Прогнозирование опасных факторов пожара / Brushlinskiy - Chelovechestvo i pozhary 2007

Таблица 10

Лесные пожары в некоторых странах мира в конце XX в.

			Среднее	Средняя	Причины пожаров, %
№		Население,	число	площадь
	Страна		лесных	одного	Челов.	Природ-
п/п		тыс. чел.					Неизвестн.
			пожаров	пожара,	фактор	ный
			в год	тыс. га
1	США	285000	100000	1500	78,86	11,1	10,04
2	Бразилия	150000	9500	−	−	−	−
3	Россия	145000	25000	1600	74,17	6,23	19,6
4	Япония	125000	3300	2,3	70,09	−	29,91
5	Мексика	95000	8500	250	94,27	2,85	2,88
6	Германия	79000	1650	1,3	56,45	4,34	39,21
7	Турция	65000	2000	11	43,94	3,77	52,29
8	Франция	57000	5500	23	22,3	1,75	75,95
9	Италия	55000	11250	120,5	59,34	0,79	39,86
10	Украина	50000	4500	25,5	78,3	−	21,7
11	Испания	38000	18100	161,2	52,05	2,5	45,45
12	Польша	37000	9200	10,8	21,75	0,31	77,95
13	Аргентина	37000	5500	850	64,41	10,26	25,33
14	Канада	30000	8500	2800	−	−	−
15	Австралия	17500	20000	−	−	−	−
16	Чили	14500	5500	51	95,94	−	4,06
17	Гватемала	13000	10000	300	−	−	−
18	Португалия	10000	21900	94,2	30,48	0,83	68,69
19	Греция	10000	3400	46,5	9,35	1,05	89,6
20	Чехия	10000	1750	1,2	50,2	0,94	48,86
21	Беларусь	10000	3000	5,5	−	−	−
22	Швеция	8400	4800	2,4	34,85	5,37	59,78
23	Гондурас	6000	10000	250	−	−	−
24	Никарагуа	5000	9000	250	−	−	−
25	Израиль	5000	1000	6	31,3	−	68,7
26	Финляндия	5000	1200	2,9	65,53	10,86	23,6
27	Коста Рика	3700	1500	39,4	−	−	−
28	Н.Зеландия	3500	2100	6,1	98,01	0,03	1,96
29	Панама	2600	5000	100	−	−	−
30	Белиз	250	650	17,1	−	−	−
	Итого	1362450	313300	−	−	−	−

38

пожаров возникают по вине людей, практически отсутствуют причины природного характера и только в 2 % всех случаев причину пожаров установить не удалось.

Вработе [2] приведены обобщенные по 50 странам мира данные о причинах лесных пожаров: 66 % − человеческий фактор, 6 % − природный и в 28 % случаев причину пожара установить не удалось.

Там же определены более детально причины лесных пожаров, возникших в 1994-1999 гг. в 41 стране мира: неосторожность людей при обращении с огнем в лесу − 65,3 %; поджоги − 28,9 %; природного характера − 5,8 %.

ВРоссии, где лесов больше всего в мире и, соответственно, больше всего (после США) лесных пожаров, борьбе с такими пожарами уделяется много внимания. Существуют специальные научные учреждения, изучающие такие пожары, причины и условия их возникновения [20,21].

Вуказанных работах, в частности, говорится, что частота возникновения лесных пожаров зависит от погодных и лесорастительных условий и наличия источников воспламенения, которые могут быть как природного (в основном, молнии), так и антропогенного происхождения (костры, горящие спички, непотушенные сигареты и пр.). На долю последних по данным мировой статистики (1964 г.) приходилось до 97 % [21].

Чаще всего лесные пожары возникают вокруг населенных пунктов, в интенсивно используемых лесорекреационных зонах, вдоль автомобильных и железных дорог, по берегам судоходных рек. С удалением от населенных пунктов и путей транспорта число лесных пожаров резко уменьшается. По данным разных авторов в радиусе 10 км вокруг населенных пунктов возникает от 80 % до 93 % всех лесных пожаров [21].

Общее число лесных пожаров на территории чаще всего определяется через величину плотности населения [21].

По результатам исследований [20,21], 25 − 30 % лесных пожаров возникает от преднамеренных поджогов (выжигание сенокосных угодий, пастбищ, травы и кустарников в лесу, сжигание порубочных остатков и пр.), в том числе 1 − 2 % − от злоумышленных поджогов, остальные 70 − 75 % − при

39

случайных обстоятельствах (костры, курение, шалости детей, искры от транспорта, замыкание ЛЭП и др.).

Подводя итоги, можно достаточно уверенно констатировать, что в начале XXI в. на Земле ежегодно возникает 0,8-1,0 млн. лесных и ландшафтных пожаров, причиной которых в подавляющем большинстве случаев (не менее 80 % в любой стране) является человек, его легкомысленное или преступное поведение (криминальных поджогов лесов, связанных с бизнесом, в последние годы становится все больше).

Экологические последствия лесных пожаров мы рассмотрим ниже.

2.5 География и пожары1

Влияние геофизических и геоклиматических условий на обстановку с пожарами в том или ином регионе планеты не вызывает сомнений.

Очевидно, например, что чем выше температура воздуха и чем он суше (низкая относительная влажность воздуха), тем лучше подготовлен горючий материал к возникновению процесса горения, тем легче его зажечь. Наглядным примером здесь могут служить лесные массивы, когда в них наступает засушливый пожароопасный период и страшный лесной пожар может возникнуть от любой непотушенный сигареты или спички, не говоря уже об ударе молнии. Поэтому все организации, отвечающие за борьбу с лесными пожарами всегда с нетерпением ждут начала проливных дождей, которые ликвидируют огонь и засуху в лесу и сделают лес трудновоспламенимым из-за большой влажности, (т.к. иные способы и средства тушения лесных пожаров пока малоэффективны).

Очевидно, что для подготовки влажного горючего материала к горению нужно затратить дополнительную энергию для его предварительного высушивания.

Как это ни странно, подобные вопросы пока крайне недостаточно изучены специалистами. Тем не менее, ряд добротных научных исследований в этом направлении имеется (причем не все из них опубликованы) [22-26].

1 В написании этого раздела принимали участие проф. Серков Б.Б. и проф. Николаев В.М.

40

Влияние геофизических условий на обстановку с пожарами

ВРоссии в конце XX в. было проведено исследование влияния геофизических условий на обстановку с пожарами в разных ее регионах [23]. При этом использовались методы многомерного статического анализа. Авторами были отобраны несколько десятков показателей, характеризующих состояние атмосферы, температуру наружного воздуха, его влажность, атмосферные осадки, солнечную активность и др. В качестве результирующих факторов были взяты различные показатели обстановки с пожарами (число пожаров на 10 тыс. чел., прямой ущерб от пожаров на 1 чел.

ипр.).

Врезультате применения метода многофакторного регрессионного анализа были построены несколько десятков регрессионных уравнений, связывающих параметры пожарной опасности с разнообразными климатическими факторами. Каждое уравнение содержало от трех до десяти

иболее переменных.

К сожалению, как это нередко бывает в подобных случаях, результаты этой большой работы коллектива специалистов оказались вполне тривиальными и серьезной практической реализации не получили. Основной вывод, полученный авторами, заключался в следующем: «установлено, что на обстановку с пожарами наибольшее воздействие оказывают различные годовые температурные диапазоны (от – 60о до + 40о с) и атмосферные осадки (жидкие, твердые и смешанные)» [22, с. 46].

Несколько интересных исследований, в основном экспериментального характера, изучающих влияние содержания влаги и кислорода в атмосфере на некоторые показатели, характеризующие пожарную опасность материалов органического происхождения, выполнены в последние десятилетия, главным образом, отечественными специалистами [23-26].

Сначала кратко рассмотрим результаты исследований, посвященных влиянию влажности на пожарную опасность древесины и материалов на ее основе.

41

Влияние влажности на показатели пожарной опасности материалов

Влажность атмосферного воздуха (содержание паров воды в атмосфере) вряд ли напрямую оказывает влияние на показатели пожарной опасности материалов. Во-первых, содержание паров воды в атмосферном воздухе даже для максимально влажных регионов не превышает 3% по массе, что не может оказать существенного влияния на эти показатели. Во-вторых, это влияние теряет смысл при появлении любого возможного источника загорания, т.к. при таком появлении будет происходить локальный нагрев и, соответственно, «высушивание» атмосферы. В то же время повышенная влажность воздуха влияет на влажность капиллярно-пористых материалов и, прежде всего, на влажность древесины и материалов на ее основе. В свою очередь, влажность древесины напрямую и весьма существенно влияет на один из важнейших показателей пожарной опасности древесины – низшую теплоту сгорания.

Так, расчеты по формуле Д.И. Менделеева, выполненные вьетнамским специалистом Буй Динь Тханем [неопубликованные данные] для 5 тропических пород древесины, приведенные в табл.11, наглядно иллюстрируют изменение значений теплоты сгорания от влажности древесины. Аналогичные обобщенные данные приведены в работе Томсона Э.Я. и др. для 7 пород древесины (сосны, березы, ели, осины, ольхи, ясеня, дуба), произрастающей в Латвии [23].

Из табл.11 следует, что при увеличении влажности древесины с 0% до 50% низшая теплота сгорания уменьшается более чем в два раза и продолжает резко падать при дальнейшем увеличении влажности.

Несмотря на то, что в литературе отсутствуют экспериментальные данные по влиянию влажности на другие показатели пожарной опасности древесины, нетрудно предположить, что зажечь влажную древесину труднее, чем более сухую и процесс горения влажной древесины развивается медленнее,

чем горение древесины сухой. Так, эксперименты, выполненные на установке для оценки эффективности огнезащитных покрытий для древесины (ГОСТ 16363) показали, что образцы древесины, высушенные до равновесной влажности (12-15%) теряли в процессе горения до 60-70% по массе. В то

42

время как образцы с относительной влажностью 30-40% теряли по массе менее 30% [неопубликованные данные].

Иллюстрацией к изложенным фактам может служить, на наш взгляд, обстановка с пожарами в странах Юго-Восточной Азии (табл.12).

Климат в этом регионе отличается высокой влажностью и, по-видимому, этот фактор существенно влияет на обстановку с пожарами. Из табл.12 следует, что риски возникновения пожаров и гибели людей при них в этом регионе на порядок меньше, чем среднепланетарный уровень этих рисков. Несколько выделяется из этих стран одна из богатейших стран мира Сингапур с ее огромным энергопотреблением и Малайзия (относительно зажиточная страна). Остальные страны этого региона являются бедными. К сожалению, мы не располагаем пожарной статистикой еще двух стран этого региона: Мьянмы (более 45 млн. чел.) и Камбоджи (13 млн. чел.), но эти беднейшие страны не могут по обстановке с пожарами существенно отличаться от Вьетнама, Лаоса и Таиланда.

Можно утверждать, что климатические условия в Юго-Восточной Азии, безусловно, положительно влияют на обстановку с пожарами в этом регионе (учитывая при этом, тем не менее, что в большинстве этих стран – крайне низкое энергопотребление).

Таблица 11

Изменение значений теплоты сгорания от влажности древесины

Влажность		Низшая теплота сгорания, МДж·кг
			Название древесины
древесины
%	Тхонкарибэ	Ваншам	Бачдан	Кеотайтыонь	Кеолай	Данные [23]
0	18,717	18,942	18,562	18,105	18,643	18,950
10	16,456	16,659	16,324	15,912	16,389	16,805
20	14,154	14,376	14,085	13,718	14,136	14,660
30	11,933	12,093	11,847	11,525	11,883	12,532
40	9,672	9,810	9,608	9,331	9,629	10,370
50	7,410	7,527	7,370	7,138	7,376	8,225
60	5,149	5,495	5,131	4,944	5,123	6,080
70	2,887	2,961	2,893	2,751	2,869	3,935

43

Таблица 12

Обстановка с пожарами в странах Юго – Восточной Азии (начало XXI в.)

№		Население	Число	Число	пожар			жертва
	Страна		пожаров в	погибших за	R1			R3
п/п		тыс. чел.			чел. год				чел. год
			год	год, чел.
1	Вьетнам	81000	2554 (2005 г.)	65	0,03 ·10-3			0,08 ·10-5
2	Таиланд	65000	5000	40	0,08·10-3			0,06 ·10-5
3	Малайзия	25000	15000	65	0,60 ·10-3			0,26 ·10-5
4	Лаос	5700	120	2	0,02 ·10-3			0,03 ·10-5
5	Сингапур	4300	4800	5	1,11 ·10-3			0,12 ·10-5
6	Индонезия	8750	805 (2004 г.)	29	0,09 ·10-3			0,33 ·10-5
	(Джакарта)
	Всего	189750	28279	206	0,15 ·10-3			0,11 ·10-5

Влияние содержания кислорода в атмосфере на показатели пожарной опасности

Вконце XX в. примерно 8% населения Земли (более 450 млн. чел.) проживали на высоте более 1000 м. над уровнем моря [27]. Самые высокогорные поселения на планете находятся в Азии: в Гималаях люди живут на высоте около 5000 м. В Африке и Южной Америке в горных районах (более 1000 м. над уровнем моря) обитает более 20% населения, т.к. поблизости от экватора именно в горных районах оказываются наиболее хорошими условия для ведения сельского хозяйства и жизни людей (лучше дренаж территории, меньше заболоченность и влажность и т.д.) [27].

Однако, чем выше расположены поселения над уровнем моря, тем меньше становится уровень атмосферного давления и, соответственно, снижается парциальное давление кислорода, т.е. уменьшается его абсолютное содержание в воздухе.

Всвязи с этим возникает вопрос: как изменение атмосферного давления будет влиять на процессы воспламенения и горения, а, в конечном счете, на обстановку с пожарами в высокогорных поселениях на Земле.

44

Приведем результаты соответствующих исследований, позволяющих ответить на эти вопросы [24-26].

Систематические работы по исследованию влияния содержания кислорода в атмосфере на показатели пожарной опасности материалов были начаты в США и СССР почти одновременно в конце 60-х годов в связи с необходимостью обеспечить безопасность человека в космических и глубоководных аппаратах, а также в некоторых медицинских учреждениях, использующих камеры с повышенным (до 100%) содержанием кислорода.

Было установлено [24], что скорость сгорания текстильных материалов (в экспериментах использовали ткани на основе капрона, лавсана, хлопка, фенилона, а так же алюминизированную и прорезиненную ткани и галантерейную кожу), определяемая по скорости изменения поверхности материала в единицу времени, возрастает по мере увеличения парциального давления кислорода в атмосфере, а также с увеличением абсолютного давления чистого кислорода. Так, увеличение парциального давления кислорода от 0,36 до 1,00 ата приводило к увеличению скорости сгорания для различных материалов от 0,2 до 1,8 см2/с, т.е. до 9 раз. Зависимость поверхностной скорости сгорания от давления чистого кислорода носит практически линейный характер. Причем увеличение абсолютного давления чистого кислорода от 0,2 до 1,6 ата приводило к увеличению скорости сгорания материалов в 3-5 раз. В свою очередь, увеличение парциального давления кислорода приводило к значительному уменьшению времени задержки зажигания материалов от внешнего источника (от 130 до 10 с.) и собственно температуры вынужденного зажигания с 650 до 500 ºC. Аналогичные результаты для широкого класса различных материалов приведены в книге д.т.н. Б.А. Иванова [25].

Естественно предположить, опираясь на вышеизложенное, что в высокогорных районах может наблюдаться некоторая флегматизация процессов воспламенения и горения веществ и материалов. Но здесь нужны уже иные эксперименты.

Для возможности получения оценки пожарной опасности сооружений, размещенных на значительных высотах над уровнем моря, а также для

45

оценки пожарной опасности материалов в обитаемых гермоотсеках космических летательных аппаратов и в других гермокамерах, д.т.н. А.С. Мелихов и д.т.н. В.М. Николаев провели оригинальное комплексное исследование горючести твердых неметаллических материалов при широком диапазоне значений давления, начиная с атмосферного и до приближающихся

кнулю [26].

Вэтой неопубликованной работе изложены результаты исследования, которое проводилось в азотно-кислородной газовой среде. Для определения способности материалов к горению при пониженных давлениях газовой среды с разной концентрацией кислорода, при наличии силы тяжести, использовался метод измерения величины предельной для горения концентрации кислорода, т.е. такого значения концентрации кислорода, ниже которого образец конкретного материала при данном давлении газовой среды не горит.

Врезультате многочисленных экспериментов было показано, что большинство широко применяемых в быту материалов способно к горению при весьма низких давлениях атмосферы. Например, хлопчатобумажные ткани в зависимости от вида горят при давлении воздуха от 93 до 149 мм. рт. ст.; древесина в зависимости от породы и влажности горит при атмосферном давлении от 190 до 400 мм. рт. ст. [26].

Полученные данные подтверждаются пожарами, происходившими на большой высоте над уровнем моря. Так, при пожаре в здании «Приют-11» на Эльбрусе, находящемся на высоте 4200 м., где атмосферное давление составляет 450 мм. рт. ст., практически полностью выгорели примененные материалы (дерево, х/б ткани и пр.).

Взаключение отметим, что горение многих материалов возможно при таких значениях параметров атмосферы (прежде всего, низкого содержания кислорода), при которых невозможно нормальное существование человека без дыхательных аппаратов. Это необходимо учитывать при тушении пожаров на больших высотах, в частности на высокогорье [26].

46

Выводы

На основании проведенных исследований (экспериментальных и статистических) можно утверждать, что, во-первых, высокое содержание влаги в воздухе и, соответственно, в водопоглощающих материалах, препятствует возникновению процессов горения и, следовательно, благоприятно отражается на обстановке с пожарами в соответствующих регионах планеты; во-вторых, снижение атмосферного давления и уменьшения абсолютного содержания кислорода в воздухе в высокогорных обитаемых районах Земли не оказывает существенного влияния на возникновение и развитие процессов горения и, таким образом, не влияет на обстановку с пожарами в этих районах Земного шара.

2.6 Урбанизация и пожары

Историческая справка

Под урбанизацией понимают процесс повышения роли городов в развитии общества. Урбанизация охватывает социально-профессиональную, демографическую структуру населения, его образ жизни, культуру, размещение производственных сил, расселение. Ей сопутствует быстрый рост городов, их населения, территорий, слияние городов, образование метрополисов и агломераций [18].

Вгородах мира проживало в начале XIX в. 3% населения Земли, а в конце XX в. уже примерно 46% населения планеты (табл.13).

По прогнозам специалистов к 2010 г. более половины землян будут жить

вгородах. В 1990 г. доля городского населения Европы уже составляла 73%,

вСеверной Америке – 75%, в Латинской Америке – 72%, Азии – 31%, Африке – 32%, в Австралии и Океании – 71%. [18].

Вэкономически развитых странах мира в 1995 г. в США доля горожан составляла 76%, Германии – 85%, Великобритании – 89%. В Российской Федерации эта доля в середине 1990-х составляла 73-74%.

Приведенные в табл.13 данные нуждаются в некоторых комментариях. Прежде всего, необходимо заметить, что уже в глубокой древности

47