بخشی از مقاله
چکیده
تحقیق حاضر به منظور شبیهسازي گسترش آتشسوزي با استفاده از اتوماسیون سلولی در بخشی از جنگلهاي بخش سه نکا-ظالمرود انجام شد. در این تحقیق، شبیهسازي گسترش آتشسوزي با استفاده از مدل Alexandridis انجام گرفت. پارامترهاي تأثیرگذار بر گسترش آتشسوزي با توجه به مدل مذکور شامل توپوگرافی، شیب، سرعت و جهت باد، نوع و تراکم پوشش گیاهی بودند . به منظور شبیهسازي گسترش آتشسوزي و ارزیابی صحت آن، اطلاعات مورد نیاز آتشسوزي واقعی از قبیل نقطه شروع آتش، وسعت حریق، سرعت و جهت باد در زمان آتشسوزي تهیه شدند. همچنین کلیه پارامترهاي تأثیرگذار براي محدوده آتش سوزي واقعی، در محیط GIS آمادهسازي و کدبندي شدند.
در نهایت مدل گسترش آتشسوزي با استفاده از روش همسایگی هشتتایی Moore، برنامه نویسی مدل در محیط MATLAB و فراخوانی لایههاي رقومی کلیه پارامترهاي تأثیرگذار، براي محدوده آتش سوزي واقعی پیادهسازي شد. با انتخاب نقطه شروع آتشسوزي، نمایشی پویا از گسترش جبهه آتشسوزي ارائه و در پایان تعداد سلول هاي سوخته و سالم مشخص شد. به منظور ارزیابی کیفی صحت مدل گسترش آتش-سوزي ، نتایج خروجی جهت گسترش آتش و نحوه پیش روي جبهه گسترش با محدوده آتشسوزي واقعی مورد مقایسه قرار گرفت. به منظور ارزیابی کمی صحت مدل گسترش آتشسوزي از دقت کلی و شاخص کاپا استفاده گردید. دقت کلی و شاخص کاپاي بدست آمده به ترتیب برابر 0/88 و 0/74 بوده که بیانگر دقت پیشبینی مدل گسترش آتشسوزي و مطلوبیت روش اتوماسیون سلولی در شبیهسازي گسترش آتشسوزي در تحقیق حاضر میباشد.
-1 مقدمه
کشور ایران از جمله کشورهاي سانحهخیز دنیا است و پدیده آتش سوزي جنگل، یکی از مهمترین بحرانهاي آن محسوب میشود . براساس آمارهاي منتشر شده از طرف سازمان جنگلها و مراتع کشور، سالانه صدها مورد آتشسوزي در جنگلهاي ایران رخ می دهد؛ به طوري که آتشسوزي طی سالهاي اخیر در جنگل هاي ایران تبدیل به یک فاجعه ملی شده است. امروزه آتش سوزي یکی از خطرات جدي در مناطق جنگلی و مرتعی شمال ایران [2, 5, 9] و همچنین غرب ایران [4, 11] محسوب میشود.
جنگلهاي منطقه نکا- ظالمرود در شمال ایران نیز از جمله مناطقی است که در سالهاي اخیر دچار آتشسوزيهاي مکرر و مداومی شده است . [1] محدود بودن سطح این جنگل هاي ارزشمند از یک طرف و نابودي هر ساله این سطح محدود توسط آتشسوزيهاي مکرر از طرف دیگر، نشان از اهمیت ارائه راهکاري براي مدیریت، نظارت و در نتیجه کاهش خسارت آتشسوزي جنگل دارد. مسأله مهم در کنترل به موقع و اطفاي حریقهاي متعدد جنگلها به ویژه در جنگلهاي بخش سه نکا- ظالمرود، عدم اطلاع از چگونگی پیشروي و گسترش آتش پس از وقوع است.
این امر یکی از عوامل اصلی تأخیر در حضور به موقع نیروهاي اطفاي حریق در محل وقوع و جلوگیري از پیشروي بیشتر آتش است که سبب میشود گروههاي اطفاي حریق قادر به جهتگیري مناسب براي مقابله با آن نباشند. لذا یکی از ابزارهاي کارآمد براي پیشبینی گسترش آتشسوزي در جنگلهاي منطقه، استفاده از الگویی مکانی است که قادر به اطلاعرسانی به موقع در مورد پیش-روي حریق، مطابق با شرایط توپوگرافی، پوشش گیاهی و اقلیمی باشد. این الگو امکان پیشبینی جهت و گسترش آتش-سوزي را در هنگام وقوع آن داده و در واقع فرآیند شبیهسازي خودکاري است که قادر به اطلاعرسانی در مورد گسترش آتشسوزي بر اساس معیارهاي اقلیمی، توپوگرافی و زیستمحیطی است .[6, 10,12, 13]
بنابراین سیستمهاي شبیهسازي اعتبارسنجی شده در هنگام وقوع آتشسوزي میتوانند در نحوه اجراي عملیات اطفاي حریق مؤثر باشند. تاکنون روشهاي مختلفی براي مدل سازي و شبیهسازي گسترش آتشسوزي جنگل استفاده شده است. روش اتوماسیون سلولی یکی از مهمترین این روشها است که در سالهاي اخیر به کرات براي مدلسازي و شبیهسازي گسترش آتش سوزي جنگل در تحقیقات مختلف به کار گرفته شده است . از جمله مهمترین این تحقیقات میتوان به موارد زیر اشاره نمود. Karafyllidis و[10] - 1997 - Thanailakis یک مدل مبتنی بر اتوماسیون سلولی را براي پیشبینی گسترش آتش سوزي توسعه دادند که تحت سناریوهاي مختلف آب و هوایی و توپوگرافی قابل استفاده بود.
اگرچه نتایج حاصل از شبیهسازي در مقایسه با انتظارات مناسب به نظر میرسید، با این وجود کاستی هایی نیز در مدل وجود داشت. براي مثال درحالی که شکل جبهه آتش شبیه به جبهه مورد انتظار از آتشسوزي بود، موقعیت جبهه آتش اشتباه محاسبه میگردید. Bodrožic و همکاران [7] - 2006 - گسترش آتشسوزي جنگل در جزیره Brac را با استفاده از روش اتوماسیون سلولی و در نظر گرفتن پارامترهاي پوشش گیاهی و شرایط باد مدلسازي و شبیهسازي کردند. نتایج نشان داد که این روش براي کاربردهاي عملی سریع و رضایت بخش است. همچنین شکل پیش روي آتش در شبیهسازي مشابه شکل پیشروي آن در همان منطقهاي است که در گذشته آتشسوزي اتفاق افتاده است.
در پایان اضافه کردن فاکتورهاي مختلف مانند درجهحرارت هوا، رطوبت هوا و رطوبت ماده قابل اشتعال به مدل شبیهسازي، براي دقت بیشتر پیشنهاد شد. Encinas و همکاران [8] - 2007 - از مدل اتوماسیون سلولی مبتنی بر انتقال منطقه سوخته کسري استفاده کردند. در واقع این مدل، بهبود یافته مدل پیشنهادي Karafyllidis و[10] - 1997 - Thanailakis بود. در این مدل از اتوماسیون سلولی دوبعدي با سلولهاي ششضلعی استفاده شد. معیارهاي در نظر گرفته شده براي شبیهسازي آتشسوزي شامل توپوگرافی، باد و سرعت گسترش آتشسوزي بود. در اکثر مدلهاي ارائه شده، دو نوع سلولهاي همسایه براي سلول مرکزي در نظر گرفته می شود، ولی در واقعیت همه سلولها به یک اندازه بر سلول مرکزي اثر دارند.
در تحقیق مذکور با ارائه سلول هاي ششضلعی، ناهمگونی بین سلولهاي همسایه از بین برده شد و براي هر سلول مرکزي، شش سلول در اطراف آن در نظر گرفته شد که اثري یکسان بر آن داشتند. مدل ارائه شده تحت چند سناریوي متفاوت، کارآی ی خود را در جنگلهاي فرضی نشان داد. خروجی سناریو ها با مدل Karafyllidis و[10] - 1997 - Thanailakis مقایسه شد که نشاندهنده سازگاري نسبی مدل ارائه شده با واقعیت بود. Yassemi و همکاران [13] - 2007 - رفتار آتش مبتنی بر اتوماسیون سلولی را با قوانین انتقال ساده و شهودي توسعه دادند.
این تحقیق، مدلهاي قبلی اتوماسیون سلولی را با روشی واقع گرایانه و استفاده از قواعد انتقال خاص و منحصر به فردي که قادر به محاسبه دقیق گسترش آتش در داخل و بین سلولها و همچنین هماهنگ سازي آتش با جهت باد و شیب بود، بهبود بخشید. علاوه بر این، در این تحقیق ابزار مدلسازي مبتنی بر سیستم اطلاعات مکانی، براي فراهم کردن محیطی انعطافپذیر براي مدل سازي و تسهیل در نمایش نتایج شبیهسازي ارائه شد.
در نهایت مقایسهاي بین روش اتوماسیون سلولی و رویکردهاي گسترش آتش ارائه گردید. Alexandridis و همکاران - [6] - 2008 گسترش آتشسوزي جنگل در جزیره Spect یونان را با استفاده از روش اتوماسیون سلولی و بر اساس عواملی مانند نوع و تراکم پوشش گیاهی، سرعت و جهت باد، توپوگرافی و پدیده لکه اي، شبیهسازي کردند. به منظور اعتبارسنجی روش اتوماسیون سلولی، نتایج این شبیهسازي با آتش سوزي مهیبی که در سال 1990 جزیره مذکور را سوزانده و بخش وسیعی از آن را نابود کرده بود، مورد مقایسه قرار گرفت.
نتایج این مقایسه نشان داد که مدل پیشنهاد شده مشخصات گسترش آتش را در زمان و مکان حادثه واقعی آتشسوزي به طور صحیحی پیشبینی میکند و اعتبار بالایی دارد. لذا با توجه به موارد ذکر شده و اهمیت سیاستهاي عملیاتی مقابله با حریق، در این تحقیق سعی شده است با شبیهسازي گسترش آتشسوزي و اعتبارسنجی آن، از این الگوي به عنوان یک سیستم پشتیبان تصمیمگیري براي پیش-بینی گسترش آتشسوزي در بخشی از جنگلهاي شمال ایران - جنگلهاي بخش سه نکا-ظالمرود - استفاده شود.
-2 مواد و روشها
-1-2 منطقه مورد مطالعه
حدود این تحقیق بخش سه طرح جنگلداري نکا-ظالمرود میباشد که در جنوب شهرهاي نکا- بهشهر در استان مازندران واقع شده است. بخش سه، جزء مجتمع جنگلی نکا- ظالمرود و در حوضه رودخانه نکا به فاصله حدود 15 کیلومتري شهرستان نکا و در امتداد جاده نکا- بهشهر قرار دارد. بخش سه طرح جنگلداري نکا- ظالمرود با وسعت حدود 15307/2 هکتار در عرض شمالی 36° 40 تا 36° 30 و طول شرقی 53° 26 تا 53° 15 درجه واقع شده است.
حداقل ارتفاع آن از سطح دریاي آزاد حدود 90 متر و حداکثر ارتفاع آن 820 متر میباشد. جنگلهاي این منطقه از نوع دانه زاد ناهمسال و آمیخته میباشد. گونههاي گیاهی منطقه شامل انواع گونه هاي درختی از جمله راش، ممرز، بلوط، توسکا، افرا، نمدار، انجیلی، آزاد و غیره و درختچه اي مانند ازگیل، ولیک، شمشاد، گوجه وحشی و غیره و همچنین گونه-هاي علفی و خشبی مانند آسپرولا، کارکس، کولهخاس، سیکلامن، بنفشه، پامچال، تمشک، سرخس و غیره میباشد. این بخش به هفت سري تقسیم شده است که طی سالهاي گذشته سابقه حریقهاي شدید و وسیع را داشتهاند .[3]
-2-2 روش تحقیق
-1-2-2 مدلسازي گسترش آتش سوزي در منطقه با استفاده از روش اتوماسیون سلولی و مدل Alexandridis اتوماسیون سلولی از روشهایی است که در سالهاي اخیر براي مدلسازي پدیدههاي پویا نظیر گسترش آتشسوزي جنگل کاربرد فراوانی پیدا کرده است. روش اتوماسیون سلولی از یک شبکه دوبعدي با ابعاد کوچک براي منطقه جنگلی استفاده میکند که به تعداد زیادي از سلولها تقسیم میشود. در واقع هر سلول نشاندهنده قطعه کوچکی از زمین بوده و شکل آنمعمولاً به صورت مربع انتخاب میشود، در نتیجه هشت جهت براي گسترش آتشسوزي وجود دارد.
