Воздействие огня на компоненты насаждения

Низовые лесные пожары относятся к наиболее распространенному виду. На их долю приходится 97-98% общего числа лесных пожаров при 81-85% пройденной огнем площади. Как правило, все лесные пожары начинаются с низовых. При низовых пожарах горит лесной опад, состоящий из мелких ветвей, коры, хвои, листьев; лесная подстилка; живой напочвенный покров из трав, мхов и лишайников; подлесок, всходы и самосев древесных и кустарниковых растений, подрост и кора нижних частей древесных стволов; порубочные остатки, валежник, пни и другие горючие материалы, находящиеся на поверхности почвы.

По скорости распространения огня и характеру горения низовые пожары подразделяются на две формы: беглые и устойчивые. Беглый низовой пожар, как правило, развивается в весенний период, когда лишь самый верхний слой мелких горючих материалов напочвенного покрова и прошлогодняя травянистая растительность достигают пожарной зрелости. Скорость распространения огня довольно значительна (300-600 м/ч) и находится в прямой зависимости от скорости ветра в приземном слое. Беглые низовые пожары зафиксированы и в осенний период, когда в ночные часы вероятны заморозки, а днем температура воздуха повышается, что приводит к быстрому высыханию травянистой растительности. Осенние беглые низовые пожары характерны для южных районов Урала, Забайкалья и Дальнего Востока. По югу Дальнего Востока в отдельные малоснежные годы беглые низовые пожары отмечаются даже зимой (Методика.., 1987).

Количество сгораемой при беглых низовых лесных пожарах биомассы незначительно, при этом пройденная огнем площадь имеет пятнистую структуру, так как участки с повышенной влажностью покрова остаются не тронутыми огнем. В отдельных случаях беглый низовой пожар может перейти в верховой, особенно в молодых хвойных насаждениях с низко опущенными кронами.

Устойчивые низовые пожары развиваются обычно в середине лета, когда просыхают по всей толщине нижние подгоризонты подстилки. На участках, пройденных устойчивым низовым пожаром, подрост, подлесок, лесная подстилка и валежник сгорают полностью. Обгорают корни и стволы деревьев, в результате насаждения получают серьезные повреждения, а часть деревьев прекращает рост и гибнет. Типичным последствием таких пожаров является размножение в древостоях энтомовредителей и грибковых болезней. На торфянистых почвах устойчивые низовые пожары могут перейти в подземные, а в молодняках и многоярусных насаждениях с наличием хвойного подроста - и в верховые.

Нередки случаи, когда огонь устойчивого низового пожара дважды, а иногда и трижды проходит по одной и той же площади, так как подстилка сгорает послойно, по мере высыхания. Особенно опасны повторные устойчивые низовые пожары в древостоях с поверхностной корневой системой. Возврат огня может привести к полной гибели насаждения. Скорость распространения огня при устойчивом пожаре составляет от нескольких метров до 300 м/ч.

Беглые низовые пожары обычно переходят в стадию устойчивых, так как выгорание легковоспламеняющихся материалов напочвенного покрова создает условия для заглубления огня в нижние подгоризонты подстилки. Таким образом, признаки беглых и устойчивых низовых пожаров могут наблюдаться одновременно.

При верховом пожаре объектом горения является древостой. Чаще всего этот вид является последующей стадией интенсивного низового пожара. Развитию низового пожара в верховой способствуют вертикальная сомкнутость древесного полога, наличие густого хвойного подроста и подлеска и ряд других факторов.

Наиболее подвержены верховым пожарам хвойные молодняки на сухих почвах, заросли кедрового стланика и дуба кустарниковой формы в весенний период при наличии на нем сухих прошлогодних листьев. В горных условиях верховые пожары развиваются в хвойных насаждениях, расположенных в верхней части крутых склонов или на перевалах. Быстро распространяющийся вверх по склону огонь низового пожара вызывает обезвоживание крон деревьев, а впоследствии - их воспламенение. Возникновению и распространению верховых пожаров в значительной степени способствуют засухи и сильные ветры.

Количество верховых пожаров и величины пройденной ими площади сильно варьируют в зависимости от метеорологической ситуации года. В среднем по количеству случаев верховые пожары составляют около 1,5-2%, а пройденная ими площадь - около 10,0-12,0% от площади всех лесных пожаров.

Различают две формы верховых пожаров - устойчивый, или повальный, и беглый. При устойчивом пожаре горение распространяется по всем ярусам растительности одновременно. Сгорают подстилка, живой напочвенный покров, валежник, сухостой, подрост, подлесок, кроны деревьев и обгорают стволы. После такого пожара насаждение гибнет полностью, остаются только обгоревшие или обугленные стволы деревьев. Скорость продвижения устойчивого верхового пожара составляет в среднем 300-600 м/ч, достигая в отдельных случаях 4-5 км/ч.

Беглый верховой пожар развивается только при сильном ветре. Огонь обычно распространяется по пологу древостоя, значительно опережая продвижение низового пожара, что обусловливает скачкообразный характер горения. Обычно количества выделяющегося при горении крон тепла оказывается недостаточно для поддержания и распространения горения. Повышение температуры полога происходит в основном за счет притока тепла от низового пожара. Без такого подогрева горение в кронах прекращается.

Таким образом, распространение пожара происходит в следующей последовательности. Верховой пожар при скачке опережает низовой, сжигая кроны деревьев, а затем оседает и дальше развивается как низовой. При наличии значительного количества напочвенных горючих материалов или вертикальной сомкнутости древесного полога за счет конвекции происходит подсушивание крон древостоя и пожар вновь делает «скачок», переходя в верховой (рис.10).

При горении крон создается тепловая воздушная колонна (тепловой вихрь), которая поднимает искры, горящие веточки и хвою вверх и переносит их на значительные расстояния, создавая новые очаги пожаров. Скорость распространения огня во время скачка по кронам деревьев составляет 20-25 км/ч, иногда достигая 30-40 км/ч. При пожаре в Хабаровском крае в 1976 г. зарегистрирован случай, когда за час выгорела площадь леса около 150 га (Курбатский, Шешуков, 1978).

Верховые пожары уничтожают значительное количество биомассы, образуют длинные шлейфы дыма темного цвета. Во время скачка огня по кронам образуется дымовой столб темнее, чем цвет шлейфа. При проведении космо-визуальных наблюдений идентификационными признаками верхового пожара может служить огонь, наблюдающийся во время скачка по кронам, и дымовой импульс в головной части дымового шлейфа; при авиационных - сильно вытянутая форма пожарища, наблюдаемые с высоты 600 м горящие кроны деревьев и темный цвет дыма.

Специфическим видом лесного пожара является подземный, или торфяной пожар. Он характеризуется распространением огня в торфяном слое лесных почв. При этом горят слои гумуса, торфа, обгорают или сгорают находящиеся в нем корни деревьев диаметром до 10 см (Вонский и др., 1989). Горение при подземном пожаре беспламенное, однако при слабой степени разложения торфа с наличием древесных включений может наблюдаться и пламенный тип горения. Особенностью подземных пожаров являются способность торфа гореть при незначительном доступе кислорода воздуха, что значительно усложняет тушение. Торф прогорает на всю глубину залегания до минерального слоя почвы или до уровня грунтовых вод. Известно (Сретенский, 1980), что для того, чтобы потушить горящий торф водой, его необходимо смочить до 500%-ной влажности.

Возникают подземные пожары, как правило, во второй половине лета и в сухие годы могут действовать осень и зиму до наступления весенних паводков. Верхние слои торфа и торфяно-мохового покрова могут оставаться несгоревшими, а под ними формироваться горящие каверны (пещеры) глубиной 1,0-1,5 м. Это обстоятельство затрудняет определение кромки подземного пожара и создает для людей опасность при ликвидации очагов горения. Кроме того, огонь может выходить на поверхность и создавать новые очаги низовых, а затем и подземных пожаров. Тлеющие частицы торфа с высохших кавальеров мелиоративных канав могут разноситься сильным ветром на расстояние до 50 м и более, создавая новые очаги горения.

Скорость распространения торфяных пожаров составляет от нескольких сантиметров до нескольких метров в сутки. Наибольшее количество этих пожаров регистрируется в засушливые годы. В среднем, по многолетним данным, их количество составляет 0,5-1%, а пройденная огнем площадь - менее 1% площади всех лесных пожаров.

Конфигурация подземного пожарища приближается к кругу. Дым светло-серого цвета поднимается над пологом леса в виде размытой ветром дымки. Характерен для подземного пожара вывал деревьев с направлением их вершин на выгоревшую часть.

 

Интенсивность горения

Все виды лесных пожаров по интенсивности горения делятся на три подвида: высокой, средней и слабой интенсивности. В качестве наглядной характеристики интенсивности низового лесного пожара может служить высота пламени и скорость продвижения фронтальной кромки пожара (табл.5).

Таблица 5 Распределение лесных низовых пожаров па интенсивности

Интенсивность пожара	Характеристика фронтальной кромки пожара
	Высота пламени, м	Скорость продвижения, м/мин
Слабая Средняя Высокая	До 0,5 0,5-1,5 Более 1,5	До 1 1-3 Свыше 3

 

Низовой пожар слабой интенсивности в спелом сосновом насаждении не оказывает существенного отрицательного воздействия на его жизнеспособность, а, напротив, способствует появлению естественного возобновления, снижению кислотности почв и может даже оказать косвенное влияние на увеличение прироста древесины. Интенсивный низовой пожар на той же площади может привести к значительному отпаду деревьев, распаду древостоя, ухудшению товарности и ряду других нежелательных последствий.

Предложенная классификация весьма условна, так как такие показатели, как высота пламени и скорость продвижения фронтальной кромки быстро меняются даже на территории одного таксационного выдела. Поэтому идентификационными признаками подвидов пожара при авиационном патрулировании (высота полета 200 м) приняты следующие характеристики: слабая интенсивность - по кромке огонь не виден; средняя - наблюдается лишь на отдельных участках; высокая - по всему фронту видны языки пламени.

Различия в характеристиках фронтальной кромки пожаров следует учитывать при их тушении. При слабой интенсивности пожара рабочие могут находиться на любом месте у огненной кромки и производить тушение. При средней интенсивности можно подойти к огненной кромке с тыла и в некоторых местах с флангов, а приближаться к головной части пожара для тушения не представляется возможным из-за сильного теплового излучения. Непосредственное тушение низового пожара высокой интенсивности возможно только на незначительной его тыльной части, а на флангах и фронте высокая температура вынуждает рабочих держаться на значительном расстоянии от огненной кромки.

Скорость продвижения фронтальной кромки верховых пожаров может служить надежным классификационным признаком их интенсивности:

	Скорость движения фронтальной кромки, м/мин
Слабая	От 3 до 10
Средняя	От 10 до 100
Высокая	Более 100

 

Интенсивность подземных пожаров определяет глубина прогорания торфа:

	Глубина прогорания, см
Слабая	До 25
Средняя	25-50
Высокая	Более 50

 

Интенсивность пожара может быть определена после его ликвидации по доле (в %) невыгоревших участков в общей площади пожарища. Для пожаров всех видов она составляет: при слабой интенсивности - более 15, при средней - 6-15 и при высокой - менее 6%.

На интенсивность пожара, помимо вида горючих материалов, оказывают влияние метеорологические условия. Так, при I-II классах пожарной опасности по условиям погоды возможны лишь слабые низовые пожары, в то время как при IV-V развиваются преимущественно пожары высокой интенсивности (табл.6). Приведенные в табл.6 диагностические признаки позволяют определить интенсивность пожара при обнаружении, на различных этапах тушения и после его ликвидации.

Таблица 6 - Основные диагностические признаки для определения вида лесного пожара и его интенсивности

Интенсивность пожара	Классы пожарной опасности погоды	Основные виды горючих материалов, особенности пожара и характер повреждения лесного насаждения
Слабая	I-II	Низовой беглый пожар Возникает на участках с травяным (весной, осенью) и лишайниковым (весь сезон) покровом, а также в лиственных насаждениях (весной и осенью), где опад сформирован из опавшей листвы деревьев и кустарников. В основном сгорает усохшая трава, опад листвы или кустистые лишайники. Высота нагара на стволах деревьев - до 1 м, скорость распространения огня - до 1 м/мин, высота пламени - до 0,5 м. Интенсивность горения (мощность тепловыделения с одного погонного метра кромки пожара) - до 100 кВт/м
Средняя	III	Высота нагара на стволах - 1-2 м, скорость распространения огня - 1-3 м/мин, высота пламени - 0,5-1,5 м. Интенсивность горения - 101-750 кВт/м
Высокая	IV	Высота нагара на стволах - более 2 м, скорость распространения огня - свыше 3 м/мин, высота пламени - более 1,5 м. Интенсивность горения - более 750 кВт/м
Слабая	II	Низовой устойчивый пожар Кроме неразложившегося опада (ветошь, листва и т.д.) дополнительно сгорает живой напочвенный покров, кустарнички, подрост и слаборазложившийся слой подстилки (А^10)
Средняя	III	Дополнительно сгорает среднеразложившийся слой подстилки (А^10), а вокруг комлевой части стволов деревьев и валежа она прогорает до минеральной части почвы
Высокая	IV-V	Подстилка сгорает сплошь до минеральных горизонтов почвы. На маломощных скелетных почвах наблюдается вывал деревьев
Слабая	III	Торфяной (подземный) пожар Слой сфагнума прогорает на глубину до 7 см, между корневыми лапами торф прогорает до 30 см; остаются отдельные участки несгоревшего сфагнума и багульника
Средняя	IV	Кроме сфагнума, сгорает очес и торф на глубину до 25 см. У большинства стволов деревьев вокруг комлевой части торф сгорает до минеральных слоев почвы, некоторые корневые лапы перегорают. Отдельные деревья вываливаются. Древостой сильно повреждается. Пожар имеет многоочаговый характер
Высокая	IV-V	Торфяной слой сгорает сплошь до минеральной части почвы. Наблюдается массовый вывал деревьев. Древостой погибает полностью
Слабая	III	Верховой пожар Возникает в хвойных насаждениях со слабой сомкнутостью полога или в состав которых входят лиственница и лиственные породы с долей участия до 3-4 единиц. Пожаром повреждаются участки с групповым расположением хвойных пород. Огонь по кронам распространяется снизу-вверх и в основном за счет поддержки низового пожара
Средняя	IV	Верховой огонь по кронам древостоя распространяется также и горизонтально, часто опережая кромку низового пожара. Пожаром повреждается большая часть (до 60%) древостоя
Высокая	IV-V	Полог древостоя сгорает сплошь или остается несгоревшим только пятнами в отдельных местах

 

Повторяемость пожаров

По повторяемости различают пожары однократного и многократного действия. Повторному распространению огня благоприятствуют сохранившиеся горючие материалы. Так, в весенний период в насаждениях возникают беглые низовые пожары, при которых сгорает только тонкий высохший слой лесной подстилки, в то время как нижние горизонты из-за высокой их влажности остаются не тронутыми огнем. Обгоревшая подстилка приобретает темную окраску, что способствует быстрому ее высыханию и при перемене направления ветра или наличии не затушенных очагов горения наблюдается повторное (а иногда и многократное) возвращение пожара. Для повторных пожаров характерно усиление интенсивности горения и отрицательного воздействия огня на древостой. Например в ельниках, после первого пожара нередко наблюдается ветровал и отмирание части древостоя, а второго - полная его гибель.

И.С.Мелехов (1965) приводит примеры положительного влияния повторных пожаров на стойкость древесины. В результате повторного воздействия огня происходит отслоение коры и высыхание древесины, что в конечном счете повышает ее устойчивость против грибных заболеваний и повреждения насекомыми. Последнее обстоятельство необходимо учитывать при организации мероприятий по разработке горельников.

В летний период в спелых сосновых и лиственничных насаждениях, произрастающих на сухих почвах, пожарами уничтожается основная масса горючих материалов, и повторные пожары здесь в ближайшее время невозможны. Продолжительность периода отсутствия пожарной опасности зависит от скорости накопления лесного спада и формирования достаточной массы живого напочвенного покрова. По данным А.Г.Цикалова (1991), в лиственничниках лишайниковых, произрастающих на многолетней мерзлоте в центральной Эвенкии, запас лишайников и мхов восстанавливается после пожара через 100 лет, а полный комплекс горючих материалов лишь через 120-140 лет. Повторные пожары в лиственничниках возможны только через 30-40 лет, когда запас проводников горения достигает критической величины.