CC BY
15
/54 Civil SecurityTechnology, Vol. 15, 2018, No. 1 (55) УДК 614.841.2
Пожарная обстановка в городской застройке при землетрясениях
ISSN 1996-8493
© Технологии гражданской безопасности, 2018
Н.П. Копылов, И.Р. Хасанов
Аннотация
Рассмотрены основные причины и особенности возникновения пожаров при землетрясениях. Проведен анализ моделей для оценки количества очагов пожаров в зависимости от интенсивности землетрясения. Предложены зависимости для оценки площади пожаров на участке городской застройки с разрушениями с учетом степеней разрушения зданий и сооружений.
Ключевые слова: пожары; землетрясения; площадь пожаров; причины пожаров.
Post-Earthquake Fire Situation in Urban Areas
ISSN 1996-8493
© Civil Security Technology, 2018
N. Kopylov, I. Khasanov
Abstract
The authors examine the key causes and features of fires following earthquakes. Models for estimating the relationship between seismic intensity and the incidence of earthquake-induced fires are discussed. Relationships are proposed for the evaluation of fire area in an affected urban area based on the degree of destruction of buildings and structures.
Key words: fire; earthquake; fire area; cause of fire.
Статья поступила в редакцию в декабре 2017 года.
Землетрясения, которые влекут за собой разрушения зданий и сооружений, часто сопровождаются возникновением пожаров, которые в случае непринятия своевременных мер достигают крупных размеров. Так, при землетрясении в г. Токио в 1923 г. возникло 163 очага пожаров, которые распространились на городские кварталы и уничтожили две трети площади города, в огне погибло более 58 тыс. человек. Эти потери оказались более значительными, чем те, которые явились следствием самого землетрясения [1]. Особую опасность представляют пожары нефте- и газопроводов, а также промышленных объектов. При землетрясении 16 июля 1964 г. в г. Ниагата (Япония) после утечки нефтепродуктов на территории нефтеперерабатывающего завода возник пожар. В другом конце города аналогичный пожар возник при разрыве трубопровода. Огнем было уничтожено 235 тыс. м2 площади города, выгорело 138 резервуаров [2]. При сильных землетрясениях характерными являются пожары в завалах. В Армении при
На рис. 1 представлены обобщенные статистические данные о источниках зажигания при землетрясениях [1].
Анализ пожаров при землетрясениях показывает, что в первый час возникает около 20% всех пожаров, в последующие 6 часов — порядка 50%. Через сутки количество возникающих очагов пожара составляет более 90% [4]. На рис. 2 показана зависимость количества пожаров (%) от начала времени землетрясения, полученная на основе данных о пожарах в Северной Америке.
Очевидно, что количество очагов пожаров зависит также от силы землетрясения и, соответственно, от степени разрушения зданий и сооружений. Так, в менее разрушенном при землетрясении г. Кировакане плотность пожаров составила примерно один пожар на 1 км2 застройки города, а в наиболее разрушенных гг. Ленинакане и Спитаке, соответственно, 3 и 4 [3].
В работе [5] проведен анализ более трехсот пожаров при землетрясениях за 100 лет. На рис. 3 представлены
Рис. 1. Источники зажигания в зонах разрушений: 1 — экзотермические реакции; 2 — приборы и оборудование с открытым огнем; 3 — электропроводка и электроприборы; 4 — механические искры при обрушении или соударении; 5
другие причины
землетрясении 7 декабря 1988 г. из 173 пожаров 140 произошли в завалах [3].
Исследования причин пожаров, возникающих во время землетрясений, позволили сделать вывод, что появление очагов горения при разрушениях следует ожидать в местах концентрации (наличия) пожароопасных элементов как на различных предприятиях, так и в жилом секторе. Основными причинами пожаров при землетрясениях являются: опрокидывание горящих и нагретых до высоких температур приборов;
замыкание в электросетях; механические искры, возникающие при обрушении или соударении;
повреждение газовых сетей и образование взрывоопасных концентраций;
повреждение технологических установок с ЛВЖ и ГЖ с последующим их возгоранием.
Рис. 2. Зависимость количества пожаров (%) от времени при землетрясениях (мин) [4]
Рис. 3. Зависимость количества очагов пожаров (один очаг на 1 млн кв. футов площади строений) от интенсивности землетрясения PGA (в долях ускорения свободного падения, g) [5]
данные и зависимость количества очагов пожаров (один очаг на 1 млн кв. футов площади строений) от интенсивности землетрясения (максимальные горизонтальные ускорения на поверхности земли при землетрясении — PGA в долях ускорения свободного падения, g). При этом, соотношение баллов 12-балльной сейсмической шкалы (MMI, MSK-64, EMS-98) и ускорений PGA следующее: VI баллов — 0,12; VII — 0,21; VIII — 0,36; IX — 0,53; X — 0,71; XI — 0,86; XII — 1,15.
Зависимость количества очагов пожаров от интенсивности землетрясения показана на рис. 3:
y = -0,025 + 0,592х - 0,289х2, (1)
где: y — количество очагов пожара на 1 млн кв. футов площади строений;
x—PGA, максимальное горизонтальное ускорение на поверхности земли при землетрясении.
Видно, что в соответствии с формулой (1) количество очагов пожара увеличивается при возрастании интенсивности землетрясения. Так, для города с населением около 2 млн чел. при землетрясении интенсивностью MMI = VIII возникнет около 100 очагов пожаров, при землетрясении интенсивностью MMI = IX — более 400.
Аналогичные зависимости количества очагов пожара от интенсивности землетрясения получены различными авторами. Так, в работе [6] предлагается линейная зависимость пожаров от PGA:
y = 0,0042 + 0,5985х, (2)
где: y — количество очагов пожара на 100 тыс. м2 площади пола строений;
х — максимальное горизонтальное ускорение PGA. В работе [7] для расчета количества очагов пожара на 100 тыс. м2 городской застройки используется квадратичная зависимость от PGA:
y = -0,11749 + 1,34534х - 0.8476х2. (3)
Экспоненциальная зависимость предложена в работе [8]:
y = 0,028 exp (4,16х), (4)
где: y — количество очагов пожара на 1 млн кв. футов площади пола строений;
х — PGA.
В работе [9] для расчета количества очагов пожара при землетрясениях используется логарифмическая зависимость:
y = 0,6078 ln(x) + 1.887, (5)
где: y — количество очагов пожара на 100 га городской застройки;
х — PGA.
На рис. 4 представлены сравнительные характеристики зависимостей расчета количества очагов пожара при землетрясениях от максимального горизонтального ускорения PGA по уравнениям (1)-(5).
Как видно из уравнений (1) — (5), количество пожаров прогнозируется только от интенсивности землетрясения. Проведенные во ВНИИ ПО экспериментальные и теоретические исследования показывают, что количество, площадь и характер развития пожаров в зонах разрушений, возникших в результате землетрясений, аварий и взрывов, зависят от интенсивности того или иного явления. Вместе с тем, характер и степень разрушений зависит от этажности и огнестойкости зданий, от сейсмостойкости объектов. Кроме того, на пожарную обстановку влияют время года и метеоусловия. Для производственных объектов важным является вид, количество пожарной нагрузки и особенности технологических процессов [10].
Рис. 4. Зависимости количества очагов пожара на 100 тыс. м2 при землетрясениях от максимального горизонтального ускорения PGA: 1 — уравнение (1); 2 — уравнение (3); 3 — уравнение (4); 4 — уравнение (2); 5 — уравнение (5)
В связи с этим, для оценки площади пожаров на участке городской застройки с разрушениями предложены формулы с учетом степеней разрушения зданий и сооружений. В основу зависимостей положены экспериментальные и теоретические исследования пожаров в различных зонах разрушений [11].
Площадь пожаров в зонах разрушений является функцией ряда параметров:
я = f к к2, ^ А; Щ,
где: К1 — коэффициент, характеризующий время года и метеоусловия;
К2 — коэффициент, определяемый этажностью зданий;
К3 — коэффициент, определяемый типом и огнестойкостью зданий;
К4 — коэффициент, характеризующий степень разрушений;
П — количество (площадь) разрушений.
При отсутствии данных о характеристиках застройки и метеоусловий можно принять, что К = К2 = К3 =1. В зоне слабых разрушений полагается, что очагов горения не возникает.
Так, начальная площадь пожаров на /-ом участке городской застройки в зоне полных разрушений, где ожидаются пожары в завалах, можно определить по следующей формуле:
Бр1 = 7,34х10-4 (ЯхПЛ00)2, км2, (6)
где: Я. — общая площадь /-го участка, км2;
П . — количество полных разрушений на /-ом участ-ке,%™
В зоне сильных и средних разрушений площадь пожаров на /-ом участке городской застройки оценивается как
Я. = 45,86х10-8 [Я.х(0,9Пс. + 0,5 П .)/100]2, км2, (7)
где: П— количество сильных разрушений на 1-ом участке,%;
П. — количество средних разрушений на 1-ом участке,%.
Общая начальная площадь пожаров на /-ом участке Я= Я. + Я , км2. (8)
п/ р/ сг у '
Для того чтобы провести оценку пожарной обстановки в зонах разрушений, необходимо, в первую очередь, определить инженерную обстановку — оценить количество и характер возможных разрушений. Классификация степеней разрушения зданий и сооружений на полные, сильные, средние и слабые приведена в табл. [12].
Таблица
Классификация действия ударной волны на здания и сооружения
Степень разру- Что разрушено шений зданий и сооружений
Полное разрушение Разрушение и обрушение всех элементов зданий (включая подвалы) - от 50 до 100% объема зданий
Сильное разрушение Разрушение части стен и перекрытий, образование трещин в стенах, деформация перекрытий нижних этажей (разрушение от 30 до 50% объема зданий)
Среднее разрушение Разрушение главным образом второстепенных элементов (крыш, перегородок, оконных и дверных заполнений), появление трещин в стенах, перекрытия не обрушены, подвалы сохранены. Часть помещений после расчистки и ремонта пригодна для использования (разрушение до 30% объема зданий)
Слабое разрушение Разрушение оконных и дверных заполнений и перегородок. Подвалы и нижние этажи полностью сохраняются и пригодны для временного использования после уборки мусора и заделывания проемов
Таким образом, для предварительной оценки возможной пожарной обстановки в городской застройке при землетрясениях возможно использование формул (1) — (5), по которым оценивается количество очагов пожара на 100 тыс. м2 в зависимости от интенсивности землетрясения (максимальное горизонтальное ускорение PGA).
Для оперативной оценки площади пожаров на участках городской застройки в зависимости от степени разрушений рекомендуются формулы (6) и (7).
Анализ возникновения и развития пожаров при землетрясениях показал необходимость проведения дальнейших исследований в целях изучения влияния этажности и огнестойкости зданий, времени года, метеоусловий на пожарную обстановку. Требуется также прогнозирование распространения пожаров в зонах разрушений.
Литература
1. Копылов Н. П., Хасанов И. Р. Прогнозирование пожарной обстановки в зонах разрушений // Проблемы прогнозирования чрезвычайных ситуаций и их источников: Сб. тезисов науч-но-практ. конф. М.: ВНИИ ГОЧС, 2001. С. 26-27.
2. Хасанов И. Р. Особенности пожарной обстановки в зонах разрушений // Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений. 2013. № 6. С. 43-46.
3. Опыт работы противопожарной службы при ликвидации последствий землетрясения в Армянской ССР. М.: ВНИИПО МВД СССР, 1989. 115 с.
4. Scawthorn C. Fire Following Earthquake — Analysis and Mitigation in North America // Proceedings of the International Symposium on Engineering Lessons Learned from the 2011 Great East Japan Earthquake, March 1-4, 2012, Tokyo, Japan. p. 913-924.
5. Enhancements in HAZUS-MH Fire Following Earthquake, Task 3: Updated Ignition Equation. Berkeley CA. SPA Risk LLC, 2009. 74 p.
6. Zhao, S., Xiong, L., Ren A. A spatial-temporal stochastic simulation of fire outbreaks following earthquake based on GIS // Journal of Fire Sciences, 2006. № 24. P. 313-339.
7. Ren A. andXieX. The simulation of post-earthquake fire-prone area based on GIS // Journal of Fire Sciences, 2004. № 22. P. 421-439.
8. Scawwthorn C., Eidinger J. M., Schiff A. J. Fire Following Earthquake. Technical Council on Lifeline Earthquake Engineering Monograph № . 26, American Society of Civil Engineers, Reston, 2005. 345 p.
9. Kanamori T., Shimodaira S., Koike T. An evacuation plan from a fire following earthquake — Application of Statistical and Probability in Civil Engineering. Tokyo, Japan. 2007. 38 p.
10. Копылов Н. П., Рыжов А. М., Хасанов И. Р. Крупные пожары и их моделирование // Моделирование пожаров и взрывов. М.: Пожнаука, 2000. С. 170-187.
11. Копылов Н. П., Хасанов И. Р. Прогнозирование пожарной обстановки на территории, подвергшейся разрушениям // Чрезвычайные ситуации: предупреждение и ликвидация: Сб. м-лов междунар. научно-практ. кон. Мн.: БГУ, 2001. С. 101-102.
12. Обеспечение мероприятий и действий сил ликвидации чрезвычайных ситуаций: Учеб. в 3-х ч. Ч. 2. Кн. 2. Оперативное прогнозирование инженерной обстановки в чрезвычайных ситуациях. М.: ЗАО «Фирма ПАПИРУС», 1998. 176 с.
Сведения об авторах
Копылов Николай Петрович: д. т. н., проф., ФГБУ ВНИИПО МЧС России, г. н. с.
143903, Московская область, г. Балашиха, мкр. ВНИИПО, 12.
e-mail: vniipo@mail.ru
Хасанов Ирек Равильевич: д. т. н., ФГБУ ВНИИПО МЧС России, г. н. с.
143903, Московская область, г. Балашиха, мкр. ВНИИПО, 12.
e-mail: irhas@rambler.ru
Information about the authors
Kopylov Nikolai P.: Ph. D., Professor, All-Russian Research Institute for Fire Protection, Chief Researcher. VNIIPO, 12, Balashikha, Moscow region, 143903, Russia. e-mail: vniipo@mail.ru
Khasanov Irek R.: Ph. D., All-Russian Research Institute for Fire Protection, Chief Researcher. VNIIPO, 12, Balashikha, Moscow region, 143903, Russia. e-mail: irhas@rambler.ru
Издания ФГБУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ)
Авторы, название
Шляков С.А. и др. Государственный доклад «О состоянии защиты населения и территорий Российской Федерации от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера в 2013 году» Дурнев Р.А. и др. Методические рекомендации по подготовке диссертационных работ. Комиксы для соискателей
URL
http://elibrary.ru/item.asp?id=21638161 http://elibrary.ru/item.asp?id=22256511
Лебедев А.В. Спасательное дело в России. Монография
http://elibrary.ru/item.asp?id=22689067
Митрофанов В.Ф. и др. ВНИИ ГОЧС: нам 38
http://elibrary.ru/item.asp?id=22689204
Акимов В.А. и др. Опыт ликвидации крупномасштабных чрезвычайных ситуаций в России и за рубежом. Материалы XIX Международной научно-практической конференции по проблемам защиты населения и территорий от чрезвычайных ситуаций. Москва, 20-23 мая 2014 г.
http://elibrary.ru/item.asp?id=29013321
Афанасьева Е.В. и др. Основы системы спасения пострадавших в дорожно-транспортных происшествиях. Информационно-аналитический сборник. Издание второе, дополненное
http://elibrary.ru/item.asp?id=22287658
Тодосейчук С.П. и др. Методические рекомендации по эксплуатации оборудования быстровозводимых пунктов временного размещения населения, пострадавшего в результате чрезвычайных ситуаций
http://elibrary.ru/item.asp?id=22689053
Посохов Н.Н. и др. Информационный бюллетень о деятельности функциональных подсистем РСЧС в I полугодии 2014 года
http://elibrary.ru/item.asp?id=22689115
