Методы оценки пожарной опасности растительных горючих материалов

Пожары растительности давно являются для человечества нерешённой глобальной проблемой. Для сокращения численности возгораний на территории, а также для скоординированности действий по стратегии, планированию и управлению пожарами растительности многие государства создали свои национальные системы оценки пожароопасности: австралийскую NFDRS [24], испанскую DER [20], французскую Numerikal Risk [20], итальянские IMPI и IREPI INDEX [20], португальскую PORT [20, 21], финскую FFMI [22], канадскую CFFDRS [3, 19, 23], американскую NFDRS [10]. Каждая из существующих систем имеет свои основополагающие критерии для оценки пожароопасности, которые оцениваются по определённым параметрам и рассчитываются по установленным индексам. Содержащиеся в них структурные блоки предполагают использование большого комплекса метеорологических данных, сведений о типах, запасах и свойствах различных слоёв живых и мёртвых растительных горючих материалов (РГМ).

Поэтому целью нашего исследования является анализ существующих подходов к оценке растительных горючих материалов и определение соответствующих особенностей для их изучения на территории Дальнего Востока, для совершенствования пожароохранной системы территории.

Наиболее эффективной в прогнозировании пожарной опасности является канадская система CFFDRS, она показала наилучшие эксплуатационные качества [7]. Включает в себя определение запаса сгорающих РГМ, скорости распространения и интенсивности пожара для типовых комплексов РГМ, а также модели развития пожара, индексную систему оценки пожарной опасности в лесах по условиям погоды, систему влагосодержания в РГМ. Данная система построена на основе 20-летней статистической базы данных по пожарам.

При расчёте показателей пожароопасности используют пирологическую характеристику двух групп факторов: участков растительности и погодных условий.

Пирологическая характеристика растительности осуществляется на основе выделенных 17 категорий пирологических участков растительности – типов РГМ. Для выделенных типовых растительных горючих материалов составлены уравнения, с помощью которых оценивают скорость и интенсивность возгораний.

Коды и индексы из системы оценки пожарной опасности по погодным условиям отражают влагосодержание и горение эталонного комплекса РГМ при воздействии климатических факторов.

В американской национальной системе оценки пожарной опасности все РГМ разделены на 9 типичных моделей, с которыми необходимо сопоставлять РГМ на исследуемых территориях. Система использует большое количество таблиц с поправками, вносимыми на основании эмпирических данных.

Испанская система оценки пожарной опасности не включает в себя оценку РГМ, в ней оценивается только пожароопасность двух климатических параметров: стабильность и влажность в конкретном локальном атмосферном столбе.

Французский метод основывается на ежедневных показателях температуры воздуха, относительной влажности, облачности и скорости ветра и начальном значении содержания влаги в почве.

Итальянская система основывается на ежедневной средней величине температуры воздуха, относительной влажности, скорости ветра, количестве освещения солнцем.

Португальский метод является модифицированным вариантом российского индекса Нестерова. Он образуется из ежедневного и совокупного индекса, который является взвешенной суммой ежедневных индексов предшествующих дней. Вес зависит от количества осадков. Скорость и направление ветра принимаются во внимание на заключительной стадии классификации в соответствии с местными условиями [7].

Существующие национальные системы оценки пожароопасности разрабатывались с учётом конкретных природных условий и горимости определённой территории и не могут быть автоматически перенесены на любую местность. В связи с этим Российская Федерация не может полностью заимствовать национальные системы оценки пожароопасности других стран без соответствующей модернизации.

Разработка российской системы прогноза поведения лесных пожаров до сих пор происходит очень медленно. В настоящее время Российская Федерация имеет свою государственную систему оценки пожароопасности ИСДМ-Рослесхоз, которая базируется на комплексном показателе В.Г. Нестерова, отражающем эмпирическую зависимость влагосодержания напочвенного покрова от температуры и относительной влажности воздуха, количества суточных осадков [13]. Географическое распределение пожаров, независимо от источников возгораний, обусловлено закономерностями распределения и высыхания лесных горючих материалов. Этот показатель характеризует возможность воспламенения РГМ, являющихся проводником горения, при низовых пожарах и служит основой для регламентации работы авиационной и наземной лесопожарных служб. Отсутствие других индексов и критериев пожарной опасности, а также наличие в ИСДМ необходимой для их расчета информации о погодных и лесорастительных условиях на всей территории страны обусловливают необходимость совершенствования системы [14] и включения в её структуру критерия состояния растительных горючих материалов.

Для изучения РГМ необходимо рассмотреть его определение. Наиболее ёмким и соответству- ющим пирологическим целям является определение Н.П. Курбатского [9], где под растительными горючими материалами (РГМ) подразумеваются растения и их остатки различной степени разложения, которые могут гореть при пожарах. Данное определение мы будем использовать в дальнейшем в нашем исследовании. Исходя из представленного определения, структура РГМ включает в себя живые растения и все их части, а также и усохший травостой (ветошь), древостой, лесную подстилку, опад травы, хвои, листьев, древесину, кустистые лишайники, хвою в кронах, травы, кустарнички, зелёные мхи, которые подразделяются на виды, образующие комплексы РГМ [2].

В настоящее время в России не используется учёт пожарной опасности как периодически изменяющегося фактора, а класс пожарной опасности территории обуславливается не только по условиям погоды, но и по пожарной зрелости участка. В связи с этим необходима ежедневная оценка не только погодных условий, но и «пожарной зрелости» РГМ на данном участке, т.е. готовность участка к возгоранию. Это состояние определяется эмпирическим путём при разведении костра из 1 кг относительно сухих РГМ, возникшим от очага загорания низовым пожаром растительности и, последующим наблюдением [7].

В 1960–1970 гг. в разных регионах СССР проводились исследования по методике Н.П. Кур-батского [8], на основании которых путём пробных зажиганий устанавливалось, при каком лесопожарном показателе засухи достигается «пожарное созревание». Для Дальнего Востока этот показатель для участков растительности был вычислен Т.В. Костыриной [17] и может быть использован при выявлении изменения пожароопасности растительности в течение всего дня.

Для определения пожарной зрелости РГМ необходимо знать их классификацию по типам. В 1966 г. М.А. Шешуковым была разработана для Дальнего Востока классификация лесных участков по «типам горючих материалов», где было выделено 16 типов, указаны соответствующие им виды горючих материалов, класс пожарной опасности и характерные для них виды пожаров весной, осенью и летом (табл.) [15].

Установлена также связь типов горючих материалов с типами леса [15]. Имея материалы лесоустройства, в которых одной из основных характеристик является формула древостоя, можно установить тип леса, а зная тип леса, можно уже характеризовать РГМ.

Так как большую часть возгораний растительности в России (97%) составляют низовые по-

Таблица

Классификация лесных участков по типам горючих материалов М.А. Шешукова

Table

Classification of forest areas by types of combustible materials M.A. Sheshukov

	Тип горючих материалов	Лесные участки	Основные виды горючих материалов	)S p s о о и 8 О £	Характерный вид пожара
					S >§ S 5 8 m °	S g о Ч
1	Злаково-дерновый	Редкостойные насаждения и не покрытые лесом площади со злаково-травянистым покровом	Опад трав, дернина	I	Нб	Ну, Пч
2	Злаково-кустарниково-дерновый	То же, но со злаково-кустарниковым покровом	Опад трав, листвы и дернина	I	Нб	Ну, Пч
3	Лишайниковый	То же, но с лишайниковым покровом	Лишайник	I	Нб	НбЮ, Ну
4	Древесно-кустарни-ково-травяно-дерновый	Сильно захламлённые, заросшие кустарниками участки (усохшие ельники, ветровальники, шелкопрядники и т.п.)	Древестный опад трав, листвы и дернина	I	Нб	Ну, Пч
5	Стланиково-лишайниковый	Лишайниковые заросли кедрового стланика	Лишайник, хвоя в кронах	I	Нб, В	Нб, В
6	Широколиственнотравяной	Среднеполнотные широколиственные насаждения с травяным покровом	Опад трав, листвы	II	Нб	П-Г
7	Мелколиственно-травяной	Среднеполнотные мелколиственные насаждения с травяным покровом	Опад трав, листвы	II	Нб	П-Г
8	Лиственно-хвое-тра-вяной	Среднеполнотные лиственно-хвойные насаждения с травяным покровом	Опад хвои, листвы, трав	II	Нб	П-Г
9	Широколиственный	Высокополнотные насаждения широколиственные	Опад листвы	III	Нб	П-Г
10	Мелколиственный	Высокополнотные насаждения мелколиственные	Опад листвы	III	Нб	П-Г
11	Лиственно-хвоевый	Высокополнотные насаждения лиственно-хвойные	Опад хвои, листвы	III	Нб	П-Г
12	Хвоевый	Высокополнотные насаждения хвойные мертвопокровные	Опад хвои	IV	П-Г, В	П-г, В
13	Хвое-зеленомошный	Хвойные зеленомошные насаждения	Мхи, хвоя в кронах и их опад	IV	П-Г, В	П-Г, В
14	Сфагново-осоково-кустарничковый	Сфагново-осоково-кустарничковые ассоциации	Сфагнум, осоки, кустарник и их опад	V	Нб	Ну, Тр
15	Пойменно-лиственный	Сырые пойменные леса (ильмовоясеневые, тополево-чозениевы, ивовоольховые)	Опад трав, листвы,	V	Ну	П-Г,
16	Сфагново-травяной	Сфагново-травяные мари	Сфагнум и его опад	V	Тр	Тр

Примечание: Нб – низовой беглый пожар, Ну – низовой устойчивый пожар, Пч – почвенный, П-Г – почвенно-гумусовый, Тр – торфяной, В – верховой пожар жары, из которых развиваются как верховые, так и почвенные, то именно на прогнозировании этой категории пожаров необходимо сосредоточить внимание. Таким образом, стоит изучать свойства слоёв РГМ, служащих проводником горения при низовых пожарах. Н.П. Курбатский выделил в группу проводников горения следующие типы РГМ: опад, ветошь, порубочные остатки, мхи, перегной, торф. Поскольку эта группа РГМ наиболее перспективна для изучения, то именно на ней нужно сосредоточиться при картографировании. Используя материалы лесоустройства, где указано распространение растительности по территории в выделах и кварталах, можно картографировать пространственное распределение РГМ.

Картографирование РГМ проводится по признакам, связанным с горением [25], в том числе и с учётом величины их запасов, которые оценивают [1, 16]:

• •    по комплексному анализу цифровых карт наземных экосистем и данных государственного лесного фонда;

• •    с использованием карт глобального земельного покрытия GLC 2000 и почв России, цифровой модели рельефа и базы данных по биологической продуктивности экосистем;

• •    с использованием лесотипологических карт [26];

• •    с использованием аэрофотоснимков [26].

В России направление картографирования РГМ разрабатывается в Институте леса им. Сукачёва СО РАН [4].

Таким образом, для эффективной профилактики обострения пирологической обстановки необходим прогноз его поведения и последствий. Эффективно прогнозировать поведение пожара можно с использованием крупномасштабных карт РГМ и метеорологической информации [25].

Пожароопасность РГМ в Дальневосточном федеральном округе (ДФО) изучалась учёными [5, 6, 11, 12, 17, 18], работы которых посвящены оценке пожароопасности, качественной и количественной оценке свойств РГМ и их классифицированию. При этом состояние РГМ воспринималось как стабильный компонент территории и не учитывалось его изменение в связи с погодными условиями.

Для объективной оценки пожароопасности территории необходимо в комплексе учитывать изменение пирологических характеристик растительных горючих материалов в связи с нестабильностью погодных условий.

Операционно-территориальной единицей для оценки выбран тип леса, так как для пирологических характеристик излишнее дробление территории не показывает пирологических особенностей и не способствует оперативности при ликвидации возгорания.

Алгоритм оценки заключается в следующем:

• 1.    Базой для оценки РГМ служат материалы лесоустройства.

• 2.    Используя материалы лесоустройства, определяется тип леса.

• 3.    По типу леса характеризуется тип РГМ и его пожароопасность [15].

• 4.    Вычисление количества дней, когда РГМ будет находиться в пожароопасном состоянии [17].

• 5.    Пожароопасность погодных условий планируется определять по данным космического мониторинга [5].

• 6.    Результаты оценки пространственного распространения пожароопасности РГМ картографируются в ГИС «пожароопасность РГМ».

Изучение распределения РГМ по территории ДФО как проводников горения в сочетании с погодными условиями и создание картографического материала позволит создать базу для планирования развития возгораний и усовершенствования системы оценки пожароопасности (ПО) территории.