Luận văn Thạc sĩ Khoa học lâm nghiệp: Nghiên cứu máy chữa cháy rừng dùng tác nhân chữa cháy là không khí

Chia sẻ: Tri Lộ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:103

Thêm vào BST

Báo xấu

22
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu máy chữa cháy rừng tác nhân chữa cháy là không khí sau khi nghiên cứu phải đạt được yêu cầu: năng suất dập lửa cao, hiệu quả dập lửa lớn, sử dụng chất chữa cháy rừng tại chỗ (không khí), thiết bị gọn nhẹ, dễ sử dụng và phù hợp với địa hình dốc nơi không có nguồn nước.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học lâm nghiệp: Nghiên cứu máy chữa cháy rừng dùng tác nhân chữa cháy là không khí

1 MỞ ĐẦU 1. Đặt vấn đề Rừng là lá phổi xanh của toàn nhân loại, là nguồn tài nguyên quý giá có khả năng tái tạo, có giá trị to lớn đối với nền kinh tế quốc dân, văn hoá cộng đồng, du lịch sinh thái, nghiên cứu khoa học, an ninh quốc gia và chất lượng cuộc sống của con người. Tuy nhiên, hiện nay tài nguyên rừng đang bị suy giảm nghiêm trọng cả về số lượng và chất lượng. Một trong những nguyên nhân làm mất rừng đó là do cháy rừng. Theo thống kê của cục Kiểm lâm trong vòng 12 năm (1992 - 2003) ở Việt Nam đã xảy ra 15.660 vụ cháy rừng làm thiệt hại 83.889 ha rừng. Trung bình mỗi năm bị thiệt hại khoảng 10.000 ha. Không những bị tổn thất về mặt tài nguyên mà còn ảnh hưởng đến tính mạng con người, của cải và môi trường sinh thái. Đứng trước những hiểm hoạ do cháy rừng gây ra, các nhà khoa học trên thế giới không ngừng nghiên cứu, cải tiến các phương pháp phòng và chữa cháy rừng, nhằm hạn chế đến mức thấp nhất thiệt hại do cháy rừng gây ra. Mỗi loại thiết bị chỉ phù hợp với điều kiện nhất định, nên khi áp dụng các thiết bị chữa cháy rừng của nước ngoài vào điều kiện rừng của Việt Nam chưa phù hợp, do địa hình rừng của Việt Nam có độ dốc lớn, không có nguồn nước, vật liệu cháy rừng phức tạp, đường giao thông không thuận lợi. Hiện nay việc chữa cháy rừng ở Việt Nam chủ yếu chữa cháy bằng thủ công (dùng cành cây, cào, cuốc… đập trực tiếp vào đám cháy), nên hiệu quả thấp, nguy hiểm đối với người tham gia chữa cháy, từ đó mà diện tích cháy rừng ngày càng tăng. Một số vườn quốc gia và cơ sở chữa cháy đã trang bị một số thiết bị để chữa cháy rừng, nhưng các thiết bị này không phù hợp với địa hình, điều kiện rừng, điều kiện tác nhân chữa cháy nên hiệu quả chữa cháy rừng không cao. Do đặc điểm của cháy rừng thường là nơi xa nguồn nước, điều kiện vận chuyển nước không thuận lợi, độ dốc lớn, địa hình phức tạp nên các thiết bị chữa cháy lớn như xe ôtô cứu hoả khó có thể áp dụng được. Để tăng hiệu quả cho việc chữa cháy rừng thì cần phải nghiên cứu, thiết kế, chế tạo ra các thiết bị chữa cháy rừng sử dụng tác nhân chữa cháy tại chỗ, thiết bị gọn nhẹ dễ mang vác di dộng trên địa hình dốc, hiệu quả dập lửa lớn,
2 dễ sử dụng, phù hợp với điều kiện địa hình và điều kiện kinh tế ở Việt Nam, để trang bị rộng rãi cho các cơ sở sản xuất Lâm nghiệp, để từ đó toàn dân có thể tham gia vào công tác chữa cháy rừng, góp phần hạn chế diện tích rừng bị cháy. Xuất phát từ những lý do trên mà tôi tiến hành thực hiện đề tài: Nghiên cứu máy chữa cháy rừng dùng tác nhân chữa cháy là không khí. 2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài Xuất phát từ lý do thực hiện đề tài đã nêu, chúng tôi đặt mục tiêu nghiên cứu như sau: Máy chữa cháy rừng tác nhân chữa cháy là không khí sau khi nghiên cứu phải đạt được yêu cầu: năng suất dập lửa cao, hiệu quả dập lửa lớn, sử dụng chất chữa cháy rừng tại chỗ (không khí), thiết bị gọn nhẹ, dễ sử dụng và phù hợp với địa hình dốc nơi không có nguồn nước. 3. Phạm vi nghiên cứu của đề tài Nghiên cứu máy chữa cháy rừng tác nhân chữa cháy là không khí là một vấn đề rộng và cần thời gian dài, trong đề tài này chỉ giới hạn các nội dung sau đây: - Thiết bị nghiên cứu: Đề tài không nghiên cứu phần động cơ của máy thổi gió, mà chỉ tập trung giải quyết một số vấn đề tồn tại của máy thổi gió hiện có đó là: lưu lượng và vận tốc của quạt gió, công suất của động cơ, trọng lượng động cơ và chế độ sử dụng của thiết bị. - Đối tượng chữa cháy: Đề tài không nghiên cứu tất cả các loại vật liệu cháy rừng, tất cả các loại độ dốc, tất cả các loại rừng, mà chỉ tập trung nghiên cứu một số loại vật liệu cháy rừng có diện tích lớn, thường xuyên xảy ra cháy đó là: vật liệu cháy rừng của rừng trồng. - Địa điểm nghiên cứu: Đề tài không có điều kiện khảo nghiệm nhiều loại vật liệu cháy rừng, nhiều loại địa hình, mà chỉ chọn một số địa phương có diện tích rừng trồng lớn, địa hình có thể đặc trưng cho một số tỉnh ở Miền Bắc Việt Nam như: tỉnh Hoà Bình, Thanh Hoá, Phú Thọ, để lấy mẫu thí nghiệm và khảo nghiệm trong điều kiện sản xuất. 4. Nội dung nghiên cứu của đề tài Với phạm vi nghiên cứu đã trình bày ở phần trên, để đạt được mục tiêu của đề tài đặt ra, luận văn tập trung giải quyết những nội dung sau:
3 4.1. Nghiên cứu lý thuyết Nội dung nghiên cứu lý thuyết cần giải quyết các vấn đề sau: - Xác định bản chất của quá trình cháy, điều kiện của quá trình cháy và nguyên lý dập tắt đám cháy rừng; - Xây dựng cơ sở lý thuyết quá trình dập tắt đám cháy rừng bằng chất chữa cháy là không khí; - Xây dựng cơ sở lý thuyết tính toán và xác định các thông số cơ bản của quạt gió; - Xác định công suất của động cơ làm cơ sở để lựa chọn loại động cơ hợp lý. 4.2. Nghiên cứu thực nghiệm Nghiên cứu thực nghiệm để kiểm nghiệm các kết quả tính theo lý thuyết và xác định hiệu quả của chữa cháy rừng chất chữa cháy là không khí. Từ kết quả đó làm cơ sở lựa chọn dạng quạt gió hợp lý và xác định một số thông số tối ưu của quạt gió, do vậy nội dung nghiên cứu thực nghiệm bao gồm các vấn đề sau: - Xác định các thông số của vật liệu cháy rừng ở một số khu rừng nghiên cứu; - Xác định các thông số của đám cháy như nhiệt độ đám cháy, nhiệt độ gần đám cháy; - Xác định quan hệ giữa chiều dài ống thổi với vận tốc không khí ở miệng ống thổi; - Xác định quan hệ giữa vận tốc không khí với vị trí cách miệng ống thổi; - Xác định quan hệ giữa vận tốc không khí ở miệng ống thổi với thời gian dập tắt đám cháy; - Xác định quan hệ giữa chiều dày vật liệu cháy rừng với thời gian dập tắt đám cháy; - Xác định thông số tối ưu của quạt gió; - Xác định lưu lượng không khí cần thiết để dập tắt đám cháy; - Lựa chọn dạng cánh quạt gió hợp lý; - Xác định công suất của động cơ để làm cơ sở lựa chọn loại động cơ cho phù hợp. 4.3. Thử nghiệm thiết bị nghiên cứu trong điều kiện sản xuất
4 Thử nghiệm máy chữa cháy rừng tác nhân chữa cháy là không khí trong điều kiện sản xuất nhằm xác định một số chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của thiết bị, từ đó sơ bộ xác định hiệu quả kinh tế khi sử dụng thiết bị và đánh giá khả năng áp dụng vào sản xuất.
5 Chƣơng 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Tình hình cháy rừng ở Việt Nam và trên thế giới 1.1.1. Tình hình cháy rừng trên thế giới Trước cách mạng công nghiệp, rừng trên thế giới chiếm khoảng 50% diện tích các lục địa, đến năm 1955 diện tích rừng này đã bị giảm đi một nửa. Tới năm 1980 diện tích rừng của thế giới còn khoảng 2,5 tỷ ha (bằng 1/5 diện tích bề mặt của trái đất). Một trong những nguyên nhân cơ bản của sự mất rừng chính là do cháy rừng gây ra. Số liệu thống kê cho thấy, hàng năm trên thế giới trung bình có khoảng từ 10 - 15 triệu ha rừng bị cháy, có những năm con số này còn tăng gấp đôi. Những đám cháy rừng điển hình đã xảy ra ở một số nước như sau: - Ở Mỹ: Tại Miramichi và Maine (10/1825) cháy rừng đã thiêu huỷ 30.000 ha, số người thiệt mạng không xác định được; Tại Great Idaho (8/1911) cháy rừng đã thiêu huỷ 30.000 ha và 85 người thiệt mạng. Vụ cháy năm 1947 có 1.200.000 ha và có ít nhất 60 người thiệt mạng; Trong hai năm 1993 - 1994 hàng nghìn vụ cháy rừng đã thiêu huỷ khoảng 1.590.000 ha. Riêng năm 2000 ở Mỹ đã bị cháy 2,8 triệu ha, đã phải chi phí tới 15 triệu USD/ngày trong vòng hơn 2 tháng. - Ở Hy Lạp: Những đám cháy liên tục tại nước này từ năm 1998 tới tháng 7 năm 2000 đã gây nên sự quan tâm của thế giới. Riêng tháng 7 và tháng 8/1998 có tới 9.000 vụ cháy lớn nhỏ, thiêu huỷ khoảng 1.500.000 ha rừng và hàng trăm ngôi nhà bao quanh bao gồm cả bệnh viện, tiệm ăn, nhà máy, trường học…. Trong vòng vài tuần của tháng 7/2000 đã có tới 70.000 ha rừng bị cháy. Tháng 9 đến tháng 10 năm 2007 Hy Lạp đã xảy ra vụ cháy rừng kéo dài hơn một tháng làm thiệt hại khoảng 120.000 ha rừng làm 60 người chết, thiệt hại về kinh tế khoảng 60 tỷ đô la. - Ở Pháp: Năm 1975 có tới 350 vụ cháy rừng với tổng thiệt hại là 155.000 ha (phụ lục 1).
6 - Ở Australia: Năm 1976 cháy rừng đã thiêu huỷ 1,7 triệu ha. Ngày 16/2/1983, một vụ cháy đã thiêu huỷ hơn 335.000 ha rừng và đồng cỏ ở Bang Victoria (phụ lục 1), làm chết 73 người, hơn 1.000 người bị thương và gây thiệt hại khoảng 450 triệu USD. - Ở Trung Quốc: Năm 1987 có khoảng 3 triệu ha rừng đã bị cháy làm thiệt hại hàng tỷ đô la 150 người thiệt mạng. - Tại Khu vực Đông Nam Á: Theo số liệu thống kê của FAO, từ năm 1982 đến đầu năm 1998 có trên 15 triệu ha rừng và đất rừng trong khu vực bị cháy. Trong đó, Inđônêsia là nước thường xảy ra cháy rừng với thiệt hại lớn nhất. Cháy rừng tại Inđônêsia năm 1998 làm ô nhiễm không khí cả các nước trong khu vực; Theo Peter F. Moore (Giám đốc dự án phòng chống cháy khu vực Đông Nam Á), tình hình cháy rừng trên thế giới trong hai năm 1997 - 1998 được thống kê như ở bảng 1.1; Bảng 1.1: Tình hình cháy rừng trên thế giới trong 2 năm (1997 – 1998) D.tích rừng bị cháy Lượng CO2 thải ra Thiệt hại kinh tế Khu vực (triệu ha) (tấn) (tỷ USD) Đông Nam Á 8 -10 11 triệu 10 Trung Quốc 1,1 x x Amazon 3,3 x x Nga 2,0 30 triệu x Trung Mỹ 1,5 x x Bắc Mỹ 5,6 x 0,5 Nam Châu Âu 0,22 x x Tổng 23,64 41 triệu x Như vậy chỉ tính riêng trong hai năm 1997 - 1998, trên thế giới có trên 23 triệu ha rừng bị tác động bởi cháy rừng.
7 1.1.2. Tình hình cháy rừng ở Việt Nam Việt Nam hiện có trên 12,8 triệu ha rừng (độ che phủ tương ứng là 38,8%), với 10,8 triệu ha rừng tự nhiên và 2 triệu ha rừng trồng. Trong những năm gần đây diện tích rừng tăng lên, nhưng chất lượng rừng còn suy giảm, rừng nguyên sinh chỉ còn khoảng 7%, trong khi rừng thứ sinh nghèo kiệt chiếm gần 70% tổng diện tích rừng trong cả nước, đây là loại rừng dễ xảy ra cháy, hiện nay Việt Nam có khoảng 6 triệu ha rừng dễ cháy bao gồm: rừng thông, rừng tràm, rừng tre nứa, rừng khộp, rừng non khoanh nuôi tái sinh tự nhiên và rừng đặc sản…, cùng với diện tích rừng dễ xảy ra cháy rừng hàng năm, thì tình hình diễn biến thời tiết ngày càng phức tạp và càng khó lường ở Việt Nam đang làm nguy cơ tiềm ẩn cháy rừng và cháy lớn ngày càng nghiêm trọng. Trong vài thập kỷ qua, trung bình mỗi năm Việt Nam mất đi hàng chục ngàn ha rừng, trong đó mất do cháy rừng khoảng 16.000 ha. Theo số liệu thống kê chưa đầy đủ về cháy rừng và thiệt hại do cháy rừng gây ra trong vòng 40 năm qua (1963 - 2002) của Cục Kiểm lâm thì tổng số vụ cháy rừng là trên 47.000 vụ, diện tích thiệt hại trên 633.000 ha rừng (chủ yếu là rừng non), trong đó có 262.325 ha rừng trồng và 376.160 ha rừng tự nhiên. Thiệt hại ước tính mất hàng ngàn tỷ đồng, đó là chưa kể đến những ảnh hưởng xấu về môi trường sống, cùng những thiệt hại do làm tăng lũ lụt ở vùng hạ lưu mà chúng ta chưa xác định được và làm giảm tính đa dạng sinh học, phá vỡ cảnh quan, tác động xấu đến an ninh quốc phòng…. Ngoài ra còn gây thiệt hại đến tính mạng và tài sản của con người. Một số số liệu điển hình về cháy rừng và thiệt hại do cháy rừng gây ra ở Việt Nam trong những năm qua như sau: Năm 1976, tại tỉnh Cà Mau đã cháy 21.000 ha rừng Tràm, làm 02 người chết; tại Quảng Ninh từ năm 1962 - 1983, diện tích rừng Thông bị cháy là 15.800 ha với trên 10.000 bát nhựa bị cháy, vỡ gây thất thu hàng ngàn tấn nhựa thông và một số kho tàng bị cháy; ở tỉnh Lâm Đồng từ năm 1981 - 1994 cháy 43.238 ha rừng Thông và một số rừng trồng khác; ở tỉnh Cà Mau và Kiên Giang diện tích rừng Tràm bị cháy trong 4 năm (1976 - 1980) là 43.600 ha gây thiệt hại 2 triệu m3 gỗ, củi
8 và nhiều loại côn trùng, động vật cư trú tại đó, đồng thời cháy cả lớp than bùn từ 0,8 đến 1,2 m gây thiệt hại hàng trăm tỷ đồng, đặc biệt năm 1998 Kiên Giang bị cháy 4.262 ha rừng, tổn thất trên 20 tỷ đồng; ở tỉnh Thừa Thiên Huế, mùa khô năm 1991, do dùng lửa thiếu ý thức đã làm cháy hơn 300 ha rừng Thông, trong thời gian rất ngắn đã thiêu huỷ cả khu rừng gây trồng hơn 10 năm tuổi; các tỉnh Kon Tum, Gia Lai, Đăk Lăk và Lâm Đồng là những tỉnh bị cháy rừng khá lớn, chỉ tính riêng từ năm 1992 - 2000, bốn tỉnh đó xảy ra 1.825 vụ cháy rừng, gây thiệt hại trên 13.290 ha rừng kinh tế, [7]. Năm 1998, cả nước chịu ảnh hưởng của hiện tượng El Nilo đã xảy ra cháy trên 15.000 ha rừng, làm chết 13 người. Năm 2002, đã xảy ra 1.198 vụ cháy rừng, thiệt hại 15.548 ha rừng (4.125 ha rừng tự nhiên và 11.423 ha rừng trồng), trong đó thiệt hại do hai vụ cháy rừng U Minh là 5.415 ha, giá trị lâm sản thiệt hại ước tính khoảng 290 tỷ đồng (theo giá thị trường tại U Minh khoảng 500.000đ/m3), chưa kể hàng chục tỷ đồng chi phí chữa cháy và chi phí để phục hồi phục hồi rừng của nhà nước. Ngày 27/3/2006, tại Mù Cang Chải (Yên Bái), cháy 21,5 ha rừng trồng, thiệt hại 100%. Ngày 17/3/2006 tại ban quản lý rừng đặc dụng Thanh Thuỷ (Hà Giang) cháy 25,1 ha rừng tự nhiên, thiệt hại 100%, [5]. Để tổng hợp tình hình cháy rừng ở Việt Nam chúng tôi thống kê như ở bảng 1.2. Bảng 1.2: Tổng hợp tình hình cháy rừng ở Việt Nam từ năm 1993 - 2003 Tổng số Cháy rừng Cháy rừng Tổng cháy rừng TT Năm Ghi chú vụ cháy (ha) TN (ha) trồng (ha) kinh tế (ha) 1 1993 4.248 3.165,2 3.200 6.365 2 1994 2.337 4.226,6 4.120 8.321,6 3 1995 850 6.084 3.600 9.648 4 1996 2.551 6.540 6.196 12.758 5 1997 309 3,7 1.054 1.361 6 1998 1.685 6.893 7.919 14.812
9 7 1999 185 902 236 1.139 8 2000 244 654 205 850 9 2001 256 391 1.454 1.845 10 2002 1.198 4.125 11.423 15.548 11 2003 330 464 938 1.402 T ổng 14.193 33.751,8 40.345 74.049,6 Hình 1.1: Cháy rừng ở Tây nguyên Từ bảng số liệu (1.2) ta có thể thấy trung bình mỗi năm ở Việt Nam xảy ra 1.290 vụ cháy rừng, gây thiệt hại 3.068 ha rừng tự nhiên và 3.667 ha rừng trồng. Đặc biệt từ tháng 1 đến tháng 4 năm 2002, vụ cháy rừng Tràm ở vườn quốc gia U Minh Thượng (Kiên Giang) làm thiệt hại 2.715 ha và U Minh Hạ (Cà Mau) làm thiệt hại 2.703 ha, chưa kể đến những tổn thất về tài nguyên, môi trường… chỉ tính riêng cho công tác chữa cháy đã lên tới 7 - 8 tỷ đồng. Hiện nay, nạn cháy rừng đang trở thành vấn đề nghiêm trọng đối với mọi quốc gia trên thế giới, đặc biệt những nước có diện tích rừng lớn. Vì vậy, hạn chế nạn cháy rừng và bảo vệ môi trường sống của cả nhân loại là nhiệm vụ cấp bách không phải chỉ của một quốc gia nào mà của toàn thế giới. 1.2. Khái quát về công nghệ chữa cháy rừng
10 Cháy rừng là một thảm họa thiên nhiên mà bất cứ quốc gia nào trên thế giới đều phải quan tâm, chú trọng đầu tư nghiên cứu, ứng dụng các kỹ thuật phòng, chữa cháy và chế tạo các thiết bị chuyên dụng để chữa cháy rừng nhằm hạn chế đến mức thấp nhất thiệt hại do cháy rừng gây ra. Đặc điểm của cháy rừng là xảy ra trên một diện tích rộng lớn, điều kiện địa hình phức tạp, xa nguồn nước, tốc độ lan tràn của ngọn lửa lớn, do vậy việc chữa cháy rừng có đặc điểm riêng khác với chữa cháy dân dụng và công nghiệp. Việc áp dụng các thiết bị chữa cháy công nghiệp và dân dụng vào chữa cháy rừng là không có hiệu quả và không phù hợp [26], [35]. Có nhiều công trình nghiên cứu công nghệ chữa cháy rừng trên thế giới, theo các công trình [40], [42], [49], căn cứ vào đặc điểm của vật liệu cháy trong rừng người ta chia cháy rừng thành 3 loại: Cháy trên mặt đất (cháy thảm cỏ cây bụi, lá khô), cháy trên tán cây (cháy dây leo, cành lá trên cây), cháy ngầm (cháy lớp than bùn). Với mỗi một loại cháy rừng, mỗi một loại địa hình thì có các công nghệ và thiết bị chữa cháy cho phù hợp. Theo tài liệu [7], [32], [33], [34], [35], [49], hiện nay các nước trên thế giới đang sử dụng công nghệ chữa cháy rừng trực tiếp và gián tiếp như sau: * Công nghệ chữa cháy rừng trực tiếp: Ngăn không cho ôxy tiếp xúc với vật cháy, kỹ thuật sử dụng phương pháp này là dùng hoá chất (bọt khí CO2), dùng đất cát phủ lên vật cháy, phương pháp này thích hợp ở giai đoạn đầu của quá trình cháy. Hạ nhiệt độ của đám cháy xuống dưới điểm cháy, kỹ thuật sử dụng là dùng nước, không khí thu nhiệt của đám cháy để hạ nhiệt độ của đám cháy xuống dưới điểm cháy thì đám cháy bị dập tắt. * Công nghệ chữa cháy rừng gián tiếp: Cách ly vật liệu cháy: mục đích của phương pháp này là cách ly triệt để giữa vật liệu đã cháy với vật liệu chưa cháy để cho đám cháy không cháy lan ra xung
11 quanh. Kỹ thuật thực hiện phương pháp này là làm các băng trắng hoặc phun nước, hoá chất làm cho vật liệu cháy khó cháy hoặc không cháy được. Căn cứ vào địa hình, loại rừng, loại vật liệu cháy rừng, tác nhân chữa cháy, phương pháp dập lửa, điều kiện kinh tế của các nước khác nhau mà áp dụng các công nghệ và thiết bị chữa cháy khác nhau [25], [26], [35]. Hầu hết các nước trên thế giới việc chữa cháy rừng do lực lượng cứu hoả chuyên nghiệp đảm nhận, có trang thiết bị chuyên dụng, được đào tạo về công nghệ, kỹ thuật và chiến thuật chữa cháy rừng. 1.3.Tình hình nghiên cứu các thiết bị chữa cháy rừng trên thế giới Căn cứ vào điều kiện địa hình, điều kiện kinh tế của mỗi nước mà các nước sử dụng các thiết bị chữa cháy rừng khác nhau. Ở các nước công nghiệp phát triển như Mỹ, Úc, Nhật Bản, Canada thì sử dụng các thiết bị chữa cháy rừng hiện đại như máy bay chữa cháy, xe ôtô chữa cháy,… còn ở các nước công nghiệp đang phát triển như Trung Quốc, Thái Lan, Ấn Độ thì kết hợp các thiết bị chữa cháy hiện đại với các thiết bị chữa cháy nhỏ cầm tay như máy thổi gió, máy bơm nước (phụ lục 02) [28], [35], [49]. Việc nghiên cứu thiết bị chữa cháy rừng chuyên dùng đã được các nước đã quan tâm và tương đối hoàn thiện về công nghệ và thiết bị như máy bay chữa cháy rừng của cảnh sát phòng cháy chữa cháy rừng thuộc liên bang Mỹ, thiết bị này sử dụng ở mọi địa hình, hiệu quả chữa cháy rất cao [33], [34]. Theo tài liệu [32] Công ty Cavan của Pháp, đã nghiên cứu ra xe chuyên dụng chữa cháy rừng với nguồn động lực là xe xích, sử dụng chất chữa cháy là nước, xe có thể hoạt động ở nơi có địa hình độ dốc < 150. Công ty Morita của Nhật Bản đã nghiên cứu ra nhiều loại xe chữa cháy sử dụng nước, hoá chất để chữa cháy, đó là các loại xe MVCA - 40H, MVCA - 60H, các loại xe này chỉ sử dụng để chữa cháy được ở nơi địa hình rừng bằng phẳng, có đường giao thông thuận lợi, không hoạt động được ở nơi có địa hình phức tạp [43], [44]. Công ty Kanglim của Hàn Quốc đã có nhiều nghiên cứu về xe chữa cháy rừng, nhưng chủ yếu phục vụ ở những nơi có địa hình bằng phẳng, có mạng lưới đường thuận lợi.
12 Wybo và một số tác giả trong tài liệu [34] đã giới thiệu các công trình nghiên cứu về công nghệ và thiết bị chữa cháy rừng của Mỹ và một số nước, theo tài liệu thì các công trình nghiên cứu về xe chữa cháy, máy bơm nước chữa cháy đã đạt được kết quả rất tốt và hiện nay đã được ứng dụng vào thực tế. Hãng Tohatsu và hãng Rabbit của Nhật Bản đã có nhiều nghiên cứu về máy bơm nước chữa cháy [27]. Kết quả nghiên cứu đã tạo ra các loại máy bơm nước có áp lực cao (15 kg/ cm2), lưu lượng bơm từ 5 - 20 m3/ giờ, chiều dài ống đẩy 500 - 1500 m. Một số nước phát triển đã sử dụng công nghệ thông tin, hệ thống định vị vệ tinh trong việc phòng và chữa cháy rừng [30], [31]. Với việc ứng dụng công nghệ thông tin này cho phép quản lý tốt tình hình cháy rừng, phát hiện kịp thời đám cháy và phối kết hợp các thiết bị chữa cháy rừng có hiệu quả. Các nước đang phát triển như Inđônêxia, Philippin, Malaysia, chủ yếu tập trung nghiên cứu các thiết bị chữa cháy rừng cầm tay. Theo tài liệu [28], ở Inđônêxia đã có một số công trình nghiên cứu là vỉ dập lửa thủ công, bình bơm nước đeo vai, kết quả nghiên cứu đã tạo ra được vỉ dập lửa thủ công bộ phận dập lửa bằng thép lá. Trung Quốc là nước có nhiều nghiên cứu về thiết bị chữa cháy rừng, theo các tài liệu [36], [37], [38], [39]; Trung Quốc đã nghiên cứu ra nhiều thiết bị chữa cháy rừng như xe chữa cháy rừng có nguồn động lực là máy kéo bánh xích chất chữa cháy là nước, súng bắn hoá chất vào đám cháy, dùng mìn để dập lửa. Tóm lại, chữa cháy rừng là vấn đề được chính phủ các nước rất quan tâm, các công trình nghiên cứu về công nghệ và thiết bị chữa cháy rừng trên thế giới rất phong phú và đã thu được kết quả rất tốt, các nghiên cứu đã tương đối hoàn thiện, từ nghiên cứu đã tạo ra các thiết bị sử dụng ngoài thực tế. Một tồn tại lớn nhất của các nghiên cứu trên đó là sử dụng chất chữa cháy là nước nên phạm vi hoạt động của thiết bị còn hạn chế. Trong thực tế cháy rừng chủ yếu xảy ra vào mùa khô nên không có nguồn nước dẫn đến thiết bị không hoạt động được. Do vậy, cần phải nghiên cứu tìm ra các chất chữa cháy sẵn có tại chỗ như không khí và đất cát. 1.4. Tình hình nghiên cứu máy chữa cháy rừng bằng sức gió
13 Xuất phát từ thực tế chữa cháy rừng ở tỉnh Hoắc Long Giang, cục Lâm nghiệp Đại Phong thuộc tỉnh Hoắc Long Giang - Trung Quốc đã sáng chế ra máy dập lửa bằng sức gió. Ban đầu người ta cải tiến từ động cơ cưa xăng, máy cắt cỏ. Sau đó từng bước nghiên cứu để tạo thành máy dập lửa bằng sức gió chuyên dùng. Hiện nay ở Trung Quốc đang sử dụng máy dập lửa bằng sức gió cầm tay loại: CF 2 - 20; CF - 22; 6MF - A do nhà máy cơ khí Lâm nghiệp Tây Bắc chế tạo, máy dập lửa MBH - 29 do nhà máy cơ khí Lâm nghiệp Thái Sơn chế tạo [38], [40]. Hình 1.2 là máy dập lửa bằng sức gió do Trung Quốc chế tạo. Hình 1.2: Máy thổi gió Năm 2000 giáo sư Châu Hồng Bình khoa Cơ điện - Tự động Trường Đại học Nam Kinh Trung Quốc đã thực hiện đề tài nghiên cứu máy dập lửa bằng sức gió [49], kết quả nghiên cứu đã thiết kế, chế tạo ra được máy dập lửa với các thông số kỹ thuật của máy là: vận tốc gió: 26 m/ giây; lưu lượng gió: 30 m3/ phút; chiều dài ống thổi: 0,7 m. Sau đó đã chuyển giao công trình nghiên cứu này cho nhà máy cơ khí Lâm nghiệp Lâm Hải chế tạo. Tồn tại của công trình trên đó là vận tốc của không khí thấp, lưu lượng nhỏ, chiều dài ống thổi ngắn. Theo các tài liệu [38], [39], [40], [49] Học viện cảnh sát phòng cháy, chữa cháy rừng Trung Quốc đã có một số công trình nghiên cứu về máy chữa cháy rừng bằng sức gió nhằm cải tiến máy hiện có, để tăng vận tốc và lưu lượng khí thổi. Kết quả nghiên cứu đã nâng cao được công suất của máy từ 3,4 KW lên 4,7 KW vận tốc không khí đạt 35 m/giây, lưu lượng không khí 38m3/ phút, nhưng chiều dài ống thổi không tăng (0,7 m).
14 Năm 2004, Zheng Huaibing và Zhang Nanqun thuộc Học viện cảnh sát chữa cháy rừng Trung Quốc [49] đã nghiên cứu cải tiến máy dập lửa bằng sức gió với bình nước đeo sau lưng người sử dụng, với chất chữa cháy là nước ở dạng sương và không khí để nâng cao hiệu quả dập tắt đám cháy. Tồn tại của công trình nghiên cứu này là bình nước rất nhỏ (10 lít) nên sau một thời gian hoạt động là hết nước, mặt khác khối lượng cần phải mang vác của người sử dụng máy là rất nặng nên ảnh hưởng đến sức khoẻ và năng suất làm việc của người chữa cháy. Theo các tài liệu [35], [36], [37], [38], [39]. Thì hiện nay ở Trung Quốc có rất nhiều cơ sở nghiên cứu và chế tạo máy chữa cháy rừng bằng sức gió, song các thiết bị chữa cháy vẫn chưa hoàn thiện về kết cấu, về vận tốc và lưu lượng không khí, chiều dài ống thổi. Mong muốn của các nhà khoa học là càng nâng cao vận tốc và lưu lượng không khí càng tốt. Mặt khác trọng lượng của thiết bị phải gọn nhẹ. Theo các tài liệu [45], [46], [47], [48] các thiết bị chữa cháy rừng bằng sức gió của Trung Quốc chỉ hoạt động có hiệu quả khi chiều cao ngọn lửa nhỏ, cường độ cháy thấp, chủ yếu chữa cháy mặt đất, cháy đồng cỏ. Việc nâng cao khả năng chữa cháy của thiết bị vẫn đang được tiếp tục nghiên cứu. Tóm lại: Trung Quốc là nước sáng chế ra máy dập lửa bằng sức gió, đã có nhiều công trình nghiên cứu về máy này, có nhiều nhà máy, công ty sản xuất ra máy chữa cháy bằng sức gió. Nhưng máy dập lửa bằng sức gió vẫn còn nhiều tồn tại cần phải nghiên cứu hoàn thiện như tăng vận tốc và lưu lượng không khí, giảm trọng lượng máy. Hiện nay, đang có một số công trình nghiên cứu về hoàn thiện máy này. Theo các thông tin mà chúng tôi thu thập được thì chưa có công trình khoa học nào công bố đầy đủ và toàn diện về việc tính toán, thiết kế máy dập lửa bằng sức gió. 1.5. Nghiªn cøu c¸c thiÕt bÞ ch÷a ch¸y rõng ë ViÖt Nam Ở Việt Nam khí hậu phân thành hai mùa rõ rệt, mùa khô kéo dài 3 - 4 tháng, hiện nay có khoảng 1 triệu người sống du canh du cư đốt nương làm rẫy, nên hàng năm đã xảy ra hàng nghìn vụ cháy rừng gây thiệt hại khoảng 7.000 ha, đặc biệt là vụ cháy rừng Tràm ở vườn quốc gia U Minh Thượng năm 2002 làm thiệt hại khoảng 5.500 ha rừng, gây ra thiệt hại rất lớn về kinh tế, môi trường, chỉ tính riêng
15 chi phí cho công tác chữa cháy đã lên đến 8 tỷ đồng [5]. Cháy rừng làm thiệt hại rất lớn về kinh tế, tác động rất xấu đến môi trường, tạo ra tâm lí không an tâm cho các nhà đầu tư sản xuất kinh doanh lâm nghiệp trong và ngoài nước. Nhận thức rõ tác hại của cháy rừng gây ra, Chính phủ, các bộ, ban ngành, các tỉnh thành phố và các địa phương đã có nhiều văn bản pháp qui về phòng chống và chữa cháy rừng như: Thông báo số 129-TB/TW ngày 22/4/1998 của Thường vụ Bộ Chính trị, Nghị định 22/CP; Chỉ thị 19/TTg; 177/TTg của Thủ Tướng Chính Phủ [1]. Quyết định 02/QĐ-TTg Ngày 2 tháng 1 năm 2007 của Thủ Tướng chính phủ về phê duyệt Đề án " Nâng cao năng lực phòng cháy chữa cháy rừng cho lực lượng kiểm lâm" giai đoạn 2007 - 2010, tổng vốn đầu tư cho đề án là 502 tỷ đồng, trong đó 50% kinh phí đầu tư cho thiết bị chữa cháy rừng. Một nội dung quan trọng của đề án là nghiên cứu phương tiện và thiết bị phòng cháy, chữa cháy rừng tiên tiến phù hợp với điều kiện tự nhiên của từng vùng. Chính phủ đã thành lập Ban phòng chống và chữa cháy rừng từ Trung ương đến địa phương, hàng năm có tập huấn, diễn tập, nhưng số vụ cháy và diện tích rừng bị cháy không giảm được nhiều. Nguyên nhân có nhiều nhưng một nguyên nhân quan trọng đó là thiếu các thiết bị chuyên dụng chữa cháy rừng. Đối với những vụ cháy rừng khi mới phát hiện nếu có thiết bị chuyên dụng chữa cháy thì hoàn toàn có thể dập tắt được dẫn đến giảm được diện tích rừng bị cháy. Trong những năm qua đã có một số công trình nghiên cứu về phòng cháy và chữa cháy rừng. Hầu hết các công trình chủ yếu tập trung vào nghiên cứu các giải pháp phòng chống cháy, dự báo cháy rừng, còn nghiên cứu về công nghệ chữa cháy rừng, các thiết bị chữa cháy chuyên dụng là rất ít. Năm 1985, Cục kiểm lâm đã chủ trì đề tài cấp Nhà nước số 04.01.01.07 [8], về các biện pháp phòng cháy chữa cháy rừng Thông và rừng Tràm. Kết quả của đề tài đã đưa ra một số giải pháp phòng chống cháy rừng Thông và rừng Tràm, về thiết bị chữa cháy chuyên dụng thì đề tài chưa đề cập đến nhiều. Tác giả Phan Thanh Ngọ trong công trình “Nghiên cứu một số biện pháp
16 phòng cháy, chữa cháy rừng Thông ba lá, rừng Tràm ở Việt Nam” [15], đã nghiên cứu tạo ra được bình bơm nước đeo vai để chữa cháy rừng, thiết bị này đã được Cục sở hữu công nghiệp cấp giấy chứng nhận kiểu dáng công nghiệp, hiện nay đang được một số đơn vị sử dụng. Một số cơ sở sản xuất kinh doanh rừng, một số trung tâm bảo vệ rừng, một số vườn quốc gia đã tự nghiên cứu, tự thiết kế chế tạo và nhập về một số máy và thiết bị chữa cháy rừng, nhưng các thiết bị này sử dụng không có hiệu quả, năng suất và khả năng dập lửa thấp, không phù hợp với địa hình và vật liệu cháy rừng rừng bị cháy. Sau vụ cháy rừng U Minh năm 2002 một nhóm tác giả ở thành phố Hồ Chí Minh đã đề xuất giải pháp phòng chống và chữa cháy rừng tràm U Minh bằng "Hệ thống phun mưa quay", giá thành của hệ thống này theo đề xuất khoảng 250 - 400 tỷ đồng cho 10.000 ha, song nhóm tác giả chưa chứng minh được tính ưu việt về kinh tế - xã hội và sinh thái nên giải pháp này không được chấp nhận. Ông Nguyễn Văn Thanh ở thành phố Hồ Chí Minh đã tìm ra bột chữa cháy rừng, giá thành khoảng 5.000 đồng/kg, song chưa tiến hành khảo nghiệm để chữa cháy rừng ngoài thực tế nên chưa đánh giá được hiệu quả của nó. Để rải được chất bột này lên đám cháy là rất khó khăn và cũng phải thiết kế ra một loại máy. Một số đơn vị ở Đồng Nai, Tây Nguyên đã sử dụng máy thổi gió của Trung Quốc (nhãn hiệu Linhua), loại thiết bị này có trọng lương nặng, độ rung lớn ống thổi ngắn và chất lượng động cơ thấp, nên hiệu quả chữa cháy rừng thấp, thiết bị này chỉ chữa đám cháy rừng nhỏ. Một số đơn vị chữa cháy rừng đang sử dụng xe chữa cháy rừng do Công ty cơ khí ôtô xe máy Thanh Xuân cải tiến từ xe UAZ, xe tải IZUZU , thiết bị này bao gồm hệ thống téc nước, bơm nước đặt trên thùng xe. Khi có đám cháy xảy ra xe sẽ dùng hệ thống bơm nước từ téc nước để chữa cháy. Nhược điểm của thiết bị này là không tiếp cận được với những đám cháy ở vùng sâu vùng xa, nơi không có đường giao thông.
17 Hình 1.3: Xe chữa cháy được cải tiến từ xe Uoát Công ty cơ khí Vinapro Khu Công nghiệp Biên Hòa, Đồng Nai đã thiết kế, chế tạo thiết bị chữa cháy gồm hệ thống bơm, téc nước, ống dẫn nước, nguồn động lực là xe công nông, thiết bị này chế tạo ra không sử dụng được vì khả năng di chuyển và ổn định của xe thấp nên không hoạt động được ở điều kiện địa hình rừng không có đường. Từ năm 2003 đến năm 2005 PGS.TS Vương Văn Quỳnh, Trường Đại học Lâm Nghiệp đã chủ trì đề tài nghiên cứu cấp nhà nước: “Nghiên cứu, xây dựng các giải pháp phòng chống và khắc phục hậu quả cháy rừng cho vùng U Minh và Tây Nguyên” [16]. Kết quả của đề tài đã xây dựng được các giải pháp phòng chống và khắc phục hậu quả do cháy rừng, công trình cũng chưa nghiên cứu sâu về các thiết bị chữa cháy rừng. Tác giả Lê Đình Thơm, trong công trình nghiên cứu [24], đã nghiên cứu hiệu quả dập lửa của một số loại dụng cụ thủ công chữa cháy cho rừng trồng ở tỉnh Quảng Trị, kết quả nghiên cứu đã xác định được năng suất và hiệu quả dập lửa bằng cành cây, vỉ dập lửa, bàn dập lửa. Từ năm 2006 đến năm 2007, TS. Dương Văn Tài, Trường Đại học Lâm nghiệp đã thực hiện đề tài cấp cơ sở: “Nghiên cứu khảo nghiệm và cải tiến các thiết bị chữa cháy rừng sử dụng đất cát, không khí và nước ở dạng sương” [17], kết quả
18 của đề tài đã cải tiến máy thổi gió của Trung Quốc tạo ra máy thổi gió có lưu lượng và vận tốc không khí lớn hơn, đề tài cũng chưa có nghiên cứu toàn diện và sâu về máy chữa cháy bằng sức gió mà chỉ tập trung vào phần thiết kế, cải tiến. Trong đề tài này tôi cũng là cộng tác viên tham gia nghiên cứu, một số kết quả của đề tài cấp cơ sở [17] được chúng tôi sử dụng trong luận văn thạc sỹ này. Tóm lại: Cháy rừng là một vấn đề được Chính phủ, các cấp, các ngành và toàn xã hội quan tâm, nhưng diện tích rừng bị cháy hàng năm vẫn chưa giảm, nguy cơ cháy rừng rất cao do biến đổi của khí hậu trái đất, nhưng các công trình nghiên cứu về thiết bị chuyên dùng để chữa cháy rừng ở nước ta có rất ít. Đã có một số công trình nghiên cứu về dự báo cháy rừng, phòng chữa cháy mang lại hiệu quả rất lớn, còn các công trình nghiên cứu về thiết bị chuyên dụng chữa cháy rừng thì chưa có. Việc nghiên cứu tạo ra các thiết bị chữa cháy rừng chuyên dụng phù hợp với điều kiện địa hình, loại rừng, loại vật liệu cháy rừng, phù hợp với tác nhân chữa cháy tại chỗ là hết sức cần thiết và kịp thời trong giai đoạn hiện nay. 1.6. Đề xuất hƣớng cải tiến thiết bị chữa cháy rừng Sau khi nghiên cứu, phân tích ưu nhược điểm và điều kiện áp dụng của các thiết bị chữa cháy rừng ở trên thế giới cũng như ở Việt Nam tôi thấy rằng: - Chữa cháy rừng ở các nước có nền Lâm nghiệp phát triển sử dụng chủ yếu là ôtô và máy bay để chữa cháy. Đây là 2 thiết bị chữa cháy có hiệu quả cao, nhưng áp dụng vào điều kiện Việt Nam là không phù hợp; - Các thiết bị chữa cháy rừng ở Việt Nam không đạt được yêu cầu, không phù hợp với điều kiện địa hình và kinh tế. Xuất phát từ các thiết bị chữa cháy rừng hiện có ở Việt Nam cùng với nguyên lý dập tắt đám cháy bằng không khí, tôi đề xuất hướng nghiên cứu thiết bị chữa cháy đó là: + Nghiên cứu máy chữa cháy bằng sức gió để tăng lưu lượng không khí, tăng vận tốc không khí, tăng chiều dài ống thổi, giảm trọng lượng máy, giảm rung động, để nâng cao năng suất và hiệu quả của quá trình chữa cháy rừng.
19 Chƣơng 2 ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Đối tƣợng và thiết bị nghiên cứu 2.1.1. Đối tượng nghiên cứu 2.1.1.1. Đối tượng của quá trình chữa cháy rừng Theo các kết quả nghiên cứu trong các công trình [16], [24] và kết quả điều tra, khảo sát chúng tôi thấy rằng đối tượng của quá trình chữa cháy rừng chính là thông số của đám cháy và địa hình của khu rừng bị cháy. Mặt khác, thông số của đám cháy lại phụ thuộc vào thông số của vật liệu cháy của khu rừng bị cháy. Do vậy, đối tượng chính của quá trình chữa cháy đó là vật liệu cháy rừng và địa hình. Căn cứ vào kết quả điều tra, khảo sát chúng tôi chia vật liệu cháy rừng thành 4 loại chính: - Vật liệu cháy rừng của rừng tự nhiên thường xanh: rừng tự nhiên thường xanh có diện tích lớn nhất, khoảng 9 ntriệu ha, chiếm 80% diện tích rừng của cả nước. Đặc điểm của vật liệu cháy rừng loại rừng này là lá khô, cành khô, dây leo, bụi rậm, độ ẩm lớn. Do thường xanh nên nguy cơ cháy rừng thường không cao. Số vụ cháy rừng thường xanh là rất ít. - Vật liệu cháy rừng của rừng tự nhiên lá rụng (rừng khộp): vật liệu cháy rừng loại rừng này bao gồm các loại cỏ (cỏ lác, cỏ xước, cỏ mỹ…), lá khô, cành mục… Loại rừng này nguy cơ xảy ra cháy là rất cao, hàng năm có hàng trăm vụ cháy xảy ra. Loại rừng này có diện tích lớn chủ yếu tập trung ở Tây nguyên (phụ lục 3). - Vật liệu cháy rừng của rừng trồng: đối với rừng trồng, vật liệu cháy rừng chủ yếu bao gồm lá khô, các loại cỏ (cỏ lác, cỏ lau, cỏ chanh, cỏ xước…) (phụ lục 3) loại rừng này cũng có nguy cơ cháy là rất cao, hàng năm có hàng nghìn vụ cháy rừng xảy ra. Diện tích rừng trồng của cả nước hiện nay khoảng 1,4 triệu ha [7]. - Vật liệu cháy rừng của rừng tràm: đối với rừng tràm tự nhiên thì vật liệu cháy rừng gồm thảm mục, lá khô, cỏ khô, dây leo (cây choại), lau lách, chít… Nguy cơ xảy ra cháy ở loại rừng này rất cao. Loại rừng này chủ yếu tập trung ở miền Tây nam bộ.
20 Từ kết quả nghiên cứu trên chúng tôi thấy đối với mỗi loại vật liệu cháy rừng khác nhau thì có công nghệ chữa cháy rừng khác nhau, thiết bị chữa cháy khác nhau, chất chữa cháy cũng khác nhau. Đối với 4 loại vật liệu cháy rừng đã nêu ở trên thì chữa cháy bằng tác nhân là không khí chỉ phù hợp với vật liệu cháy rừng là rừng trồng và rừng khộp. Còn việc chữa cháy rừng tràm thì chủ yếu là dùng máy bơm nước, chữa cháy rừng tự nhiên thì chủ yếu là làm băng trắng cách ly. Từ những lý do trên mà đối tượng nghiên cứu trong phạm vi đề tài này chủ yếu là vật liệu cháy rừng của rừng trồng, đây là loại rừng thường xuyên xảy ra nhiều vụ cháy nhất và diện tích loại rừng này khá lớn. Cùng với vật liệu cháy rừng, một yếu tố ảnh hưởng rất lớn đến quá trình chữa cháy đó là địa hình rừng, địa hình rừng phản ánh bởi độ dốc của rừng. Đối với rừng trồng ở Việt Nam thì độ dốc trung bình khoảng từ 300 - 400. Do hạn chế về thời gian nên đề tài này chúng tôi chỉ tập trung nghiên cứu ở một độ dốc trung bình đặc trưng nhất đó là độ dốc từ 300 - 400. Còn ở các độ dốc khác cần phải được nghiên cứu ở các đề tài tiếp theo. 2.1.1.2. Đặc điểm của đám cháy rừng Các đám cháy rừng có đặc điểm khác với các đám cháy khác đó là: - Diện tích đám cháy lớn có thể lên đến hàng trăm ha; - Chiều cao ngọn lửa lớn, cháy trên mặt đất, cháy dưới mặt đất, cháy trên tán cây…; - Cháy rừng thường xảy ra ở những nơi điều kiện địa hình phức tạp độ dốc lớn, không có đường giao thông, xa khu dân cư… - Cháy rừng thường xảy ra vào mùa khô nên không có nguồn nước hoặc cách xa nguồn nước; - Tốc độ đám cháy nhanh tạo ra luồng gió lớn. Từ những đặc điểm của đám cháy rừng nêu trên, đó chính là căn cứ khoa học để nghiên cứu, tính toán, thiết kế tạo ra thiết bị chữa cháy cho phù hợp, đó là thiết bị gọn nhẹ di động được trên địa hình dốc, chất chữa cháy sử dụng tại chỗ có thể sử dụng không khí hoặc đất cát.