近年来欧洲森林火灾有关事故（三）科纳提事故（克罗地亚）

达科·斯蒂帕尼切夫 多明戈斯·维加斯 丁海艳 李梦雅 高伟博 胡万吉 龙啟成

栏目主持：许传升。本文为“让消防员安全回家”公益计划成果，文章翻译自多明戈斯·泽维尔·维加斯主编的《近年来欧洲森林火灾有关事故》。

前言

克罗地亚属于森林火灾风险较高的欧洲国家，其有组织地进行灭火的历史已有144年之久，在这漫长的历史中，直到2007年为止，都没有出现过大量伤亡的消防事故记录。2007年8月30日发生的科纳提事故是克罗地亚有史以来最大的消防事故。共12名职业或志愿消防员在此次事故中丧生，另有一人在位于科尔纳特岛的科纳提国家公园西普特湾附近的一个小峡谷中受了重伤。

为了解释西普特峡谷中所发生的事情，以及为什么一名经验丰富的消防员会在一次看上去非常简单的行动中丧生，克罗地亚议会国家安全办公室和位于希贝尼克的法院已经聘请了50多名来自各个领域的研究人员和专家。我们研究这起事故的目的并不是要追究哪个人的责任，而是要找出事故发生的原因，并从中吸取教训，以避免将来发生再次事故。

事故发生前和发生期间的火势蔓延模拟

起火时间为11：00-11：30，地点为Vrulje海湾，距离Sipnate峡谷6.6公里，而事故发生在15：20-15：30，因此平均火势蔓延速度（ROS）约为0.46米/秒（1.66公里/小时，46厘米/秒）。

在斯普利特大学，我们以Rothermel方程和细胞自动控制器为基础，专门为克罗地亚海岸和岛屿研发了一种火灾蔓延模拟器——iForestFire®（Stipaničev et al.2008; iForestFire，2008），因此我们用它来模拟Kornat岛的火灾蔓延。在模拟数据准备期间，最大的难题是如何推导出适当的植被图，因为我们从未根据火势蔓延特征对克罗地亚植被进行过分析。于是，我们使用标准的Kornat岛植被图和KornatCORINE2000土地覆盖与使用分类，并用Albini-Anderson（Anderson，1982）和Scott-Burgan（2005）的燃料模型代替当地的植被类别。研究过程中，我们进行多次模拟，以找到最适合的输入参数用于观测数据，特别是在火势到达事故地点且平均火势蔓延速度（ROS）达到0.46米/秒的时候。对于Albini-Anderson定义的主燃料类别——燃料模型1（短草1英尺）和枯死可燃物湿度12%，最适合中火焰风速2.29米/秒（图4.8）。

从所有的模拟中得出的最重要的结论是，火头在Kornat岛的北侧蔓延得更快，目击者也提到了这一点。这一事实被用于重建消防员的路径，如图6所示。根据模拟，在火头到达Veli vrh山顶之后，南部的火蔓延进入Sipnate峡谷南部，但速度减缓。

火焰蔓延分析第二部分是关于Sipnate峡谷内的火势蔓延的。在Sipnate峡谷中，主要的植被类型是非常干燥的草。基于植被样本得出的燃料负荷大约为0.561 kg/m2 - 0.837kg/m2 （IWG，2008; Spanjol et al.，2008）。与这一标准最相近植被类别Albini-Anderson燃料模型3（A-A M3），其燃料负荷0.744 kg/m2（Anderson，1982），以及Scott-Burgan燃料模型GR4（S-B GR4） ），其燃料负荷为0.531 kg/m2（Scott-Burgan，2005）。我们通过气象模拟模型测得10米风速，利用Anderson算法，得出：在Sipnate峡谷中，中部火焰风向平行于主峡谷轴线，速度为1.8 m/s-4 m/s（6.4 km/h-14.4 km/h）。可燃物含水量（FFMC）为12%-14%，新鲜的草燃料含水量为30%，枯死可燃物湿度（ME）估计为40%，因为A-A M3（25%）和S-B GR4（15%）燃料模型的原始ME值不准确。Yebra et al（2007）也用了与我们类似方法，得出地中海植被ME估值也为40%。 Sipnate峡谷主轴的平均坡度为14%。

图4.8克罗地亚斯普利特大学基于Rothermel方程得出从Vrulje海湾着火点到Sipnate峡谷事故位置的火灾蔓延模拟图。Albini-Anderson 1（矮草）模拟当地主要植被（浅绿色部分），死亡燃料湿度为12%，平均中部火焰风速为2.29米/秒。

使用BehavePlus3模拟程序计算出火灾蔓延参数，表4.1给出了A-A M3和S-B GR4燃料模型以及FFMC12%的结果。峡谷底部的过火面积约为10公顷，因此植被燃烧释放的总热量估算为550 GJ-750 GJ。 我们用Rothermel方程式和BehavePlus3程序假定火势恒定蔓延速率，从而得出，能看到火焰的地方到達事故发生点距离350米，火灾走这段距离的时间在5.21分钟到15.91分钟之间，这是不现实的。

消防队员经验丰富，所以如果火头到达Sipnate峡谷内的时间在5到15分钟之间，消防员就有足够的时间撤离。因此，我们得出结论，Rothermel模型的恒定火灾蔓延速率的不适合模拟Sipnate峡谷的火灾行为。还有一种方法——Viegas（2005）中提到的喷发火力模型。科英布拉森林火灾实验室进行了Sipnate火灾模拟，结果应用于喷发火灾数学模型。

A-A M.3

S-B GR4

我们注意到，峡谷底部的火焰只有在到达b点时才能被察觉到，尽管我们可以假设烟雾的存在可以早一点被察觉到，并可能在一两分钟前触发警报。即便如此，这群人要想在目前位置附近找到安全区，可能为时已晚。

在这个模拟中，我们也没有考虑风对火灾爆发的影响。根据我们之前的观察，我们假设风的存在可能预示着火山爆发的时刻，但不会改变事件的顺序。如果有风的支持，火山爆发的时间会更短，这群人从大火中逃生的时间也会更短。

事故的气动和热力学方面分析

对西帕纳特峡谷火灾演化过程进行了基本的气动和热力学分析（IWG， 2008;Klarin， 2008;Ninic and Nizetic， 2008）基于一些假设（Klarin et al， 2008）。我们在此对本研究的结果作一简要的总结，以补充我们的研究结果。空气动力学和热力学分析的最重要的结论是，如果我们只使用标准的火灾发展的假设，排除喷出的火焰传播效果，没有足够的能量流，气体膨胀的景观火灾发展可能导致这样一个惨重事故和严重伤害。基于事故现场分析的其他假设如下：

地面上的石頭很大，中间有高高的草。在这样的地形上行走或奔跑都不容易，尤其是对于身负重荷、装备精良的消防员来说。只有短距离的跳跃才有可能作为移动的手段。高达5米的天然石墙作为障碍物;因此，消防人员必须遵循这些石墙的方向。

Veli Vrh山是峡谷上方空气流动的主要地形障碍。它的侧线几乎垂直于科纳提岛的主轴。可以预料，主要气流会绕过峰顶。由于峡谷的相对深度，在峡谷上方会产生较大的涡流。这意味着存在局部反向流。

西贝特湾上的峡谷以南北方向为主轴。峡谷从海平面开始，主要部分就在Veli Vrh山的下方。峡谷的尽头在北侧，刚好低于最大急流层。在这一侧，在Veli Vrh和Meja之间有一个小高原。峡谷的东侧是一片平坦的倾斜平原，这就是事故发生的地方。主要热边界层发育于此。

复杂地形上的地表急流层引起了热流的隧穿，使得分析十分复杂。因此，为了得到令人满意的结果，必须做出一些合理的假设。

有两个因素有助于分析。首先是在热风流动的路径上，几棵树上出现了脱水的叶子。热风的速度不允许燃烧，而只允许传热，这会使叶子变干。周围几乎没有其他地方可以看到不同路径上的枯叶。

另一个帮助事实可见层在几个小乔木，由燃烧和脱水树皮、树枝和树叶，在热边界层的发展从峡谷的底部（0.5米）的中间部分（1.7米）和高原的结束（3.0米）。这些高度提供了迭代的逆向分析热边界层。

格拉维卡山有一半未被烧毁，这是由于一个大涡引起的逆向流动，而Veli Vrh的山顶部分未被烧毁，可能是由于地面急流中的强风所致。

从事故发生的地点看不出第一段峡谷。

2007年9月底，我们第一次前往事故现场，当时的风况与事故期间相似。我们注意到两个风流：第一个是占主导地位的SE方向，吹拉vrh山的边缘，而第二个是大峡谷的水线S N .第一个主导风流强得多的N端峡谷顶部侧）。在峡谷底部，靠近它的南部入口，没有来自东南方向的气流。只有沿着峡谷水平线的第二股风流可以被注意到。

上述研究给出了事故可能的两种热力学解释：

克罗地亚议会国家安全办公室和内政部成立的志愿科研小组在事故调查过程中推导出的快速热休克理论（IWG， 2008;Ninic and Nizetic， 2008;Klarin等，2008）。

法院专家组推导出的“非均质混合气体燃烧”理论。由于法院专家报告是法院调查的一个重要组成部分，尚未完成，但其摘要已给出（HINA， 2008），因此他们的理论尚未发表的所有细节。

快速热震理论

这种热力学分析是基于顺风地形剖面迅速燃烧的假设。然而，快速的燃烧并不足以解释事故，尤其是消防员的重伤事故。因此，在分析了所有证据后，Ninic和Nizetic得出了一种可能的解释，称为快速热休克（FHS），在（IWG， 2008;Ninic and Nizetic， 2008;Klarin等，2008）。

根据他们的理论，消防员可能被火焰包围，或者被迅速移动的火场包围。在任何情况下，在Sipnate峡谷底部截面发生燃烧时，该事故模型包括沿整个峡谷截面的快速热输入。这种热输入引起了温度-湍流边界层的形成。它在事故现场的厚度为2.5米，也就是该地区小树上脱水的叶子的高度。作为主要研究目标是估计只有事故的可能性由于自然原因，相对不利的情况下假定，例如较低的空气过剩系数λ= 1.5，当地的空气速度在离地面2.5米是大约10 m / s，而干燥的载油量约为0.6 kg / m2。在假定有效火焰温度和点燃段长度的情况下，该输入数据提供了事故位置边界层平均温度的迭代估计。

计算了在长300 - 350米、高2.5米的矩形截面空间内流动的能量平衡。典型事故输入数据计算平均热风温度至少为420 K（150℃），持续时间为2-3分钟。结果表明，这一被称为“FHS -快速热休克”的机制可以解释由明显无害的环境造成的异常剧烈的后果。这种解释与快速燃烧机制无关。

非均质气体混合物的燃烧

由于我们不知道所有的细节，我们无法深入讨论这一理论，所以我们将于2008年8月22日（HINA， 2008）向媒体发布法官调查员Branko Ivic的官方报告摘要（翻译成英文是我们的）：

“科纳提事故是由一种被称为‘燃烧非均质混合气体’的自然现象引起的。这种混合气体是由科纳提草木植物从起火点（Vrulje bay）到事故地点（Sipnate canyon）燃烧数小时后产生的。他们之间的距离超过6.5公里。由于植被的燃烧，产生了由氢、甲烷、乙烷、一氧化碳、甲醇等组成的气体和蒸汽。它们被风吹过Veli vrh山顶，开始集中在Sipnate峡谷中。一个火场从南面进入斯帕纳特峡谷。火焰在峡谷内的传播可能具有爆发性的火灾行为，因此，火焰锋面相当快地到达斯帕纳特峡谷内的积存气体混合物并将其燃烧。

“非均质混合气体燃烧”这种自然现象的特点是高温燃烧，有时温度超过1200℃。它的另一个后果是热气体的快速膨胀。在这个膨胀过程中，它们的体积可以比初始体积增加5到8倍。消防队员首先暴露在炽热的气体中，然后是燃烧的植被、设备和衣服的火焰中。“非均质气体燃烧”是消防员受伤的主要原因。这是一个非常罕见的自然过程，但并非未知。类似的事情在2008年1月18日发生在澳大利亚堪培拉附近，2000年9月17日发生在科西嘉岛帕拉斯卡附近。

专家们还发现，直升机与事故没有任何关系，也没有任何其他类型的爆炸装置——地雷、炸弹或荧光粉。”

法院专家组成员为M.Drakulic， M.Carevic ，B.Grisogono， S.Kocian， V.Mastruko，D.Zecevic等等。在将来，当他们的综合报告公开时，我们可以更詳细地讨论这个理论。在这里，我们只提到我们已经考虑了Peuch（2007）在我们的原始报告（IWG， 2008）中描述的累积气体理论。经过分析，我们认为这并不能很好地解释这次事故，特别是因为在我们第一次去事故现场时，我们注意到两股气流——主要来自东南方向的气流和沿着峡谷水带的本地气流。我们的结论是，在这些风的条件下，天然气在峡谷中是不可能积累的，但我们在重新考虑这一理论时，法院的专业知识的细节将是可用的。

经验教训及结论

我们从这次事故中学到了什么？最重要的结论是，任何消防救援行动都有潜在的危险，因此有必要采取一切预防措施。科纳提大火第一眼看上去相当简单，因为燃料主要是短草。消防队员说，从弗鲁耶到斯帕纳特的火线并不严重，所以他们已经越过了火线好几次。但植被火灾是一种复杂的现象，通常很难预测其进一步发展。消防人员需要进行良好的训练和准备，这对干预火灾行动的成功和安全而言是至关重要。

在这一章中，我们的兴趣主要集中在对事故的技术解释上，但在调查过程中记录了防火和消防程序中一些可以改进的组织和程序方面。例如：

·科纳提国家公园的消防工作没有按照现有计划进行适当的组织。

·消防队员的无线电通讯没有完全发挥作用。

·消防员没有穿着完整的防火工作服。

·报告了一些组织问题，例如两名消防员是年轻人，但根据克罗地亚法律，年轻人不能参与灭火干预。

·2007年夏天，克罗地亚只有4架加拿大航空公司（Canadair）的飞机用于扑灭森林大火。2007年夏天非常干燥，而且8月底的火灾危险指数非常高，但在8月底，其中两架飞机出了故障，需要修理，还有一架飞机被派往希腊提供帮助。只有一架飞机在克罗地亚执行任务。2007年8月30日，该地区发生了另外两起大火，因此在14时40分，飞机从科纳提被派往另一个地点。

·对受害者的救援行动没有进行适当的组织，因为系统没有为这样的灾难做好准备。

关于在哪里展开战斗对抗科纳提大火的决定也引起了许多问题。对很多人来说，尤其是遇难者家属，还有一些专业人士来说，他们仍然不清楚为什么决定在前线扑灭火灾，而不是保护稀有的房屋和稀有的橄榄树。几个世纪以来，科纳特岛被用作牧羊场，所以牧羊人过去常常烧岛来恢复草地是众所周知的。房屋坐落在离海很近的孤立的海湾里，保护它们不受火灾的伤害是很容易的。大火发生几个月后，科纳特岛上的草木几乎完全恢复了生机。

有关科纳提事故各个方面的详细分析，我们总结出有关消防教育，消防干预组织和森林火灾的经验，还有一些关于消防设备、通信和全球组织的建议。直到2007年，在克罗地亚近一个半世纪的消防历史中，从未发生过这样的伤亡事故。我们希望当局接受我们的建议，以便进一步改善克罗地亚的消防工作。科纳提的事故是克罗地亚发生的第一起此类事故，但我们希望它也将是最后一起。我们还必须提到，基于这次事故，为更好的教育克罗地亚消防员，在2008年克罗地亚当局领导人组织有关人员研究该事故，以避免未来再次发生。

感谢

我们对科纳提事故的研究不仅献给科纳提受害者安特·克韦林、伊维卡·克韦林、托米斯拉夫·克韦林、安特·朱里切夫-米库林、迪诺·卡拉里奇、马林科·克尼泽维奇、乔西普·卢西奇、伊万·马里诺维奇、卡洛·塞维迪亚、加布里埃尔·斯科西奇、马克·斯坦西奇、赫沃耶·斯特里克曼和幸存的消防队员弗兰·卢西克，也向所有其他消防事故的受害者致敬。勇敢的消防队员已经永远失去了生命，但如果我们能够了解斯皮纳特峡谷发生了什么，也许我们就能在未来阻止类似的事故发生。

参考文献：

安德森（1982）.帮助确定燃料模型，以估计火灾行为.美国农业部.第122页，第22页.

希娜（2008）.2008年8月22日，“科尔纳蒂号事故是由燃烧非均质混合气体引起的”，http：//www.vecernji.hr/newsroom/news/克罗地亚a/3150091/index.doiForestFire （2008）.智能森林火灾监测系统，http：//www.iforestfire.com.

跨学科工作组（IWG），（2008）.《科尔纳蒂事故报告》，斯普利特，克罗地亚萨格勒布，600页，2008年2月.

Klarin， b （2008）.科尔纳蒂事故的空气动力学方面-车间森林火灾行为研究和科尔纳蒂火灾事故-事实和初步研究结果，2008年2月4日，Split， http：//laris.fesb.hr/Kornati-040208.htm.

Kljakovic， K，马尔科维奇，I.（2007）.2007年12月24日，《我跳进火里救了我的命》.

Stipaničev， d . Hrastnik B.Vujčić，r （2007）.克罗地亚斯普利特和达尔马提亚县森林防火的整体方法，野火2007国际会议，塞维利亚，西班牙，2007年5月.Stipanicev D.

维埃加斯D.X. （2005）.森林火灾爆发的数学模型.燃烧科学与技术.177：1-25.

维埃加斯D.X. （2006）.爆发火灾行为模型的参数化研究.国际J.野地火灾.15（2）：169-177.