern como os valores do poder calorifico e humidade de extin~zodos materiais ai definidos. Urn o u m p g m m TST'MDL, desenvolvido pm BURGAN e ROTMERMEL (1984), pamite fazer a simulagZo da predicqgo dos diversos ptrhetros do cornportamento do fogo em caso de ocorrencia em condiq&s ambientais definidas para a humidade dos combustfveis, velocidade do vento e declive do terreno. No Quadro 1 registam-se os dados dos combusdveis inventmiados e os resultados dos testes realizados para a velscidade de progressiio do fogs, do cornprimento da chama, dos par%ne,tros da energia potential e libertada e da intensidade da fPente do fogo. Este programa permite ainda comparar os rnodelos criados corn os MTL (Nonhern Forest Fire Laboratory) que mais e aproximam das condi@es das nossos ecossistemas de resinosas e folhosas aqui analisados. Resultados dessas cornparaqiks estiio patentes de f o m gxifica nas Figs 1,2 e 3. A velocidade de pgresGo da frente do fogo, nas condi@es ambientais jb definidas, depende das &mns?res 130s csmbustfveis e da sua compacta@o. Assim, apresenta-se elevada em Sevivas jd que os combustiveis de lKr, nomeadamente a folhada, representam uma carga moderada a alta e pouco compacta. Comparativamente a Mondim, com uma uma massa combustfvel mais compacta, a diferenga 6 nottiria. 0 mesmo se se constata relativmente & Betula. 0 s modelos 9 e 10 (NFFL) ern resultados semelhantes quando a carga dos materiais de 100H.r6 baixa. 0comprimento & charna pode elevar-se quando, como em Sevivas, hi5 continuidade vertical dos combustiveis. A existtncia de forma@es arbustivas f5cilmente inflarndveis como a carqueja e a urze concorrem para a criqiio de chamas de 3 metros de comprimento. A ausncia de arbustos explica, em grande parte, os valores mais baixos verificados nos outros dois ecossistemas estudados. J k notar que a forma~Zode fortes correntes de convqi3o ascendentes poderiio elevar grandemente a altura da chama para valores mais altos e provocar fogos de copas e que a audncia de vento e declive faz coincidir a grandeza do comprimentocom a altura da chama A intensidade de reacqgo quantifica a velocidade da wmbusGo dos mterias lenhosos e depende das dimensks e disposi~Bodos materiais, para alCm da sua humidade. Represents a quantidade de calor libertada p r unidade de 6rea (162) e de tempo (s). Valores mais altos siio os obtidos para os ecossistemas em que os materiais de 1Hr d o em maim propoqiio e a ampactaglo bairn, como 6 o caso de Sevivas. A energia libertada por unidade de Area, resulta da combustPo do combustfvel mobiliAve1 (nIo a carga total) e depende do seu poder cddrico. 0 s ecossistemas de Pinheiro bravo d o ricos em esp6cies contend0 resinas e dleos essenciais (TRABAUD 1976). A energia l i k m d a durante a sua combustFo provoca a evaporagiio da dgua contida na restante vegeta$iXo que assim se inflarna rapidamente. E not&%a diferenga verificada entre os modelos que representarn diferentes ecossistemas e o baixo valor em Mondim pode ser explicado pel0 arranjo dos combustiveis superficiais cuja compacta@o dirninui a velwidade de combust5o. A intensidade do fogo, energia calon'fica libertada por unidade de tempo (s) e por unidade da frente do fogo (rn), depende da enerpia mobiliz6vel e cia velocidade dc progress50 da frente do fogo, logo deverd ter valores mais altos quando as condi$6es e tip de combustive! Go pmpicios B combustiio. Como pode verificar-se 6 notbria a diferen~averificada nos gariirnetros do comportamento do fogo para os diversos ecossistemas, como era de prever, dada a diversidade dos tipos de combustiveis bem como da carga superficial, a sua estrutura e marqjo espacial, resultando em distintas situa@es de risco de incendio, deteminantes para a tcanada de medidas de preven~go,bem como das condiq6es de progressiio, importantes para o seu combate. A Fig' 1 iiustra as condiqks de fogo em que urn incgndio ocorreria nas diversas situ-s espudadas, donde se pode inferir a situqiio de risco de iradndio e a dificuldade do cornbate. A manutengIo de baixos niveis de materiais cornbustiveis 4 possivel e desejavel pela gestik mais apropriada - limpezas manuais e mechicas, fog0 controlado e pastoreio, slo essenddmente as medidas dc prevengZio a tomar para a diminuiqCo do risco de Kncendio, a par de uutras de estruturagZo da floresta existente, pelo talhonarnento e cornpanimentagiio adquadas, ou ouaas solugies silvicolas (REG0 1986, SLLVA et a1.1987, BOTELHO 1988). A velwidade & seaq60 da combus& diminui na presernca da @a que o combustfvel contbm dai ser menor a quantidade de calor desprendido que C transmitido ao combustive1 adjacente e dificultada a sua inflarnqiio,atrasando a cadeia de reacg6es que o fogodesenvolve na sua progessifo. Como 6 vishel (Fig 2) os diversos pariimetros do comportamento do fog0 sSo drasticamente reduzidos at6 atingirern a sua humidade de extin~Ho.Sendo o sub-bosque de pinheiro bravo em Sevivas essencialmente compost0 por arbusrivas resulta ser mais sensivel8 fturnidade jri que fro, nestes ecossistemas, os materiais de 1% o vector principal da progress30 do fogo, As baixas humidades em perfdo estival e a exposig8o dos combustiveis aos raios solares G o potenciadores do risco de incendio nestes cams. Ainda que(a s i m u l a ~ bdo comportatnento do fogo em ecossistemas de Bttula cornparado corn o d e l o 8 NFFE. agresente afemgas da velocickdt da frente do fog0 e da altura Ba c h a m pouco significativas, este modelo quando modificado acentua queles paiimems nZo sendo, p i s , de aconselhar o seu uso nem mesmo do modelo 9. As diferenqas devern-se ao facto de nestes rnodelos a carga de combustive1 de grandes dimens6es ser em geral m i o r que a que encontramos nos nossos povoamentos de folhosas e il presenga de vegttaqio verde, nomeadamente h&iiceas. 0 modelo 10 NFFL aplicado ao tip de combustiveis que formam a manta-rnorta de pinhal em Mondim de Basto apresenta caracteristicas de cornpotamento bastante semelhantes aindii que tenha sido delineado para descrever sitm@ks de maior c a r p dos wmbustiveis pesados. 0 povoamento de Sevivas represents muitas das situa@es de alto r i m de incendio que encontramos nos nossos pvoamentos florestais, pela quantidade de cumbustivel supeflicial acumulado. 0 cornpartamentodo fogo nesta situago 6 idgntico ao definido pelo modelo 10 WFL mas a velocidade de progress20 cresce mais dada a propoq50 dos materiais ligeiros para o total ser m a i s elevada A falta de ajustamento dos mdelos criados (PS, PM e B) para os modelos NFFL deve-se niio s6 2s naturais diferenps entre as s i t u q k s ecol6gica.s de estudo e as das EUA, como tambbm B defmiqgo rigorosa de propriedades fisicas dos combustiveis como a rela~iic, superficie/volume, de dificil medi~ilo,a que deve ser prestada atenggo jb que tern marcada influencia nos pariimern s do comportamento do fogo. Tramdo-se de urn ensaio experimental, baseado em dguns pressupostos te6ricos, hB que zlferir os resultados obtidos corn situagks reais de incsndio. Este 6, no entanto, urn exercicio 6til de avaliapo das condiq6es em que poded ocomr urn incgndio e o seu previsivel comportamento que levard os gesmres a rnelhor entender o fenbmeno incendio flcrrestal e a tomar deciGes no que respeita MI wu conmlo e preven$io. Destes resultados sugere-se a compartimentai;5o de &as de resinosas corn faixas de Bktula e fazendo a gestZio dos combusdveis pela sua reduqa'o, diminuindo assim a velocidade de propaga~godo fogo. Quado 1 - Pax%newsdos combustiveis e do comportamento do fogo Fig' I - Comportamenro previsivel do fog0 para 0s modelos PS, PXI e B e ainda os I ztcde! -15 5,51 2 1 0 NFFI, Humidade dos cornbustiveis d e 1 Hr ('1.1 2 6~7 11 16 21 25 30 Humidade dos combustiveis d e 1 Hr ('I.) Humidade dos combustiveis de 1 H r i'/.) Fig" - . - Infl uencia da hurnidade dos combustiveis de 1Hr nos ~ a r h e t r o do s comportamento d o fogo - Is~tdnsidadee velocidade da frente do fcsgo e cornprimento da charna - - -. Velocidade do vento h altarra m d i a da chama ( ~ mh-'. ) 1 0 Pinus p i n o s f e r , MONDIM d e BAST0 5 10 Veiocidade do vento Be'fula 1S 20 25 30 b a l t u r a me'dia da chama (Km.h-') reltiber i c a 5,40 L, 50 3160 2,70 1,a0 0 90 Velocrdade do vento a a l f u r c m d d ~ ada chama ( ~ m . h - ' ) Fig' 3 - Influencia da velociaade &-veiitrna w-locidade da frente do fogo ern PS (P.p.-Sevivas), PM (P.p.-Mondim de Basto) e B $%ttiIa)* os modelos NFFL - - 8, 9 e 10, e ainda os nlodelos SFFL mdificados B8, B9, PM9, P3! it) e . .. PS 10:- - - Velocidade rncdia do vento a altura media da c h a m (Km. h-' ) P i n u s p i n a s t e r - MONDIM de BASTO S 10 1s 20 2s 30 Velocidade media do vento a altura media da charna ( ~ m . h - l ) 0 4 -E - 0,70 B6fula celf iberica B8 89 B - 8 0 Velocidade media do vento 6 a l t u r a m d i a da charna (Km.h-l) Figa 4 - LnfluEncia da velocidade do vento & altura m6dia da charna no cornprimento da charna em PS (P.p.-Sevivas), PM (P.p.-Mondim de Basto) e B (Bktula), ss modelos NFFL 8, 9 e 10, e ainda rss modeIos SFFL modificados 0 8 , B9, P%19, PMIO ei PSIO. ANlJERSON, II. E, ( 1 Y W -Aids to determining fuel nlodcls fire Bchi~vior-USDA Forcsr Service, Gen Tech. Rep. INT - 122, Inlern~ouniainForest and Range Exprinlcnt St;rtion, USA ANnREWS, P. L. (1386) - BEHAVE; Fire Behave Prediction and fuel modelinp~ys~rrn J3i1rn S~~bsy_s;tern. Pan I - USDA Forest Service, Gen Tech. Rep. INT - 194, Inrennountain Research Station, USA AKDREIVS, P. L., Chase, C. If. 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