CC BY
91
№4.
17. Boychuk S.V., Dunaev P.D. Rol' interleykina-2 v patogeneze i terapii vich-infektsii // Kazanskiy meditsinskiy zhumal. - 2008. -- S. 515-521.
Ребезов М.Б.1, Топурия Г.М.2, Топурия Л.Ю.3
1 Доктор сельскохозяйственных наук, Южно-Уральский государственный университет, 2доктор биологических наук, 3доктор биологических наук, Оренбургский государственный аграрный университет
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ЮЖНОГО УРАЛА
Аннотация
В статье представлен мониторинговый анализ экологического состояния сельскохозяйственных ресурсов в Оренбургской области. Показано, что экологическая ситуация в регионе довольно сложная.
Ключевые слова: сельское хозяйство, антропогенное загрязнение, химические ксенобиотики, экологическая обстановка.
Rebezov M.B.1, Topuriya G.M.2, Topuriya L.Yu.3
^Doktor agricultural sciences, Southern Ural state university, 2Doktor biological sciences, 3Doktor biological sciences, Orenburg state
agricultural university
ENVIRONMENTAL PROBLEMS OF SOUTH URAL
Abstract
The monitoring analysis of an ecological condition of agricultural resources in the Orenburg region is presented in article. It is shown that an ecological situation in the region the quite composite.
Keywords: agriculture, anthropogenous pollution, chemical xenobiotics, ecological situation.
Загрязнение объектов внешней среды различными химическими соединениями в индустриальный век представляет растущую угрозу для здоровья животных. Влияние хозяйственной активности человека прежде всего весьма значительно для аграрных экосистем, так как это связано с поступлением широкого спектра токсикантов в организм человека с сельскохозяйственной продукцией. Особенно опасно суммарное воздействие экотоксикантов на популяции животных и биологические объекты, их способность накапливаться и ухудшать санитарное качество продуктов животноводства, вызывать отдаленные последствия, связанные с мутагенным, эмбриотоксическим, тератогенным, канцерогенным действием [1].
Сельскохозяйственные животные, с точки зрения экологии, представляют собой компоненты искусственных биоценозов, созданных деятельностью человека. В отличие от естественных, агробиоценозы характеризуются незначительными адаптивными возможностями, что обусловлено, низкой экологической валентностью организмов, входящих в его состав [2-10].
В связи с глобальным загрязнением окружающей среды, использованием интенсивных технологий в промышленном животноводстве особую актуальность приобретает изучение состояния здоровья животных на территориях с высокой техногенной нагрузкой. Экологически неблагоприятные факторы внешней среды оказывают негативное влияние на организм продуктивных животных: нарушаются процессы обмена веществ, изменяется структура органов, возникают вторичные иммунодефицита, снижается воспроизводительная способность, что приводит к развитию различных заболеваний.
Вторая половина XX в. ознаменовалась пристальным вниманием к проблеме экологии, возникновением разрозненных, а затем все более сплоченных экологических движений. За последние десятилетия наши знания пополнились огромным количеством данных о состоянии ноосферы, источниках вредного влияния на внешнюю среду, биотрансформации поллютантов [11].
Анализ экологической ситуации на территории РФ свидетельствует о том, что несмотря на спад производства и осуществление за последнее время ряда природоохранных мероприятий как федерального, так и регионального значения, обстановка на территориях, наиболее развитых экономически, остается неблагополучной, а загрязнение природной среды - высоким.
Концентрация вредных веществ в атмосферном воздухе превышает ПДК в 185 городах с общим населением около 60 млн чел. Отмечено ухудшение качества поверхностных вод. Так, основные реки - Волга, Дон, Кубань, Енисей, Лена, Печора - оцениваются как «загрязненные», их крупные притоки - Ока, Кама, Томь, Иртыш, Тобол, Миасс, Тура - как «очень загрязненные». К последним относится и река Урал.
Сохраняется тревожная тенденция относительного и абсолютного сокращения площадей продуктивных сельхозугодий вследствие продолжающегося снижения плодородия почв и их эрозии [12].
Оренбургская область занимает обширную территорию площадью 124 тыс. кв. км на юго-восточной окраине европейской части России. Общая протяженность границ области составляет около 3700 км. Территория вытянута с запада на восток на 750 км. В естественно-историческом отношении Оренбургский край расположен в центре Евразии [13].
Общая численность населения - 2199,4 тыс. чел. Около 43 % (945,7 тыс.) населения проживает в 35 районах сельской местности. Число сельских населенных пунктов - 1753. Городское население представлено 12 городами и 5 поселками городского типа. Плотность числа жителей равна 17,8 чел/ км2, средняя плотность населения в 2,1 раза выше среднероссийской; по этому показателю регион занимает 21 -е место среди краев, областей и республик России.
Климат Оренбургской области характеризуется как резко континентальный и засушливый. Зима холодная, малоснежная, обычно с ясной тихой погодой, нарушаемой снежными буранами. Лето жаркое, с частыми суховеями. Средняя температура января колеблется от -14°С на западе до -18°С на востоке, июля - от +19°С на севере до +22°С на юге. В отдельные годы воздух в летние месяцы прогревается до 40-43°С, а зимой температура воздуха понижается до -43...-45°С. Особенность континентальности проявляется в недостаточности годового количества осадков, которое колеблется от 450 мм на северо-западе до 350 мм и менее на юге и юго- востоке. Холодным временем года считается период с октября по март, теплым - с апреля по сентябрь [14].
Оренбургская область является крупным промышленным регионом, в котором сосредоточено множество металлургических, нефтегазовых, химических, машиностроительных предприятий, объекты электроэнергетики и теплофикации, что оказывает негативное влияние на экологическое состояние территории.
В центральном регионе области основными загрязнителями среды обитания являются Оренбургский газоперерабатывающий и гелиевый заводы, предприятия энергетики и автотранспорт. В восточном регионе сосредоточены предприятия черной и цветной металлургии: Орско-Халиловский металлургический комбинат, Гайский горно-обогатительный и Медногорский медно-серный комбинаты, Южно-Уральский криолитовый завод и др. В западном регионе основными загрязнителями среды обитания являются предприятия нефтеперерабатывающей промышленности [15].
На территории области было произведено 6 ядерных взрывов: 1) в 1954 г. - испытание ядерного оружия на Тоцком полигоне; 2) в 1972 г. - «Регион-1» (Курманаевский район) - с целью сейсмического зондирования земной коры для выявления месторождений нефти и газа; 3) «Регион-2» (Первомайский район) - с той же целью; 4) «Магистраль» (Е-1, Октябрьский район) -подземная емкость для хранения газового конденсата, полученная ядерным взрывом на глубине 701 м; 5) в 1974 г. - «Сапфир» (Е-2, Оренбургский район) - подземная емкость для хранения газового конденсата, полученная ядерным взрывом на глубине 1142 м; 6)
25
«Сапфир» - (Е-3, Оренбургский район) - подземная емкость для хранения газового конденсата, полученная ядерным взрывом на глубине 1142 м.
Оренбургская область - одна из ведущих нефтегазоперерабатывающих регионов европейской части России. Объекты нефтегазодобычи оказывают возрастающее негативное воздействие на природные комплексы и являются одной из основных причин нарушения экологического равновесия в регионе. На территориях нефтегазопромыслов естественные ландшафты преобразованы в природно-техногенные комплексы, где обнаруживаются глубокие, часто необратимые изменения [16].
При осуществлении добычи нефти в атмосферу выделяются в больших количествах диоксид серы, оксид углерода, диоксид азота, сероводород, углеводороды и механические взвеси. Загрязнение поверхностных вод нефтепродуктами происходит в основном при аварийных разливах на объектах нефтедобычи. В 2005 г. из 29 аварийных разливов нефти 6 аварий повлекли за собой загрязнение водных объектов, а именно были загрязнены воды руч. Безымянный, р. Савруша, р. Б.Кинелъ, р. Боровка. Известно, что 1 т нефти на воде образует пленку площадью 2,5 кв. км, она переносится течением рек на расстояние до 200 км от места попадания. Период полной регенерации рек доходит до 15-25 лет. При попадании нефтяных углеводородов в почву наблюдается интенсивная трансформация морфологических и физико-химических свойств. Происходит снижение количества микроорганизмов и другой почвенной биоты. Одной из причин усыхания дубрав в пойме р. Урала является влияние Оренбургского нефтегазоконденсатного месторождения, в частности, влияние сернистого газа, кислотных дождей, пыли, которые вызывают поражение и отмирание листвы [17].
Свыше 90% выбросов в атмосферный воздух на территории области связано с аэрогенным воздействием городов. Самый большой объем суммарных выбросов вредных веществ характерен для восточной зоны, где расположены наиболее крупные промышленные предприятия. Удельный вес выбросов составляет 64,98% от областного.
В структуре выбросов вредных веществ преобладают газообразные и жидкие выбросы - 93,7% и всего лишь 6,3% - твердые. Из газообразных и жидких 31,1 % составляют выбросы диоксида серы; 49,5% - выбросы оксида углерода; 4,1% - оксиды азота; 7,3% -углеводороды; 8% - прочие. Наблюдается превышение ПДК в атмосферном воздухе аммиака в Новотроицке - в 2,1 раза; формальдегида в Оренбурге и Кувандыке - в 1,3-1,6 раза; фенола в Орске и Новотроицке - в 1,6 раза; пыли в Новотроицке, Орске, Гае - в 1,7-2,2 раза; диоксида азота в Медногорске, Кувандыке, Оренбурге, Новотроицке - в 1,3-1,8 раза; фтористого водорода в Медногорске и Кувандыке - в 1,2-1,6 раза; бенз(а)пирена в Оренбурге и Новотроицке - в 2,4-2,8 раза; диоксида серы в Медногорске - в 2,9 раза. В ряде районов г. Оренбурга наблюдается повышенное содержание токсических элементов в воздухе: хромистый ангидрид - 1,12 ПДК; хром - 4,99 ПДК; свинец - 1,2-1,6 ПДК; цинк - 1,2-1,5 ПДК. В г. Новотроицке основной вклад в выбросы в атмосферу вносит Орско-Халиловский металлургический комбинат, выбросы которого составляют 90,35 тыс. т, или 93,5% от общего количества загрязняющих веществ, выбрасываемых предприятиями города. С каждым годом возрастает загрязнение атмосферы города окислом углерода, диоксидом азота, фенолом и аммиаком.
В Оренбургской области существуют источники, которые имеют выбросы, потенциально опасные с точки зрения канцерогенного воздействия на население. В целом уровень загрязнения атмосферы Оренбургской области характеризуется как очень высокий, а по объему выбросов загрязняющих вещества область находится в числе регионов России с наибольшими показателями (более 500 тыс. т) [18].
Почва - главное средство сельскохозяйственного производства и основа агроэкосистемы. Человечество получает из почвы 95% всех продуктов питания.
В городах Предуралья - Оренбурге и Бузулуке и низкогорья Урала Орске, Медногорске и Кувандыке доминируют различные элементы-загрязнители. Для г. Оренбурга главный элемент-загрязнитель - свинец, затем цинк, никель и кадмий. Загрязнение г. Бузулука также характеризуется доминированием свинца (12,1 ПДК). В г. Кувандыке загрязнение обусловлено повышенным содержанием свинца, никеля и кадмия, при этом максимальное превышение установлено для свинца в 2,7 ПДК. В г. Медногорске превышение ПДК по меди зафиксировано практически на всех участках опробования, наряду с этим в числе элементов-загрязнителей находятся свинец, цинк, кадмий и никель. Максимальное превышение ПДК установлено по подвижной форме меди, которое составило 63,5 ПДК. Загрязнение тяжелыми металлами г. Орска обусловлено повышенными концентрациями никеля, кадмия, свинца и меди. Основным элементом-загрязнителем этого города является никель, максимальное превышение концентрации подвижной формы данного элемента составляет 30 ПДК.
На Орско-Новотроицком промузле наблюдается сильное загрязнение почв. Так, максимальное содержание подвижного никеля в верхних горизонтах почв составляет 126,1 мг/кг, что превышает ПДК в 32 раза, по цинку в 1,6 раза, по свинцу - в 1,7 раза. Концентрация углеводородов превышает фоновую в 20-30 раз.
Плотность загрязнения почв цезием-137 составляет 5,3-7,2 кБк/м2, стронцием-90 - 3,4-4,3 кБк/м2. Повышенная плотность загрязнения почв це- зием-137 в Оренбургском районе на сельхозугодьях АО «Никольское» (вокруг объекта «Сапфир») составляет 35,6-67,4 кБк/м2 [18]
Свыше 617 рек длиной более 10 км протекает в Оренбургской области. Большая часть рек принадлежит бассейну р. Урала, меньшая - бассейну р. Волги и р. Тобола. Река Урал по своей длине (2428 км) уступает в Европе только Волге и Дунаю. Площадь его бассейна - 231 тыс. км2 [19].
Будущее человечества полностью зависит от наличия необходимых объемов чистых запасов пресной воды.
За последние годы в воде р. Урала увеличились максимальные концентрации соединений меди (5-6 ПДК), нефтепродуктов (1,2-1,4 ПДК), сульфатов (2,2-2,5 ПДК), нитритного азота (1,8-2,0 ПДК). Отрицательное антропогенное воздействие на водный объект оказывают Сибайский медно-серный комбинат, Баймакский машиностроительный завод и др. предприятия Республики Башкортостан. В реку Урал в районе г. Орска осуществляют сброс сточных вод 9 предприятий, наиболее крупные из них: АО «Орскнефтеоргсинтез», Орское отделение ЮУЖД, Орско-Халиловский металлургический комбинат и Гайский горнообогатительный комбинат.
Качество воды р. Илека оценивается III классом («умеренно загрязненное»). Наблюдается превышение ПДК по хрому, которое составляет в разные годы 2,9-8,0 ПДК. Источником загрязнения является Актюбинский завод хромовых соединений.
В реку Сакмару в районе г. Оренбурга сбрасываются неочищенные сточные воды Сакмарской ТЭЦ и Оренбургского предприятия тепловых сетей. Основными загрязнителями являются хлориды, сульфаты, аммонийный азот и др. Самой грязной рекой области является река Блява. На ее качество оказывают влияние организованные сбросы сточных вод Медногорского медносерного комбината и городских очистных сооружений. Для улучшения экологической ситуации на водных объектах Оренбургской области следует провести ряд неотложных природоохранных мероприятий.
Антропогенное воздействие на окружающую среду приводит к нарушениям природного химического состава подземных вод. Основными источниками их загрязнения являются интенсивное развитие промышленности, загрязнение атмосферного воздуха, утечки промышленных и сточных вод, недостаточно контролируемое использование агрохимикатов и т.д. В Оренбургской области наибольшее количество нестандартных проб питьевой воды по санитарно-химическим и бактериологическим показателям отмечается в городах Медногорске, Кувандыке, Новотроицке, Орске [15].
26
Процент проб с превышением ПДК канцерогенов в овощных культурах в восточном регионе области составил 13,2% для свинца, в западном - 30,6% для свинца и кадмия, в центральном 9,1% для свинца и 7,6% для кадмия. В мясопродуктах в западном регионе в 19,8% проб свинец превышал ПДК, кадмий - в 9,3 %; в центральном - свинец - 13 % проб, кадмий - 6,4% проб. В молочных продуктах в западном регионе свинец обнаружен в 5,1 % случаев, в центральном - в 11,8%, кадмий - в 2% в западном и в 3,7% в центральном регионах [19].
Представленные результаты исследований свидетельствуют о сложной экологической ситуации в Оренбургской области.
Литература
1. Алексахин P.M. Техногенез и агросфера - актуальные задачи и пути их решения //Агроэкологическая безопасность в условиях техногенеза: межд. симпозиум. Казань, 2006. С. 42-46.
2. Роменский Р.В., Роменская Н.В., Щеглов А.В. Экологические аспекты внутренней патологии с.-х. животных // Проблемы с.-х. производства на современном этапе и пути их решения: материалы XII международной научно-производственной конференции. Белгород, 2008. С. 110.
3. Топурия Г.М. Качество природной среды и состояние сельскохозяйственных ресурсов // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2004. Т. 4. № 4-1. С. 119-121.
4. Топурия Г.М., Вожжова К.А. Иммунобиохимические показатели организма коров в техногенных провинциях // Вестник Российской академии сельскохозяйственных наук. 2007. № 1. С. 63-65.
5. Топурия Г.М., Корелин В.П. Влияние хитозана на естественную резистентность утят // Ветеринария. 2007. № 2. С. 52-54.
6. Топурия Г.М., Богачев А.Г. Содержание тяжелых металлов в продуктах убоя цыплят-бройлеров // Известия Самарской государственной сельскохозяйственной академии. 2006. № 2. С. 50.
7. Топурия Г.М. Популяционное здоровье животных в условиях экологического неблагополучия // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2012. Т. 33. № 1-1. С. 100-102.
8. Топурия Г.М., Топурия Л.Ю., Бакаева Л.Н. Производство экологически безопасной продукции птицеводства // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2014. № 1. С. 123-124.
9. Топурия Л.Ю., Карамаев С.В., Порваткин И.В., Топурия Г.М. Лечебно-профилактические свойства пробиотиков при болезнях телят. Монография / Топурия Л.Ю., Карамаев С.В., Порваткин И.В., Топурия Г.М.. Москва, 2013. С. 21-27.
10. Топурия Г.М. Состояние естественной резистентности у телят в условиях химического загрязнения внешней среды // Ветеринарная патология. 2003. № 2. С. 22-23.Акоев Ю.С. Экология и здоровье детей. М., 1998. 384 с.
11. Бондарев В.П. Экологическое состояние территории Оренбургской области. М., 2002. 128 с.
12. Чибилев А.А. Природное наследие Оренбургской области. Оренбург, 1996. 384 с.
13. Города и районы Оренбургской области: статистический сб. Оренбург, 2002. 282 с.
14. Боев В.М. Антропогенное загрязнение окружающей среды и состояние здоровья населения Восточного Оренбуржья. Екатеринбург, 1995. 128 с.
15. Куксанов В.Ф. Охрана окружающей среды Оренбургской области. Оренбург, 2000. 240 с.
16. Рябинина З.Н. Охрана и рациональное использование пойменных лугов в пределах среднего течения р. Урал // Известия ОГАУ. 2008. № 3. С. 256-258.
17. Государственный доклад о состоянии и об охране окружающей среды Оренбургской области в 2005 году. Оренбург, 2006. 208 с.
18. Чибилев А. А., Жданов С.И. Бассейн реки Урал - ландшафтно-экологический феномен мирового природного наследия // Проблемы устойчивости биоресурсов: теория и практика: материалы международной научно-практической конференции. Оренбург, 2007. С. 345-355.
19. Боев В.М., Куксанов В.Ф., Быстрых В.В. Химические канцерогены среды обитания и злокачественные новообразования. М., 2002. 344 с.
References
1. Aleksahin P.M. Tehnogenez i agrosfera - aktual'nye zadachi i puti ih reshenija //Agrojekologicheskaja bezopasnost' v uslovijah tehnogeneza: mezhd. simpozium. Kazan', 2006. S. 42-46.
2. Romenskij R.V., Romenskaja N.V., Shheglov A.V. Jekologicheskie aspekty vnu-trennej patologii s.-h. zhivotnyh // Problemy s.-h. proizvodstva na sovremennom jetape i puti ih reshenija: materialy XII mezhdunarodnoj nauchno-proizvodstvennoj konferencii. Belgorod, 2008. S. 110.
3. Topurija G.M. Kachestvo prirodnoj sredy i sostojanie sel'skohozjajstvennyh resursov // Izvestija Orenburgskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2004. T. 4. № 4-1. S. 119-121.
4. Topurija G.M., Vozhzhova K.A. Immunobiohimicheskie pokazateli organizma korov v tehnogennyh provincijah // Vestnik Rossijskoj akademii sel'skohozjajstvennyh nauk. 2007. № 1. S. 63-65.
5. Topurija G.M., Korelin V.P. Vlijanie hitozana na estestvennuju rezistentnost' utjat // Veterinarija. 2007. № 2. S. 52-54.
6. Topurija G.M., Bogachev A.G. Soderzhanie tjazhelyh metallov v produktah uboja cypljat-brojlerov // Izvestija Samarskoj gosudarstvennoj sel'skohozjajstvennoj akademii. 2006. № 2. S. 50.
7. Topurija G.M. Populjacionnoe zdorov'e zhivotnyh v uslovijah jekologicheskogo neblagopoluchija // Izvestija Orenburgskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2012. T. 33. № 1-1. S. 100-102.
8. Topurija G.M., Topurija L.Ju., Bakaeva L.N. Proizvodstvo jekologicheski bezopasnoj produkcii pticevodstva // Izvestija Orenburgskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2014. № 1. S. 123-124.
9. Topurija L.Ju., Karamaev S.V., Porvatkin I.V., Topurija G.M. Lechebno-profilakticheskie svojstva probiotikov pri boleznjah teljat. Monografija / Topurija L.Ju., Karamaev S.V., Porvatkin I.V., Topurija G.M.. Moskva, 2013. S. 21-27.
10. Topurija G.M. Sostojanie estestvennoj rezistentnosti u teljat v uslovijah himicheskogo zagrjaznenija vneshnej sredy // Veterinarnaja patologija. 2003. № 2. S. 22-23.Akoev Ju.S. Jekologija i zdorov'e detej. M., 1998. 384 s.
11. Bondarev V.P. Jekologicheskoe sostojanie territorii Orenburgskoj oblasti. M., 2002. 128 s.
12. Chibilev A.A. Prirodnoe nasledie Orenburgskoj oblasti. Orenburg, 1996. 384 s.
13. Goroda i rajony Orenburgskoj oblasti: statisticheskij sb. Orenburg, 2002. 282 s.
14. Boev V.M. Antropogennoe zagrjaznenie okruzhajushhej sredy i sostojanie zdo-rov'ja naselenija Vostochnogo Orenburzh'ja. Ekaterinburg, 1995. 128 s.
15. Kuksanov V.F. Ohrana okruzhajushhej sredy Orenburgskoj oblasti. Orenburg, 2000. 240 s.
16. Rjabinina Z.N. Ohrana i racional'noe ispol'zovanie pojmennyh lugov v predelah srednego techenija r. Ural // Izvestija OGAU. 2008. № 3. S. 256-258.
17. Gosudarstvennyj doklad o sostojanii i ob ohrane okruzhajushhej sredy Orenburgskoj oblasti v 2005 godu. Orenburg, 2006. 208 s.
18. Chibilev A. A., Zhdanov S.I. Bassejn reki Ural - landshaftno-jekologicheskij fenomen mirovogo prirodnogo nasledija // Problemy ustojchivosti bioresursov: teorija i praktika: materialy mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii. Orenburg, 2007. S. 345-355.
27
19. Boev V.M., Kuksanov V.F., Bystryh V.V. Himicheskie kancerogeny sredy obitanija i zlokachestvennye novoobrazovanija. M., 2002. 344 s.
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ / ENGENEERING
Александренко М.В.1, Акулова М.В.2, Ибрагимов А.М.3
1 Студент, 2доктор технических наук, Советник РААСН,3 доктор технических наук, Советник РААСН,
Ивановский государственный политехнический университет МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОЖАРА
Аннотация
В статье рассмотрено - виды математических моделей пожара и их область применения. Математическое моделирование позволяет спрогнозировать динамику пожара в помещениях зданий различного назначения, а следовательно позволяет вывести исследование пожарной опасности объектов на качественно новый этап развития, обеспечить переход от сравнительных методов к прогнозным, учитывающим условия эксплуатации объекта.
Ключевые слова: математическая модель, пожар.
Alexandrenko M.V.1, Akulova M.V.2, Ibragimov A.M.3
1Student, 2Doctor of Technical Sciences, Advisor RAASN, 3Doctor of Technical Sciences, Advisor RAASN,
Ivanovo State Polytechnic University MATHEMATICAL MODELLING OF THE FIRE
Abstract
The article considers types of mathematical models of the fire and their scope. Mathematical modeling allows to predict dynamics of the fire in rooms of buildings of different function and consequently allows to bring research offire danger of objects to qualitatively new stage of development, to provide transition from comparative methods to expected, considering object service conditions.
Keywords: mathematical model, fire.
Моделирование представляет собой метод исследования свойств одного объекта посредством изучения свойств другого объекта, более удобного для исследования и находящегося в определенном соответствии с первым объектом. То есть при моделировании экспериментируют не с самим объектом, а с его заменителем, который называют моделью [1].
Моделирование пожара в помещениях основано на представлении пожара как физического явления передачи тепла и массы в соответствующих условиях его развития. Условия развития пожара характеризуются видом пожарной нагрузки и конструктивно-планировочными характеристиками здания (помещения).
По типу математического аппарата различают следующие модели: детерминированные; вероятностные; смешанные (детерминированные - вероятностные); имитационные.
Наиболее эффективным инструментом прогноза и изучения пожаров являются детерминированные математические модели.
Наряду с детерминированным моделированием следует отметить и вероятностные оценки распространения пожара на основе статистической обработки данных по реальным пожарам.
Приведём краткую характеристику каждой из моделей.
1. Детерминированные математические модели
Все многообразие детерминированных математических моделей развития пожара в помещениях (внутренние пожары) можно разделить на три группы:
-интегральные (модели первого поколения);
-зонные (модели второго поколения);
-полевые (CFD) (модели третьего поколения).
1.1. Интегральные математические модели
Интегральный (однозонный) метод является наиболее простым методом моделирования пожаров. Суть интегрального метода заключается в том, что состояние газовой среды оценивается через осредненные по всему объему помещения термодинамические параметры. Соответственно температура ограждающих конструкций и другие подобные параметры оцениваются как осредненные по поверхности. На основе интегрального метода были разработаны, в частности, рекомендации [2].
Область применения интегрального метода, в которой предсказанные моделью параметры пожара можно интерпретировать как реальные, практически ограничивается объемными пожарами, когда из-за интенсивного перемешивания газовой среды локальные значения параметров в любой точке близки к среднеобъемным. За пределами возможностей интегрального метода оказывается моделирование пожаров, не достигших стадии объемного горения, и особенно моделирование процессов, определяющих пожарную опасность при локальном пожаре. Наконец, в ряде случаев даже при объемном пожаре распределением локальных значений параметров пренебрегать нельзя.
1.2. Зонные математические модели
Развитие пожара можно описать достаточно детально с помощью зонных (зональных) моделей, основанных на предположении о формировании в помещении двух слоев: верхнего слоя продуктов горения (задымленная зона) и нижнего слоя невозмущенного воздуха (свободная зона). Таким образом, состояние газовой среды в зональных моделях оценивается через осредненные термодинамические параметры не одной, а нескольких зон, причем межзонные границы обычно считаются подвижными.
Однако при создании зонных моделей необходимо делать большое количество упрощений и допущений, основанных на априорных предположениях о структуре потока. Такая методика не применима в тех случаях, когда отсутствует полученная из пожарных экспериментов информация об этой структуре и, следовательно, нет основы для зонного моделирования. Кроме того, часто требуется более подробная информация о пожаре, чем осредненные по слою (зоне) значения параметров.
1.3. Полевые математические модели
Полевые модели, обозначаемые в зарубежной литературе аббревиатурой CFD (computational fluid dynamics), являются более мощным и универсальным инструментом, чем зональные; они основываются на совершенно ином принципе. Вместо одной или нескольких больших зон в полевых моделях выделяется большое количество (обычно тысячи или десятки тысяч) маленьких контрольных объемов, никак не связанных с предполагаемой структурой потока. Для каждого из этих объемов с помощью численных методов решается система уравнений в частных производных, выражающих принципы локального сохранения массы, импульса, энергии и масс компонентов. Таким образом, динамика развития процессов определяется не априорными предположениями, а исключительно результатами расчета[3].
Естественно, что такие модели, по сравнению с интегральными и зональными, требуют значительно больших вычислительных ресурсов. Однако в последние двадцать лет, в связи с быстрым развитием компьютерной техники, полевые модели из чисто академической концепции превратились в важный практический инструмент.
28
