CC BY
8УДК 614.842.4 DOI 10.25257/FE.2019.2.41-46
ВЛАСОВ Константин Сергеевич Кандидат технических наук, ФГБУ ВНИИПО МЧС России, Балашиха, Россия E-mail: vlasov-k@yandex.ru
ГУНДАР Станислав Владимирович
Кандидат сельскохозяйственных наук, доцент Академия ГПС МЧС России, Москва, Россия E-mail: dan_aleks@mail.ru
ДАНИЛОВ Михаил Михайлович Кандидат технических наук, Академия ГПС МЧС России, Москва, Россия E-mail: mmdaniloff@mail.ru
ДАНИЛОВА Мария Андреевна
Академия ГПС МЧС России, Москва, Россия E-mail: maridanilova@ya.ru
ДЕНИСОВ Алексей Николаевич Доктор технических наук, доцент Академия ГПС МЧС России, Москва, Россия E-mail: dan aleks@mail.ru
ФАКТОРЫ ПЕРЕНОСА ПОЖАРОВ НА ТЕРРИТОРИЯХ, ПРИЛЕГАЮЩИХ К ОБЪЕКТАМ ЭКОНОМИКИ И СОЦИАЛЬНОЙ ИНФРАСТРУКТУРЫ
Предложена методика и параметры для прогнозирования развития пожаров на территориях, прилегающих к объектам экономики и социальной инфраструктуры. Показаны результаты определения скорости распространения пожара в зависимости от времени суток, скорости ветра и его порывов, а также переноса горящих частиц.
Ключевые слова: травяной пожар, ветер, порыв ветра, безлесная территория, тушение.
Проблема сохранения и эффективного использования природных богатств Российской Федерации входит в число наиболее актуальных и значимых. Наша страна, обладая огромными запасами минерально-сырьевых и природных ресурсов, значительную часть бюджета пополняет именно за счёт их экспорта. Все чаще поднимаются вопросы развития и сохранения лесопромышленного комплекса нашего государства [1]. Ущерб от лесных пожаров исчисляется миллиардами рублей, поэтому остро стоит вопрос профилактики лесных пожаров.
В ходе проверок населённых пунктов было выявлено одно из самых распространённых нарушений -это отсутствие или несоответствие установленным требованиям противопожарных расстояний от населённого пункта до лесных насаждений. При лесных пожарах мощный источник тепла обусловливает развитие интенсивных конвективных течений, а градиент температуры между зоной пожара и окружающей местностью приводит к формированию локальной циркуляции воздуха [2]. Предполагается, что негативные последствия таких пожаров резко возрастут [3].
Вопрос устройства противопожарных расстояний связан с тем, что леса, примыкающие к капитальной застройке в населённых пунктах, относятся к категории защитных, где сплошная рубка в соответствии с законодательством Российской Федерации запрещена, а без вырубки лесных насаждений либо сноса капитальных строений (в большинстве случаев это частные жилые дома) выполнить требуемые расстояния невозможно.
В аналитическом обзоре [4] сообщается, что возникновение и развитие степных пожаров зависят от времени суток. Не менее 20 % степей России ежегодно подвержены воздействию пожаров [5, 6]. Наиболее опасным является период с 10 до 16 ч. В вечернее время пожары ослабевают, но усиливаются с 6-7 ч утра, поэтому ночное время считается более благоприятным для тушения пожаров. Согласно методике, при скорости ветра менее 0,5 м/с пламя при степных пожарах распространяется радиально от центра возгорания.
В статье показан пример развития пожара, зарегистрированного 23 августа 2017 г. в селе Ягодном Ольховского района Волгоградской области. Расположение очагов природных пожаров вблизи села по данным системы космического мониторинга «ИСДМ-Рослесхоз» за 2017 г. представлено на рисунке 1.
23 августа 2017 г. на всей территории Волгоградской области произошло резкое ухудшение оперативной обстановки с пожарами. Жаркая засушливая погода, простоявшая на территории области два месяца, сильный порывистый ветер, переходящий в штормовой, создали предпосылки для возникновения лесных и ландшафтных пожаров, а отсутствие минерализованных полос вокруг населённых пунктов и плотная застройка послужили причиной возникновения пожаров в населённых пунктах области. Наиболее опасная ситуация сложилась на территории шести муниципальных образований (г. Волгоград, г. Камышин, Даниловский, Ольховский, Среднеахтубинский и Иловлинский районы Волгоградской области).
© Власов К.С., Гундар С. В., Данилов М. М., Данилова М. А., Денисов А. Н., 2019
41
N
А
I
0°
180° I
Б
Рисунок 1. Расположение очагов природных пожаров вблизи села Ягодного
ДАННЫЕ ОПЕРАТИВНОЙ СВОДКИ
13 ч 07 мин - поступает сообщение о пожаре сухой травы в районе села Ягодного;
13 ч 20 мин к месту пожара прибыл РТП-1 (площадь пожара 0,5 га);
13 ч 40 мин - пожар распространился на 4 домовладения в селе Ягодном;
13 ч 41 мин к месту пожара прибыл РТП-2 (площадь ландшафтного пожара около 30 га);
13 ч 45 мин пожар распространился на 19 домовладений с хозяйственными постройками; в 4 домовладениях горят только хозяйственные постройки;
15 ч 31 мин - к месту пожара прибыл РТП-3;
15 ч 47 мин в селе Ягодном площадь пожара составляет около 2 440 м2.
Ландшафтный пожар составил около 300 га.
16 ч 05 мин - пожар в населённом пункте локализован.
16 ч 58 мин - ландшафтный пожар в районе села Ягодного локализован.
Метеорологическая обстановка в селе Ягодном 23 и 24 августа 2017 г. приведена в таблице 1.
Скорость распространения пожара по фронту с учётом изменения площади пожара определяется эмпирической зависимостью [7]:
V-
0,5^-0,5^
Ах
0,07
0,25, (1)
где 51 - площадь пожара в начальный момент времени, га; Э2 - площадь пожара на конечный момент времени, га; Дх - продолжительность развития пожара, ч.
Из описания пожара следует, что 23.08.17 г. в 13:41 площадь пожара 513Ч1 составляла 30 га, что соответствует площади пожара согласно сведениям, передаваемым руководителями тушения пожара.
В 15:47 515:47 составляла 300 га.
Таблица 1
Метеорологическая обстановка в селе Ягодном
Время Ветер, м/с Порывы ветра, м/с Температура, °С Относительная влажность воздуха, %
23.08.2017 г.
04:00 3,4 8,8 22 22
07:00 6,3 14,3 23 26
10:00 11,0 16,0 30 27
13:00 12,6 17,1 34 24
16:00 12,3 16,2 31 23
19:00 9,0 15,1 31 25
22:00 6,9 11,3 28 31
24.08.2017 г.
01:00 5,2 9,2 26 34
04:00 3,9 6,1 22 39
07:00 3,8 6,4 20 31
10:00 1,9 2,7 22 29
Таблица 2
Скорости распространения пожара
Время Ветер, м/с Скорость распространения пожара, м/мин Порывы ветра, м/с Скорость распространения пожара при порывах ветра, м/мин
23.08.2017 г.
13:00 12,6 7,0 17,1 17,01
16:00 12,3 6,83 16,2 14,75
19:00 9,06 2,48 15,1 12,22
22:00 6,9 0,83 11,3 5,28
24.08.2017 г.
01:00 5,2 - 9,2 2,68
04:00 3,9 - 6,1 0,44
07:00 3,8 - 6,4 0,57
Время развития пожара от 13:41 до 15:47 составляет Дх = 2,1 ч.
Подставив приведённые значения в выражение (1), получим
^15:47 =
0,5л/500-0,5л/30 2,1
-0,07
0,25 =
V-
К-4 24,6.
Ц 3:00 —
г\2,6-4л2
24,6
= 0,1166.
С 13:00 23.08.17 г. по 4:00 24.08.17 г. скорость ветра при порывах уменьшилась с 17,1 до 6,1 м/с, т. е. 17,1 / 6,1 = 2,8 раза.
Скорость распространения пожара при порывах ветра за это время уменьшилась с 17,01 до 0,44 м/мин, т. е. 17,01 / 0,44 = 38,66 раза.
Среднее значение скорости распространения пожара, м/мин, с 13:00 до 16:00 23.08.17 г. составляет:
= 0,687 км/ч (11,45 м/мин).
Скорость распространения пожара по ветру, м/с, в диапазоне скоростей ветра от 6 до 20 м/с определяется зависимостью [8, 9]
у _ К3:00 + Кз:00 + К6:00 + Кб:00
Ч> 4 ,
(3)
(2)
где Vв - скорость ветра, м/с.
Значения скоростей ветра приведены в таблице 1. Подставив значение скорости ветра, например, 23.08.17 г. в 13:00, равное 12,6 м/с, в выражение (2), получим скорость распространения пожара, м/с, 23.08.17 г. в 13:30:
Результаты определения скорости распространения пожара при ветре, при его порывах показаны в таблице 2.
Согласно значениям таблицы 2, за период с 13:00 по 22:00 23.08.17 г. скорость ветра уменьшилась с 12,6 до 6,9 м/с, т. е. 12,6 / 6,9 = 1,83 раза.
Скорость распространения пожара за это время уменьшилась с 7 до 0,83 м/мин, т. е. 7,00 / 0,83 = = 8,43 раза.
где ^3:|Х1, ^6:[10 - скорости распространения пожара, м/мин, в 13:00 и 16:00 23.08.17 г.; Кз-оо, та - скорости распространения пожара, м/ мин, при порывах ветра в 13:00 и 16:00 23.08.17 г.
Подставив значения таблицы 2 в выражение (3), получим среднюю скорость распространения пожара, м/мин:
У = 7,00+6,83 + 17,01+14,75 = 45,59 =1И0
Из сравнения полученных величин в выражениях (1) и (3) следует, что V ~ V.
Согласно данным таблицы 2, скорость распространения пожара при ветре 9 м/с составляет 2,48 м/мин, а при ветре 12,3 м/с - 6,83 м/мин.
Согласно Рекомендациям по обнаружению и тушению лесных пожаров, утверждённым Рослесхозом 17 декабря 1997 г. (далее -Рекомендации), при ветре от 6 м/с и более максимальная скорость распространения низового пожара в сосняках вересковых колеблется от 140 до 300 м/ч (от 2,33 до 5 м/мин). Сравнивая
приведённые данные по скорости распространения травяного и низового пожаров, можно сделать вывод о том, что табличные значения отличаются от вычисленных значений незначительно. Это обстоятельство указывает на одинаковые закономерности развития травяных и низовых пожаров в ветреную погоду.
Скорость движения огня Уог, м/с, в диапазоне скоростей ветра от 4 до 14 м/с определяется эмпирической зависимостью [9]:
уог =
У,-2,5' 88,8 .
Определим скорость движения огня, м/с, например, в 13:00 23.08.17 г., согласно данным таблицы 1, ^13:оо = 12,6 м/с. Подставив это значение скорости ветра в выражение (4), получим:
уог
'1Я-ПП
'12,6-2,
88,8
= 0,0129.
V -Vя П = —100 %.
например, в 13:00 23.08.17 г., согласно данным таблицы 3: У13:|Х1 = 7 м/мин, У^о,, = 0,776 м/мин.
Подставив эти значения в выражение (4), получим:
7-0,776.
100% = 88,91%.
(4)
Результаты определения скорости распространения пожара при ветре и его порывах показаны в таблице 3.
Скорость турбулентного горения описывается моделью дробления вихрей, согласно которой скорость горения при высокой температуре не зависит от кинетики реакций, а определяется исключительно скоростью турбулентного смешения [10]. Роль переноса горящих частиц ветром при распространении пожара определяется выражением
Результаты определения влияния скорости переноса горящих частиц ветром на распространение травяного пожара показаны в таблице 3 и на рисунке 2.
Возникновение очагов горения в направлении ветра при торфяных пожарах от разбрасывания горящих частиц становится существенным при скорости ветра более 3 м/с [9].
Для прогноза скорости распространения пожара в диапазоне скоростей ветра от 0 до 5 м/с известна эмпирическая зависимость [7, 11]. В соответствии с Рекомендациями в диапазон скорости ветра от 0 до 3 м/с входят следующие показатели:
V = V К1 К ^
где У0 - базовая (штильная) скорость распространения пожара, м/мин; К1, К2, К3 - коэффициенты влияния скорости ветра, относительной влажности воздуха и уклона поверхности, соответственно. Значения коэффициентов по данным, представленным в работе [11], приведены в таблице 4.
Влияние скорости ветра в диапазоне скоростей ветра от 1,9 до 3,9 м/с на распространение пожара определяется выражением
П-
к,+к2
100% .
(6)
(5)
Определение влияния скорости переноса горящих частиц ветром на распространение пожара,
Влияние скорости ветра на распространение пожара, например, при скорости ветра 3,9 м/с в 13:00 24.08.17 г., согласно данным таблицы 4:
к1 = 6,75, к2 = 2,23.
Таблица 3
Влияние скорости переноса горящих частиц ветром на распространение травяного пожара
Скорость Влияние переноса горящих частиц ветром
Время ветра / порыв ветра, м/с распространения пожара / при порывах ветра, м/мин движения огня / при порывах ветра, м/с на распространение пожара / при порывах ветра, %
23.08.2017 г.
13:00 12,6/17,1 7,0/17,01 0,776/- 88,91/-
16:00 12,3/16,2 6,83/14,75 0,731/- 89,29/-
19:00 9,06/15,1 2,48/12,22 0,321/- 87,06/-
22:00 6,9/11,3 0,83/5,28 0,147/0,59 82,29/88,82
24.08.2017 г.
01:00 5,2/9,2 -/2,68 0,068/0,342 -/87,23
04:00 3,9/6,1 -/0,44 -/0,099 75,17/87,75
07:00 3,8/6,4 -/0,57 -/0,116 69,44/79,65
10:00 1,9/2,7 -/- -/- 46,13/56,55
Таблица 4
Влияние скорости ветра на скорость распространения пожара
Коэффициенты Влияние скорости ветра на распространение пожара / при порыве ветра, %
Время Скорость ветра / порыв ветра, м/с K1 / порыв ветра K2 / порыв ветра K3 / порыв ветра
24.08.2017 г.
04:00 3,9/- 6,75/- 2,23/- 1/- 75,17/-
07:00 3,8/- 6,5/- 2,86/- 1/- 69,44/-
10:00 1,9/2,7 2,5/3,8 2,92/2,92 1/- 46,13/56,54
100 — 90 — 80 — ' 70 — 60 — 50 — 40 — 30 — . 20 — 10 —
I I 68 Скорость ветра, м/с
10
"Т" 12
"Т"
14
Рисунок 2. График зависимости влияния скорости ветра на скорость распространения травяного пожара:
Я - коэффициент корреляции; V = - 0,6005У2 + 12,083У + 30,014;
в в
Я2 = 0,9257
Подставив эти значения в выражение (6), получим: 6,75
Д Q-ЛП —
6,75 + 2,23
100% = 75,17%.
Из таблиц 3 и 4, а также рисунка 2 следует, что при скорости ветра 6 м/с и более перенос горящих частиц на 80-90 % определяет скорость распространения пожара.
При снижении скорости ветра влияние переноса горящих частиц на распространение пожара снижается, влияние относительной влажности в распространении пожара возрастает, а при скорости ветра 3 м/с достигает 50 %.
Интенсивность действующего и прогнозируемого пожара в селе Ягодном Волгоградской области 23 августа 2017 г. изменяется от высокой в дневное время до слабой в ночное.
В дневное время целесообразно применять косвенный метод тушения, например, прокладку заградительных и опорных полос и канав почвообрабатывающими машинами и механизмами, отжиг и др.
В ночное время лучше использовать менее затратный прямой метод тушения - захлёстывание, тушение водой из ранцевых огнетушителей и др.
2
4
ЛИТЕРАТУРА
1. Бородуля Е. В. Природные пожары: некоторые аспекты ответственности за их причинение и отдельные вопросы профилактики // Российский следователь. 2012. № 13. С. 17-20.
2. Гришин А. М. Моделирование и прогноз катастроф. Ч. 2. Томск: Изд-во ТГУ, 2005, 560 с.
3. Foote E. I., Manzello S. L, and Liu J. Characterizing firebrand exposure during wildland-urban interface fires // Proceedings Fire and Materials Conference, 2011. Pp. 479-491.
4. Степные пожары и управление пожарной ситуацией в степных ООПТ: экологические и природоохранные аспекты. Аналитический обзор. М.: Изд-во Центра охраны дикой природы, 2015. 144 с.
5. Рябинина Н. О. Степеведение. Учебное пособие. Волгоград: Изд-во ВолГУ, 2014. 472 с.
6. Бакурова К. Б. Методика картографирования и оценка ущерба от степных пожаров на основе космической фотоинформации // Материалы научно-практической конференции аспирантов и молодых ученых «Агролесомелиоративное обустройство агро-ландшафтов». Волгоград: ВНИАЛМИ, 2007. С. 45-49.
7. Григорьев А. Н, Гундар С. В., Денисов А. Н. Управление силами и средствами при тушении пожаров (тушение лесных пожаров силами ФПС МЧС России). Монография. М.: Академия ГПС МЧС России, 2015. 151 с.
8. Гундар С. В., Данилов А. М, Данилов М. М, Денисов А. Н. Особенности пожаров на безлесных территориях, управление их тушением и профилактикой // Пожары и чрезвычайные ситуации: предотвращение, ликвидация. 2016. № 2. С. 26-31. 001: 10.25257/ РБ.2016.2.26-31
9. Горшков В. В. Состояние и пути совершенствования пожарной безопасности: обзор. М., 1977. 76 с.
10. Кулешов А. А, Мышецкая Е. Е, Якуш С. Е. Моделирование распространения лесных пожаров на основе модифицированной двумерной модели // Математическое моделирование. 2016. Т. 28. № 12. С. 20-32.
11. Софронов М. А, Волокитина А. В., Софронова Т. М. Пожары в горных лесах / отв. ред. П. А. Цветков. Красноярск: Институт леса им. В. Н. Сукачева СО РАН, 2008. 387 с.
Материал поступил в редакцию 12 февраля 2019 года.
Konstantin VLASOV
Ph.D. in Engineering
FSBI VNIIPO of Emercom of Russia, Balashikha, Russia E-mail: vlasov-k@yandex.ru
Stanislav GUNDAR
Ph.D. in Agricultural Sciences
State Fire Academy of EMERCOM of Russia, Moscow, Russia E-mail: dan_aleks@mail.ru
Michail DANILOV
Ph.D. in Engineering
State Fire Academy of EMERCOM of Russia, Moscow, Russia E-mail: mmdaniloff@mail.ru
Maria DANILOVA
Ph.D. in Engineering
State Fire Academy of EMERCOM of Russia, Moscow, Russia E-mail: maridanilova@ya.ru
Alexey DENISOV
Grand Doctor in Engineering, Associate Professor
State Fire Academy of EMERCOM of Russia, Moscow, Russia
E-mail: dan aleks@mail.ru
FACTORS OF FIRE TRANSFER IN THE TERRITORIES, ADJACENT TO FACILITIES OF THE ECONOMY AND SOCIAL INFRASTRUCTURE
ABSTRACT
Purpose. The technique and parameters for fire development forecasting in the territories adjacent to facilities of the economy and social infrastructure have been proposed.
The results of determining fire propagation speed depending on the time of day, wind speed and its gusts, as well as transfer of burning particles are shown.
Methods. The methods of mathematical statistics and meteorological observations have been used.
Findings. Rational combinations of various factors to increase the efficiency of extinguishing wildfires were determined and theoretically confirmed.
Research application field. Practical application of data obtained by the authors of the article is possible
in preplanning forest fire formations actions for wildfires extinguishment.
Conclusions. Taking into account the experience of combating grass fires in treeless territories and analyzing open sources, methods and parameters have been proposed for predicting the development of fires in various territories.
It is shown that the majority of negative trends that adversely affect the state of the territory adjacent to forest areas are preserved. The use of means and forces of forest fire formations at night will be more effective than during the daytime due to the conditions that are less conducive to the natural development of a wildfire.
Key words:grass fire, wind, gust, treeless territory, extinguishment.
REFERENCES
1. Borodulya E.V. Natural fires: some aspects of liability for causing and some issues of prevention. Rossiyskii sledovatel, 2012, no.13, pp. 17-20. (in Russ.).
2. Grishin A.M. Modelirovanie i prognoz katastrof. Ch. 2 [Modeling and Prediction of Catastrophes. Vol. 2]. Tomsk, Tomsk State University Publ., 2005. 560 p.
3. Foote E.I., Manzello S.L., and Liu J. Characterizing firebrand exposure during wildland-urban interface fires. Proceedings Fire and Materials Conference, 2011. pp. 479-491.
4. Steppe fires and fire management in steppe protected areas: environmental and conservation aspects. Analytical survey. Moscow, BCC Publ., 2015.144 p. (in Russ.).
5. Ryabinina N.O. Stepevedenie [Science of the steppes]. Volgograd, Volgograd State University Publ., 2014. 472 p.
6. Bakurova K.B. Methods of mapping and damage assessment of fires using satellite photographs. Mat-ly nauch.-prakt. konf. "Agrolesomeliorativnoe obustroystvo agrolandshaftov" [Proceedings of sci. and pract. conf. "Agroforesry arrangement of agricultural landscapes"]. Volgograd, All-Russian Research Institute of agroforestry Publ., 2007, pp. 45-49. (in Russ.).
7. Grigorev A.N., Gundar S.V., Denisov A.N. Upravlenie silami i sredstvami pri tushenii pozharov (tushenie lesnykh pozharov silami FPS MCHS Rossii) [Management of forces and facilities for extinguishing fires (extinguishing of forest fires by forces of Federal Fire Service EMERCOM of Russia)]. Moscow, State Fire Academy of EMERCOM of Russia Publ., 2015. 151 p.
8. Gundar S.V., Danilov A.M., Danilov M.M., Denisov A.N. Peculiarities of fires in unforested areas, fire prevention and extinguishment management. Pozhary i chrezvychaynye situatsii: predotvrashchenie,likvidatsiia, 2016, no. 2, pp. 26-31. DOI: 10.25257/ FE.2016.2.26-31 (in Russ.).
9. Gorshkov V.V. Sostoyanie i puti sovershenstvovaniya pozharnoy bezopasnosti: obzor [Condition and ways to improve fire safety in industry]. Moscow, 1977. 76p.
10. Kuleshov A.A., Myshetskaya E.E., Yakush S.E. Numerical simulation of forest fire spread based on modifired 2D model. Matematicheskoemodelirovanie, 2016, vol. 28, no. 12, pp. 20-32. (in Russ.).
11. Sofronov M.A., Volokitina A.V., Sofronova T.M. Pozhary v gornykh lesakh [Fires in the mountain forests]. Krasnoyarsk, Sukachev Institute of Forest SB RAS, Federal Research Center "Krasnoyarsk science Centre SB RAS" Publ., 2008. 387 p.
46
© Vlasov K., Gundar S., Danilov M., Danilova M., Denisov A., 2019
