Факультет

Студентам

Посетителям

Пятнистые загорания на пожарах

В результате проведенных исследований мы разработали метод определения вероятности пятнистых загораний перед фронтом пожара при заданных условиях и те расстояния, на которых они могут возникать. Этот метод состоит из выполнения следующих операций.

1. Определив интенсивность горения на кромке фронта пожара, далее по уравнению Y=1,3∙Х0,334 или по графику, находим скорость конвекции на высоте древостоя, а по скорости конвекции определяем максимальные размеры частиц, поднимаемых потоком.

2. Зная величину отношения ширины кромки к ее длине и определив высоту точки перегиба конвекционного потока, находим время, необходимое на подъем горящих частиц до этой высоты и для приземления частиц.

3. Посредством умножения времени падения на среднюю скорость ветра в промежутке между точкой перегиба конвекционного потока и верхней границей полога древостоя определяем расстояние переноса горящих частиц по горизонтали, а следовательно, и место их приземления.

4. Зная время, остающееся до полного сгорания приземлившейся частицы данного размера, определяем, может ли напочвенный покров в месте приземления загореться от такой частицы.

Для опытной проверки этого метода мы использовали наблюдения за лесными пожарами с земли и с летательных аппаратов, проведенные в Енисейском, Богучанском, Кежемском районах и в Эвенкийском национальном округе в период с 1972 по 1975 г. Участки, на которых были проведены наблюдения с земли и с воздуха, представлены сосновыми и сосново-лиственничными древостоями III—IV бонитета.

При обследовании пожаров с летательных аппаратов определяли наличие или отсутствие загораний за внешними пределами кромки фронта. На крупномасштабной карте отмечали местоположения загораний относительно фронта, зарисовывали конфигурацию всего пожара. В это же время на действующий пожар высаживалась группа наблюдателей, в задачу которой входили определение с помощью расставленных вешек скорости продвижения фронта пожара, его ширины, длины, высоты пламени, затем количества сгорающего горючего по разнице запаса до и после пожара, наличия подъема вверх кусочков горючего, а также фиксирование загораний перед кромкой пожара. Кроме того, во время обследования пожара определяли: температуру воздуха и его относительную влажность психрометром Ассмана, скорость ветра на высоте 2 м — анемометром Фусса, а также высоту и форму видимого конвекционного потока — с помощью угломерного инструмента.

Определение наличия загораний производили путем обследования 50-метровой полосы, перпендикулярной тому участку кромки фронта пожара, на котором проводили наблюдения. Такая ширина полосы соответствовала наиболее интенсивно горящей части кромки, которая редко превышала 100 м. Кроме того, это обеспечивало надежность обнаружения возникших на ней загораний. Расстояние обнаруженных загораний от горящей кромки определяли непрерывным промером обследуемой полосы.

Вертикальный температурный градиент ПГСА и скорость ветра на больших высотах получали от ближайших метеостанций.

Так как скорость газового потока увеличивается с увеличением интенсивности горения на кромке пожара, а интенсивность, горения на разных участках кромки варьирует, то над крупными пожарами возникает несколько отдельных конвекционных потоков. Возможность конвекционного переноса горящих частиц при этом будет наиболее вероятна на том участке кромки, где интенсивность горения наибольшая. Поэтому для наблюдений на каждом из пожаров мы выбирали наиболее интенсивно горящие участки фронта пожара.

Приведены характеристики погоды во время наблюдений и фронта пожара. Из содержания таблицы выясняется, что перед фронтом пожаров, интенсивность горения которых недостаточна для создания конвекционного потока со скоростью подъема газов в нем выше 4 м/сек, пятнистых загораний нет. Пожары, скорость газового потока которых в пределах высоты древостоя превышает 4,0—4,5 м/сек, могут вызвать такие загорания. Однако, как можно заключить по данным наших наблюдений, большая скорость подъема газового потока не всегда сопровождается переносом горящих частиц.

Так, например, на участке № 7, несмотря на то, что скорость конвекции достигала 6,0 м/сек, пятнистых загораний перед его фронтом не было, хотя пожар происходил в засушливую погоду. Это обстоятельство мы объясняем следующим образом. Конвекционный поток этого пожара был направлен почти вертикально и терял эту структуру лишь на высоте 1100 м. Следовательно, падение горящих частиц могло происходить лишь с этой высоты, так как они не могут покинуть вертикальный поток вследствие существующего подтока воздуха в него. На существование такого подтока указывают Bond (1946); Ebert (1963); Conutryman (1964); Э. Н. Валендик (1968).

Кроме того, максимальное время горения частиц, которые могут быть увлечены вверх при вертикальной скорости потока на высоте древостоя 6,0 м/сек, равно 280 сек. Но все это время частица находится в потоке, где и сгорает.

Пожары, конвекционные потоки которых наклонны, вызывают пятнистые загорания перед фронтом пожара. Можно заключить, что рассчитанное максимальное удаление загораний от кромки фронта близко к действительному удалению возникших загораний. Как правило, расчетное расстояние немного больше фактического. Максимальное отклонение расчетного расстояния от фактического не превышает 50 м, а наиболее характерное — 30 м.

Если сопоставить время, оставшееся до сгорания частиц, вызывающих загорания на максимальных расстояниях, с величинами значений факторов, влияющих на зажигание напочвенного покрова, то вероятность зажигания напочвенного покрова для таких частиц колеблется в пределах от 41 до 65 %.

По мере приближения к фронту число загораний возрастает. Это объясняется, во-первых, тем, что на участок, расположенный ближе к фронту, горящие частицы падают в течение большего времени, и тем, что на высоте перегиба потока происходит падение частиц различного первоначального диаметра, а следовательно, и разного веса. Более тяжелые падают ближе, чем легкие. Так как более крупные частицы успешнее зажигают напочвенный покров, число загораний ближе к фронту возрастает. Во-вторых, из наклонной конвекционной колонки горящие частицы за счет своего вертикального проскальзывания могут выпадать раньше, не достигнув точки перегиба.

При анализе распределения количества загораний, возникших на различных расстояниях перед кромкой фронта пожаров, можно сделать следующие выводы.

1. Максимальное удаление загораний соответствует расстоянию, рассчитанному теоретически, для частиц, зажигающих напочвенный покров при данных условиях с вероятностью не меньше 50%.

2. Количество загораний растет по мере приближения к кромке пожара.

3. Если на дальней трети максимального расстояния от кромки пожара эти загорания единичны, то на второй трети их обычно до десятка, а на первой трети они носят массовый характер.

Пятнистость характерна и для таких пожаров, мощные конвекционные потоки которых наклонены к горизонту, но не имеют резко выраженной точки перегиба.

Существует ли какая-то закономерность в распределении загораний перед фронтом таких пожаров?

Угол наклона конвекционного потока пожара № 45 равнялся 45°. Скорость подъема газов в нем на высоте древостоя равна 5,0 м/сек. Максимальное время горения частиц, увлекаемых вверх, 120 сек, а минимальное время существования горящей частицы на поверхности земли, необходимое для зажигания напочвенного покрова, 30 сек. Следовательно, на подъем частицы и падение ее остается 90 сек.

По графику можно определить, что на подъем горящей частицы затрачивается 36 сек, а на падение — 54 сек. Максимальная высота выпадения таких частиц из конвекционного потока равна 70 м. Так как скорость ветра на высоте 70 м равна 4,9 м/сек, то средняя скорость, с которой горящая частица должна перемещаться по горизонтали, будет равна (4,9+4,8)/2 м/сек, а точка ее приземления должна находиться от фронта пожара на расстоянии 4,85∙54 = 260 м.

Однако максимальное удаление загораний от фронта пожара равно 110 м. Из приведенного расчета вытекает, что частицы с временем догорания, равным 30 сек, и вероятностью зажигания напочвенного покрова 15% не зажигают напочвенный покров. Приблизительное время падения частицы можно найти путем деления расстояния от фронта пожара до точки падения на скорость ветра. Это время равно 110:4,85=23 сек.

По графику находим высоту падения и время подъема частицы на эту высоту. Затем, вычтя из полного времени горения частицы время ее подъема и падения, получим время, оставшееся до ее сгорания. Оно равно 120—(27+23) =70 сек. Находим вероятность зажигания такой частицей напочвенного покрова, она равна 42%.

Наиболее удаленные загорания, носящие единичный характер, во всех рассмотренных случаях происходят от частиц с вероятностью зажигания напочвенного покрова, равной 40—50%, т. е. как и при пожарах, конвекционные потоки которых имеют резко выраженную точку перегиба. Характер распределения загорания у пожаров с равномерным наклоном конвекционного потока подчиняется такой же закономерности, что и у пожаров, потоки которых имеют резко выраженную точку перегиба.

Итак, для того чтобы найти максимальное удаление загораний от фронта пожара, конвекционный поток которого наклонен к земле ветром, необходимо следующее.

По высоте перегиба и углу наклона конвекционной колонки определить горизонтальную проекцию того пути, который совершает частица внутри колонки до выпадения из нее.

Определить интенсивность пожара и скорость конвекции.

По скорости конвекции определить максимальные размеры горящих частиц, поднимаемых потоком.

Определить время, потребное для зажигания напочвенного покрова при данных условиях с вероятностью 50%.

Из полного времени горения вычесть время зажигания покрова, найти максимально допустимое время, которое может затратить на подъем и падение зажигающая частица.

Определить время, фактически приходящееся на падение частицы, и высоту, с которой частица начинает падать, если это время меньше максимально допустимого, то определить среднюю скорость ветра в промежутке от высоты падения до верхней границы полога древостоя, а по скорости ветра и времени падения — горизонтальную проекцию пути падения частицы, сложив ее с горизонтальной проекцией пути частицы внутри колонки, найти искомую величину — максимальное удаление загораний от фронта пожара.

Таким образом, в результате проведения наблюдений за возникновением пятнистых загораний на лесных пожарах выявлено:

1. Пятнистые загорания возможны, когда интенсивность горения на кромке фронта пожара близка к 40 тыс. ккал/м∙мин и выше.

2. При выполнении этого условия пожар может носить характер пятнистого, если:

а) высота перегиба конвекционного потока не так велика, чтобы падающие с нее частицы сгорали в воздухе, или

б) конвекционный поток не имеет точки перегиба и сильно наклонен ветром;

в) время, оставшееся до полного сгорания частицы, таково, что обеспечивает возможность зажигания напочвенного покрова при данных условиях с вероятностью, имеющей практическое значение.

3. Наибольшее удаление загораний при условиях, наиболее характерных для пятнистых пожаров, редко превышает 300 м; наиболее характерное удаление равно 100—200 м.

4. Число загораний резко возрастает, по мере приближения к фронту пожара.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.



Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: