1. По вопросам противопожарного обустройства лесов:

- организовать строительство, реконструкцию и содержание дорог противопожарного назначения;

- проверить устройство посадочных площадок для самолетов, вертолетов, используемых в целях проведения авиационных работ по охране и защите лесов;

- провести проверку и оборудование мест отдыха и курения в лесу, стоянок автотранспорта, мест для разведения костров;

- приобретение и поддержание в исправном состоянии пожарной техники, оборудования, снаряжения и инвентаря содержащегося за счет средств областного и муниципального бюджета;

- провести работу по строительству и содержанию (оборудованию) пожарных наблюдательных пунктов (вышек, мачт, павильонов и др.), пунктов сосредоточения противопожарного инвентаря, пожарных химических станций;

- организовать проведение санитарных рубок, очистки лесов от захламленности и очистки лесосек от порубочных остатков;

- заключить договоры с лесозаготовителями на тушение природных (лесных) пожаров;

- принять необходимых нормативно-распорядительных документов и оперативных планов по борьбе с лесными пожарами.

2. По вопросам обеспечения пожарной безопасности в населенных пунктах:

- уточнить порядок привлечения населения, противопожарной техники и оборудования к тушению лесных пожаров, обеспечения противопожарных формирований средствами передвижения, питанием, медицинской помощью;

- уточнить состав лесопожарных формирований, обеспечить готовность к выполнению задач по предназначению;

- провести подготовку и инструктаж руководителей работ по тушению природных (лесных) пожаров;

- организовать проверку состояния и готовности пожарных водоемов и подъездов к источникам водоснабжения;

- организовать своевременное информирование населения и противопожарных формирований о пожарной опасности в лесах и природных (лесных) пожарах;

- провести информирование населения через средства СМИ (телевидение, радио, местные печатные издания) по безопасному поведению в лесах;

- разработать и организовать распространение листовок (памяток) по безопасному поведению при возникновении природных (лесных) пожаров.

Кроме этого, на протяжении всего лесопожарного периода необходимо предусмотреть комплекс мероприятий по недопущению природных (лесных) пожаров, который предусматривает:

- устройство противопожарных барьеров и уход за ними;

- строительство противопожарных дорог и их содержание;

- поддержание в готовности к выполнению задач по предназначению сил и средств пожаротушения;

- привлечение сил и средств муниципальных образований и др. организаций в целях тушения природных (лесных) пожаров;

- привлечение СМИ для пропаганды безопасного поведения населения в лесу.

Считается необходимым отработать отдельный план мероприятий по борьбе с лесными пожарами в зоне «усыхающих лесов» междуречья рек Северная Двина и Пинега.

6 Эксперементальная часть

Предлагаю вернуться к установленным показателям, по которым прогнозируют количество лесных пожаров:

- класса пожарной опасности в лесу по условиям погоды;

- класса пожарной опасности лесных участков на рассматриваемой территории;

- количества потенциальных источников огня;

- количества пожаров в ретроспективе в аналогичных условиях;

- теоретических законов распределения случайных событий, которыми удовлетворительно описываются (аппроксимируются) некоторые ряды распределения лесных пожаров во времени и по территории.

На рисунке 8 описываются этапы создания картосхем прогноза пожарной опасности по условиям погоды [8].

Контролируемые параметры на территории лесного фонда:

- температура воздуха;

- температура точки росы;

- количество осадков;

- скорость и направление ветра.

- используется информация о наличии грозовой деятельности.

Предложено осуществлять прогнозирование пожарной опасности на основе краткосрочных метеопрогнозов. Краткосрочные прогнозы температуры воздуха и поля давления доступны как часть мировой базы данных ГИС Метео метеорологического назначения. База данных ГИС Метео обновляется через каждые 3 часа в синоптические сроки наблюдений (0, 3, 6, 9, 12, 15, 18, 21 ч. СГВ) и содержит следующую информацию:

- количество и вид облачности;

- количество и вид осадков;

- температуру и влажность воздуха;

- скорость и направление ветра у поверхности земли;

- давление воздуха у поверхности земли;

- прогностические поля давления, температуры, ветра на срок от 12 до 168 часов.

Рисунок 8 – Блок-схема создания картосхем прогноза пожарной опасности по условиям погоды

В соответствии с данным прогнозом, восстанавливается поле температур и производится вычисление показателя пожарной опасности. Результат представляется в виде картосхемы прогноза верхней границы пожарной опасности (максимального значения показателя пожарной опасности по условиям погоды при отсутствии осадков) на период от 1 до 7 дней. Предложено использовать итерационный метод ежедневной коррекции прогноза с учетом осадков, зафиксированных за каждый день прогнозируемого периода.

Статистика показывает, что критическое число лесных пожаров, действующих в пределах авиаотделения, составляет 10 - 12 единиц. Дальнейшее увеличение числа возникающих пожаров, как правило, требует привлечение дополнительных противопожарных сил и средств, в том числе лесхозов и Центральной авиабазы. Например, после 18-дневной засухи число пожаров увеличилось с 12 до 30 единиц в течение двух дней.

Резкое увеличение площади пожарищ в последние годы вызвано главным образом сокращением финансирования на охрану лесов. В связи с этим принятие концепции пожарной опасности как "угрозы нанесения экономического и экологического ущерба" приведёт к более совершенной стратегии охраны лесов от пожаров. В этом случае выбор тактики борьбы с конкретным лесным пожаром будет осуществляться, на основе анализа ряда параметров, в том числе:

- оценка и прогноз пожарной опасности по условиям погоды;

- оценка вероятного экономического ущерба в результате деятельности лесного пожара;

- оценка возможных экологических последствий;

- оценка затрат, необходимых на локализацию или тушение пожара.

Более обоснованным становится выбор тактики полной ликвидации пожара или его частичного сдерживания. В случае принятия новой концепции пожарной опасности применение управляемого огня в лесу в противопожарных профилактических целях приобретает экономическую и экологическую целесообразность.

Методика расчёта экономического и экологического ущерба, равно как и оценка роли пожара как природного экологического фактора, есть самостоятельная еще не решенная задача. Интенсивность тепловыделения на кромке пожара - это главный физический параметр, определяющий степень поражения лесного сообщества, а, следовательно, и все послепожарные изменения. В качестве промежуточного этапа предлагается определить пожарную опасность в лесу как "угрозу возникновения пожара вероятной интенсивности".

Поэтому необходимо создание научно обоснованной системы прогноза пожарной опасности с учетом метеорологических факторов (скорость ветра, солнечное излучение, температура воздуха и почвы, относительная влажность воздуха), антропогенной (костры, преднамеренные поджоги, искры от транспорта и т.д.) и природной (пожары от молний при сухих грозах) нагрузок, физических процессов (сушка РГМ, теплообмен слоя РГМ с окружающей средой и др.). Разработка новой геоинформационной детерминированно-вероятностной системы прогноза лесной пожарной опасности, в рамках которой учитывается антропогенная нагрузка на леса (непогашенные костры, умышленные поджоги лесов и др.), а также природные и метеорологические факторы, влияющие на возникновение лесных пожаров.

В настоящее время для прогноза катастроф широко применяется метод математического моделирования с использованием электронных вычислительных машин.

При математическом моделировании используются следующие типы математических моделей катастроф:

1. детерминированные;

2. вероятностные;

3. смешанные (детерминированно-вероятностные);

4. имитационные;

Согласно [5] наиболее эффективным инструментом познания катастроф являются детерминированные математические модели.

Детерминированной математической моделью физико-химического явления называется совокупность дифференциальных, интегральных, интегро-дифференциальных, трансцендентных и алгебраических уравнений, а также соответствующих граничных и начальных условий, которые адекватно описывают движение, деформацию и разрушение тел и поля физических величин (скорость, давление, плотность, температура, концентрация) для исследуемого катастрофического явления. Иными словами, каждая детерминированная математическая модель может рассматриваться как конкретная задача математической физики.

Наиболее плодотворно исследование различных проблем естествознания, в том числе и задач теории катастроф, с помощью смешанных математических моделей. Здесь необходимо отметить то, что если рассматриваются задачи о моделировании глобальных или региональных катастроф, например возникновения лесных пожаров, то вероятностный анализ этих проблем должен предшествовать использованию детерминированных математических моделей. Иными словами, результаты математического моделирования должны быть получены в режиме, опережающем время возникновения и развития катастроф.

Далее остановимся на одной из таких моделей, которая позволяет с определенной точностью осуществлять прогнозирование лесной пожарной опасности и обоснованность которой была доказана в результате ретроспективной проверки. Речь идет о детерминированно-вероятностной методике, предложенной на кафедре физической и вычислительной механики Томского государственного университета.

В работах [5-7] утверждается, что возникновение лесного пожара носит вероятностный характер и зависит не только от погодных условий и грозовой активности, но и от уровня антропогенной нагрузки, скорости ветра, влагосодержания растительных горючих материалов и реакционной способности этих материалов. В работе [5] предложена общая схема возникновения лесных пожаров

Рисунок 9 - Схема возникновения лесного пожара.

Из схемы рисунок 9 видно, что под действием осадков и при высушивании слоя растительных горючих материалов, достигается такое состояние РГМ, при котором влагосодержание слоя становится меньше критического значения. Именно в этом случае под воздействием сухих гроз, а также под воздействием антропогенной нагрузки происходит воспламенение растительных горючих материалов и возникает низовой лесной пожар.

Все эти факторы были учтены в предложенной детерминированно-вероятностной методике.

Далее возникает сложность в определении основного проводника горения. Считается, что для каждого индивидуального участка леса должен быть установлен свой основной проводник горения (ОПГ), но на практике имеет место огромное разнообразие образующихся смесей из растительных горючих материалов. Эта смесь может иметь признаки двух, трех и даже четырех ОПГ. Кроме того, при определении типов ОПГ необходимо учесть их сезонную динамику.

С ледуя [6] вначале было выбрано 5 ОПГ для рассматриваемого участка леса: опад хвои, мох, лишайник, опад листвы и травяную ветошь. Исходя из этого было записано условие невозгорания слоя РГМ:

Здесь верхний индекс k как раз соответствует проводнику горения (ОПГ), в левой части неравенства находится текущее влагосодержание k-го ОПГ на i-м выделе в j-й временной интервал, в правой части – критическое влагосодержание k-го основного проводника горения на i-м выделе, при котором ОПГ не воспламеняется и лесной пожар не возникает.

Далее, после применения теории вероятностей и физических соображений, была получена следующая формула (динамическая модель) для оценки вероятности возникновения лесного пожара для j-го временного интервала лесопожарного сезона на i-й лесной территории [5-7]:

Здесь P_ij – вероятность возникновения лесного пожара для j-го интервала (шага по времени) на i-й контролируемой лесной территории; P_i(А) – вероятность антропогенной нагрузки; P_i(ЛП/А) – вероятность возникновения пожара вследствие антропогенной нагрузки на площади F_i; P_i(М) – вероятность возникновения сухих гроз на площади F_i; P_i(ЛП/М) – вероятность возникновения лесного пожара от молнии при условии, что сухие грозы могут иметь место на площади F_i; P_ij(C) – вероятность того, что влагосодержание слоя РГМ будет меньше критического (вероятность возникновения пожара по метеоусловиям).

При выводе формулы (4) было сделано допущение о том, что лесопожарное созревание на каждом выделе контролируемой лесной территории проходит независимо друг от друга и определяется только параметрами, характеризующими данный выдел.

В еличина P_ij(C) для лесопожарного сезона определяется следующим образом:

Здесь n – это эмпирический показатель степени, характеризующий количественное изменение пожарной опасности.

Величины P_i(А), P_i(ЛП/А), P_i(М), P_i(ЛП/М) можно найти, используя известное определение вероятности события через соответствующие частоты (статистическая модель риска)

Здесь N_Аi и N_ПАi – количество дней пожароопасных сезонов для i-го выдела, когда имеется антропогенная нагрузка, достаточная для зажигания РГМ и количество пожаров вследствие этой нагрузки, включая и умышленные поджоги за период с 2000 по 2004 год; N_КПi – общее количество пожаров для i-го выдела за пять лет с 2000 по 2004 год; N_Мi и N_ПСi – число дней для i-го выдела, когда имели место молнии (при сухих грозах) и общее число дней пожароопасных сезонов для i-го выдела за период с 2000 по 2004 год; N_ПМi – количество пожаров от молний при сухих грозах за пять лет с 2000 по 2004 год.

Методика оценки вероятностных сценариев развития и контроля пожарной обстановки заключается в том, что основой контроля динамики параметров (количество очагов пожаров, площадь пройденная пожарами), является сезонные графики годов–аналогов суточной динамики количества очагов и площадей пожаров нарастающим итогом. В качестве годов-аналогов выбраны годы с наибольшими, наименьшими, среднемноголетними показателями количества очагов и площадей природных пожаров, а так же график динамики параметров пожарной опасности за прошедший период.

В качестве общего недостатка разработанных на сегодняшний день и программно реализованных систем следует отметить их неуниверсальность, т.е. невозможность их использования в других климатических условиях без предварительной адаптации. Это связано в первую очередь с тем, что в эти системы заложены эмпирические данные, полученные для определенных лесных горючих материалов (ЛГМ) и климатических условий, которые резко отличаются в разных частях света. Основным недостатком является игнорирование реальной причины возникновения лесных пожаров, а именно, процесса сушки слоя ЛГМ на подстилающей поверхности, а также учет антропогенной нагрузки.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Гришин А.М. Математическое моделирование лесных пожаров и новые способы борьбы с ними. Новосибирск: Наука. 1992. 408 с.

2. Азметов Р.Р., Беляев А.И., Московенко В.М. Перспективы создания Российской системы электромагнитного мониторинга гроз для нужд охраны лесов от пожаров, энергетики, авиации, метеорологии и прогнозирования стихийных бедствий // Сопряженные задачи механики и экологии: Мат-лы междунар. конф. Томск: Изд-воТом. ун-та. 2000. С. 9 – 11.

3. Weber M.G., Stocks B.J. Forest fires and sustainability in the boreal forests of Canada // Ambio. 1998. V. 27. P. 545 – 550.

4. Conedera M., Cesti G., Pezzatti G.B., Zumbrunnen T., Spinedi F. Lightning-induced fires in the Alpine region: An increasing problem // Forest Ecology and Management. 2006. V. 234. Supplement 1. P. S68.

5. Барановский Н.В. Математическое моделирование наиболее вероятных сценариев и условий возникновения лесных пожаров. Дисс. … канд. физ.-мат. наук. Томск: Томский государственный университет. 2007. 153 с.

6. Барановский Н.В. Влияние антропогенной нагрузки и грозовой активности на вероятность возникновения лесных пожаров // Сибирский экологический журнал. 2004. № 6. С. 835 – 842.

7. Кузнецов Г.В., Барановский Н.В. Детерминированно-вероятностный прогноз лесопожарных возгораний // Пожаровзрывобезопасность. 2006. Т. 15. № 5. С. 56 – 59.

8. Гришин А.М., Барановский Н.В. Сравнительный анализ простых моделей сушки слоя ЛГМ, включая данные экспериментов и натурных наблюдений // Инженерно-физический журнал. 2003. Т. 76. № 5. С. 166 – 169.

9. Latham D.J., Schlieter J.A. Ignition probabilities of wildland fuels based on simulated lightning discharges. USDA Forest Service Res. Pap. INT-411. 1989. 16 P.

10. Барановский Н.В. Модель прогноза и мониторинга лесной пожарной опасности // Экология и промышленность России. 2008. № 9. С. 59 – 61.

11. Маценко В.В., Соколов А.Я., Калинин С.И., Андриянова Ф.И., Андреева Т.А., Ананьин С.В., Крылов М.Н., Казанцева Л.В. Генеральный план противопожарного устройства лесов. Том 1. Пояснительная записка. 5-99.14-17-ПМ. Барнаул: Государственный проектно-изыскательский институт «Росгипролес», Алтайский филиал. 1999. 139 с.

12. Научно-прикладной справочник по климату СССР. Серия 3. Многолетние данные. Части 1-6. Вып. 20. (Томская, Новосибирская, Кемеровская области и Алтайский край). Санкт-Петербург: Гидрометеоиздат. 1993. 718 с.

13. Lee B.S., Alexander M.E., Hawkes B.C., Lynham T.J., Stocks B.J., Englefield P. Information systems in support of wildland fire management decidion making in Canada // Computers and Electronics in Agriculture. 2002. V. 37. N. 1 – 2. P. 185 – 198.

14. Курбатский Н.П., Костырина Т.В. Национальная система расчета пожарной опасности США // Сб. «Обнаружение и анализ лесных пожаров». Красноярск: ИлиД СО АН СССР. 1977. С. 38 – 90.

15. Барановский Н.В. Методика прогнозирования лесной пожарной опасности как основа нового государственного стандарта // Пожарная безопасность. 2007. № 4. С. 80 – 84.

16. ГОСТ Р 22.1.09-99 «Мониторинг и прогнозирование лесных пожаров. Общие требования».

17. Нестеров В.Г. Горимость леса и методы ее определения. М.; Л.: Гослесбумиздат. 1949. 76 с.

4. Федеральное государственное учреждение “Авиалесоохрана” [Электронный ресурс]: информационная система мониторинга. – Москва, [2011]. - Режим доступа: http://aviales.ru. – Загл. с экрана.

5. Grishin А.M., "Modelling and forecasting ecological catastrophes", Ecological systems and devices. 2: 12-21 (2001).

Grishin А.M., Modelling and forecasting catastrophes (Basic definitions and concepts of the theory of catastrophes and general regularities of their ignition and development), Publishing house of Tomsk State University, 2002, p.122.

Grishin А.M., Filkov A.I., The forecast of ignition and spread of forest fires, Praktika, 2005, p. 201.

6. Лесной план Архангельской области [Текст]: книга 1.- Санкт-Петербург: ФГУ «СПбНИИЛХ», 2008.- 419 с.

7.

8. . Е. Пономарев, А. Сухинин. Использование информации с ИСЗ NOAA для оценки пожарной опасности лесных территорий по условиям погоды. - В кн.: Профилактики и тушение лесных пожаров. Красноярск: ВНИИПОМлесхоз, 1998, с. 89 - 99.

9.

10.