1. Теоретические аспекты обеспечения защиты лесов

1. Причины, экологические последствия и основы ликвидации лесных пожаров

Ископаемый уголь указывает на то, что лесные пожары начались вскоре после появления наземных растений 420 миллионов лет назад. [3] Появление лесного пожара на протяжении всей истории земной жизни наводит на мысль, что огонь, должно быть, оказал выраженное

Пожары можно охарактеризовать с точки зрения причины возгорания, их физических свойств, наличия горючих материалов и воздействия погоды на огонь. Лесные пожары могут нанести ущерб имуществу и жизни людей, хотя природные пожары могут оказывать благотворное влияние на местную растительность, животных и экосистемы, возникшие в результате пожара.

Лесной пожар высокой степени опасности создает сложную среду обитания ранних серых лесов (также называемую «естественной лесной средой обитания»), которая часто обладает более высоким видовым богатством и разнообразием, чем необожженный старый лес. Многие виды растений зависят от воздействия огня на рост и размножение.

Поведение и серьезность лесных пожаров обусловлены сочетанием таких факторов, как доступное топливо, физические условия и погода. [9] [10] Анализ исторических метеорологических данных и записей о национальных пожарах в России показывает первостепенное значение климата при возникновении крупных пожаров в периоды отсутствия дождей, которые создают значительные запасы топлива, или засухи и потепления, которые продлевают благоприятные условия [13].

Существуют три основные естественные причины возгорания:

• сухой климат;

• молния;

• извержение вулкана.

Наиболее распространенные непосредственные человеческие причины возгорания от пожаров включают поджоги, выброшенные сигареты, дуги линий электропередач (как обнаружено с помощью дугового картографирования) и искры от оборудования. Лесные массивы, вырубленные лесозаготовками, способствуют преобладанию легковоспламеняющихся трав и заброшенных лесозаготовительных дорог. Заросший растительностью может действовать как пожарные коридоры.

Наиболее распространенная причина пожаров варьируется по всему миру. В Канаде и на северо-западе Китая молния действует как основной источник возгорания. В других частях мира участие человека является основным фактором. В Африке, Центральной Америке, Фиджи, Мексике, Новой Зеландии, Южной Америке и Юго-Восточной Азии лесные пожары могут быть связаны с деятельностью человека, такой как сельское хозяйство, животноводство и сжигание земель. В Китае и в Средиземноморском бассейне человеческая небрежность является основной причиной пожаров [31].

В Соединенных Штатах и Австралии источник пожаров может быть связан как с ударами молнии, так и с деятельностью человека (например, искры от машин, выброшенные окурки или поджоги) [33]. Распространение лесных пожаров варьируется в зависимости от присутствия горючего материала, его вертикального расположения и содержания влаги, а также погодных условий. [36] Расположение и плотность топлива частично определяются топографией, поскольку форма земли определяет такие факторы, как доступный солнечный свет и вода для роста растений. В целом, типы пожаров обычно можно охарактеризовать по видам топлива следующим образом:

Наземные пожары питаются подземными корнями и другими захороненными органическими веществами. Этот тип топлива особенно подвержен возгоранию из-за появления проталин лишенных свежего растительного покрова . Наземные пожары обычно сгорают от тления и могут гореть медленно в течение нескольких дней или месяцев, например, торфяные пожары в Калимантане и Восточной Суматре , Индонезия, которые возникли в результате проекта по созданию рисовых земель, который непреднамеренно осушил и высушил торф.

Ползающие или поверхностные пожары подогреваются низменной растительностью на лесной почве, такой как лиственный и древесный мусор, мусор, трава и низменный кустарник. Этот вид пожара часто горит при относительно более низкой температуре, чем коронные пожары (менее 400 ° C (752 ° F)), и может распространяться с низкой скоростью, хотя крутые склоны и ветер могут ускорить скорость распространения. Такие пожары поглощают материал между низкоуровневой растительностью и навесами деревьев, такими как небольшие деревья, срубленные бревна и виноградные лозы.

Коронные, навесные или воздушные пожары сжигают взвешенный материал на уровне навеса, например высокие деревья, виноградные лозы и мхи. Воспламенение такого пожара, называемого коронным, зависит от плотности подвешенного материала, высоты навеса, непрерывности навеса, достаточных поверхностных и лестничных пожаров, содержания влаги в растительности и погодных условий во время пожара.

Пожары возникают, когда все необходимые элементы огненного треугольника объединяются в чувствительной зоне: источник возгорания приводится в контакт с горючим материалом, таким как растительность, который подвергается достаточному нагреву и имеет достаточный запас кислорода из окружающего воздуха.

Высокое содержание влаги обычно предотвращает воспламенение и замедляет распространение, потому что более высокие температуры необходимы, чтобы испарить любую воду в материале и нагреть материал до его точки возгорания . Густые леса обычно дают больше тени, что приводит к снижению температуры окружающей среды и повышенной влажности, и поэтому они менее восприимчивы к лесным пожарам. Менее плотный материал, такой как травы и листья, легче воспламенить, потому что они содержат меньше воды, чем более плотный материал, такой как ветви и стволы. Растения постоянно теряют воду в результате суммарного испарения, но потеря воды обычно компенсируется поглощением воды из почвы, влажностью или дождем. [48] Когда этот баланс не поддерживается, растения высыхают и, следовательно, становятся более огнеопасными, что часто является следствием засухи.

Фронт лесного пожара - это участок, поддерживающий непрерывное горящее горение, где несгоревший материал встречается с активным пламенем или тлеющим переходом между несгоревшим и сгоревшим материалом. По мере приближения фронта огонь нагревает как окружающий воздух, так и древесный материал посредством конвекции и теплового излучения . Сначала древесина высушивается при испарении воды при температуре 100 ° C (212 ° F). Затем пиролиз древесины при 230 ° C (450 ° F) выделяет легковоспламеняющиеся газы. Наконец, древесина может тлеть при 380 ° C (720 ° F) или, при достаточном нагревании, воспламеняться при 590 ° C (1000 ° F). Еще до того, как пламя лесного пожара достигнет определенного места, передача тепла от фронта лесного пожара нагревает воздух до 800 ° C (1470 ° F), который предварительно нагревает и сушит легковоспламеняющиеся материалы, заставляя материалы быстрее воспламеняться и позволяя огню распространяться быстрее. при высокой температуре и поверхностные пожары длительных может стимулировать пробой или поджогов : высыхание навесов дерева и их последующего зажигания снизу.

При горении сквозь плотное и непрерывное топливо лесные пожары имеют высокую скорость распространения вперед (FROS). Они могут двигаться со скоростью 10,8 км / ч в лесах и 22 км / ч (14 миль / ч) в лугах. Лесные пожары могут продвигаться тангенциально к основному фронту, образуя фланкирующий фронт, или гореть в противоположном направлении от основного фронта, отступая. Они могут также распространяться, прыгая или обнаруживая, поскольку ветры и вертикальные конвекционные колонны несут огненные бренды(горячие древесные угли) и другие горящие материалы через воздух над дорогами, реками и другими барьерами, которые в противном случае могут действовать как противопожарные барьеры . [29]

Особенно большие лесные пожары могут влиять на воздушные потоки в их непосредственной близости от эффекта стека : воздух поднимается при нагревании, а большие лесные пожары создают мощные восходящие потоки, которые будут втягивать новый, более холодный воздух из окружающих областей в тепловых колоннах . Большие вертикальные различия в температуре и влажности способствуют появлению пиро-кучевых облаков , сильных ветров и вихрей огня с силой торнадо со скоростью более 80 километров в час . Быстрые темпы распространения, плодовитое венчание или пятнистость, наличие вихрей огня и сильные конвекционные колонны означают экстремальные условия.[27]

Тепловое тепло от лесного пожара может вызвать значительное выветривание горных пород и валунов, тепло может быстро расширить валун, и может произойти тепловой удар , который может привести к разрушению структуры объекта.

Возникновение лесного пожара на протяжении всей истории земной жизни наводит на мысль о том, что огонь должен был оказывать явное эволюционное воздействие на флору и фауну большинства экосистем. [4] Лесные пожары распространены в климатах, достаточно влажных, чтобы обеспечить рост растительности, но характеризующихся продолжительными сухими, жаркими периодами. Лесной пожар высокой степени опасности создает сложную среду обитания ранних лесов (также называемую «естественной лесной средой обитания»), которая часто имеет более высокое видовое богатство и разнообразие, чем необожженный старый лес. Огонь помогает возвращать питательные вещества из растительных веществ обратно в почву, тепло от огня необходимо для прорастания определенных видов семян, а коряги (мертвые деревья) и ранние сукцессионные леса, созданные в результате пожара высокой степени тяжести, создают благоприятные условия обитания. к дикой природе. [6]Ранние сукцессионные леса, созданные в результате пожара высокой степени тяжести, поддерживают одни из самых высоких уровней естественного биоразнообразия, встречающиеся в лесах умеренно-хвойных пород. [7] [31] Выжигание после пожара не имеет экологических преимуществ и многих негативных последствий; то же самое часто верно для посева после пожара. [19]

Растения в экосистемах, подверженных пожарам, часто выживают благодаря адаптации к местному пожарному режиму . Такие приспособления включают физическую защиту от жары, усиление роста после пожара и воспламеняющиеся материалы, которые способствуют пожару и могут устранить конкуренцию . Например, растения рода Eucalyptus содержат легковоспламеняющиеся масла, которые стимулируют огонь и твердые листья склерофилла противостоять жаре и засухе, обеспечивая их господство над менее огнеустойчивыми видами. [14] Плотная кора, пролив нижних ветвей и высокое содержание воды во внешних структурах также могут защитить деревья от повышения температуры.

Пожары могут влиять на локальное загрязнение атмосферы и выделять углерод в форме углекислого газа. Выбросы при пожаре содержат мелкие частицы, которые могут вызвать сердечно-сосудистые и респираторные проблемы. Увеличение побочных продуктов пожара в тропосфере может привести к увеличению концентрации озона за пределами безопасных уровней. были оценены лесные пожары в Индонезии в 1997 году выпустили между 0,81 и 2,57 гигатонн (0,89 и 2,83 млрд коротких тонн ) СО 2 в атмосферу, которая составляет от 13% -40% годовых выбросов двуокиси углерода глобального от сжигания ископаемого топлива. Атмосферные модели предполагают, что эти концентрации сажевых частиц могут увеличить поглощение солнечной радиации в течение зимних месяцев на целых 15% [13].

Подавление лесных пожаров зависит от технологий, доступных в районе, где происходит лесной пожар. В менее развитых странах используемые методы могут быть простыми: бросать песок или бить огонь палками или пальмовыми ветвями. В более развитых странах методы подавления варьируются из-за увеличения технологического потенциала. Йодид серебра может быть использован для поощрения выпадения снега, в то время как антипирены и вода могут быть сброшены на огонь беспилотными летательными аппаратами, самолетами и вертолетами.

Успешная реализация стратегии ликвидации лесного пожара состоит из ответственного выполнения текущих действия отдельными ПРП [7, 29, 31, 34]:

• получение сообщения о возникновении пожара;

• своевременный выезд и беспрепятственное следование ПРП к источнику пожара;

• результативная разведка и удачное тактическое развертывание сил и средств; локализация кромки огня;

• ликвидация процесса горения;

• избавление от излишков источников огня внутри области пожара;

• организация охраны периметра пожара;

• свертывания ПРП и возвращения их на место дислокации.

Часто для ликвидации лесных пожаров привлекают также силы и средства лесных и сельскохозяйственных предприятий, технические средства дорожных и различных строительных организаций, местного населения и т.д. [25, 26, 35]

В целом для успешной реализации выбранной стратегии пожаротушения необходимо своевременно сосредоточить силы и средства на концептуальных участках лесного пожара, выбрать решающие направления реализации тактических задач, выполнить активные наступательные действия ПРП с учетом различных тактик пожаротушения [12, 13, 22, 27, 34]. При этом руководитель тушения лесного пожара для достижения стратегической победы часто проводит перегруппировку соответствующих сил и средств в зависимости от оперативной обстановки, формируя временно звена, бригады или группы [13] и определяет набор средств для каждой из них в соответствии с поставленными перед ними так- политических задач [22].

В общем по численности и оснащению такие формирование не всегда совпадают с отделением или караулом, поэтому каждый из ПРП характеризуется своими тактическими возможностями. Эти возможности выражаются таким интегральным показателем как производительность процесса локализации / тушения лесного пожара, то есть это не что иное, как объем затушенной участки леса за единицу времени. При тушении лесного пожара эффективность труда пожарного также зависит от его психологического состояния [27]. Напряженность выполняемых работ, задымленность территории, высокая температура и другие факторы способствуют снижению положительных эмоций, а следовательно, и работоспособности личного состава. Снижение трудоспособности наступает через 3,0-3,5 ч, а при больших нагрузках - через 2,0-2,5 ч выполняемых работ по ликвидации пожара. Изменение режима работы, кратковременный отдых, подмена уставших и уверенные действия руководителя тушения лесного пожара восстанавливают психологическое состояние и работоспособность личного состава. Поэтому руководитель должен действовать уверенно, ставить реальные задачи и предусматривать результат выполнения принятых решений.

В общем локализация лесного пожара осуществляется на расстоянии не менее 50 м от ее кромки огня, которую в дальнейшем будем называть зоной безопасной локализации. Из-за отсутствия непосредственного взаимодействия сил и средств пожаротушения с огнем, локализация является несколько более безопасным методом ликвидации лесного пожара, чем тушения кромки огня, но приводит к увеличению ее площади [21]. Трудорасходы на проведение локализации низко- и средне-интенсивного процесса горения лесного материала, как правило, намного больше трудозатрат, связанных с тушением кромки огня. Поэтому проведение локализации оправдано только в при высокой интенсивности тепловыделения пожара на кромке огня и (или) значительной задымленности территории затрудняет или вовсе исключает тушение кромки огня, а также при ограниченных возможностях вовлеченных в этого сил и средств пожаротушения.

Очевидно, организация процесса локализации кромки огня возможна только при наличии достаточного объема технических сред- бив локализации [20]. Непосредственное тушение кромки огня приводит к значительно меньшей площади лесного пожара, но возможно только при условии низкой задымленности и за наличии достаточного объема средств пожаротушения. При этом производительность роботы ПРП должно обеспечивать процесс тушения кромки огня со скоростью несколько больше, чем скорость ее распространения, которая напрямую зависит от интенсивности процесса горения, то есть тепловыделение [4, 12].

В целом сам процесс ликвидации пожаров трудоемкое и опасное мероприятие. Лучшая стратегия избегать таких осложнение проводить работы по защите лесов от пожаров.