CC BY
11Гундар С. В., Данилов М. М., Денисов А. Н., Данилов А. М.
ОСОБЕННОСТИ ПОЖАРОВ НА БЕЗЛЕСНЫХ ТЕРРИТОРИЯХ, УПРАВЛЕНИЕ ИХ ТУШЕНИЕМ И ПРОФИЛАКТИКОЙ
В статье анализируются особенности возникновения и распространения пожаров на безлесных территориях - травяных и степных. Перечислены основные условия возникновения травяного пожара, определена зависимость его скорости от крутизны склона, скорости ветра и относительной влажности воздуха. Предложены расчёты для прогнозирования скорости распространения пятнистого пожара сухой травы. Определены условия для локализации травяного пожара прямым и косвенным методами тушения.
Ключевые слова: безлесные территории, ландшафтный пожар, травяной пожар, сухая трава, пал травы, скорость распространения, локализация природного пожара.
Ежегодно во многих регионах России в весенний и осенний периоды складывается пожароопасная обстановка. В это время происходит массовое возникновение пожаров сухой травы. Некоторые из них в ветреную погоду развиваются до крупных и превращаются в огненную стихию. До 40-50 млн га безлесных территорий оказываются охвачены огнём. Этому способствуют малоснежная зима, жаркое засушливое лето и преобладание ветреной погоды во все сезоны. Официальная статистика таких пожаров отсутствует, однако ежегодно пожары сухой травы становятся причиной возникновения лесных и торфяных пожаров, создают опасность для жизни и здоровья людей, наносят ущерб населённым пунктам и объектам инфраструктуры (табл. 1).
Доминирующее горение сухой травы, как правило, наблюдается при беглых низовых пожарах на непокрытых лесом участках, при степных, луговых и других пожарах. Как отмечено ранее, безлесные участки очень пожароопасны весной и засушливой осенью и, как правило, не пожароопасны летом после отрастания зеленых трав [1]. Основными условиями для возникновения травяного пожара являются:
1 ) наличие на почве непрерывного слоя сухой травы и других растений, их остатков. При этом при горении сохраняется доминирующее значение сухой травы, выделяющей при пожаре наибольшую долю энергии;
2) запас горючего материала (ГМ) сгорающего слоя должен быть больше минимального (критического) запаса (0,2 кг/м2 (2 т/га)). У рыхлых слоёв, состоящих из тонких частиц ГМ, критический запас снижается до 70 г/м2 (0,7 т/га) [1]. Экспериментальное выжигание напочвенных ГМ на участках с травяным покровом показало, что при скорости распространения кромки огня Укр = 0,1 м/мин запас напочвенных ГМ за время выжигания уменьшился на 0,18 кг/м2, при скорости распространения Укр = 0,2 м/мин - на 0,5 кг/м2 и более [2]. Следовательно, при критическом запасе 0,18 кг/м2 скорость распространения огня V будет равна 0,1 м/мин;
3) слой ГМ (или верхняя его часть с запасом больше критического) должен быть
кр
Таблица 1
Крупные пожары сухой травы в 2015 г. и их последствия
Дата Место Последствия пожара
12 апреля 2015 г. Республика Хакасия Из-за пожаров сухой травы в 35 населённых пунктах сгорело 1 330 домов и повреждено 70 домов. Несколько мелких населённых пунктов выгорели практически полностью. Без жилья остались 4 776 человек. За медицинской помощью обратились 1 418 граждан. Более 30 погибших
13 апреля 2015 г. Забайкальский край Из-за перехода огня от пожаров сухой травы в 18 населённых пунктах сгорело 203 жилых дома, в дачных кооперативах - 284 дачных дома. Пострадало 24 человека, 4 человека погибли, 13 госпитализировано
6 сентября 2015 г. Волгоградская область От палов сухой травы в двух населённых пунктах сгорели 5 жилых домов, уничтожены 13 хозпостроек. Один человек погиб, трое получили серьезные травмы
Таблица 2
Относительное влияние крутизны склона на скорость распространения низового пожара
Крутизна Коэффициент Кф
склона, град. Вверх по склону Вниз по склону Поперек склона
0 1 1
10 1,2 1
15 1,5 1,1
20 2 1,2
25 2,9 1,5
30 4,9 1,8
35 9,5 2,1
40 28 -
достаточно сухим (с уровнем влагосодержа-ния менее 25 %). Минимальная толщина сухого слоя напочвенного покрова, например, из мха или опада около 1 см [1].
Скорость распространения растительного пожара определяется скоростью продвижения его кромки [3]. При пятнистой форме распространения пожара, когда выпадающие горящие частицы создают перед кромкой новые очаги, скорость пожара может значительно превышать скорость продвижения кромки.
Для прогнозирования скорости распространения кромки пожара Укр по напочвенному покрову рекомендуется использовать зависимость [1, 4]:
V = УХ К К , м/мин,
кр 0 ф и ч1 ' 1
где У0 - базовая скорость распространения кромки пожара, м/мин; Кф, Ки, Кч - коэффициенты, учитывающие влияние на скорость кромки пожара крутизны склона, скорости ветра и относительной влажности воздуха (табл. 2-4).
С помощью таблиц 2-4 можно спрогнозировать скорость кромки низового пожара при наличии данных об изменении главных определяющих факторов. Для этого необходимо величину скорости пожара Укр разделить на коэффициенты, соответствующие величинам факторов в данный момент, и затем умножить на коэффициенты, соответствующие предполагаемым величинам факторов.
Таблица 3
Относительное влияние скорости ветра на скорость распространения низового пожара
Скорость ветра, м/с Коэффициент Ки
По ветру Против ветра Поперёк ветра
0 1 1 1
0,2 1,2 0,9 1,1
0,4 1,4 0,8 1,2
0,6 1,8 0,7 1,3
0,8 2,1 0,6 1,4
1,0 2,6 0,6 1,5
1,2 3,3 0,6 1,7
1,4 4 0,6 1,9
1,6 4,9 0,6 2,2
1,8 5,9 0,6 2,5
2,0 7 0,7 2,8
2,5 10 0,7 3,7
3,0 13 0,7 4,7
Таблица 4
Относительное влияние влажности воздуха на скорость распространения низового пожара
Влажность воздуха, % Коэффициент Кч
0,2 1,2
0,4 1,4
0,6 1,8
0,8 2,1
1,0 2,6
1,2 3,3
1,4 4
1,6 4,9
1,8 5,9
2,0 7
2,5 10
3,0 13
Для наглядности приведём пример. Если скорость фронтальной кромки низового пожара в данный момент равна 5 м/мин (0,083 м/с), скорость ветра под пологом у кромки - 1 м/с, влажность воздуха - 20 %, но ожидается, что к вечеру ветер стихнет, а влажность воздуха
повысится до 60 %, то определить скорость пожара можно так:
уФ_ К)
к А)
{КК) =
0,083 (2,6-3,8)
(1 1,4) = 0,006 м/с.
В соответствии с Рекомендациями [4], примерные значения минимальной скорости распространения низовых пожаров при скорости ветра до 1 м/с составляют 5 м/ч (0,083 м/мин), максимальной при скорости ветра 6 м/с и более - 300 м/ч (5 м/мин). Это объясняется тем, что в ветреную погоду пламя наклоняется, увеличивая тепловой поток на растительный горючий материал [5]. Ветер также разносит горящие частицы по направлению фронта пожара. Дальность переноса Ьп частицы находится в квадратической эмпирической зависимости от скорости ветра V [6]:
к-
к-з
\2
м.
в [7] пожаров фронт распространения огня не был остановлен. Создание заградительной минерализованной полосы шириной 60 и более метров во многих случаях не принесло положительных результатов. Так, в Марийской АССР фронт лесного пожара преодолел просеку шириной 60 м, затем через 200 м ещё одну той же ширины и прекратился лишь когда достиг скошенных лугов. Горящие частицы перелетали даже через просеки и разрывы шириной 100 и более метров. Такая ситуация продолжалась до момента стихания ветра.
Для прогнозирования скорости распространения пятнистого пожара сухой травы Ур предлагаем использовать эмпирическою зависимость для торфополей [8], рекомендуемую для диапазона скорости ветра 6-20 м/с:
'К-4^2
24,6
, м/с.
(1)
Расчёт приводят к следующим результатам: при скорости ветра 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 м/с дальность переноса составляет 0,25; 1; 2,25; 4; 6,25; 9; 12,25 м соответственно. При скорости ветра 6 м/с и выше влияние переноса горящих частиц на скорость распространения низового пожара становится доминирующим.
Анализ крупных лесных пожаров 1972 г. в центральных областях РСФСР показал, что в период самых сильных ветров скорость распространения пожаров достигала от 15-20 до 25-30 м/мин [7]. Ни в одном из описанных
В таблице 5 представлено влияние скорости ветра на скорость распространения пятнистого пожара на торфополях. При очень крепком ветре скорость распространения превышает 16 м/мин, при шторме - 25 м/мин. Эти величины совпадают с полученными в [7] при анализе крупных пожаров.
В апреле 2015 г. степной пожар в Забайкальском крае, проходивший в ветреную погоду, пересёк границу и продолжился в Монголии, пройдя за 2-3 суток 180 км.
Средняя скорость распространения пожара V была равна 52,1 м/мин (0,8683 м/с). Подставив это значение Ур в выражение (1) и проведя его преобразование, получим:
Таблица 5
Влияние скорости ветра на скорость распространения пятнистого пожара
Ветер Средняя скорость ветра, м/с Сила ветра, м/с Скорость распространения пятнистого пожара на торфополях
м/с м/мин
Умеренный 6,5 4 0,0103 0,62
Свежий 8,5 5 0,0335 2,01
Сильный 11 6 0,081 4,86
Крепкий 14 7 0,1552 9,91
Очень крепкий 17 8 0,2793 16,76
Шторм 20 9 0,423 25,38
V, = 24,6^ + 4 = 24,6^/08683+4 = 26,9 м/с.
Скорость локализации пожара прямым методом определим зависимостью:
Скорость ветра, равная 27 м/с, соответствует сильному шторму. По данным, представленным в [9], при скорости ветра менее 0,5 м/с пламя степных пожаров распространяется радиально от центра возгорания, и любые преграды могут остановить его распространение; при скорости более 15 м/с фронт пламени перебрасывается через такие преграды как минерализованная полоса шириной до 20 м, просёлочные дороги с покрытием, ручьи и реки шириной менее 20 м; при скорости ветра более 25 м/с может происходить переброс огня на значительные расстояния.
Скорость ветра должна учитываться как определяющий фактор при выборе тактики тушения пожара сухой травы. Различают два метода тушения - прямой и косвенный (упреждающий) [4, 10]. Прямой метод применяется при наличии возможности непосредственного тушения кромки пожара. При косвенном методе линия остановки огня выбирается на некотором расстоянии от кромки пожара.
Условиями локализации травяного пожара прямым методом являются:
м/мин.
(2)
Зависимость (2) продемонстрирована на рисунке, из которого следует, что при скорости тушения, превышающей скорость распространения кромки пожара в три и более раз, можно при расчётах сил и средств пожаротушения принимать Ут ~ Vл. Погрешность не превышает 5 %.
При скорости тушения Vт, превышающей Укр в 1,2 и менее раз, коэффициент использования тактических возможностей сил и средств пожаротушения для локализации пожара значительно снижается. При скорости тушения V < V пожар потушить становится практи-
т кр
чески невозможным.
С помощью данных зависимости можно определить тактические возможности сил и средств пожаротушения (ресурсов), обеспечивающих локализацию пожара.
К примеру, скорость распространения кромки пожара V = 1,5 м/мин. Скорость тушения V = 2 м/мин. Следовательно,
V > V ,
т кр
кр
где V, - скорость тушения, м/мин; V - ско-
рость распространения кромки пожара, м/мин.
-а
1 V 1,3 V 1,7 V 2,2 V 2,7 V 3,4 V 4,1 V 5 V
кр кр кр кр кр кр кр кр
Скорость тушения V
Зависимость коэффициента использования сил и средств пожаротушения для локализации пожара от скорости тушения
V =—V =13К
гт 15 *Р р
Основываясь на данных зависимости, делаем вывод о том, что при указанной скорости тушения коэффициент использования тактических возможностей сил и средств будет составлять 0,67.
К = 0,67 V = 0,67-2 = 1,34 м/мин.
При скорости тушения Vт = 5 м/мин:
к =^=3,33^;
К = 0,93К = 0,93-5 = 4,65 м/мин.
В борьбе с пожарами сухой травы повсеместно используются автоцистерны [11]. Среднестатистическая скорость тушения низовых пожаров высокой интенсивности автоцистернами при расстоянии от кромки пожара
до водоисточника до 1 км составляет 200400 м/час (3,33-6,67 м/мин) [1]. Скорость распространения пятнистого пожара сухой травы может достигать 10-25 м/мин (табл. 5), что значительно превышает возможности автоцистерн.
Скорости ветра найдены при следующих условиях:
V = V, V = 1,2V или V = 0,83V. (3)
р кр т 1 кр кр 1 т 4 f
Из выражений (1) и (3) получаем:
V = 22,41(К) 0,5 + 4, м/с. (4)
Подставив среднестатистическую скорость тушения автоцистернами низовых пожаров в выражение (4) получим:
V= 22,41
К = 22,41
3,33 60
\ 0,5
+ 4= 9,28 м/с ;
6,67 60
\0,5
+ 4 = 11,47 м/с.
Результаты расчётов показывают, что при принятых условиях тушение с помощью автоцистерн будет наиболее успешным при силе ветра менее 10 м/с.
В случаях, когда пожары сухой травы в сочетании с сильным ветром превращаются в огненную стихию, остановить их становится возможным лишь косвенным способом [12, 13]. Речь идёт о создании преград в виде негорючей площади или полосы определённой ширины, расчищенной от горючего материала.
По мнению авторов, при использовании данного способа также необходимо учитывать скорость ветра с целью повышения результативности тушения низового пожара высокой интенсивности (скорость распространения свыше 3 м/мин, высота пламени более 1,5 м).
Применяются различные способы создания преград. По мнению авторов, для остановки травяного пожара приоритет следует отдавать выжиганию сухой травы, для профилактики -скосу зеленой травы (с обязательным сбором скошенной травы). Это значительно снизит пожарную опасность безлесных и других территорий. Пожары сухой травы будут возникать реже, интенсивность их ослабеет, распространение огня будет затруднено или невозможно.
ЛИТЕРАТУРА
1. Софронов М. А, Волокитина А. В., Софронова Т. М. Пожары в горных лесах. - Красноярск, 2008. - 387 с.
2. Управление действующими лесными пожарами: методические рекомендации. - Красноярск: Институт леса им. В. Н. Сукачева, 2012. - 78 с.
3. Гундар С. В., Данилов М. М, Денисов А. Н, Опарин И. Д. Ресурсное обоснование сил и средств для тушения низового лесного пожара // Технологии техносферной безопасности: Интернет-журнал. - 2012. - № 2. Режим доступа: http:// ipb.mos.ru/ttb/2012-2/2012-2.html
4. Рекомендации по обнаружению и тушению лесных пожаров. - М.: Рослесхоз, 1997.
5. Гоман П. Н. Методика расчёта пространственно-временных параметров противопожарных барьеров лесных низовых пожаров // Вестник Командно-инженерного института МЧС Республики Беларусь. - 2013. - № 2. - С. 57-61.
6. Горшков В. В. Состояние и пути совершенствования пожарной безопасности в торфяной промышленности: обзор. -М., 1977. - 76 с.
7. Валендик Э. Н., Матвеев П. М, Сафронов М. А. Крупные лесные пожары. - М.: Наука, 1979. - 198 с.
8. Рябинина Н. О. Степеведение: учеб. пособие. - Волгоград: ВолГУ, 2014. - 472 с.
9. Бакурова К. Б. Методика картографирования и оценка ущерба от степных пожаров на основе космической фотоинформации // Мат-лы науч.-практ. конф. аспирантов и молодых учёных «Агролесомелиоративное обустройство агроландшаф-тов». - Волгоград, ВНИАЛМИ, 2007. - С. 45-49.
10. Куксин Г. В., Крейндлин М. Л. Степные пожары: профилактика, тушение, правовые вопросы. - М.: Центр охраны дикой природы, 2014. - 125 с.
11. Рубцов Ю. Н, Тимошков В. Ф. Применение автомобильных пожарных цистерн тяжелого класса (от 8000 л воды) при ликвидации пожаров в сельских населённых пунктах // Чрезвычайные ситуации: образование и наука. - 2015. - № 1. -С. 78-82.
12. Некрасов О. Н. Прогнозирование пожароопасной обстановки и скорости распространения лесного пожара с учётом топографических особенностей местности, погодных условий и мер по пожаротушению // Научные и образовательные проблемы гражданской защиты. - 2014. - № 3. - С. 62-67.
13. Катаева Л. Ю, Постнов А. Д., Лощилов С. А, Масленников Д. А. О влиянии водного барьера на динамику развития лесного пожара в зависимости от рельефа местности // Пожаро-взрывобезопасность. - 2014. - № 1. - С. 30-37.
Gundar S., Danilov M., Denisov A., Danilov A.
PECULIARITIES OF FIRES IN UNFORESTED AREAS, FIRE PREVENTION AND EXTINGUISHMENT MANAGEMENT
ABSTRACT
Purpose. Every year vegetation fires cause forest and peat fires, endanger people's life and health, damage settlements and municipal facilities. The article analyzes the peculiarities of fire outbreaks and spread of fires in unforested areas - grass and steppe lands.
Methods. Methods of analysis, statistical data processing and mathematical modeling have been used in the research.
Findings. The opportunity to forecast the speed of ground fire edge granting the data about the change of the main determining factors such as slope ratio, wind speed and relative humidity has been obtained. Calculations to determine the tactical capabilities of fire extinguishing means and manpower (resources) ensuring fire control have been proposed.
Research application field. The research results are recommended to be used when developing preplanning documentation; information analysis;
examining actions of fire service divisions while extinguishing fires; assisting in taking managerial decisions.
Conclusions. In case when the speed of extinguishment exceeds the propagation speed of the fire edge three or more times, the use of tactical capabilities of firefighting resources of fire control reaches 95 %. The use of water tenders under the direct method is useful when the wind speed is up to 10 m/s. In case of indirect method of extinguishing the priority should be given to burning out vegetation, in case of prevention - to cutting green grass (with the obligatory bagging of grass clippings).
Key words: unforested areas, landscape fire, grass fire, dry grass, burning grass, propagation speed, natural fire control.
REFERENCES
1. Sofronov MA., Volokitina A.V., Sofronova T.M. Pozhary v gornykh lesakh [Fires in the mountain forests]. Krasnoyarsk, 2008. 387 p.
2. Upravlenie deistvuiushchimi lesnymi pozharami: metodicheskie rekomendatsii [Management of existing forest fires]. Krasnoyarsk, Institut lesa im. V.N. Sukacheva Publ., 2012. 78 p.
3. Gundar S.V., Danilov M.M., Denisov A.N., Oparin I.D. Resource substantiation of forces and means for suppression of local forest fire. Tekhnologii tekhnosfernoi bezopasnosti: internet-zhurnal, 2012, no. 2, available at: http://ipb.mos.ru/ttb/2012-2/ 2012-2.html (accessed May 26, 2016). (in Russ.).
4. Rekomendatsii po obnaruzheniiu i tusheniiu lesnykh pozharov [Recommendations for detection and suppression of forest fires]. Moscow, Rosleskhoz Publ., 1997.
5. Goman P.N. Method of calculating the spatial-temporal parameters of firebreaks forest ground fires. Vestnik Komandno-inzhenernogo instituta MChS Respubliki Belarus, 2013, no. 2, pp. 57-61. (in Russ.).
6. Gorshkov V.V. Sostoianie i puti sovershenstvovaniia pozharnoi bezopasnosti v torfianoi promyshlennosti: obzor [Condition and ways to improve fire safety in the peat industry]. Moscow, 1977. 76 p.
7. Valendik E.N., Matveev P.M., Safronov M.A. Krupnye lesnyepozhary [Large forest fires]. Moscow, Nauka Publ., 1979. 198 p.
8. Ryabinina N.O. Stepevedenie [Science of the steppes]. Volgograd, Volgograd State University Publ., 2014. 472 p.
9. Bakurova K.B. Methods of mapping and damage assessment of fires using satellite photographs. Mat-ly nauch.-prakt. konf. "Agrolesomeliorativnoe obustroistvo agrolandshaftoV [Proc. of sci.-pract. conf. "Agroforestry arrangement of agricultural landscapes"]. Volgograd, All-Russian Research Institute of agroforestry Publ., 2007, pp. 45-49. (in Russ.).
10. Kuksin G.V., Kreindlin M.L. Stepnye pozhary: profilaktika, tushenie, pravovye voprosy [Steppe fires: preventive measures, extinguishing, and legal issues]. Moscow, Tsentr okhrany dikoi prirody Publ., 2014. 125 p.
11. Rubtsov Yu.N., Timoshkov V.F. The use of heavy class fire tankers (from 8 000 liters of water) while eliminating fires in rural areas. Chrezvychainye situatsii: obrazovanie i nauka, 2015, no. 1, pp. 78-82. (in Russ.).
12. Nekrasov O.N. Forecasting of the fire situation and speed of distribution of forest fire taking into account the topographical features of the terrain, weather conditions and measures extinguishing. Nauchnye i obrazovatel'nye problemy grazhdanskoizashchity, 2014, no. 3, pp. 62-67. (in Russ.).
13. Kataeva L.Yu., Postnov A.D., Loshchilov S.A., Maslennikov D.A. Influence of water barrier on dynamics of the forest fire depending on terrain. Pozharovzryvobezopasnost, 2014, no. 1, pp. 30-37. (in Russ.).
STANiSLAV GUNDAR
MiKHAiL DANiLOV
Alekseí Denísov Alekseí Danílov
Candidate of Agricultural Sciences
State Fire Academy of EMERCOM of Russia, Moscow, Russia Candidate of Technical Sciences
State Fire Academy of EMERCOM of Russia, Moscow, Russia
Candidate of Technical Sciences, Associate Professor State Fire Academy of EMERCOM of Russia, Moscow, Russia
State Fire Academy of EMERCOM of Russia, Moscow, Russia
