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Protección contra incendios forestales: Análisis de las condiciones de inicio, propagación e impacto socio-económico de los fuegos de copa en masas de pinares. Proyecto

INFOCOPA VEGA HIDALGO, J.A.1,HERNANDO LARA, C.2, RODRÍGUEZ Y SILVA, F.3, JIMÉNEZ CARMONA, E.1, GUIJARRO GUZMÁN, M.2, HERRERA MACHUCA, M.A.3, MADRIGAL OLMO, J.2, MOLINA MARTÍNEZ, J.R.3, FERNÁNDEZ ALONSO, J.M.1

1Centro de Investigación Forestal – Lourizán (Pontevedra), Xunta de Galicia 2 INIA, Centro de Investigación Forestal, Madrid 3Departamento de Ingeniería Forestal, Universidad de Córdoba. Resumen El proyecto que se presenta aborda una problemática de especial interés científico-tecnológico, ecológico y socio-económico relativa a los incendios forestales. Científico-tecnológico, por la escasez de información aplicable y fiable sobre el comportamiento del fuego de copa y por el estado incipiente de desarrollo de los modelos predictivos de comportamiento del fuego. Ecológico, debido al fuerte impacto medioambiental de los fuegos de copa, que incrementan la severidad del incendio. Social, porque ponen en fuerte riesgo la vida de los combatientes, constituyendo igualmente una amenaza para las poblaciones cercanas al incendio. Económico, por las elevadas pérdidas en los bienes y servicios que originan en las áreas afectadas, así como por los elevados costes exigidos por su extinción. El proyecto aborda cinco cuestiones en relación al fuego de copa: (a) Cuantifica complejos de combustibles, característicos de pinares de Pinuspinaster y Pinuspinea, como base imprescindible para la evaluación del riesgo de fuego de copa en esas masas forestales, la modelización del comportamiento del fuego en ellas y las actuaciones preventivas; (b) Evalúa la eficacia de los tratamientos preventivos para reducir las posibilidades de inicio y propagación del fuego de copa, emisión de CO2 y mortalidad del arbolado; (c) Valora los posibles efectos limitadores de la eficacia de los tratamientos; (d) Contribuye a la validación de los modelos disponibles de predicción de comportamiento del fuego de copa, (e) Desarrolla una valoración socio-económica del impacto ambiental de este tipo de fuego. Se espera que el proyecto aporte información, no solo científica, sino también técnicas que permitan definir criterios de vulnerabilidad de fuego de copa de masas forestales a nivel territorial y desarrollar herramientas que reduzcan el riesgo humano en las operaciones de extinción. Palabras clave Inflamabilidad; umbral para el inicio de fuego de copa; evaluación de grandes incendios; vulnerabilidad socio-económica; tratamientos de modificación de combustibles

1. Introducción La Península Ibérica está inmersa en la Cuenca Mediterránea, donde todos los años en

torno a 50.000 incendios destruyen entre 150.000 y 200.000 ha, llegando en años excepcionales incluso a 480.000 ha (MOREIRA et al., 2012). El principal desencadenante son

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las extremas condiciones meteorológicas, acentuadas en la última década por los efectos del cambio climático (MMA, 2005).

Los incendios de copa son los fuegos forestales de mayor intensidad y dificultad de

extinción, causando graves impactos en el ecosistema y siendo elevado el riesgo para combatientes y propiedades (SCOTT &REINHARDT, 2001). A pesar de su gran trascendencia social, económica y ecológica, el fuego de copa constituye un problema insuficientemente abordado desde el punto de vista científico y técnico, y lejos de estar resuelto (CRUZ&ALEXANDER, 2010). En gran medida se debe a la extrema complejidad física del fenómeno, junto a la dificultad de realizar fuegos experimentales y efectuar toma de datos en incendios reales. Este vacío de conocimiento es general para todos los países, incluso para los más avanzados en el desarrollo de modelos de predicción de comportamiento del fuego forestal (EEUU, Canadá y Australia).

Con todos estos antecedentes, el Centro de Investigación Forestal de Lourizán (CIFL),

el Centro de Investigación Forestal del INIA (INIA-CIFOR) y la Universidad de Córdoba (UCO) han desarrollado un proyecto que pretende contribuir al conocimiento del fenómeno del fuego de copa, prestando particular atención a los posibles tratamientos de los combustibles para su prevención, y al desarrollo de herramientas de apoyo a la gestión de prevención y extinción. Los estudios existentes sobre estatemática son escasos y recientes, y no se refieren a las condiciones de los combustibles forestales de nuestro país. Esta información es incluso más limitada en lo referente a la evaluación de los posibles efectos de tratamientos preventivos en pinaressobre las condiciones micrometeorológicas bajo el dosel de la masa tratada, y en la humedad de los combustibles remanentes. Creemos que esta doble vertienteresulta de una fuerte relevancia tecnológica, porque actualmente estos tratamientos se efectúan sin una adecuada base científica. 2. Objetivos

Los objetivos específicos del Proyecto han sido (Figura 1): - Cuantificar la estructura física de los complejos de combustible frecuentemente

implicados en los fuegos de copa y su modificación como consecuencia de la realización de tratamientos de combustibles.

- Determinar la variación de las condiciones micrometeorológicas y de la humedad de los combustibles implicados en los fuegos de copa debido a estos tratamientos.

- Evaluar el efecto de los tratamientos en la iniciación y propagación del fuego de copa, emisión de CO2 y mortalidad de arbolado, mediante modelización.

- Validar y testar modelos existentesde inicio y propagación de fuego de copa. - Valorar el impacto socioeconómico potencial de los incendios de copa y el diagnóstico

y la ordenación del paisaje forestal de cara a la prevención de riesgos en la extinción 3. Metodología

El proceso metodológico para la consecución de los objetivos planteados se comenta

brevemente para los cinco módulos de trabajo. Módulo I. Caracterización de complejos de combustible implicados en los fuegos de

copa.Esta tarea se realizó de manera detallada en diferentes masas de Pinuspinaster y Pinuspinea localizadas en distintos puntos representativos del país. Se consideraron masas

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con diferente edad y estructura, con especial énfasis en la evaluación del impacto de tratamientos preventivos en el complejo integral de combustibles, abordando dos escalas de trabajo: campo y laboratorio.

Figura 1. Integración de las diferentes tareas del Proyecto para la consecución de los objetivos

Se realizaron análisis de la combustibilidad con el objetivo de identificar los intervalos de variabilidad de este parámetropara los combustibles presentes enlas masas de pinar estudiadas. Se ha realizado un estudio específico de la inflamabilidad de Ulexeuropaeus,componente típico del sotobosque de muchos pinares,en cono calorimétrico(Figura 2)y se han llevado a cabo quemas experimentales en matorrales brezal mixto con objeto de determinar su influencia en la transición del fuego de superficie a fuego de copas.

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Figura 2. Ensayos de laboratorio de la inflamabilidad de las especies y quemas experimentales en brezales mixtos

Se efectuaron mediciones dasométricas,en conjunción con inventarios destructivos de biomasa en masas tratadas y sin tratar de P. pinaster y P. pinea, considerando tanto los combustibles del dosel arbóreo, como los de la superficie, para la obtención de los parámetros necesarios para la modelización del inicio y propagación del fuegode copas (Figura 3). Se han desarrollado ecuaciones alométricaspara los diferentes combustibles de esas masascon el objetivo de poder ser aplicadas a otras de las mismas especies a nivel regional o nacional, utilizando para ello tanto parcelas propias de los equipos involucrados, como las del Inventario Forestal Nacional.

Figura 3. Monitoreo temporal llevado a cabo en tratamientos de clareo temprano e intenso (de 10.000 a 1.500 pies/ha) en

masas de pino negral. (Monte “Fraguas”, Guadalajara) y mediciones dasométricas en el NO de la Península Ibérica.

Módulo II. Caracterización de la micrometeorología y de la humedad de los combustibles implicados en los fuegos de copa. La finalidad de esta tarea ha sido evaluar el efecto de los tratamientos de los combustibles en la evolución de la humedad de los combustibles finos (vivos y muertos) del dosel arbóreo y del sotobosque en la época estival en masas de P. pinaster y P. pinea en el noroeste, centro y sur de la Península Ibérica, así como en la variaciónde diferentes parámetros meteorológicos. Con respecto al último punto, se ha puesto especial énfasis en la evaluación de la velocidad del viento bajo el dosel de masas de pinares, evaluando el efecto de tratamientos preventivos en los factores de ajuste del viento en masas de pinar con diferentes modelos de combustible, así como el incremento de la velocidad del viento originado por los fenómenos de viento local más importantes: fondo de valle y cañones.

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Módulo III. Evaluación de las condiciones de inicio y propagación de fuego de copa en los complejos de combustible estudiados mediante modelización. En esta tarea se ha analizado la susceptibilidad al inicio y propagación de fuego de copa de las masas caracterizadas en el Módulo I, así como el efecto de los tratamientos preventivos. Para ello se han aplicado los diferentes modelos existentes de inicio y propagación de fuego de copas (eg. VAN WAGNER, 1977; ROTHERMEL, 1991; CRUZ et al., 2002; 2004; 2005), y se han tenido en cuenta los efectos de los tratamientos en la humedad de los combustibles y la micrometeorología observados en el Módulo II.Se han realizado estimaciones del efecto de tratamientos preventivos en la mortalidad de arbolado (VEGA et al., 2011) y emisiones de CO2 (JIMÉNEZ et al., 2013a) como consecuencia de la acción de un incendio potencial, mediante el empleo de modelos existentes y generados en este proyecto, a partir de los resultados obtenidos de los modelos de comportamiento del fuego.

Módulo IV. Validación y testado de modelos de inicio y propagación de fuego de

copas.Para su consecución, se efectuaronquemas experimentales en el túnel de viento del INIA yen campo, y se utilizarondatos de incendios reales. En el túnel de viento se simuló un fuego de superficie de intensidad tal que se produjera la transición, con objeto de comparar los tiempos de ignición y las temperaturas de combustión con las condiciones ensayadas en el cono calorimétrico.El testado operativo se realizó mediante quemas experimentales, destacando que en este proyecto se ha realizado el primer “incendioexperimental” de fuego de copas en Europa.Este incendio experimental, se llevó a cabo en 2012, durante el mes de mayo en una masa de P. pinea de la provincia de Córdoba. Además, se ha realizado un análisis detallado de incendios forestales en los que tuvieron lugar carreras de fuego de copas activo, lo que permitió observar las diferencias entre valores predichos por los diferentes modelos de comportamiento del fuego y los realmente observados. Estos datos se obtuvieron con ayuda de los equipos de combate y el muestreo de zonas colindantes no afectadas. La cuantificación del combustible consumido se realizó a través de incendios de copa en masas de Pinuspinaster en el norte y sur de España. A partir de esta información se realizaron estimaciones de intensidad de los incendios de copa, así como de emisiones de CO2.

Módulo V. Valoración socioeconómica del impacto potencial de los incendios de copa.

Diagnóstico y ordenación del paisaje forestal de cara a la prevención de riesgos en las operaciones de extinción. En este Módulo se analizaron los impactos potenciales, tanto en bienes tangibles como servicios ambientales y bienes paisajísticos, de los incendios de copa en diferentes masas arbóreas con objeto de proveer conocimiento para la mitigación de sus consecuencias e incrementar la seguridad de los combatientes. La simulación de los modelos de fuego de copas existentes y las diferencias apreciadas en la quema de parcelas sin tratamiento y con tratamiento, permitieron determinar la reducción en el nivel de intensidad del fuego y, en consecuencia, en la dificultad de extinción y los impactos sobre el medio. Estas reducciones o mejoras, permitieron realizar un análisis coste-beneficio de cada tratamiento y las opciones de reducción de la vulnerabilidad socioeconómica debida a los fuegos de copa. La interacción de variables caracterizadoras de cada paisaje, vulnerabilidades medias por unidad de superficie (euros) e índices de fragmentación del peligro de ocurrencia de fuegos de copas (%) junto a la localización de infraestructuras ya existentes, determinaron el valor del índice de conectividad para la mitigación de la propagación del fuego en la masa, es decir, proporcionaron el grado de priorización de intervenciones en dicha masa.

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4. Resultados y discusión

Módulo I. Caracterización de complejos de combustible implicados en los fuegos de copa.Debido a las particularidades observadas en los combustibles en las diferentes regiones del país, la caracterización de los complejos de los combustibles, y el efecto de los tratamientos preventivos sobre éstos se ha realizado de manera separada para el norte, centro y sur.

El estudio específico de la inflamabilidad del género Ulex reveló un rápido incremento

de la misma con la edad, lo que sugiere la necesidad de tratamientos de rejuvenecimiento, mediante quema controlada o pastoreo, para disminuir el riesgo de fuego de copas asociado (MADRIGAL et al., 2012a). Se ha propuesto una nueva metodología de caracterización de la inflamabilidad de combustibles vivos a escala de laboratorio (MADRIGAL et al., 2012b) que ha permitido valorar el efecto de la humedad en la inflamabilidad de los combustibles finos vivos estudiados en los módulos II, III y IV. Esta nueva metodología permitió además simular el proceso de combustión a altas potencias radiativas como las que se producen durante un fuego de copas, y comparar los resultados con los obtenidos en las mediciones de temperaturas durante los ensayos en túnel de combustión y quemas en campo. La información obtenida parece indicar que el contenido de volátiles podría jugar también un importante papel en el potencial de subida de fuego a las copas. Los fuegos experimentales realizados en brezales mixtos en el noroeste de la Península Ibérica han demostrado (VEGA et al., 2012) el gran potencial de este tipo de combustible para alcanzar un comportamiento que puede permitir la transición de fuego de superficie a copa en aquellas situaciones en las que una masa arbolada se encuentre adyacente al matorral. Todo esto sugiere la necesidad de realizar tratamientos preventivos en el sotobosque, reforzando lo encontrado en este mismo proyecto en latizales de P. pinea en Andalucía (MOLINA et al., 2011), en los que los tratamientos de combustible en el dosel no reducen significativamente por sí solos la propagación del incendio, siendo necesario combinarlos con intervenciones en los combustibles superficiales.

Se han obtenido ecuaciones alométricas para P. pinaster en el NO y centro de España

(MADRIGAL et al., 2012c; JIMÉNEZ et al., 2013b) y P. pinea (MOLINA et al., 2011), constituyendo una ayuda relevante para la caracterización de la susceptibilidad al fuego de copas. Las ecuaciones permiten conocer tanto la carga de combustible disponible para fuego de copas como su distribución a lo largo de la altura del árbol, a través de variables de fácil medición. A partir de datos del IV Inventario Forestal Nacional, se han identificado para Galicia (FERNÁNDEZ-ALONSO et al., 2013) y para áreas piloto de las provincias de Jaén y Córdoba variables dasométricas que permiten el empleo de ecuaciones para la estimación de los parámetros necesarios para la evaluación de la susceptibilidad a incendios de copa en pinares.

Módulo II. Caracterización de la micrometeorología y de la humedad de los

combustibles implicados en los fuegos de copa.El efecto de reducción de la densidad del arbolado en la humedad foliar del mismo, con fines de prevención de fuego de copa, parece estar relacionado con la intensidad de la intervención, así como con las condiciones climáticas locales. Así, mientras en algunas zonas la humedad foliar no se ha visto afectada, en otras zonas el tratamiento ha producido un incremento, lo que reduciríael riesgo de inicio de fuego de copa.

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El factor de ajuste del viento de los modelos de combustibles evaluados depende directamente de la densidad del arbolado remanente odel área basimétrica (Figura 4). También se encontraron diferencias significativas entre las mediciones en la masa dentro y fuera de las copas (huecos) y a diferentes alturas sobre el suelo. La velocidad del viento resultó muy dependiente de los fenómenos de viento local. Se observó un incremento acusado de la velocidad del viento en los cañones, comparado con los vientos de fondo de valle, alcanzando velocidades superiores al doble de las obtenidas fuera de los mismos.

Figura 4. Coeficientes de fricción para masa tratada (65% clara) y no tratada respecto zona sin fricción

Todo lo anterior sugiere que los tratamientos preventivos no siempre van a suponer una reducción de la susceptibilidad de las masas a los incendios de copa, por lo que su ejecución debe ser siempre llevada a cabo tras una cuidadosa y detallada planificación.

Módulo III. Evaluación de las condiciones de inicio y propagación de fuego de copa en los complejos de combustible estudiados mediante modelización.Los resultados de este módulo deben manejarse con cautela, pues aunque generalmente los tratamientos implican una reducción del potencial de inicio y propagación de los incendios de copa, se observan resultados muy dispares en función de los modelos de predicción de comportamiento del fuego empleados, lo que sugiere limitaciones de estos últimos.

Los estudios efectuados en masas de P. pinea del sur de España en estado de latizal mostraron la insuficiencia de los tratamientos en el estrato aéreo, por sí solos, de reducir la inflamación del arbolado. La ausencia de entorchamiento masivo sólo se consiguió con un tratamiento combinado de superficie y aéreo (MOLINA et al., 2011).

Estudios realizados para masas de P. pinasteren el centro de España (Guadalajara), muestran que el cambio de la distribución de biomasa tras clareos solo supone una disminución del potencial de incendios de copa a medio plazo (12 años tras la intervención) si el tratamiento de clareo temprano es muy intenso, pasando de 10.000 a 1.500 pies/ha (MADRIGAL et al., 2012c).

Para Galicia, y basándose en el IV Inventario Forestal Nacional (FERNÁNDEZ-

ALONSO et al., 2013) se ha diseñado un sistema de decisión esquemática acerca de la potencialidad de incendios de copa fundamentado en el área basimétrica y la densidad de

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masas de P. pinaster, P. radiata y P. sylvestris. Este sistema permite disponer de un criterio objetivo de ayuda para la toma de decisiones a los gestores con objeto de la priorización de actuaciones (Figura 5).

Figura 5. Clasificación del régimen de fuego esperado en función de área basimétrica (AB) y densidad de arbolado (N) en

masas de pinares de Galicia (IVºInventario Forestal Nacional). El régimen de fuego viene determinado por la densidad aparente de copas, el cual se puede explicar en función de AB y N. Se asume que se cumple la condición de inicio de fuego

de copas (Intensidad Lineal mayor que Intensidad de Inicio).

Módulo IV. Validación y testado de modelos de inicio y propagación de fuego de copas. La experimentación en túnel de viento(Figura 6) ha permitido describir el proceso de inflamación de los primeros verticilos de copa sometidos a un fuego de alta intensidad y validar el efecto de las variables comúnmente utilizadas en los modelos de predicción de transición de fuego de superficie a fuego de copas. Las mediciones efectuadas ratifican la importancia y significación de gran parte de las variables utilizadas en los modelos existentes. La geometría de la llama, que depende del fuego de superficie, la velocidad del viento y la interacción del penacho con los verticilos, tiene también un efecto significativo en la probabilidad de ignición y duración de la llama en las ramas. Se apreció que, a mayor humedad del combustible mayordebe ser el tiempo de contacto con la llama antes de producirse la ignición, lo que ratifica las condiciones necesarias observadas en los fuegos experimentales (Modulo III) y en las pruebas de laboratorio con calorímetro (Módulo I), así como aquellas predichas por los modelos disponibles.

Figura 6. Serie de imágenes de un experimento de simulación de inflamación de primeros verticilos de copa en túnel de

viento

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En las experimentaciones en campo (Figura 7), la ignición del primer verticilo dependió en gran medida de la intensidad del fuego de superficie y del contenido de humedad foliar. La base de datos de quemas prescritas bajo pinares de similares características ha permitido la creación de un esquema sinóptico sobre la posibilidad de entorchamiento de pies en base a la velocidad del viento, la altura del matorral y la existencia de pies menores. Por su parte, la reconstrucción de las carreras de copa en incendios reales ha permitido la identificación, mediante métodos estadísticos, de las variables de mayor peso para su ocurrencia: exposición o confluencia de viento y pendiente en la misma dirección, densidad aparente de copas y pendiente.

Figura 7. A pesar de producirse la ignición del combustible aéreo, el árbol se entorcha por la alta humedad foliar y la baja

velocidad del viento.

La información recogida en grandes incendios de copa ha permitido testar los modelos existentes de propagación de fuego de copas y fenómenos eruptivos. La comparación entre los valores predichos y los observados ha permitido incorporar en la última versión del software Visual Behave una modelización propia acerca de la velocidad de propagación del fuego de copas.

Las mediciones del combustible consumido en los incendios del norte y del sur de

España aportó información fundamental para determinar cuáles son los combustibles que realmente intervienen en los fuegos de copa, realizar estimaciones más ajustadas a la realidad sobre las emisiones producidas en los incendios forestales, así como evaluar mejor el grado de severidad y la intensidad de los fuegos de copa. Los resultados identificaron al área basimétrica pre-fuego como una buena variable explicativa del combustible disponible para arder (JIMÉNEZ et al., 2013a).

Módulo V. Valoración socioeconómica del impacto potencial de los incendios de

copa. Diagnóstico y ordenación del paisaje forestal de cara a la prevención de riesgos en las operaciones de extinción. Los estudios en campo posterioresa la ocurrencia de grandes incendios forestales permitieron identificar el ratio de depreciación de cada recurso, en base al nivel de intensidad del fuego. En este sentido, se tomó como referencia no sólo la mortalidad del arbolado sino el cambio del valor neto de los recursos (RODRÍGUEZ Y SILVA et al., 2012) y los efectos erosivos y paisajísticos posteriores.

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En base a los rendimientos medios de brigadas terrestres y equipos aéreos, se cuantificó la reducción de la dificultad de extinción provocada por la realización de tratamientos sobre el combustible, ya sea superficial, aéreo o una combinación de ambos. Las estimaciones de dificultad de extinción incluyeron parámetros como nuevo comportamiento energético, penetrabilidad del modelo para los medios, velocidad de apertura de líneas de defensa manuales o automatizadas y rendimiento de los medios aéreos. Este parámetro permitió conocer las mejoras o beneficios producidossi un fuego originado fuera de la masa llegase a ella.

Para cuantificar los beneficios alcanzados ante la ocurrencia de un incendio en el interior o en las proximidades de la masa tratada estudiada se diseñó el siguiente procedimiento. Para un tiempo “t” desde puntos aleatorios de ignición, se determinó la influencia de la realización de tratamientos desde el punto de vista de la propagación potencial e impactos socioeconómicos ocasionados. Posteriormente, se calcularon los costes asociados a cada tratamiento y se realizó un análisis coste-beneficio, determinando los de mayor efectividad y eficiencia.

Una vez conocidos los tratamientos más eficientes se procedió al estudio de la optimización espacial de dichos tratamientos (Figura 8). El índice de agregación y el índice de contagio fueron los estimadores de ecología de paisaje más interesantes para la mitigación del inicio y propagación por copas, procediéndosea la delimitación de las unidades de paisaje a tratar,mediante valores de índices de vulnerabilidad económica del ecosistema, el método del mínimo tiempo de viaje, la localización de la infraestructura de prevención existente y el presupuesto dado.

Figura 8. Proceso metodológico para la optimización espacial tratamientos preventivos

5. Conclusiones

A pesar de la baja incidencia numérica de los grandes incendios forestales (una media

en España de 30 anuales en el período 1991-2011), éstos frecuentemente suponen una gran cantidad de la superficie anual quemada. Los incendios de copa se encuentran generalmente

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asociados a estos episodios, constituyendo fuegos de gran virulencia, alta dificultad de extinción y elevados impactos ecológicos y socioeconómicos.

Los modelos de inicio y propagación de los incendios de copa constituyen un gran reto científico por la cantidad de procesos biológicos y físicos envueltos, la dificultad de recoger información del comportamiento del fuego en este tipo de siniestros y las fuertes restricciones a la experimentación con este tipo de fuego. Sin embargo, la mejora de su conocimiento y el perfeccionamiento de los sistemas de predicción de su comportamiento y las técnicas para mitigar su propagación, constituyen un objetivo de gran trascendencia en la lucha contra los incendios forestales. Debido a las restricciones presupuestarias actuales la optimización y priorización de actuaciones de prevención para dificultar y/o mitigar los efectos provocados por las llamas reviste especial interés. Los resultados obtenidos proporcionan una información que puede ser de gran utilidad para fundamentar y/o mejorar los proyectos de ejecución de tratamientos de prevención sobre los combustibles.

6. Agradecimientos

El presente trabajo ha sido financiado por el Instituto Nacional de Investigación y

Tecnología Agraria y Alimentaria y cofinanciado con fondos FEDER a través del proyecto INFOCOPAS (RTA2009-00153-C03), dentro de la acción «Recursos y Tecnologías Agrarias» enmarcada en el Plan Nacional de Investigación Científica, Desarrollo e innovación Tecnológica (I+D+i). El proyecto ha sido llevado a cabo de manera coordinada entre el Centro Investigación Forestal de Lourizán, el Centro de Investigación Forestal del INIA y la Universidad de Córdoba.

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