CC BY
312
Научно-технические разработки
УДК 630*9
В. Г. Гусев к.т.п. (Санкт-Петербургский НИИ лесного хозяйства), Ю.В. Подрезов д.с.-х.н.
НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ БОРЬБЫ С ЛЕСНЫМИ ПОЖАРАМИ
В статье основное внимание уделено натурным испытаниям новых средств и технологий, создаваемых в системе Рос-лесхоза для борьбы с лесными пожарами
В. Г. Гусев
Ю.В. Подрезов
Лесные пожары и вызываемые ими чрезвычайные лесопожарные ситуации (ЧЛС) представляют собой серьезную опасность для населения, окружающей природной среды и экономики страны. Борьба с ними являются достаточно сложной проблемой, решать которую призваны различные министерства, ведомства и организации. Главная роль в борьбе с лесными пожарами и ЧЛС принадлежит лесной службе (МПР России, Рослесхозу и подведомственным организациям).
Лесная служба проводит комплекс мероприятий по предупреждению лесных пожаров, недопущению их развития в чрезвычайные лесопожарные ситуации, проведению профилактических мероприятий, разработке новых средств и технологий тушения пожаров.
Важное место среди таких мероприятий отводится оперативному созданию заградительных полос. Оптимальные способы борьбы с наиболее опасными и быстро распространяющимися верховыми пятнистыми пожарами, беглыми и устойчивыми верховыми пожарами сильной и средней интенсивности, низовыми беглыми пожарами сильной и средней интенсивности требуют создания опорных полос для пуска отжига. Опорные полосы для пуска отжига необходимы и для осуществления локализации пожара. Как правило, такие полосы создаются путем снятия грунта до минерализованного слоя с помощью различных лесопожарных механизмов. Однако этот процесс весьма трудоемок и требует большого количества времени на реализацию, а порой и труднореализуем (в горной местности и т.п.).
В последние годы активно ведутся работы по разработке новых технологий и средств создания опорных полос. Кроме землеройных и почвообрабатывающих орудий, при создании опорных и заградительных полос, рекомендуется использовать огнетушащие химические составы. Они особенно эффективны при пожарах в лесах, удалённых и труднопроходимых для наземной техники, а также расположенных в горах и на каменистых почвах.
Хорошими огнезадерживающими свойствами обладает пена низкой и средней кратности, которую, по общепринятой классификации, относят к огнетушашим растворам кратковременного действия. Пена надежно изолирует лесные горючие материалы от кислорода воздуха и излучения пламени лесного пожара; постепенно разрушаясь, она хорошо смачивает подстилку, останавливая тление. Заградительные полосы из пены останавливают продвижение кромки пожара или используются в качестве опорных рубежей при пуске встречного огня (отжига). Для прокладки противопожарных заградительных полос кратковременного действия (до 1 часа) растворами пенообразователей в наземных условиях могут использоваться лесопожарныс мотопомпы в комплекте с оборудованием ОВП-Ю или с пеногенерируюшим насадками; ранцевые огнетушители, в том числе с гидропультами, имеющими псноге-нерируюшие насадки, или моторизованные опрыскиватели (ОМР-2, Соло-Юниор, Штиль).
При применении с воздуха пена покрывает кроны древостоя, препятствуя переходу низового пожара в верховой. Для этого могут использоваться вертолёты и самолёты с пеногенерирующим сливным оборудованием.
Оптимальным по соотношению цены и качества является новый пенообразователь Файрэкс, разработанный СПбНИИЛХ совместно с ОАО «Ивхимпром» (г. Иваново). Файрэкс представляет собой
водный раствор первичных натрийалкилсульфатов с добавками поверхностно-активных веществ. Как показали лабораторные и полевые исследования, а также лётные испытания, Файрэкс, как и пенообразователь Фос-Чек ВД-881 (разработанный в США и выпускаемый сейчас в Италии), является универсальным составом, т.е. обладает одновременно высокими смачивающими и пенообразующими свойствами. По смачивающим свойствам Файрэкс даже превосходит Фос-Чек, но по ценообразованию несколько уступает. Важным преимуществом Файрэкса перед Фос-Че-ком является его более низкая (почти в 3 раза) стоимость при очень близких с Фос-Чеком свойствах.
В результате проведённых исследований были установлены оптимальные концентрации растворов Файрэкс, обеспечивающие максимальную смачиваемость лесного напочвенного покрова: лишайниковая группа типов леса — 0,4 %; зеленомошная — 0,6 %; лесная подстилка (горизонт почвы А0) — 0,8 %. Для получения эффекта ценообразования необходима концентрация не менее 1 %. Рекомендуемые дозировки (плотности подачи) водного раствора пенообразователя Файрэкс, полученные в результате лабораторных и полевых исследований в различных лесорастительных условиях приведены в табл. 1, 2.
Файрэкс хорошо растворяется в воде с различной степенью жёсткости, он не токсичен для людей, лесной флоры и фауны и на его применение в лесу получено разрешение Минздрава России. Новый огнетушащий состав Файрэкс прошёл в 2003 году государственные приёмочные испытания, закупается ФГУ Центральная база «Авиалесоохрана» и применяется территориальным авиабазами при борьбе с лесными пожарами.
Для обеспечения возможности использования жидких огнетушащих составов при прокладке заградительных полос с помощью вертолётного водосливного устройства ФГУ «СПбНИИЛХ», совместно с ООО «Техноэкос», и при участии ФГУ «Авиалесоохрана» разработана система для дозированной нодачи в водосливное устройство ВСУ-5А жидких огнетушащих составов. При расчётах параметров слива жидкого огнетушащего состава в ВСУ-5А из размещённой над ним ёмкости устройства дозированной подачи, предполагалось ламинарное течение жидкости по сливному трубопроводу постоянного диаметра с! и
длиной / через открытый электроклапан В. При заданных значениях разности уровней Н0, параметров жидкости (удельный вес, кинематический коэффициент вязкости ц) и коэффициента сопротивления электроклапана определялся расход огнетушащего состава 0 через трубопровод при давлении в ёмкости Р . Для определения О использовалось уравнение Бернулли (Лойцянский, 1987):
Н0 + Р</у = 1 28|дГО/(лесП +^у/(2§) + а//^), (1)
где V - средняя скорость жидкости при ламинарном режиме течения; ал - коэффициент Кориолиса, учитывающий неравномерность распределения скоростей в сечении потока жидкости (при ламинарном течении ал=2); g - ускорение силы тяжести. Первое слагаемое в правой части уравнения определяет потерю напора на сопротивлении трубопровода, второе слагаемое - потерю напора на электрокланане, третье
- потерю напора на резкое расширение жидкости на входе в ёмкость ВСУ-5А. Средняя скорость жидкости связана с расходом равенством:
V = ОЛ = 40/(яс12), (2)
где Б - сечение трубопровода.
Путём решения системы уравнений (1) и (2) оценивался расход О и время подачи I определённого объёма жидкого огнетушащего состава V в водосливное устройство по формуле:
I = У/О. (3)
На основе результатов расчётов был разработан экспериментальный образец системы, размещаемый в грузовой кабине вертолёта Ми-8. В его состав входили две металлические ёмкости объёмом 400 л, шаровой кран, управляемый электромеханизмом, счётчик расхода жидкости, система труб и шлангов, пульт дистанционного управления. Подача огнетушащего состава в ВСУ-5А осуществлялась самотёком по прикреплённому к ленточной стропе шлангу. В ходе наземной тарировки и лётных исследований экспериментального образца системы были определены расходы и интервалы времени подачи различных видов смачивателей и пенообразователей. В то же время были отмечены
Таблица 1
Дозировка водного раствора Файрэкс в зависимости от лесорастительных условий
Лесораститсльные условия Дозировка раствора, л/м2
Хвойные насаждения полнотой 0,2-0,3 со слабо выраженным напочвенным покровом и подстилкой толщиной 2-3 см 1-2
Хвойные насаждения полнотой 0.4-0.6 с умеренно развитым напочвенным покровом и подстилкой толщиной 3-5 см 2-3
Высокополнотные хвойные насаждения с мощным слоем подстилки (10—15 см), хвойные молодняки, захламлённые вырубки и другие участки с повышенной природной пожарной опасностью 3-5
Научно-технические разработки
Научно-технические разработки
Таблица 2
Показатели сливов раствора Файрэкс и параметры заградительных полос
Показатели сливов и параметры заградительной полосы Значения показателей сливов и параметров полосы для номера слива
1 2 3 4 5 6
Доза пенообразователя, л 18,0 18,0 9,0 9,0 9,0 4,5
Время слива, с 4,3 4,0 4,0 4,5 4,5 4,0
Средний расход раствора при сливе, л/с 423 455 452 402 402 451
Длина полосы (м), при пороговой дозировке: 0,1 л/м 60 40 50 70 60 50
1,0 л/м2 50 30 . 40 50 40 50
Ширина полосы (м), при пороговой дозировке: 0,1 л/м2 26 26 24 28 30 26
1,0 л/м2 16 10 10 14 12 10
Дозировка раствора на полосе, л/м2: максимальная средняя при пороговой дозировке: 0,1 л/м2 1,0 л/м2 3,00 1,05 1,55 3,80 0,90 1,90 3,80 1,19 2,08 2,40 0,91 1,32 4.10 0,94 2.11 6,80 1,13 2,38
Площадь полосы, м2, при пороговой дозировке: 0,1 л/м2 1,0 л/м2 1160 420 820 160 800 380 1140 420 1240 380 780 260
Объём раствора на полосе, л, при пороговой дозировке: 0,1 л/м2 1,0 л/м2 985 652 658 304 950 792 920 554 1170 802 880 620
недостатки (значительное время монтажа и демонтажа; установка на месте запасного топливного Ьака, ограничивающая время полёта; тяжёлая конструкция), которые устранены при разработке опытного образца системы дозированной подачи СДП-1. В нём жёсткий бак был заменён мягкой ёмкостью, закрепляемой на внешней подвеске над водосливным устройством ВСУ-5А. Водонепроницаемый внутренний слой ёмкости охвачен наружным силовым каркасом, обеспечивающим создание избыточного давления, возникающего за счёт упругих деформаций ёмкости при наполнении ВСУ-5А водой. Дозированный слив огнетушащего состава из мягкой ёмкости СДП-1 в ёмкость ВСУ-5А осуществляется самотёком по шлангу при открытом электроклаиане, управляемом с пульта дистанционного управления. Объём мягкой ёмкости - 250 м?, масса системы - 20 кг, время добавки состава Файрэкс в ВСУ-5А - порядка 1 мин.
Исследования параметров заградительных полос, создаваемых с воздуха, проводились ФГУ «СПбНИ-ИЛХ» с участием специалистов Центральной базы авиационной охраны лесов ФГУ «Авиалесоохрана» и НПК «ПАНХ». Они проходили в период с 2000 по
2005 год в Краснодаре, Сортавале и Петрозаводске. Исследования проводились с помощью вертолета Ми-8Т (МТВ), оснащенного штатной системой внешней подвески, водосливным устройством ВСУ-5А и системой дозированной подачи жидких огнетушащих составов СДП-1. Для определения параметров заградительных полос вдоль взлётно-посадочной полосы на фунте с травяным покрытием оборудовался контрольно-измерительный полигон (КИП) длиной 100-250 м и шириной 30 м. На нём через каждые 10 м размечались поперечные (относительно направления полета вертолета при сливе) учетные линии, на которых с шагом 1-2 м устанавливались водоприёмники. Начало и конец КИП были отмечены створными знаками, а углы и ось полигона - флагами. После заправки сливного устройства водой (в режиме висе-ния вертолёта) и подачи в него заданного количества огнетушащего состава осуществлялся слив раствора на КИ П. За 400-500 м до начала слива устанавливался рабочий режим полёта (курс, скорость, высота), в соответствии с полётном заданием. После каждого слива с помощью мерных ёмкостей или специально отградуированных линеек производились измерения
объёмов раствора в водоприёмниках. Пена, попавшая в водоприёмники, отстаивалась до превращения её в жидкий раствор. По известным значениям площади входного сечения водоприёмника и прошедшего через него объёма раствора определялась дозировка раствора на земле, т.е. его объём, приходящийся на единицу площади. Для контроля качества перемешивания раствора в сливном устройстве определялась концентрация огнетушащего состава в растворе. Результаты замеров заносились в протокол-таблицу, где каждый водоприёмник имел свой порядковый номер в продольном и поперечном направлениях. Кроме того, туда заносились лата и время проведения эксперимента, номер полёта, режим полёта при сливе (курс, высота и скорость), количество заправленной жидкости, продолжительность слива, метеоусловия по данным аэродромной метеостанции.
Режим полёта регистрировался бортовой аппаратурой. Геометрия струи и угол отклонения троса подвески определялись с помощью видео- и фотосъёмки. Наряду с КИП, размещённым на открытом пространстве аэродрома, в процессе летных исследований оборудовался лесной полигон. Заход вертолета на него осуществлялся пилотом по ориентирам на расположенной перед ним поляне. Методика измерений на лесном КИП была такой же, как и на открытом полигоне.
В ходе полётов было выполнено 6 сливов на КИП раствора пенообразователя Файрэкс концентрацией
0,5 и 1 % (рис. 1).
На рис. 2 показана пенная заградительная полоса, создаваемая раствором Файрэкс при пенообразу-ющей концентрации 1 %.
В табл. 2 приведены показатели сливов и интегральные параметры заградительных полос.
Из таблицы следует:
1) средняя длина заградительной полосы составляет 55 м;
2) ширина заградительной полосы при пороговых значениях учёта дозировки раствора на земле 0,1 и 1,0 л/м2 составляет соответственно 24-30 ми 10—16 м;
3) средние дозировки раствора при пороговых значениях 0,1 и 1,0 л/м2 равны соответственно 1,02 и 1,89 л/м2. Объём раствора на напочвенном покрове лесного полигона составляет около 55 % от такого же показателя для открытого полигона.
Различия объясняются задержкой
раствора кронами древостоя. При фиксированных значениях скорости и высоты полёта существенное влияние на параметры заградительной полосы оказывают: высота ВСУ-5А нал поверхностью земли, скорость и направление ветра, объём сливаемого раствора. С увеличением объёма раствора с 1.8 до 3 м5 длина заградительной полосы возрастает в 1,5 раза, а потери раствора в воздухе уменьшаются на 7-11 %. Это объясняется меньшим дроблением и сносом жидкости ветром при увеличении сё расхода во время слива.
Рис. I. Слив водного раствора пенообразователя Файрэкс на контрольно-измерительный полигон
Рис. 2. Пенная заградительная полоса
Научно-технические разработки
Научно-технические разработки
На рис. 3 показан слив на лесной КИП раствора Файрэкс концентрацией 1 %. При сливе пенообра-зование было значительным. Задерживаясь кронами древостоя, пена затем быстро стекала на лесной напочвенный покров. Участок лесного КИП после слива показан на рис. 4.
Система СДП-1 и огнетушащий состав Файрэкс прошли весь цикл лётных испытаний в Северо-Западной базе авиационной охраны лесов. Для внедрения их в практику борьбы с лесными пожарами разработана технология их применения совместно с водосливным устройством ВСУ-5А. Путём суммирования расхода времени на выполнение технологических операций было получено уравнение, позволяющее определять количество сливов огнетушащего раствора п при полной заправке вертолёта топливом:
п = /Л/ - 3,875(2 Яав+Явп) - 89/(9,042 Явп + 51,5)1, (4)
где М - максимальная масса топлива за одну заправку, кг; Яаи - расстояние аэродром - водоём; 11м1
— расстояние водоем — пожар; [ | - целая часть числа. Расчеты для вертолёта Ми-8МТВ, заправленного топливом в количестве 1900 кг, показывают, что при концентрации пенообразователя 0,5 %, объёме воды
Рис. 4. Участок лесного КИП после слива раствора пенообразователя Файрэкс
Рис. 3. Слив раствора пенообразователя на лесной КИП
в ВСУ-5А — 3000 л и объеме состава Файрэкс в СДП-1—250 л можно выполнить 16 сливов без дозаправки топливом и пенообразователем. Новая технология успешно апробирована в 2005 г. Северо-Западной базой авиационной охраны лесов при локализации лесных пожаров на скальниках Кондопогжского лесхоза Республики Карелия, где невозможно было применение почвообрабатывающих орудий. По результатам испытаний и апробации разработана и утверждена инструкция по применению этой технологии при борьбе с лесными пожарами.
Литература
1. Гусев В.Г., Давыденко Э.П. Пути повышения эффективности вертолетного сливного оборудования. // Лесное хозяйство, 2002, № 3. — С. 11 — 14.
2. Гусев В. Г. Физико-математические модели распространения пожаров и противопожарные барьеры в сосновых лесах. — СПб.: ФГУ «СПбНИИЛХ», 2005. - 199 с.
