Báo cáo MÔ PHỎNG CHÁY RỪNG TRONG KHÔNG GIAN TRÊN NỀN GIS

Rừng là tài nguyên vô cùng quý giá, đóng vai trò vô cùng quan trọng trong cuộc sống con người, đặc biệt đối với nước ta. Tuy nhiên, diện tích rừng ngày càng bị thu hẹp, khả năng tự phục hồi vô cùng chậm so với tốc độ mất rừng, mà một trong những nguyên nhân chính là cháy rừng. Vấn đề chính mà chúng tôi muốn nghiên cứu là xác định được phần diện tích cháy rừng theo thời gian, phục vụ cho các công tác huy động, tổ chức chữa cháy, đưa ra các phương pháp chữa...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Báo cáo " MÔ PHỎNG CHÁY RỪNG TRONG KHÔNG GIAN TRÊN NỀN GIS " HỘI THẢO ỨNG DỤNG GIS TOÀN QUỐC 2011 MÔ PHỎNG CHÁY RỪNG TRONG KHÔNG GIAN TRÊN NỀN GIS (SPATIAL FOREST FIRE SPREAD MODELLING IN GIS) Đỗ Đặng Trường Giang, Nguyễn Kim Lợi Bộ môn Thông tin Địa lý Ứng dụng, Khoa Môi trường & Tài Nguyên, Trường Đại học Nông Lâm TPHCM Email: nguyenkimloi@gmail.com Abstract: Fire modelling, in term of spatial analysis, is a significant progress in support of wildland management, incident fire reasonable suppression as well as wildland fire loss estimation. In Viet Nam, unfortunately there is no research or model at this moment in the field of spatial fire analysis that is suitable for local environment. Therefore, our research is: “Modelling spatial wildland fire on GIS flat form” on purpose of consideration the potential application ability of other masterworks in fire analysis and modelling field into GIS. The modelling progress is based on input data, including: digital elevation model (DEM), meteorological data, fuel moisture content and vegetation cover, to use in Rothermel’s mathematical equation (1972) to calculate the rate of fire spread (ROS). The results displayed on GIS flat form by using Alexander (1985) ellipse indicating fire shape, which helps determining the fire-affected neighbour area with relative precision. Keywords: Wildland fire, GIS, model, spread.1. MỞ ĐẦU Rừng là tài nguyên vô cùng quý giá, đóng vai trò vô cùng quan trọng trong cuộc sốngcon người, đặc biệt đối với nước ta. Tuy nhiên, diện tích rừng ngày càng bị thu hẹp, khả năngtự phục hồi vô cùng chậm so với tốc độ mất rừng, mà một trong những nguyên nhân chính làcháy rừng. Vấn đề chính mà chúng tôi muốn nghiên cứu là xác định được phần diện tích cháy rừngtheo thời gian, phục vụ cho các công tác huy động, tổ chức chữa cháy, đưa ra các phương phápchữa cháy tối ưu, hiệu quả nhất; nghiên cứu, tính toán hậu cháy rừng hoặc ước lượng mất mátnhư ước lượng sinh khối bị tác động, lượng khí thải ô nhiễm, điều kiện tự nhiên khu vực. Dođó, nhóm chúng tôi đã chọn đề tài: “Mô phỏng cháy rừng trong không gian trên nền GIS”.1.1. Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu, đề xuất và xây dựng mô hình mô phỏng cháy rừng tích hợp trên nền GIS,kết hợp các nhân tố đầu vào từ mô hình độ cao số (DEM), nhân tố khí tượng và hiện trạngrừng khu vực.1.2. Nội dung nghiên cứu Phân tích, xử lý dữ liệu hiện trạng rừng thành các yếu tố tính toán trong phương trìnhlan truyền cháy rừng. Phân tích, xử lý dữ liệu khí tượng, địa hình nhằm kết hợp với kết quảtốc độ lan truyền cháy rừng (ROS) để mô phỏng trong không gian. Nghiên cứu, đánh giá khả năng ứng dụng mô hình trên nền hệ thống thông tin địa lý. 87 HỘI THẢO ỨNG DỤNG GIS TOÀN QUỐC 20112. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU2.1. Lý thuyết mô hình Mô hình được xây dựng trên cơ sở tính toán ROS, là khoảng cách theo phương ngangmà khu vực cháy di chuyển theo đơn vị thời gian. Tốc độ này có thể được ước lượng từ bất kìđiểm nào trong vùng cháy mặc dù có sự chênh lệch giữa tốc độ lan truyền nhanh nhất(heading fire) và tốc độ lan truyền chậm nhất (backing fire), đây cũng là chìa khóa cho vấn đềhoạch định giải pháp, quyết định tạo đám cháy có kiểm soát hay chữa cháy rừng. Phương trình toán học của Rothermel (1972) dùng để tính toán trong mô hình, với cácthành tố định lượng đều được tính toán dựa trên bản chất của nhiên liệu cháy và môi trường,được biểu diễn như sau: Về lý thuyết xây dựng ellipse thể hiện mặt cháy, công thức của Alexander miêu tả hìnhdạng hình học của ellipse đều được xác định theo công thức dựa trên vận tốc gió, một biếnmôi trường, như sau: LB = 0.936 * e0.2566U + 0.461 * e-0.1548U – 0.397 HB = (LB + (LB2 – 1)0.5) / (LB - (LB2 – 1)0.5), với: LB là tỉ lệ giữa đường kính dài và đường kính ngắn của ellipse. HB là tỉ lệ giữa khoảng cách từ điểm bắt cháy tới phần mặt ngọn lửa với khoảng cách từđiểm đó tới phía sau ngọn lửa. U là tốc độ gió ở độ cao 10m.2.2. Ứng dụng lý thuyết trong xây dựng mô hình Số liệu tính toán được sau khi xử lý sẽ được áp dụng để thể hiện tầm và diện tích lantruyền cháy rừng trong không gian. Toàn bộ quy trình mô hình hóa cháy rừng được miêu tảnhư sau:88 HỘI THẢO ỨNG DỤNG GIS TOÀN QUỐC 2011 Hình 1. Lưu đồ mô hình hóa sự cháy Quy trình gồm 4 bước chính Bước 1: Xác định khu vực/pixel cháy kế tiếp (tiềm năng) bằng việc vẽ ellipse(Alexander 1985) thể hiện hình dạng cháy của lửa tại khu vực. Bước 2: Tạo các pixel láng giềng của pixel đang cháy thực sự bị ảnh hưởng bởi ngọn lửa. Bước 3: Tính toán lượng nhiệt mà pixel nhận được từ các pixel láng giềng đang cháy(Qrec). Bước 4: Xác định lượng nhiệt 1 pixel nhận được có đủ để bắt lửa cháy không dựa trênsự so sánh với ngưỡng nhiệt bắt lửa cần thiết Qig. Nếu Qrec > Qig thì pixel đó bắt lửa, bắt đầulan truyền nhiệt qua các đối tượng xung quanh nó. Lúc này pixel đó được xếp vào khu vựcđang cháy qua quãng thời gian T, bắt đầu lại cả chu kì. 89 HỘI THẢO ỨNG DỤNG GIS TOÀN QUỐC 20112.2.1. Tính toán và thể hiện tâm ellipse Khi thể hiện trong không gian 2 chiều, thì I (tọa độ điểm bắt đầu ch ...