一种森林防火水库及库容计算方法与流程

本发明涉及森林防火，具体地指一种森林防火水库及库容计算方法。

背景技术：

1、森林火灾仍时有发生并具有很强的不可预见性，且发生地往往交通不便，发生后火势较大并快速蔓延，灭火人员及一般灭火器材难以接近实施有效灭火，处置救助较为困难，不仅烧毁大片森林、林区贮木场，还会烧毁大量建筑物、民房，甚至造成当地居民及灭火人员伤亡，给国家森林资源和人民生命财产带来了巨大的损失。目前，森林火灾扑救常采用直接扑救法、间接扑救法、航空灭火和人工降雨灭火等方法，其中直接扑救法中的用水灭火法是现今最普通、方便、廉价、效果又好的灭火方法，但由于森林火灾常发生在干燥季节且位置偏僻，支沟可用水量、交通不便、载水量和往返时间等因素限制了直升机、消防车等灭火工具用水灭火的效果。灭火水源的水量及其运输方式对于灭火效果起到至关重要的作用。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述不足，提供一种森林防火水库及库容计算方法，以解决发生森林火灾时着火点附近缺水和交通不便输水困难问题，提高森林火灾灭火速度和效果，减少火灾损失。

2、本发明为解决上述技术问题，所采用的技术方案是：一种森林防火水库，包括设于森林河道附近的大坝，大坝蓄水后形成森林防火水库，防火限制水位h2以下，防火死水位h1以上的库容为防火库容v；所述森林防火水库下游森林防火范围设置输水管网，输水管网进水端与森林防火水库连接，在管道各处设置出水点；所述森林防火水库上游森林防火范围设置泵站，泵站抽水端通过管道与森林防火水库连接，泵站出水端通过管道与区域高地的蓄水池连接，所述森林防火水库上游森林防火范围也设置输水管网，输水管网进水端与蓄水池连接。

3、优选地，所述输水管网靠近大坝附近的位置设有阀井，阀井内设置有阀门，用于控制出流。

4、优选地，上述森林防火水库的防火库容计算方法包括如下步骤：

5、s1：从森林防火水库往易着火的山林区域铺设输水管网，并按设计预留多个出水点，形成森林防火供水系统；

6、s2：先用直线连接相邻出水点，构成若干个三角形，再作每个三角形各边的垂直平分线，这些垂直平分线彼此连接后将出水点覆盖的森林区域分成若干个多边形，覆盖区域边界处的多边形以覆盖区域边界为界，每个多边形内有一个出水点，使得多边形区域内的任何位置离该多边形的出水点的距离均最近；

7、s3：扑灭不同位置多边形覆盖区域内的森林火灾要考虑不同的影响因素，涉及不同地势构造山林多点同时发生火灾的概率；不同比例的乔木、灌木和草本植被种类组成森林区域的系数；水库水流流经输水管网、蓄水池、和出水点组成的不同输水管网的损失系数；抽水蓄能电站上、下库均设置防火库容时综合两库联动的效率等参数的取值；

8、s4：以每个多边形内出水点扑灭不同种类植被火情的喷水量代表该多边形面积上灭火的综合需水量，最后按单位面积灭火的综合消防流量、灭火时长和面积大小推求覆盖区域内灭火的总需水量，并综合考虑各类影响因素，以此来推算防火库容；覆盖区域内防火库容v计算公式如下式：

9、

10、式中：

11、ai为出水点覆盖区域内的各个多边形的面积，m2；

12、q为能够抑制覆盖区域单位面积火灾发展态势的综合消防流量，(m3/s)/m2；ti为不同面积大小、地形走势、植被种类组成的多边形区域扑灭着火的时间，s；α为期望概率系数，不同地势构造森林区域多点同时发生火灾的概率取值不同，取值需根据实际评估；

13、β为植被种类系数，不同比例的乔木、灌木和草本等植被种类组成森林区域的系数取值不同，取值需根据实际测量；

14、θ为水库水流流经输水管网、蓄水池、和出水点时的有效利用系数，不同输水管网其有效利用系数取值不同，一般取值范围为0.8-1.0；

15、λ为两库联动系数，抽水蓄能电站上、下库均设置防火库容时综合考虑两库联动的效率取值，非抽蓄电站取值为1。

16、优选地，对于已建水库，它还包括如下步骤：

17、s5：水库库容的量算根据其水库图纸，在适当比例尺的河道地形横断面图上量得的坝址以上若干条等高线所包围的面积进行概算，将各相邻等高线之间的水库体积用平均面积法计算，然后进行汇总求和，如下式(1-2)；

18、

19、式中：

20、an和an+1分别为相邻等高线所围成的面积，m2；

21、△h为相邻两等高线之间的距离，m；

22、s6：当△h划分越小，v计算越准确，当△h无穷小时，可根据各高程对应水库面积精确求出对应的库容，确定水库水位和水库面积曲线、水库水位和库容关系曲线；

23、s7：根据上述公式(1-1)可以求得v防火，再拟定取水口高程，确定防火死水位h1，作水平线分别与h-f曲线、h-v曲线相交，分别作垂线得到死水位对应的水位面积f1、和防火死库容v1；v1+v防火＝v2，在横轴可以找到v2，根据作垂线与h-v曲线相交，再作水平线与h-f曲线、纵轴相交，既得到防火限制水位h2及对应的水位面积f2；防火死水位h1和防火限制水位h2之间的库容为防火库容，即图中v表示的库容部分；通过拟定多个取水口高程，根据上述方法得到多个防火限制水位及防火库容所在水库区间，考虑到尽量减少对水库原有发电、防洪等效益的影响，选取最合理的防火库容区间。

24、本发明的有益效果：

25、1、本发明提出了森林防火水库、防火库容、防火限制水位等概念，把水利工程的概念同消防工程结合起来，促进了学科交叉和融合创新；同时，本发明结合实际情况重点应用于易发生火灾的所覆盖区域内的森林，解决了森林灭火最为关键的水源问题，改变了传统消防人员处理林区灭火重新构造消防水带通道的繁琐过程，在控制灭火的同时，辅以更便捷、更充足、更高效、更安全的人工灭火方式，既能达到保护绿色森林资源的作用也能一定程度上降低消防人员工作的危险性，减少伤亡率。

26、2、覆盖的范围广：通过水工建筑物和管网设施的配合，能够达到山林全空间区域的覆盖，水源统一集约分配，有利于充分高效发挥灭火效率。

27、3、提供近水条件：当防火水库覆盖区域外发生火灾时，按临近覆盖多边形区域内发生火灾启动，为消防人员处理着火点提供近水条件，减少重新搭建灭火水源通道，及时扑灭火灾。

28、4、反应速度快：本发明有利于传感器预警+信息系统报警相结合、自动出水+人工控制相结合的方式，有利于及时从小火苗源头上扑灭火灾，控制火势的扩大。

29、5、科学管理：出水点点状分布+覆盖区域网格化管理，通过预设方案流程化管理，科学、合理、有序控制管网输水，满足消防要求的同时节约水资源；

30、6、节省消防投资成本：本发明结合已有河流湖泊和抽蓄水库，避免了重新开挖、浇筑、防渗等工程成本的再次投入。

31、7、定量设计防火库容：本发明根据防护区域，运用计算方法公式准确计算所需防火库容，为森林防火水库的设置提供理论基础。

32、8、合理选取防火库容区间：通过拟定多个取水口高程，根据计算方法得到多个防火限制水位及防火库容所在水库区间，考虑尽量减少对水库原有发电、防洪等效益的影响，选取最合理的防火库容区间。