吊桶洒水灭火效率研究—以K-32直升机为例

吴泽鹏，周宇飞，甄学宁，李小川，张志鸿，刘佳英，江西军，王振师，郭天锋，吴 琰，李 溯

（1.广东省林业科学研究院，广东 广州 510520；2.华南农业大学，广东 广州 510642；3.广东省航空护林站（广东省林火卫星监测中心），广东 广州 510000）

吊桶洒水灭火效率研究—以K-32直升机为例

吴泽鹏1，周宇飞1，甄学宁2，李小川1，张志鸿3，刘佳英3，江西军3，王振师1，郭天锋3，吴 琰1，李 溯3

（1.广东省林业科学研究院，广东 广州 510520；2.华南农业大学，广东 广州 510642；3.广东省航空护林站（广东省林火卫星监测中心），广东 广州 510000）

介绍了在森林火灾地空配合扑救技术中运用K-32直升机开展的吊桶洒水有效性测试和吊桶洒水高度与火场温度变化关系研究。试验表明在消防烟雾弹的引导下，K-32直升机能对准测试区域进行洒水作业。K-32直升机吊桶以距离火场10～20 m高度洒水，水量集中，灭火效果较好；K-32直升机吊桶洒水落点准确率的高低对火灾扑救效率影响极大，当落点不准确时，飞机经过火场上空反而会导致火场温度急剧升高。

森林火灾；地空配合；K-32直升机；吊桶洒水；广东省

0 引言

广东省地处南岭以南，是我国森林防火的重点省份之一。由于岭南气候夏季高温多雨，加上我省多年来采取封山育林政策，林下植被丰富，单位面积可燃物载量已超过国际公论的30 t/hm2的森林火灾警戒线。境内粤北、粤东、粤西林区大多山高坡陡，地形复杂，交通不便；加之林区经济欠发达和近年来复杂多变的气候因素，我省森林防火工作难度大，一旦发生火灾，不易及时发现，致使小火酿成大灾，需要动用众多人力、物力和财力进行扑救。飞机由于机动性强，速度快，尤其能在偏远林区和人力难于到达的地方发挥作用。与地面扑火相比，飞机灭火具有受地形、地物限制较少的优点：一是能够以最快速度扑灭初发火；二是在大火场和火势较强的情况下，空中洒水压住火头，切断火线，降低林火强度，为地面扑火人员创造有利灭火战机；三是对悬崖峭壁上的火线，可以进行空中洒水扑灭[1]。因此，森林航空消防灭火技术，前景广阔，大有可为。另外，岭南地区有着较丰富的水资源，江、河、湖、塘、水库遍布林区，这为直升机吊桶洒水灭火提供了较好的水源，也为广泛应用森林航空消防灭火技术打下了基础。

1 森林火灾地空配合扑救技术

森林火灾地空配合扑救技术在广东省主要是指在扑救森林火灾过程中，直升机运用吊桶在森林火灾现场上空洒水，地面扑火队伍跟进配合共同扑灭森林火灾的方法。直升机吊桶灭火是航空以水扑灭森林火灾的一项最直接、最有效的方法之一，具有不受交通、地形限制，洒水比较准确，灭火效率高，经济安全，灭火彻底等优点[1]。直升机吊桶洒水灭火技术是目前世界上比较直接和有效的灭火手段之一，但如果没有扑火队员在地面密切配合，也会严重影响灭火效果。直升机吊桶灭火的优势是可以通过快速向火线（火头）洒水直接扑灭明火或降低火势，给地面人员扑救火灾创造条件，对火势已明显下降的火线以及枯树桩、地被物比较厚、不规则地形和死角地带余火跟进扑打[1]。单一应用某一种灭火技术，对小面积的林火有用，但对比较大的林火扑救效果就不够理想。最佳地空配合扑救方式是先用吊桶洒水把明火扑灭或降低火势，然后地面人员再把余火消灭。

2 广东省森林火灾地空配合扑救技术存在的问题

2010年广东省成立了航空护林站，正式在境内运用M-26、K-32等型号的直升机进行航空护林和吊桶洒水扑救森林火灾，经过4年多的实践，直升机吊桶洒水灭火在我省森林火灾扑救中取得了较好效果。但是，由于广东省开展直升机吊桶洒水灭火时间较短、航空护林经验不多、巡航护林线路资料积累不够完善，与地面队伍地空配合扑救技术研究积累和实践经验较少，加上广东省地形复杂、气候多变、植被类型多样，广东省森林火灾扑救地空配合技术中主要存在以下几个问题。

1）直升机吊桶洒水灭火落点精确度不高，灭火耗时长。直升机吊桶洒水灭火时主要依靠机组人员的技术和经验，在地面通信指挥人员的引导下进行操作。加上地形和火场烟雾、风向等条件的制约，在扑火实践中经常出现洒水落点偏离中心、落点精确度难于提高的情况。洒水高度由于无法精确计算，导致难于科学控制最佳高度，往往花费半天或1天以上时间才彻底扑灭一场森林火灾。

2）地面扑救队伍与空中吊桶灭火技术配合效率不高。广东境内林区地形复杂，植被茂密，一旦发生森林火灾，早期难于被及时发现，加上林下可燃物载量大，火灾蔓延速度很快，非常容易导致小火酿成大灾。航空消防由于指挥协调的程序规定以及航站设置布局的客观条件，直升机接到指令到达火灾现场时，火灾已发生几小时或十几个小时以上，火灾面积已扩大到几百或一千亩以上，火场常常存在多条火线或火头，特别需要飞机和地面队伍密切配合扑救森林火灾。此时，直升机可以通过向火线（火头）洒水降低火势或直接扑灭明火，地面人员则充分利用直升机洒水后创造的时机，立即对地面余火进行扑打。实践中由于没有科学的地面队伍识别标志，导致地面队伍无法有效引导飞机准确洒水，直升机洒水落点经常偏离火线（火头）中心，严重影响地面扑救队伍的后续扑救行动，有时还发生直升机洒水淋湿地面队伍的现象

3）地空通信联动不够顺畅，地面以水灭火队伍持续灭火过程中水源不足或中断，飞机单机灭火耗时较长和续航能力受限等。

3 广东省森林火灾地空配合扑救技术试验

2015年1月研究团队在广州市增城区太子森林公园模拟森林火灾现场进行了K-32直升机的洒水有效性测试，完成了K-32直升机吊桶洒水高度与火场温度变化的关系研究。

K-32直升机主要参数：机长12.2 m，旋翼直径15.9 m，机高5.5 m，宽度3.8 m，空机重量7200 kg，最大起飞重量11 000 kg，最大平飞速度200 km/h，实用升限5000 m，悬停升限3500 m，最大爬升速率15 m/s，吊桶有效载水量3500～4000 kg[1]。

模拟森林火灾现场测试区域为海拔130 m的林地，林木为细叶榕、紫荆等，平均树高4.2 m。

3.1 K-32直升机洒水有效性测试

在模拟森林火灾现场测试区域将8个圆柱形塑料桶（直径22 cm、高度28 cm）按4行2列的排列顺序，以全埋（桶口与土壤地面齐平）的方式竖放至测试区域，每2行间隔5 m，两列间隔3 m，测试区域呈25 m长、9 m宽的长方形，面积225 m2。测试区域两端每次各放置一枚消防烟雾弹（粉红色烟雾）引导飞机洒水。测试时间内各时刻对应的气象条件如表1所示。

3.1.1 K-32直升机洒水有效性测试结果

飞机临近模拟火场测试区域上空时，提前引燃放置在测试区域两端的消防烟雾弹，释放出粉红色烟雾引导飞机对准测试区域洒水。测试过程中的飞行参数如表2所示，各次洒水时距离火场的高度如表3所示。

表1 K-32直升机测试时试验区域气象条件

表2 K-32直升机洒水测试时飞行参数

表3 各次洒水时距离火场的高度/m

第一次洒水时，经罗盘测试和计算得出，飞机洒水时吊桶距离火场高度11.8 m。洒水后试验研究团队快速返回测试区域检测，飞机吊桶距离火场高度11.8 m洒水时，以全埋方式竖放至测试区域的8个圆柱形塑料桶全部被吹离地面，8个洞内有积水，经快速测量，8个洞的积水高度分别为14.5、13.2、16.6、15.1、12.8、11.3、16.1、18.4 cm，平均值15.4 cm。

第二次洒水时，飞机吊桶距离火场高度约21.8 m。洒水后研究团队快速返回测试区域检测，飞机吊桶距离火场高度21.8 m洒水时，以全埋方式竖放至测试区域的8个圆柱形塑料桶全部被吹至与地面倾斜，桶内有积水，经快速测量，8个桶的积水高度分别为0.8、1.6、1.5、0.4、0.5、1.3、1.2、0.6 cm，平均值1.0 cm。

第三次洒水时，飞机吊桶距离火场高度约31.8 m。洒水后研究团队快速返回测试区域检测，飞机吊桶距离火场高度33.2 m洒水时，吊桶内水以雾化状态飘洒测试区域上空，以全埋方式竖放至测试区域的8个圆柱形塑料桶内没有检测到有洒水量。

3.1.2 K-32直升机洒水有效性测试结果分析

在消防烟雾弹释放出的粉红色烟雾的引导下，飞机能对准测试区域进行洒水作业。

第一次飞机以吊桶距离火场11.8 m的高度洒水时，风力巨大，8个与圆柱形塑料桶形状基本相同的洞内积水高度平均为15.4 cm，说明飞机在此高度洒水时水量集中，灭火效果较好。

第二次飞机以吊桶距离火场21.8 m的高度洒水时，风力较大，8个桶内积水高度平均为1.0 cm，说明飞机在此高度洒水时水量相对集中，灭火效果一般。

第三次飞机以吊桶距离火场31.8 m的高度洒水时，水以雾化状态飘洒在测试区域上空，以全埋方式竖放至洒水测试区域的8个圆柱形塑料桶没有被吹离地面，桶内也没有检测到有洒水量。说明飞机在此高度洒水时水以雾化状态飘洒在测试区域上空，灭火效果较差。

3.2 K-32直升机吊桶洒水高度与火场温度变化关系研究

在模拟火场测试区域中的硬化人行路面上将规格为1 m×1 m的火框按2×3的排列方式拼接，放入木材浇上柴油点燃。使用红外测温仪在5 m外按照15 s一个数据依次记录平均温度值。测试区域两端每次各放置一枚消防烟雾弹（粉红色烟雾）引导飞机洒水。飞机临近模拟火场测试区域上空时，提前引燃放置测试区域两端的消防烟雾弹，释放出粉红色烟雾引导飞机对准测试区域洒水。

表4 直升机洒水温度变化表/℃

3.2.1 K-32直升机吊桶洒水高度与火场温度变化测试结果

飞机保持45～60km/h的飞行速度，两次都以吊桶距离火场25 m的高度对准火堆洒水。洒水过程完成后使用红外测温仪在5 m外按照15 s一个数据依次记录平均温度值。温度变化情况如表4所示。

3.2.2 K-32直升机吊桶洒水高度与火场温度变化测试结果分析

由于模拟火场温度变化测试区域面积过小，只有3 m×2 m=6m2，第一次飞机以吊桶距离火场25 m高度飞越测试区域上空时造成延时滞后洒水，模拟火场没有接收到洒水。模拟火场温度由初始温度481℃急升至592℃，上升幅度达23.1%。

第二次飞机仍然以吊桶距离火场25 m高度飞越测试区域上空，在消防烟雾弹释放出粉红色烟雾的引导下，飞机对准测试区域准确实施洒水，模拟火场温度从592℃急剧下降至63.1℃，下降幅度达528.9℃。

试验结果说明K-32直升机洒水时如果落点没有准确对准火线（或火头），飞机经过火场上空时不但不能降低火势或直接扑灭明火，反而会造成火场温度急剧升高。落点准确，洒水后火场温度则急剧下降。洒水落点准确率的高低对火灾扑救效率和安全影响极大。

4 广东省森林火灾地空配合扑救技术试验结论与建议

1）在消防烟雾弹释放出的粉红色烟雾的引导下，飞机能对准测试区域进行洒水作业，提高了落点准确度。建议在森林火灾地空配合扑救实践中，地面队伍配置相应的消防烟雾弹，引导飞机快速向火线(火头)洒水直接扑灭明火或降低火势，给地面扑救队伍创造扑救机会和提高扑救的安全性。

2）K-32直升机吊桶以距离火场12 m的高度洒水时，水量集中，灭火效果较好；距离火场22 m的高度洒水时，水量相对集中，灭火效果一般；距离火场32 m的高度洒水时，水以雾化状态飘洒在测试区域上空，灭火效果较差。在保证安全，在地形及气象条件允许的情况下，建议在森林火灾地空配合扑救实践中，K-32直升机吊桶洒水高度保持在10～20 m，以提高洒水效率。

3）洒水落点准确率的高低对火灾扑救效率影响极大。直升机洒水落点没有准确对准火线（或火头），飞机经过火场上空时会造成火场温度急剧升高。

[1]杜永胜，崔永环，白胜文，等.森林航空消防[M].黑龙江：东北林业大学出版社，2009.

（责任编辑：陈小华）

S762.3

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2016-12-07

广东省林业科技创新专项资金项目（2013KJCX017，2015KJCX046）