Методология оценки лесопожарных рисков основа поддержки принятия решений в кризисных ситуациях, вызванных лесными пожарами Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

УДК 614.8:377/378

А. А. Долгов к. ф.-м. н. (ФГУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ)), Е.Н. Сумина (РХТУ)

МЕТОДОЛОГИЯ ОЦЕНКИ ЛЕСОПОЖАРНЫХ РИСКОВ - ОСНОВА ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ В КРИЗИСНЫХ СИТУАЦИЯХ, ВЫЗВАННЫХ ЛЕСНЫМИ ПОЖАРАМИ

A. Dolgov, E.Sumina

METHODOLOGY OF FOREST FIRE RISKS ESTIMATION - BASIS FOR DECISION MAKING SUPPORT IN CRISIS SITUATIONS, CAUSED BY THE FOREST FIRE

В статье приведен метод оценки лесопожарных рисков, являющийся основой методологии поддержки принятия решений в кризисных ситуациях, вызванных лесными пожарами.

There is described method of forest fire risk estimation, being the basis of methodology of decision taking support in crisis situations, caused by forest fire.

А. А. Долгов

ЕЛ. Сумина

Лесные пожары являются катастрофическими стихийными бедствиями, в особенности для густонаселенных районов. В настоящее время в связи с глобальным потеплением климата обращает на себя внимание значительный рост числа природных пожаров. Ежегодно в России в огне лесных пожаров гибнет около 6 млн. га леса, убытки от лесных пожаров превосходят 11 млрд. рублей [ 1].

Тепловые и дымовые выбросы обширных лесных пожаров меняют динамику атмосферы, процессы циркуляции воздушных масс и, тем самым, погодные условия в отдельных регионах. Интенсивная и длительная задымленность от лесных пожаров создает серьезную угрозу для здоровья населения [2].

Обусловленные пожарами в бореальных лесах выбросы диоксида углерода составляют от 828 до 1105 Тг в год; оксида углерода - 88-128 Тг; метана - 2,9-4,7 Тг; сажистых частиц - 4,6-836 Тг [3|.

В результате действия природных пожаров возникают региональные катастрофы, например катастрофическая задымленность огромных территорий, включая г. Москву, осенью 2002 г. в результате горения торфяников на территории Московской области. Всего летом 2002 года в зоне интенсивного и продолжительного задымления оказалось не менее 30 млн. граждан России или 20 % всего населения страны [1].

Негативные моменты, препятствующие эффективному решению проблемы пожарной безопасности на урбанизированной территории - недостаточное финансирование служб охраны и зашиты лесов и городов России от пожаров, а также соответствующей научно-иссле-довательской работы, что в первую очередь приводит к недостаточной точности прогнозов о возникновении и распространении лесных пожаров, получаемых по известным методикам. В результате этого так и не разработаны эффективные методы прогноза, мониторинга и тушения лесных пожаров. Для решения задач прогноза пожаров на урбанизированных территориях необходимо использовать новые детерминированно-вероятностные математические модели возникновения природных и техногенных пожаров в сочетании со спутниковым мониторингом I I |.

В такой сложной системе, какой является лесное хозяйство, действует большое число субъективных и объективных факторов: экономических, биологических, лесотехнических, метеорологических, административно-правовых, финансовых, конъюнктурных, организационных, технологических, социальных. Поэтому в борьбе с пожарами, при поддержании противопожарного режима необходимо иметь четкую своевременную и объективную информацию, научный подход к оценке тех или иных обстоятельств, выбор оптимального решения и главное, организацию его своевременного выполнения.

Управление охраной лесов от пожаров в течение пожароопасного

Научно-технические разработки

Научно-технические разработки

сезона заключается в принятии управленческих реше-{ ний адекватных конкретной непрерывно меняющейся пожароопасной обстановке, складывающейся к тому или иному её дню. Основой для принятия управленческих решений является информация о возникающих и действующих лесных пожарах, прогноз и оценка текущей пожарной опасности, а также требуемый уровень интенсивности охраны. Сами же управлен-I ческие решения состоят в оперативном планировании | состава, структуры и режимов работ лесопожарных ! служб, управлении процессом тушения крупных лесных пожаров с учетом маневрирования имеющимися в распоряжении силами и средствами |4|.

Принятие управленческих решений должно базироваться на вариантах решений, предлагаемых соответствующими системами поддержки принятия решений и другими программными средствами, работающими в комплексе.

Эффективность системы управления охраной лесов определяется ее способностью оценивать и прогнозировать условия возникновения и развития лесных пожаров, регулировать в соответствии с этими условиями структуру и параметры лесопожарных служб.

В последнее время в ряде нормативных правовых документов появились требования о необходимости использования методологии анализа риска при решении вопросов безопасности, что требует дальнейшего развития нормативно-методической базы. В настоящее время формируется востребованность практикой научно обоснованных методов оценки риска ЧС. Для анализа опасности ЧС как техногенного, гак и природного характера начинает применяться методология оценки риска, которая позволяет всесторонне оценивать меру опасности ЧС в течение определенного периода времени, а также тяжесть ее последствий. Несмотря на множество публикаций и выступлений на конференциях различных уровней по проблемам оценки рисков, ни в одной из федеральных и иных целевых научно-технических программ (МЧС России, Минприроды России, Минэнерго России и др.) за последние годы практически пригодных методик оценки риска не создано [5|.

В соответствии с определением риска ЧС, лесо-пожарпым риском будем называть меру опасности, характеризующую возможность возникновения лесного пожара на определенной территории, покрытой лесной растительностью, и тяжесть последствий этого пожара (экономические, экологические, социальные).

! В России природную пожарную опасность

определяют посредством индекса горимости Нестерова (комплексного метеорологического показателя) ( или различных его модификаций, представленных в работах Коровина Г.Н., Сухинина А. И. и др. Метод I оперативной оценки пожарной опасности по погодным условиям предложен Вонским С.М. и др. [6]. Программы обработки метеоданных по этой методике позволяют рассчитывать показатели влажности покрова и подстилки (ПВ-1, ПВ-2) с осреднением осадков по площади. По значениям величин показателей ПВ-1 и ПВ-2 определяют, когда и какого вида

пожары следует ожидать в древостоях разных групп типов леса. Методика позволяет выявить дни, когда возможны переходы низовых пожаров в подстилочно-гумусовые. Данная методика особо актуальна для Московской области, поскольку торфяные пожары в этом регионе зачастую носят катастрофический характер.

Вычисление показателей ПВ-1 и ПВ-2 начинают со дня устойчивого схода снежного покрова. В этот день ПВ-1=0; ПВ-2=0.

ПВ-1 текущего дня вычисляют утром (9-10 часов местного времени) по формуле:

(ПВ-1)п = [(ПВ-1)п, + t„, (t„, — т„,)] х К„, где (ПВ-1)п — показатель влажности текущего дня; (П В-1 )п! — показатель влажности на утро предшествующего дня; t - температура воздуха на 13-15 часов местного времени, °С; т - температура точки росы в то же время, °С; Кл - коэффициент учета осадков.

ПВ-2 текущего дня вычисляют одновременно с ПВ-1 утром (9-10 часов местного времени) по следующей формуле:

(ПВ-2)„ = |( ПВ-2)п,]х К'„ + t„ ,(,„, — тп,)] х К"п, где (ПВ-2)п - показатель влажности подстилки текущего дня; (ПВ-1)п, - показатель влажности подстилки на угро предшествующего дня; t и т -температура воздуха и точки росы на 13-15 часов местного времени, °С; К'п и К"п - коэффициенты учета осадков.

Значения вероятностей лесных пожаров в зависимости от класса природной пожарной опасности по значениям показателей влажности покрова и подстилки для различных групп типов лесов представлены в табл. 1.

Причины возникновения лесных пожаров обусловлены не только условиями погоды, типом лесной растительности и влагосодержанием лесных горючих материалов. Статистические данные говорят о том, что до 90 % лесных пожаров возникают по вине человека, до 10 % - от сухих гроз. Величина антропогенной нагрузки и количество молниевых разрядов на единицу площади лесных территорий определены в работах Теплицына Г.П. 17] и Андреева Ю.А. |8]. Значения вероятностей антропогенной нагрузки на лесные фитоценозы Р (А) в зависимости от расстояния m до населенного пункта представлены в табл. 2.

Для определения вероятностей возникновения лесных пожаров за счет действия антропогенной нагрузки и молний Гришиным А.М. было предложено использовать определение вероятностей через частоты событий и воспользоваться статистическими данными для соответствующей лесной территории. В общем случае, при определении вероятностей антропогенной нагрузки на лесные фитоценозы, необходимо учитывать, что антропогенная нагрузка на леса включает в себя следующие составляющие: 1

— нарушение правил эксплуатации техники при работе в лесу (техногенная); 2 - неосторожное обращение с огнем людей отдыхающих в лесу (рекреационная);

3 - преднамеренный поджог леса с целью последующей продажи горелого леса;

Таблица 1

Местная шкала природной пожарной опасности

Класс природной пожарной опасности по значениям П В-2 ПВ-2 Класс природной пожарной опасности по значениям ПВ-1

0 1 2 3 4 5

ПВ-1

<200 201-450 451-850 851-1100 1101-1900 >1901

Вероятность возникновения лесного пожара

0 <1000 0 KD 1 ( III ) 1(1-111) 1 ( l-IV) 0

1 1001-2000 0 1(1) 1 ( I-П ) 1(1-111) 1 ( I-IV ) 1 ( I-IV)

KD KD KD 1(1) 1(1)

2 2001-3000 0 1(1) 1 ( I-П ) 1(1-111) 1 ( I-IV) 1( I-IV)

1(1) 1 ( 1-11 ) И1-Н) 1(1-111) 1(1-111)

3 3001-4000 0 KD 1 ( I-П ) 1 ( I-III ) 1( I-IV) 1 ( I-IV)

KD 1 ( I -11 ) 1 (I-III ) 1 ( I-III ) 1 ( I-III )

4 4001-6000 1 (II, IV) 1(1) 1 ( I-П ) 1 (I-HI 1 ( I-IV) 1 ( I-IV)

1 ( 1 (11,IV)) 1 ( l-ll (IV)) 1(1-111 (IV)) 1 ( I-IV) 1 ( l-IV)

5 >6001 I (II.IV.V) KD 1 ( I-П ) 1(1-111) 1 ( I-IV ) 1 (I-V)

1 ( I (II,IV,V)) 1 ( 1-11 (IV-V)) 1 ( 1-1)1 (IV-V) 1 (I-IV (V)) 1 ( l-V)

Примечания: I) в числителе - классы природной пожарной опасности насаждении, в которых возможны низовые пожары;

в знаменателе - классы природной пожарной опасности насаждений, в которых возможно заглубление огня в подстилку (торф);

2) в знаменателе (во внутренних скобках) — те же классы природной пожарной опасности насаждений, в которых возможно развитие только почвенных пожаров без низовых, во // классе -пожары на осушенных торфяниках;

3) 1 - есть вероятность возникновения лесного пожара; 0 - нет вероятности возникновения лесного пожара.

Таблица 2

Значения вероятностей антропогенной нагрузки на лесные фитоценозы

т(м) 50 100 250 500 750 1000

P.(A) 0,096 0,097 0,098 0,099 0,101 0,102

т(м) 2000 3000 4000 5000 7500 10000

P.(A) 0,108 0,114 0.120 0,125 0,143 0,160

4 - преднамеренный поджог леса для нанесения ущерба потенциально опасным объектам, расположенным в лесу[51.

Аналитические выражения для определения вероятностей антропогенной Р,(А) и природной Р(М) нагрузок на лесные фитоценозы, достаточных для зажигания лесных горючих материалов, и вероятностей лесных пожаров вследствие этих нагрузок на м участке лесной территории представлены в работах А.М. Гришина:

Р1(А)*\/ЫПА1,Р1(ЛП/А)^пл/ЫКП1,

Р(М)^М1/^С1,Р,(ЛП/М)*ЫПМ1/^П,

Здесь 1МД1и 1МПД1 - количество дней пожароопасных сезонов для ¡-го выдела, когда имеется антропогенная нагрузка, достаточная для зажигания лесных горючих материалов (ЛГМ) и количество пожаров вследствие этой нагрузки, включая и умышленные поджоги; 1^КП( - общее количество пожаров для ¡-го выдела за 5 лет; 1ММ| и ЫПС| - число дней для ¡-го выдела, когда имели место молнии (при сухих грозах) и обшее число дней пожароопасных сезонов для ¡- го выдела за 5 лет; !МПМ1 — количество пожаров от молний при сухих грозах за пять ле г.

Итоговую формулу лесопожарного риска мож-

но представить следующим образом:

Рч = {[Р„ (А) Р (Л П/А) + Рц (М) Рц (ЛП/М)] Рц (С)}хПч, где Р„(С) - вероятность лесных пожаров для определенного значения величины природной пожарной опасности определяется по методике Лен-НИИЛХ [6|, а антропогенная нагрузка Р (А), вероятность возникновения лесного пожара от антропогенной нагрузки Р (Л П/А), количество молниевых разрядов на единицу площади лесной территории Ри(М) и вероятность возникновения лесного пожара от сухих гроз для данной лесной территории Р^Л П/М)

- поданным Андреева Ю.А., Гришина А.М. и Franklin R.; Пц — суммарный ущерб от лесного пожара.

При оценке последствий лесных пожаров учитываются, прежде всего, масштабы прямого ущерба: непосредственная угроза жизни людей, объектам техносферы, природным объектам, находящимся в зоне пожара, ценность и объемы поврежденной древесины, угроза сохранению биоразнообразия. В то же время, косвенный ущерб от пожара, обусловленный ухудшением состояния здоровья населения, вызванного длительной задымленностью, и снижающий эффективность деятельности всех отраслей промышленности, может оказаться больше по своей величине и значимости.

Научно-технические разработки

( Научно-технические разработки

В случае задымленности воздушной среды города, вызванной выбросами от лесных пожаров, метрологические и расчетные методы оценки уровня загрязнения, разработанные для стандартных городских источников загрязнения, становятся неприемлемыми. Это обусловлено постоянным изменением во времени параметров исследуемого источника, наличием различных вероятностей скорости распространения, направления развития и масштаба лесного пожара, а значит постоянным изменением во времени и в пространстве распределения концентраций загрязняющих веществ.

Воздействие лесных пожаров на окружающую среду и человека обуславливает экономические, экологические и социальные ущербы (рис. I) [2].

Приказом руководителя Федеральной службы лесного хозяйства России от 3 апреля 1998 г. № 53 утверждена «Инструкция по определению ущерба, причиняемого лесными пожарами». Инструкция определяет порядок оценки размеров ущерба, причиненного лесными пожарами лесному фонду и лесам, не входящим в лесной фонд.

Суммарный эколого-экономический ущерб от лесного пожара, согласно данной инструкции включает:

- стоимость потерь древесины на корню в средневозрастных, приспевающих, спелых и перестойных насаждениях;

- ущерб от повреждения молодняков естественного и искусственного происхождения;

- ущерб от повреждения ресурсов побочного лесопользования;

- расходы на тушение лесных пожаров;

- стоимость сгоревших объектов и готовой продукции в лесу (снижение стоимости объектов и готовой продукции, поврежденных пожаром);

- расходы на расчистку горельников и дополнительные санитарные рубки в насаждениях, поврежденных лесными пожарами;

- ущерб от снижения почвозащитных, санитарно-гигиенических, водоохранных и других средообразующих функций леса;

- ущерб от загрязнения воздушной среды продуктами горения;

- ущерб от гибели животных и растений, включая занесенных в Красную книгу Российской Федерации;

- другие потери.

Для оценки лесопожарных рисков лесной территории необходимы прогнозные данные по

возможным типам лесных пожаров и их динамике. Необходимо знать площади выгоревших лесных территорий, количество сгоревшей биомассы, количество выбросов газовых и дисперсных продуктов горения в атмосферу зоны лесных пожаров на любой момент времени развития пожара. Такие прогнозные оценки можно получить, используя общую математическую модель лесных пожаров [9, 10], которая находит широкое применение как для прогноза возникновения, развития и распространения лесных пожаров, так и их экологических последствий. В рамках этой математической модели учитываются все основные физико-химические процессы горения ЛГМ и передачи энергии [10].

С использованием этой модели была разработана методика, которая позволяет определять выбросы загрязняющих веществ и теплоты в атмосферу от лесных пожаров |11]. Методика позволяет определять итоговые и текущие выбросы в атмосферу вредных веществ (оксид и диоксид углерода, оксиды азота, сажи, частиц дыма, метана и непредельных углеводородов) и тепла при низовых, верховых и подземных пожарах. В методике учитывается неравномерность распределения запасов лесных горючих материалов в ярусах леса, тип подстилающей поверхности, влажность ЛГМ для каждого яруса леса, величина вектора скорости ветра. В методике используются значения коэффициентов эмиссии поллютантов, полученных различными авторами на основе лабораторных экспериментов и анализа последствий реатьных пожаров.

Исходными данными для методики являются:

1) карта-схема района пожара;

2) метеорологические характеристики окружающей среды (температура, скорость ветра, наличие осадков);

3) запас Л ГМ;

4) экологическое состояние окружающей среды (фоновые концентрации загрязняющих веществ).

Предложенный метод оценки лесопожарных рисков позволит НЦУКС и органам управления РСЧС всех уровней МЧС России принимать оперативные решения по ликвидации ЧС, вызванных лесными пожарами, оптимизировать охрану лесов и рационально, с большей эффективностью использовать государственные средства, направляемые на предупреждение лесных пожаров и борьбу с ними.

Последствия воздействия лесных пожаров па окружающую среду и человека

Экономические

1 Іотсри древесины, в і ч. повреждение молодняков, ресурсов побочного лесопользования

Убытки других отраслей прекращение авна-. ЖД-. автоперевозок, судоходства и др

Расходы на тушение, расчистку горельников и др восстановительные работы

Экологические

Загрязнение продуктами горения воздушной среды, водной среды, почвы

- уничтожение кислорода,

- тепловое загрязнение,

- массовый выброс парниковых газов,

- изменение микроклимата,

- задымление

и шазованность атмосферы

Гибель

- животных.

- растении

Снижение

биоразнообразия

Социальные

Гибельи іравма-ТИ ЇМ людей непосредственно в зоне пожара

Ухудшение психофизиологических показателей населения' физических, эмоцнешальимх. и нтелл ектуал ьиых

Рост

заболеваемости

населения

^ Уменьшение продолжительности

Изменение качества окружающей среды, качества жизни, эффективности деятельности населения, увеличение экономических рисков

-► Прямые воздействия -----► Косвенные воздействия

Рис. 1. Структура последствий лесных пожаров

Литература

1. Гришин А.М. Моделирование и прогноз экологических катастроф //Экологические системы и приборы. - 2001. -№ 2. - С. 12-21.

2. Зайченко О.В. Разработка методов оценки воздействия лесного пожара на воздушную среду населенных территорий: Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук.

— Владивосток. 2005.

3. Kasischke E.S., Bruhwiler L.P. Emissionsofcarbon dioxidc, carbon monoxide, and metane from boréal forest in 1998 // J. Geophys.Res.- 2003.- 108 (D1 ).-8146, doi: 10.1029/2001JD000461.

4. Горовая E.H., Трейвус С.С., Шур Ю.3. Управление охраной лесов от пожаров на уровне региона // Материалы 5-й Международной конференции «Природные пожары: возникновение, распространение, тушение и экологические последствия. - Томск. 2003.

5. Андреев Ю.А. Влияние антропогенных и природных факторов на возникновение пожаров в лесах и населенных пунктах: Авторсф. дисс. на соискание ученой степени док. тех. наук / ФГУ ВНИИПО МЧС России. - М., 2003. - 45 с.

6. Вонский С.М., Жданко В.А., Корбут В.И., Семенов М.М., Тстюшева Л.В., Завгородняя Л.С. Определение природной пожарной опасности в лесу: Методические рекомендации. - Л.: ЛенНИИЛХ, 1981. - 52 с.

7. Телицын Г.П. Лесные пожары, их предупреждение и тушение В Хабаровском крае. Хабаровск: Даль НИИЛХ, 1988.-94 с.

8. Число грозовых разрядов на землю (на 1 кв. км в год): Карта //Справочник по опасным природным явлениям в республиках, краях и областях Российской Федерации. - СПб., 1997. - С. 566.

9. Гришин А.М. Моделирование и прогноз катастроф. 4.1. — Томск: Изд-во Том. ун-та, 2003. - 524 с.

10. Гришин А.М. Математическое моделирование лесных пожаров и новые способы борьбы с ними.

- Новосибирск: Наука. Сиб. отд, 1992. — 408 с.

11. Гришин А.М., Долгов А.А., Цимбалюк А.Ф. Методика определения и расчета выбросов загрязняющих веществ от лесных пожаров. - М.: Государственный комитет Российской Федерации по охране окружающей среды. 1997. - 26 с.

Научно-технические разработки