CARACTERIZACIÓN DE LA PROPAGACIÓN DEL FUEGO EN MATORRAL DE CARQUEIXA MEDIANTE QUEMAS EN TÚNEL DE VIENTO

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1 CARACTERIZACIÓN DE LA PROPAGACIÓN DEL FUEGO EN MATORRAL DE CARQUEIXA MEDIANTE QUEMAS EN TÚNEL DE VIENTO M. Guijarro, J. Madrigal, C. Díez y J. San Martín CIFOR-INIA. Carretera de La Coruña km Madrid. guijarro@inia.es Resumen Las formaciones de matorral ocupan una considerable superficie forestal en España y resultan frecuentemente afectadas por incendios. Los incendios producidos en estos combustibles pueden presentar un comportamiento difícil, con elevada intensidad del fuego. En esta comunicación, se recogen los resultados obtenidos en quemas realizadas en túnel de viento en un complejo de combustible integrado por matorral de carqueixa (Chamaespartium tridentatum L.) y acículas de Pinus pinaster, encaminadas a analizar la propagación del fuego. Los ensayos se llevaron a cabo con diferentes condiciones de humedad del matorral y de velocidad del viento, determinándose los parámetros clásicos de comportamiento del fuego. Los resultados ponen de manifiesto la influencia de la velocidad del viento y la humedad del combustible en la velocidad de propagación, la intensidad del fuego y la altura de las llamas, pero no en el porcentaje de combustible consumido. Los valores experimentales de la velocidad de propagación se compararon con los proporcionados por diversos modelos empíricos de predicción elaborados a partir de quemas realizadas en campo. Los valores observados y los predichos por modelos empíricos desarrollados para matorrales del mismo tipo en Galicia son proporcionales, con una correlación superior 95 %. Palabras clave: incendio forestal, comportamiento del fuego, modelos de predicción, Chamaespartium tridentatum INTRODUCCIÓN Las comunidades vegetales de matorral constituyen, en España, las principales formaciones vegetales afectadas por los incendios (MINISTERIO DE MEDIO AMBIENTE 2004). Una de las características de estos complejos de combustible desde el punto de vista del comportamiento del fuego es que son altamente inflamables y capaces de dar lugar a fuegos de elevada intensidad incluso en condiciones moderadas de peligro de incendio (FERNANDES 2001), aunque es asimismo frecuente que, en ellos el fuego no prospere, dependiendo de las características del combustible y de las condiciones ambientales (PLUCINSKI & CATCHPOLE 2002). En esta situación, es importante conocer la influencia de los factores que intervienen en el comportamiento del fuego en estas formaciones (velocidad del viento, pendiente, humedad de la vegetación, biomasa, etc.), lo que posibilita la obtención de modelos empíricos de predicción de dicho comportamiento. Disponer de modelos de predicción fiables puede ayudar a mejorar la prevención, a incrementar la eficacia y la seguridad de los trabajos de extinción y a evaluar los efectos del fuego. Los estudios realizados en España sobre la influencia de los factores citados se han desarrollado principalmente sobre formaciones de matorral en Galicia (VEGA et al. 1998, 2000 y 2001) y en la Comunidad Valenciana (BAEZA et al. 1997; MOLINA y LLINARES 1998 y 2001). En el presente trabajo se ha analizado el comportamiento del fuego en un complejo de combustible integrado por un estrato de matorral de carqueixa (Chamaespartium tridentatum) y un estrato de acículas de pino negral (Pinus pinaster) mediante quemas realizadas en túnel de viento, evaluando el efecto de la velocidad del viento y de la humedad del combustible. Además, se han comparado los valores experimentales de la velocidad de propagación con las predicciones proporcionadas por diferentes modelos empíricos elaborados a partir de quemas realizadas en campo para matorrales del mismo tipo en Galicia (tojales, carqueixales y brezales bajos mixtos). Los modelos seleccionados para realizar esta comparación fueron los siguientes:

2 donde: > V = 0,249 Vv 1,193 h 0,658 e (1,088 s) (VEGA et al. 1998) > V = 4,84 Vv 1,13 h 0,49 e (0,77 s) (VEGA et al. 2000) > V = 1,94 (Vv + e s ) 1,12 Pcob 0,83 h 0,19 (VEGA et al. 2001) V es la velocidad de propagación del fuego, en m/min Vv es la velocidad del viento, en m/s h es la altura media del matorral, en m s es la pendiente del terreno, en tanto por uno Pcob es la cobertura del matorral, en tanto por uno MATERIALES Y MÉTODOS Dispositivo experimental y metodología El dispositivo experimental utilizado para llevar a cabo los ensayos fue el túnel de viento del CIFOR-INIA (Figura 1). Este dispositivo, situado al aire libre, consta de un recinto térmico y de un ventilador, y se complementa con un sistema electrónico de captación de temperaturas. El recinto térmico tiene 8,5 m de longitud y una sección transversal de 2 m x 3 m; su suelo está formado por ocho vagonetas independientes de 1,0 m x 0,8 m de superficie y 0,25 cm de altura, rellenas de arena, de modo que forman una superficie de 8,0 m x 0,8 m sobre el que se dispone el combustible a estudiar. El túnel está equipado con un ventilador destinado a crear un flujo de aire, que simula la acción del viento en el recinto térmico; el ventilador está controlado por un sistema electrónico que permite obtener valores de velocidad del viento comprendidas entre 1 y 7 m/s en el área central del recinto térmico. En cada ensayo, el material vegetal, pesado para obtener la carga de combustible deseada, se dispone por estratos, reconstruyendo la estructura del complejo. Antes del ensayo, se toman muestras de vegetación para obtener su humedad (por pesada tras secado en estufa a 100 C durante 24 horas). Durante la propagación del fuego, se anota el tiempo de paso de la base del frente de llamas entre vagonetas, así como la altura máxima y media de las llamas en cada metro. Finalizado el ensayo, se recogen y pesan los residuos no quemados. Para evaluar el comportamiento del fuego, se obtuvieron los siguientes parámetros: porcentaje de combustible consumido, velocidad de propagación, intensidad lineal del fuego (BYRAM 1959) y altura de las llamas. Características de los ensayos Los ensayos se llevaron a cabo con un complejo de combustible constituido por dos estratos: acículas de Pinus pinaster y matorral de Chamaespartium tridentatum. Ambos estratos se recogieron en Galicia, y se enviaron al Laboratorio de Incendios Forestales de CIFOR-INIA en bolsas de plástico cerradas de forma que se evitaron en lo posible la pérdida de humedad. En el Laboratorio, el combustible se acondicionó hasta obtener valores de humedad incluidos dentro de un rango prefijado. Las acículas se acondicionaron a una humedad comprendida entre el 10 y el 15 %, y el matorral en dos niveles de humedad: nivel bajo (entre 25 y 55 %) y nivel alto (entre 65 y 105 %). Se realizaron un total de 21 ensayos. Para cada ensayo, las acículas de pino se esparcieron uniformemente en las seis vagonetas centrales del recinto térmico del túnel de viento, con una carga aproximada de 0,5 kg/m². Los tallos de carqueixa se distribuyeron sobre la capa de acículas de modo uniforme, con una carga de aproximadamente 1,5 kg/m², con una cobertura del 100 % (Figura 2). La Tabla 1 presenta los rangos de las condiciones iniciales de los ensayos, con relación a las condiciones ambientales (temperatura y humedad relativa del aire), velocidad del viento creada en el túnel, y de las características del combustible (humedad, carga y altura) para ambos estratos.

3 Mínimo Máximo Condiciones meteorológicas Velocidad T ( C) HR (%) del viento (m/s) Hum (%) ,5 Características del estrato de acículas de Pinus pinaster 10,0 15,6 Carga (kg/m²) 0,497 0,522 Altura (cm) Características del estrato de matorral de carqueixa H (%) Carga (kg/m²) Tabla 1. Rango de las condiciones iniciales de los ensayos (n = 21). T = temperatura el aire; HR = humedad relativa del aire; H = humedad del combustible. 2,1 3,4 26,5 105,8 1,215 1,754 Altura (cm) 35,8 65,1 Figura 1. Fotografía del túnel de viento del CIFOR- INIA en el que se llevaron a cabo los ensayos Figura 2. Disposición del complejo de combustible en el túnel de viento Métodos estadísticos Para evaluar el efecto de las variables independientes consideradas: > humedad del matorral, con dos niveles: baja y alta > velocidad del viento, con tres niveles: 0, 1 y 3,5 m/s sobre los parámetros de comportamiento del fuego, se ha llevado a cabo un análisis de la varianza (ANOVA) de los citados factores. Para comparar la velocidad de propagación observada con la predicha por los modelos empíricos de VEGA et al. (1998, 2000 y 2001), se realizó un análisis de su correlación, utilizando el coeficiente de correlación lineal r y el nivel de significación p como estimadores de la relación entre los valores observados y los predichos. RESULTADOS Y DISCUSIÓN Análisis de los parámetros de comportamiento del fuego La Tabla 2 presenta los resultados obtenidos en los ensayos realizados para los parámetros d comportamiento del fuego. Mínimo Máximo PRC (%) VP (m min -1 ) I (kw m -1 ) A (m) ,147 2,222 Tabla 2. Rango de los parámetros de comportamiento del fuego. PRC = porcentaje de reducción del combustible; VP = velocidad de propagación; I = intensidad del fuego; A = altura de las llamas. Del ANOVA realizado a los resultados obtenidos (Tabla 3), se deduce que la velocidad d propagación, la intensidad del fuego y la altura de las llamas varían significativamente con l humedad del combustible y con la velocidad del viento. Estos parámetros disminuyen con la humedad ,70 1,90

4 del combustible y aumentan con la velocidad del viento (Figuras 3.1, 3.2 y 3.3). Por e contrario, el porcentaje de combustible consumido no resultó influido significativamente por lo factores considerados, resultando prácticamente constante, con un valor medio del 90 %, lo que indic que el frente de fuego fue suficientemente intenso, en relación con las características del combustible para producir su consunción casi total. Esta consunción tuvo lugar principalmente en la fase de llama de las quemas. Factor PRC VP I A Hum Vv 0,1001 0,6730 0,0001 *** 0,0000 *** 0,0000 *** 0,0013 *** 0,0001*** 0,0001*** Tabla 3. Análisis de la varianza para el efecto de la humedad del matorral y de la velocidad del viento sobre lo parámetros de comportamiento del fuego Valor de p y significación ( *** = p < 0.001) Hum = humedad del matorral; Vv = velocidad del viento. La influencia positiva de la velocidad del viento sobre la de propagación es ampliament conocida. En efecto, el viento alimenta al fuego de oxígeno, favoreciendo su desarrollo, al mejorar l eficiencia de la combustión. Origina, además, fenómenos de convección forzada, que desplazan air caliente que seca la vegetación no quemada y, al inclinar las llamas hacia el combustible no quemado incrementa la transmisión hacia éste de calor por radiación (GUIJARRO et al. 2004). Por lo que s refiere a la humedad del combustible, su influencia en el comportamiento del fuego se debe a que, par que el combustible empiece a arder, es preciso que evapore previamente el agua que contiene, por lo que la humedad determina por un lado la cantidad de calor necesario y el tiempo que ha de transcurri para que el combustible alcance su punto de inflamación y, por otro lado, la cantidad de calor que se v a transmitir a la vegetación circundante. Por ello, cuanto más elevada es la humedad del combustible más lenta es la propagación del fuego. La intensidad del fuego sigue las mismas pautas de variación que la velocidad de propagación respecto al efecto de Vv y Hum. Este hecho es evidente si se considera la expresión que proporciona e valor de I que, según la fórmula de BYRAM, es directamente proporcional a la velocidad d propagación. En el rango de velocidad del viento considerado, la altura de las llamas aumenta linealment con la velocidad del viento (r = con p = 0.009). Esto es debido a que, con el aumento de Vv, l combustión incrementa su intensidad, dando lugar a llamas más altas. Sin embargo, éstas disminuyen con la humedad del combustible, ya que con este factor disminuye la intensidad de la combustión (MENDES-LOPES et al. 2003).

5 Comparación de la velocidad de propagación observada y la predicha por diferentes modelo empíricos Las Tablas 4.1 y 4.2 recogen la relación entre los valores observados y los predichos para l humedad del matorral alta y baja, respectivamente, expresada a través de la ecuación lineal que lig ambos tipos de valores, así como el coeficiente de correlación y el nivel de significación de esta ecuaciones. Modelo a b r p VEGA et al ,61 10, VEGA et al ,62 105, VEGA et al Tabla 4.1. Relación lineal entre los valores observados y los predichos por las tres ecuaciones de VEGA et al., expresada por la ecuación Vobservada = a + b Vpredicha, para los valores de humedad alta del matorral. r = coeficiente de correlación lineal, p = nivel de significación de la ecuación. Modelo a b r p VEGA et al ,58 7, VEGA et al ,97 71, VEGA et al Tabla 4.2. Relación lineal entre los valores observados y los predichos por las tres ecuaciones de VEGA et al., expresada por la ecuación Vobservada = a + b Vpredicha, para los valores de humedad baja del matorral. r = coeficiente de correlación lineal, p = nivel de significación de la ecuación. La relación entre los valores observados y los predichos es altamente significativa con las tre ecuaciones y ambos niveles de humedad del matorral, aunque con una correlación ligeramente superio para la humedad baja (r > 0.99) que para la humedad baja (r < 0.97). Estos valores ponen de manifiesto que las variables que entran en las ecuaciones de predicción obtenidas en experiencias de campo actúan en el mismo sentido en los ensayos realizados en túnel de viento. Sin embargo, las velocidade 0.991

6 observadas en túnel son muy inferiores a las predichas por los modelos, lo que indica que en est dispositivo se alcanzan valores inferiores a los que se obtendrían en campo en las mismas condiciones Esta diferencia es especialmente acusada con el modelo de VEGA et al. 2000, obteniéndose valore más próximos con el modelo de VEGA et al Con este último modelo, los valores obtenidos en túnel se ajustarían a valores de campo mediante un coeficiente de proporcionalidad de 4.80 par humedad del matorral baja y de 8.40 para humedad del matorral alta. El ajuste entre los valores observados de la velocidad de propagación y los estimados con la tres ecuaciones de predicción considerada (VEGA et al. 1998, 2000 y 2001) se muestran gráficament las Figuras 4.1, 4.2 y 4.3. Figuras 4.1, 4.2 y 4.3. Relación entre la velocidad de propagación del fuego observada en los ensayos en túne de viento y la predicha por las ecuaciones de VEGA et al. 1998, VEGA et al y VEGA et al CONCLUSIONES Los resultados obtenidos en los ensayos llevados a cabo en el túnel de viento con un complejo de combustible integrado por matorral de carqueixa (Chamaespartium tridentatum L.) y acículas de Pinus pinaster han puesto de manifiesto la influencia positiva de la velocidad del viento y negativa de la humedad del matorral sobre los parámetros clásicos de comportamiento del fuego: velocidad de propagación, intensidad lineal del fuego y altura de las llamas. Sin embargo, en las condiciones de ensayo consideradas, el porcentaje de consunción del combustible resultó ser prácticamente constante, en torno al 90 %. La relación entre los valores de la velocidad de propagación observada en los ensayos de túnel de viento y la predicha por diversas ecuaciones empíricas obtenidas en quemas realizadas en campo en combustible del mismo tipo de Galicia (zona de recogida del combustible utilizado para las quemas en túnel) es altamente significativa, aunque los modelos sobreestiman los valores observados en el túnel. No obstante, la alta correlación permite considerar ambos valores como proporcionales. Por ello, aunque la escala de los ensayos de laboratorio sea un factor limitante para el estudio del comportamiento del fuego, éstos son más sencillos, seguros y económicos que los de campo, por que la utilización complementaria de ambas fuentes de información permite mejorar el conocimiento de las relaciones existentes entre los parámetros de comportamiento del fuego y las variables independientes ambientales y de combustible.

7 Agradecimientos Este trabajo ha sido financiado por el Proyecto Europeo FIRE STAR: A decision support system for fuel management and fire hazard reduction in Mediterranean wildland-urban interfaces (Energía, Medio Ambiente y Desarrollo Sostenible, V Programa Marco, EVG1-CT ). Los autores agradecen al personal del Centro de Investigaciones Forestales y Ambientales de Lourizán (Xunta de Galicia), del Consorcio FIRE STAR, la recogida y envío al Laboratorio del CIFOR-INIA del material forestal utilizado en la realización de los ensayos. BIBLIOGRAFÍA BAEZA, M.J.; DE LUIS, M. y RAVENTÓS, J.; Comportamiento del fuego en incendios experimentales en aulagares de diferentes edades en la Comunidad Valenciana. Actas del I Congreso Forestal Hispano-Luso y II Congreso Forestal Español IRATÍ-97, 5: Gráficas Pamplona. Pamplona. BYRAM, G.M.; In BROWN A.A. & DAVIS K.P., Forest fire: control and use. Mac Graw Hill Book. New York. 2 nd edition. Pp GUIJARRO, M.; HERNANDO, C.; DÍEZ, C. y MADRIGAL, J.; Modelización del comportamiento del fuego en los incendios forestales: modelos empíricos de predicción de la velocidad de propagación desarrollados en túnel de viento. Cuad. Soc. Esp. Cienc. For. 18: MENDES-LOPES, J.M.C.; VENTURA, J.M.P. & AMARAL, J.M.P.; Flame characteristics, temperature-time curves, and rate of spread in fires propagating in a bed of Pinus pinaster needles. Int. J. Wildland Fire, 12(1): MINISTERIO DE MEDIO AMBIENTE, Los incendios forestales en España durante el año Dirección General para la Biodiversidad. Madrid. MOLINA, M.J. & LLINARES, J.V.; Relationships between fire behaviour, weather conditions and fire intensity paramenters in experimental summer firs in Valencia shrublands. Predicting fire behaviour in Galician (NW Spain) shrubland fuel complexes. Proceedings of the III International Conference on Forest Fire Research, 14th Conference on Fire and Forest Meteorology,1: MOLINA, M.J. & LLINARES, J.V.; Temperature-time curves at the soil surface in maquis summer fires. Int. J. Wildland Fire 10: PLUCINSKI, M.P. & CATCHPOLE, W.R. Vertical development of fire in shrubland fuels. In: D.X. Viegas (ed.), Forest Fire Research & Wildland Fire Safety. Millpress. Rotherdam. VEGA, J.A.; CUIÑAS, P.; FONTÚRBEL, T.; PÉREZ-GOROSTIAGA, P. & FERNÁNDEZ, C.; Predicting fire behaviour in Galician (NW Spain) shrubland fuel complexes. Proceedings of the III International Conference on Forest Fire Research, 14th Conference on Fire and Forest Meteorology,1: VEGA, J.A.; CUIÑAS, P.; FONTÚRBEL, T.; PÉREZ-GOROSTIAGA, P. y FERNÁNDEZ, C.; Desarrollo de nuevos modelos de predicción. In: R. Vélez (coord.). La defensa contra incendios forestales. Fundamentos y experiencias: Mc Graw Hill. Madrid. VEGA, J.A.; PÉREZ-GOROSTIAGA, P.; CUIÑAS, P.; FONTÚRBEL, T. y FERNÁNDEZ C.; Manual de queimas prescritas para matogueiras de Galicia. J.A. Vega (coord.) Colección Técnica Medio Ambiente. Xunta de Galicia. 171 pp + Anexos.