ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА 4

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 4

Прогнозирование и оценка обстановки при пожарах

Лес – это совокупность земли, древесной, кустарниковой и травяной растительности и других компонентов окружающей среды, биологически взаимосвязанных и влияющих друг на друга в своём развитии.

Лесные пожары являются основными факторами, определяющими состояние и динамику лесного фонда РФ, особенно районов Сибири и Дальнего Востока, где площади гарей и погибших насаждений в несколько раз превышают площади необлесившихся вырубок.

Основной период действия природных пожаров на территории РФ с апреля по октябрь. В конце весны горят леса Приморья, Алтая, Бурятии и Поволжья. Ближе к середине лета огонь перемещается на Северо-Запад РФ – в Карелию, Ленинградскую, Новгородскую и Псковские области. Осенью пожары распространяются на Бурятию, Приамурье, Читинскую область, Хабаровский край. Огромные площади и слабо развитая дорожная сеть делают последствия пожара особенно тяжёлыми.

Лесной пожар – это неуправляемое (стихийное) горение, распространяющееся по лесной площади.

Лесные пожары делятся на низовые, верховые и подземные (почвенные). Низовые и верховые пожары могут быть устойчивыми и беглыми.

Устойчивый низовой пожар распространяется по нижнему ярусу леса (горит напочвенный покров, подлесок, валежник) с малой скоростью (до 0,5 м/мин), охватывая нижние части стволов и выступающие на поверхность корни.

При беглом низовом пожаре сгорает живой и мёртвый напочвенный покров, валежник, самосев леса, хвойный подрост и подлесок. Такой пожар распространяется со скоростью более 1 м/мин, обходя места с повышенной влажностью покрова.

Для низового пожара характерна вытянутая форма пожарища с неровной кромкой. Цвет дыма светло-серый, скорость распространения низовых пожаров против ветра в 6-10 раз меньше, чем по ветру.

При изменении направления ветра усложняется определение формы пожара и его основных элементов: фронта, тыла, флангов. Ориентироваться в обстановке при крупных пожарах можно только с помощью авиации.

Верховой устойчивый пожар является следующей стадией низового, пламя низового пожара поджигает кроны деревьев, при этом сгорает хвоя, листья, мелкие и более крупные ветви. Переход низового пожара на полог древостоя происходит при сильном ветре, а также в насаждениях с низко опущенными кронами, в разновозрастных насаждениях или при обильном хвойном подросте (особенно на горных склонах при распространении огня вверх). Древостой после верхового пожара, как правило, полностью погибает, остаются только обугленные остатки стволов. При верховом устойчивом пожаре огонь распространяется по кронам по мере продвижения кромки низового пожара.

При верховом беглом пожаре, который возникает только при сильном ветре, огонь распространяется по кронам деревьев «скачками», опережая фронт низового пожара. Ветер разносит мелкие горящие объекты и искры, которые создают новые очаги низовых пожаров впереди основного очага.

В ряде случаев огонь «перебрасывается» таким способом через реки, широкие дороги, безлесные участки и другие рубежи локализации пожара.

Верховые пожары, выделяя большое количество теплоты, вызывают восходящие потоки продуктов горения и нагретого воздуха и образуют конвективные колонки диаметром в несколько сотен метров. Их поступательное движение совпадает с направлением продвижения фронта пожара. Пламя в середине колонки пожара может подниматься на высоту 100-120 м. Конвективная колонка увеличивает приток воздуха в зону пожара и порождает ветер, который усиливает горение.

Форма площади при беглом верховом пожаре вытянутая по направлению ветра. Дым верхового пожара тёмный.

Подземные (почвенные) пожары возникают на хорошо просохших участках с торфяными почвами или с мощным слоем лесной подстилки (до 20 см и более). Пожар по слою торфа распространяется медленно – до нескольких метров в сутки. Торф и лесная подстилка сгорают на всю глубину сухого слоя или до минеральной (земляной) почвы.

Чаще всего почвенные лесные пожары представляют собой дальнейшую стадию развития низовых. На первой стадии пожара более сухой торфянистый выгорает только под деревьями, которые беспорядочно падают и лесной участок, повреждённый пожаром, выглядит как изрытый. Затем продолжается почвенное воронкообразное горение в глубь торфяного слоя. При ветре горячие частицы торфа и лесной подстилки перебрасываются на соседние участки, способствуя развитию пожара по площади торфяника и возникновению низовых пожаров.

К крупным лесным пожарам относят пожары площадью более 200 га в Азиатской части РФ и более 25 га в Европейской части РФ. Крупные пожары чаще всего бывают смешанными – низовыми и верховыми одновременно.

Для возникновения крупных лесных пожаров с переходом в верховые необходимо большое количество действующих очагов (участков) низовых пожаров, сухая жаркая погода (III – V классов пожарной опасности), усиление ветра от умеренного до сильного или штормового.

В таких условиях может происходить слияние многочисленных очагов пожара и образование обширных зон массовых пожаров площадью до сотен тысяч гектаров, создаваться угроза уничтожения огнём населённых пунктов и объектов различного назначения, расположенных в лесных массивах или вблизи них.

Почти все крупные пожары возникают в экстремальных погодных условиях в засуху.

Засуха – это бездождевой период, достаточно продолжительный для того, чтобы усваиваемая растениями влага в корнеобитаемом слое почвы была исчерпана. Например, критическим условием возникновения крупных пожаров в лесах Сибири и Дальнего Востока являются весной – 10 дневный период без дождя, летом – 20 дневный, осенью 30…40 дневный.

Основными поражающими факторами лесных пожаров являются:

- теплофизический, проявляющийся в виде пламени, нагрева тепловым потоком, теплового удара, помутнения воздуха;

- химический, проявляющийся в виде загрязнения атмосферы, почвы, грунтов, гидросферы.

Критериями чрезвычайной лесопожарной ситуации служат:

- наличие крупных лесных пожаров;

- количество возникающих в один день одновременно действующих лесных пожаров, превышающее средний многолетний уровень;

- наличие лесных пожаров, вышедших из-под контроля.

В лесной пирологии принято определение пожарной опасности – угроза возникновения пожара, выражаемая его вероятностью.

Предпосылками чрезвычайной ситуации являются:

- малоснежная зима, длительный бездождевой период (15-20) дней с высокой (выше средней многолетней) среднесуточной температурой воздуха и малой относительной влажностью в начале пожароопасного сезона, когда степень пожарной опасности в лесу по условиям погоды характеризуется IV, V классами пожарной опасности;

- атмосферная засуха в любое время пожароопасного сезона;

- наличие в лесном фонде бесконтрольных источников огня и частые грозовые разряды при высокой степени пожарной опасности в лесу по условиям погоды.

Степень пожарной опасности в лесу по условиям погоды определяется по комплексному показателю (К), который вычисляется на основе данных о температуре воздуха, температуре точки росы, количестве выпавших осадков по формуле:

К = (t_воз – t_росы) ∙ t_воз, (1)

где, t_воз – температура воздуха в 12 часов по местному времени, ⁰С; t_росы – точка росы в 12 часов по местному времени, ⁰С, n – число дне после дождя.

Примечание: Росы точка, температура, до которой должен охладиться воздух, чтобы достичь состояния насыщения водяным паром при данном влагосодержании и неизменном давлении. При достижении точки росы в воздухе или на предметах, с которыми он соприкасается, начинается конденсация водяного пара.

Общероссийская шкала имеет пять классов пожарной опасности в лесу по условиям погоды (табл. 1).

Таблица 1

Шкала пожарной опасности в лесу по условиям погоды

Класс пожарной опасности по условиям погоды	Значение комплексного показателя	Степень пожарной опасности
I	до 300	-
II	от 300 до 1000	малая
III	от 1001 до 4000	средняя
IV	от 4001 до 10 000	высокая
V	более 10 000	чрезвычайная

Для отдельных регионов разработаны региональные шкалы пожарной опасности в лесу по условиям погоды, учитывающие местные особенности и в которых значения комплексного показателя по классам отличаются от значений общероссийской шкалы.

Каждому типу лесного массива соответствует свое значение комплексного показателя К, при котором возможно возгорание лесного массива табл. 2.

Таблица 2

Значения комплексного показателя пожарной опасности, при котором возможно возгорание леса

Наименование участка леса	К
сосняки-брусничники	300
ельники-брусничники	500
сосняки	550
смешанные	800
лиственные	900
березняки-черничники	900
травяные насаждения	5000

Для РФ по загораемости может быть выделено тои основные группы древесных пород. К первой группе относятся типы лесов, характеризующиеся наибольшей загораемостью (хвойные молодняки, сосняки с наличием соснового подростка), ко второй группе – умеренной загораемости (сосняки, ельники, кедровники), к третьей группе – трудно загорающиеся (березняки, ольховники и другие лиственные породы).

У распространяющегося лесного низового пожара различают фронт, тыл и фланги, линейные скорости которых в зависимости от скорости леса и группы лесов приведены на рис. 1 и рис. 2.

Рис. 1. Зависимость линейной скорости распространения низового пожара от скорости ветра для насаждений первой группы по загораемости (римскими цифрами обозначены классы пожарной опасности погоды)

Рис. 2 Зависимость линейной скорости распространения низового пожара от скорости ветра (V_в) для насаждений второй группы по загораемости (римскими цифрами обозначены классы пожарной опасности погоды)

Приращение периметра пожара ΔП (м) за время распространения τ (ч) находится по формуле:

ΔП = 3,3 ∙ V_ф ∙ τ, (2)

где, V_ф – скорость распространения фронта пожара, м/с.

Если начальный периметр пожара П₀ (м) известен, то через время с начала пожара периметр будет равен:

П = П₀ + ΔП, (3)

Площадь пожара S (га) рассчитывается по формуле:

S = 4 ∙ 10^-6 ∙ П², (4)

Доля непригодной к реализации древесины после верхового пожара может быть определена по табл. 3.

Таблица 3

Доля (%) непригодной к реализации древесины по видам после верховых пожаров

Вид пожара	Сосна	Кедр	Ель, пихта
верховой устойчивый	50	30	70
верховой беглый	30	20	60

Пример: На лесной территории площадью 1000 га с хвойными насаждениями (сосна) установилась жаркая сухая погода с температурой в 12 часов дня t_воз = 25 ⁰С. Принимая, что точка росы равна t_росы = 21 ⁰С, определить:

1.Через сколько дней после установления жаркой погоды возникнет пожароопасная обстановка.

2. Последствия пожара через 24 часа после возникновения, если начальный периметр низового пожара П₀ = 10 000 м, а скорость ветра 4 м/с.

Решение:

1.Из формулы (1) с учётом данных табл. 2 найдём количество дней через которое возникнет пожароопасная обстановка при условии, что в эти дни t_воз, t_росы – постоянны.

Для этого перепишем выражение (1):

К = n ∙ (t_воз – t_росы) ∙ t_воз.

и решим полученное уравнение относительно n:

n = К / [(t_воз – t_росы) ∙ t_воз].

Тогда по условиям примера К = 550 – сосняки. Подставляя значения в формулу (2) получим:

n = 550 / [(25 – 21) ∙ 25] = 5,3 дня.

2. Учитывая, что сосняки относятся к первой группе по загораемости, для скорости ветра 4 м/с и II класса пожарной опасности (300 < K < 1000) табл.2, по графику рис.1, а определяем, что линейная скорость фронта низового пожара равна V_фр = 90 м/ч, а линейные скорости распространения V_фл и тыла V_т определим по графику рис.1, б и рис. 1, в: V_фл = 20 м/ч, V_т = 10 м/ч.

3. Приращение периметра ΔП за τ = 24 часа найдём по формуле (2):

ΔП = 3,3 ∙ 90 ∙ 24 = 7100 м.

4. Периметр пожара П через 24 часа после загорания по формуле (3) будет:

П = 10 000 + 7100 = 17100 м.

5. Площадь пожара через 24 часа после будет равна (4):

S = 4 ∙ 10^-6 ∙ 17100² = 1200 га.

6. Определим время, за которое пожар охватит весь лесной массив площадью S₀ = 1000 га, используя формулы (2) – (4) приняв S = S₀ :

τ = (- П₀)/(3,3 ∙ V_фр) = (- 10 000)/(3,3 ∙ 90) = 19,5 ч.

7. Согласно табл. 3 , в случае возникновения верхового устойчивого пожара 50 % леса окажется непригодной к реализации.

Задание

1. Определить последствия пожара

Исходные данные

№ п/п	Площадь территории, га	Температура воздуха, 0С	Точка росы, 0С	Последствия пожара, ч	Периметр, м	Скорость ветра, м/с	Вид пожара	Насаждения
1	500	7	-0,21	24	1000	2	верховой устойчивый	сосна
2	1000	8	-0,72	36	2000	4	верховой беглый	кедр
3	1500	9	1,66	48	10000	6	верховой устойчивый	ель
4	2000	10	2,6	60	15000	8	верховой беглый	сосна
5	500	11	3,54	24	1000	2	верховой устойчивый	кедр
6	1000	12	4,48	36	2000	4	верховой беглый	ель
7	1500	13	5,42	48	10000	6	верховой устойчивый	сосна
8	2000	14	6,36	60	15000	8	верховой беглый	кедр
9	500	15	7,3	24	1000	2	верховой устойчивый	ель
10	1000	16	8,24	36	2000	4	верховой беглый	сосна
11	1500	17	9,18	48	10000	6	верховой устойчивый	кедр
12	2000	18	10,12	60	15000	8	верховой беглый	ель
13	500	19	11,06	24	1000	2	верховой устойчивый	сосна
14	1000	20	12,0	36	2000	4	верховой беглый	кедр
15	1500	21	12,94	48	10000	6	верховой устойчивый	ель
15	2000	22	13,88	60	15000	8	верховой беглый	сосна
17	500	23	14,82	24	1000	4	верховой устойчивый	кедр
18	1000	24	15,76	36	2000	6	верховой беглый	ель
19	1500	25	16,7	48	10000	8	верховой устойчивый	сосна

Продолжение таблицы

№ п/п	Площадь территории га	Температура воздуха, 0С	Точка росы, 0С	Последствия пожара, ч	Периметр м	Скорость ветра, м/с	Вид пожара	Насаждения
20	2000	26	17,64	60	1000	2	верховой беглый	кедр
21	500	27	18,57	24	2000	4	верховой устойчивый	ель
22	1000	28	19,5	36	10000	6	верховой беглый	сосна
23	1500	29	20,44	48	15000	8	верховой устойчивый	кедр
24	2000	30	21,38	60	1000	2	верховой беглый	ель
25	500	31	22,32	24	2000	4	верховой устойчивый	сосна
25	1000	32	23,26	36	10000	6	верховой беглый	кедр
27	1500	33	24,2	48	15000	8	верховой устойчивый	ель
28	2000	34	25,14	60	1000	4	верховой беглый	сосна
29	500	35	26,08	24	2000	6	верховой устойчивый	кедр
30	1000	6	-1,04	36	10000	8	верховой беглый	ель