CC BY
40
УДК 504
К ВЫБОРУ КРИТЕРИЕВ ОЦЕНКИ ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ И ЭКОЛОГИЧЕСКИХ
ПОСЛЕДСТВИЙ ПОЖАРОВ
А.М. Дорошенко
Институт комплексного анализа региональных проблем ДВО РАН, г. Биробиджан
Рассматриваются подходы разных авторов к определению критериев оценки пожароопасности и последствий пожаров растительности. Обосновываются критерии оценки пирологической ситуации на территории Дальнего Востока.
Проблемы пожаров актуальны не только в России, но и во всём мире. Огонь истребляет и повреждает растительность на больших территориях. В России ежегодно площадь лесных пожаров составляет, по разным оценкам, от 2 до 12 млн га. Нередко они принимают катастрофические размеры и уничтожают не только растительность, но и населённые пункты, на борьбу с ними привлекается много людей, затрачиваются большие средства, но результативность этих мер не высока.
В настоящее время, в связи с развитием взглядов на роль огня как периодически действующего природного фактора, ставится задача управления пожарами. В широком плане - это устранение антропогенных причин возникновения, условий для распространения, а также своевременное обнаружение пожаров и борьба с ними. Управление в узком плане следует понимать как контролирование развития возникающих пожаров на основе прогноза их поведения и последствий, которое невозможно без пирологической оценки территории [7].
Для оценки пирологических характеристик территории разными авторами предложено большое количество факторов, но не выработаны единые критерии, так как для каждой территории они имеют разный набор и на пожароопасную ситуацию влияют в разной степени. Для Дальнего Востока и разных его частей критерии оценки пирологической ситуации имеют свои особенности.
Поэтому целью нашего исследования является анализ существующих подходов к установлению критериев оценки и характеристики пирологической ситуации для определения соответствующих особенностей для территории Дальнего Востока.
К факторам, оказывающим влияние на количество возгораний и их площадь распространения, относят наличие источников огня, пирологические характеристики растительности; количество и влагосодержание растительных горючих материалов, погодные условия, расчленённость и освоенность территории, противопожарный мониторинг; все они определяют региональные закономерности горимости территории [12, 25, 26].
С.П. Анцышкин [2] считает, что вероятность возникновения пожаров растительности зависит от появления источников огня, которые способны вызвать загорание напочвенного покрова. Они бывают природные (гроза) и антропогенные (костры, близость железной и автомобильных дорог, военных полигонов и хранилищ боеприпасов). Если таких источников возгораний на террито-
рии нет, то независимо от других благоприятных условий возникновение пожара невозможно. Установление наличия источников возгораний и их постоянный мониторинг являются первым важнейшим критерием оценки пирологической обстановки территории.
В большинстве случаев наличие источников возгорания определяет человек, в связи с этим изучение антропогенной пожароопасности становится наиболее значимым критерием в оценке пирологической ситуации. Ю. А. Андреевым [1] для Красноярского Приангарья была установлена степень пожарной опасности со стороны различных групп населения. Автором [1] установлена корреляционная зависимость частоты лесных пожаров от следующих факторов (в порядке убывания): погодные условия, средняя численность жителей в населённых пунктах, количество населённых пунктов на единицу площади, коэффициент пожарной опасности территории по лесорастительным условиям. Ю.А. Андреев утверждает, что в Красноярском Приангарье при соответствующих погодных условиях и наличии источников огня пожары могут возникать на любом лесном участке, вне зависимости от класса его природной пожарной опасности. Выполненные исследования показали, что зависимость частоты возникновения пожаров от численности населения ощущается на расстоянии от 15 до 10 км от населённого пункта, при других расстояниях данная связь не просматривается. Автор утверждает, что уровень антропогенной пожароопасности в первую очередь зависит от освоенности территории, которая включает: число населённых пунктов, численность жителей в них, расстояние от пожаров до этих населённых пунктов, наличие транспортных путей и их вид [1].
В работе [19] была оценена горимость территории бассейна оз. Байкал при помощи индекса горимости. Оценка горимости производится на основании трех показателей:
1. Частота пожаров (Ч) как среднее число случаев на 100 тыс. га за сезон.
2. Относительная площадь пожара в га. (П) в пересчете на 100 тыс. га за сезон.
3. Индекс горимости (Иг), который отражает суммарный периметр всех пожаров в пересчете на 100 тыс. га за сезон, который рассчитывается по формуле Иг =0,Зл/Ч*П.
Возможность загорания напочвенного покрова и характер дальнейшего развития пожаров на лесной терри-
тории, его вид, форма, скорость распространения огня зависят от характера растительности, её морфологических, структурных, возрастных особенностей, а также от влажности, структуры и плотности горючих материа-лов[2]. По определению Н.П. Курбатского, горючими материалами называются растения и их остатки различной степени разложения, к которым относятся опад, подстилка, перегнойные и торфяные горизонты.
В своих трудах Л.П. Соколова [18] отмечает, что лесная подстилка является первичным горючим материалом, с которого начинается горение и воспламенение при большой сухости. Распределение горючих материалов неоднородно, они по-разному размещены по территории, неодинаково способны гореть в разные периоды пожароопасного сезона. Поэтому структура растительных горючих материалов и их особенности являются вторым важнейшим критерием оценки пирологической ситуации территории.
Следующим критерием, от которого зависит развитие пожара, его вид и интенсивность, является характеристика древостоя. При пожаре высокой интенсивности многие деревья могут погибнуть, но чаще всего возгорания вызывают частичную гибель древостоя. Это объясняется различной его восприимчивостью к пожару. Породы с поверхностной корневой системой, например, ель и пихта, повреждаются пожарами сильнее, чем со стержневой. При сгорании лёгких горючих материалов (ветошь трав, опад листвы, лишайники) деревья повреждаются незначительно вследствие быстрого распространения огня и невысокой его интенсивности.
В 1966 г. М. А. Шешуковым для Дальнего Востока была разработана классификация лесных участков по «типам горючих материалов», где было выделено 16 типов, указаны соответствующие им виды горючих мате-
риалов, класс пожарной опасности и характерные для них виды пожаров весной, осенью и летом [7]. Так как характеристики растительных материалов оказывают существенное влияние на пирогенную устойчивость растительных сообществ территории, к которым относятся влажность, плотность, масса, объём, пористость частиц, влагоёмкость и т.д., то им была рассмотрена зависимость скорости распространения огня от плотности сложения горючих материалов (табл. 1).
Автор [30] установил, что пористость, удельный и объёмный вес частиц горючего оказывают определённое влияние на возможность возникновения пожаров и скорость их распространения (табл. 2.)
Знания о пирологической устойчивости разных растительных формаций позволяют оценить стабильность их существования при взаимодействии с пламенем при пожаре. В нормативных документах [11, 24] уровень пожарной опасности территории определяется классом шкалы оценки пожароопасности таксационных единиц лесного фонда. Недостаток этой классификации заключается в том, что производят ранжирование только лесной растительности. В своей работе Соколова Л.П. [18] провела пирологическую классификацию всех растительных формаций на территории западного побережья оз. Байкал. Шкала пожарной опасности лесных насаждений и других категорий площадей для условий Дальнего Востока была разработана А.М. Стародумовым [23].
Н.В. Выводцев [9] считает, что для выработки стратегии и тактики тушения лесных пожаров в лиственничниках целесообразно использовать шкалу пожароопасной напряжённости, типы роста по запасу биомассы, увязанные с хозяйственными группами типов леса, и разделение лесов на зоны первоочередной охраны.
Следующий критерий пожароопасности рассматри-
Таблица 1
Классификация горючих материалов по плотности и классам сложения [30]
Наименование горючих материалов Плотность слоя, кг/м3 Тип сложения Класс сложения Распространение горения, м/час
Опад злаково-травянистой растительности 0,3^1 Открытый 1 18-7000
Лишайники и неразложившийся опад листвы 5-15 Рыхлый 2 12-600
Мхи с опадом хвои и полуразложившийся опад листвы 16-30 Полурыхлый 3 0,03-80
Сильно разложившийся опад 31-80 Уплотнённый 4 0,01-1,8
Гумусированный слой подстилки и вейниковая дернина 81-120 Плотный 5 0,003-0,5
Таблица 2
Физические характеристики основных видов горючих материалов [30]
Наименование горючего Удельный вес, г/см3 Объёмный вес, г/см3 Пористость частиц % Плотность слоя, кг/ м3 Полевая влагоёмкость
Сфагнум 1,62 0,06 96 9-12 1350
Зелёные мхи 1,63 0,09 95 6-10 1040
Полуразложившийся опад листвы дуба 1,67 0,13 92 20 560
Вейниковая дернина 1,72 0,15 91 100-120 400
Опад листвы дуба монгольского 1,60 0,21 87 5-12 350
Опад вейника 1,58 0,23 85 0,3-4 420
Опад хвои лиственницы 1,57 0,25 84 38 300
Опад хвои ели аянской 1,48 0,35 76 90 140
ваетН.П. Курбатский [12]. Он отмечает, что рельеф местности оказывает влияние на распространение огня по территории. Шешуков М. А. [31] установил, что от угла наклона земной поверхности и запаса горючих материалов зависят скорость движения кромки пожара, интенсивность и объём пламенной зоны, результаты (табл. 3).
Им также выяснено, что полнота сгорания горючих материалов зависит от движения огня по склону, вверх она уменьшается, а вниз увеличивается.
На возникновение и характер распространения влияют также климатические и погодные особенности территории (температура, показатель влажности, количество осадков, скорость ветра). Проанализировав данные о лесных пожарах в ДальНИИЛХ по всем лесхозам Дальнего востока, А.М. Стародумов выяснил зависимость между горимостью лесов и климатическими и лесорастительными условиями [22].
Разница сроков начала и окончания пожароопасных периодов определяется климатическими особенностями территории. Климат также является и лесообразующим фактором. На пожарную опасность влияет общее количество осадков в течение года, характер распределения их во времени. Различия в климате сказываются не только на составе и типах лесов, но и на сезонности лесных пожаров и периодах пожарных максимумов [2].
В работе [17] описывается определение класса пожарной опасности по условиям погоды с использованием комплексного показателя В.Г. Нестерова. Им также разработана шкала пожароопасности погоды Гидрометцентра СССР и регламентация работы лесопожарной службы, где даются методические указания к расчёту показателя горимости лесов и рассматриваются основные метеорологические факторы, определяющие условия возникновения, развития и распространения пожаров растительности, к которым относятся различные сочетания температуры, влажности воздуха и атмосферных осадков. Изложены вопросы долгосрочного и краткосрочного прогнозирования классов пожарной опасности по условиям погоды, оценки их оправдываемости [15].
Э.Н. Валендик установил, что ветер косвенно влияет на возникновение пожара, но непосредственно от него зависит скорость распространения его кромки, и вследствие этого пожар имеет способность к саморазвитию [5]. Автор утверждает, что чрезвычайно важно изучать воздухообмен, так как он является одним из компо-
Влияние угла наклона поверхности и запаса горючих
нентов пожаров. В ходе исследования экспериментальным путём было доказано, что к кромке низового пожара, являющейся источником тепла, устремляются воздушные потоки, и скорость их возрастает по мере приближения к территории горельника, с увеличением интенсивности горения его влияние на окружающую территорию возрастает в 3 раза. Пожар трансформирует ветер: чем интенсивнее пожар, тем больше зона его влияния на ветер. Таким образом, ветер - основной фактор, который определяет контур площади, охваченной огнём.
М.А. Шешуковым [30] было установлено влияние ветра на скорость распространения кромки пожара. Как видно из данных, приведенных в табл. 4, при увеличении скорости ветра в 4,5 раза, скорость распространения элементов пожара, например, фронта весной, возрастает в 32,8 раза (с 0,7 до 23 м/мин).
Диченко Н. А. [10] разработал шкалу для оценки опасности возникновения крупных лесных пожаров, по которой была составлена классификация регионов РФ по количеству крупных пожаров на единице лесной площади, проценту крупных пожаров от общего количества и вероятности их возникновения.
При оценке пирологической ситуации территории важно оценить систему противопожарного мониторинга. В статье [9] автор утверждает, что использование средств Системы Глобального Позиционирования позволяет ускорить доставку сил и средств на лесной пожар, оптимизировать технологию лесопожарных работ на кромке пожара и таким образом существенно снизить затраты на тушение, экологический и экономический ущерб.
В условиях недостаточного выделения средств актуален вопрос эффективного использования финансирования для охраны лесов от пожаров, поэтому Софро-нов М.А., Волокитина А.В. [21] утверждают, что важно изменить существующую концепцию противопожарного устройства лесов. В связи с этим необходимо создание оптимальных условий для быстрого и эффективного тушения пожаров активными способами. Таким образом, должна быть организована быстрая доставка сил и средств к пожару, составлены карты реально существующей сети опорных линий для отжига, сформирована база данных для оперативного составления крупномасштабных карт растительных горючих материалов.
В связи с резким удорожанием авиационных услуг возрастает роль космических средств лесопожарного
Таблица 3
материалов на параметры пламени кромки огня [30]
Угол наклона, град Скорость распространения огня, м/мин Глубина пламени, м Высота пламени, м Объём пламенной зоны, м3 Интенсивность горения, сотни ккал/м, мин
Опад листвы, запас 7,6 т/га
0 0,35 0,15 0,39 0,058 10,8
10 0,45 0,19 0,41 0,078 13,8
20 0,80 0,30 0,46 0,138 24,7
35 3,63 0,95 0,65 0,616 112,0
Опад листвы, запас 3,8 т/га
0 0,28 0,11 0,21 0,023 4,3
10 0,37 0,14 0,22 0,031 5,5
20 0,67 0,23 0,25 0,057 10,0
35 3,10 0,68 0,34 0,230 46,0
45 11,50 1,42 0,68 0,970 177,0
Таблица 4
Влияние ветра на скорость распространения элементов пожара и интенсивность горения
в весенний и летний периоды [30]
Скорость ветра м/сек. Скорость распространения элементов пожара, м/мин Интенсивность горения фронта* 10'2 ккал/м, мин
весной летом весной летом
фронта фланга тыла фронта фланга тыла
0 0,7 0,7 0,7 0,5 0,5 0,5 7,8 8,5
1,0 1,4 0,8 0,7 0,7 0,6 0,5 15,1 11,9
2,0 3,2 1 0,8 1,0 0,7 0,6 35,0 17,9
3,0 8 1,6 1,0 1,6 0,9 0,6 86,5 27,2
4,5 23,0 3,6 1,6 2,9 1,4 0,8 250,0 49,5
Примечание. Горючие материалы - вейник и опад
контроля. В работе [4] рассмотрены возможности спутникового мониторинга лесных пожаров при помощи космической системы «НОМОС».
Фурясв В.В. и Яковлев Б.П. [28] утверждают, что в зависимости от природных и экономических условий пожарно-стратегическая концепция может выражаться в виде планомерного противопожарного устройства, системы оперативного обнаружения и ликвидации пожаров или сочетание всех видов лесопожарной профилактики.
Влияние пожаров на компоненты природных экосистем чрезвычайно многообразно и описано различными авторами.
Экологические аспекты лесных пожаров рассмотрел в своей работе Э.Н. Валендик [6]. Он утверждает, что пожары влияют на тип растительности и динамику растительных сообществ. Каждая растительная формация имеет свой «пожарный режим», характеризующийся определённым видом и интенсивностью пожара, его максимальным размером, интервалами повторяемости, степенью разрушения биогеоценоза и послепожарной динамикой восстановления природной среды.
Вопросом значимости пожара для возобновления леса в местах рубок на севере Средней Сибири занимались Софронов М. А. и Волокитина А.В. Ими было установлено, что уменьшение толщины органического слоя вследствие огневого воздействия способствует лесовозобновлению после сплошных или выборочных вырубок в зоне северных редколесий [20].
В работе [13] выяснено воздействие лесных пожаров на растительный и почвенный покров биогеоценоза и выявлены значительные изменения в концентрации основных элементов в подзолистом горизонте почвы до и после пожара. Группой ученых, на примере Ханты-Ман-сийского автономного округа, изучено влияние лесных пожаров на свойства подзолистых почв [4]. Результаты исследования показали, что лесные пожары существенно влияют на почвообразовательные процессы: снижается ферментативная и биологическая активность почвы, уменьшается запас органического вещества в верхнем горизонте.
В.В. Фурясв и Л.П. Злобина показали, что при долгосрочном прогнозировании динамики лесов, необходимо учитывать современные тенденции их горимости. Пожары высокой интенсивности приводят к полной гибели материнских древостоев и формированию на гарях новых поколений растительных формаций, а пожары с бо-
лее низкой интенсивностью существенно не влияют на формирование и распределение древостоя [28].
Д.Г. Щепаченко и М.В. Щепаченко изучали последствия пожаров в условиях вечной мерзлоты и отметили, что происходит оттаивание мерзлоты (не более 5 см). Вода не имеет стока и способствует заболачиванию территории [31].
Д.Н. Орешковым и А.С. Шишикиным [16] было рассмотрено влияние пожаров растительности на динамику животного населения в среднетаёжных сосняках средней Сибири и установлено, что пожары слабой интенсивности практически не влияют на зоокомплекс сосняков лишайниковых и последствия воздействия краткосрочны. Пожары сильной интенсивности в значительной степени воздействуют на зоокомплекс, изменяя трофические условия участка.
При рассмотрении влияния крупных лесных пожаров на гидрохимический режим таёжных рек [29] установлено, что лесные пожары увеличивают концентрации минерального состава подавляющего большинства компонентов и органического вещества в атмосферных осадках, снежном покрове, талых водах, но разной степени. Авторы указывают, что значительное влияние на образование и распределение продуктов горения оказывают метеорологические условия во время возгораний.
Территория Дальнего Востока, по оценке Н.А. Дичен-кова [10], относится к VII классу вероятности возникновения крупных пожаров, имеет большую площадь и расчленённость, высокий показатель лесистости. Однако работы, которые проводятся по пирологическому районированию и составлению региональных шкал пожарной опасности, имеют обобщённый характер, не учитывающий индивидуальных особенностей центральных, северных и южных районов. Следовательно, для оценки и характеристики пирологической ситуации на Дальнем Востоке необходима разработка местных шкал для детальной оценки районов с разными природными и климатическими условиями и разной степенью влияния антропогенного фактора. Для этого необходим набор критериев, в качестве которых по нашему мнению, можно использовать:
1. индекс горимости;
2. орографические характеристики;
3. природные характеристики растительных формаций
и структуру лесных горючих материалов;
4. климатические особенности (скорость ветра, температура, количество осадков);
5. фактическую горимость основных растительных формаций;
6. показатели освоенности территории и наличие источников возгорания.
Работа выполнена при финансовой поддержке проекта ДВО РАН 06-OH3-116.
ЛИТЕРАТУРА:
1. Андреев Ю.А. Влияние антропогенных факторов на возникновение лесных пожаров (на примере Красноярского края): автореф. дисс... на соискание учёной степени канд. с-х наук. Красноярск, 1991. 22 с.
2. Анцышкин. С.П. Противопожарная охрана леса. М., Л: Гослесбумиздат, 1957. 177 с.
3. Бурлаков Ю.Г., Точенов В.Н., Беляев А.И, Давыденко Э.П. Космическая система «НОМОС» для высокооперативного контроля лесопожарной обстановкой // Лесное хозяйство. 1996. № 3. С. 21-22.
4. Бурлакова Л.М., Морковкин Г.Г, Ананьева Ю.С., За-валишин С.И., Каменский В.А. Влияние лесных пожаров на свойства подзолистых почв (на примере Ханты-Мансийского автономного округа) // Лесной вестник. 2002. № 2. С. 67-70.
5. Валендик Э.Н. Ветер и лесной пожар. М: Наука, 1968. 117 с.
6. Валендик Э.Н. Экологические аспекты лесных пожаров в Сибири // Сибирский экологический журнал. 1996. № 1. С. 2-7.
7. Волокинтина А.В., Софронов А.М. Классификация и картографирование растительных горючих материалов. Новосибирск: СО РАН, 2002. 306 с.
8. Выводцев Н.В. Критерии оценки пожарной опасности в лиственничниках//Лесное хозяйство. 2000. № 6. С. 39-41.
9. Главацкий Г. Д., Груманс В.М., Королёв Г. М. Тушение крупных лесных пожаров с использованием средств навигации системы глобального позиционирования // Лесной вестник 2002. № 2 С. 45-53.
10. Диченков Н.А. Оценка опасности возникновения крупных лесных пожаров // Лесное хозяйство. 1997. № 4. С. 46-48.
11. Инструкция по устройству государственного лесного фонда СССР. М., 1964. 24 с.
12. Курбатский Н.П. Техника и тактика тушения лесных пожаров. М.: Гослесбумиздат, 1962. 153 с.
13. Куценогий К.П., Чанкина О.В., Ковальская Г. А., Савченко Т.И., Иванова Г.А., Иванов А.В, Тарасов П.А. Постпирогенное изменение элементного состава лесных горючих материалов и почв в сосновых лесах Средней Сибири // Сибирский экологический журнал. 2003. №6. С. 735-742.
14. Махоткина Е.Л. Изменение мутности атмосферы во время лесных пожаров // География и природные ресурсы. 1996. № 3. С. 19-28.
15. Методические указания по прогнозированию пожарной опасности в лесах по условиям погоды, М: Гид-
рометеоиздат, 1975. 15 с.
16. Орешков Д.Н., Шишикин А.С. Динамика животного населения при воздействии пожаров разной интенсивности в среднетаёжных сосняках Средней Сибири // Сибирский экологический журнал. 2003. № 6. С. 743-748.
17. Руководство по определению пожарной опасности в лесу по условиям погоды. Хабаровск: ДальНИИЛХ. 1991. 16 с.
18. Соколова Л.П. Оценка пирогенной устойчивости западного побережья Байкала // География и природные ресурсы. 1992 № 2 С. 58-67.
19. Софронов М.А., Антропов В.Ф., Волокитина А.В. Пирологическая характеристика растительности бассейна озера Байкал // География и природные ресурсы. 1999. № 2. С. 1-7.
20. Софронов М.А., Волокитина А.В. Роль пожаров в возобновлении леса в местах рубок на севере Средней Сибири // Лесное хозяйство. 1996. № 6. С. 50-51.
21. Софронов М.А., Волокитина А.В.О противопожарном устройстве лесной территории // Лесной вестник. 2002. № 2. С. 45-47.
22. Стародумов А.М. О горимости лесов в различных географических районах Дальнего Востока // Бюллетень научно - технической информации Дальневосточного научно - исследовательского института лесного хозяйства, Хабаровск: ДальНИИЛХ, 1958.
С. 21-23.
23. Стародумов А.М. Шкала пожарной опасности насаждений и других категорий площадей для условий дальнего Востока, Хабаровск: Даль НИИЛХ, 1965. 1 с.
24. Указания по противопожарной профилактике служб. Госком лесн. хоз-ва СМ СССР, 1973. 27 с.
25. Фуряев В. В. Киреев Д.М. Изучение послепожарной динамики лесов на ландшафтной основе. Новосибирск: Наука, 1979. 160с.
26. Фуряев В. В.Роль пожаров в процессе лесообразова-ния. Новосибирск: Наука, 1996. 253 с.
27. Фуряев В.В., Злобина. Л.П. Взаимосвязь возрастной структуры древостоев Среднего Приангарья с пожарами // Лесное хозяйство. 1996. № 6. С. 48-49.
28. Фуряев В.В., Яковлев Б.П. Современные тенденции и стратегии охраны лесов от пожаров // Лесное хозяйство. 1999. № 2. С. 47-49.
29. ШестёркинВ.П., Шестёркина Н.М. Влияние крупных лесных пожаров на гидрохимический режим таёжных рек Приамурья // География и природные ресурсы. 2002. №2. С. 47-51.
30. Шешуков М.А. Исследование природы низовых пожаров в основных лесных формациях нижнего Приамурья: автореферат канд. с-х наук. Красноярск, 1970. 24 с.
31.Щепаченко Д.Г., Щепаченко М.В. Влияние лесных пожаров на морфологию почв и прирост лиственницы в Якутии // Лесное хозяйство № 6, 1998. С. 47-48.
The Approaches of different authors to definition of the criteria for fire danger estimation and consequences from fires for vegetation are examined the substauntiated. Criteria for the estimation of pirological situations in the territory of the Far East are.
