Χημική ανάλυση πεδίου για τον προσδιορισμό της ποιότητας του αέρα σε καταστάσεις μεγάλης δασικής πυρκαγιάς: επιπτώσεις στον πληθυσμό και στους δασοπυροσβέστες

Abstract

Generally, forest fire smoke (ffs) is considered a complex mixture of components that can cause numerous effects on the receptors. The recent years, research in national level is directed towards forest fire smoke issues and management of possible impacts, especially by the World Health Organization, the United Nations, and the relevant services in the U.S.A., Australia and Canada. However, in Europe it seems that research regarding ffs issues is in initial phase. In the framework of the present research work, a number of issues were investigated, such as the complexity of the ffs chemical composition in case that forest fuel is co-burned with other fuels. Specifically, classification of the smoke components that can be contained in the produced smoke in different scenarios of forest fire flame-front expansion, e.g. to rural or agricultural fields, landfills, or urban constructions, took place. Especially, it was investigated the effect of chemical retardants, frequently used as means to cope with dispersion of forest fires, in the chemical composition of the produced smoke. In this scope, there were designed and implemented scale up combustion experiments of forest fuels, in the presence or not of chemical retardants, while on-line monitoring of the combustion products took place. These experiments were extended, by using field chemical analysis, firstly, in preliminary field measurements during prescribed burnings, and secondly, in a real forest fire incident near an urban area for monitoring the air quality. Based on the above results and literature review, there were defined criteria, by which critical (ffs) components (key-indexes) were selected that can be used for monitoring the air quality in a forest fire. State-of-the art field analytical methods were presented, suitable for on-line monitoring of critical concentrations of the ffs components in space and time, under the heavy and hostile environment of a forest fire, such as high temperatures, dense smoke and dynamic phenomena that usually occur. Moreover, new methods for forest fire smoke risk assessment have been developed by using standard risk assessment procedures, to evaluate possible effects of the (ffs) on the receptors. Finally, possible limitations of current means for anticipating the ffs impacts, such as exposure limits, evacuation criteria and personal protective equipment (PPE) for the exposed population and the fire-fighters, were discussed.

Στα πλαίσια της παρούσας διδακτορικής διατριβής, έγινε διερεύνηση πρωτότυπων θεμάτων διεθνώς που αφορούσαν στον δασικό καπνό, όπως είναι η πολυπλοκότητα της χημικής του σύνθεσης, όταν δεν καίγεται μόνο δασική ύλη. Ειδικότερα, προσδιορίσθηκε η θεωρητικά αναμενόμενη χημική σύνθεση του δασικού καπνού για διάφορα σενάρια εξάπλωσης μιας δασικής πυρκαγιάς σε γειτονικές περιοχές, όπως αγροτικές καλλιέργειες με φυτοφάρμακα ή λιπάσματα, χωματερές ή κατοικημένες περιοχές, υπό τη μορφή ενός χάρτη εκτίμησης ποιότητας του αέρα. Συγκεκριμένα, μελετήθηκε η πιθανή διαφοροποίηση της χημικής σύνθεσης του παραγόμενου καπνού, όταν μαζί με τη δασική ύλη καίγονται και χημικές ουσίες, όπως είναι οι χημικοί επιβραδυντές (μέσα αντιμετώπισης της εξάπλωσης μιας δασικής πυρκαγιάς). Για το σκοπό αυτό, σχεδιάστηκαν και υλοποιήθηκαν πειράματα καύσης δασικής ύλης σε αυξανόμενη κλίμακα, παρουσία και απουσία επιβραδυντή, κατά τα οποία έλαβε χώρα απευθείας παρακολούθηση των προϊόντων της καύσης. Επεκτείνοντας τα παραπάνω πειράματα, εφαρμόστηκε η χημική ανάλυση πεδίου, καταρχήν, σε δοκιμαστικές μετρήσεις κατά την ελεγχόμενη καύση δασικής ύλης στο πεδίο, και στη συνέχεια σε πραγματικό περιστατικό δασικής πυρκαγιάς κοντά σε κατοικημένη περιοχή, για τον προσδιορισμό της ποιότητας του αέρα. Με βάση τα παραπάνω αποτελέσματα καθώς και τη βιβλιογραφία, ορίσθηκαν κριτήρια, σύμφωνα με τα οποία επιλέχθηκαν κρίσιμα συστατικά-δείκτες του δασικού καπνού που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την παρακολούθηση της ποιότητας του αέρα σε μια δασική πυρκαγιά. Για το σκοπό αυτό, προτάθηκαν αναλυτικές μέθοδοι πεδίου τελευταίας τεχνολογίας που είναι κατάλληλες για την απευθείας μέτρηση κρίσιμων συγκεντρώσεων των συστατικών του δασικού καπνού στο χώρο και το χρόνο, κάτω από τις ειδικές συνθήκες που επικρατούν συνήθως σε μια δασική πυρκαγιά, όπως είναι οι υψηλές θερμοκρασίες, η ένταση του καπνού και η ταχεία εξέλιξη δυναμικών φαινομένων. Επιπλέον, στα πλαίσια συμβολής στην αξιολόγηση των πιθανών επιπτώσεων του δασικού καπνού στους πιθανούς αποδέκτες, αναπτύχθηκαν κατάλληλες μέθοδοι εκτίμησης της επικινδυνότητάς του, εφαρμόζοντας για πρώτη φορά πρότυπες διαδικασίες. Υπό το πρίσμα αυτό, έγινε επίσης σχολιασμός της επάρκειας ή των πιθανών περιορισμών των υπαρχόντων μέτρων για την αντιμετώπιση των επιπτώσεων του δασικού καπνού, όπως είναι τα προτεινόμενα επίσημα όρια έκθεσης, τα κριτήρια εκκένωσης, καθώς και τα μέσα ατομικής προστασίας, που αφορούν στον πληθυσμό και στους δασοπυροσβέστες.