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Universidade de Aveiro 2009
Departamento de Ambiente e ordenamento
Diogo Pereira Fiadeiro Mesquita Nunes
Estimativa das emissões de incêndios florestais na Europa
ii
Universidade de Aveiro 2009
Departamento de Ambiente e ordenamento
Diogo Pereira Fiadeiro Mesquita Nunes
Estimativa das emissões de incêndios florestais na Europa
dissertação apresentada à Universidade de Aveiro para cumprimento dos requisitos necessários à obtenção do grau de Mestre em Engenharia do Ambiente, realizada sob a orientação científica da Doutora Ana Isabel Miranda, Professor Associada do Departamento de Ambiente e Ordenamento da Universidade de Aveiro, e Doutor Jorge Humberto de Melo Rosa Amorim, Estagiário de Pós-Doutoramento do Centro de Estudos do Ambiente e do Mar (CESAM) do Dep. de Ambiente e Ordenamento da Universidade de Aveiro
iii
agradecimentos
Dedico este trabalho à minha Família, especialmente aos meus queridos pais, Carlos e Fátima, e à minha grande irmã, que me deram toda a força e compreensão. Aos meus amigos, com especialmente à Casa Maravilha, que sempre me apoiou nos tempos mais difíceis, e se mostrou sempre disponível para tornar esta dissertação possível. Agradeço muito à Professora Ana Isabel Miranda e ao Jorge Amorim do GMAC, pelo contributo directo na realização do trabalho, pelo apoio e pela paciência inesgotável que mostraram. Agradeço também a todos os que me apoiaram directa ou indirectamente. Obrigado.
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o júri
presidente Doutor Carlos Alberto Diogo Soares Borrego professor catedrático da Universidade de Aveiro
Doutor Nelson Augusto da Cruz Azevedo Barros
professor associado da Universidade Fernando Pessoa
Doutora Ana Isabel Couto Neto da Silva Miranda
professora associada da Universidade de Aveiro
Doutor Jorge Humberto de Melo Rosa Amorim Estagiário de Pós-Doutoramento do Centro de Estudos do Ambiente e do Mar (CESAM) do Dep. de Ambiente e Ordenamento da Universidade de Aveiro
v
palavras-chave
Incêndios florestais; qualidade do ar; carga de combustíveis; factores de emissão e poluição atmosférica
resumo
O objectivo principal desta dissertação é a selecção de um modelo de cálculo de emissões de incêndios florestais para aplicação no Sul da Europa. Para tal, foi realizada uma pesquisa bibliográfica dos modelos de cálculo de emissões dos incêndios florestais disponíveis em todas as regiões do Mundo. Esta pesquisa focou-se especialmente nos modelos originais dos EUA, dos quais foram seleccionados três (CONSUME, FOFEM e FEPS), para se proceder à realização de ensaios para estimativa das emissões dos incêndios. Nos ensaios foram usados parâmetros específicos, que retratam a tipologia de florestas no Sul da Europa. Os dados de entrada utilizados para operar cada modelo seleccionado foram, sempre que possível, idênticos, permitindo desta maneira uma análise comparativa entre eles. O consumo de combustíveis e as emissões resultantes, estimadas pelos ensaios dos modelos, foram comparados com outras estimativas realizadas no contexto nacional e Europeu. Desta análise comparativa, verificou-se bom desempenho dos modelos CONSUME, FOFEM e FEPS na caracterização das florestas e nas estimativas das emissões dos incêndios florestais. Concluindo ser possível a sua inclusão em estudos do género.
vi
keywords
Forest fires; air quality; fuel load, emission factors and air pollution
abstract
The main objective of this thesis is the selection of a model for calculating emissions from forest fires for use in southern Europe. For this, a literature search of models for calculating emissions from forest fires available in all regions of the world was made. This research focused in particular on the original models of the U.S., of which three were selected (CONSUME, FOFEM and FEPS) to carry out tests to estimate emissions from fires. Trials were used specific parameters, which depict the types of forests in Southern Europe. The input data used to operate each type were selected, whenever possible, identical. Thus allowing a comparison between them. The fuel consumption and emissions, estimated by tests of the models were compared with other estimates made in the national and European scope. This comparative analysis show that there was good performance of the models CONSUMES, FOFEM FEPS for the characterization of forests and estimates of emissions from forest fires. Completing is possible to include them in studies of gender.
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Índice
Índice ..................................................................................................................... 7
Lista de Tabelas ................................................................................................... 8
Lista de Figuras: ................................................................................................. 10
1. Introdução .................................................................................................... 11
2. As emissões dos fogos florestais ............................................................. 15
2.1. Os compostos emitidos .............................................................................. 15
2.2. Estimativa das emissões dos fogos florestais ........................................ 17
2.2.1. área ardida ...................................................................................... 18
2.2.2. características dos combustíveis .................................................... 19
2.2.3. factores de emissão ........................................................................ 25
2.2.4. factores ambientais ......................................................................... 25
3. Modelos para o cálculo das emissões dos fogos florestais ................... 27
3.1. CONSUME ................................................................................................ 29
3.1.1. Cálculo do consumo de combustível ................................................... 29
3.1.2. Cálculo das emissões ......................................................................... 32
3.2. FOFEM, First Order Fire Effects Model .................................................. 34
3.2.1. Cálculo dos consumos de combustíveis, FOFEM. .......................... 35
3.2.2. Cálculo das emissões, FOFEM....................................................... 37
3.3. Fire Emission Production Simulator (FEPS) .......................................... 39
3.3.1. Cálculo dos consumos de combustíveis, FEPS. ............................. 39
3.3.2. Calculo das emissões, FEPS. ......................................................... 43
4. Ensaios com os Modelos ........................................................................... 44
8
4.1. Ensaio com o CONSUME .......................................................................... 45
4.2. Ensaio com o FOFEM ............................................................................ 53
4.3. Ensaio com o FEPS ............................................................................... 55
5. Análise dos resultados com os ensaios ................................................... 58
6. Conclusão .................................................................................................... 69
7. Bibliografia .................................................................................................. 72
ANEXOS .............................................................................................................. 84
ANEXO A .......................................................................................................... 85
Anexo B ............................................................................................................ 86
Anexo C ............................................................................................................ 88
Lista de Tabelas Tabela 1: Sistemas de classificação de combustíveis florestais. ......................... 22
Tabela 2: Conjunto das classes de tamanho, dos combustíveis lenhosos,
considerado pelo Consume .................................................................................. 24
Tabela 3: Modelos para estimar a produção de fumo .......................................... 27
Tabela 4: compilação das equações do consumo para cada estrato florestal,
CONSUME. .......................................................................................................... 30
Tabela 5: Factores de emissão médios considerados pelo CONSUME. ............. 32
Tabela 6: compilação das equações e assumpções para o consumo de cada
estrato florestal, FOFEM. ..................................................................................... 36
Tabela 7: Factores de emissão e eficiência de combustão, considerados no
FOFEM ................................................................................................................. 38
Tabela 8: Carga de combustível para o estrato duff e coeficientes para os tempos
de residência para cada fase ............................................................................... 42
9
Tabela 9: valores para kFE e factores de emissão, retirados do FEPS. ................ 43
Tabela 10: Dados de entrada usados para as três primeiras etapas ................... 45
Tabela 11: Dados de entrada usados para o estrato canopy, CONSUME. .......... 46
Tabela 12: Dados introduzidos, necessários para o cálculo de cargas, CONSUME
............................................................................................................................. 47
Tabela 13: Altura e percentagem de coberto de arbustos representativa dos
povoamentos de pinheiro bravo. .......................................................................... 48
Tabela 14: Dados de entrada introduzidos para o estrato de arbustos, CONSUME
............................................................................................................................. 48
Tabela 15: Dados de entrada introduzidos para as herbáceas, CONSUME ........ 49
Tabela 16: Dados de entrada introduzidos para combustíveis lenhosos,
CONSUME ........................................................................................................... 50
Tabela 17: Dados de entrada para litter, líquenes e fetos, CONSUME ................ 51
Tabela 18: Dados de entrada para duff, CONSUME ............................................ 51
Tabela 19: Dados de entrada para a acumulação basal, CONSUME .................. 52
Tabela 20: Dados de entrada introduzidos para as variáveis ambientais ............ 52
Tabela 21: Valores de carga introduzidos no FOFEM .......................................... 54
Tabela 22: Dados de entrada para informação do evento, FEPS. ....................... 55
Tabela 23: Dados introduzidos para as cargas de combustíveis, FEPS .............. 56
Tabela 24: Dados introduzidos para o conteúdo húmido dos combustíveis e
percentagens de consumo de combustíveis adoptadas pelo FEPS. .................... 56
Tabela 25: Consumo de combustível por fase de combustão, CONSUME ......... 58
Tabela 26: Consumo de combustível calculado pelo FOFEM .............................. 58
Tabela 27: Consumo de combustíveis (por fase de combustão) e emissões de
poluentes, para toda a área de projecto, FEPS. ................................................... 59
Tabela 28: Percentagens da carga de combustíveis consumidas, para os três
ensaios ................................................................................................................. 60
Tabela 29: Consumo de combustível por fase de combustão, dado pelo FOFEM61
Tabela 30: Cargas de poluentes emitidos, estimadas pelos modelos (t.ha-1). ..... 62
10
Tabela 31: Emissões por estrato da floresta, CONSUME. ................................... 63
Tabela 32: Emissões por fase de combustão, CONSUME .................................. 64
Tabela 33: Emissões dos diferentes poluentes por fase de combustão, FOFEM 65
Tabela 34: Exemplo, para o ano de 1999, de valores de CO2 emitidos pelas
diferentes classes de ocupação do solo. .............................................................. 66
Tabela 35: Emissões dos incêndios florestais da Europa, calculados no Projecto
SPREAD............................................................................................................... 67
Tabela 36: áreas ardida, por tipo de ocupação do solo, para os países mais
afectados por incêndios florestais no ano 2008. .................................................. 70
Tabela 37: emissões para incêndios florestais no Sul da Europa durante o ano de
2008, usando o modelo CONSUME ..................................................................... 71
Lista de Figuras: Figura 1: representação do estrato mais alto da floresta, canopy [URL. 2]. ......... 20
Figura 2: representação dos arbustos [URL. 3]. ................................................... 20
Figura 3: representação das herbáceas [URL. 4]. ................................................ 20
Figura 4: representação do material lenhoso morto [URL. 5]. .............................. 20
Figura 5: representação de folhas secas presentes ao nivel do solo da floresta
[URL. 6]. ............................................................................................................... 21
Figura 6: representação do estrato mais baixo da floresta [URL. 7]. .................... 21
Figura 7: representação grafica da emissão de CO, FEPS. ................................. 65
Figura 8: representação gráfica da emissão de PM2.5, FEPS. ............................. 66
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1. Introdução
Actualmente são inúmeros os poluentes da atmosfera sendo as fontes que os
originam e os seus efeitos muito diversificados. É possível distinguir os poluentes
atmosféricos em dois tipos: (i) poluentes primários, emitidos directamente pelas
fontes de emissão para a atmosfera, em que se destacam o monóxido de carbono
(CO), os óxidos de azoto (NOx) constituídos pelo monóxido de azoto (NO) e pelo
dióxido de azoto (NO2), o dióxido de enxofre (SO2) e as partículas em suspensão;
(ii) e os poluentes secundários, resultantes de reacções químicas que ocorrem na
atmosfera e onde participam alguns poluentes primários, sendo exemplo disso o
ozono troposférico (O3), resultado de reacções fotoquímicas que se estabelecem
entre os NOx, o CO ou os Compostos Orgânicos Voláteis (COVs).
No grupo das fontes, à escala global, que contribuem mais para a emissão de
gases nocivos para a atmosfera, estão os incêndios florestais [Miranda et al.,
2005a]. Os incêndios florestais são fogos descontrolados em zonas naturais, cuja
origem pode ser natural ou causada por acção humana, por descuido ou
intencionalmente. A capacidade destruidora de um incêndio florestal é difícil de
quantificar e exprime-se de variadas maneiras. Uma delas é o efeito nocivo que
induz nos solos, devido à destruição da camada superficial vegetal, que os torna
mais vulneráveis a fenómenos de erosão e transporte de sedimentos, bem como
a redução da sua permeabilidade. A ocorrência de cheias e deslizamentos pode
resultar destas alterações nas características dos solos. Os incêndios florestais
emitem também, durante o processo de combustão da vegetação, gases
poluentes e partículas para a atmosfera [Fire Effects Guide, 2001].
A poluição atmosférica gerada pelos incêndios florestais é um fenómeno que tem
influenciado o ambiente global desde a pré-história [Clark et al., 1997]. Aerossóis,
libertados por estes eventos, juntamente com partículas biogénicas, marinhas e
terrestres, determinaram a composição e funcionamento da atmosfera natural
global, antes da expansão das populações humanas e era industrial [Andreae,
2007]. Outras evidências históricas foram providenciadas pela descrição de
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episódios de poluição atmosférica originada por fogos florestais, na Rússia, no
ano de 1915, onde cerca de 140 mil km2 de áreas florestais arderam e o fumo
afectou cerca de 6 milhões de km2, limitando em 20 metros a visibilidade numa
área maior que 1,8 milhões de km2 [Shostakovich, 1925]. Incêndios florestais de
grandes dimensões podem afectar a qualidade do ar em áreas situadas a longas
distâncias [FFNet 3, 2005]. Por outro lado, os incêndios florestais podem ser
responsáveis por episódios locais de poluição atmosférica [Sandberg et al., 1978].
Os incêndios florestais ocorrem durante o ano inteiro em todo o Mundo e são uma
importante fonte de material fino partículado e gases poluentes, primários, que
reagem na atmosfera para formar poluentes secundários. As partículas, emitidas
em grandes quantidades, podem atingir valores de emissão na ordem das 0,6
toneladas por segundo em incêndios de grandes dimensões [Wade e Ward,
1973]. Por exemplo, estima-se que a queima de biomassa contribui em 30% para
os montantes globais de emissão de Cloro-metano (CH3Cl), metano (CH4) e NO2
[Crutzen e Graedel, 1986]. A queima de combustíveis florestais produz aerossóis
orgânicos contendo hidrocarbonetos aromáticos policlínicos (HAPs) [Ballentine et
al., 1996], que são uma preocupação para a saúde.
Nas regiões do Sul da Europa, os incêndios florestais destacam-se por serem,
talvez, a catástrofe natural mais grave, que, para além dos prejuízos económicos
e ambientais, representa grande perigo para as populações e bens [Fernandes,
2002; Miranda et al., 2008]. Nos países mediterrânicos os incêndios florestais são
mais comuns, comparativamente com outras regiões Europeias [van der Werf et
al., 2006]. Afectam entre 300 mil e 500 mil hectares de florestas e outras áreas
lenhosas por ano [Narayan et al., 2007]. Durante o Verão de 2003, com as
florestas expostas a condições climáticas muito secas e quentes, os incêndios
florestais foram particularmente violentos, causando a destruição a cerca de 400
mil hectares de floresta em Portugal e deixando regiões, como Sudeste de França
em situações extremamente difíceis, apesar dos seus abastados recursos para
supressão de incêndios [Narayan et al., 2007]. Segundo Xanthopoulos et al.
(2006), estatisticamente, entre os anos 1975 e 2000, os países mediterrânicos
contribuiram com 94% da área ardida na Europa. No mesmo estudo é analisada a
variabilidade anual das emissões originadas pela queima de biomassa, com um
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valor máximo de 3,2 Pg de carbono, no ano de 1998, e um mínimo de 2 Pg C, em
2000 [Narayan et al., 2007]. Comparativamente com as outras fontes de emissões
de poluentes para atmosfera, os incêndios florestais contribuem com 0,2 % das
emissões de NOx, 0,5 % das emissões de COV’s não-metano, 0,2 % das
emissões de CH4, 1,9 % para CO, 1,2 % para N2O e 0,1 % das emissões de NH3,
do total da Europa [EMEP/CORINAIR, 2002].
Em Portugal, bem como nos restantes países do Sul da Europa, o fumo resultante
dos incêndios florestais transporta concentrações de poluentes atmosféricos
anormalmente elevadas, que são registadas por vezes nas estações de
monitorização da qualidade do ar, muitas das quais localizadas em áreas urbanas
[Miranda et al., 2008].
Os desafios e problemas de gestão dos incêndios florestais têm crescido muito,
sendo essencial dar resposta a uma maior necessidade de proteger os recursos
públicos e privados, e vidas humanas. Uma indicação desta resposta é a
crescente utilização de modelos e de ferramentas que suportam a definição de
estratégias de gestão do fogo.
O objectivo principal desta dissertação é a selecção de um modelo de cálculo de
emissões de incêndios florestais para aplicação no Sul da Europa. Esta selecção
é baseada numa pesquisa bibliográfica sobre os vários modelos actualmente
utilizados na estimativa das emissões dos fogos florestais fora da Europa,
principalmente nos E.U.A., e a sua posterior análise comparativa num contexto de
aplicação ao Sul da Europa.
Após uma primeira introdução sobre a temática em questão inicia-se, no segundo
capitulo desta dissertação, a análise detalhada do tópico emissões dos fogos
florestais, caracterizando-se estas em função dos principais factores
intervenientes. Adoptando inicialmente um carácter global que, à medida que se
desenvolve, assume uma postura mais centrada no cálculo das emissões dos
incêndios florestais.
Concluída a pesquisa e análise dos principais factores que influenciam a
libertação de poluentes para a atmosfera, pela combustão, bem como a descrição
das metodologias aplicadas para o cálculo destas emissões, entra-se no capítulo
três, destinado aos modelos para o cálculo das emissões dos fogos florestais,
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CONSUME, FOFEM e FEPS. No quarto capítulo descrevem-se os ensaios com
os modelos referidos e, no quinto capítulo apresenta-se os resultados obtidos com
os ensaios e procede-se à sua análise. Esta foca-se sobretudo na interpretação
dos valores calculados com os ensaios e na sua comparação com outras
estimativas, realizadas em diferentes estudos com recurso à modelação e outras
metodologias. A quinta parte do documento engloba as considerações finais
sobre a utilização da modelação para a estimativa das emissões dos incêndios
florestais na Europa bem como a possibilidade desse cálculo ser feito por
modelos de origem Norte americana.
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2. As emissões dos fogos florestais O inicio de um incêndio florestal está, essencialmente, dependente da interacção
de três componentes [Ferraz et al., 2009]: combustível, oxigénio e calor de
combustão.
Após a sua ignição, a propensão do fogo, bem como o seu comportamento,
variam com o tipo de coberto florestal, as condições e fraccionamento dos
combustíveis, as condições meteorológicas locais e a topografia [Ottmar et al.,
2009].
2.1. Os compostos emitidos
O fumo proveniente de fogos florestais é uma mistura complexa de compostos
químicos produzidos pela combustão de combustíveis florestais [FFNet 3, 2005].
Consiste em vapor de água, gases, COVs, Compostos Orgânicos Semi-Voláteis
(SCOVs) e partículas. Os gases incluem o CO2, CO, NOx, óxidos de enxofre
(SOx), CH4, amoníaco (NH3), óxido nitroso (N2O) e hidrocarbonetos não-
metânicos (NMHC) [Muralledharar et al., 2000; Radjevic, 2003]. O SOx é
normalmente produzido em menor quantidade, devido ao conteúdo reduzido em
enxofre nos combustíveis vegetais [Ward e Smith, 2001].
Vários COVs e CH4 foram medidos no fumo proveniente de fogos florestais
[Miranda, 2004a; Heil e Goldammer, 2001; Ward, 1999]. As misturas de COVs
contêm os seguintes compostos oxigenados [Statheropoulos e Karma, 2007;
Reinhardt e Ottmar, 2004]: álcoois (phenol, m-cresol, p-cresol), aldeído
(formaldeído, acetaldeido, benzaldeido), cetonas (cetona, 2-butanona), furanos
(benzofurano), ácidos carboxilicos (acido acético), estéres (acido benzóico,
estermetilico).
Os hidrocarbonetos identificados são alinfáticos, tais como os alcanos, alcenos e
alcinos. Compostos, incluindo o etano, heptano, decano, propeno, 1-noneno, 1-
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undeceno, acetileno, encontram-se igualmente presentes [McDonald et al., 2000;
Shaner et al., 2001, Ward e Smith, 2001; Statheropoulos e Karma, 2007].
Adicionalmente, hidrocarbonetos aromáticos, como os benzenos e alquibenzenos
também se encontram como, por exemplo o tolueno, xileno, etil-benzeno [Reh e
Deitchman, 1992; Muralledharar et al, 2000; Statheropoulos e Karma, 2007]. O
CH3Cl foi endicado em Koppmann et al. (2005) como sendo o hidrocarbonato
halogenado mais abundante nas emissões de queima de biomassa.
As partículas presentes no fumo podem ser grosseiras, com diâmetro
aerodinâmico equivalente inferior a 10 µm (PM10), ou finas (PM2,5, PM1). As
partículas são libertadas para a atmosfera, inicialmente, devido à reacção de
combustão e, posteriormente, formadas através de transformações físicas e
químicas. As primeiras podem ser emitidas sob a forma de carbono elementar,
originadas das partículas de carbono orgânico. O carbono inorgânico ou carbono
elementar, também conhecido por grafite ou carbono negro, é um produto da
combustão incompleta de materiais e combustíveis com base em carbono [CEPA,
1999].
Oligoelementos também podem estar contidos nas partículas produzidas no
decorrer de fogos incêndios florestais, tais como Na, Mg, Al, Si, P, S, Cl, K, Ca, Ti,
Mn, Fe, Zn, Rb, Sr, V, Pb, Cu, Ni, Br e Cr [Radjevic, 2003; Muralledhrar et al.,
2000; Ward e Smith, 2001].
Espécies radioactivas podem, ocasionalmente, ser encontradas no fumo. A sua
origem pode ser, entre outras, a contaminação radioactiva dos combustíveis
vegetais. Um exemplo é a floresta na Zona de Exclusão da Central Nuclear de
Chernobyl [Poyankov, 2006]. As emissões dos diversos compostos variam ao
longo das diferentes fases de combustão.
A primeira é a pré-ignição, em que o calor da fonte de ignição evapora a água e
gases de baixa volatilidade dos combustíveis e o processo de pirólise começa
[Statheropoulos e Karma, 2007].
Na segunda fase, de chama, ocorre a combustão dos produtos resultantes da
pirólise (gases e vapores). A chama aparece se esses produtos forem aquecidos
até ao ponto de ignição, quando em contacto com a fonte de calor [US NWCG,
2001]. O calor libertado na reacção da chama acelera a taxa de pirólise e produz-
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se grande quantidade de gases combustíveis, que oxidam, causando o aumento
de chamas [Statheropoulos, 2007].
A fase de incandescência, é a terceira, e caracteriza-se por ser um processo de
muito fumo, que acontece após a extinção da chama passar. Gases combustíveis
continuam a ser produzidos pelo processo de pirólise, no entanto a sua libertação
e temperaturas não são, suficientes, para manter a chama. Esta fase de chama
latente tende a ocorrer em camadas de combustíveis finas e compactas, limitadas
no acesso ao oxigénio [Statheropoulos, 2007].
Na quarta fase, residual, a maioria dos gases voláteis já arderam e o oxigénio
entra em contacto directo com a superfície do combustível queimado. À medida
que o combustível oxida, arde na forma de brasa até que a temperatura se reduz
ao ponto de não ser possível haver mais combustão, ou até que todo o material
inflamável seja consumido [Johnson, 1999].
2.2. Estimativa das emissões dos fogos florestais
O cálculo da emissão de poluentes pelos fogos florestais depende do
conhecimento das condicionantes que fazem variar a sua fonte, o fogo,
nomeadamente: área ardida, duração do evento, características dos
combustíveis, comportamento do fogo, consumo de combustíveis, factores de
emissão específicos de cada poluente (Battye e Battye, 2002, Hardy et al., 2001;
Peterson, 1987; Peterson e Sandberg, 1988; Sandberg et al., 2002). Apesar das
diferentes variáveis envolvidas, o conteúdo das emissões pode basear-se numa
equação relativamente simples [Seiler e Crutzen, 1980]:
O cálculo das emissões pode ser representado, genericamente, pela equação de
Crutzen e Seiler (1980) [Silva et al., 2006]:
(Eq. 1)
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Onde,
Ea é a emissão do composto a;
A representa a área ardida;
B a biomassa vegetal consumida;
FC o factor de combustão (factor de biomassa que é consumida);
FEa o factor de emissão associado ao composto a;
A qualidade das estimativas relativas às emissões depende inteiramente do grau
de precisão dos dados base. De facto variações nas características e consumo de
combustíveis podem contribuir em 30% para as incertezas associadas à
estimativa em questão [Petersson, 1987; Peterson e Sandberg, 1988]. Um outro
estudo, mais recente, indica que as estimativas de biomassa queimada
apresentam erros de pelo menos 50%, e ainda que os factores de emissão
relativos a poluentes como o CO e CH4 têm incertezas associadas de 20 a 30%
[Andreae e Merlet, 2001].
2.2.1. área ardida
Pesquisas ao longo das duas últimas décadas levaram ao aumento do
reconhecimento do importante papel que área ardida desempenha, por exemplo
no Ciclo Global do Carbono. Existe hoje uma forte necessidade de conhecer as
estimativas sobre a área de biomassa consumida pela combustão [Scholes,
1995].
O erro associado ao cálculo das emissões está fortemente relacionado com o
grau de precisão dos dados sobre a área afectada [Peterson, 1987]. Por esta
razão, é muito importante desenvolver metodologias que permitam diminuir essas
incertezas. Um factor que contribui para essa incerteza é a prática, comum, de se
considerar que todo o perímetro do incêndio foi afectado pelo o fogo, quando na
realidade existem zonas não-ardidas, devido ao declive, mudança brusca do
vento ou existência de determinadas espécies mais resistentes. Por outro lado, é
também vulgar não contabilizar incêndios de menores dimensões, subestimando
a verdadeira área ardida [Sandberg et al., 2002].
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Informações transmitidas por satélites sobre a área ardida e modelos
biogeoquímicos melhorados têm vindo a ser determinantes para reduzir os erros
associados a este factor. Estes sensores remotos apresentam, no entanto, uma
precisão limitada e são considerados inadequados para paisagens com grande
variedade de declive e características de combustíveis [Crutzen e Andreae, 1990;
Levine, 1994; Sandberg et al., 2002; French et al., 2004].
As informações sobre as áreas afectadas por incêndios florestais ao nível
europeu estavam, normalmente, agregadas a cada administração, ignorando a
sua localização espacial e extensão exacta [Wallstrom, 2001]. Cada país
apresentava a sua própria metodologia para a estimativa da área ardida, o que
dificultava a harmonização das estatísticas para toda a Europa. No entanto, nos
dias que correm existe uma base de dados europeia, com informação de cada
estado membro, que pode ser consultada no Sistema de Informação Europeu
para os Fogos Florestais (EFFIS) [URL. 1].
2.2.2. características dos combustíveis Para prever o comportamento e efeitos do fogo é conveniente considerar a
vegetação como combustível. A quantidade de combustível e a fracção deste que
arde numa determinada região, depende do tipo de vegetação, densidade de
biomassa, composição dos combustíveis, conteúdo húmido e condições
meteorológicas [Schultz, 2002], e contribui em larga escala para a quantidade de
fumo produzido.
O mapeamento dos combustíveis vegetais é essencial para calcular o risco de
incêndio e simular o seu crescimento e intensidade ao longo do território [Keane
et al., 2001]. Mapear as propriedades dos combustíveis requer conhecimento da
estrutura vertical e horizontal da vegetação [Chuvieco, 2003]. O tamanho dos
combustíveis é um factor crítico no comportamento do fogo, sendo que estes
perdem humidade e calor mais rapidamente quando a sua área superficial
disponível é maior [Chuvieco, 2003]. À medida que diminui a densidade e
aumenta a porosidade dos combustíveis lenhosos, a inflamabilidade e a
velocidade de combustão aumentam [Sardinha et al., 2002].
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Geralmente, os cobertos florestais são divididos em estratos, consoante a altura e
tipologia dos componentes naturais que os compõem. As figuras 1, 2, 3, 4 e 5
representam os componentes tipicamente encontrados nas florestas do Sul da
Europa, nomeadamente: as árvores, onde se incluem as copas (folhagem e
ramos) e todo o material lenhoso (figura 1); os arbustos (figura 2); o material
lenhoso morto (figura 3); as herbáceas (figura 4); a folhagem morta (figura 5) e;
toda a matéria orgânica, total ou parcialmente, decomposta que ocupa o estrato
mais baixo da floresta (Figura 6). Neste trabalho irão ser usados três termos,
comummente citados na bibliografia consultada, para referir os estratos das
árvores, a folhagem morta e toda a matéria orgânica do estrato mais baixo da
floresta, respectivamente canopy, litter, e duff.
Figura 1: representação do estrato mais alto
da floresta, canopy [URL. 2]. Figura 2: representação dos arbustos [URL. 3].
Figura 3: representação das herbáceas [URL.
4]. Figura 4: representação do material lenhoso
morto [URL. 5].
21
A carga de combustível, geralmente expressa em kg.m-2 ou t.ha-1, é a quantidade
de combustível potencialmente disponível para a combustão.
A avaliação da carga de combustível dos diferentes componentes da floresta é
crucial para a análise dos efeitos do fogo florestal, porque determina a intensidade
deste. Particularmente para o comportamento do fogo, a carga de combustível
influencia directamente a propagação e intensidade do fogo. Os seus efeitos, por
outro lado, podem ser antagónicos. A disponibilidade de combustíveis tende a
aumentar a intensidade da reacção de combustão. No entanto, a taxa de
propagação do fogo pode decrescer à medida que a carga aumenta, pois o
combustível em excesso pode-se converter num dissipador de calor importante,
originando decréscimo na temperatura de ignição [Chuvieco, 2003].
A quantidade e composição dos gases e partículas libertadas dependem da carga
e tipo de combustível presente na floresta [Lobert e Warnatz, 1993; Andrae e
Merlet, 2001]. A caracterização destes dois factores é, por isso, de grande
importância.
Uma dificuldade na caracterização de combustíveis está relacionada com a
heterogeneidade dos habitats em todo o mundo. Por exemplo, a carga de
combustível de uma paisagem de pastagem, na zona centro do E.U.A. (0,6 t.ha-1),
não se assemelha em nada com o ―serrado denso‖ na zona centro do Brasil, com
sub-bosque de ervas e arbustos (35 t.ha-1) [Hardy et al., 2001; Ottmar e Vihnanek,
1998, 1999; Ottmar et al., 1998; Sandberg et al., 2002].
Figura 5: representação de folhas secas
presentes ao nivel do solo da floresta [URL. 6]. Figura 6: representação do estrato mais baixo da
floresta [URL. 7].
22
As actividades humanas também criam um mosaico complexo de florestas, matas
e pastagens. As cargas de combustíveis podem variar de 2 t.ha-1, numa
comunidade mediterrânea de Rosmarinus officinalis, para 160 t.ha-1 numa floresta
temperada de Fagus silvatica [Trabaud et al., 1993]. A larga variação de cargas
ao longo das regiões pode contribuir com 80% do erro associado às estimativas
das emissões dos incêndios florestais [Peterson, 1987; Peterson e Sandberg,
1988]. Nos últimos 30 anos foram várias as tentativas para desenvolver sistemas
de classificação de cobertos em diferentes regiões do planeta (Tabela 1).
Tabela 1: Sistemas de classificação de combustíveis florestais.
Sistemas descrição e bibliografia
FBFM Fire Behavior Fuel Models
Anderson, 1982; Andrews & Chase, 1989; Scott & Burgan, 2005
NFDRS National Fire Danger Rating System Fuel Models
Deeming et al., 1977
FCCS Fuel Condition Class System fuelbeds
Ottmar et al., 1998b; Schaaf, 1996
FOFEM First Order Fire Effects Model
Reinhardt et al., 1997; Reinhardt & Crookston, 2003
CFDRS Canadian Fire Danger Rating System
Hirsch, 1996
AFDRS Australian Fire Danger Rating System fuel models
Cheney e Sullivan, 1997; Cheney et al., 1990
Photo Series Ottmar et al., 2004
Fuel Load Models
Keane, 2005, Landscape Fire and Resource Management Planning
Tools Project (LANDFIRE), 2005
PROMETHEUS European Fire Management Information System
PROMETHEUS, 1999
23
O sistema FCCS disponibiliza as características dos combustíveis, organizadas
numericamente, como dados de entrada, para modelos de comportamento do
fogo. Acedendo ao sistema, pode-se criar um conjunto de dados, relativos tipos
de combustíveis, que representem a escala de interesse. Após completa a lista de
dados, o FCCS reporta as características para cada tipo de biomassa, incluindo
as árvores, arbustos, gramíneas, combustíveis lenhosos e manta morta. O
sistema também calcula o comportamento do fogo na superfície e copas das
árvores, bem como o potencial de combustão disponível para cada tipo de bioma.
Desta maneira o FCCS providencia um índice da capacidade intrínseca de cada
tipo de combustível perante a exposição ao fogo. É uma ferramenta aplicável em
todo o mundo, no entanto adapta-se, com melhores resultados, para a realidade
Norte americana [Ottmar et al., 1998].
Os procedimentos relacionados com a caracterização de combustíveis são, por
norma, dependentes de levantamentos de campo. No entanto, os inconvenientes
associados aos custos e a dificuldade de actualizações, têm levado, mais
recentemente, à utilização de metodologias para a construção de modelos de
combustíveis, que, em alternativa aos levantamentos de campo, recorrem a
dados de detecção remota ou a modelação biofísica para representar a
heterogeneidade dos biomas [Scholes et al., 1996, Barbosa et al., 1999].
Actualmente, a maioria dos estudos biogeoquímicos emprega modelos para
estimar com maior precisão as cargas de combustíveis.
Outra forma de abordar a determinação das cargas de combustível e fracções de
material consumido consiste em atribuir modelos de combustível a unidades
espaciais pré-definidas. Foi este o procedimento adoptado por Leenhouts (1998),
que fez corresponder a uma classificação da vegetação dos E.U.A contendo 116
tipos fisionómicos modelos de combustível específicos, o denominado National
Fire Danger Rating System (NFDRS). Para cada modelo de combustível NFDRS
(21 ao todo) é indicado o valor característico da carga dos diferentes
compartimentos da fitomassa por unidade de área, bem como a proporção
tipicamente consumida pelo fogo.
Tradicionalmente, nos modelos de combustíveis, para os combustíveis lenhosos
mortos, são especificadas quatro classes de tamanho: 0-6 cm, 6-2,5 cm, 2,5-7,6
24
cm, e maiores de 7,6 cm de diâmetro médio [Albini, 1976]. A estes correspondem
tempos de humidade, definidos como o tempo necessário para um componente
do combustível atingir dois terços do seu conteúdo húmido de equilíbrio [Allgower
et al., 2004]. As classes de tamanho dos combustíveis podem também ser
descritas segundo o indicado na Tabela 2.
Tabela 2: Conjunto das classes de tamanho, dos combustíveis lenhosos,
considerado pelo Consume
Fonte: CONSUMEUser’s Guide
Fonte: Prichard et al. (2009)
O conteúdo húmido dos combustíveis é factor chave na análise do fogo. Influencia
a propagação do fogo, contribuindo para a variação da intensidade deste,
determinando que combustíveis estarão envolvidos na combustão e em que
extensão. O conteúdo húmido controla, ainda, os efeitos térmicos do fogo nos
minerais do solo e organismos subterrâneos. A sua caracterização é realizada
através de trabalho de campo, porque requer a recolha de amostras de diferentes
estratos da floresta e a sua posterior análise.
Geralmente, os combustíveis vegetais com muita humidade, como grandes
troncos e ramos das árvores, produzem vapor de água que baixa a temperatura
de combustão e, por conseguinte, favorece a fase de incandescência
[Statheropoulos, 2007].
diâmetro (metros) tempo de humidade (horas)
0-0,01 1
0,01-0,03 10
0,03-0,08 100
0,08-0,23 1000
0,23-0,51 10000
> 0,51 > 10000
25
2.2.3. factores de emissão
O factor de emissão, geralmente expresso em g.kg-1, indica a quantidade
libertada de um determinado poluente por massa de combustível consumido
[Andreae e Mertet, 2001]. A variedade de factores de emissão depende do
poluente, tipo e disposição do combustível, e da eficiência de combustão [Ottmar
et al., 2009]. Esta última é, usualmente, entendida como a fracção de carbono, na
forma de CO2 que é libertado durante a combustão. A eficiência de combustão é
maior na fase de chama do que na fase de incandescência.
Andreae e Mertet (2001) compilaram factores de emissão para mais de 100
compostos. Estes valores são reportados para diferentes biomassas, e não são
constantes entre estas, como demonstra o padrão relativamente grande de
desvios relatados nesse estudo.
Os intervalos entre os valores médios, relativos aos factores de emissão, para as
fases de chama e incandescência, são pequenos, contribuindo com cerca de 16%
do erro total nas estimativas de emissão dos incêndios florestais [Peterson, 1987;
Peterson e Sandberg, 1988].
Existe actualmente um conjunto, relativamente completo, de factores de emissão
de poluentes para os mais importantes tipos de combustíveis nos E.U.A. [Andreae
e Merlot, 2001; Battye e Battye, 2002; Environmental Protection Agency, 1996;
Hardy et al., 2001; Ward et al., 1989]. Miranda (2004) e Miranda et al. (2005)
apresentam uma selecção de factores de emissão aplicáveis às condições das
florestas do Sul da Europa.
2.2.4. factores ambientais A topografia e as condições atmosféricas, são factores ambientais que definem as
características gerais da paisagem. Os valores relativos às quantidades e
tipologias de vegetação, presentes em determinados locais ou regiões,
apresentam um elevado grau de dependência destes parâmetros ambientais. A
26
sua influência sobre o comportamento do fogo e, consequentemente, nas
emissões produzidas é evidente.
As condições atmosféricas, consideradas para a análise do fogo incluem a
temperatura do ar e humidade relativa, precipitação, estabilidade atmosférica e o
vento. Estes parâmetros, por sua vez, estão influenciados pela topografia do
terreno.
Devida à sua orientação solar, que determina a quantidade de calor recebida as
encostas viradas a Norte são menos sujeitas à actividade de fogos,
comparativamente com as que são viradas a Sul. As primeiras são mais
sombrias, o que, entre outras características, favorece uma maior humidade
relativa e conteúdos húmidos dos combustíveis [Pyne et al., 1996]. Relativamente
ao declive, quanto mais íngreme este for, mais rápido o incêndio se propaga
[NIFC, 2004]. A elevação do terreno também influencia o comportamento do fogo.
Por exemplo, os combustíveis que se encontram em elevações mais baixas, onde
a temperatura é maior, secam mais cedo no decurso do ano, relativamente aos
que estão em elevações mais baixas [NIFC, 2004]. O vento é considerado, em
Ferraz et al. (2009), como a variável ambiental mais crítica que afecta as
características dos incêndios florestais, e também a mais imprevisível ao longo da
sua progressão. Um dos impactos do vento está relacionado com o fornecimento
de oxigénio [NIFC, 2004]. O oxigénio, como combustível, é afectado pelas
condições meteorológicas e também pelas características da vegetação
(densidade ou compactação, forma e estrutura). A sua contribuição afecta os
componentes do fumo [Statheropoulos, 2007]. Por exemplo, a formação de CO e
partículas finas resulta de uma combustão incompleta, devido à disponibilidade
limitada de oxigénio (fase de incandescência); por outro lado, durante a
combustão completa (fase de chama), na presença de quantidades suficientes de
oxigénio, favorece-se a formação de CO2 e H2O.
27
3. Modelos para o cálculo das emissões dos fogos florestais
Desde 1980 que as emissões dos incêndios florestais têm despertado o interesse
das comunidades cientificas [Seiler e Crutzen, 1980].
As primeiras estimativas não consideravam a queima de combustível no estrato
mais baixo da floresta, como litter, líquenes e duff, e como consequência os
resultados são considerados mais baixos que os valores reais [Narayan et al.,
2007]. Porém, os progressos têm sido significativos e existem actualmente vários
modelos para a estimativa de emissões provenientes de fogos florestais. Por
exemplo, o modelo Global Wildland Fire Emissions Model (GWEM) usado para
estimar as emissões dos incêndios florestais a nível global [Hoelzemann et al.,
2004; Hoelzemann, 2006]. Usando, como dados de entrada, dados recolhidos por
satélite para a avaliação da área afectada pelo fogo, modelos para a carga de
combustíveis, factores de emissão, eficiência de combustão e regimes de
classificação da cobertura do solo. Na Tabela 3 listam-se alguns dos modelos
disponíveis para a estimativa das emissões dos fogos florestais.
Tabela 3: Modelos para estimar a produção de fumo
modelos
americanos
descrição e bibliografia
FOFEM First Order Fire Effects Model
Reinhardt et al., 1997
CONSUME Ottmar et al., 1993ª e 2000
FEPS
Fire Emissions Production Simulator, 2004, versão melhorada do EPM (Emissions
Production Simulator)
Sandberg e Peterson, 1984
SMSINFO Ottmar et al., 1993
FETM Fire Emissions Tradeoff Model
Schaaf et al., 1996
FASTRACS Fuel analysis, Smoke Tracking, and Report Access Computer System
URL. 3
28
modelos
europeus descrição e bibliografia
GWEM Global Wildland Fire Emissions Model
Hoelzemann et al.,2004
EMISPREAD Forest Fire Emissions Model for South-European Forest
Miranda et al., 2005a
No sentido estrito, um modelo refere-se à reprodução de um processo,
geralmente representado na forma matemática. De uma perspectiva operacional,
os modelos são usados para simular processos, por exemplo, o comportamento
do incêndio florestal, para fins de projecção, previsão e diagnóstico de um futuro
estado ou um conjunto de condições, por exemplo, efeitos nos ecossistemas.
A maioria dos modelos indicados na Tabela 3 baseia-se em formulações
empíricas e análise de regressão. Pela sua natureza empírica não devem ser
utilizados fora dos intervalos originais de aplicação.
A qualidade e quantidade dos dados de entrada para os diferentes modelos,
ainda estão longe de ser as desejáveis, particularmente no que respeita aos
dados meteorológicos e cartografia de modelos de combustível.
No presente estudo vão ser testados os modelos Norte americanos FOFEM,
CONSUME e FEPS, para estimar as emissões de incêndios florestais,
característicos do Sul da Europa. Os três modelos foram escolhidos por serem,
dos modelos listados na Tabela 3, os mais globalmente usados nesta área de
estudo.
29
3.1. CONSUME
O modelo de consumo de combustíveis CONSUME, concebido em 1993 [Ottmar
et al., 1993], para ser um programa interactivo destinado a assistir a gestão
territorial, como ferramenta de tomada de decisão sobre fogos controlados,
usados para manutenção e restauração de ecossistemas e para prevenção de
incêndios florestais. Foi desenvolvido para as condições da maioria das florestas,
arbustos e ervas da América do Norte [Ottmar et al., 2002].
O CONSUME estima o consumo de combustíveis, a emissão de poluentes e o
calor libertado, baseando-se nas condições meteorológicas e características dos
combustíveis. Divide o material combustível em dois tipos: os combustíveis que
resultam da actividade humana, empilhados e não-empilhados, e os combustíveis
naturais.
Os dados requeridos pelo programa variam com os tipos descritos, podendo
incluir áreas ardidas, vento, hora da ignição, declive do terreno, carga de
combustíveis, profundidade da matéria orgânica morta (figura 6), tamanho dos
amontoados de combustíveis e outros factores.
O CONSUME calcula as emissões de PM, PM10, PM2.5, CO, CO2, CH4 e NMHC.
As emissões das fases de chama, incandescência e residual são calculadas
separadamente e também somadas para disponibilizar as emissões totais. É
projectado para importar dados directamente do FCCS.
Toda a informação sobre o CONSUME e sem modo de funcionamento estão
disponíveis, para consulta, no site oficial dos Serviços Florestais Norte
Americanos [URL 7].
3.1.1. Cálculo do consumo de combustível
As equações usadas pelo CONSUME para o cálculo dos consumos de
combustíveis dividem-se de acordo com os diferentes estratos de combustível,
30
nomeadamente: canopy; arbustos; herbáceas; combustível lenhoso; litter, fetos e
líquenes; e duff. Na Tabela 4 resumem-se as equações para cada um dos
estratos referidos, em unidades americanas.
Tabela 4: compilação das equações do consumo para cada estrato florestal,
CONSUME.
estrato
Equações para o consumo de combustível
canopy (Eq. 2)
(Eq. 3)
arbustos
(Eq. 4)
Com, (Eq. 5) e
(Eq.6) herbáceas (Eq.7)
combustíveis lenhosos por classe de tamanho
c. lenhoso da classe 1-h (Eq. 8)
c. lenhoso da classe 10-h (Eq.9)
c. lenhoso da classe 100-h (Eq.10)
c. lenhoso da classe 1000-h
(Eq.11)
Com PC da Eq. 5 e
(Eq. 12)
c. lenhoso da classe 10000-h
(Eq. 13)
Com PC da Eq. 5 e
(Eq. 14)
c. lenhoso da classe
>10000-h
(Eq. 15)
Com PC da Eq. 5 e
(Eq. 16)
litter, fetos e liquenes
(Eq. 17)
duff
(Eq. 18)
31
Com,
CCfc é a carga de combustível consumida por fase de combustão (t.acre-1);
CEnt,z a carga de entrada por zona de canopy z (t.acre-1);
PCFC é a porção de carga consumida em cada fase de combustão;
CCc a carga consumida durante a fase de chama (t.acre-1);
CCI a carga consumida durante a fase de incandescência (t.acre-1);
CCR a carga consumida durante a fase residual (t.acre-1);
CCarb a carga consumida de arbustos (t.acre-1);
CEnt,arb a carga de entrada para os arbustos (t.acre-1);
PCArbustos é a fracção de carga consumida;
PN a percentagem de área afectada pela passagem do fogo (%);
CCHerb a carga consumida de herbáceas (t.acre-1);
CEnt,Herb a carga de entrada para as herbáceas (t.acre-1);
CC1-h a carga consumida da classe de combustível lenhoso 1-h (t.acre-1);
CEnt,1-h a carga de entrada para a classe dos combustíveis lenhosos 1-h (t.acre-1);
CC10-h carga consumida da classe de combustível lenhoso 10-h (t.acre-1);
CEnt,10-h a carga de entrada para a classe dos combustíveis lenhosos 10-h
(t.acre-1);
CC100-h carga consumida da classe de combustível lenhoso 100-h (t.acre-1);
CEnt,100-h a carga de entrada para a classe dos combustíveis lenhosos 100-h
(t.acre-1);
CC1000-h carga consumida da classe de combustível lenhoso 1000-h (t.acre-1);
CEnt,1000-h a carga de entrada para a classe dos combustíveis lenhosos 1000-h
(t.acre-1);
CC10000-h carga consumida da classe de combustível lenhoso 10000-h (t.acre-1);
CEnt,10000-h a carga de entrada para a classe dos combustíveis lenhosos 10000-h
(t.acre-1);
CC>10000-h carga consumida da classe de combustível lenhoso >10000-h (t.acre-1);
CEnt,>10000-h a carga de entrada para a classe dos combustíveis lenhosos >10000-h
(t.acre-1);
CH1000-h é o conteúdo húmido dos combustíveis lenhosos da classe 1000-h;
CCLF,Li é a carga consumida de litter, fetos e líquenes (t.acre-1);
32
RpL,F,Li a redução da profundidade de litter, fetos e líquenes, após a passagem do
fogo (polegadas);
DeL,F,Li a densidade de dos componentes litter, fetos e líquenes (t.acre-1.polegadas-
1);
CCDuff é a carga consumida de duff (t.acre-1);
RpDuff a redução da profundidade de duff, após a passagem do fogo (polegadas);
DeDuff a densidade de duff (t.acre-1.polegadas-1);
Os valores de profundidade de cada estrato, reduzida com a passagem do fogo,
são calculados pelo CONSUME. Os valores de densidade, são predefinidos pelo
programa.
3.1.2. Cálculo das emissões
O cálculo das emissões pelo CONSUME usa duas abordagens distintas [Prichard,
et al., 2009], uma para os combustíveis empilhados e outra para os não-
empilhados. Para os últimos, as estimativas das emissões são baseadas numa
série de factores de emissão, característicos de cada tipo de componente da
floresta e fase de combustão (Tabela 5), retirados de Ward et al. (1989) e Hardy
et al. (1998). O CONSUME considera iguais factores de emissão para as fases de
incandescência e residual
Tabela 5: Factores de emissão médios considerados pelo CONSUME.
Fase de combustão
factores de emissão por poluente
(kg poluente/t de
combustível consumido)
PM PM 10 PM 2.5 CO CO 2 CH 4 NMHC
chama 10 6,8 6,6 40 1143 1,3 2,2
incandescência 15 10 8,6 94 1036 5 4,5
residual 15 10 8,6 94 1036 5 4,5
33
O produto entre os consumos de combustíveis e os factores de emissão resulta
nas emissões, cujo somatório para os diferentes estratos consiste na emissão
total. As emissões, em unidades americanas, para as fases de chama e
incandescência são, respectivamente, calculadas por:
(Eq. 19)
(Eq. 20)
Em que,
Etotal,chama é a emissão total de poluentes durante a fase de chama (libras);
Etotal,incd é a emissão total de poluentes durante a fase de incandescência (libras);
Ctotal,Chama é o consumo total de carga durante a fase de chama (libras);
Ctotal,incd é o consumo total de carga durante a fase de incandescência (libras);
FEChama,P é o factor de emissão associado ao poluente P, durante a fase de chama
(libras/t);
FEIncd,P é o factor de emissão associado ao poluente P, durante a fase de
incandescência (libras.t-1);
34
3.2. FOFEM, First Order Fire Effects Model
O First Order Fire Effects Model (FOFEM) é um programa informático
desenvolvido para estimar efeitos de fogos controlados e incêndios florestais
[Reinhardt, 1997]. Como potenciais usos, incluem-se a avaliação de impacto,
desenvolvimento das especificações de salvamento, tácticas de combate, e toda
a gestão do incêndio.
Calcula a mortalidade das árvores baseando-se no comprimento e altura das
chamas, tamanho e espécies de árvores e o consumo de combustíveis, usando
equações de regressão com base no tipo de cobertura florestal, região, humidade
e época do ano. O FOFEM incorpora um amplo número de modelos de
combustíveis, com base numa revisão extensa da carga de combustíveis medida
em múltiplos ecossistemas americanos. Cada modelo conta com uma descrição
da vegetação e carga dos combustíveis para duff, litter, detritos lenhosos em três
classes de tamanho, ervas, arbustos, galhos de árvores vivas e folhagem. Estas
cargas, determinadas empiricamente, podem ser modificadas para melhor
reproduzir os combustíveis e simular. É sempre preferível introduzir as cargas
directamente, uma vez que os combustíveis variam muito com o tipo de cobertura
[Reinhardt, 1997].
Outro parâmetro de grande importância é o conteúdo em humidade do
combustível, calculado para duff, detritos lenhosos da classe 10-h e classe>100-h.
Os valores podem também ser fornecidos pelo programa ou introduzidos
directamente pelo utilizador.
O consumo de material lenhoso e litter é simulado usando o modelo físico
BURNUP para transferência de calor e intensidade do fogo [Albini e Reinhardt,
1995, 1997; Albini et al., 1995]. Para os outros combustíveis, o consumo é
previsto recorrendo a uma variedade de equações empíricas [Brown et al., 1985;
Harrington, 1987; Hough, 1978; Reinhardt et al., 1991]. O modelo BURNUP foi
modificado [Finney, 2001] de modo a providenciar estimativas separadas para o
35
consumo e emissão de partículas e gases, para as fases de chama e
incandescência [Ward et al., 1993].
Um pressuposto importante do FOFEM na previsão do consumo de combustível é
que a totalidade da área analisada é afectada pelo fogo, ou seja, não prevê
efeitos do fogo de forma desigual ao longo da área. Consequentemente, os
resultados devem ser ponderados com base na percentagem da área ardida.
Assume-se que o combustível consumido na fase de chama e incandescência, se
reparte em 0,95 e 0,75, respectivamente.
As emissões de PM10, PM2.5, CO, CO2, CH4, NOX e SO2, na fase de chama e
incandescência são estimadas, bem como o aquecimento do solo, para uma
gama de profundidades, ao longo do tempo, desde a ignição. A estimativa das
emissões é realizada multiplicando o consumo pelos factores de emissão, sendo
necessário conhecer a carga de combustível, por classe de tamanho, e o
conteúdo húmido deste. A produção de emissões é estimada para intervalos de
tempo, desde a fase de ignição até ao cessar da combustão.
O programa usa, separadamente, factores de emissão para as fases de chama e
incandescência. No entanto, as duas fases podem ocorrer simultaneamente,
dependendo da humidade presente nos combustíveis, classe de tamanho das
partículas combustíveis e da intensidade do fogo.
3.2.1. Cálculo dos consumos de combustíveis, FOFEM.
Na tabela 6 apresentam-se as equações base do cálculo do consumo de
combustíveis, para os diferentes estratos considerados.
36
Tabela 6: compilação das equações e assumpções para o consumo de cada
estrato florestal, FOFEM.
estratos Equações e assumpções
canopy
folhagem 100%
ramos 50%
arbustos
60% (generalidade das espécies)
combustíveis lenhosos
c. lenhosos da classe 1-
h e 10-h 90%
c. lenhosos da classe
100-h 65%
c. lenhosos da classe
1000-h (Eq. 21)
duff e litter
(Eq. 22)
Com,
CCL+D é a carga consumida de litter mais duff (t.acre-1);
CEnt,L+D é a carga de entrada de litter mais duff (t.acre-1);
CHD o conteúdo em humidade de duff (%);
RDiâmetro é a redução do diâmetro do material combustível 1000-h (polegadas);
CHc.1000-h o conteúdo em humidade do material combustível 1000-h (%);
Dqm a média quadrática dos diâmetros de material combustível 1000-h, antes do
evento;
37
3.2.2. Cálculo das emissões, FOFEM.
As emissões, provocadas pela combustão dos estratos considerados
anteriormente, são estimadas por métodos e pressupostos baseados em Hardy et
al. (1996). O consumo de cada estrato florestal é ordenado para cada fase de
combustão. Esta disposição, sugerida pelo programa, é baseada na humidade
geral, indicada pelo utilizador. Para os componentes da floresta como litter,
combustíveis vivos e pequenos ramos, assume-se que são afectados somente
durante a fase de chama. Para cada componente da floresta existem duas
eficiências de combustão, uma para cada fase de combustão.
Os factores de emissão relativos aos compostos PM2.5, PM10 e CO (Tabela 7)
dependem das eficiências de combustão e podem ser representadas por:
(Eq. 23)
(Eq. 24)
(Eq. 25)
Em que,
FEPM2.5 é o factor de emissão de PM2.5;
EC a eficiência de combustão;
FEPM10 é o factor de emissão de PM10;
FECO é o factor de emissão de CO;
38
Tabela 7: Factores de emissão e eficiência de combustão, considerados no
FOFEM
combustíveis EC
factores de emissão kg.t-1
PM10 PM2.5 CO
F. C F.I H M S H M S H M S
litter, c. lenhoso 0-0,03 (metros)
0.95
4,185 4,18 4,18 3,55 3,55 3,55 23,5
8 23,58 23,58
c. lenhoso 0,03-0,09 (metros)
0,92
6,3 6,3 6,3 5,35 5,35 5,35 50,1
3 50,13 50,13
c. lenhoso +0,09 (metros)
0,92 0,76 11,97 9,72 8,59 8,23 10,12 8,23 121 92,61 78,48
herbáceas, arbustos (metros)
0,85
11,29 11,2
9 11,2
9 9,58 9,585 9,58
112,1
112,14
112,14
duff (metros) 0,9 0,76 12,69 13,6
8 13,6
8 11,6
1 10,75
11,61
129,8
142,24
142,24
canopy (metros) 0,85
11,29 11,2
9 11,2
9 9,58 9,585 9,58
112,1
112,1 112,1
4
E.C.- eficiência de combustão; F.C.- fase de chama; F.I.- fase de incandescência;
H- ambiente húmido; M- humidade moderada; S- ambiente seco.
As emissões são calculadas pelo FOFEM, através da expressão:
(Eq. 26)
Onde,
EP é a emissão do poluente P (gramas);
FEP é o factor de emissão para o poluente P (g.kg-1);
B é a carga de combustível (kg.m-2);
A é a área consumida de combustível (m2);
39
3.3. Fire Emission Production Simulator (FEPS)
O Fire Emission Production Simulator (FEPS) [Anderson et al., 2004] é um
programa de computador concebido para cientistas e gestores de recursos. O
software produz informação relativa ao consumo, emissões e libertação de calor.
O FEPS é o resultado de uma melhoria do modelo original Emissions Production
Model (EPM), inclui dados de combustíveis do FCCS, e calcula as emissões e
libertação de calor, horária, de fogos controlados e incêndios florestais. Aceita
igualmente dados importados do FOFEM, CONSUME. Pode ser usado para a
maioria das florestas, matos e gramíneas típicas do mundo inteiro.
Os valores relativos ao consumo de combustível pelo fogo são calculados ao
longo da sua duração, e cada hora.
Os valores das emissões de poluentes CO, CO2 e CH4, e partículas PM, PM2.5 e
PM10 são obtidos, também, para cada hora. As características horárias do
combustível, são geridas através da distribuição do fogo pelos cinco componentes
da floresta: canopy, arbustos, herbáceas, material lenhoso, litter e duff.
O FEPS considera o comportamento do fogo e o período de ignição para estimar
as taxas de produção de emissões [Finney, 1998]. Simula a duração e a
combustão, para cada fase, para combustíveis lenhosos e duff.
3.3.1. Cálculo dos consumos de combustíveis, FEPS.
A percentagem de consumo de combustível calculado pelo FEPS varia,
essencialmente, com o conteúdo em humidade dos combustíveis.
O consumo de combustível para cada estrato da floresta é dado pela Equação 26:
(Eq. 26)
40
Em que,
CE representa a carga consumida por cada estrato E (t.acre-1);
PCCE a percentagem de carga consumida, para cada estrato E (%);
CCEnt,E a carga de combustível de entrada, para cada estrato (t.acre-1);
A percentagem de carga consumida para os estratos canopy, arbustos,
herbáceas e duff, é calculada pela Equação 27, e para o estrato dos combustíveis
lenhosos pela Equação 28:
(Eq. 27)
Em que,
PCCC,arb,herb,duff a percentagem consumida para cada um dos estratos (canopy,
arbustos, herbáceas e duff) (%);
cfh a categoria do factor de humidade;
(Eq. 28)
Em que,
PCCC.L. é a percentagem de carga consumida para os combustíveis lenhosos (%);
Fajust o factor de ajustamento para os combustíveis lenhosos (0,6);
EC a eficiência de combustão (0,31);
SH a sensibilidade à humidade (0,03);
CH1000-h o conteúdo em humidade dos combustíveis lenhosos da classe 1000-h
(%);
41
O cálculo da eficiência de combustão é realizado com base na equação 29:
(Eq. 29)
Em que,
ECi é a eficiência de combustão na hora i;
Kc é o coeficiente de eficiência de combustão na fase de chama (=90%);
Ki é o coeficiente de eficiência de combustão na fase de incandescência (=76%);
Kr é o coeficiente de eficiência de combustão na fase residual (=76%);
TCCi a taxa de consumo na fase de chama, durante a hora i;
TCIi a taxa de consumo na fase de incandescência, durante a hora i;
TCRi a taxa de consumo na fase residual, durante a hora i;
A percentagem de consumo para a classe litter é assumida pelo FEPS, como
sendo 100%.
Relativamente às diferentes fases de combustão, o FEPS calcula os consumos de
combustíveis e emissões de poluentes, é baseada nos seguintes passos:
1. Contribuição das fases de chama e incandescência;
2. Consumo da fase de chama e incandescência;
3. Profundidade do consumo na fase de chama e incandescência;
4. Tempo de residência da fase de chama e incandescência;
5. Taxa de decaimento da fase de chama e incandescência;
As equações associadas a cada um destes passos envolvem essencialmente:
dados relativos ao consumo total de combustíveis acima e abaixo do nível do
solo; coeficientes de contribuição; coeficientes de consumo acima e abaixo do
nível do solo, para cada fase de combustão; carga de combustível para o estrato
duff e coeficientes para os tempos de residência para cada fase (Tabela 8).
42
Tabela 8: Carga de combustível para o estrato duff e coeficientes para os tempos
de residência para cada fase
fases de combustão coef. de consumo coef. tempo de residência
chama C.a.s. 0,5
4/3 e 8 C.b.s. 0,2
incandescência C.a.s.
Não necessários 8/3 e 8 C.b.s.
residual C.a.s.
Não necessários 12 C.b.s.
Nota: C.a.s.—carga acima do nível do solo; C.b.s.—carga abaixo do solo; C.F.C.—consumo
durante a fase de chama; C.F.I.—consumo durante a fase de incandescência; C.total—consumo
total de combustíveis.
Os consumos de combustíveis ocorridos durante as fases de incandescência e
residência são calculados tendo em conta valores idênticos aos da fase de chama
(Equação 28):
(Eq. 28)
Em que,
Cc é o consumo de combustível durante a fase de chama (t.acre-1);
Kcas o coeficiente de consumo dos combustíveis acima do nível do solo;
Kcbs o coeficiente de consumo dos combustíveis abaixo do nível do solo;
Ccbs o consumo de combustível abaixo do nível do solo (duff) (t.acre-1);
Ccas o consumo de combustível acima do nível do solo (canopy, arbustos,
herbáceas, combustíveis lenhosos e litter) (t.acre-1);
43
3.3.2. Calculo das emissões, FEPS. As emissões dos diferentes poluentes considerados pelo FEPS são dadas,
genericamente, pela equação 30:
(Eq. 30)
Em que,
TEp,i é a taxa de emissão do poluente p na hora i (libras.min-1);
FEp o factor de emissão do poluente p (g.kg-1);
KFE,i a constante do factor de emissão do poluente p (g.kg-1) (Tabela 9);
ECi é a eficiência de combustão para a hora i (%);
TCtotal,i taxa de consumo, total, na hora i (t.hora-1);
Tabela 9: valores para kFE e factores de emissão, retirados do FEPS.
poluente constante (kFE) (g.kg-1) factor de emissão (FE) (g.kg-1)
CO2 0 1833
CO 961 984
CH4 42,7 43,2
PM2.5 67,4 66,8
As emissões totais são calculadas através da integração numérica das taxas de
emissão horárias, calculadas durante o período do evento:
(Eq. 31)
Em que,
Ep,total são as emissões totais do poluente p (libras.min-1);
TEp,i as taxas de emissão do poluente p á hora i (libras.min-1);
TEp,i-1 as taxas de emissão do poluente p á hora i-1 (libras.min-1);
∆t o passo de tempo, 60 minutos;
44
4. Ensaios com os Modelos
Com o objectivo de estimar as emissões de incêndios florestais em florestas do
Sul da Europa, aplicaram-se os três modelos descritos previamente e um caso de
estudo comum que represente uma floresta típica dessa região. Pretende-se
também avaliar qual o modelo mais adequado às características dos incêndios
florestais no Sul da Europa. Para uma melhor comparação entre os modelos
optou-se por considerar de um único tipo de coberto florestal. Este reflecte,
mesmo com algumas limitações, o tipo mais comum de povoamento encontrado
no Sul da Europa. O facto de todos os modelos usarem, ou apoiarem-se, no
FCCS, possibilita uma melhor análise comparativa.
Segundo o Inventario Florestal Nacional (IFN) [IFN, 2008], as espécies
predominantes das florestas portuguesas são o pinheiro bravo, pinheiro manso,
eucalipto e árvores de folha caduca. Uma análise dos modelos de combustível
(FCCS) existentes no FOFEM, CONSUME e FEPS, permitiu verificar que as
espécies nacionais predominantes não constam do sistema. Assim, tendo em
consideração o trabalho de Fischer et al. (1996) e informação disponível no Fire
Effects Information System (FEIS), seleccionou-se o pinus ponderosa (Interior
Ponderosa pine no sistema) como a espécie mais parecida com uma espécie
comum em Portugal. A semelhança entre as duas árvores verifica-se na
densidade das copas, estrutura do povoamento e a resistência contra regimes de
fogos distintos.
Os valores usados para operar os modelos foram, na sua maioria, obtidos a partir
de estudos nacionais específicos para a floresta dominada por pinheiro bravo,
usada como padrão. Determinados parâmetros, necessários, não se encontram
suficientemente especificados para a floresta pretendida, e por isso foram
arbitrados ou adoptados de outros tipos de cobertos.
45
4.1. Ensaio com o CONSUME
Relativamente à operacionalidade do CONSUME, pode afirmar-se que se divide
em cinco etapas. Só após a sua conclusão, o programa tem condições para
calcular o que se pretende. As etapas são:
Identificação geral do Projecto;
Identificação das Unidades;
Coberto vegetal;
Na Tabela 10 listam-se a informação fornecida como dado de entrada para as três
primeiras etapas.
Tabela 10: Dados de entrada usados para as três primeiras etapas
Etapas dados
Identificação geral do Projecto:
Nome do Projecto: Portugal
Nome da organização: Universidade de Aveiro
Data de inicio: 04-08-2004
Data de fim: 05-08-2004
Status: Actividade Planeada
Identificação das Unidades
Nome da unidade: Mediterrâneo
Data do incêndio: 04-08-2004
Tipo de tratamento: incêndio florestal
Coberto vegetal
Tipo de coberto: "Natural"
Nome do coberto: Pinhal
Área (acres): 1000
Região ecológica: "260 Mediterranean"
Forma da vegetação: floresta de Coníferas
Cobertura dominante: "SAF 237 Interior Ponderosa Pine"
46
Características dos combustíveis;
A quarta etapa destina-se às características gerais dos diferentes estratos da
floresta, são eles:
canopy
Na tabela 11 apresentam-se os valores de carga de combustíveis para o estrato
canopy.
Tabela 11: Dados de entrada usados para o estrato canopy, CONSUME.
canopy cargas de canopy
t.ha-1 t.acre-1
árvores Total: 20,9 Total: 8,50
canopy alta 5,6 2,3
canopy media 10,2 4,2
canopy baixa 4,9 2
“Trepadeiras” 4,9 2
material lenhoso Total: 136,2 Total:55,29
class 1a 68,1 27,6
class 1b 68,1 27,6
Total 162,2 65,79
Classe 1a— material lenhoso com folhas; classe 1b— material lenhoso sem
folhas
Canopy alta diz respeito à folhagem e ramos (vivos) das árvores mais altas da
floresta e os valores foram consultados na Agência Europeia do Ambiente (EEA)
[EEA, 1999], para o pinheiro bravo. A carga de folhagem das árvores de porte
médio, canopy média, foi calculada por Fernandes et al. (2002), sob a
denominação de ―carga de folhada inferior”. canopy baixa ou sub-bosque é a área
da floresta que cresce no nível mais baixo da canopy e, geralmente, é composta
por uma mistura de pequenas plantas, mudas de árvores maiores, juntamente
com arbustos e ervas. A carga de combustível utilizada para este ensaio foi
inspirada nos dois valores anteriores.
47
Para além dos ramos das árvores, qualquer componente da floresta que ajude o
fogo a subir até à canopy é considerado de ―Trepadeira‖. Fontes de combustíveis
não vegetais, como troncos empilhados, vedações e estruturas em madeira,
também devem ser considerados como ―Trepadeiras‖. Os valores de carga
introduzidos neste parâmetro foram sugeridos pelo CONSUME, de acordo com o
tipo de espécie vegetal considerado como ―Trepadeira‖, neste caso, líquenes que
crescem nos troncos das árvores. No entanto, o programa reconhece outros tipos
de espécies, que poderiam, igualmente, figurar na floresta.
Na categoria de material lenhoso, ou seja, ramos ou troncos, na totalidade ou
parcialmente, mortos, foram considerados os troncos ou ramos com ou sem
folhagem (neste caso, agulhas), também pertencentes á canopy. Os cálculos das
cargas foram realizadas pelo próprio programa através da introdução das
variáveis características das florestas portuguesas, tais como o diâmetro, altura e
densidade de árvores (Tabela 12).
Tabela 12: Dados introduzidos, necessários para o cálculo de cargas, CONSUME
Característica das
árvores
Valores em unidades
europeias
Valores em
unidades
americanas
bibliografia
altura média 9,8 metros 32 pés Fernandes et al., 2006
altura da copa 5,3 metros 17 pés
diâmetro à altura
do peito 18 centímetros 6 pés Fernandes et al., 2000
percentagem de
coberto 84%
Fernandes et al., 2006
densidade 870 árvores.ha-1 352 árvores.acre-1 Fernandes et al., 2000
Arbustos
Os valores de carga de combustível para o estrato da floresta relativa aos
arbustos são calculados pelo CONSUME (Tabela 14), baseando-se num conjunto
48
de dados, tais como, a altura e percentagem de coberto de arbustos para a
floresta portuguesa nomeadamente para povoamentos de pinheiro bravo (tabela
13).
Tabela 13: Altura e percentagem de coberto de arbustos representativa dos
povoamentos de pinheiro bravo.
Características Valores em
unidades internacionais
Valores em
unidades americanas fonte
percentagem de coberto 54,50% Fernandes et al., 2002
altura 0,42 metros 1,4 pés
Tabela 14: Dados de entrada introduzidos para o estrato de arbustos, CONSUME
A percentagem de arbustos consumida pelo fogo, também é calculada pelo
programa, usando dados de entrada relativos á percentagem de herbáceas
presentes na floresta, conteúdo em humidade dos combustíveis lenhosos da
classe 0,01-0,03 metros e velocidade do vento, este último foi sugerido por
Fernandes et al. (2000).
Parâmetros
cargas de combustíveis
unidades internacionais unidades Americanas
t.hectare-1 t.acre-1
arbustos 6 2,43
percentagem de consumo 99,9
% vivos 100
Total 6 2,43
49
herbáceas
No caso das herbáceas, os valores foram obtidos de Fernandes et al. (2000), tal
como se apresenta na Tabela 15.
Tabela 15: Dados de entrada introduzidos para as herbáceas, CONSUME
carga de combustíveis
unidades internacionais unidades americanas
t.hectare-1 t.acre-1
herbáceas 0,79 0,32
% Vivo 100
combustíveis lenhosos
O CONSUME requer 6 classes de tamanho (tabela 2) e ainda carga de
combustíveis lenhosos apodrecidos. Os dados para estes parâmetros foram
retirados de dois estudos diferentes. Os três primeiros provêm da base de dados
PROMETHEUS (1999). Os restantes foram baseados em Fernandes et al. (2002),
que calculou uma gama de valores entre 1,2-15,2 t.ha-1 para a carga de
combustíveis lenhosos com diâmetro médio superior a 6 milímetros. Sendo 15,2
t.ha-1 o valor máximo admitido no referido estudo, os valores atribuídos para as
três cargas em falta (respectivamente 0,08-0,23, 0,23-0,5 e >0,51 metros) foram
distribuídos de forma a não exceder o, referido, valor limite.
Não foi possível encontrar documentação para a carga de combustíveis em
decomposição ou apodrecidos. Por isso, os valores usados foram inspirados nas
cargas definidas anteriormente, considerando que o combustível apodrecido tem
geralmente um carga um pouco inferior.
Na Tabela 16 apresentam-se os dados de entrada utilizados para combustíveis
lenhosos:
50
Tabela 16: Dados de entrada introduzidos para combustíveis lenhosos,
CONSUME
classes de tamanho
(m)
cargas de combustíveis
lenhosos
cargas de combustíveis lenhosos
apodrecido
unidades
internacionais
unidades
americanas
unidades
internacionais
unidades
americanas
t.ha-1 t.acres-1 t.ha-1 t.acres-1
0-0,01 3,7 1,5
0,01-0,03 2,2 0,93
0,03-0,08 1,08 0,44
0,08-0,23 1,18 0,48 0,98 0,4
0,23-0,51 2,46 1 2,46 1
> 0,51 3,9 1,6 2,46 1
total 14,52 5,95 5,9 2,4
litter, líquenes e fetos
A compactação da manta morta florestal difere extraordinariamente entre
espécies, sendo os extremos inferiores e superiores representados,
respectivamente, por caducifólias de folha larga [Valette e Portier, 1992] e
coníferas de agulha curta [Van Wagtendonk et al., 1998].
As cargas de litter, fetos e líquenes são calculadas pelo CONSUME com base na
profundidade e percentagem de cada coberto para o povoamento de pinheiro
bravo. Os valores para a profundidade de litter foram retirados de Fernandes et al.
(2000); para a profundidade de líquenes o valor foi arbitrado, devido à falta de
dados; e no caso dos fetos a informação obtida a partir de Fernandes et al.
(2002). Como a maioria dos estudos relativos à carga de folhas secas, líquenes e
fetos, são expressos em profundidade média, o CONSUME calcula a redução do
chão da floresta, para cada um destes componentes, e multiplica-a pela sua
densidade relativa, de modo a determinar o consumo [Prichard, et al., 2009]. As
percentagens de coberto para cada classe, encontram-se disponíveis em
Fernandes et al. (2002) e apresentam-se na Tabela 17.
51
Tabela 17: Dados de entrada para litter, líquenes e fetos, CONSUME
variedades
profundidade ou altura percentagem de coberto
unidades internacionais unidades Americanas
metros polegadas %
litter 0,0249 0,83 84
líquenes 0,0249 0,83 84
fetos 0,3 10 84
Combustíveis do subsolo
A camada abaixo do litter é composta por material de origem vegetal,
parcialmente decomposto. O duff ou turfa é formado principalmente por
Sphagnum (grupo de musgos) e Hypnum, mas também de juncos, árvores, etc
(Figura 6). Por ser inflamável, é utilizado como combustível para aquecimento
doméstico. O volume mundial estimado para a turfa é de 4 triliões de m3, o que
significa 2% da massa global da Terra [World Energy Council (2007)]. Os valores
usados para este parâmetro foram retirados de Fernandes (2000) e listam-se na
Tabela 18.
Tabela 18: Dados de entrada para duff, CONSUME
duff
profundidade
percentagem de coberto unidades internacionais
unidades
americanas
metros polegadas %
duff superior 0,018 0,6 100
duff inferior 0,012 0,4 100
Total 0,03 1 100
A acumulação basal refere-se à acumulação de matéria orgânica, viva e morta,
que se dispõe em redor das árvores. Os valores adoptados neste parâmetro
foram arbitrados, dada a falta de informação na bibliografia consultada, e
apresentam-se na Tabela 19.
52
Tabela 19: Dados de entrada para a acumulação basal, CONSUME
acumulação basal unidades internacionais unidades americanas
profundidade 0,03 metros 1 polegadas
raio 0,09 metros 0,3 pés
% afectada 50
Variáveis ambientais
Os parâmetros ambientais, como conteúdo em humidade dos combustíveis
lenhosos (10-hr, 1000-hr) e duff foram conseguidos para a floresta portuguesa,
especificamente para povoamentos de pinheiro bravo [Fernandes et al., 2000]. A
percentagem de carga de canopy consumida foi arbitrada. Na Tabela 20 listam-se
os dados de entrada para as variáveis ambientais.
Tabela 20: Dados de entrada introduzidos para as variáveis ambientais
classes Conteúdo em humidade (%)
c. lenhoso de 0,01-0,03 (metros) 12
c. lenhoso de 0,08-0,23 (metros) 20
duff 145
percentagem de canopy consumida 85
53
4.2. Ensaio com o FOFEM
O FOFEM apresenta 4 módulos distintos:
Mortalidade;
Consumo de combustível;
Produção de fumo;
Aquecimento do solo;
Os 3 últimos partilham os mesmos dados de entrada. Porém como o objectivo é a
estimativa das emissões, apenas se utilizam os módulos: Consumo de
Combustível e Produção de Fumo.
Vários passos são necessários para estimar as emissões. Uma vez que estas
dependem do consumo de combustíveis, o seu cálculo é essencial. Por sua vez,
este valor depende da área ardida, quantidade de material combustível por
unidade de área, características e condições do combustível [Battye e Battye,
2002].
Começa-se por introduzir a zona geográfica, cuja escolha recaiu em ―Pacific
West”, uma vez que é nesta região dos E.U.A. que se encontra a região ecológica
“Mediterranean‖ (utilizada na aplicação do CONSUME) [Prichard, et al., 2009]. Foi
usado o mesmo sistema de classificação de combustíveis (FCCS) e o mesmo tipo
de cobertura ("SAF 237 Interior Ponderosa Pine") (Tabela 21).
54
Tabela 21: Valores de carga introduzidos no FOFEM
combustíveis cargas de combustíveis
t.ha-1 t.acre-1
litter 4,44 1,8
classe 0-0,01 (m) 3,7 1,5
classe 0,01-0,03 (m) 2,29 0,93
classe 0,03-0,08 (m) 1,08 0,44
classe > 0,08 (m) 7,6 3,08
duff 20,5 8,33
herbáceas 0,79 0,32
arbustos 6 2,43
folhagem 20,9 8,5
ramos 136,51 55,29
total 203,81 82,62
A maioria dos dados de entrada no FOFEM é idêntica aos usados no CONSUME.
Para os valores de carga de litter, recorreu-se à estimativa realizada pelo
CONSUME, somente para este estrato. Para as diferentes classes de tamanho
dos combustíveis lenhosos, os valores introduzidos das cargas foram inspirados
nos utilizados pelo CONSUME. Para as três primeiras classes, os dados são
idênticos, para a última (classe >1000-h) foi usado o somatório dos três maiores
classes (1000-h, 10000-h e >10000-h), consideradas no CONSUME.
No caso do duff o valor para a sua carga foi calculado pelo FOFEM a partir do
conteúdo em humidade e profundidade [Fernandes, 2000]. Para o estrato das
herbáceas a carga de combustível foi retirada de Fernandes et al. (2000). No que
respeita à carga de vegetação arbustiva, esta foi retirada dos resultados do
ensaio com o CONSUME. Os valores de carga para folhagem e ramos foram
inspirados nos do CONSUME, apesar de existir a possibilidade de se
encontrarem algo exagerados. Esta aproximação justifica-se pela falta de
documentação disponível para estas componentes das árvores, em especial para
o pinheiro bravo. O FOFEM requer a percentagem do total dos combustíveis
55
lenhosos que se encontra podre. Arbitrou-se um valor de 30%, devido à
indisponibilidade de informação na bibliografia pesquisada.
As variáveis ambientais como o conteúdo em humidade dos combustíveis
lenhosos das classes 10-h, 1000-h, e duff, estão apresentadas na tabela 20, bem
como a percentagem de carga canopy consumida.
4.3. Ensaio com o FEPS
O FEPS baseia-se, para o cálculo do consumo e emissões dos incêndios
florestais em cinco etapas: informação do evento, carga de combustíveis,
conteúdo em humidade dos combustíveis, consumo de combustíveis e horário
dos dados de entrada. A Tabela 22 ilustra os dados de entrada referentes à
primeira etapa.
Tabela 22: Dados de entrada para informação do evento, FEPS.
Características do evento dados
data de inicio 01-01-2004
data de fim 03-01-2004
forma do incêndio propagação livre oval
tipo de evento incêndio florestal severo
A segunda etapa diz respeito à carga de combustíveis. O tipo de povoamento
usado foi novamente de “Interior Ponderosa Pine”, e as cargas introduzidas
encontram-se descritas na tabela 23. Estes valores foram adaptados na totalidade
do ensaio com o CONSUME.
56
Tabela 23: Dados introduzidos para as cargas de combustíveis, FEPS
estratos da floresta
cargas de combustíveis
unidades internacionais unidades americanas
t.ha-1 t.acre-1
canopy 162,2 65,7
arbustos 6 2,43
herbáceas 0,79 0,32
material lenhoso 20,6 8,35
litter 4,4 1,8
duff 20,56 8,33
total 214,55 86,93
O conteúdo em humidades dos combustíveis que, juntamente com a carga e
características ambientais, ditam o consumo de vegetação, calculado pelo FEPS,
foi definido para os combustíveis lenhosos, combustíveis vivos e duff,
considerando ainda um ambiente geral muito seco.
Na quarta etapa não se adicionaram valores, aproveitando os consumos
sugeridos pelo FEPS (Tabela 24).
Tabela 24: Dados introduzidos para o conteúdo húmido dos combustíveis e
percentagens de consumo de combustíveis adoptadas pelo FEPS.
humidade dos combustíveis (%)
perfil de humidade
dos combustíveis 1-h 10-h 100-h 1000-h vivos duff
Ambiente muito seco 4 12 15 20 60 145
estratos da
floresta canopy arbustos herbáceas c. Lenhosos litter duff
consumo calculado
Pelo FEPS (%) 86 89 94 38 100 86
57
A quinta e última etapa destina-se à introdução do horário do incêndio, ou seja, as
datas de início e fim do evento, as horas de duração do fogo. Nesta fase do
projecto o programa apresenta datas e toda a informação relativa à área ardida,
condições ambientais (temperatura, humidade relativa e velocidade do vento) e os
períodos de chama e incandescência. Apesar do FEPS possibilitar o ajuste destes
números, pelo utilizador, foram usados os indicados pelo programa.
58
5. Análise dos resultados com os ensaios
A abordagem aos resultados dos ensaios com os três modelos começa com a
análise aos consumos de combustíveis (Tabelas 25, 26 e 27).
Tabela 25: Consumo de combustível por fase de combustão, CONSUME
carga de entrada (t.ha-1) consumo dos combustíveis (t.ha-1)
chama incandescência residual total
total do Projecto 236,15 63,57 17,69 19,99 101,20
canopy 147,49 18,95 2,24 1,05 22,24
arbustos 5,45 4,71 0,247 0 4,952
herbáceas 0,722 0,632 0,0332 0 0,665
combustíveis lenhosos 18,72 6,80 1,79 1,02 9,617
litter 33,28 31,41 1,88 0 33,29
duff 30,49 1,08 11,46 17,89 30,44
Tabela 26: Consumo de combustível calculado pelo FOFEM
Componente carga Inicial
(t.ha-1)
carga consumida
(t.ha-1)
carga restante
(t.ha-1)
redução
(%)
humidade
(%)
litter 4,44 4,44 0 100
classe 0-0,01 m 3,70 3,70 0 100
classe 0,01-0,03 m 2,29 2,29 0 100 12
classe 0,03-0,08 m 1,08 0,74 0,34 68,70
classe > 0,08 m 5,33 0,34 4,96 6,70 20
classe > 0,08 m
apodrecido 2,27 0,44 1,82 19,90 20
duff 20,56 4,51 16,04 21,90 145
herbáceas 0,79 0,79 0 100
arbustos 6,00 3,60 2,39 60
folhagem 20,90 17,80 3,13 85
59
Tabela 27: Consumo de combustíveis (por fase de combustão) e emissões de
poluentes, para toda a área de projecto, FEPS.
fase da combustão total de consumo (toneladas)
chama 33,34
incandescência 28,3
residual 1,4
total 63,06
poluentes emissões de poluentes (toneladas)
CO 8850
CH4 421
PM2.5 737
Os Modelos CONSUME, FOFEM e FEPS são diferentes, tanto na variedade dos
dados de entrada como nos pressupostos em que assentam e nos resultados que
produzem.
O consumo de combustíveis depende de várias condições ambientais, tais como
a humidade, velocidade do vento, temperatura, entre outras. A caracterização
destas variáveis nem sempre é possível de controlar. Ao contrário do FEPS, no
CONSUME e FOFEM, não foi possível introduzir estes valores, pois os próprios
programas já dispõem desta informação. Ou seja, apesar da maioria dos dados
reunidos para operar os modelos, terem sido os mesmos, não bastam para
realizar ensaios idênticos em termos de resultados.
Relativamente ao consumo de combustíveis, para cada estrato que compõe a
floresta, as maiores diferenças entre os resultados, de cada um dos modelos,
verificam-se para os estratos canopy, litter e duff. Na Tabela 28 apresentam-se as
percentagens de carga combustível para os estratos considerados pelos três
modelos.
60
Tabela 28: Percentagens da carga de combustíveis consumidas, para os três
ensaios
estrato floresta FOFEM CONSUME FEPS
% t.ha-1 % t.ha-1 % t.ha-1
canopy 47 75,88 15 22,26 86 139,51
arbusto 60 3,60 90 4,95 89 5,29
herbáceas 100 0,790 92 0,665 94 0,690
combustíveis
lenhosos 51 7,53 51 9,62 38 7,88
duff 22 4,51 99 30,44 86 17,60
litter 100 4,44 100 33,29 100 4,44
Os cálculos para as cargas de combustíveis de entrada e o seu consumo, pela
passagem do fogo, seguem metodologias e aproximações diferentes para cada
modelo, residindo aí as diferenças comentadas. No que se refere ao estrato
canopy, os valores de carga inicial (antes do Incêndio) são semelhantes entre os
modelos, pois resultam das mesmas fontes porém os valores para as
percentagens de consumo das cargas de combustíveis revelam uma situação
contrária. As diferenças nesse parâmetro devem-se à utilização de equações,
para cálculo dos consumos, que estão integradas nos modelos e que são
diferentes entre si, até nas variáveis que usam. Para o CONSUME a percentagem
consumida para este estrato foi de 15% (Tabela 28), apesar da percentagem de
consumo para a folhagem das árvores ter um valor assumido de 85% (tabela 20).
Para o FOFEM e FEPS estas percentagens são, respectivamente, 47% e 86%
(Tabela 25). O facto de o CONSUME englobar os ramos da copa, finos e grossos,
e os troncos das árvores como componentes da canopy, ambos com elevado
conteúdo em humidade, fez com que a percentagem de carga consumida fosse
menor, comparativamente com os outros dois modelos. Além da folhagem das
árvores, o FOFEM e o FEPS, englobam apenas os ramos finos das copas no
estrato de canopy, ambos combustíveis, geralmente, mais consumidos pelas
chamas.
61
A discrepância entre os valores calculados para as cargas consumidos de litter,
justifica-se com o facto de o CONSUME incluir neste estrato os fetos e líquenes.
As diferenças verificadas nas cargas de combustíveis iniciais para duff, derivam
do CONSUME, relativamente a este estrato, incluir as acumulações de matéria
orgânica junto das árvores, contrariamente aos outros dois modelos. A
percentagem calculada de carga consumida também apresenta diferenças
consideráveis entre os três programas (Tabela 28). A justificação, reside nas
equações integradas nos modelos, que contemplam as reduções de
profundidades e/ou conteúdos húmidos de duff, tal como descrito no capitulo
anterior.
Os três modelos reportam os consumos, distribuídos pelas fases de combustão.
No CONSUME e FEPS são consideradas as fases de chama, incandescência e
residual (Tabelas 25, 27), enquanto o FOFEM cujos resultados por fase se
apresentam na tabela 29, apenas reporta chama e incandescência. Mesmo assim
é possível fazer uma análise comparativa entre os modelos no que diz respeito a
esta parte. Todos calculam o maior consumo na fase de chama. No entanto,
também aqui, existem algumas diferenças entre os resultados dos modelos.
Enquanto para os modelos CONSUME e FEPS (Tabelas 22 e 24), as variantes
entre as fases de combustão não diferem tanto, para o FOFEM, a fase de chama
sobrepõem-se significativamente à fase de incandescência (Tabela 26), no
consumo de combustíveis. Esta situação influencia a produção de emissões, e
resulta do evento, simulado pelo FOFEM, ter a duração de cerca de uma hora, ou
seja, a larga maioria dos combustíveis introduzidos é consumida na fase de
chama, remetendo para a fase de incandescência, mais demorada, uma reduzida
fracção de combustíveis florestais.
Tabela 29: Consumo de combustível por fase de combustão, dado pelo FOFEM
fase de combustão consumo (t.ha-1)
chama 88,64
incandescência 8,12
total 96,77
62
O CONSUME é dos três modelos, aquele que analisa com mais detalhe as
consequências da queima de biomassa na floresta, pois, fornece os consumos
para os diferentes estratos considerados, por fases de combustão (Tabela 25). Os
combustíveis lenhosos e duff são naturalmente mais lentos a arder, dadas as
suas características, nomeadamente a sua densidade elevada, e, como tal, são
maioritariamente consumidos nas duas últimas fases do processo de combustão.
Os restantes combustíveis pela razão oposta são carbonizados, quase na
totalidade, durante a fase de chama. Todos estes pressupostos, estão
directamente condicionados pelos factores temporais e ambientais.
Os valores calculados para as emissões de poluentes atmosféricos revelam, para
qualquer um dos modelos usados, a seguinte distribuição de compostos emitidos,
por ordem crescente de quantidade: SOx, CH4, NOx, PM2.5, PM10, PM1, CO e CO2.
Os valores de emissão dos vários poluentes, estimados pelos 3 modelos
apresentam-se na tabela 30.
Tabela 30: Cargas de poluentes emitidos, estimadas pelos modelos (t.ha-1).
Poluente CONSUME FOFEM FEPS
PM1 1,51
PM10 1,07 0,445
PM2.5 0,979 0,38 1,81
CO 8,19 2,75 21,80
CO2 164,01 152,20
NOx
0,257
SO2
0,088
CH4 0,370 0,164 1,03
NMHC 0,295
Os valores dispostos na Tabela 30, relativos ao ensaio com o FEPS, foram
calculados tendo em consideração as emissões apresentadas na tabela 27 e a
área afectada (405 hectares), com base na equação seguinte:
63
(eq. 32)
As quantidades são diferentes para cada modelo, como seria de esperar, visto
que são proporcionais às cargas de combustíveis. A partir dos resultados dos
ensaios com os programas, especialmente do CONSUME, é possível comparar
as influências de cada estrato da floresta na produção de compostos poluentes
(Tabela 31).
Tabela 31: Emissões por estrato da floresta, CONSUME.
poluente
(t.ha-1)
canopy arbustos herbáceas combustíveis
lenhosos litter duff total
PMtotal 0,26 0,050 0,0067 0,132 0,341 0,724 1,51
PM 10 0,17 0,031 0,0043 0,091 0,215 0,545 1,06
PM 2.5 0,17 0,027 0,038 0,082 0,189 0,507 0,979
CO 1,31 0,244 0,033 0,704 1,67 4,237 8,19
CO 2 37,12 8,37 1,12 15,75 56,198 45,454 164,014
CH 4 0,052 0,0089 0,0012 0,030 0.061 0,216 0,400
Analisadas as emissões produzidas por cada estrato, verifica-se que os estratos
da floresta mais consumidos pelo fogo, foram também aqueles que mais
quantidades de poluentes emitiram. Os estratos de litter e duff são aqueles que,
quando expostos ao fogo, contribuem mais para a produção de fumo total,
emitindo o primeiro mais que o segundo. No entanto, analisando individualmente
os poluentes emitidos, verifica-se que duff produz, proporcionalmente, mais
quantidade de poluentes, à excepção de CO2. Neste contexto, é bem evidente
que os combustíveis mais decompostos emitem, proporcionalmente, mais fumo.
Todos os combustíveis inseridos nas estimativas mostram maior tendência a
emitir, em termos de quantidades, primeiro o CO2, depois o CO, PM2.5, PM10 e
PMtotal, sendo as únicas excepções o CH4 e NMHC. O CH4, comparativamente
com o NMHC, é emitido, proporcionalmente, em maiores quantidades pela
64
canopy, combustíveis lenhosos e duff, e em menores pelos arbustos, herbáceas,
e litter.
Os resultados conseguidos com o CONSUME, para as emissões de poluentes
atmosféricos, demonstram bem o contributo de cada fase de combustão para as
quantidades de cada composto emitido e para o total (Tabela 32). Como seria de
esperar, os poluentes PMtotal, PM2.5, PM10, CO, CH4 e NMHC foram
maioritariamente produzidos durante as fases de incandescência e residual,
enquanto o CO2 é produto, na sua maioria, da fase de chama. Entre as fases de
incandescência e residual, é de notar um maior contributo para as emissões totais
da última.
Tabela 32: Emissões por fase de combustão, CONSUME
poluente emissões por fase de combustão (t.ha-1)
chama incandescência residual total
PMtotal 0,59 0,429 0,485 1,51
PM10 0,365 0,324 0,37 1,06
PM2.5 0,33 0,305 0,342 0,97
CO 2,83 2,52 2,85 8,19
CO2 108,10 26,232 29,69 164,01
CH4 0,095 0,128 0,146 0,370
NMHC 0,114 0,084 0,095 0,29
A mesma análise, relativamente ao FOFEM, cujos resultados se encontram na
Tabela 33, revela um cenário diferente. Neste caso, os únicos poluentes emitidos
em maiores quantidades durante a fase de incandescência, comparativamente à
fase de chama, são o CO e o CH4.
65
Tabela 33: Emissões dos diferentes poluentes por fase de combustão, FOFEM
poluentes emissões por fase de combustão (t.ha-1)
chama incandescência totais
PM10 0,24 0,197 0,445
PM2.5 0,21 0,167 0,38
CH4 0,064 0,100 0,165
CO 0,524 2,22 2,747
CO2 143,15 9,05 152,20
NOx 0,26
0,26
SO2 0,080 0,007 0,088
O FEPS permite o cálculo das emissões ao longo da duração do fogo florestal.
Nas figuras 7 e 8 apresentam-se as taxas de emissão para os poluentes CO e
PM2.5, respectivamente. Nelas é possível observar a variação do comportamento
do fogo assumido pelo FEPS. Ele prevê, que a ignição do fogo se dá quando o
dia nasce (8 horas), ou seja, quando se encontram reunidas as condições de
temperatura e humidade ideais para esse efeito, e, quase se extingue quando cai
a noite, com o decréscimo da temperatura e aumento da humidade.
Figura 7: representação grafica da emissão de CO, FEPS.
Fonte: Ensaio com o FEPS.
66
Figura 8: representação gráfica da emissão de PM2.5, FEPS.
Fonte: Ensaio com o FEPS.
Uma análise diferente aos resultados conseguidos com os modelos pode ser
realizada, comparando-os com outras estimativas já realizadas na Europa,
usando outros modelos, ou não. O estudo realizado por Silva et al. (2006), onde
se estimaram as emissões originadas por fogos rurais em Portugal, poderá ser
um bom exemplo comparativo. A Tabela 34 contém as características
consideradas nesse estudo, bem como os valores calculados para as emissões
de CO2.
Tabela 34: Exemplo, para o ano de 1999, de valores de CO2 emitidos pelas
diferentes classes de ocupação do solo.
ocupação do
solo
área
ardida
(ha)
biomassa
consumida (t.ha-1)
factor de emissão
(kgCO2/kg.b.c)1
total emitido (kg
CO2)
pinheiro
bravo 9893 15,290 1,7483 2,64E+08
pinheiro
manso 38 11,130 1,7483 739000
floresta mista 4076 14,900 1,7483 1,06E+08
67
1valores obtidos a partir de Merlet e Andreae (2001) (kilogramas de CO2 por
kilogramas de biomassa consumida).
Da Tabela 34 é possível retirar a emissão de CO2 por hectare, para cada um dos
tipos de ocupação, dividindo o total emitido pela área ardida. Os valores de CO2
emitidos, para p. bravo, p. manso e floresta mista são, respectivamente, 26,7 t.ha-
1, 19,5 t.ha-1 e 26,1 t.ha-1. Quando comparados com os valores calculados nos
ensaios com os modelos CONSUME e FOFEM, respectivamente, 164,014 t.ha-1 e
152,204 t.ha-1 (Tabelas 32 e 33), é notória a diferença. Atendendo a que, no seu
estudo, Silva et al. (2006) não considera os ramos (finos e grossos), o tronco, duff
e litter, é natural a discrepância entre os valores comparados, dada a importância
destes tipos de combustíveis no total de biomassa existente na floresta. Outro
factor de grande importância na variação dos resultados é os factores de emissão
considerados no estudo referido (Tabela 34) e nos diferentes modelos
experimentados. O CONSUME apresenta factores de emissão médios de 1,071
kgCO2/kg de combustíveis consumidos e o FEPS, 1,83 kgCO2/kg.
No Projecto SPREAD [Miranda et al., 2005a], realizado no âmbito da Comunidade
Europeia, foram estimados os principais poluentes emitidos por incêndios
florestais no Sul da Europa (Portugal, Espanha, França, Itália e Grécia). No
mesmo documento, o cálculo das emissões para o ano de 2001 é realizado por
intermédio de dois modelos para estimativa das emissões dos incêndios
florestais, o NFDRS e o EMISPREAD. Os valores obtidos no SPREAD estão
descritos na Tabela 35.
Tabela 35: Emissões dos incêndios florestais da Europa, calculados no Projecto
SPREAD.
poluente CO2 CO CH4 PM2.5 PM10 NMHC NOx
Emissão total (t.ha-1) 36,7 1,25 0.076 0.15 0.16 0.076 0,082
68
Os valores tabelados em cima foram calculados com base na Equação 34:
(Eq. 33)
Onde,
FE é o factor de emissão;
A a área;
CC a carga consumida;
EC e eficiência de combustão;
As cargas de combustíveis consideradas no SPREAD são consideravelmente
mais pequenas, quando comparadas com as introduzidas nos três ensaios com
os modelos. Uma vez que, os factores de emissão apresentados por Miranda
(2004) para os combustíveis do Sul da Europa, não diferem muito dos assumidos
pelos modelos americanos, razão pela qual os valores descritos nas Tabelas 30 e
35 se apresentam tão diferentes, fica remetida para as duas primeiras
condicionantes abordadas (Equações e cargas de combustíveis). Os modelos
consideram outro tipo de estrato que nem Miranda, nem Silva incluem
explicitamente.
Desta análise comparativa, torna-se evidente o carácter abrangente que os
modelos CONSUME, FOFEM e FEPS apresentam.
69
6. Conclusão
A emissão de gases e partículas pela combustão característica dos incêndios
florestais é, assustadoramente, elevada e por isso urgente encontrar melhores
ferramentas que possam auxiliar a gestão florestal, em todos os seus aspectos.
Da análise à temática da estimativa das emissões dos incêndios florestais,
reconhece-se o elevado grau de empenhamento, das autoridades e instituições,
na procura de melhores conhecimentos sobre o flagelo que é o fogo. A prova
disso é o vasto conjunto de metodologias e ferramentas, desenvolvidas
especialmente nas duas últimas décadas, que compreendem diversos aspectos
do fogo.
Embora a metodologia geral do cálculo das emissões de incêndios florestais a
nível global a mesma (Eq. 1), particularmente para cada nação, os modelos de
estimativas são desenvolvidos de modo a adaptarem-se às diferentes bases de
dados disponíveis em cada uma.
Os modelos analisados no presente trabalho, demonstram grande capacidade
para análise dos incêndios florestais, especialmente, pelo detalhe que é possível
alcançar na caracterização das cargas de combustíveis presentes nas florestas.
Eles simulam com bastante precisam os efeitos adversos originados pelos
incêndios florestais, permitindo novas abordagens a ter em consideração, pelas
autoridades competentes, perante a eminência e a situação deste tipo de evento.
O uso do CONSUME, FOFEM e FEPS como ferramentas de apoio ao estudo de
incêndios florestais na Europa é possível se, se dispor das informações
requeridas pelas mesmas.
Estes podem substituir algumas técnicas, tradicionalmente utilizadas na Europa,
para o acompanhamento de incêndios controlados, valorização dos riscos de
incêndio e impactos (negativos e/ou positivos) da ocorrência destes.
No presente estudo, a maior dificuldade encontrada, para operar com qualquer
um dos programas considerados, foi a colecta de informação sobre os
combustíveis florestais, dada a vasta gama de parâmetros de entrada requerida.
70
A versatilidade de operações e o conjunto completo de informações que são
possíveis retirar operando os modelos CONSUME, FOFEM e FEPS, constituem
uma vantagem, comparativamente à restante maioria dos modelos.
Dos três modelos, destacam-se o CONSUME e FEPS, como sendo os mais
completos, tanto na demanda de dados de entrada como nos resultados finais.
A qualidade dos resultados obtidos com os ensaios varia com a fiabilidade dos
dados de entrada, obtidos por pesquisa bibliográfica. Neste aspecto, admite-se a
possibilidade de haver á disposição um maior leque destes. Salienta-se que, de
certo modo as estimativas realizadas foram generalistas, visto que apenas foi
considerada um tipo de povoamento florestal.
O nono Relatório da Comissão Europeia para os incêndios florestais na Europa,
apresenta as áreas ardidas distribuídas pelos países mais afectados por
incêndios florestais, estes valores encontram-se apresentados na Tabela 33:
Tabela 36: áreas ardida, por tipo de ocupação do solo, para os países mais
afectados por incêndios florestais no ano 2008.
países área ardida (hectares)
matos florestas
Portugal 11781 5463
Espanha 28069,7 7636,37
Itália 26055 30273
Grécia 5290 23861,7
França1 2000 4000
total 73195,7 71234,07 1valores assumidos uma vez que não foi possível dispor desta informação. Sendo a área ardida total, 6000 hectares, distribuída por 2000+4000 hectares.
Considerando apenas o modelo CONSUME, atendo aos valores tabelados em
cima e às cargas de emissão de poluentes dos incêndios florestais calculadas
pelo CONSUME, as emissões totais originadas por incêndios florestais na
Europa, para o ano de 2008, encontram-se na Tabela 34:
71
Tabela 37: emissões para incêndios florestais no Sul da Europa durante o ano de
2008, usando o modelo CONSUME
países toneladas de poluentes emitidos
PM1 PM10 PM2.5 CO CO2 CH4 NMHC
Portugal 8261,0 5770,0 5352,6 44754,5 896013,5 2021,9 1612,1
Espanha 11547,5 8065,5 7482,0 62559,4 1252478,6 2826,3 2253,4
Itália 45777,9 31974,0 29661,2 248005,2 4965223,7 11204,3 8933,3
Grécia 36082,9 25202,5 23379,5 195482,0 3913674,8 8831,5 7041,3
França 6048,7 4224,8 3919,2 32769,2 656059,7 1480,4 1180,4
total 107718,0236 75236,712 69794,429 583570,16 11683450 26364,442 21020,462
Esta dissertação poderá servir para que futuras estimativas das emissões de
incêndios florestais na Europa usem os modelos CONSUME FOFEM e FEPS. E,
para encurtar distâncias rumo à melhor adaptação de modelos originários de
outros continentes, podendo introduzir novas abordagens para o contexto
europeu.
72
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URL. 5: www.esmeraldolopes.com/?pagina=caatingueira;
URL. 6: verdes-ecos.blogspot.com/2008_06_01_archive.html;
URL. 7: www.fs.fed.us/pnw/fera/
84
ANEXOS Anexo A—dados de saída do ensaio com o modelo CONSUME Anexo B—dados de saída do ensaio com o modelo FOFEM Anexo C—dados de saída do ensaio com o modelo FEPS Anexo D—Pinus pinaster
85
ANEXO A
86
Anexo B
FUEL CONSUMPTION CALCULATIONS
Region: Pacific_West
Cover Type: SAF/SRM - SAF 237 - Interior Ponderosa Pine
Fuel Type: Natural
Fuel Reference: FOFEM 011
FUEL CONSUMPTION TABLE
Fuel Preburn Consumed Postburn Percent Equation
Component Load Load Load Reduced Reference
Moisture
Name (t/acre) (t/acre) (t/acre) (%) Number
(%)
_________________________________________________________________________
__________
Litter 1.80 u 1.80 0.00 100.0 999
Wood (0-1/4 inch) 1.50 u 1.50 0.00 100.0 999
Wood (1/4-1 inch) 0.93 u 0.93 0.00 100.0 999
12.0
Wood (1-3 inch) 0.44 u 0.30 0.14 68.7 999
Wood (3+ inch) Sound 2.16 u 0.14 2.01 6.7 999
20.0
3->6 0.54 0.08 0.46 14.9
6->9 0.54 0.04 0.50 7.2
9->20 0.54 0.02 0.52 3.6
20-> 0.54 0.01 0.53 1.3
Wood (3+ inch) Rotten 0.92 u 0.18 0.74 19.9 999
20.0
3->6 0.23 0.09 0.14 40.3
6->9 0.23 0.05 0.18 21.8
9->20 0.23 0.03 0.20 12.2
20-> 0.23 0.01 0.22 5.4
Duff 8.33 u 1.83 6.50 21.9 2
145.0
Herbaceous 0.32 u 0.32 0.00 100.0 22
Shrubs 2.43 u 1.46 0.97 60.0 23
Crown foliage 8.50 u 7.23 1.27 85.0 37
Crown branchwood 55.29 u 23.50 31.79 42.5 38
_________________________________________________________________________
__
Total Fuels 82.62 39.19 43.43 47.4
'u' Preburn Load is User adjusted
FIRE EFFECTS ON FOREST FLOOR COMPONENTS
Duff Depth Consumed (in) 0.0 Equation: 6
Mineral Soil Exposed (%) 10.1 Equation: 10
87
Emissions -- lbs/acre
flaming smoldering total
--------------------------------------------------------------
PM 10 221 176 397
PM 2.5 187 149 336
CH 4 57 90 147
CO 468 1983 2451
CO 2 127704 8073 135777
NOX 230 0 230
SO2 72 7 79
--------------------------------------------------------------
Consumption Duration
tons/acre hour:min:sec
Flaming: 35.90 00:01:15
Smoldering: 3.29 00:24:15
Total: 39.19
Unit Average Combustion Efficiency: 0.94
88
Anexo C
Fire Emission Production Simulator Version 1.1 - Consumption / Emissions Report (Metric)
Event: Sul_Europa
Event Type:
Emission Inventory
Fire Type:
Wildland Fire - Severe
Fire Shape:
Freely spreading oval
Elapsed
Tem
p Fire Size
Fire Rate
Consumption kg/hr
Emissions
g/sec Time hr Date Hour Deg
C
RH
hectares
hectares/hr
Flame
STS LTS
Total
CO CH4PM2.5
0
1-1-
04 0
15
80 0
0,0
0 0 0
0
0 0 0
1
1-1-
04 1
15
80 0
0,0
0 0 0
0
0 0 0
2
1-1-
04 2
15
80 0
0,0
0 0 0
0
0 0 0
3
1-1-
04 3
15
80 0
0,0
0 0 0
0
0 0 0
4
1-1-
04 4
15
80 0
0,0
0 0 0
0
0 0 0
5
1-1-
04 5
15
80 0
0,0
0 0 0
0
0 0 0
6
1-1-
04 6
17
74 0
0,0
0 0 0
0
0 0 0
7
1-1-
04 7
19
68 0
0,0
0 0 0
0
0 0 0
8
1-1-
04 8
21
63 0
0,0
0 0 0
0
0 0 0
9
1-1-
04 9
22
58 4
4,0
300.36
3 137.203 1.89
7
439.464
14.527 700 1.250
89
10
1-1-
04 10
24
53 40
36,4
2.705.3
99 1.535.77
4 18.6
93
4.259.867
148.705 7.132 12.653
11
1-1-
04 11
26
48 81
40,5
3.022.8
29 2.258.31
7 34.8
93
5.316.039
199.095 9.494 16.707
12
1-1-
04 12
27
44 121
40,5
3.025.0
82 2.672.14
9 48.6
88
5.745.918
224.463 10.668 18.688
13
1-1-
04 13
28
41 162
40,5
3.025.0
98 3.008.36
4 60.4
35
6.093.896
245.066 11.622 20.295
14
1-1-
04 14
29
38 202
40,5
3.025.0
98 3.305.34
2 70.4
38
6.400.878
263.243 12.463 21.714
15
1-1-
04 15
29
37 202
0,0
21.466 612.486 59.9
81
693.934
40.267 1.866 3.150
16
1-1-
04 16
30
35 202
0,0
152 113.495 51.0
76
164.724
9.748 451 761
17
1-1-
04 17
30
35 202
0,0
1 21.031 43.4
94
64.526
3.821 177 298
18
1-1-
04 18
30
80 202
0,0
0 3.897 37.0
37
40.934
2.424 112 189
19
1-1-
04 19
16
80 202
0,0
0 722 31.5
39
32.261
1.910 88 149
20
1-1-
04 20
15
80 202
0,0
0 134 26.8
57
26.990
1.598 74 125
21
1-1-
04 21
15
80 202
0,0
0 25 22.8
70
22.894
1.356 63 106
22
1-1-
04 22
15
80 202
0,0
0 5 19.4
74
19.479
1.154 53 90
23
1-1-
04 23
15
80 202
0,0
0 1 16.5
83
16.584
982 45 77
24
1-2-
04 0
15
80 202
0,0
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21
14.122
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25
1-2-
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15
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26
1-2-
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15
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40
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29
1-2-
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15
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0,0
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3
6.323
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30
1-2-
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17
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21
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3.904
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33
1-2-
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23
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40,5
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99
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34
1-2-
04 10
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40,5
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35
1-2-
04 11
26
48 324
40,5
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1-2-
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44 364
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668.682
381.634
RH = Relative humidity
STS = Short Term Smoldering (< 2 hrs)
22-12-2009
22:25
LTS = Long Term Smoldering
Page
1
Fire Emission Production Simulator Version 1.1 - Consumption / Emissions Report (Metric)
Event: Sul_Europa
Event Type:
Emission Inventory
Fire Type:
Wildland Fire - Severe
91
Fire Shape:
Freely spreading oval
Elapsed
Temp
Fire Size
Fire Rate
Consumption kg/hr
Emissions
g/sec Time hr Date Hour Deg C RH hectare
s hectares/h
r
Flame
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Total
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5
37
1-2-04
13
29
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40,5
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2
38
1-2-04
14
29
38 405
0,0
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6
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39
1-2-04
15
30
37 405
0,0
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1
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40
1-2-04
16
30
35 405
0,0
1 19.157 44.66
5
63.823
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41
1-2-04
17
30
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0,0
0 3.550 38.03
4
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1-2-04
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8
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1-2-04
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16
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0
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1-2-04
20
15
80 405
0,0
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5
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1-2-04
21
15
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0,0
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9
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1-2-04
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15
80 405
0,0
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0
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47
1-2-04
23
15
80 405
0,0
0 0 14.50
2
14.502
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48
1-3-04
0
15
80 405
0,0
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9
12.349
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49
1-3-04
1
15
80 405
0,0
0 0 10.51
6
10.516
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50
1-3-04
2
15
80 405
0,0
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8.954
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51
1-3-04
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80 405
0,0
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92
7.625
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52
1-3-04
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0,0
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6.493
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53
1-3-04
5
15
80 405
0,0
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5.529
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54
1-3-04
6
17
80 405
0,0
0 0 4.708
4.708
279 13 22
55
1-3-04
7
19
80 405
0,0
0 0 4.009
4.009
238 11 19
56
1-3-04
8
21
80 405
0,0
0 0 3.414
3.414
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57
1-3-04
9
23
80 405
0,0
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2.907
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58
1-3-04
10
25
80 405
0,0
0 0 2.476
2.476
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59
1-3-04
11
26
80 405
0,0
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2.108
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60
1-3-04
12
28
80 405
0,0
0 0 1.795
1.795
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61
1-3-04
13
29
80 405
0,0
0 0 1.529
1.529
91 4 7
62
1-3-04
14
29
80 405
0,0
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1.302
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1-3-04
15
30
80 405
0,0
0 0 1.109
1.109
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64
1-3-04
16
30
80 405
0,0
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944
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65
1-3-04
17
30
86 405
0,0
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804
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66
1-3-04
18
30
80 405
0,0
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684
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67
1-3-04
19
16
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0,0
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583
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1-3-04
20
15
80 405
0,0
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496
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69
1-3-04
21
15
80 405
0,0
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423
25 1 2
70
1-3-04
22
15
80 405
0,0
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360
21 1 2
71
1-3-04
23
15
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0,0
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306
18 1 1
72
1-4-04
0
15
80 405
0,0
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261
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93
381.634
RH = Relative humidity
STS = Short Term Smoldering (< 2 hrs)
22-12-2009 22:25
LTS = Long Term Smoldering
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Fire Emission Production Simulator Version 1.1 - Consumption / Emissions Report (Metric)
Event: Sul_Europa
Event Type:
Emission Inventory
Fire Type:
Wildland Fire - Severe
Fire Shape:
Freely spreading oval
Elapsed
Temp
Fire Size
Fire Rate
Consumption kg/hr
Emissions g/sec
Time hr Date Hou
r
Deg C RH hectares
hectares/hr
Flame
STS LTS
Total
CO CH4 PM2.5
94
Total Emissions Kg
33.34
6 28.315 1.407
63.068
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381.634
RH = Relative humidity
STS = Short Term Smoldering (< 2 hrs)
22-12-2009
22:25
LTS = Long Term Smoldering
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