CC BY
44
УДК 630.431
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТИПОВ ОСНОВНЫХ ПРОВОДНИКОВ ГОРЕНИЯ В ПРОЦЕССЕ
ЛЕСОУСТРОЙСТВА
А.Ю. Редькин, А.В. Волокитина
Институт леса им. В.Н. Сукачева СО РАН 660036 Красноярск, Академгородок 50; e-mail: volokit@ksc.krasn.ru
Рассматривается методика определения типов основных проводников горения (типов ОПГ). Приводится краткий определитель типов ОПГ. Анализируются результаты практического использования определителя в процессе лесоустройства заповедника «Столбы».
Ключевые слова: основные проводники горения (ОПГ), определитель типов ОПГ, карты растительных горючих материалов, лесоустройство.
Technique of prime conductors of burning (PCB types) determination is considered. PCB key is done. Results of practical using PCB key in the process of forest inventory are analyzed.
Keywords: prime conductors of burning (PCB), PCB key, vegetation fuel maps, forest inventory.
ВВЕДЕНИЕ
В первоочередной охране от пожаров нуждаются особо охраняемые природные территории (ООПТ) и, прежде всего, заповедники и национальные парки (Реймерс, Штильмарк, 1978; Соколов, Фарбер, Соколова и др., 2002). Практические рекомендации по охране от пожаров ООПТ должны содержать указания и технологию по созданию в процессе лесоустройства информационной базы данных для прогноза поведения пожаров, то есть их распространения, развития и последствий. Прогноз поведения пожаров необходим для управления ими. Для этого необходимо иметь сведения о распределении комплексов растительных горючих материалов (РГМ) по территории. Этой цели отвечают карты РГМ, методика составления которых разработана и совершенствуется в лаборатории лесной пирологии Института леса им.В.Н.Сукачева СО РАН.
Все участки растительности как объекты горения представляют собой структурные комплексы из разнообразных горючих материалов. Особенно сложными комплексами являются лесные биогеоценозы. Практически к растительным горючим материалам (РГМ) в лесном биогеоценозе относятся все растения, живые и мертвые, а также опад, валежник, подстилка, перегнойный и торфяный горизонты. При пирологических исследованиях как лесные, так и нелесные участки получают характеристики по составу, запасам и свойствам горючих материалов. К настоящему времени разработана классификация РГМ и методы их картографирования (Курбатский, 1962, 1970; Волокитина, Софронов, 1996, 2002). Н.П.Курбатский разделил все РГМ на семь групп с учетом их местоположения в биогеоценозе и выполняемой функцией при пожаре, а также выделил три категории: 1) проводники горения; 2) поддерживающие горение; 3) задерживающие горение.
основные проводники горения
К проводникам горения относятся, во-первых, РГМ первой группы, образующие непрерывные слои, по которым может распространяться пламенное горение (мхи, лишайники, мелкие растительные остатки), во-вторых, слои подстилки, перегноя, торфа, дернины, по которым может распространяться беспламенное горение при почвенных пожарах, в-третьих, хвоя в пологе древостоя при верховых пожарах.
Поскольку проводники горения первой группы РГМ играют главную роль в возникновении и распространении пожаров, их было принято называть основными проводниками горения (ОПГ) и была выполнена их классификация, деление на типы (Волокитина, Софронов, 2002). Итак, ОПГ - это непрерывный слой РГМ на поверхности почвы, по которому при определенных условиях может распространяться пламенное горение. Кроме того, слой ОПГ - это очень динамичная равновесная система, в которую в течение года все время поступает органика в виде опада, а также за счет прироста мхов, лишайников и сосудистых растений. Выделено две подгруппы ОПГ: «мшистая» и «опадная», в каждой по 4 типа и 2 подтипа. Мшистая подгруппа представлена лишайниковым (Лш), сухомшистым (Сх), влажномшистым (Вл) и болотно-моховым (Бм) типами ОПГ; опадная - травяно-ветошным (Тв), рыхлоопадным (Рх), плот-ноопадным (Пл) и беспроводниковым (Бп) типами ОПГ. Подтипом Бм1 характеризуются небольшие заболоченные участки, подтипом Бп2 - обширные болотные массивы; подтипом Бп1 - участки с наличием неосновных проводников горения в напочвенном покрове, подтипом Бп2 - участки с отсутствием любых проводников горения.
При выделении типов ОПГ использовался следующий критерий: к одному типу (в пределах под-
группы) относили слои ОПГ, достигающие горимого стоя, наличие хвои и листвы в пологе). Для случаев состояния при одном классе засухи при типовых ус- отклонения от типовых условий разработана и опу-ловиях (отсутствие уклона, средняя полнота древо- бликована специальная таблица (таблица 1):
Таблица 1 - Оценка критических классов засухи для участков растительности (Софронов и др., 2005)
Подгруппы ОПГ
Преобладающие древесные породы
«мшистая»
«опадная»
С, Е, К, Лц, Б, Ос, Пх в облиственном состоянии
Лц, Б, Ос без листвы
типы и подтипы основных проводников горения
относительная полнота древостоя
Безлесные участки (при отсутствии густого яруса кустарников)
0,8 и более 0,5 - 0,7* 0,4 и менее** любой полноты
Критические классы засухи (ККЗ)
Лш Сх Вл Бм1
Тв Рх Пл Бп1
Ш
IV
V
II
III
IV
(Ч-У)
III
IV (БпгУ)
III
IV (БпгУ)
III
IV (БпгУ)
Бм2 Бп2 н е г о р и м ы
Примечание. Относительная полнота для зоны северных редколесий: * - 0,6 и более, ** - 0,5 и менее.
Типы «мшистой» подгруппы практически не изменяют свои свойства в течение пожароопасного сезона. Типы «опадной» подгруппы претерпевают значительные изменения под влиянием процессов роста, отмирания трав, опадения хвои и листвы и их разложения. Их пирологическая характеристика может изменяться довольно значительно в течение пожароопасного сезона.
ОПРЕДЕЛИТЕЛЬ ТИПОВ ОСНОВНЫХ
ПРОВОДНИКОВ ГОРЕНИЯ
Типы ОПГ отражаются непосредственно на картах растительных горючих материалов (картах РГМ), другая пирологическая характеристика помещается в пирологическое описание, прилагаемое к карте. Возможны разные способы определения типа ОПГ на каждом конкретном участке:
1. по материалам лесоустройства (путем анализа информации из схемы типов леса, использованной при лесоустройстве);
2. в процессе лесоустройства, используя определитель типов ОПГ;
3. проведение специальных пирологических описаний, дополненных при необходимости огневыми опытами.
Самым точным является третий способ. Но первые два также вполне приемлемы для практического использования в зависимости от решаемых задач. Принципы создания определителя типов ОПГ были разработаны раннее на примере Красноярского При-ангарья (Волокитина, 1990).
В данной работе рассматривается способ определения типов ОПГ непосредственно в процессе лесоустройства, который впервые использовался в заповеднике «Столбы» в 2007-2008 гг. Для этого нами был разработан специальный краткий определитель
типов ОПГ (таблица 2). Сначала принимается решение, к какой подгруппе относится тип основного проводника на данном участке, учитывая проективное покрытие мхами, лишайниками и мелким растительным опадом. Затем подбирается один из четырех типов ОПГ, который ближе соответствует конкретным условиям.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОПРЕДЕЛИТЕЛЯ
И АНАЛИЗ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ
До лесоустроительных работ с таксаторами были проведены занятия, где они были ознакомлены с разработанной в ИЛ СО РАН классификацией растительных горючих материалов и методами их картографирования. Детально обсуждался предварительный вариант определителя типов ОПГ, который таксаторам предстояло использовать при лесоустройстве заповедника «Столбы». В определитель вносились коррективы по замечаниям таксаторов, большей частью связанные с его упрощением.
Перед лесоустройством мы приняли участие в тренировочных таксациях в 2006-2007 гг., где совместно с таксаторами по разработанному определителю устанавливали типы ОПГ на постоянных пробных площадях.
Во время лесоустроительных работ у таксаторов возникали затруднения в определении типа ОПГ весной (осенью) на участках с травяными типами леса, так основная часть полевых работ проходила в летнее время. Приходилось возвращаться на эти участки весной или осенью, чтобы уточнить тип ОПГ. Каменистые россыпи, которые по методике характеризуются как негоримые, на территории заповедника «Столбы» часто оказывались сплошь покрытыми мхами и характеризовались не беспроводниковым, а пожароопасным сухомшистым типом ОПГ. Вопросы вызы-
II
I
I
I
I
I
I
I
вали также участки со сплошным моховым покровом покрытые осочкой, которая несмотря на значительное участие в покрове не могла существенно повли-
Таблица 2 - Краткий определитель типов ОПГ
ять на скорость пожарного созревания. Практически все неясности были сняты во время тренировочной таксации или непосредственно в полевых условиях.
1. Определить подгруппу типа ОПГ: Если проективное покрытие мхов и лишайников составляет 50% и более - это _«мшистая» подгруппа (2А), если менее 50% - «опадная»(2Б)._
2Б
Определить тип ОПГ в подгруппах
Определение типа ОПГ в «мшистой» подгруппе:
по описанию типов ОПГ, приведенному ниже, выбрать один из 4-х типов и отметить в карточке таксации его
лишайниковый: в покрове преобладают кустистые лишайники или присутствуют на очень сухих почвах вместе с покровом из соснового опада.
сухомшистый: в покрове преобладают зеленые мхи, иногда с примесью лишайников, на дренированных почвах.
влажномшистый: в покрове зеленые мхи с примесью политрихума или сфагнума на слабо дренированных почвах.
болотно-моховый: в покрове сфагновые мхи на заболоченных и болотных почвах или политрихумы (кукушкин лен) на любых почвах:
заболоченные леса и болота среди суходолов (сфагновые типы леса), или преобладание в покрове кукушкина льна (долгомошные типы леса);
крупные массивы верховых сфагновых болот_
2А
Лш
Сх
Вл
Бм:
Бм1
Бм2
Примечание: Типы ОПГ «мшистой» подгруппы не меняют своих свойств в течение пожароопасного сезона. В карточке таксации выбранный тип ОПГ обозначается его шифром (в скобках - цифровой шифр): Лш (101), Сх (102), Вл (103), Бм (105).
Определение типа ОПГ в «опадной» подгруппе:
по описанию типов ОПГ, приведенному ниже, выбрать один из 4-х типов и отметить в карточке таксации его шифр:
Тв травяно-ветошный: в покрове преобладают усохшие злаки или осоки, обычно весной и осенью (вей-
никовые, осоковые, злаковые треобладают усохшие злаки или осоки, обычно весной и осенью (вейни-ковые, осоковые, злаквые в покрове кукушкина льна (долгомошныеипы леса). Рх рыхлоопадный: в покрове преобладает: опад сосны, кедра, рыхлый опад из листвы березы, осины и
других лиственных пород весной и осенью; усохшее разнотравье весной и осенью; войлок из осок и злаковой ветоши - летом; покровы из зимнее-зеленых осочек - весной и осенью. Пл плотноопадный: в покрове преобладает: опад из хвои ели, пихты, лиственницы; уплотненный
опад из листвы березы, осины и других лиственных пород - летом; уплотненный слой усохшего разнотравья - летом.
Бп: беспроводниковый: в покрове нет слоев ОПГ, по которым могло бы распространяться пламенное
горение.
Бп1 участки с наличием других, не основных проводников горения (подстилка, дернина, перегнойный горизонт); участки с зеленым травостоем летом, когда запас зеленых трав превышает запас усохших, что исключает распространение пламенного горения; Бп2 отсутствуют любые проводники горения (пески, галечники, дороги, пашни и т.п.). Такие участки не_горимы._
Примечание: в «опадной» подгруппе типы ОПГ могут претерпевать изменения в течение пожароопасного сезона и переходить друг в друга. В карточке таксации на первом месте отмечается тип ОПГ весной (осенью) и через косую черту - тип ОПГ - летом. В скобках - цифровой шифр каждого типа ОПГ. Например: Тв(105)/Рх(106), Тв(105)/Пл(107), Тв(105)/Бп1(108), Рх(106)/Пл(107), Рх(106)/Рх(106), Пл(107)/Пл(107), Бп1(108)/Бп2(109).
В результате использования разработанного определителя в процессе лесоустройства заповедника «Столбы» пирологическую характеристику по типам ОПГ получил каждый таксационный выдел (всего на территории заповедника более 5 тысяч выделов). Данные в виде шифра были отмечены в карточках таксации, а затем внесены в информационную базу данных наряду с таксационными характеристиками.
На основе полученной информационной базы были составлены карты растительных горючих материалов на всю территорию заповедника «Столбы», причем отдельно для весеннего (осеннего) и летнего сезонов. На самих картах нашли отражение типы ОПГ, а в качестве пирологического описания служит дополненное таксационное (рис. 1 и 2).
Анализируя карты РГМ на всю территорию заповедника, мы пришли к выводу, что приуроченность
типов ОПГ к определенным формам рельефа практически не проявляется (за исключением прирусловой части речек и ручьев).
Весной на территории заповедника преобладают участки с рыхлоопадным (51,8%) и плотноопадным (15,7%) типами ОПГ (таблица 3). Вкрапление участков с сухомшистым типом ОПГ(11,2 %) характерны для юго-западной части (Манское лесничество), а влажномшистого типа ОПГ (7,1 %) - для центральной части заповедника (Базайское лесничество). Участки с травяно-ветошным типом ОПГ (13,8 %) разбросаны по всему горному массиву. Это указывает на то, что значительная часть территории становится пожароопасной при величине метеорологического показателя пожарной опасности (В. Г. Нестерова или ПВ-1) более 1000 единиц, а при показателе более 3000 единиц весной пожароопасна почти вся территория заповедника.
Таблица 3 - Характеристика территории госзаповедника «Столбы» по типам основных проводников горения (типам ОПГ) в %
Всего _в том числе по лесничествам_
Типы основного проводника горения по заповеднику Столбинское Базайское Манское
_(типы ОПГ)_(46,9 т. га)_(7,6 т. га)_(22,1 т. га)_(17,3 т. га)
Весна (осень)
Сухомшистый (Сх) 11,2 4,6 2,4 25,4
Влажномшистый (Вл) 7,1 2,2 12,2 2,7
Болотно-моховый (Бм1) 0,0 0,0 0,1 0,0
Травяно-ветошный (Тв) 13,8 11,5 13,8 14,6
Рыхлоопадный (Рх) 51,8 53,0 50,5 53,1
Плотноопадный (Пл) 15,7 28,2 20,8 3,7
Беспроводниковый (Бп1) 0,1 0,0 0,2 0,0
Беспроводниковый (Бп2) 0,3 0,5 0,1 0,5
Итого: 100 100 100 100
Лето
Сухомшистый (Сх) 11,3 4,6 2,4 25,5
Влажномшистый (Вл) 7,0 2,2 12,1 2,4
Болотно-моховый (Бм1) 0,1 0,0 0,1 0,0
Травяно-ветошный (Тв) 0,0 0,0 0,0 0,0
Рыхлоопадный (Рх) 4,7 0,9 9,4 0,4
Плотноопадный (Пл) 40,2 51,7 39,9 36,0
Беспроводниковый (Бп1) 36,3 40,1 36,0 35,1
Беспроводниковый (Бп2) 0,4 0,5 0,1 0,6
Итого: 100 100 100 100
Летом по причине уплотнения и разложения опада и развития сочных зеленых трав господствующим становится плотноопадный тип ОПГ (40,2%), за исключением Манского лесничества. Кроме того, появляются значительные площади с практически негоримым беспроводниковым типом ОПГ (36,3 %). Они сосредоточены в средней и южной частях заповедника. Это увеличивает пирологическую расчлененность территории. Летом лесные пожары могут возникать, в основном, при показателе В. Г. Нестерова более 3000 единиц.
Осенью после увядания трав и опадения листвы пожароопасность сходна с весенним периодом (если осень сухая).
Поскольку основные пирологические характеристики типов ОПГ были разработаны ранее (Софро-
нов, Волокитина, 1985; Волокитина, Софронов, 1996, 2002), появилась возможность составить на территорию заповедника «Столбы» карты природной пожарной опасности (по периодам сезона) и карты текущей природной пожарной опасности (или карты «пожарной зрелости») в зависимости от класса засухи по условиям погоды.
Легенда к картам природной пожарной опасности приведена в таблице 4. Для раскраски карт приняты те же цвета, которые используются в лесоустройстве при изготовлении лесопожарных карт и схем противопожарного устройства территории. Составляются две отдельные карты: для весеннего (осеннего) и летнего периодов сезона.
Таблица 4 - Легенда к картам природной пожарной опасности
Классы природной
пожарной Характеристика участков
опасности
Включает участки с лишайниковым и травяно-ветошным типами основного проводника горения
I (типами ОПГ). Пожарное созревание происходит при показателе Нестерова от 0 до 300 единиц.
Включает участки с сухомшистым и рыхлоопадным типами ОПГ Пожарное созревание происходит
II при показателе Нестерова от 301 до 1000 единиц.
Включает участки с влажномшистым и плотноопадным типами ОПГ. Пожарное созревание проис-
III ходит при показателеНестерова от 1001 до 3000 единиц.
Включает участки с типов ОПГ: болотно-моховым подтип Бп1) и беспроводниковым (подтип Бп1)
IV Пожарное созревание происходит при показателе Нестерова от 3001 до 10000 единиц.
Включает участки с типами ОПГ: болотно-моховым (подтип Бм2) и беспроводниковым (подтип
V Бп2). Подтип Бп2 негорим. Пожарное созревание участков с подтипом Бп2 может происходить в чрезвычайные засухи.
Примечание: классы природной пожарной опасности (КППО) отражают пожарное «созревание» выделов при типовых условиях (полнота 0,5-0,7 и равнинная поверхность), при других условиях требуется введение поправок, используя специальную таблицу [ ].
Цвета на карте: I КППО - красный, II КППО - розовый, III - КППО - желтый, IVКППО - зеленый, V КППО - фиолетовый.
Рисунок 1 - Фрагмент карты растительных горючих материалов для летнего сезона
Условные обозначения
Рисунок 2 - Фрагмент карты растительных горючих материалов для весеннего (осеннего) сезонов
Типы основных проводников горения
Обозначения
Лш - лишайниковый
Сх - сухомшистый
Вл - влажномшистый
Бм - болотно-моховый
Тв - травяно-ветошный
Рх - рыхлоопадный
Пл - плотноопадный
Бп1 - беспроводникоый 1
Бп2 - беспроводникоый 2
Карты текущей природной пожарной опасности отражают состояние готовности к горению на данный день участков растительности, отраженных на карте РГМ. Готовность к горению определяется путем сопоставления критических классов засухи (ККЗ) для каждого выдела, указанных в пироло-гическом описании для каждого периода сезона, с классом засухи (КЗ) по условиям погоды на данный день. Выделяется три уровня готовности к горению:
1. участок (выдел) не готов к горению, если КЗ<ККЗ;
2. участок (выдел) готов к горению, если КЗ>ККЗ;
3. готовность участка (выдела) к горению неопределенная, т.е. КЗ=ККЗ.
На картах готовые к распространению горения выдела раскрашиваются красным цветом, не готовые к горению - зеленым, а выдела с неопределенной готовностью к горению - желтым цветом. Неопределенность в готовности к горению участков на практике можно устранить экспертным путем, используя профессиональный опыт и дополнительную информацию (например, анализ характера уже пройденных огнем участков). Такие карты могут быть составлены заранее как на всю территорию заповедника, так и на наиболее посещаемую его часть для всех пяти классов засухи по условиям погоды (отдельно для весеннего (осеннего) и летнего периодов (т.е 10 комплектов карт).
Вся работа по составлению карт выполняется автоматизированно, по специально разработанной в Институте леса им. В.Н.Сукачева СО РАН компьютерной программе (Каталог..., 2009).
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В заключение следует отметить, что предложенный способ определения типов ОПГ вполне можно рекомендовать для использования в процессе лесоустройства особо охраняемых природных территорий (ООПТ); для совершенствования противопожарного устройства ценных лесных массивов, территории вокруг населенных пунктов и различных народо-
хозяйственных объектов. Полученная информация позволяет составлять наиболее точные карты растительных горючих материалов, на основе которых можно не только определять текущую пожарную «зрелость» участков растительности, но и прогнозировать поведение пожаров растительности, включая их распространение по территории, развитие (переход из низового в верховой) и последствия (например, возможный отпад в древостое в зависимости от древесной породы и ее среднего диаметра).
К настоящему времени в ИЛ СО РАН разработаны и совершенствуются компьютерные программы по прогнозу поведения пожаров растительности и их последствий на базе ГИС. Созданная на заповедник «Столбы» информационная база послужила основой для разработки методики прогноза распространения пожаров в горных условиях. Разрабатываются рекомендации по совершенствованию охраны от пожаров заповедника «Столбы».
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИй СПИСОК
Волокитина А.В. Принципы разработки определителя типов основных проводников горения (на примере Красноярского Приангарья). - М.: ВИНИТИ. - N5352-B90. - 1990. - 31 с.
Волокитина А.В., Софронов М.А. Классификация растительных горючих материалов// Лесоведение.- №3.-1996.-С.38-44.
Волокитина А.В., Софронов М.А. Классификация и картографирование растительных горючих материалов. -Новосибирск: Изд. СО РАН, 2002. - 314 с. Реймерс Н.Ф., Штильмарк Ф.Р. Особо охраняемые природные территории. М.: Мысль.- 1978.- 295 с. Соколов В.А., Фарбер С.К., Соколова Н.В. и др. Организация особо охраняемых природных территорий. Новосибирск: СО РАН. - 2002. - 264 с. Софронов М.А., Гольдаммер И.Г., Волокитина А.В., Со-фронова Т.М. Пожарная опасность в природных условиях. Красноярск: ИЛ СО РАН, 2005 - 330 с. Каталог «8-я Международная специализированная выставка ПОЖАРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ XXI ВЕКА. Москва.- 2009. - с. 65. Курбатский Н.П. Техника и тактика тушения лесных пожаров. - М.: Гослесбумиздат, 1962. - 154 с. Курбатский Н.П. Исследование количества и свойств лесных горючих материалов//Вопросы лесной пирологии. ИЛиД СО АН СССР.- Красноярск.- 1970. - С.5-58.
Поступила в редакцию 24.12.13 Принята к печати 03.10.14
