拓撲地形上的林火蔓延模擬.pdf

1、森林是自然界中最重要的生物庫、能源庫和蓄水庫，對維護自然環(huán)境平衡和人類生存生活空間具有不可替代的作用。然而自森林誕生之日起，森林火災就相伴而生，并且以其突發(fā)性強、涉及面廣以及破壞性大等特點被聯(lián)合國列為八大自然災害之一。森林火災不僅燒毀大量珍貴的森林資源、嚴重破壞生態(tài)平衡，更是嚴重威脅了人民生命財產(chǎn)安全，因此有效的預防和預測森林火災的發(fā)生和發(fā)展成為目前世界各國普遍關注的問題。但是森林火災是一個非常復雜的系統(tǒng)，要想對其進行精確的分析和模擬是

2、非常困難的。
　　 森林火災在蔓延的過程受到了來自外界包括地形、氣象和可燃物等因素的影響。其中，地形以其復雜的拓撲結構不僅能夠改變林火蔓延的速度還可以通過改變風速和風向來影響林火的蔓延范圍。在林火蔓延模擬中，拓撲地形的構建和地形與火蔓延邊界的關系也是研究的難點。雖然國內(nèi)外學者在建立林火蔓延模型和模擬林火蔓延的方法和算法上已經(jīng)取得了一定的成績。但是目前為止仍然沒有關于拓撲地形對林火蔓延模擬影響的深入研究。
　　 本文在前人

3、研究的基礎上，基于GIS平臺，通過對地形拓撲結構的分析找到適合拓撲地形的林火蔓延數(shù)學模型以及模擬方法，通過構建三維地形實現(xiàn)林火在拓撲地形上的模擬。本文主要的研究內(nèi)容如下：
　　 (1)概述了林火蔓延行為、蔓延機理以及影響林火蔓延的相關因素。本文假設在可燃物因素和氣象因素不變的情況下，突出研究了具有拓撲結構的地形對林火蔓延的影響。
　　 (2)從地形自身的拓撲結構以及地形上要素之間的拓撲關系兩個方面對拓撲地形進行詳細闡述。

4、拓撲是空間關系研究的重點，林火的蔓延是在一個具有拓撲結構的地面上，所以對這種蔓延的模擬要充分考慮到拓撲地形上的坡度、坡向以及障礙物對林火蔓延模擬的影響。
　　 (3)研究在拓撲地形上林火蔓延模擬的模型和方法。本文通過對兩種主流模擬方法的比較，最終選擇了基于波動理論的惠更斯方法。同時根據(jù)經(jīng)典的數(shù)學模型的介紹和比較，選擇了應用更加廣泛的Rothermel模型，以此得到蔓延的速度公式。
　　 (4)林火蔓延惠更斯方法的研究。拓

5、撲地形以地形復雜多變?yōu)樘攸c，本文通過對比選用惠更斯方法，并且闡述了在拓撲地形上應用此方法的詳細步驟及關鍵技術。
　　 (5)本文基于Arcgis平臺，選取廣州市為研究樣區(qū)，初步實現(xiàn)了林火在拓撲地形上的蔓延模擬效果。
　　 在森林火災模擬過程中，地形因素對林火蔓延模擬的影響是非常顯著的，在本文的研究過程中，以氣象因素與可燃物因素穩(wěn)定為前提，突出了地形的拓撲結構以及地形上各要素的拓撲關系對林火蔓延模擬的影響，在生成的地形TI