Факторы, влияющие на скорость распространения лесного пожара

Подавляющее большинство лесных пожаров начинается с загорания напочвенного покрова, Характер распространения пожара, скорость и интенсивность горения определяются прежде всего наличием, характером размещения и влажностью горючих материалов, т.е. способностью этих горючих материалов к загоранию.

При анализе процесса горения используются понятия скорость сгорания горючего материала и скорость распространения огня. Скорость сгорания определяется количеством сгорающего материала в единицу времени, а скорость распространения - расстоянием, которое проходит огонь в единицу времени. Ширина кромки пожара возрастает при условии увеличения массы горючих материалов и их влажности, а следовательно, и уменьшения скорости распространения огня, При большой скорости сгорания пожар продвигается узкой кромкой, например, когда горит сухая прошлогодняя трава на вырубках.

Быстрое распространение пожара возможно в том случае, когда горючие материалы воспламеняются легко и распределены по площади равномерно. Высокая плотность горючих материалов несколько задерживает горение, так как в этом случае затрудняется доступ кислорода (воздуха).

Недостаточная изученность степени влияния различных факторов на скорость Распространения пожара вызвала необходимость проведения комплексных исследований на специально созданных стендах, а также в естественных условиях. Постановка исследований была предопределена важностью данных для практики борьбы с пожарами. Исследования показали, что с понижением относительной влажности воздуха от 90 до 20% скорость распространения горения увеличивается примерно в 4 раза, подчиняясь модели параболы второго порядка, в том случае, если мри опытах сжигается горючий материал одинаковой влажности (Софронов, 1965), рис.7. Именно повышение относительной влажности воздуха ночью и ранним утром взначительной степени облегчает тушение лесных пожаров в это время суток.

Между скоростью распространения горения и запасом горючих материалов существует прямолинейная зависимость. Имеются в виду горючие материалы, по которым распространяется пламя при низовых пожарах.

Количество тепла, выделяемое с единицы длины кромки пожара, по данным Е.С. Арцыбашева (1974), в сосняке зеленомошном при одинаковых скорости ветра и влажности горючего в 3,7 раза ниже, чем в сосняке багульниковом и почти в 3 раза, чем в лишайниково-мшистом. Отношение скоростей продвижения фронтальной кромки при тех же условиях для этих типов леса будет 1:1,8:2, а высота пламени 1:1,5:2,0.

Особо следует отметить влияние влажности горючих материалов. Исследования показали, что изменение влажности в интервале от 0 до 10% не оказывает заметного влияния на скорость распространения горения (см. рис.7). Дальнейшее повышение влажности горючих материалов приводит к резкому снижению скорости распространения горения, и при 25% пламенное горение почти прекращается. В естественных равнинных условиях именно влажность горючих материалов определяет конфигурацию пройденной огнем площади при низовых пожарах, так как горение распространяется, как правило, языками (клиньями) по наиболее сухим участкам.

 

Рис. 7. Зависимость относительной скорости продвижения кромки низового пожара U_отн от факторов (Софронов, 1965):

а - скорость ветра V; б - относительная влажность воздуха r;

в - запас горючего материала m; г - влажность горючего материала W

 

Помимо влажности и массы горючих материалов, на скорость лесного пожара с пламенным типом горения существенное влияние оказывают ветер и рельеф местности. Слабый ветер (до 0,8 м/с), дующий против распространения горения, оказывает несущественное тормозящее действие на скорость распространения низового пожара (по сравнению с полным штилем). По наблюдениям Н.П.Курбатского (1962), продвижение кромки пожара против ветра в 6-10 раз медленнее, чем по ветру. При изменении скорости ветра в лесу от 0 до 2,5 м/с распространение горения возрастает примерно в 10 раз (Софронов, 1965).

Увеличение скорости распространения лесного пожара под воздействием ветра. объясняется прежде всего наклоном пламени. Ван Вагнер (цит. по: Шешуков, 1970) отмечал, что основным механизмом в распространении кромки пожара при попутном ветре является контакт пламени с горючим материалом. К аналогичному выводу пришел А.И.Сухинин (1978), который установил, что усиление ветра до 0,9 м/с приводит к наклону пламени в сторону горючего материала при увеличении длины факела и ширины горящей кромки. При скорости ветра 1,7 м/с появляются вихревые касания пламенем поверхностного слоя, которые сопровождаются образованием очагов горения перед фронтальной кромкой, т.е. наблюдается эстафетная передача горения.

А.Д.Вакуров (1975) отмечает, что между скоростью низового пожара и ветра умеренной силы (до 5 м/с) существует квадратичная зависимость, выражаемая параболой второго порядка. При более высоких скоростях ветра такая закономерность, естественно, нарушается. Особенно велика роль ветра как усилителя скорости пожаров в сухую погоду, когда относительная влажность воздуха снижается до 20-30%, причем на вырубках и в редкостойных древостоях она проявляется сильнее, чем в более густых.

При одной и той же влажности горючих материалов количество тепла, выделяющегося в единицу времени, из-за ветра увеличивается в 6-25 раз, скорость продвижения кромки - в 3-19, глубина кромки - в 3-12, а высота пламени - в 2-5 раз (Арцыбашев, 1974).

Особенно велика роль ветра в распространении верховых пожаров. От его скорости и направления зависит интенсивность пожара, конфигурация его площади и ширина кромки. Известен случай, когда за счет переноса ветром горящих частиц выгорел покрытый лесом остров, расположенный на расстоянии 800 м от берега моря (Гиряев, 1989).

Большое влияние на скорость распространения лесных пожаров оказывает и рельеф местности. Исследования показали, что на пологих склонах (до 15°) относительное влияние крутизны на скорость продвижения кромки низового пожара, поднимающегося вверх по склону, почти незаметно (Софронов, 1965). Однако при дальнейшем увеличении крутизны склона характер влияния резко меняется. Так, при крутизне 40° скорость продвижения пожара возрастает в десятки раз. М.А.Шешуков (1970) отмечает, что горизонтальное смещение пламени является определяющим в механизме распространения огня по наклонной поверхности. Так, при наклоне поверхности 35° за счет смещения пламени в горизонтальном направлении воспламенение горючих материалов происходит на расстоянии 37 см от внешней кромки пожара, в то время как при 0° оно не превышает 1 см, Дополнительным фактором быстрого воспламенения при распространении огня вверх по склону является отклонение от нижней поверхности пламени отдельных языков, которые вступают в короткий контакт с горючим материалом.

Отклонение пламени в горизонтальном направлении под влиянием угла наклона поверхности происходит не только в результате наклона его основания, но и вследствие тяги воздуха вверх по склону, которая усиливается под воздействием горения.

Анализируя влияние рельефа местности на скорость распространения лесного пожара, можно отметить, что под влиянием крутизны склона за счет контактов пламени происходит одновременное возрастание глубины кромки пожара и линейной скорости сгорания горючих материалов, а следовательно, и интенсивности горения. В свою очередь, увеличение интенсивности горения способствует удлинению пламени, более эффективному контакту пламени с горючим материалом и снижению температуры воспламенения последних, возрастает интенсивность конвекции и радиации от пламени. В конечном счете весь комплекс взаимосвязанных причин, действуя одновременно и усиливая друг друга, обусловливает не только быстрое нарастание основных параметров кромки пожара, но и способствует развитию последнего. Не случайно, поднимаясь до середины крутых слонов, низовые пожары обычно переходят в верховые.

Помимо метеорологических условий и орографических факторов, важнейшим условием, усиливающим распространение огня по лесной территории, является сам пожар. Особенно опасны для соседних участков пожары в старых горельниках, ветровальниках, шелкопрядниках, когда за счет сгорания большой массы высохшей древесины создаются мощные конвекционные потоки воздуха, способные переносить на большие расстояния от места пожара искры, горящие ветви, угли и крупные головни, создавая тем самым новые очаги горения.

В заключение следует отметить, что знания о закономерностях распространения горения в лесу не менее важны для практической борьбы с пожарами, чем данные о причинах их возникновения. Руководители по тушению должны уметь на несколько часов вперед предвидеть распространение горения по площади, а также характер развития пожара.