Процесс возникновения лесных пожаров

Основные понятия по теме

Структура и теплотворная способность лесных горючих материалов (ЛГМ). Объектом горения в лесу являются биогеоценозы, имеющие пространственную структуру и большое разнообразие слагающих их компонентов: живой напочвенный покров, опад, подстилку, подрост, подлесок, древостой, торф. Масса компонентов биогеоценоза зависят от возраста, полноты древостоев, типа лесорастительных условий, климатических и других факторов. В процессе горения одновременно с образованием продуктов сгорания выделяется тепловая энергия, количество которой зависит от массы, влажности и состава горючих материалов.

Различают надземные, наземные и подземные лесные горючие материалы. Такое подразделение связано со структурным распределением органического вещества — потенциального объекта горения в лесном фитоценозе. теплотворный способность горючий лесной По характеру горения материалы группируют по 3 категориям (по Н. И. Курбатскому):

• а)проводники горения — наиболее восприимчивые к огню материалы, которые обеспечивают продвижение пламени по земной поверхности иди кронам древесных растений. Этот класс включает отмершие стебли, опад хвои и мелких частей растений, слаборазложившуюся подстилку, лишайники, отмершие зеленые мхи;
• б)поддерживающие горение — сухостойные деревья, валежник, пни, мертвые корни, сучья и вершинки деревьев, лежащие на земле, кустарнички, самосев и подрост хвойных пород, мхи-гигрофиты при пониженной влажности;
• в)задерживающие горение — травы — представители широкотравья, кустарники, подрост и деревья лиственных пород, мхи-гигрофиты при повышенной влажности).

Основная часть горючих материалов представлена древостоем, на долю которого приходится 90 % от всей фитомассы леса.

При лесном пожаре горят различные компоненты горючего материала при самом разнообразном их сочетании и влажности. Поэтому для решения задач по пожаротушению необходимо знать суммарную теплотворную способность всего комплекса горючих материалов того или иного типа леса.

Различают высшую и низшую теплотворную способность. Высшая теплотворная способность Q_в определяется количеством тепловой энергии, которая выделяется при полном сгорании I кг горючего вещества в абсолютно сухом состоянии. Низшая теплотворная способность Q_н определяется количеством тепловой энергии, выделяющейся при полном сгорании 1 кг горючего вещества во влажном состоянии.

За единицу теплотворной способности принят джоуль, равный количеству теплоты, которое необходимо для нагревания I кг воды на 1 °C в пределах температур от 14,5°С до 15,5°С.

Теплотворную способность Q кДж/кг различных горючих материалов определяют с помощью калориметров или по формулам:

Q_в= (34 200*С + 143 400 (Н-О/8)) / 100 (1).

Q_н= 339*С + 1031*Н — 109*О — 25* W (2).

где С, Н, О, W содержание углерода, водорода, кислорода, влаги в % в горючем материале.

Распределение тепловой энергии в процессе горения ЛГМ. Над лесными пожарами всегда образуется дымовая колонна. Она представляет собой смесь мелкодисперсных частиц углерода и водяного пара в смеси с другими газами. Даже при сильном горении часто не сгорает 10…20 % горючих материалов, что приводит к уменьшению их теплотворной способности.

Горение органических материалов на открытом воздухе происходит обычно при температуре 1000…1200°С. Это объясняется тем, что при возникновении очага горения начинается рассеивание теплоты в окружающее пространство. В результате устанавливается свой температурный режим, обусловленный динамическим равновесием выделяемой теплоты рассеивания.

Рассеивание теплоты от источника горения происходит в виде: теплового излучения (лучеиспускания); конвенции (с током газов); теплообмена, рисунок 5. По мере поднятия продуктов сгорания над поверхностью горения температура их падает от уровня 900−1000 град: на высоте 10 м до -40 -50 град; на 20 м до — 20−22 град на 50 м.

Нижняя сторона пламени при пожаре распространяется на подстилку и напочвенный покров, которые поглощают приходящую радиацию и трансформируют ее в теплоту, идущую на прогрев и высушивание очередных порций горючего материала. Значительная часть тепловой энергии, сосредоточенной в газах, направлена вверх. Конвенцией уносится в атмосферу 70−80% энергии. Почва при пожарах прогревается мало, до 100−120 град. Сырая постилка при этом остается несгоревшей. Выделяющаяся при горения тепловая энергия по усредненным данным распространяется в виде: конвенции (75%); теплового излучения (18%); воздушного теплообмена (3%); теплообмена с почвой (4%).

Вопросы для самоконтроля

• 1 Дайте характеристику и приведите классификацию лесных горючих материалов.
• 2 Что такое теплотворная способность и как она изменяется у ЛГМ?
• 3 Как изменяется масса горючих материалов и количество аккумулированной тепловой энергии в насаждениях в зависимости от их возраста и типов лесорастительных условий?

Лабораторная работа

Цель: определение теплотворной способности ЛГМ в различных типах леса и потоков рассеяния тепла по составляющим.

Материалы и оборудование: данные замеров параметров ЛГМ, калькуляторы.

Ход работы

• 1 На основе данных массы, влажности ЛГМ, содержания химических элементов (таблица 1,2) и используя формулы 1 и 2 рассчитать количественно суммарную тепловую энергию, выделяющуюся при низовых пожарах в трех повторностях.
• 2 Используя усредненные данные рассеяния рассчитать распределение потоков рассеивания ее в пространстве для трех повторностей и привести в виде рисунка.
• 3 Полученные данные привести аналогично форме таблицы 3 и провести ее анализ.

Таблица 3 — Данные расчетов теплотворной способности горючих материалов и величин потоков рассеяния тепла при лесном пожаре.

Таблица 1 — Масса горючих материалов в различных типах леса.

Таблица 2 — Содержание химических элементов (%) в различных ЛГМ.

Рисунок 5 — Схема рассеивания энергии при лесном пожаре

• 1 Гусев, В. Г. Физико-математические модели распространения пожаров и противопожарные барьеры в сосновых лесах: монография / В. Г. Гусев. — СПб.: ФГУ «СПбНИИЛХ», 2005, 200с.
• 2 Коровин, Г. Н. Таблицы предельных значений площадей и периметров лесных пожаров к началу тушения: временные нормативы по тушению лесных пожаров / Г. Н. Коровин, М. А. Шешуков, С. И. Душа-Гудым. — М., ЦБНТИлесхоз, 1986, 27с.
• 3 Мелехов, И. С. Лесная пирология: учеб. пособие / И. С. Мелехов, С. И Душа-Гудым, Е. П. Сергеева. — М.: ГОУ ВПО МГУЛ, 2007. 296 с.
• 4 Мельников, В. С. Лесная пирология: учеб. пособие / В. С. Мельников, А. П. Смирнов. — СПб: 2005. — 48 с.
• 5 Мурахтанов, Е. С. Основы лесохозяйственной радиационной экологии: курс лекций / Е. С. Мурахтанов, Н. А. Кочегарова. — Брянск: 1995. — 345 с.
• 6 Переволоцкий, А. Н. Основы ведения лесного хозяйства в условиях радиоактивного загрязнения: конспект лекций / А. Н. Переволоцкий, И. М. Булавик. — Мн.: Белгослес, 2003. — 144 с.
• 7 Рихтер, И. Э. Лесная пирология с основами радиоэкологии: учебн. пособие / И. Э. Рихтер. — Мн.: БГТУ, 1996. -290 с.
• 8 Усеня, В. В. Лесные пожары, последствия и борьба с ними: монография / В. В. Усеня. — Гомель: ИЛ НАН Беларуси, 2002. — 205с.