Marques, Susete Maria GonçalvesTóth, Sándor F.Saha, Sajal2025-07-042025-07-042024-12-13Saha, S. Designing a spatiotemporal fuel break maximizing wildfire resistance. Lisboa: ISA, 2024, 40 p. Dissertação de Mestradohttp://hdl.handle.net/10400.5/102021Mestrado em Gestão da Floresta e dos Recursos Naturais no Mediterrâneo (Erasmus Mundus) / Instituto Superior de Agronomia, Universidade de LisboaWildfires that are not under control pose a major threat, leading to significant loss of human life, destruction of economic assets, and irreversible damage to natural ecosystems, underscoring the urgent need for improved fire management and prevention strategies. Fuel treatment, together with wildfire resistance indices, is a valuable technique to lessen wildfire devastation. In this research, we propose an approach to design a spatiotemporal fuel break to reduce the spatial connectivity of fuel hazards integrating wildfire resistance. A mixed integer programming (MIP) model is formulated in such a way that it breaks the connectivity of high-risk regions as a means to maximize wildfire resistance in the landscape. To test the modeling approach, we considered Vale do Sousa as our case study area, which is in Northwestern Portugal and spans three districts: Paiva, Paredes, and Penafiel. We put our method to the test in Paiva County. The model was considered for a five 10-year periods planning horizon and up to a total of 47,448 prescriptions, an average of 69 prescriptions per stand for maximizing wildfire resistance. The research area encompasses 7,487 hectares and split into 686 stands; among them 5 stands are isolated. A total of 770 prescriptions were selected to maximize wildfire resistance. This difference resulted because of selecting two prescriptions for the mixed stands comprising two species. The model comprised 16,883 constraints and 56,591 variables. Among them 54,283 were binary variables. The objective of the problem was to maximize the average landscape-level fire resistance score. The optimization resulted in an objective function value of 4.08. This indicator's values ran from 1 (low resistance) to 5 (highest resistance). Results showed that the model can locate fuel break patches in the case study area during five planning periods. The result directed a species wise conversion in the landscape level from beginning of the planning horizon to end of the planning horizon. In eucalyptus-dominated stands, for instance, the prescription advised species conversion to cork oak and chestnut, which are less flammable and have longer rotation years, therefore lowering the overall fire risk as well as increasing the wildfire resistance in the landscape. The innovation of the model is the attempt to incorporate wildfire resistance indicators to find the fuel break places. Our approach effectively sustained the adjacency issues and implicitly maintained connectivity between fuel breaks. The model also successfully constrained the area of harvested stands, ensuring the fuel break remained within the specified minimum and maximum limits set in the model. The study added a new dimension to fuel break optimization by integrating wildfire resistance indicator, spatial dynamics and temporal planning.Os incêndios florestais que estão fora de controlo representam uma grande ameaça, levando a perdas significativas de vidas humanas, destruição de bens económicos e danos irreversíveis aos ecossistemas naturais, sublinhando a necessidade urgente de melhorar as estratégias de gestão e prevenção de incêndios. O tratamento de combustíveis, juntamente com índices de resistência aos incêndios, é uma técnica valiosa para reduzir a devastação causada pelos incêndios florestais. Nesta investigação, propomos uma abordagem para conceber uma faixa de contenção de combustíveis espaço-temporal para reduzir a conectividade espacial dos perigos de combustíveis, integrando a resistência ao fogo. Um modelo de programação inteira mista (MIP) foi formulado de modo a quebrar a conectividade das regiões de alto risco, como forma de maximizar a resistência aos incêndios na paisagem. Para testar a abordagem do modelo, consideraremos o Vale do Sousa como área de estudo de caso, localizado no noroeste de Portugal, abrangendo três concelhos: Paiva, Paredes e Penafiel. Testámos o nosso método no concelho de Paiva. O modelo foi considerado para um horizonte de planeamento de cinco períodos de 10 anos e até um total de 47.448 prescrições, uma média de 69 prescrições por talhão para maximizar a resistência aos incêndios. A área de pesquisa abrange 7.487 hectares e está dividida em 686 talhões; entre eles, 5 talhões estão isolados. No modelo MIP, trabalhámos com 686 talhões, selecionando 770 prescrições. Esta diferença entre talhões e prescrições resulta dos talhões mistos, que incluem duas espécies. O modelo incluiu 16.883 restrições e 56.591 variáveis. Entre elas, 54.283 eram variáveis binárias. O objetivo do problema era maximizar a pontuação média de resistência ao fogo a nível da paisagem. A otimização resultou num valor da função objetivo de 4,08. Os valores deste indicador variam de 1 (baixa resistência) a 5 (resistência máxima). Os resultados mostram que o modelo consegue localizar faixas de contenção de combustíveis na área de estudo durante cinco períodos de planeamento. O resultado mostrou uma conversão de espécies ao nível da paisagem desde o início do horizonte de planeamento até ao fim do horizonte de planeamento. A inovação do modelo é a tentativa de incorporar indicadores de resistência aos incêndios florestais para encontrar os locais de rutura de combustível. A nossa abordagem permitiu resolver eficazmente os problemas de adjacência e manteve explicitamente a conetividade entre povoamentos adjacentes. O modelo restringiu com sucesso a área dos povoamentos explorados, assegurando que a quebra de combustível se mantivesse dentro dos limites mínimo e máximo especificados no modelo.engwildfire resistancefuel breakmixed integer programmingoptimizationfuel treatmentresistência a incêndios florestaisfaixas de gestão de combustívelotimizaçãogestão florestalprogramação inteira mistamaster thesis203955099