Analysis of impact of forest and steppe fires on cities andvillages and the new determinate and probability model for prediction of firedangerous in villages and cities.pdf 1. О некоторых последствиях природных пожаров в РоссииЛесные пожары - настоящий бич российских лесов. Ежегодный ущерб от нихлесному хозяйству России составляет 3 - 7 млрд руб. [1, 2]. Лесные пожары по-вреждают или уничтожают деревья и пагубно влияют на другую растительность.Пожары могут вызвать возгорания зданий в населенных пунктах, деревянныхмостов, линий электропередачи и связи на деревянных столбах, складов нефте-продуктов и других сгораемых материалов, а также поражение людей и сельско-хозяйственных животных.Масштаб ущерба, наносимого лесными пожарами, можно проследить на при-мере Иркутской области [1]. Май 1990 года в Иркутской области выдался засуш-ливым и знойным. Уже к середине месяца температура воздуха в г. Братске дос-тигла отметки в 24 С, а в городах Иркутске и Ангарске поднялась до 36 С. Соз-дались реальные условия для возникновения лесных пожаров. К 15 мая на терри-тории только Иркутской области отмечалось свыше 1200 очагов лесных пожаров,охвативших около 200 тыс. га лесной территории, в том числе на площади свыше33 тыс. га бушевали верховые пожары. Во многих местах пожары вплотную при-близились к населенным пунктам. 16 мая по территории области прошел атмо-сферный фронт, вызвавший штормовой ветер, достигший в отдельных районахураганной силы (35 - 40 м/с). В 8 городах и 37 населенных пунктах возникли мас-совые пожары, причинами которых послужили падения опор линий электропере-дачи, короткое замыкание на электросетях, распространение огня с горящего леса,кустарников и горящих отвалов опилок на лесопильных объектах.В результате перехода лесных пожаров на деревянные постройки населенныхпунктов в Иркутской области было уничтожено огнем 723 жилых дома, 1123 дач-ных домика, 6 складов материальных средств, склад горюче-смазочных материалов,5 магазинов, 3 гаража, 2 детских сада, школа, склад, другие объекты. В результатебедствия погибли 27 человек, в том числе 2 детей. Больше всего погибших оказа-лось в г. Ангарске - 17 человек. В Ангарске пронесшимся верховым пожаром прак-тически была уничтожена вся зеленая зона, а в Братске огромными усилиями уда-лось приостановить распространение огня на склад хлора и подготовленные к от-правке железнодорожные цистерны с этим очень опасным продуктом.100 А.М. Гришин, П.В. ПугачеваСерьезный ущерб был нанесен 4 крупным объектам экономики: лесобиржеБратского лесоперерабатывающего комбината, производственному объединениюКитойлес, двум деревообрабатывающим комбинатам в г. Ангарске.Большой урон был нанесен энергетическим системам области. Из-за урагана ипожаров на 6 предприятиях энергосистемы произошло около 200 отключений се-тей, линий электропередачи и подстанций с их частичным или полным поврежде-нием. Было выведено из строя 206 км воздушных линий связи и радиофикации,27 км кабельных линий, 10 усилителей проводного вещания, 3 микротранслятора,сгорели почтовое отделение, автоматическая телефонная станция, около тысячидеревянных опор линий связи.Значительный ущерб был нанесен сельскому хозяйству. Полностью уничто-женными оказались зерновые культуры на площади 165 тыс. га, посевы рапса - на1,4 тыс. га, овощные культуры - на 14 тыс. га. Погибло около 300 голов крупногорогатого скота, большое количество овец, свиней, птицы. Огнем были уничтоже-ны жилые, производственные и административные постройки, в том числе 7 те-лятников, 2 конюшни, фуражный склад.В 1996 году огонь пришел по садоводствам Мельничной пади. На борьбу с ог-нем были брошены все силы пожарных. Но этого явно не хватало. Огненный палшел сплошной стеной. В один день сгорело 64 дачных домика.Весной 1997 года лесной пожар уничтожил один из детских лагерей подУсольем-Сибирским.В 2002 году, в ночь с 15 на 16 мая, в области сгорел населенный пункт Боровое(потеряли жилье 132 человека, всего 47 семей), а 6 июня 2003 года сгорела дерев-ня Солнцепечная.На сегодняшний день в стране порядка 30 тысяч населенных пунктов потенци-ально подвержено угрозе лесных пожаров, в этих населенных пунктах к тому жеотсутствует добровольная пожарная охрана.Кроме того, лесные пожары нередко угрожают и промышленным объектам, вособенности - нефтяным и газовым месторождениям, нефте- и газопроводам,расположенным на территориях, где в случае лесного пожара возникает реальнаяугроза.Ниже приведены сведения о различных случаях возникновения городских ипоселковых пожаров в результате действия лесных пожаров:31.07.02, Ивановская область. В Кинешемском районе в деревне Галкино (из-вестной по неудачному подземному ядерному взрыву), лесной низовой пожар пе-рекинулся на четыре деревянных дома, к счастью, нежилых. Огонь, силами по-жарных и местных жителей, удалось нейтрализовать.06.06.03, Иркутская область, Иркутский район. Лесной пожар уничтожил за-имку Солнцелесная в Иркутском районе Иркутской области. Всего сгорели 11домов. Из-за сильного ветра огонь от лесного пожара перекинулся на дома, спастикоторые не удалось. Пострадавших нет.20.05.04, Омская область, Тарский район. Тринадцать жилых домов сгорели врезультате лесного пожара в таежной деревне Уразай. Огонь подобрался к жи-лью из тайги. Люди не пострадали, однако 12 семей лишились крова и имущества.Сильнейшая жара (35 - 37 С) стала причиной многочисленных очагов пожара.Полностью сгорела деревня Каргайлы в Тевризском районе.04.05.06, Хабаровский край. Лесной пожар стал причиной чрезвычайного про-исшествия в селе Болонь Хабаровского края. Лесной пожар перекинулся на насе-ленный пункт, огонь уничтожил 9 жилых домов и несколько хозяйственных по-Анализ действия лесных и степных пожаров на города и поселки 101строек. Без крова остались 16 человек, в том числе двое детей. Тушение пожараосложнялось сильным ветром, способствовавшим распространению огня.15.05.06, Бурятия. Существовала реальная угроза перехода лесного пожара накоттеджный поселок Светлый, расположенный на горе в районе ТЭЦ-2 и окру-женный лесом сразу с трех сторон. К счастью, огню не удалось преодолеть сто-метровый рубеж от жилых домов.21.05.06, Иркутская область, д. Глинки. Сгорели 18 жилых домов, пострадав-ших на пожаре нет, борьбу с огнем вели двадцать пожарных расчетов.07.10.06, Читинская область. В Читинской области ограничено движение по-ездов по участку Транссибирской магистрали. Составы идут по временной схеме- в обе стороны по одному пути. На железную дорогу перекинулся лесной пожар- загорелось рельсовое полотно с деревянными шпалами.2. Действие лесных пожаров на г. Лос-Аламос (США)Одним из самых катастрофических лесных пожаров за последние годы сталпожар Cerro Grande в районе г. Лос-Аламос в мае-июне 2000 г. Данный случайпредставляет особый интерес, так как в этом городе находится известная во всеммире Лос-Аламосская Национальная лаборатория, объекты которой находилисьпод угрозой бушующей стихии [3 - 5].Лос-Аламосская лаборатория расположена на плоскогорье, окруженном гор-ными вершинами, покрытыми лесами [3-5]. Это весьма необычная местность, об-ладающая определенными геологическими особенностями.Город Лос-Аламос расположен на высоте 7300 футов над уровнем моря. В немзасушливый и горный климатом. В связи с этим, воздух здесь более разряженный,а солнечный свет сильнее, чем на уровне моря. Эта территория оседает ежегодновниз на 0,457 м. Летняя температура колеблется от 294,8 - 305,4 К днем до 283,1 -288,7 К ночью; и соответственно от 283,1 - 288,7 К до 260,9 - 266,5 К [3 - 5] зимой.Пожар Серро Гранде длился месяц - с 13 часов 5.05.2000 до 6.06.2000 г. [3 -5]. Скорость сначала западного, а потом юго-западного ветра достигала от 16 до18 м/c , влагосодержание элементов лесных горючих материалов (хвоинки, тонкиеветочки и сухая трава) было меньше 10 %, температура воздуха 293 К, а влаж-ность воздуха 23 - 28 %. Местность в районе пожара является гористой, что спо-собствовало быстрому распространению лесных пожаров.В огне пожара погибли леса на территории 20 000 га. В г. Лос-Аламосе сгоре-ло 500 домов. Были эвакуированы около 30 000 человек - почти все жители этогогорода. Деятельность Лос-Аламосской национальной лаборатории (LANL) былапрактически прекращена.Борьбой с огнем занимались ежедневно 1213 лесных пожарных, 3 - 4 вертолета,10 - 15 пожарных машин. Убытки от пожара превысили один миллиард долларов.Если судить по последствиям, то лесной пожар в окрестностях Лос-Аламоса былсложным и включал в себя сильные низовые лесные пожары, повальные верховые ипятнистые пожары. Основная особенность последнего типа лесного пожара - вы-брос горящих частиц (тонкие веточки, частицы коры) в приземный слой атмосферы.Эти частицы благодаря действию ветра переносятся на значительные расстояния(сотни метров), в результате чего могут образовываться новые очаги как лесных,так и городских пожаров, последствия которых представлены на рис. 1.Причина пожара - так называемые профилактические выжигания остатков су-хой прошлогодней растительности. Эта технология широко используется работ-102 А.М. Гришин, П.В. Пугачеваниками Федеральной лесной службы США для предотвращения крупных лесныхпожаров. Решение об использовании этого технологического приема принимаетсяв США на местном уровне - лицом, которого по номенклатуре специальностей,принятой в России, можно назвать лесничим.Рис. 1. Последствия городских пожаров в Лос-Аламосе(снимок сделан ночью) [3-5]На основании анализа последствий этих профилактических выжиганий, можноутверждать, что, по крайней мере, для лесов вблизи потенциально опасных объек-тов нецелесообразно использовать так называемые профилактические выжигания,так как это может привести к катастрофическим последствиям.Надо сказать, что скорость распространения верхового фронта лесного пожараи высота факела пламени в значительной мере зависит от скорости ветра и кру-тизны склона гор, на которых расположены леса. Особенностью такого пожараявляется то, что в окрестности его фронта возникают мощные восходящие потокивоздуха, способные срывать горящие ветки.Эти горящие элементы растительности подхватываются ветром и перемеща-ются на значительные расстояния в направлении скорости ветра и затем в видегубительного огненного дождя выпадают впереди фронта пожара.Таким образом, одним из поражающих факторов повальных лесных пожаровявляются горящие элементы растительности. Другими поражающими факторамиАнализ действия лесных и степных пожаров на города и поселки 103являются мощные конвективные и радиационные тепловые потоки, генерируемыефронтом повального верхового пожара.3. Физическая модель возникновения природных пожарови их действия на города и поселкиСледует отметить, что при сильном порывистом ветре при лесных пожарах открон деревьев могут отрываться горящие тонкие охвоенные веточки и образуетсясвоеобразный огненный дождь. В результате действия горящих частиц могутвозникать очаги городских пожаров, которые, в свою очередь, могут генерироватьгорящие частицы, в результате чего реализуется эстафетный механизм распро-странения городского или поселкового пожара. Именно такой механизм распро-странения пожара наблюдался после профилактического выжигания сухой про-шлогодней растительности (опада хвойных деревьев и сухой травы) в лесах, ок-ружающих г. Лос-Аламос (США) в мае 2000 г. [3-5].Общая схема возникновения природных (лесных и степных) и городских по-жаров в населенных пунктах дана на рис. 2.1Высушивание слоя РГМ в результате действия излуче-ния от Солнца и конвективно-кондуктивного теплооб-мена растительности с приземным слоем атмосферыДостижение такого состоя-ния слоя РГМ, при которомвлагосодержание W этогослоя становится меньшекритического значения W*Действиесухих грозАнтропо-геннаянагрузкаВоспламенение РГМ и возникновениелесных и степных пожаровДействие поражающих факторов лесных и степныхпожаров на населенные пункты и населениеВозникновение пожаров в населенных пунктахи факторов, поражающих населениеДействиелучистыхтепловыхпотоковот фронталесногопожараДействиеогненныхсмерчейна насе-ленныепунктыДействиеконвектив-ных тепло-вых потоковот фронталесногопожараДействиегорящихчастиц нанаселенныепункты2Рис. 2. Схема возникновения лесных, степных пожарови пожаров в населенных пунктах [6]104 А.М. Гришин, П.В. ПугачеваСведения о различных поражающих факторах природных пожаров даны в ра-ботах [7, 8]. В результате анализа этих сведений установлены следующие пора-жающие факторы:1) конвективный тепловой поток от фронта природного пожара;2) лучистый поток от фронта природного пожара;3) действие горящих охвоенных веточек на населенные пункты (огненныйдождь);4) действие огненных смерчей на населенные пункты.Наименее изучен последний поражающий фактор. В частности, представляютинтерес условия совместного распространения огненных смерчей, вращающихсяв разные стороны.Затем следует исследовать область данных, необходимых для разработки ма-тематической модели, описывающей распространение пожара в зоне застройки,где расположены не только здания и сооружения, но и лесные горючие материалы- деревья, кустарники и растительная подстилка [9].Основным параметром, характеризующим местность, от которого зависит по-жар, является количество горючего вещества, находящегося на данной террито-рии. В особенности следует отметить, что потенциальная энергия горючего веще-ства, приходящаяся на единицу площади, служит мерой, с помощью которойможно провести непосредственное сравнение между горючими веществами в ус-ловиях лесной зоны и территорией с расположенными на ней зданиями и соору-жениями.В пригороде и в зоне городской застройки ключевой количественной характе-ристикой при определении горючей загрузки и поведения пожара является плот-ность зданий и сооружений, а также наличие горючих материалов в этих зданиях.Плотность деревьев, кустарников и напочвенного покрова (газонов) может такжеиметь значение при определении поведения пожара, но очевидно, что плотностьзастройки является решающей характеристикой.Вопросы, связанные с лесными и смешанными пожарами, обсуждаются ввосьмой главе книги Чандлера с соавторами [10]. В этой главе сделано несколькоочень важных наблюдений. Во-первых, авторы отмечают, что горючая загрузка взоне застройки во много раз отличается от лесной зоны: самые тяжелые расти-тельные горючие материалы в лесу, как правило, имеют меньшую плотность, чемсамые легкие горючие материалы в зоне застройки. Далее авторы отмечают, чтогорючие материалы в зданиях состоят из различных горючих веществ, в то времякак лесные горючие материалы состоят в основном из целлюлозы. Они также об-ращают внимание на несколько важных отличий между горением в каком-либосооружении и горением лесных горючих материалов. Влажность, которая оченьважна во время горения, внутри помещений контролируется и поддерживается наопределенном уровне, но в лесу определяется параметрами окружающей среды,такими, как солнечное излучение, ветер и осадки. Тепловое излучение от пожаравнутри помещения задерживается стенами здания, в то время как тепловое излу-чение при лесном пожаре уходит в окружающую среду. Аналогично, большаячасть конвективного тепла при пожаре в зданиях задерживается внутри помеще-ний, но выбрасывается в атмосферу при лесном пожаре. Кроме того, количествокислорода при пожаре в помещении несколько ограничено и практически беско-нечно при лесном пожаре [9].Анализ действия лесных и степных пожаров на города и поселки 1054. Новая детерминированно-вероятностная модельвозникновения пожаров в населенных пунктахв результате действия лесных пожаровВ работах [6, 11] изложена новая детерминировано-вероятностная методикадля прогноза возникновения лесных пожаров, основанная на использовании фи-зических моделей этого явления и теории вероятностей.Для оценки вероятности возникновения пожара в населенных пунктах очевид-но необходимо знать вероятность возникновения лесного пожара.Кроме того, надо знать тип лесного или степного пожара. Наиболее опаснымиявляются верховые лесные пожары, которые при сильном ветре распространяют-ся со столь большой скоростью, что человек не может убежать от фронта верхо-вого лесного пожара.Анализ данных о возникновении городских пожаров в результате действия напоселки и города природных пожаров показывает, что возможны два механизмавозникновения этих пожаров:1) в результате действия сильного природного пожара при одностороннемсильном ветре;2) при действии повального верхового лесного пожара на город, расположен-ный на горном плато, склоны которого покрыты лесом.На рис. 3 представлена схема действия поражающих факторов природныхпожаров на поселки и города, расположенные на равнине, а на рис. 4 - на плос-когорье.12MNv_M1MjMj+1Mj-13ГРис. 3. Схема действия природного пожара на населенныйпункт, расположенный на плоской подстилающей поверхно-сти: 1 - растительный горючий материал; v_ - скорость вет-ра; 2 - фронт природного пожара; Г - граница города;М1, Мj-1, Мj, Мj+1, МN - точки на границе города; 3 - терри-тория города106 А.М. Гришин, П.В. ПугачеваПоскольку скорость ветра имеет определенное направление, то поражающиефакторы природного пожара действуют на населенный пункт слева (см. рис. 3),причем, чем больше скорость ветра, тем больше вероятность того, что под дейст-вием поражающих факторов природного пожара возникнет городской пожар. Ес-ли ветер отсутствует, то природный пожар распространяется с незначительнойскоростью и, как правило, пожарные успевают потушить его прежде, чем он пе-рейдет в городской пожар.2v_M1 M2MN2v 1_4Г13ГРис. 4. Схема действия природного пожара на населенный пункт, распо-ложенный на плоскогорье: 1 - РГМ (лес и степь); v_ - скорость ветра;2 - фронт природного пожара на границе города; Г - граница города;4 - плоскогорье, покрытое лесомВ том случае, если населенный пункт расположен на плоскогорье, покрытомлесом, то пожар в нем может возникнуть даже в отсутствие обычного ветра, таккак горячие газообразные и дисперсные продукты горения растительных горючихматериалов всплывают вверх под действием свободной конвекции и поджигаютдеревянные дома в этом населенном пункте. Примером такого случая, как ужеотмечено, может служить пожар в г. Лос-Аламос (США) в мае 2002 г. [3 - 5].Для оценки вероятности возникновения природных пожаров в работах [6, 11]предложена формула( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )1ПП A ПП/А M ПП/M CNij ij ij ij ij ijiP P P Р P P==Σ⎡⎣ + ⎤⎦ ; (1)( )0 при ,1 при 0 .ij iniji ijij iiW WP C W FW WF W∗∗∗⎧ >⎪⎪= ⎨ ⎛ ⎞⎪ ⎜ − ⎟ < ≤⎪ ⎜ ⎟ ⎩ ⎝ ⎠(2)Здесь Рij(ПП) - вероятность возникновения природного пожара на i-й контроли-руемой территории [6, 11], покрытой РГМ; Рij(А) - вероятность антропогеннойнагрузки; Рij(ПП/А) - вероятность возникновения природного пожара вследствиеантропогенной нагрузки на площади Fi; Рij(М) - вероятность возникновения сухихгроз на площади Fi; Рij(ПП/М) - вероятность возникновения природного пожараАнализ действия лесных и степных пожаров на города и поселки 107от молнии при условии, что сухие грозы могут иметь место на площади Fi; Рij(С) -вероятность того, что влагосодержание слоя РГМ будет меньше критического(вероятность возникновения пожара по метеоусловиям); F - общая площадь рас-тительности; Fi - площадь отдельного выдела этой растительности; Wij - влагосо-держание для j-го временного интервала на i-м выделе максимального по массо-вой концентрации ОПГ; W*i - критическое влагосодержание на i-м выделе макси-мального по массовой концентрации ОПГ.Эта формула проверена путем ретроспективного анализа числа лесных пожа-ров, которые имели место в Тимирязевском лесхозе Томской области [11].Представляет интерес вероятность пожара в населенном пункте, расположен-ном в лесу или степи. Для этого разбиваем границу города на отдельные участки,как это сделано на рис. 4. На основе использования метеоданных определяем на-правление и величину скорости ветра, а также температуру газообразных и дис-персных частиц.Пусть господствующее направление ветра в точке контура города Мj известнопо величине и направлению. Тогда, используя методику, представленную в рабо-тах [6, 11], получим для определения вероятности возникновения пожара в мо-мент времени tj на i-й контролируемой территории населенного пункта следую-щую формулу для определения вероятности:( ) ( )41 2 3 41 1 1ПП ППN Nj ij j j j j ij jki i kP P P P P P P P= = ==Σ ⎡⎣ + + + ⎤⎦ =Σ Σ . (3)Здесь Рj - вероятность возникновения пожара на окраине населенного пункта в j-ймомент времени; Рij(ПП) - вероятность возникновения природного пожара, опре-деляемая формулой (1); Рjk - вероятности зажигания поселковых или городскихстроений в результате действия на них поражающих факторов лесных пожаров(k = 1, 2 соответствует зажиганию от лучистого и конвективного тепловых пото-ков, генерированных природным пожаром; k = 3 - зажиганию строений от горя-щих частиц, возникающих при природных пожарах, а k = 4 - зажиганию в резуль-тате действия огненных смерчей).

Скачать электронную версию публикации