Моделирование аэрогенного переноса загрязняющих веществ при пожаре при горизонтальном и вертикальном движении воздушных масс Текст научной статьи по специальности «Математика»

о таких ее видах, как а) объективная, сопутствующая случайным процессам в рассматриваемых здесь сложных системах, б) стратегическая, порожденная непредсказуемостью действий других стран и людей, в) гносеологическая, связанная с нечеткостью происхождения и сугубо индивидуальной психологической интерпретацией разными людьми одних и тех же факторов.

Список использованной литературы

1. Матвеев А.В., Матвеев В.В. Концептуальные основы обеспечения национальной безопасности России // Национальная безопасность и стратегическое планирование. 2014. - № 1(5) - С. 3-20.

2. Матвеев А.В., Матвеев В.В. Системно-кибернетический подход к определению понятия «безопасность» // Национальная безопасность и стратегическое планирование. 2014. - № 4(8) - С. 3-12.

МОДЕЛИРОВАНИЕ АЭРОГЕННОГО ПЕРЕНОСА ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ ПРИ ПОЖАРЕ ПРИ ГОРИЗОНТАЛЬНОМ И ВЕРТИКАЛЬНОМ ДВИЖЕНИИ ВОЗДУШНЫХ МАСС

И.И. Метелкин, старший преподаватель В.В. Шумилин, начальник кафедры Воронежский институт ГПС МЧС России, г. Воронеж

В случае крупных и длительных пожаров, а также пожаров на опасном производстве, чрезвычайно важной является задача прогнозирования распространения загрязняющих веществ. Прогнозирование позволяет оповестить население территории, находящейся в зоне потенциального загрязнения, обоснованно и эффективно провести защитные и эвакуационные мероприятия. Поэтому разработка высокоадекватных математических методов прогнозирования и реализующих их удобных программных продуктов является в настоящее время актуальной задачей.

В настоящее время есть ряд моделей и рекомендаций по прогнозированию аэрогенного переноса загрязняющих веществ. Однако их общим недостатком является их «одномерная» или «двумерная» реализация. Наибольшей пользы удалось достичь в методах, где распространение загрязняющих веществ в двух измерениях х и у привязывается к карте местности. Однако при аэрогенном переносе загрязняющих веществ существенную роль играет как горизонтальное, так и вертикальное движение воздушных масс, а также рельеф местности. Средняя скорость вертикального движения воздуха в дневное время составляет около 1 м/с, но может достигать 5-21 м/с в зависимости от погодных условий, подстилающей поверхности, рельефа местности, высоты над уровнем поверхности. То есть, скорость

вертикального движения воздушных масс может быть сопоставима со скоростью горизонтального движения (ветра). Учет в модели аэрогенного переноса вертикального движения воздушных масс позволил бы существенно (на 30-100%) повысить адекватность модели. Поэтому в рамках настоящей работы поставлена задача разработать модель, учитывающую как горизонтальное, так и вертикальное движение воздушных масс.

Моделирование движения воздушных масс в заданной местности является чрезвычайно сложной задачей [2]. Моделирование затрудняется необходимостью точного задания рельефа местности, карты ее отражающих и поглощающих свойств, карты влажности, карты объектов (начиная с травяного покрова и кончая лесными массивами и водоемами), характера солнечного освещения, карты распределения облачности, карты распределения температуры воздуха и поверхности. Вследствие действия такого большого количества факторов, а также свойств воздуха, нижние слои атмосферы являются крайне нестабильными и сложно-прогнозируемыми системами, в результате чего в атмосфере образуются вихри, пузыри, и другие объекты сложнейшей геометрической формы (косвенно об их форме можно судить по форме облаков). Однако даже если учесть в модели вертикальное движение воздушных в первом приближении, уже это существенно позволит повысить точность прогнозирования (на 10-50 %).

К настоящему времени подробно изучены и четко сформулированы основные закономерности движения воздушных масс, которые, в частности, используются планеристами, дельта- и парапланеристами при выборе маршрута полетов. Так, например, известно, что восходящие потоки воздуха образуются над участками земной поверхности, подвергающимися наибольшему прогреву солнцем. Прежде всего, это каменистые россыпи, песок, сухие поля, обращенные к солнцу склоны холмов. Над вогнутыми склонами холмов воздух нагревается быстрее, чем над выпуклыми, поэтому образуются более мощные восходящие потоки. При условии неустойчивости приземного воздуха восходящие потоки могут генерироваться пригорками небольших размеров, лесозащитными полосами и даже отдельными деревьями и опорами ЛЭП. Объясняется это тем, что если гонимый ветром перегретый слой приземного воздуха наталкивается на бугор или стену деревьев, то, обтекая их, он начинает подниматься вверх, увлекая за собой окружающий воздух.

Нисходящие потоки воздуха формируются над холодными участками местности. Это, в первую очередь, низины, особенно если по их дну протекают ручьи, а также озера, реки, зеленые (влажные) поля, леса, болота.

Модель распространения загрязняющих веществ в воздушной среде основана на базе уравнения диффузии в движущейся среде, с учетом движения воздушной среды относительно земной поверхности [3, 4].

Уравнение диффузии является чрезвычайно сложным и допускает аналитическое решение лишь в простейших учебных случаях (одномерное приближение, стационарный характер, простые геометрические формы,

постоянный коэффициент диффузии и т.д.). Поэтому для распространения загрязнений от реальных пожаров на реальной местности будем сразу ориентироваться на решение уравнения с использованием сеточных конечно -разностных численных методов.

Для достижения в модели высокого пространственного разрешения объем пространства, в котором производится моделирование и имеющий форму куба, дискретизирован кубической сеткой на 200 х 200 х 200 ячеек, при этом общее количество узлов в модели составляет 8-106 (рис. 1). Шаг дискретизации И составляет от 1 до 100 м (в расчетах ниже принят И = 5 м) в зависимости от масштабности процесса и территории, для которой необходимо выполнить прогноз. Каждая ячейка имеет шесть соседей, от которых возможен прием вещества, либо которым может производиться передача вещества.

Таким образом, в рамках настоящей работы разработана физико-математическая модель аэрогенного переноса загрязняющих веществ с учетом как горизонтального, так и вертикального движения воздушной среды. Модель позволяет прогнозировать конфигурацию зон загрязнения веществами заданного типа. Разработана компьютерная программа, реализующая предлагаемый метод моделирования.

1. Советов Б.Я. Моделирование систем [Текст]: учебное пособие / Б.Я. Советов, С.А. Яковлев - М.: Высш. шк., 1998. - 319 с.

2. Скорер Р., Аэрогидродинамика окружающей среды. - М.: Мир, 1980. -

3. Пэгин Д. Поднять небо. - «Новая Каховка», 1997. - 344 с.

4. Гулд X., Тобочник Я. Компьютерное моделирование в физике. Ч. 2. -М.: Мир, 1990. - 400 с.

5. Калач А.В, Чудаков А.А, Калач Е.В, Арифуллин Е.З. Математическая модель движения поверхностных вод местного стока // Технологии

г

"х

Рис. 1. Индексация узлов при сеточном решении уравнений диффузии

Список использованной литературы

550 с.

гражданской безопасности.- 2013.- № 3(37). - С. 90-94.

6. Калач А.В, Чудаков А.А. Математическое моделирование водных систем противопожарного назначения // Вестник Воронежского института МВД России. 2014. - № 1. - С. 95-104.

7. Калач А.В, Чудаков А.А, Калач Е.В. Математическое моделирование, затопления населенных пунктов при движении поверхностных вод местного стока // Проблемы управления рисками в техносфере. 2014. - № 2(30). - С. 7684.

РАСЧЕТ РАДИУСА ВЫЕЗДА ПОДРАЗДЕЛЕНИИ МЧС

А.Л. Михалевич, преподаватель Т.В. Куприян, курсант Гомельский инженерный институт МЧС Республики Беларусь,

г. Гомель

Пожар должен быть потушен или локализован до обрушения несущих строительных конструкций здания.

Так, например, расчетное время создания условий локализации пожара подразделениями МЧС в здании с металлическими незащищенными строительными конструкциями будет равно:

тс 15

Трас = £Р = 14мин (1)

тср - предел огнестойкости строительных конструкций, мин;

кх - коэффициент безопасности, равен 1,1.

Если учесть, что от момента возникновения пожара до сообщения о нем в г. Гомеле проходит в большинстве случаев от 4 до 8 минут, то на время следования и боевого развертывания сил и средств подразделениями МЧС остается время:

Тсл.б. р. =Т рас-Тс = 14-(4 * 8) = 10 * 6 мин (2)

тс - время от момента возникновения пожара до сообщения о нем в г. Гомеле.

Развертывание сил и средств первого прибывшего подразделения МЧС с подачей водяного ствола для локализации пожара осуществляется в течение 3 минут.

Таким образом, время следования на пожар составляет:

Тсл =Тсл.б.р. -Тб.р. =(10*6)-3 = 7*3мин (3)

тб - время развертывания сил и средств первого прибывшего

подразделения МЧС с подачей водяного ствола для локализации пожара, мин.

При средней скорости движения пожарного автомобиля по городу