Научная исследовательская работа

Тема работы: «Распространение степного пожара в натуральных условиях»

Выполнил:

Красиков Евгений Витальевич

Учащийся 9 класса

МБОУ Исаевской ООШ

Руководитель

Шеваков Андрей Иванович

Учитель информатики МБОУ Исаевской ООШ

2016 год

Оглавление

Введение

Еще в древней Руси, начиная с X–XI вв., по мере укрепления российской государственности, развития хозяйства, роста городов все острее вставал вопрос борьбы с пожарами, которые причиняли неизмеримый материальный ущерб, уносили тысячи жизней людей. В древних летописях содержатся описания грандиозных пожаров, сметавших целые города. По наблюдениям историков, вплоть до XV в. в России пожар в городе считался большим, если сгорало несколько тысяч дворов. О пожаре, который уничтожал сотни дворов, даже не упоминали, такое случалось часто. В 1493 г. даже московский белокаменный Кремль дважды полыхал из-за загорания многочисленных деревянных построек, вплотную подходивших к его стенам.

Даже в наше время происходит большое количество лесных и степных пожаров, из-за которых страдает не малое количество людей и порой сгорают целые села и поселки.

Актуальность работы связана с тем, что увеличивается количество лесных и степных пожаров. Пожары стали нашими неизменными «спутниками» жизни. Сейчас в России развитию противопожарного нормирования придается большое значение. В настоящее время обеспечение пожарной безопасности базируется на развернутой системе противопожарных норм.

Но ни для кого не секрет, что пожары чаще всего происходят от беспечного отношения к огню самих людей. Каждый день средства массовой информации сообщают нам о пожарах. Причём, в основном поступает информация о пожарах в сельской местности или дачных посёлках. Так, по сообщению МЧС.

Таким образом, вопрос о пожарной безопасности был актуален всегда.

Я проживаю в степной местности и, поэтому меня заинтересовал вопрос о пожарной безопасности и правилах поведения в степной зоне. Мне стало интересно насколько может быть безопасна с точки зрения возникновения пожара обыкновенный степной участок

. Практическая значимость: собранный материал можно использовать во внеклассной работе в целях профилактики пожарной безопасности.

Цель работы – Узнать при каких климатических условиях пожар распространяется максимально быстро

Задачи:

1. Познакомиться с понятием пожар, причинами возникновения степных пожаров.

3. Составить критерии пожарной безопасности в степной местности.

4. Сравнить пожароопасность на участках с разными климатическими условиями

Объект исследования: пожарная безопасность.

Предмет исследования: пожарная безопасность в степи

Гипотеза: предположительно, что большую опасность представляет участки с повышенной сухой растительностью на высотах.

Методы исследования: сравнительно – описательный, метод опроса.

Глава 1. Теоретическая часть

Пожары.

Для начало нам нужно подробно разобраться, что такое пожар и узнать возможные причины пожара, а так же узнать способы предотвращения и ликвидации пожаров.

Пожар — неуправляемое, несанкционированное горение веществ, материалов и газовоздушных смесей вне специального очага, и приносящие значительный материальный ущерб, поражение людей на объектах и подвижном составе, которое подразделяется на наружные и внутренние, открытые и скрытые;

— это горение веществ, характеризующееся существенными размерами распространения, высокими температурами и продолжительностью, представляющее опасность для людей.

Степные пожары – это стихийное, не контролируемое распространение огня по растительному покрову степи. Скорость степного пожара во много раз превышает лесной.

Виды степных пожаров

В степной и лесостепной зонах могут происходить различные пожары, отличающиеся по своей динамике, особенностям развития, типам горючих материалов, что, в свою очередь, определяет различия в приёмах и методах их тушения.

Часто, особенно на крупных пожарах, на местности есть элементы различных типов сообществ и различные природные горючие материалы. Например, участки степи могут чередоваться с небольшими фрагментами древесно-кустарниковой растительности, в поймах переходить в тростниковые заросли, а по старым руслам и регулярно заливаемым весной площадям иметь накопления неперегнившей растительной массы или даже торфа. Тем не менее, можно условно выделить основные виды пожаров в степях.

Травяные пожары

Эти пожары скоротечны, распространяются очень быстро, обычно имеют низкую интенсивность, но часто служат причиной возникновения всех остальных видов пожаров. Характерны для собственно степных участков, а также для сельскохозяйственных угодий и земель, вышедших из сельскохозяйственного оборота (заброшенные сенокосы, пашни, пастбища и залежи). В зависимости от преобладающего видового состава и времени года (степени засушливости) интенсивность этих пожаров может быть разной. Как правило, наиболее опасные и высокоинтенсивные травяные пожары происходят на участках с накоплением, так называемого степного войлока. Дым от таких пожаров обычно густой, серый, глубина кромки - от десятков сантиметров до нескольких метров.

Выгоревшая площадь остывает относительно быстро и является надёжной зоной безопасности. При наличии скота в местности, где происходит травяной пожар, особенно на старых пастбищах, следует помнить о том, что кизяк (высохший навоз) может тлеть длительное время и раздуваться ветром, что часто приводит к возобновлению пожара на уже потушенной кромке.

Тростниковые пожары

Возникают в местах массового произрастания тростника - в поймах, на переувлажнённых участках, в дельтах рек, по склонам оврагов. Пожары возникают очень легко и распространяются с большой скоростью (5-30 км/ч), которая зависит, прежде всего, от скорости ветра. Дополнительную опасность создают летящие по ветру горящие частицы (например, метёлки с семенами), которые, преодолевая расстояния до 300 м, становятся причиной возникновения новых очагов пожара. В этом случае пожар получает пятнистую форму, хотя в условиях безветренной погоды может развиваться как устойчивый. Тотальность выгорания и интенсивность горения зависят не только от погоды, но и от времени года и возраста тростника. Полностью отмершие побеги горят интенсивнее, при пожаре редко сохраняются несгоревшие участки. Более молодые и не совсем высохшие растения горят менее интенсивно, часто пожар принимает форму беглого, с неполным выгоранием горючих материалов. Особенно опасны тростниковые пожары в старых, много лет, не выгоравших зарослях с накопившимся сухим тростником.

По форме можно условно выделить два вида тростниковых пожаров. Первый - тростниковый низовой, при котором горят опавшие листья и заломленные старые стебли у земли, но не сгорают стоящие стебли и метёлки с семенами. Такие пожары менее интенсивны, но часто очень быстро продвигаются против ветра (скорость продвижения тыла может лишь немного уступать скорости продвижения фронта). Особую опасность представляет то, что при усилении ветра такой пожар легко может перейти в форму тростникового верхового и повторно пройти по уже пройденной низовым огнём площади. Это очень опасно для людей, работающих на таких пожарах. При тростниковом верховом пожаре тростник сгорает практически полностью с интенсивным выделением тепла. Формирующаяся конвекционная колонка поднимает недогоревшие частицы на многие сотни метров (иногда на километры), вызывая выпадение «чёрного снега» - пепла, содержащего крупные обугленные растительные остатки. Нередко горящие метёлки с семенами переносятся на сотни метров (зафиксированы случаи возникновения новых очагов от перебросов частиц более чем в 300 м от кромки). Дым при верховом тростниковом пожаре густой, чёрный, обычно явно видна высокая конвекционная колонка.

Особенность пожаров в тростниковых зарослях - способность огня преодолевать довольно широкие водные преграды. Тростник может какое-то время гореть, даже если его корни и основания стеблей находятся под водой, а горящие частицы могут переноситься через довольно широкие реки и протоки. Высота пламени тростникового пожара может достигать 5-10 м. Как правило, пойменные леса, до которых доходит такой пожар, погибают. Тростниковые пожары могут действовать как в дневное, так и в ночное время, хотя ночью их горение менее интенсивно, чем в дневные часы.

Кустарниковые пожары

Происходят на участках, поросших кустарниками и не занятых лесом (нет сомкнутости, преобладает травяная растительность), часто это овраги, склоны. Пожары по своей динамике ближе к травяным, но распространяются чуть медленнее, с более глубокой кромкой (иногда десятки метров), с длительным догоранием одревесневших частей (сухих веток), с высокой вероятностью возобновления горения на кромке и большим задымлением на выгоревшей площади. Технологии тушения те же, что и при низовых лесных пожарах, но кустарниковые пожары более динамичны и требуют более быстрых действий при смене направления ветра, усилении горения. Выгоревшая площадь не всегда доступна как зона безопасности из-за длительного сохранения горения кустарников и сильного задымления.

Почвенные пожары

Подземные пожары нетипичны для степных ландшафтов, но всё же могут встретиться в степной зоне.

Такие пожары могут развиваться как на лесной, так и на нелесной площади. Выделяют два типа подземных пожаров - подстилочно-гумусовые и торфяные.

Подстилочно-гумусовые пожары развиваются в лесах с мощной лесной подстилкой и богатыми органикой почвами, нередко сопровождая низовой пожар. Обычно эти пожары неглубокие (редко глубже 20 см).

Причины возникновения степных пожаров.

Основной причиной возникновения степного пожара, несомненно, является деятельность человека. Точнее не соблюдение техники пожарной безопасности в среде с повышенной сухой растительностью. Брошенный окурок или спичка, разведение костров – это одно из немногих действий человека следствием которого является пожар. Так же степные пожары возникают и при умышленном проведении сельских палов без соблюдения необходимых норм безопасности

Так же существуют и естественные причины возникновения пожара – это грозовые разряды – второе место по возникновению пожара в степи.

Степные пожары обнаруживаются поздно, а развиваются быстро, неся не только огромный материальный ущерб (если это пожары на злаковых полях), но и угрозу жизни людям и животным

При соблюдении правил пожарной безопасности можно избежать многих пожаров

Профилактика степных пожаров

Профилактическая работа с населением

Учитывая, что подавляющее большинство пожаров происходит по вине человека, профилактическая работа с населением является важнейшей составляющей в деле обеспечения пожарной безопасности ООПТ. Прежде всего, речь идёт о снижении числа умышленных поджогов (палов травы) со стороны населения, а также о помощи со стороны населения в своевременном обнаружении и тушении пожаров. Как правило, эффект достигается при длительной, целенаправленной, последовательной работе как со взрослыми, так и с детьми.

Для работы с взрослым населением используются средства массовой информации, информационные щиты, аншлаги, листовки и другие средства агитации, встречи. Возможный формат совместной работы с взрослым населением для ООПТ и муниципальных образований - работа по созданию и обучению добровольных пожарных формирований. Для работы с несовершеннолетними проводят как плановые мероприятия в образовательных учреждениях, так и всевозможные конкурсы, встречи, праздники и т.п. Один из возможных форматов такой работы - участие в поддержке дружин юных пожарных.

Хорошо, если профилактические мероприятия, проводимые муниципальными образованиями, ООПТ, организациями в системе народного образования согласованы между собой. Для этого полезно прописывать агитационную и просветительскую работу в совместных планах и соглашениях.

Рекомендации по проведению занятий со школьниками приведены в Противопожарное обустройство территории

К противопожарному обустройству территории относится устройство прокосов, минерализованных полос, пожарных водоёмов, подъездных путей, наблюдательных пунктов и т.п. При планировании мероприятий по противопожарному обустройству важно учитывать специфику землепользования на сопредельных территориях.

Основные задачи профилактических работ на ООПТ:

снижение вероятности возникновения пожаров на территории;

снижение вероятности перехода пожаров с прилегающих территорий на ООПТ;

снижение вероятности опасного развития пожаров;

создание условий для наиболее эффективного и безопасного тушения;

создание условий для своевременного обнаружения пожаров.

Для каждой ООПТ (каждого участка для кластерных территорий) рекомендуется ежегодно составлять план профилактических работ и противопожарного обустройства с включением объёмов и затрат в проект госзадания. Такой план, как правило, включает работы по всем перечисленным направлениям, а также графическую часть (карты, схемы). Желательно также, чтобы все профилактические мероприятия были прописаны в совместных планах или соглашениях с граничащими с ООПТ муниципальными образованиями и землепользователями.

Для снижения вероятности возникновения пожаров на ООПТ, прежде всего, проводятся работы по недопущению несанкционированного посещения территорий. Для этого устанавливаются предупреждающие знаки, аншлаги, устанавливаются шлагбаумы на въездах, используются средства фото- и видео фиксации незаконного прохода и проезда на территорию, контрольно-следовые полосы и т.п.

Для снижения вероятности возникновения пожаров на сопредельных территориях в границах охранных зон ООПТ, биосферных полигонов, а также земельных участков иных собственников и пользователей, включённых в границы национальных парков без изъятия из хозяйственного использования, где посещение разрешено и ведётся ограниченная хозяйственная деятельность, проводятся мероприятия по контролю за исправностью техники (искрогасители, исправность топливной и выхлопной систем), за соблюдением правил хранения ГСМ, организуется контроль за всеми видами работ, предполагающими использование огня. При необходимости руководители ООПТ по итогам плановых и внеплановых проверок могут выдать муниципальным образованиям и землепользователям обязательные для исполнения предписания.

Для снижения вероятности перехода пожаров с прилегающих территорий на ООПТ производят обустройство границ ООПТ. Как правило, это сочетание рекомендованного или предписанного режима природопользования для землепользователя, имеющего с ООПТ общую границу, а также мер, принимаемых силами самой ООПТ. Со стороны соседних землепользователей желательно обеспечить такой вид и периодичность хозяйственных мероприятий, которые обеспечат наиболее низкую интенсивность пожара в случае его возникновения. Это могут быть распашка, сенокошение, интенсивный выпас скота, иные мероприятия, которые уменьшают пожарную нагрузку (снижают запас горючих материалов) на границе с ООПТ. При этом важно добиться полного исключения из практики ведения хозяйства неконтролируемых выжиганий растительности, а все необходимые огневые работы согласовывать с руководством ООПТ. Со стороны ООПТ проводятся работы по маркировке границ, по созданию барьеров, непреодолимых для огня. Это может быть минерализованная полоса (созданная плугом, дисковой бороной или иными почвообрабатывающими орудиями). Как правило, глубокая вспашка не требуется (за исключением случаев, когда эта минполоса обеспечивает также невозможность проезда автотранспорта) и предпочтительнее использовать орудия для поверхностной обработки почвы, вызывающие меньшие нарушения природных систем. Если одной только минполосы для надёжной остановки огня недостаточно, границу усиливают, создавая прилегающий к минполосе прокос (шириной обычно от 20 до 300 м в зависимости от местных особенностей). В наиболее опасных условиях (тростниковые заросли, многолетние залежи и т.п.) такой прокос окаймляется ещё одной минполосой. Выкашивание производится периодически (так, чтобы в течение пожароопасного периода на этих участках не было сухой травы), с оставлением как можно более низкой стерни. В исключительных случаях (если по объективным причинам нет возможности своевременно доставить людей и технику к месту возможного перехода огня, если по преобладающим ветровым условиям и условиям рельефа на этом участке огонь может быстро преодолевать прокос по стерне) и при строжайшем соблюдении мер безопасности стерня между прокосами может выжигаться, обеспечивая ещё более надёжную защиту территории. Такое выжигание проводится в ранневесенний и позднеосенний период в безветренную погоду. При проведении такого выжигания для контроля привлекаются силы, достаточные для тушения пожара в этих условиях, о факте выжигания ставятся в известность соседи-землепользователи и оперативные службы, ответственные за борьбу с пожарами.

По участкам с подготовленными противопожарными сооружениями (по про-косам, вдоль минполос) обеспечивается проезд служебного транспорта, чтобы доставка людей, техники, воды, огнетушащих составов была возможна. Эти же подъездные пути могут использоваться при неблагоприятном развитии ситуации с пожарами в качестве зоны безопасности и путей эвакуации. При наличии на сопредельных территориях вблизи границ ООПТ водоисточников они отмечаются на картах, по возможности (совместно с землепользователями) обустраиваются места подхода или подъезда к воде. На картах отмечается, в течение какого периода в году водоисточник может обеспечить нужды пожаротушения, есть ли подходы, подъезды, пирсы, годится ли водоём для установки пожарного автомобиля, мотопомпы, для ручного забора воды для ранцевых огнетушителей.

Для снижения вероятности опасного развития пожаров, создания условий для наиболее быстрого и безопасного тушения по всей территории определяются участки и линейные объекты, которые могут быть использованы для остановки огня, подъездные пути. По возможности (и с учётом режима ООПТ) существующие преграды усиливаются прокосами и минполосами. При наличии на ООПТ водоисточников они также отмечаются на картах, по возможности обустраиваются места подхода или подъезда к воде, на подъездных путях ставятся указатели. В течение сезона необходим мониторинг состояния таких водоисточников и подъездных путей к ним. С учётом преобладающих ветров, рельефа, характера растительности, мест обитания наиболее редких или уязвимых видов растений и животных, расположения подъездных путей и водоёмов, определяются места хранения противопожарного инвентаря и оборудования, маршруты патрулирования, наблюдательные точки. Для наиболее вероятных сценариев развития пожаров составляются примерные планы тушения, включающие схемы возможной организации тушения, порядок привлечения сил и средств.

Использование контролируемых выжиганий в профилактике степных пожаров

Использование выжиганий для обеспечения пожарной безопасности ООПТ может осуществляться в двух случаях: при отжиге - технологии тушения пожара, предполагающей выжигание горючих материалов перед кромкой пожара, и при создании противопожарных полос методом контролируемого выжигания. Следует отметить, что в настоящее время действия по контролируемым выжиганиям растительности, за исключением отжигов, являются незаконными могут осуществляться только в ситуации крайней необходимости и обоснованного риска.

Профилактические выжигания нельзя проводить в случаях, когда пожарная безопасность участка может быть обеспечена другими способами. Следует помнить, что предотвращённый вред должен быть больше вреда (растениям, почвенным беспозвоночным, плодородию почв и т.д.) причинённого самим выжиганием. Профилактические выжигания должны заранее согласовываться со всеми заинтересованными службами, с соседями-землепользователями.

Для обеспечения безопасного проведения профилактических выжиганий необходимо соблюсти ряд условий.

Выбор территории для проведения выжигания. Создаваемый в результате выжигания очищенный от горючих материалов участок должен служить целям защиты ООПТ от пожаров. Как правило, это полосы по границам ООПТ. На выжигаемом участке должны отсутствовать места обитания редких и охраняемых видов живых организмов, которым огонь наносит непоправимый или значительный ущерб. Необходимо учитывать, что степные виды проявляют неодинаковое отношение к огню. Ряд таких видов, в том числе редких и охраняемых, незначительно страдает от огня либо даже получает в результате выжигания конкурентное преимущество. Список таких видов специфичен для различных степных сообществ в разных областях распространения степного биома. Заповеднику необходимо составить список «пожароустойчивых» редких и охраняемых видов для своей территории, а также список видов, наиболее уязвимых к действию огня. Оба списка должны учитываться при планировании выжиганий, выборе приоритетных защищаемых от пожара территорий и объектов, принятии решения о не тушении пожара. Рекомендуется также закладывать на выжигаемых полосах постоянные пробные площади для изучения реакции на выжигание различных видов растений и животных и их сообществ в конкретных условиях данного заповедника. Количество и характер размещения горючих материалов на выжигаемом участке должен позволять безопасное выжигание без перехода огня на другие территории.

Выбор времени для проведения выжиганий. Выбор времени года (ранняя весна или поздняя осень), когда вред для природной среды минимален для данных условий (с учётом времени вегетации, времени гнездования и т.п.). Выбор конкретного дня по условиям погоды. Для выжиганий подходят прохладные безветренные дни, когда горение будет низкоинтенсивным и переход огня на сопредельные территории будет невозможен. Для выбора дня выжигания анализируют погодные условия, следят за прогнозами погоды и проводят огневые эксперименты (на заранее подготовленных участках, проверяя, будет ли поддерживаться горение растительности). Выбор времени выжигания с учётом суточной динамики пожаров. Для выжиганий следует использовать ранние утренние часы и вечернее время, когда горение проще контролировать. В дневные часы следует делать перерыв в огневых работах.

Обеспечение безопасности выжигания. Для контроля за безопасностью выжигания необходимо выделять то же количество людей и техники, что и для тушения пожара, возникшего в аналогичных условиях. Работники обеспечиваются средствами тушения, средствами индивидуальной защиты, радиосвязью. Выжигания проводятся на участках, ограниченных минерализованными полосами. Единовременно выжигается не более 0,5 га. При появлении ветра до 2 м/с зажигания проводят против ветра, продвигаясь также против ветра. При усилении ветра зажигания прекращают. При наличии на участке, запланированном для выжигания, локальных повышений и понижений рельефа, зажигания начинают с возвышенных участков, спускаясь вниз. При выходе огня за пределы участка, запланированного для выжигания, силы сосредотачивают на тушении возникающего пожара, о каждом случае неконтролируемого горения немедленно докладывают руководству и в пожарную охрану.

Глава 2 Практическая часть

В своей исследовательской работе мы будем проверять возможные причины возгорания в степи, а так же изучить разные местности по скорости распространения пожара при разных климатических условии.

По статистике пожары в степи возникают по причине человеческой неосторожности при обращении с огнем. Такой распространенной причиной является курение. Брошенная спичка или не затушенная сигарета может спровоцировать неконтролируемый пожар, который может раскинуться по многие десятки километров, а в условиях засухи, когда почти вся трава сухая достаточно одно искры.

Результаты экспериментальных исследований

Исследование полей температур во фронте степного пожара.

В первой серии из трех экспериментов проводились исследования характеристик фронта степного пожара, направленного вдоль и перпендикулярно направлению скорости ветра, в результате линейного поджига.

Количественный состав доминирующих растений и запас СГМ на 1 м2 составил: для 1-го и 2-го экспериментов m = 0,254 кг (в том числе: пырей ползучий - 0,178 кг, полынь австрийская - 0,065 кг); для 3-го эксперимента - 0,185 кг (в том числе: пырей ползучий - 0,172 кг, полынь австрийская - 0,01 кг). Горючий материал представлял собой высохшую траву высотой до 0,8 м, с отдельными включениями живых растений.

Эксперимент проходил на площадке размером 8 х 3 м, ориентированной по направлению скорости ветра.  

Для первого эксперимента зажигание производилось на расстоянии 3 м от начала площадки в направлении скорости ветра. Стойки с термопарами размеща¬лись с шагом 1,5 м. Для второго и третьего эксперимента зажигание производи¬лось на расстоянии 1 м и стойки размещались с шагом 1 м. Для всех эксперимен¬тов использовали 4 стойки с термопарами, по 5 термопар на каждой.

Зажигание производилось равномерно по всей ширине площадки исследований путем создания зоны зажигания, которая состояла из полосы льна, пропитанной легкими фракциями нефтепродуктов для быстрого и равномерного формирования фронта горения по всей ширине экспериментальной площадки. После зажигания была образована огненная полоса с высокой интенсивностью и достаточно продолжительным временем горения, что обеспечило гарантированное равномерное формирование фронта горения.

Для изучения влияния тепловых потоков и очага горения на деревянные постройки в конце экспериментальной полосы был вертикально установлен деревянный щит размером 2 х 2 м, изготовленный из плахи хвойных пород дерева (толщина 50 мм) с влажностью 17 - 23 %. В результате проведенных экспериментов возгорания щита не возникало. На деревянных плахах образовывался небольшой ожог, который не проникал вглубь волокон древесины. Можно сделать вывод, что деревянные конструкции, толщиной более 50 мм не воспламеняются под воздействием фронта степного пожара при запасе СГМ 0,254 кг/м2 вследствие недостатка энергии. 

Дополнительно были определены скорости распространения фронта пожара Vf в зависимости от скорости ветра ve, которые приведены на рис. 5. Для определения скорости распространения фронта горения использовалась видеозапись. 

В качестве текущего положения фронта горения считалось расположение передней кромки фронта в нижней части факела пламени. Верхняя часть факела пламени при измерениях не учитывалась, так как она не соприкасалась с СГМ. Необходимо отметить, что на временном интервале 0 - 7 большая скорость распространения фронта горения обусловлена воздействием полосы зажигания, высота пламени у которой была значительно выше высоты пламени при горении СГМ.

Последующее после зажигания значительное увеличение скорости ветра вначале не приводило к соответствующему увеличению скорости распространения фронта горения, так как значительная часть биомассы верхнего яруса выгорела под воздействием интенсивного горения полосы зажигания. Поэтому целесообразно рассматривать значения Vf в последующие моменты времени.

Из анализа кривых на рис. 5 отчетливо видна прямая зависимость между скоростью ветра и скоростью распространения фронта пожара на отрезке времени после 50 с.

Исследование возникновения степного пожара от точечных источников зажигания. Для второй серии экспериментов запас СГМ на 1 м2 составил 0,185 кг (в том числе: пырей ползучий - 0,172 кг, полынь австрийская - 0,01 кг). Горючий материал представлял собой высохшую траву высотой до 0,8 м, с отдельными включениями живых растений.

Размер площадок для 1-го эксперимента составлял 6x3 м, второго и третьего 4x4 м. На рис. 6 представлена схема проведения экспериментов 1 - 3.

Целью данных экспериментов было оценить развитие контура фронта горения (эксперимент 1), скорости распространения и температуры фронта горения вдоль и перпендикулярно направлению скорости ветра от точечного (эксперимент 2) и линейного источников зажигания (эксперимент 3).

В качестве эталонного точечного источника зажигания использовалась охотничья спичка, линейный источник был аналогичен источнику, использованному в первой серии экспериментов.

Перед началом первого эксперимента была подготовлена площадка размером 6 x 3 м, ориентированная в направлении скорости ветра. Спичка забрасывалась на расстояние 1,5 ± 0,2 м (рис. 6, а).

Видно, что на 40-й формируется устойчивый очаг горения, который постепенно увеличивается и к 70-й достигает размеров, при которых появляется четко выраженный фронт пожара. Далее он под действием ветра начинает увеличиваться и распространяться, пока не достигает границы экспериментальной площадки. По мере выгорания горючего материала огонь начинает постепенно затухать.

Площадки для второго и третьего экспериментов имели размеры 4x4 м. Во втором эксперименте зажигание производилось точечным источником в левом нижнем углу в направлении скорости ветра (см. рис. 6, б). Три стойки с термопарами располагались на расстоянии 1,5 м от каждого угла.

Из анализа видно, что максимальные температуры внутри фронта степного пожара наблюдаются на высоте 0,2^0,7 м, что связано со структурой растительного покрова и согласуется с высотой доминирующих растений.

В третьем эксперименте зажигание производилось от линейного источника, расположенного вдоль направления скорости ветра. В виду того, что направление скорости ветра было параллельно линейному источнику зажигания, фронт горения под воздействием ветра уменьшал свою протяженность, и, как следствие, произошло неполное сгорание слоя СГМ. При этом температуры внутри фронта горения были такие же, как и в предыдущих экспериментах. Следует отметить, что после проведения экспериментов температура почвы на поверхности в среднем возрастала на 12°.

Исследование вероятности возникновения степного пожара от точечных источников зажигания. Для определения вероятности зажигания площадок от антропогенных источников (в данном случае горящая спичка и древесные угли) была проведена третья серия экспериментов.

На площадку с запасом СГМ 0,185 кг/м2 случайным образом бросали тлеющие угли. Масса углей варьировалась от 0,4-10-3 до 3,510-3 кг, при этом геометрические размеры составили (10-20)• 10-3 м в диаметре. Поверхностная температура, измеренная пирометром, изменялась в диапазоне 663^1243 К. Согласно [11],

удельная теплота сгорания древесного угля равна 33890 кДж/кг, т.е. энергия, которую способны были выделить образцы угля, варьировалась в диапазоне 13,5 - 118,6 кДж. Во всех случаях воспламенения не наблюдалось. Для повышения вероятности воспламенения запас СГМ был искусственно завышен до 0,680 кг/м2. В результате в отдельных случаях наблюдалось тление, которое не приводило к воспламенению. Можно предположить, что вероятность возникновения степного пожара от тлеющих частиц указанного размера мала, так как мала плотность растительного покрова и тлеющая частица не соприкасается с достаточным количеством элементов СГМ. Энергии углей должно быть достаточно для зажигания слоя СГМ. Но следует отметить, что влагосодержание типчака, который образовывал нижний ярус растительности и находился в непосредственной близости от брошенного угля, близко к критическим значениям влагосодержания для растений. Однако непосредственный контакт угля с элементами растительности отсутствовал, следствием чего значительная часть энергии, выделяемой углем при горении, уходила в почву и окружающий воздух.

Во втором случае на площадки с запасом 0,185 и 0,254 г/м2 30 раз случайным образом бросалась горящая спичка. Учитывая данные, максимальная энергия, которую могла выделить при горении спичка, не превышала 1,5 кДж. В результате получили следующий процент воспламенения и устойчивого горения: для площадки с запасом 0,185 кг/м2 - 57 %, для площадки с запасом 254 кг/м2 - 77 %. Можно предположить, что величина запаса влияет на вероятность воспламенения, и увеличение ее на 37 % (до 0,254 г/м2) в данных условиях приводит к увеличению вероятности появления пожара на 20 %. Следует отметить, что наличие открытого источника огня даже малого размера приводит к резкому увеличению вероятности возникновения пожара в отличие от опытов с тлеющими частицами, что согласуется с работой.

Дополнительно были проведены эксперименты с использованием имитатора «огненного дождя» (совокупности точечных источников зажигания), представлявшего собой пиропатрон в виде цилиндрической трубки диаметром 15 мм, длиной 150 мм с толщиной стенки 1,5 - 2 мм, заполненной твердой газогенерирующей смесью с частицами активированного угля. Фрагменты активированного угля имели размеры от 2 до 5 мм, что позволяло регулировать время сгорания частиц и интенсивность тепловыделения в очаге пожара. В результате исследований обнаружено, что возгорание возникает только в одном из 9 случаев. Это обусловлено тем, что, с одной стороны, частицы имеют небольшой размер и в процессе полета выгорают, с другой - они имеют небольшую энергию и под воздействием ветра долетают до слоя СГМ уже с энергией, недостаточной для воспламенения.

Выводы

Из проведенных экспериментальных исследований можно сделать следующие выводы:

Через 1,5 минуты после попадания источника открытого огня в слой СГМ формируется устойчивый фронт степного пожара, который распространяется в направлении скорости ветра.

Температура в фронте степного пожара не превышает 1100 К и с течением времени изменяется преимущественно в пределах 730^950 К, а максимальное значения температуры находится на высоте 0,2^0,7 м от поверхности земли.

Коэффициент излучения пламени и продуктов горения в диапазоне 2,5 -

2,7 мкм в среднем равен 0,79, а в диапазоне 3 - 5 мкм его средняя величина равна значению 0,65.

Наиболее вероятной причиной возникновения степного пожара в пожароопасный сезон является источник открытого огня, которым может являться даже брошенная спичка.

Вероятность возникновения степного пожара от горящей спички зависит от запаса СГМ и для запаса 0,254 кг/м2 достигает 77 %.

Возникновение степного пожара от тлеющих частиц массой до 3,5 г и максимальной энергией 118,6 кДж маловероятно.

Степной пожар при запасе СГМ 0,254 кг/м2 не приводит к воспламенению деревянных конструкций толщиной 50 мм и влажностью 17 - 23 %.

В ходе эксперимента нам удалось подробно разобрать 3 разных вариантов развития пожара при разных климатических условиях.

Цель нашего исследования выполнена, мы узнали что самыми опасными условиями являются в эксперименте номер 3.

Задача нашего исследования выполнены полностью выполнены.

Литература

1. СофроновМ.А.,ВакуровА.Д. Огонь в лесу. Новосибирск: Наука, 1981. 128 с.

2. Бурасов Д.М., Гришин А.М. Математическое моделирование низовых лесных и степных пожаров. Кемерово: Практика, 2006. 133 с.

3. Cruz M. Fire behaviour in some common Central Portugal fuel complexes: evaluation of fire behaviour models performance [Text] / M. Cruz, D.X. Viegas // Proc. 3rd Int. Conf. on Forest Fire Research/14th Fire and Forest Meteorology Conf., Luso, 16-20 November 1998. ADAI, University of Coimbra, Coimbra, 1998. P. 859-875.

4. Morvan D. Physical modelling of fire spread in Grasslands [Text] / D. Morvan, S. Meradji, G. Accary // Fire Safety Journal. 2009. No. 44. P. 50-61.

5. Cheney N.P. Prediction of fire spread in grasslands [Text] / N.P. Cheney, J.S. Gould, W.R. Catchpole // Int. J. Wildland Fire. 1998. No. 8. P. 1-13.

6. Santoni P.A. Instrumentation of wildland fire: Characterisation of a fire spreading through a Mediterranean shrub [Text] / P.A. Santoni, A. Simeoni, J.L. Rossi et al. // Fire Safety Journal. 2006. No. 41. P. 171-184.

7. Гришин А.М., Лобода Е.Л. Экспериментальные исследования критического влагосо- держания и критической энергии зажигания для отдельных видов полевой раститель¬ности // Изв. вузов. Физика. 2008. № 12/2. С. 96-100.

8. ВороновА.Г. Геоботаника. М.: Высшая школа, 1973. 384 с.

9. Комплекс установок для исследования природных пожаров / А.М. Гришин [и др.] // Изв. вузов. Физика. 2009. № 2/2. С. 84-90.

10. Гришин А.М., Фильков А.И., Лобода Е.Л. и др. Физическое моделирование степных пожаров в натурных условиях // Пожарная безопасность. 2010. № 2. С. 100-105.

11. Пожаро-взрывоопасность веществ и материалов и средств их тушения: справочник / под ред. А.Н. Баратова и А.Я. Корольченко. Кн. вторая. М.: Химия, 1990, 384 с.

12. Гришин А.М., Лобода Е.Л. Экспериментальные исследования критического влагосо- держания и критической энергии зажигания для отдельных видов полевой раститель¬ности // Известия вузов. Физика. 2009. Т. 52. №2/2. С. 96-100.

13. Гришин А.М. Физика лесных пожаров. Томск: Изд-во ТГУ, 1994. 218 с.

14. Kim D.H., Lee M.B., Viegas D.X. Ignition of Surface fuels by Cigarette in Forest Fire: Fire Prevention and Management // VI International Conference on Forest Fire Research: Proc. conference, 15 - 18 November 2010 / ADAI/CEIF. Coimbra, Portugal, 2010. CD ROM.