許陽 師尚紅 高平* 劉超林
隨著氣候變化和環(huán)境破壞,森林大火頻發(fā),對于人類和自然資源的威脅也越來越大。林火具有發(fā)生突然、蔓延迅速、防控困難、危害性大等特點,高效撲救森林火災(zāi)成為世界性難題。加強森林保護,快速有效應(yīng)對森林火災(zāi),已成為各國關(guān)注的焦點。
受自然條件等因素影響,美國野外火災(zāi)(主要包括森林火災(zāi)和草原火災(zāi)等)發(fā)生頻繁。近5年的統(tǒng)計結(jié)果表明,美國森林管理局及其他聯(lián)邦、州和地方政府等單位,平均每年要應(yīng)對7.3萬起火情,每年數(shù)十億美元財政預(yù)算中42%都用于森林滅火。
2020年1月1日—12月18日,美國總共發(fā)生野外火災(zāi)56914起,過火面積高達4.14萬平方千米,遠(yuǎn)高于同期水平。頻繁發(fā)生的火災(zāi)推動了野外滅火裝備和技術(shù)的發(fā)展,也讓美國森林管理局積累了豐富的野火應(yīng)對經(jīng)驗。為及時應(yīng)對突如其來的森林火災(zāi),美國森林管理局配備了航空和地面滅火力量,以提高林火撲救效率。了解美國野火救援消防裝備和力量,可為我國森林火災(zāi)管理工作提供借鑒,為森林消防隊伍能力建設(shè)和救援裝備提供新思路。
由于地形復(fù)雜、森林茂盛,美國大約30%的林地?zé)o路可達,飛機滅火成為了森林滅火的重要手段。相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示,美國森林管理局平均每年調(diào)動160多架飛機參與滅火,根據(jù)災(zāi)情大小,實際上可能會調(diào)動更多的消防力量。航空年報數(shù)據(jù)(2020年)顯示,森林管理局所屬及其租用飛機的飛行總時間約為83324小時,超過了近5年的平均水平。
2020年執(zhí)行美國森林滅火任務(wù)的飛機包括:專用消防直升機102架,520架根據(jù)需要調(diào)用;大型專用滅火飛機13架,22架根據(jù)需要調(diào)用;22架輕型固定翼飛機,75架根據(jù)需要調(diào)用。此外,還有15架租用的空中滅火引導(dǎo)機;5架滅火員空降機,1架根據(jù)需要調(diào)用;2駕大型運輸機以及61架其他輕型固定翼飛機。森林管理局自有滅火飛機24架,不僅用于執(zhí)行滅火任務(wù),還承擔(dān)著日常巡護、森林研究、森林災(zāi)后恢復(fù)、消防員及災(zāi)民運輸?shù)榷嘀厝蝿?wù)。參與消防的飛機可分為兩大類,固定翼飛機及直升機。
固定翼飛機是野火撲救的重要力量,不僅能夠提供滅火阻燃劑,還能夠在火情監(jiān)察、滅火指揮、物資運送、滅火員運輸?shù)确矫姘l(fā)揮良好作用。
1.固定翼滅火飛機
固定翼滅火飛機主要是機艙內(nèi)加裝有特殊水箱的飛機。美國森林管理局按照裝載量將固定翼飛機分為輕型、大型和超大型滅火飛機,各類固定翼滅火飛機性能見表1。此外,為應(yīng)對近水源地火情,森林管理局還租用了一定數(shù)量的水上飛機。
表1 固定翼滅火飛機性能一覽表
(1)輕型滅火飛機
主要為單引擎飛機,能攜帶3028升滅火劑。目前美國森林管理局已配備1架,用于執(zhí)行早期滅火任務(wù)。
(2)大型滅火飛機
作為森林滅火的主力,多用于撲滅復(fù)雜型大火。加裝“模塊化航空滅火系統(tǒng)”的大型滅火飛機(圖1),可在5秒內(nèi)釋放11356升阻燃劑,覆蓋約402米長,30.5米寬的區(qū)域,一旦完成卸載,可在12分鐘內(nèi)完成重新加注。圖2顯示了2000—2019年間大型滅火飛機的規(guī)模及使用情況。2020年,美國森林消防局共有28架大型滅火飛機執(zhí)行滅火任務(wù),服務(wù)時間為90~160天不等。
圖1 加裝“模塊化航空滅火系統(tǒng)”的滅火飛機
圖2 2000—2019年間大型滅火飛機的規(guī)模及使用情況
(3)超大型滅火飛機
一般是由大型噴氣式客機的貨機版本改造而成。2019年超大型滅火飛機參與了為期兩周的亞馬孫森林大火撲救行動。2020年,美國森林管理局出動5架超大型滅火飛機,包括4駕DC-10以及1架波音747滅火飛機。
DC-10寬體超大型滅火飛機可攜帶45425升阻燃劑,可在8秒內(nèi)釋放,一次性噴灑阻燃劑覆蓋面積14.7公頃(1609米長、91.44米寬)。波音747超級滅火飛機是目前全球最大的滅火飛機,可攜帶約72000升阻燃劑,并能夠在距離火場60米的高空噴灑阻燃劑,可在20小時內(nèi)飛抵全球任何地區(qū)。
(4)水上飛機
在兩棲飛機的基礎(chǔ)上研發(fā)而來,典型機型有龐巴迪CL-415、Air Tractor Fire Boss等。龐巴迪CL-415載水量為6132升,可在水面面積較小的情況下涉水,最淺水源深度為1.4米。Air Tractor Fire Boss載水量為3104升,在配備兩棲浮船后,每小時可提供滅火用水52995升。
2.其他固定翼飛機
(1)滅火引導(dǎo)機
用于搭載現(xiàn)場滅火指揮人員,一般在火場上空300米左右飛行??罩袘?zhàn)術(shù)行動指揮員可根據(jù)地面撲火人員反饋的火場位置信息,協(xié)調(diào)、指揮和評估現(xiàn)場的航空滅火行動,通過無線電與空中其他飛機及地面滅火人員進行通信,在保證人員安全的前提下釋放白色煙霧,引導(dǎo)滅火飛機噴灑滅火劑。現(xiàn)役機型主要是“比奇空中國王”90(圖3)、“比奇空中國王”200。2020年,美國森林管理局有專用滅火引導(dǎo)機15架。
圖3 “比奇空中國王”90
(2)滅火指揮機
主要負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)整個地區(qū)的航空滅火飛機,一般在火場上空762米執(zhí)行任務(wù)。指揮機必須與地面滅火隊保持緊密聯(lián)系,確保滅火飛機的飛行安全。該類飛機的主要機型為Twin Commander 500/600(圖4)。2020年,美國森林管理局專用輕型固定翼滅火指揮機15架,根據(jù)需要可調(diào)用75架。
圖4 Twin Commander 500/600
(3)滅火員空降飛機
主要用于在森林火場附近空投“傘降滅火員”,使他們可以第一時間到達火災(zāi)現(xiàn)場。滅火員空降飛機機型有DHC-6雙發(fā)渦槳輕型飛機(圖5)、夏爾巴C-23A、SD3-60、道尼爾228以及CASA212等雙引擎客機。每架飛機可將8~12名傘降滅火員空投至火場附近,迅速開展滅火。2020年統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示,森林管理局共出動14架滅火員空降飛機,參與空投任務(wù)的“傘降滅火員”共計232人,完成空投1130次。
圖5 DHC-6雙發(fā)渦槳輕型飛機
在撲救森林火災(zāi)方面,除了固定翼飛機,滅火直升機也是非常重要的工具。大型直升機可以搭載滅火水箱,在湖中甚至游泳池懸停吸水后往返火場滅火,主要機型有埃里克森S-64(圖6)、波音CH-47、哥倫比亞BV-234等。中小型直升機可懸掛特制吊桶,運載378~1514升水/滅火劑進行滅火,主要機型有貝爾412、貝爾205(圖7)。輕型滅火直升機為空客H125(圖8)、麥道520N等。
圖6 埃里克森 S-64
圖7 貝爾205
圖8 空客H125
2020年,美國森林管理局航空統(tǒng)計年報顯示,共有284架直升機參與滅火,任務(wù)時間43248小時,累計滅火用水4.52億升,投放滅火阻燃劑1287萬升。
除了用于滅火,美國森林消防局的飛機用途非常廣泛,包括土地管理、森林健康狀況檢查、野生動物監(jiān)視、森林執(zhí)法、搜集紅外遙感數(shù)據(jù)、人員與貨物運輸?shù)取?/p>
用于日常森林管理的主要機型為賽斯納206、“空中指揮官”500、“空中國王”200、DHC-2、Piper Super Cub 等。
美國農(nóng)業(yè)部在2020年對現(xiàn)役空中消防飛機效能做了研究,數(shù)據(jù)基于18929次直升機空投、3303次水上飛機滅火和5379次空投阻燃劑滅火情況,客觀量化評估滅火效果。
森林消防局通常根據(jù)火勢大小和現(xiàn)場情況調(diào)用不同的消防飛機,如圖9所示。在森林火災(zāi)的初始階段,一般采用單引擎水上飛機、輕型直升機、輕型滅火飛機空投滅火。撲滅大型森林火災(zāi)一般使用大型直升機(74%)、中型直升機(57%)、多引擎水上飛機(74%)、大型滅火飛機(61%)以及超大型滅火飛機(65%)。
圖9 不同情況下調(diào)用的不同飛機類型
空中消防飛機效能調(diào)研報告結(jié)果顯示,輕型滅火直升機在森林火災(zāi)初期階段滅火效果較好。如果火勢有所擴大,則需要調(diào)用單引擎水上飛機及直升機參與滅火;大型、超大型滅火直升機以及“模塊化航空滅火系統(tǒng)”在執(zhí)行森林滅火任務(wù)中擔(dān)任的功能十分相似,初期用于延遲火勢蔓延,中后期用于直接滅火。研究結(jié)果還表明,所有滅火飛機對于延遲火災(zāi)蔓延都有明顯效果。
直升機和水上飛機對于減小火災(zāi)強度的效果高于大型滅火飛機,滅火飛機對于阻止火勢蔓延效果明顯。此外,空中滅火飛機的空投失效率也較高,為14%~17%;輕型直升機的空投滅火失效率為12%,輕型和中型直升機空投次數(shù)和有效性通常較高,總空投失效性控制在7%左右。
除了空中消防力量,地面消防車輛對于撲滅森林火災(zāi)也起到了至關(guān)重要的作用。美國森林管理局地面消防力量主要有野地消防車、消防指揮巡邏車以及多用途車輛等。
野地消防車作為撲滅野火的專業(yè)車輛,除了將消防員運送至火場附近,也提供野外滅火所需水或其他裝備。相比傳統(tǒng)消防車,野地消防車尺寸較小、可攜帶超過國家標(biāo)準(zhǔn)兩倍以上的消防水龍帶。根據(jù)水箱容量,可將野地消防車分為以下幾類(表2)。
表2 野地消防車類型
3型野外救援車是加利福尼亞州最受歡迎的車型,該車采用四驅(qū)驅(qū)動,額定車重為12噸,最多可容納5人。4型野外救援車采用較小的水泵和軟管,但增加了水箱的體積,載水量高。5型野外救援車采用中型底盤,多用于火災(zāi)初期控制。6型野外救援車通常配備1名消防員,多用于巡邏任務(wù)。7型野外救援車作為輕型滅火車,用于執(zhí)行林火初期滅火和火情巡查等任務(wù)。
消防指揮巡邏車為多功能車,一般可容納6人,并配備大容量水罐,將滅火用水運送至火災(zāi)現(xiàn)場。此外,指揮巡邏車還在前保險杠處加裝遙控噴嘴,在車輛沿著火災(zāi)和易燃區(qū)域行駛過程中,將易燃物打濕,提高滅火效率。
美國森林管理局雇傭了一萬多名專業(yè)消防員,以應(yīng)對每年數(shù)萬起野外火災(zāi),專業(yè)消防員主要包括航空滅火員以及地面消防人員。
1.傘降滅火員
傘降滅火員是全美共享的森林消防資源,主要由具有跳傘資質(zhì)的消防員,以及接受過滅火訓(xùn)練的跳傘運動員組成。美國森林管理局在森林密布的4個地區(qū)設(shè)有7個基地,共有320名傘降滅火隊員可隨時征召,隨身攜帶的物資可支持48小時的滅火工作,用于快速響應(yīng)野火。
2.機降滅火員
機降滅火員大多攜帶滅火裝備乘坐直升機,利用鉸鏈、繩索等裝備滑降至火災(zāi)現(xiàn)場。一旦落地,他們便可利用鏈鋸等手動工具迅速開辟隔離帶,快速滅火。機降滅火員通常要在密林深處連續(xù)執(zhí)行滅火任務(wù),人均負(fù)重54.4千克。
目前美國森林管理局在13個基地共有275名機降滅火員,既彌補了直升機對著陸點的限制,將滅火隊員快速精準(zhǔn)投放至火場附近,又解決了傘降滅火隊員投放精度不足等問題。
1.基本滅火員
全美數(shù)量最多的滅火員,一般20人一組,承擔(dān)野外消防任務(wù)。他們利用鏟子、鏈鋸等工具清理易燃物,并在火場周圍建立30.5~91.45厘米的防火隔離帶,控制野火蔓延。此外,基本滅火員還會在火災(zāi)結(jié)束后進行火場清理,消滅遺留隱患。除了建立防火隔離帶,滅火員還會請求大型滅火飛機和直升機的支持,噴灑滅火阻燃劑以降低野火蔓延速度,輔助建立防火線。
2.高級滅火員
高級滅火員一般被分配到最具挑戰(zhàn)性的地方,全美只有一百多人。高級滅火員需要經(jīng)過長期訓(xùn)練以獲得相應(yīng)資質(zhì),主要為消防管理和事故處理的各個階段提供安全、專業(yè)的高效滅火。據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示,高級滅火員每年平均滅火106天,徒步84666千米,滅火面積高達34平方千米。
3.車輛滅火員
車輛滅火員乘坐野外消防車執(zhí)行滅火任務(wù),全美共有900多人,一般2~10名消防員為一組。車輛滅火人員不僅承擔(dān)對規(guī)定的森林地區(qū)進行火險巡邏監(jiān)察任務(wù),還會作為先頭部隊對新出現(xiàn)山火進行偵察,防止火情越過既定邊界。
森林火災(zāi)已成為全球影響最為嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一,如何快速調(diào)集力量應(yīng)對森林火災(zāi),也成為了各國關(guān)注的重點。飛機滅火作為森林消防的現(xiàn)代化手段,在林火撲救中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。美國森林消防局將航空滅火與地面撲救協(xié)同配合,構(gòu)成了天地一體化的野火防控系統(tǒng),有效撲滅各種森林火災(zāi)和草原火災(zāi),可以為我國森林消防相關(guān)研究與政策制定提供參考。