Конспект лекции

«УСЛОВИЯ ВОЗНИКНОВЕНИЯ И РАСПРОСТРАНЕНИЯ ЛЕСНЫХ ПОЖАРОВ»

План лекции:

1. Горение лесных горючих материалов

2. Процесс горения при лесных пожарах

3. Лесные горючие материалы

4. Причины возникновения лесных пожаров

5. Факторы, влияющие на возникновение и распространение лесных пожаров

Возникновение, распространение и развитие лесных пожаров зависят, в основном, от рельефно-ландшафтных, растительных, погодных и других условий. Эти условия необходимо учитывать, чтобы наиболее целесообразно организовать тушение, обеспечить безопасность лесных пожарных и других лиц, принимающих участие в тушении пожаров. Особенно важно знать основные условия и факторы, влияющие на поведение пожара, то есть факторы, обусловливающие процесс горения, его интенсивность (увеличение скорости распространения) и направление.

1. Горение лесных горючих материалов

Горение лесных горючих материалов, вызывающее лесной пожар, представляет собой совокупность явлений, которыми сопровождается реакция, проходящая под воздействием высокой температуры, кислорода воздуха и горючих материалов.

В лесу в изобилии имеются горючие материалы и кислород воздуха. Источник высокой температуры (огня), который может вызвать горение, попадает извне. Это оставленный без присмотра и разведенный вне установленного места костер, горящий окурок или спичка, искры из выхлопных труб различных механизмов, выжигание остатков прошлогодней растительности и горючего хлама, другие источники огня, связанные с деятельностью человека, и разряды молний.

В процессе горения выделяется большое количество тепла, которое поступает в окружающую среду путем:

конвекции - распространения высоких температур путем подъема массы горячего воздуха над местом горения в виде конвекционной колонки;

излучения - распространения высоких температур в виде лучистой энергии по радиусу во всех направлениях от источника горения;

проводимости - распространения высоких температур по горючим материалам от очага горения.

Кроме выделяемого тепла, существует много факторов, определяющих дальнейшее поведение пожара, однако основными из них, оказывающими решающее влияние на распространение пожара, являются горючий материал, погодные условия и рельеф местности.

2. Процесс горения при лесных пожарах

Горение, вызывающее лесной пожар, представляет собой эк­зотермический процесс, которым сопровождается окислительная реакция горючих материалов, проходящая под воздействием вы­сокой температуры и кислорода воздуха Общими условиями процесса горения являются наличие в лесных материалах (древесина, подстилка, торф и т. д.) углерода, водорода, азота и кислорода в воздухе (22,85%).

Выделено пять стадий горения древесины от подогрева до угольной фазы в зависимости от повышения температуры.

I — от 0 до 100 °С — процесс нагревания частиц древесины за счет горения соседних;

II — от 100 до 150 °С — испарение влаги (свободной, капиллярной, абсорбированной);

III — от 150 до 300 °С — нарастающий процесс разложения древесины с выделением горючих газов, начало обугливания;

IV — от 300 до 500°С — постепенное замедление процесса разложения внутри обугленной частицы;

V — от 500 до 1000°С — горение углей с выделением СО и СО2.

В лесу процесс горения отличается более сложной физико-химической природой, чем в лабораторных условиях. Горение лесных материалов начинается с нижних наземных ярусов и происходит в открытой атмосфере, а не в замкнутом объеме. Устойчивость процесса горения определяется балансом тепла между его выделением от химических реакций горючего с кислородом (Апр) и рассеиванием тепла в окружающее пространство (Ар). При Апр>Ар — горение устойчивое, процесс горения поддерживает сам себя. Это характерно для горения сухих материалов. При Апр = Ар — горение неустойчивое и характерно для влажных материалов. При Апр<Ар — горение прекращается самопроизвольно.

Разложение (пиролиз) древесины происходит при температуре 180-280°С. Горят же лесные материалы гетерогенно (неоднородно, смешанно), температура достигает 700- 1100°С.

Схема процесса горения древесины от подогрева до угольной фазы приведена на рис. 1.

Рис. 1. Схема процесса горения древесины (по Амосову):

а – начало горения; б – середина; в – горение угля

3. Лесные горючие материалы

Лесные горючие материалы (ЛГМ) по условиям загорания можно разделить на две основные группы:

I – легковоспламеняющиеся и быстрогорящие материалы – сухая трава, отмершие листья, хвоя, мелкие ветки, сучья, некоторые кустарники, самосев и др. Эти горючие материалы обеспечивают быстрое распространение огня и служат воспламенителями для медленно воспламеняющихся материалов;

II - медленно воспламеняющиеся лесные горючие материалы – валежник, пни, нижние слои лесной подстилки, кустарники и деревья. Эта группа горючих материалов при горении выделяет большое количество тепла и способствует развитию пожара.

Вид горючих материалов, их количество, состояние и распределение по лесной площади имеют основное значение в распространении лесных пожаров. Так, пожарная "зрелость" материалов, их количество обусловлены скоростью и интенсивностью горения. Особую опасность представляет мертвый запас горючих материалов, количество которого в зависимости от древесной породы, возраста и типа насаждения составляет в среднем от 8 до 59 т/га. Немаловажную роль в распространении огня играет равномерность и непрерывность распределения горючих материалов по площади.

4. Причины возникновения лесных пожаров

Основные причины возникновения лесных пожаров - деятельность человека (85...90%) и молнии (10...15% случаев). Наиболее часто лесные пожары возникают после прохождения  фронтальных гроз, развивающихся перед малоподвижными южными атмосферными фронтами. Как правило, им предшествует длительный сухой период, характеризующийся высокой температурой и низкой влажностью воздуха и лесных горючих материалов, высокой степенью пожарной опасности в лесу. Они проявляются, как правило, через несколько часов, иногда и суток, после удара молнии. Появление горения и дыма, особенно в сухих борах, возможно одновременно с ударом молнии. В лесу практически всегда имеются источники огня, способные в определенных условиях вызвать загорание лесных горючих материалов. Опасность источников огня в основном зависит от влаж­ности горючих материалов.

По данным И.С.Мелехова (1979), различные источники могут выз­вать лесной пожар при следующей влажности лесных горючих мате­риалов в лесной подстилке, %:

Костры, хозяйственные палы.............                       21 ...25 и выше

Горящие спички, молнии...................                       16...20

Тлеющие окурки, пепел из трубок.....                       11... 15

Тлеющие спички...............................                       7...10

Искры от двигателей внутреннего сгорания             5...6

По данным исследований Института леса им. В.Н.Сукачева СО РАН, молнии вызывают лесные пожары при влажности горючих ма­териалов в лесной подстилке менее 7%.

Источники огня, кроме вышеперечисленных, могут быть самыми разнообразными - это искры и раскаленная окалина металла при сварке металлоконструкций и ремонте техники в лесу; загорание мха, попадающего на выхлопные трубы колесных и гусеничных ма­шин; проведение различных огневых работ (выжигание прошлогод­ней травы, стерни, сжигание порубочных остатков, строительного хлама и т.п.); самовозгорание торфа в караванах на торфопредприятиях с последующим переходом огня в лес; стрельба на полигонах; использование на охоте зарядов с тлеющими пыжами и др.

Кроме перечисленных причин, учитывают­ся поджоги, которые преследуют различные цели.

4. Факторы, влияющие на возникновение и распространение лесных пожаров

Погодные условия имеют решающее значение для распространения пожара, так как дожди и высокая влажность ограничивают и прекращают горение. Сильные ветры способствуют распространению огня. Тихая погода и понижение температуры воздуха, особенно в ночное время, стабилизируют горение и снижают его интенсивность. Сухая жаркая погода создает самые благоприятные условия для возникновения и распространения огня. В практике работ основными учитываемыми факторами, влияющими на распространение пожара, являются: ветер, влажность, лесные горючие материалы и их запас, температура воздуха и рельеф.

Ветер. Под влиянием ветра горючие материалы высыхают, увеличивается скорость распространения горения, особенно верховых лесных пожаров. Это способствует возникновению новых очагов горения путем переноса горящих частиц. Лесной пожар вызывает возникновение локальных воздушных потоков, чем усиливает влияние преобладающего ветра на распространение огня. Воздух над поверхностью пламени нагревается и поднимается вверх. На его место устремляется свежий воздух, который способствует процессу горения. В результате над пожаром образуется конвекционная (тепловая) колонка. В конвекционной колонке часто находятся горящие ветки, пучки хвои, которые поднимаются над лесным пологом, а затем опускаются на лес на расстоянии 200...300 м и более от основного очага горения, (в зависимости от скорости ветра и наклона конвекционной колонки) и создают новые очаги горения.

Влажность воздуха. В воздухе всегда присутствует влага в виде водяных паров. Количество влаги, содержащееся в воздухе, отражается на влагосодержании горючих материалов. Влажность горючего материала - важный фактор, влияющий на ход тушения пожара, поскольку сырой горючий материал, как и большинство видов "зеленого" горючего материала, не горит. Днем воздух обычно суше, чем ночью. Поэтому ночью пожары (при обычных условиях) горят (распространяются) медленно, так как горючие материалы поглощают влагу из более сырого ночного воздуха. В частности это относится к сухой траве, хвое, мелкой ветоши и другим легким горючим материалам. Поглощение влаги горючим материалом, дующие вниз по склону ветры, более низкая ночная температура, а также другие элементы ночной погоды обычно облегчают работу пожарных. Поэтому пожары, которые вышли из-под контроля в дневное время, удается ночью потушить (ограничить распространение). Следует приложить все возможные усилия для полной локализации лесного пожара, чтобы на следующий день, когда создаются условия для его распространения, он не мог выйти за пределы локализованной площади. Это не означает, что следует отказаться от попытки тушения пожаров днем (когда тушится большинство пожаров). Однако если не представляется возможным потушить пожар в дневное время, основные усилия по борьбе с ним должны быть предприняты светлое время суток.

Суточный цикл развития лесного пожара примерно следующий: максимальная интенсивность горения с 9 до 21 ч - тушить очень трудно; снижение интенсивности горения с 21 до 4 ч - эффективность тушения повышается; слабая интенсивность горения с 4 до 6 ч (в основном беспламенное горение) - лучшее время тушения; увеличение интенсивности горения с 6 до 9 ч - хорошее время для тушения.

Температура воздуха при тушении пожаров является одним из основных факторов. Известно, что нагретый на солнце горючий материал теряет влагу и горит быстрее, чем при отсутствии прогрева. Температура поверхности почвы влияет также на движение воздушных потоков. Она непосредственно воздействует и на пожарных, затрудняя их работу.

Рельеф местности, особенно горный, оказывает своеобразное влияние на распространение пожаров. В течение дня, по мере того как солнце нагревает земную поверхность, происходит нагрев и подъем вверх слоев воздуха, находящихся у земли. Поэтому в течение дня воздушные потоки обычно "текут" вверх по ложбинам и склонам. Вечером и ночью поверхность земли охлаждается, воздушные потоки меняют свое направление и текут вниз по ложбинам и склонам. Что касается ветровых потоков, то они связаны той же закономерностью: днем ветер дует вверх по склону, ночью - вниз по склону. Это важно помнить при планировании тушения пожара. В горных условиях направление и скорость распространения пожара зависят от экспозиции и крутизны склонов. Пожар легко распространяется вверх по склону, и чем круче склон, тем выше скорость движения, если ветер не обладает силой, способной изменить эту ситуацию. Так, при склоне крутизной 5° скорость распространения кромки пожара увеличивается в 1,2 раза, при 10° - в 1,6, при 15° - в 2,1, при 20° - в 2,9 и при крутизне склона в 25° скорость распространения кромки пожара увеличивается в 4,1 раза. При подъеме вверх по склону огонь пожара находится на незначительном расстоянии от нижней части крон деревьев. Это вызывает их подогрев, подсушивание и более быстрое воспламенение. Теплый воздух поднимается вверх по склону и вызывает "тягу", в результате увеличивается скорость распространения огня. В то же время на крутых склонах горящие материалы могут скатываться вниз и создавать новые очаги горения.

Время года

Время года оказывает большое влияние на возникновение и интенсивность развития лесных пожаров. Так, ранневесенние пожары - в основном низовые беглые (пятнистые) - развиваются по сухой травянистой растительности со скоростью, которую им придает ветер; весенне-летние - это низовые пожары, при которых сгорает напочвенный покров и частично гумус лесной подстилки, они более устойчивы. При определенных условиях (ветер, низкорасположенные ветви крон хвойных пород, наличие подроста и др.) огонь может перейти в верховой (на кроны деревьев) и полностью уничтожить насаждения. Летние и летне-осенние низовые пожары весьма устойчивы; они уничтожают напочвенный покров, подлесок, весь слой гумуса и поверхностные корни древесных пород. При наличии торфяных почв огонь заглубляется, переходя в подземный, или может перейти в верховой. Осенние лесные пожары в основном низовые; они развиваются только в дневное время, ночью из-за низких температур воздуха и влажности горение замедляется и частично прекращается.

Организационные причины

Организационные причины, способствующие распространению лесных пожаров в большинстве случаев  –  это несвоевременное обнаружение лесных пожаров (20% пожаров обнаруживают в конце дня или на следующий день); несвоевременное начало тушения (к тушению 15% пожаров приступают в конце дня или на следующий день); недостаточное количество сил и средств, направляемых на тушение; непрофессиональное руководство организацией тушения.