火场热量作用下富含挥发性油可燃物的挥发性有机物释放及其在特定火场条件下累积的模拟研究

富含挥发性油可燃物中燃烧的林火除蔓延速度快、火强度大，易发生树冠火、火旋风、轰燃等高能量火行为外，还易发生火行为的突变，扑火人员往往因躲避不及而发生伤亡事故，但是国内外在挥发性油影响森林火行为的机理方面尚缺乏深入的研究。本项目以大兴安岭林区为主要研究区域，以林区典型可燃物为研究对象，通过模拟火场热量对未燃可燃物的预热，研究不同可燃物在纤维素等组分高温裂解前所释放的挥发性有机物（VOC）的差异、富含挥发性油可燃物所释放的VOC随温度和时间的累积规律，并重点研究富含挥发性油可燃物所释放的VOC在特定火场条件（地形和风速）下的累积规律；通过对富含挥发性油可燃物释放的VOC及其累积对森林火行为潜在影响的深入分析，以期探索和揭示可燃物中的挥发性油组分影响森林火行为的机理。项目研究成果可为林火蔓延模拟和火行为预测等提供准确可靠的定量数据，更可为扑火指挥员制定合理高效的扑火策略提供重要的科学依据。

可燃物中的挥发性油对林火行为具有重要影响，但国内外在挥发性油影响林火行为的机理方面尚没有深入的研究，缺乏定量科学数据的支撑。本项目以大兴安岭林区典型可燃物为研究对象，主要开展了以下几方面的研究：可燃物理化性质的测定；脂溶性抽提物含量的测定；挥发性油含量的测定；模拟火场预热条件下（200℃）富含挥发性油可燃物释放易燃气体的组分和量及其累积规律。研究结果表明：（1）兴安落叶松、樟子松、偃松、兴安桧、红皮云杉、鱼鳞云杉、杜香等的灰分含量低、抽提物含量高、燃点低、热值高。（2）脂溶性抽提物的超临界萃取条件：粒度40目、温度45℃、压力40MPa、气体流速2.0L/min、收集时间80 min；（3）挥发性油超临界萃取条件：粒度0.3cm*0.3cm*0.3cm 、温度35℃、压力10MPa、气体流速1.0L/min、收集时间20 min。（4）脂溶性抽提物含量高的是所有针叶可燃物及杜香等；（5）脂溶性抽提物与热值正相关，这种相关性在针叶可燃物中表现尤为明显， R²达到0.9723。（6）挥发性油含量高的物种同时具有高含量的脂溶性抽提物。（7）预热条件下樟子松针叶释放挥发油性气体的总速率达到16.314μg/g/h ，是自然条件下释放速率（0.167μg/g/h）的100倍。（8）预热条件下不同针叶可燃物中的挥发性油都被迅速释放出来，但释放的组分和量在物种间存在差异。（9）预热条件下，500g风干的樟子松针叶所释放的挥发油性气体浓度在525秒时达到其爆炸下限的12.3%。可燃物中的挥发性油影响林火行为的机理：（1）富含挥发性油的可燃物往往同时具有高含量的脂溶性抽提物；（2）火场热量预热条件下，在纤维素、半纤维素、木质素等组分大量裂解前（高于400℃），挥发性油就被快速释放出来；（3）火场环境中富含挥发性油可燃物的载量大，则释放易燃气体的量非常可观；（4）大量的挥发油性气体在特定的气象和地形条件下累积，遇到适宜的火源条件，即可引发火爆等特殊火行为。模拟火场热量预热条件下富含挥发性油可燃物释放易燃气体的组分和量及其累积规律属国际前沿性研究，相关的定量科学数据在国际上都少见报导，这些数据对于揭示挥发性油影响林火行为的机理、可燃物理化性质评估、火行为/特殊火行为研究、火蔓延模拟等具有重要的科学和实践意义。