臺灣博碩士論文加值系統

雪山東峰森林火災數值模擬之研究
學生：周明衍 指導教授：林誠興 教授
元智大學機械工程研究所
摘 要
台灣每年都會有林火發生，根據林務局至2003年間之森林火紀錄統計，每年林火平均發生接近42 次，大多數都是人為因素所占的比率比較多。每年森林火災害造成的大自然資源和社會成本都是無價可計，所以森林火災防救措施是全國上下人民不可輕忽的重要工作。而政府單位多年來則是經由行政院農委會林務局、內政部消防署以及各縣市消防局來加強投入森林火災預防和撲滅工作。
由於世界各地之森林火災不是隨時隨地一直發生，所以在林火延燒之救火技術上與防火系統上，則是更需要一個現代高科技法寶─電腦模擬軟體來幫忙。由於科技的發達，世界各國已經相繼運用高科技產品進行防火、滅火行動，而利用電腦模擬軟體輔助運算研究下，讓林業人員更加快速的完成任務，所以台灣更是需要運用電腦模擬軟體來模擬預防林火之危險度，以便提早分析出預測林火之擴張模式和範圍大小。
本文則是採用九十年二月十八日雪山東峰森林大火為研究案例，利用Farsite林火行為模擬軟體來模擬出林火擴散模式，以實例為分析背景情況下，利用燃料系統之各類型與氣象因子（風速、風向、相對濕度、當日平均溫）來做出燃燒面積、擴散速率、熱釋放率來分析比較森林火災之林火特性。

Modeling of Shei-San East Mountain’s forest fire
Student：M.Y. Chou Advisors：Dr. C.S. Lin .
Institute of Mechanical Engineering
Yuan-Ze University
ABSTRACT
Forest fires happen frequently and impose great damage to environment and ecological system. According to Forestry Bureau’s statistics until 2003, forest fire happened about 42 times every year and it’s almost happened to human’s negligence. So it’s an important for everybody to prevent forest fire.
According to every countries use high technology to take fireproof installations and put on a fire. Taiwan needs to simulate forest fire by using computer’s numerical analysis. Then study utilizes a computer code-FARSITE, developed by US/Forest Bureau, to study the forest fire dynamics subject to various important factors.

目 錄
中文摘要…………………………………………………………………….Ⅰ
英文摘要…………………………………………………………………….Ⅱ
誌謝………………………………………………………………………….Ⅲ
目錄………………………………………………………………………….Ⅳ
表目錄……………………………………………………………………….Ⅵ
圖目錄…………………………………………………………………….…Ⅷ
符號說明……….………………………………………………………….. XⅣ
第一章 緒論……………………………………………………….........…………1-1
1.1 前言………………………………………………………...…….………1-1
1.2 文獻回顧…………………………………………………...……….……1-1
1.3 研究流程…………………………………….......................………….…1-4
第二章 數學模式與林火物理現象……………………………….........…………2-1
2.1 軟體簡介……………….…………………...............................…………2-1
2.2 數學模式……….…………………………...............................…………2-2
2.3 物理現象………….………………………...............................…………2-5
2.3.1 林火概論………………………….................................…...………2-5
2.3.2 熱傳遞的三種方式…...………….................................…………2-6
2.3.3 林火燃燒種類…...………….............................................…………2-6
2.3.4 影響森林火災的因素………………………………………………2-7
第三章 森林火災模擬描述探討………………………………………………….3-1
3.1 案例描述─雪山東峰大火………………………………………………3-1
3.2 雪霸國家公園之描述……………………………………………………3-2
3.2.1 地理位置…………………………………………………………...3-2
3.2.2 地形地勢…………………………………………………………...3-4
3.2.3 氣象…………………………………………………………...........3-4
3.2.4 自然生態資源……………………………………………………...3-6
3.3 模擬雪山東峰現場………………………………………………………3-8
3.4 Case規劃……………………………………………………………….3-10
3.4.1 實際案例─雪山東峰大火……………………………………….3-10
3.4.2 單一因子規劃表………………………………………………….3-10
3.4.3 雙因子規劃表…………………………………………………….3-12
第四章 結果與討論……………………………………………………………….4-1
4.1 案例驗證……………………………………………………………...….4-1
4.2 單因子影響………………………………………………………………4-2
4.2.1 風速因子……………..…………………………………………….4-2
4.2.2 濕度因子……………..…………………………………………….4-3
4.2.3 溫度因子……………..…………………………………………….4-4
4.2.4 風向因子……………..…………………………………………….4-5
4.3 雙因子影響……………..………………………………………………..4-6
4.3.1 燃料與風速關係…………………………………………………...4-7
4.3.2 燃料與相對濕度關係…………………………………………….4-19
4.3.3 燃料與溫度關係………………………………………………….4-32
4.4 因子間之比較…………………………………………………………..4-42
4.4.1 全部燃料因子與個別氣象因子之比較………………………….4-42
4.4.2 個別燃料因子與全部氣象因子之比較………………………….4-44
第五章 結論……………………………………………………………………….5-1
後續研究……………………………………………………………………………C-1
參考文獻……………………………………………………………………………R-1
作者簡歷……………………………………………………………………………A-1

參考文獻
【1】 林朝欽，「林火與森林保護之關係」。
【2】 王成明，「預防森林火災防火線作為之探討-以森林保育處為例」，台北科技大學土木與防災研究所碩士論文 2002(6月) 。
【3】 林朝欽，「林火行為(初級)」，林業試驗所森林保護系森林火災指揮人員訓練用教材 S190。
【4】 劉司謙，「雪霸國家公園火燒厚植被之變化（Ⅱ）」，內政部營建署雪霸國家公園管理處委託研究報告，2003（12月）。
【5】 Rothermel.R.C, Anderson, “Fire spread characteristics determined in laboratory”, Forest Service USDA Res. Pap. INT-69, 1969.
【6】 Albini. F. A. , “model for fire spread in wildland fuels by radiation” ,Combust. Sci. Technol. 42, 1985.
【7】 Catchpole.T. , de Mestre,N. , “Physical models for a spreading line fire”, Aust. For. 49(2), 102-111, 1986.
【8】 Mark A. Finney, “Fire Area Simulator-Model Development and Evaluation”, USDA RMRS-RP-4, 1998.
【9】 林朝欽，「認識森林火」，林業試驗所。
【10】 林朝欽，「林火原理及其在防救技術上之應用」，林務局台灣林業第十八卷第十期，1992。
【11】 陳溪洲，「台灣森林火災防救實務」，農委會林業特刊第二十五號 。
【12】 林朝欽，「森林火預測系統及研究之需要」，林務局台灣林業第十八卷第一期，1992。
【13】 林朝欽，「細說森林火」，林務局。
【14】 黃季敏、唐雲明、張士獻、盧守謙，「從梨山大火探討森林火災搶救戰術」，消防月刊內政部消防署中華民國91年12月。
【15】 林朝欽、張獻仁，「野火─林業的敵人？朋友？」，林務局台灣林業第二十六卷第四期，2000。
【16】 林朝欽，台灣之森林火及其生態角色探討」，林務局台灣林業第十六卷第八期，1988。
【17】 楊秋霖，「談森林生態之復健與救火系統之建立─梨山與雪山東峰森林大火過後」，林務局台灣林業第二十七卷第二期，2001。
【18】 邱祈榮，「建構林火資訊管理系統之重要性」，林務局台灣林業第二十七卷第二期，2001。
【19】 黃國楨，「遙測影像（RS）、地理資訊系統（GIS）、全球衛星定位系統（GPS）應用在森林火災之研究」，林務局台灣林業第二十四卷第二期，1996。
【20】 林永發、邱清安，「環山與雪山東峰火燒後植群之變化」，內政部營建署雪霸國家公園管理處九十一年度自行研究報告，2002（12月）。
【21】 歐辰雄、呂金城、廖敏君，「雪山東峰火燒後玉山箭竹開花之研究」，內政部營建署雪霸國家公園管理處九十一年度研究報告，2002（12月）。
【22】 陳明義、施纓煜，「野火影響環山與雪山地區植群之研究（Ⅰ）」，內政部營建署雪霸國家公園管理處八十六年度研究報告，1995（6月）。
【23】 陳明義、施纓煜，「野火影響環山與雪山地區植群之研究」，內政部營建署雪霸國家公園管理處八十七年度研究報告，1996（6月）。
【24】 「雪霸國家公園計畫（第一次通盤檢討）」，內政部營建署雪霸國家公園管理處，2003（六月）。
【25】 林誠興、黃家明、周明衍、黃翰仁，「台灣林火行為數值研究」，2003輸送現象與其應用專題研討會，2003（10月）。
【26】 林誠興、黃家明、周明衍，「以數值方法探討氣候因子與森林火災之關係」，中華民國第27屆力學會議，2003（12月）。
【27】 林誠興、黃家明、周明衍，「風與燃料因子交互作用對林火影響之數值研究」，中華民國燃燒學會第14屆學術研討會，2004（3月）。