4.6. Расчёт сил и средств для тушения лесных пожаров

При составлении оперативного плана тушения крупного лесного пожара (КЛП) необходимо в короткий срок определить количество сил и средств по­жаротушения, время их доставки к пожару, способы и приемы ту­шения, продолжительность локализации пожара, как на отдельных участ­ках так и в целом. После утверждения общего плана тушения пожара дальнейшая детализация операций производится по формулам, номограммам и таблицам, что значительно ускоряет со­ставление документов. Рассчитывается время начала и окончания работ на раз­ных участках пожара, число занятых людей и технических средств, виды, последовательность и объемы выполняемых работ и т.д. Кроме того, можно оперативно рассчитывать мероприятия по привлечению дополнительных сил и средств и маневрированию ими в процессе ту­шения. В связи с тем, что обстановка на пожаре часто непредвиден­но меняется, тактические расчеты помогают в разные периоды туше­ния своевременно корректировать действия по борьбе с пожаром.

Тактические расчеты являются необходимым инст­рументом для получения руководителем тушения информации, позволяю­щей оперативно оценить обстановку на пожаре, принимать правильные решения в быстро меняющейся обстановке.

При выполнении тактических расчетов следует учитывать парамет­ры условий среды и пожара (лесоводственные, метеорологические, тактико-технические данные средств тушения и т.д.) и параметры уп­равления (способы тушения, количество технических средств, время начала и возможного окончания работ по тушению, ширина и направ­ление заградительных полос и т.д.). Всe тактические расче­ты по характеру решаемых вопросов подразделяются на прямые и об­ратные.

Первые позволяют получить количественные данные для определе­ния ожидаемого результата при использовании привлекаемых сил и средств одного из вариантов действий. Например, лока­лизация пожара осуществляется заранее установленным количеством технических средств, и прямой расчет производят с целью определе­ния времени локализации, размера выгоревшей площади, затрат на вы­полнение работ, т.е. оценивается эффективность данного варианта ту­шения.

Вторые делают в тех случаях, когда при принятии решения необ­ходимо определить, какое количество сил и средств потребуется для достижения заданного результата (например, локализовать пожар в течение суток).

Особую роль в выполнении тактических расчетов играет прогнози­рование параметров развития пожаров, устанавли­вающее вид, интенсивность, скорость распространения, которыми бу­дет характеризоваться пожар в период его локализации.

Тактические расчёты помогают руководителю тушения пожара в сложной обстановке принять правильное решение в короткий промежуток времени. Поэтому методика расчетов должна обеспе­чивать точность и быть простой и быстро выполнимой.

Моделирование распространения лесных пожаров и их локализации на современных ЭВМ позволя­ют передать функции планирования операций по борьбе с пожаром вы­числительной машине. Сложность математических мо­делей, высокая точность выполнения расчетов на ЭВМ не всегда со­ответствуют точности исходной информации. Это одна из причин того, что математические модели распространения и тушения лесных пожа­ров пока не нашли широкого применения в практике охраны лесов.

Использование в прак­тике простых методов расчетов, которые выполняются непо­средственно специалистами, участвующими в тушении пожара, с приме­нением простейших вычислительных средств позволяют более оперативно оценивать обстановку и составлять оперативные планы тушения.

Расчет скорости локализации пожара. При выполнении тактических расчетов можно выделить два типа операций по локализации пожара, которые обусловливают специфику их выполнения:

- непосредственное взаимодействие с кромкой пожара (активное тушение, а также создание заградительных полос на заданном расстоя­нии от кромки);

- использование естественных и искусственных рубежей для остановки пожара отжигом.

Принципиальное различие этих двух типов локализации заключает­ся в том, что в первом случае силы и средства локализации находят­ся на кромке пожара или на некотором расстоянии от нее, а линия локализации определяется соотношением скорости продвижения кромки и производительности работ по локализации. Во втором - линия локали­зации в меньшей степени зависит от контура распространяющегося пожара. Единственное условие - чтобы работы на выбранных рубежах были закончены к подходу пожара, и ширина заградительных полос соответствовала необходимым требованиям. Различаются эти типы так­же тем, что в первом случае протяженность локализованной части по­жара непрерывно увеличивается в процессе выполнения работ, а во втором это происходит по мере приближения пожара к подготовленным рубежам. К этому времени работы по локализации могут быть закон­чены, и в дальнейшем проводится дотушивание и окарауливание.

Для этой группы методов локализации основой расчетов является сопоставление времени работ на исходных рубежах и времени дости­жения их пожаром при соблюдении необходимых требований к созда­ваемым заградительным барьерам.

Более сложными методами проводятся тактические расчеты для первого случая. Это связано с тем, что процесс характеризуется по­стоянным взаимодействием сил и средств локализации с кромкой по­жара, в результате чего линия локализации как бы постоянно откло­няется в сторону от пожара. Причем это отклонение тем существен­нее, чем меньше разрыв между производительностью средств тушения и скоростью продвижения кромки. Очевидно, что при скорости кромки, превышающей производительность технического средства или рабочего с ручным инструментом, локализация пожара на данном участке не­возможна.

Для упрощения тактических расчетов вводится понятие эффектив­ной скорости локализации (V_эф), которая определяется для элементарного участка кромки пожара по формуле:

(4.2)

где: V_лок – производительность технического средства (или рабочего при тушении ручным инструментом);

V_кр – скорость распространения кромки пожара (время, в течение которого будет локализован весь участок, равно 100:1,3 = 77 мин).

Если на некотором однородном участке кромки пожара, распростра­няющегося со скоростью V_кр , работают несколько технических средств или несколько тушилыциков с ручным инвентарем, имеющих одинаковую производительность V_лок одновременно, то общая эффективная скорость локализации на данном участке равна сумме эффективных скоростей локализации каждого технического средства, т.е.

(4.3)

Продолжая приведенный выше пример для случая пяти тушилыциков с ручными орудиями, получаем, что их общая эффективная скорость ло­кализации равна 1,3 м/мин х 5 = 6,5 м/мин. Неправильно было бы сначала найти суммарную производительность всех тушильщиков: 2 м/мин х 5 = 10 м/мин, а затем воспользоваться формулой (4.2). Это допустимо только в том случае, когда производительность 10 м/мин, обеспечивается одним техническим средством:

Предполагая, что условия распространения периметра пожара или участка его кромки однородны, процесс локализации можно однознач­но описать, если известны (или определены) следующие параметры:

τ_св – время свободного распространения пожара (до начала локализа­ции);

V_п– скорость нарастания периметра пожара (изменение протя­женности за единицу времени);

V_эф - общая эффективная скорость локализации.

Тогда время локализации τ_лок определяется по формуле:

(4.4)

Для того чтобы локализация пожара была осуществлена за времяτ,необходимо обеспечить эффективную скорость локализации

(4.5)

Формулы (4.4) и (4.5) можно использовать для расчета локализа­ции пожара, если скорость кромки в разных направлениях меняется незначительно, а также в тех случаях, когда V_эф> V_п.

Для КЛП эти формулы следует применять для отдельных участков кромки пожара, где условия распространения более однородны. При произведении расчетов для участка кромки берется средняя скорость продвижения данного участка, что обеспечивает удовлетворительную точность.

При нарушении однородности условий распространения пожара, в формуле вместо времени свободного распространения τ_св рекомендуется использовать отношение протяженности кромки на данном участке (Р_нач) к периметрической скорости пожара на этом участке, т.е.

(4.6)

Это обусловлено тем, что для локализации важно не время свободно­го распространения пожара само по себе, а протяженность кромки и периметрическая скорость к началу тушения. При распространении по­жара в однородных условиях выполняется соотношение (4.6). Одна­ко в действительности условия распространения со временем сущест­венно изменяются, например, при увеличении скорости ветра перимет­рическая скорость возрастает. Кроме того, не редки ситуации, когда время возникновения пожара вообще трудно установить. Поэтому физи­ческий смысл параметра τ_св – это время свободного распространения пожара в предположении, что скорость его распространения была такая же, как в момент начала тушения.

Например, протяженность кромки в зоне пожара на момент начала тушения 1 км, периметрическая скорость 0,2 км/ч. Возможны различ­ные варианты поведения пожара в предшествующий период:

- пожар распространяется с такой же скоростью τ₁ = 1 : 0,2 = 5 ч;

- пожар распространяется при слабом ветре (V_п = 0,1 км/ч) τ₂ = 1 : 0,1 = 10 ч;

- пожар распространяется при сильном ветре (V_п = 0,3 км/ч) τ₃ = 1 : 0,3 = 3,3 ч.

При проведении расчетов во всех трех случаях необходимо принять τ_св = 5 ч, так как это значение соответствует параметрам распростра­нения пожара в зоне в настоящий момент.

Таким образом, формулы (4.4) и (4.5) могут быть записаны в таком виде:

(4.7)

(4.8)

Для расчетов маневра силами и средствами или привлечения до­полнительных ресурсов для борьбы с пожаром необходимо определить величину периметрической скорости распространения кромки в различ­ных зонах или пожара в целом, которая изменяется в процессе лока­лизации. Для этого можно использовать формулу

(4.9)

где: τ – некоторый момент периода локализации пожара (0 < τ < 1);

V_п(τ) – периметрическая скорость локализации в момент τ.

Периметрическая скорость пожара (V_п) может определяться не­сколькими способами:

1. В момент времени τ₁ и τ₂ определяется протяженность горя­щей кромки, соответственно Р₁ и Р₂, и периметрическая скорость определяется по формуле:

(4.10)

2. Для пожаров, распространяющихся при сильном ветре или по склону, рекомендуется формула:

(4.11)

Расчеты организационных параметров управления производятся с целью определения общего количества требуемых трудовых и матери­альных ресурсов пожаротушения, средств доставки и затрат времени на ее осуществление.

Расчет общего количества сил и средств для борьбы с КЛП про­изводится на основе информации о размерах пожара и его параметрах, условиях тушения, типах и количестве технических средств. В качестве управляю­щего параметра можно принять общую эффективную скорость локали­зации. Непосредственный расчет производится следующим образом. Планируется время, в течение которого требуется локализовать пожар. По формуле (4.3) находится общая эффективная скорость лока­лизации, по которой затем подбирается необходимое количество людей и технических средств с учетом их производительности в данных ус­ловиях. По производительности техники и времени локализации опре­деляется общий объем работ и число рабочих, необходимое для дотушивания и окарауливания пожара.

Отметим, что эти расчеты носят укрупненный характер и предназначены для обоснования мероприятий по привлечению сил и средств и их доставки на пожар.

В виду отсутствия патрульных полетов (из-за сильного ветра) пожар был обнаружен на площади свыше 200 га. Периметр его со­ставлял около 8 км. Ветер к тому времени прекратился, и пожар рас­пространялся в разных направлениях со средней скоростью V_кр = 1м/мин (V_п = 0,38 км/ч). Поскольку пожар действовал в отда­ленном районе и использовать технические средства не было возмож­ности, было принято решение направить на пожар рабочих с ручными инструментами с целью локализации пожара в течении 10ч.

Для определения числа рабочих определена эффективная скорость локализации по формуле (4.5), где при значениях V_п = 0,38 км/ч, τ_лок = 10 ч, τ = 21 ч. Полученное значение V_эф = 0,97 км/ч. Учитывая, что производительность одного рабочего 1,5 м/мин при V_кр = 1 м/мин, эффективная скорость локализации одного рабочего равна 1,1 м/мин, или 66 м/ч, т.е. число рабочих для локализации не долж­но быть менее 0,97:0,066 = 15 чел. С учетом перерывов в работе его нужно увеличить до 20-25 чел. Периметр локализованной кром­ки за 10 ч составил 1,5 х 60 х 10 х 15 = 13500 м, т.е. необхо­димо еще 27 чел. на окарауливание и дотушивание. На основании при­веденных расчетов было принято решение направить на пожар 50 чел.

Расчет доставки на пожар сил и средств воздушным транспортом. При доставке людей и средств воздушным транспортом учитывается грузоподъемность летательных аппаратов, габариты и масса транспор­тируемых грузов, расстояние перевозки, а также время, необходимое на техническое обслуживание, заправку и отдых экипажей между рейсами.

Продолжительность одного рейса τ_р:

(4.12)

где: D – расстояние перевозки, км;

V – средняя скорость полета, км/ч;

τ_пас – пассивное время (среднее время, необходимое для погрузки, разгрузки, техобслуживания и т.п. на один рейс), ч.

Требуемое количество рейсов (N_р):

(4.13)

где: Р – общая масса перевозимых грузов, т;

k – коэффициент транспортабельности груза (отношение полезной грузоподъемности к массе вмещаемых грузов);

q – полезная грузоподъемность самолета или вертолета в данных условиях, т.

Количество рейсов, которое может сделать самолет (вертолет) за установленное время (K_p):

(4.14)

где: τ_п – установленное для перевозки время, ч.

Требуемое количество самолётов (вертолётов) для перевозки грузов в установленный срок (N):

(4.15)

При планировании работ по доставке следует стремиться доставить силы и технические средства в возможно короткий срок, но при борьбе с КЛП в отдалённых и труднодоступных районах требуется большое количество летательных аппаратов. В этом случае необходимо решать обратную задачу: зная количество аппаратов, определять время перевозки данного количества сил и средств.

Время доставки сил и средств (τ_д):

(4.16)

где: N_р – требуемое количество рейсов;

N – количество летательных аппаратов, использованных для доставки;

τ_р – продолжительность одного рейса.

В случае использования летательных аппаратов необходимо пред­варительно распределить всю массу грузов и людей между аппарата­ми и расчет производить отдельно для каждого типа, а в качестве общего времени доставки можно взять его максимальное значение.

Например, определить время доставки грузов на пожар вертолетом Ми-8 при следующих исходных данных: D = 150 км, V = 200 км/ч, τ_пас = 1 ч, k = 1,5, q = 4 т, Р = 8 т. По формулам (4.12) – (4.16) находим продолжительность одного рейса τ_р = 2,5 ч; необходимое количество рейсов N_р = 3; время доставки τ_д = 7,5 ч.

При доставке к месту пожара людей и техники наземным транспортом устанавливается прежде всего маршрут следования, выделя­ются типы дорог и условия передвижения по бездорожью (по лесу).

Протяженность маршрута

(4.17)

где: l_ì – протяженность участков маршрута, соответствующих разным типам дорог, км;

n – количество разных участков маршрута.

Время следования сил и средств к месту пожара (τ_сл):

(4.18)

где: Vi – скорость движения на i-м участке маршрута, км/ч.

Средняя скорость движения

(4.19)

Требуемое количество машино-рейсов для перевозки людей и техники на пожар (Nр):

(4.20)

где: Р – общая масса перевозимых грузов, т;

К – коэффициент транспортабельности грузов;

q - грузоподъемность транспортного средства.

Продолжительность одного рейса

(4.21)

где: τ_сл – время движения по маршруту до пожара, ч;

τ_пас – пассивное время (погрузка, выгрузка, заправка, техобслуживание, отдых водителей).

Количество рейсов, которое необходимо сделать каждому транспортному средству, (К_р):

(4.22)

где: N – имеющееся количество транспорта.

Общая продолжительность перевозки сил и технических средств на пожар:

- с возвращением транспорта (τ_общ)

(4.23)

- без возвращения транспорта в последнем рейсе (τ₁):

(4.24)

Например, определить время доставки на лесной пожар грузов автомобилем ЗИЛ-131 при следующих условиях: маршрут следования состо­ит из 3 участков: 25 км гравийной дороги, 12 - грунтовой, 8 - автозимник; скорость автомобиля на этих участках соответственно 35, 25, 10 км/ч; τ_пас = 1 ч; q = 3,5 т; k = 2; D = 4,5 т.

По формулам (4.17) – (4.23) находим: протяженность маршрута D = 45 км; время следования к пожару τ_сл = 2 ч, средняя скорость движения V = 22,5 км/ч; продолжительность одного рейса τ_р = 5 ч; необходимое число рейсов N_р = 3; общая продолжительность доставки τ_общ = 15ч.

Таблица (4.6)