ОСОБЕННОСТИ ТУШЕНИЯ ЛЕСНЫХ ПОЖАРОВ С УЧЕТОМ МИНЕРАЛИЗОВАННЫХ ПОЛОС

Гааг С.В.

Аспирант, Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С.М. Кирова

ОСОБЕННОСТИ  ТУШЕНИЯ ЛЕСНЫХ ПОЖАРОВ  С УЧЕТОМ МИНЕРАЛИЗОВАННЫХ ПОЛОС

Аннотация

Лесные пожары являются разрушающим фактором лесных экосистем. Проблемы, связанные с лесными пожарами, являются значимыми для многих стран мира ввиду того, что мониторинг и ликвидация лесных пожаров требуют значительных материальных затрат. Поэтому актуальной является задача обеспечения эффективности работы лесопожарных служб с помощью математических методов и современных информационных технологий. Современные информационные технологии мониторинга, подавления и ликвидации лесных пожаров обусловливают и   стратегию развития технических средств пожаротушения  и прокладки минерализованных полос.

На основе статистических данных показана сложная структура температурного поля пожара (ключевая характеристика), которая   определяет разнообразный спектр способов и средств пожаротушения. Рассмотрена классификация пожаров и  методов пожаротушения с учетом опорных полос. Обоснованы основные характеристики  концепции развития технических средств пожаротушения в частности, грунтомета: мобильность, экономичность, модульность, взаимозаменяемость, эффективность.

Ключевые слова: лесной пожар,  температурное поле, отжиг, тушение, классификация, грунт, минерализованная полоса, грунтомет.

 Gaag S.V.

Postgraduate student, Saint-Petersburg State Forest Technical University

FEATURES OF FOREST FIRES WITH THE FIRE LINES

Abstract

Forest fires are a destructive factor in forest ecosystems. Problems associated with forest fires, are important for many countries due to the fact that the monitoring and management of forest fires requires significant material costs. Therefore, the current task is the ensure the effectiveness of forest fire services with the help of mathematical methods and modern information technologies. Modern information technologies of monitoring, suppression and elimination of forest fires and determine the strategy for the development of technical means of fire extinguishing and laying mineralized strips.

On the basis of statistical data shows a complicated structure of the temperature field of fire (key characteristic), which determines a diverse range of methods and means of fire extinguishing. Classification of fires and methods of fire suppression, given the supporting bands. The main characteristics of the concept of development of technical means of fire extinguishing in particular, grantomet: mobility, efficiency, modularity, interchangeability, efficiency.

Keywords: forest fire, temperature field, annealing, quenching, classification, soil, mineralized band, grundomat

В процессе исследования лесных пожаров следует учитывать его сложность в качестве объектом анализа ввиду зависимости от множества факторов, среди которых следует отметить: погодные условия и климат, характеристики растительности, топографию местности, а также антропогенное воздействие. На рис. 1 показана  структура температуры (ключевой характеристики пожара) в факеле пламени [1].

Рис. 1 - Изменение температуры факела пламени в  зависимости от времени горения покрова почвы в  лесу

1 – зона контакта с горючим материалом, 2 – центральная область факела,

3 – верхняя зона факела. Кривые построены в рамках приближения линейной регрессии на основе экспериментальных данных [1]. Горизонтальная ось – время горения (t,сек); вертикальная – температура горения (^оС).

Видно, что температуры контактной зоны и верхней области пламени различаются в 2 раза, что необходимо учитывать при тушении пожаров.

Часть этих факторов являются динамическими с различной скоростью изменения. Принципиальной особенностью факторов, влияющих на пожар, является незначительная  достоверность измерения для большинства из них. Соответственно, корреляция между этими факторами, а также их влияние на динамику пожара изучены не полностью. Прежде всего, следует подчеркнуть, что для организации тушения необходима классификация лесных пожаров  на основе учета потенциала средств пожаротушения и площади пожара (см. табл.1) [2].

Таблица 1 -  Типологизация лесных пожаров

Категория пожара	Минимальное число  людей и средств пожаротушения	Площадь огня до тушения, га
Начинающийся	2...3 человека  и ручные средства тушения	До 1.5
Малый	Бригада  до 12 человек численностью , противопожарные  приспособления  и единицы техники	1.5...3.0
Средний	2-3 бригады (до 30 человек) с помощью ручных и противопожарных  агрегатов	3.0...25.0
Крупный	6- 9 бригад (60...90 человек) посредством технических механизмов – от 3 до 8  противопожарных агрегатов	25.00...200.0
Особо крупный	Бригады численностью более 100 человек посредством механизмов – более 8 противопожарных агрегатов	Более 200

 

Классификация дает возможность спланировать затраты и эффективно распределить ресурсы для  тушения  пожаров.

Укрупнено методы ликвидации лесных пожаров можно классифицировать на прямые (активные) и косвенные (пассивные). При первом методе воздействуют на кромку лесного пожара или около нее формируется полоса. Данный метод  используется для тушения лесного пожара при его возникновении. Второй метод предполагает на пути развития пламени обработку лесополос (материалов горения) противопожарными составами, а также   удаление материалов горения. Второй способ используется при фиксации границы пламени на дистанции от кромки пламени. Данный способ применяется, если необходимы:

-отвод людей от линии пожара из-за его интенсивности;

-оптимизация зоны генерации полосы;

-уменьшение длины полосы и времени ее формирования;

-использование  преград различного происхождения.

Процесс тушения лесного пожара включает в себя спектр операций: локализацию; дотушивание очагов возгорания; мониторинг зоны пожара.

Тактика пожаротушения базируется на мониторинге пожара и  определяет:

• характер, динамику его развития и площадь; конфигурацию;
• потенциальные пути развития;
• преграды развитию лесного пожара;
• потенциал динамики лесного пожара из-за особенностей ландшафта леса;
• возможность применения механизированных средств пожаротушения;
• источники воды и возможность их использования;
• полосы для генерации встречного огня и особенности их формирования;
• безопасные стоянки, вероятные пути эвакуации при прорыве огня, места укрытия [3].

Выбор метода тушения пожара зависит от его характера, среды, которая существенно определяется температурным полем (см. рис.2), средствами ликвидации  пожара и оперативностью их доставки.

Рис. 2 – Изменение удельного потока энергии (q) при удалении от фронта низового пожара для разных высот огня (h, м: 0,25 (1), 0,5 (2), 0,75 (3). Характерные масштабы пожара:  по  горизонтали - 10 м, по вертикали - 0,5 м, при температуре 800°С [1]. Горизонтальная ось – расстояние от фронта пламени (L,м); вертикальная ось – удельный поток энергии q, 10³ вт/м².

На рисунке 2 показана экспоненциальная динамика убывания температуры с расстоянием от фронта пожара и зависимость потока энергии от  высоты  пожара.

При детальной классификации можно выделить следующие методы  ликвидации возгораний.

1. Захлестывание пламени по кромке пожара невысокой интенсивности. Срыв огня на кромке применяется для остановки пламени.

2. Засыпка грунтом границы пожара используется на песчаных или почвах со слабым дерном, если сбивание пламени непродуктивно, а быстро сформировать полосу маловероятно. При использовании этого метода  грунт веером подается на кромку. Вначале сбивают         огонь, а потом обеспечивают засыпку границы пожара полосой.

3. Формование для преграды огню полос посредством грунтометов и противопожарной техники. Подобные преграды применяются для: фиксации пожаров и применения метода отжига. Полосы с учетом характеристик пламени формируют одинарные или двойные. Следует отметить, что формирование перед границей пламени адекватной преграды занимает больше времени, чем формирование ее посредством отжига. Соответственно предпочтителен отжиг от полосы, которая формируется на расстоянии от границы пламени и гранями стыкуется с барьерами (дороги, ручьи). Заградительные полосы прокладывают и взрывчаткой.

4. Использование метода отжига. Отжиг служит продуктивным методом ликвидации пожаров. Данным методом возможно локализовать развитие пожаров малыми силами. Генерация отжига происходит от барьеров (дорог, рек, полос), а если их нет - от полос масштаба 0,3-0,5 м вблизи пламени. Поджиг почвенного слоя происходит по кромке полосы, направленной к пламени  без зазоров.

Пуск отжига целесообразен против фронта пламени на дистанции от  кромки низового пожара более 10 м. При пожарах значительной удельной энергии и ветровых нагрузках при скорости более 5 м/с дистанция отжига от фронта пламени увеличивается до 100 м. Для верховых векторов пламени нужно создать полосу отжига перед фронтом пламени до 200 м. Иллюстрацией к динамике масштаба полосы является рис.3., где показана зависимость зоны распространения пламени от времени горения, скорости ветра и объема материала горения. При расчете расстояния нужно учитывать, что скорость распространения огня  днем в 3-20 раз меньше. Соответственно наиболее эффективно останавливать верховые пожары  в иное время суток.

Рис. 3 -  Зависимость площади  пожара (S) от времени горения (t) при вариации влажности горючего материала, %: 25 (1), 20 (2), 10 (2), 5 (3).

(температура окружающей среды 21°С, скорость ветра 1 м/с, объем горючего материала (ГМ) 1,4 кг/м²); кривая 1 – аппроксимация экспериментальных данных при влажности ГМ - 20 %[1], кривые 2,3 – экстраполяция. Горизонтальная ось – время пожара, t,мин.; вертикальная ось- площадь пожара (S), м².

Если затруднительно фиксировать фронт пламени на боковых поверхностях и сзади, то полоса отжига создается в форме петли. Для быстроты ее выжигания применяются разные методы: при ликвидации верхового пожара эффективен метод "ступенчатого огня". Он сводится к формированию кроме основной полосы двух параллельных на дистанции 15-30 м между собой. От каждой из них ведется отжиг, начиная от ближней к пожару.

5. Гашение кромки пламени водой из огнетушителей, цистерн, опрыскивателей.

6. Гашение пожара при помощи пенообразователей, смачивателей и ретардантов. Химические добавки в воду бывают трех видов: пенообразующие, гидрофильные и ретарданты.

7. Ликвидация лесных  пожаров авиацией при обработке лесных полос на путях развития пожара при помощи слива воды, а также при высадке десанта.

8. Ликвидация пожаров при помощи взрывчатки для генерации полос или волн для срыва огня и заброса грунта на фронт пламени пожара.

9. Тушение пожара стимулированными осадками из облаков путем обстрела облака  ракетами.

При тушении крупных лесных пожаров эффективным является формирование  противопожарных барьеров, которые в немалой степени определяют модели пожаров и методологию  противодействия им [4].

Противопожарные барьеры – это участки территории, служащие преградой  распространению лесных пожаров. Их эффект основан на том, что объем и характеристики горючих материалов таковы, что возгорание в зоне барьера маловероятно.

Противопожарные барьеры классифицируются на четыре группы:

-практически невозгораемые барьеры при отсутствии горючих материалов –водные преграды; шоссе; поля, песчаные зоны; каменистые области;

- барьеры с ограничением горючих материалов, недостаточным для распространения пожара. Среди них: лесные дороги, минерализованные полосы, просеки;

- барьеры с горючими материалами малой пожароопасности – территории лиственных или смешанных древостоев, полосы из люпина, картофеля, полосы лесной территории, обработанные замедлителями горения;

-противопожарные барьеры гибридные, содержащие в комбинации другие барьеры, например, противопожарные разрывы с дорогами, лиственный древостой (опушки), расчлененные минерализованными полосами.

  Таким образом, показанная  выше на основе статистических данных сложная структура температурного поля пожара, ключевая его характеристика предполагает  использование спектра способов и технических средств пожаротушения, в частности, с учетом разновидностей минерализованных полос. В работе [5]  рассмотрены тенденции развития технических инноваций по тушению лесных пожаров. Выделен тренд увеличения надежности посредством защиты рабочего модуля от ударов о препятствия, повышения эффективности работы при взаимодействии  с уплотненными грунтами, насыщенными корнями, снижения массогабаритных характеристик.

В целом, стратегия развития технических систем пожаротушения в частности, грунтомета, должна базироваться на концепции,  основные характеристики  которой следующие: мобильность, экономичность, модульность, взаимозаменяемость, эффективность.

В заключении следует отметить, что сложная структура пожара, обусловливает для обеспечения результативности   спектр способов и технических средств пожаротушения, в частности, с учетом разновидностей минерализованных полос. Отмеченный тренд инновационных технологий противопожарных систем в увеличении надежности при защите рабочего модуля от ударов, повышения эффективности работы при взаимодействии  с уплотненными грунтами, снижения массогабаритных характеристик предполагает, что стратегия развития технических систем пожаротушения в частности, грунтомета, должна базироваться на концепции,  основные характеристики которой следующие: мобильность, экономичность, модульность, взаимозаменяемость, эффективность.

Список литературы / References

1. Гоман П.Н. Экспериментально-численное моделирование процесса горения и распространения огня в условиях лесного низового пожара [Электронный ресурс] / П.Н. Гоман, В.Р. Соболь, Д.В. Баровик, В.Б. Таранчук // Интернет-журнал "Технологии техносферной безопасности" 2011 - Вып. № 3 (37) - URL: http://ipb.mos.ru/ttb (дата обращения 3.10.2016).
2. Доррер Г.А. Оценка и прогнозирование динамики крупных лесных пожаров [Электронный ресурс] / Г.А. Доррер, В.С. Коморовский, С.П. Якимов //Технологии техносферной безопасности: Интернет-журнал. – 2011. –Вып. 2 (36). –URL:http://ipb.mos.ru/ttb (дата обращения: 3.10.2016).
3. Доррер Г.А. Динамика лесных пожаров/ Г.А. Доррер. -Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2008. - 404 с.
4. Гусев В.Г. Физико-математические модели распространения пожаров и противопожарные барьеры в сосновых лесах / В.Г. Гусев. - СПб.: НИИ ЛХ, 2005.- 200 с.
5. Ступников Д.С. Орудия для профилактики и тушения лесных пожаров / Д.С. Ступников //Воронежский научно-технический вестник. – 2015.  -№ 2(12) июнь.- С.62-67.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Goman P. N., Sobol' V. R., Borovik D. V., Taranchuk V. B. Eksperimentalno-chislennoe modelirovanie processa gorenija i rasprostranenija ognja v uslovijah lesnogo nizovogo pozhara [Experimental and numerical modeling of combustion process and flame propagation in terms of forest ground fire] / P. N. Goman, V. R. Sobol', D. V. Borovik, V. B. Taranchuk //Internet zhurnal “Technologii nechnosfernoi bezopasnosti” [Internet journal "technologies of technospheric safety"] .- 2011.-Issue № 3 (37) (http://ipb.mos.ru/ttb). (accessed 3.10.2016). [in Russian].
2. Dorrer G. A., Komorowski V. S., Yakimov S. P. Otsenka I pradskazanie dinamiki bolshih pozharov [Evaluation and prediction of the dynamics of large forest fire] / G. A. Dorrer, V. S. Komorowski, S. P. Yakimov // Internet zhurnal “Technologii nechnosfernoi bezopasnosti” [Internet journal "technologies of technospheric safety"] – 2011. –Vol. 2 (36).– http://ipb.mos.ru/ttb. (accessed 3.10.2016). [in Russian].
3. Dorrer G. A. Dinamika lesnih pozharov [ Dynamics of forest fires]./ G. A. Dorrer.- Novosibirsk: Izd-vo SO RAN, 2008. -404 p. [in Russian].
4. Gusev V. G. Phiziko-matematicheskie modeli rasprostranenija pozharov I protivopozharnii bareri v sosnovii lesah [Physical-mathematical models of the spread of fires and fire-prevention barriers in pine woods]. / V. G. Gusev S.-Pb.: NII LKH, 2005. -200 p. [in Russian].
5. Stupnikov D. S. Instrumenti dlja predotvrachenija i tuchenija lesniih pozharov [Instruments for the prevention and extinguishing of forest fires]/ D. S. Stupnikov //Voronezhskii nauchno-tachnicheskii vestnik [Voronezh scientific and technical Bulletin]. -2015.- № 2(12) June.- Р. 62-67. [in Russian].