АКАДЕМІЯ ЦИВІЛЬНОГО ЗАХИСТУ УКРАЇНИ

ТАРАСЕНКО ОЛЕКСАНДР АНДРІЙОВИЧ

УДК 614.84

ВПЛИВ ПРОСТОРОВИХ ФЛУКТУАЦІЙ ПІРОЛОГІЧНИХ ПАРАМЕТРІВ СЕРЕДОВИЩА НА ІНТЕГРАЛЬНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ НИЗОВОЇ ЛІСОВОЇ ПОЖЕЖІ ТА УМОВИ ЇЇ ГАСІННЯ

Спеціальність 21.06.02 – Пожежна безпека

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Харків – 2004

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Академії цивільного захисту України, МНС України

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Абрамов Юрій Олексійович, Академія цивільного захисту України, проректор з наукової роботи

Офіційні опоненти:

- доктор технічних наук, професор Прохач Едуард Юхимович, Харківська філія Державного підприємства МО України “Воєнконверс-43”, директор

- кандидат технічних наук Заїка Петро Іванович, Черкаський інститут пожежної безпеки ім. Героїв Чорнобиля МНС України, начальник кафедри пожежної профілактики

Провідна установа

Харківський державний технічний університет будівництва та архітектури, кафедра комп’ютерного моделювання та інформаційних технологій, МОН України (м. Харків)

Захист відбудеться “30” вересня 2004 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 64.707.01 при Академії цивільного захисту України, за адресою: 61023, м. Харків, вул. Чернишевського, 94.

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Академії цивільного захисту України, за адресою: 61023, м. Харків, вул. Чернишевського, 94.

Автореферат розісланий “27” серпня 2004 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Кривцова В.І.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. На території України лісові пожежі є однією з найпоширеніших природних надзвичайних ситуацій (НС), а ліс, таким чином, - одним з основних потенційних джерел небезпеки. Щорічно в державі фіксується більш 4000 лісових пожеж, основну частину яких складають низові лісові пожежі. Останні являють собою джерело виникнення лісових пожеж інших типів.

Об'єктивні труднощі, пов'язані з доставкою до віддалених, а найчастіше і важкодоступних місць пожежі сил і засобів пожежегасіння, і викликаний цим дефіцит їх на початковому етапі ліквідації НС, вимагають використання науково обґрунтованих рекомендацій з організації оперативно-тактичних заходів. Останні у своїй основі повинні базуватися на закономірностях виникнення і розвитку лісової пожежі, а також враховувати особливості використання сил і засобів пожежегасіння. Найбільш ефективним інструментом виявлення цих закономірностей є математичне моделювання.

На даний момент існує досить велика кількість робіт, у яких розглядаються математичні моделі, що описують різноманітні процеси і параметри, що характерні для лісових пожеж, а також моделі керованого впливу на них. Це роботи Г.А. Амосова, Є.С. Арцибашева, Е.Н. Валендика, О.Ю. Воробйова, А.М. Гришина, Г.О. Доррера, Е.В. Конєва, Н.П. Курбатського, Л.О. Суханова, Г.П. Теліцина, а також F.A. Albini, G. H. Byram, W. Fradsen, R.C. Rothermel, C. Van Vagner і ін. Такі дослідження ведуться й в Україні. Це роботи Ю.О. Абрамова, О.М. Дигало, В.О. Комяк, В.М. Комяк, Л.М. Куценко, М.В. Литвина, Р.Л. Покровського, Г.В. Реви, А.П. Созніка.

Моделі даних авторів використовують різні методи, але в своїй більшості засновані на детермінованих підходах і описах лісової пожежі. Це приводить до того, що моделі будуються лише на основі усереднених характеристик параметрів горючого середовища, і як наслідок, - до ігнорування просторової нерівномірності розподілу лісового горючого матеріалу в реальних умовах. Таким чином, залишається нез’ясованим питання про вплив неоднорідності пірологічних характеристик шару горючої речовини на параметри лісової пожежі і процеси її локалізації і гасіння. Тим самим не враховуються можливості зниження матеріальних витрат, збереження технічних ресурсів і заощадження лісового фонду.

У зв'язку з цим актуальна задача визначення впливу просторових флуктуацій пірологічних параметрів горючого середовища на інтегральні характеристики найбільш часто виникаючих лісових пожеж – низових, а також на ефективність проведення оперативно-тактичних заходів, спрямованих на локалізацію і гасіння низових лісових пожеж.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами і темами. Робота виконана в межах Державної програми забезпечення пожежної безпеки України на 2000 – 2010 рр., а також в рамках держбюджетної НДР № 0103U001197 на замовлення Державного департаменту пожежної безпеки МВС України.

Мета і задачі дослідження. Метою роботи є підвищення ефективності заходів, спрямованих на локалізацію і гасіння низових лісових пожеж, що засновані на використанні математичних моделей інтегральних характеристик пожежі, яка розповсюджується по неоднорідному шару горючого матеріалу.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити наступні задачі:

- розробити математичну модель неоднорідного шару лісового горючого матеріалу, що належить до класу стохастичних описів і конкретизувати поняття просторової неоднорідності шару пального матеріалу;

- виявити механізм поширення вогню по випадковому шару горючого матеріалу і побудувати модель для критичної відстані запалення фрагменту шару лісового пального матеріалу кромкою низової лісової пожежі;

- розробити модель швидкості поширення кромки низової лісової пожежі по випадковому шару горючого матеріалу, виявити основні (найбільш значущі) фактори, що впливають на швидкість поширення пожежі, а також оцінити величину похибки визначення швидкості поширення при врахуванні тільки основних факторів;

- побудувати математичну модель інтегральних характеристик низової лісової пожежі;

- одержати оцінки адекватності (вірогідності) отриманих модельних результатів шляхом порівняння їх з результатами експериментальних досліджень;

- виявити основні можливості й особливості практичного використання отриманих моделей;

- розробити науково обґрунтовані рекомендації керівнику гасіння низової лісової пожежі з метою ефективної її локалізації.

Об’єкт дослідження - процеси, що мають місце в ході розповсюдження і гасіння низової лісової пожежі.

Предметом дослідження - характеристики і параметри низової лісової пожежі.

Методи дослідження: теорія теплопередачі, регресійний аналіз, теорія планування експерименту, теорія ймовірностей, кореляційна теорія випадкових процесів, методи математичної статистики, методи геометричного, аналітичного і чисельного моделювання.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в наступному:

- вперше розроблені критерії, що визначають ступінь просторової неоднорідності пірологічних характеристик випадкового горючого середовища;

- вперше з використанням кореляційної теорії стохастичного аналізу отримана імовірнісна модель швидкості розповсюдження низової лісової пожежі в умовах неоднорідного горючого середовища, а також виявлені основні (найбільш значущі) пірологічні фактори, що впливають на швидкість розповсюдження кромки низової лісової пожежі;

- вперше отримані стохастичні моделі інтегральних характеристик низової лісової пожежі, що розповсюджується в умовах неоднорідного середовища (площа, периметр, імовірність затухання) та показано, що просторові флуктуації пірологічних характеристик призводять до більш швидкого зросту площі і периметра пожежі в порівнянні з площею та периметром пожежі, що поширюється в однорідних умовах;

- вперше з використанням критерію мінімуму часу локалізації і гасіння низової лісової пожежі отримані оптимальні управлінські рішення по початковому розміщенню і напрямку руху сил пожежегасіння вздовж контуру низової лісової пожежі в умовах їх дефіциту, а також показано, що оптимальне рішення визначається значеннями фізичних параметрів в зоні горіння і характеристиками засобів пожежегасіння.

Практичне значення отриманих результатів. Результаті досліджень у вигляді моделей інтегральних характеристик низових лісових пожеж, методик і програмних продуктів є вихідним матеріалом для формування управлінських рішень при локалізації та гасінні низових лісових пожеж.

Методика експериментального визначення залежності швидкості розповсюдження кромки низової лісової пожежі від ступеню неоднорідності пірологічних характеристик горючого середовища, алгоритми побудови моделей для формування бази даних швидкості розповсюдження пожежі, програмний продукт для знаходження оптимального початкового місцеположення і напряму руху сіл та засобів пожежегасіння вздовж кромки лісової низової пожежі, а також рекомендації керівнику гасіння пожежі впроваджені при розробці організаційно-технічних заходів по боротьбі з лісовими пожежами Старокримському державному лісомисливському господарстві (акт від 10.02.04 р.) та Бахчісарайському держлісгоспі (акт від 21.01.04 р.). Використання цих результатів дозволяє підвищити ефективність гасіння низових лісових пожеж в умовах недостачі сил і засобів пожежегасіння близько на 20%.

Програмний продукт для розрахунку оптимального початкового розміщення і напрямку руху сил пожежегасіння вздовж контуру низової лісової пожежі в умовах їх дефіциту та програмний продукт для побудови регресійної моделі відгуку багатофакторного експерименту впроваджено в учбовий процес Академії цивільного захисту України в курсах “Статистичний аналіз” та “Математичне моделювання та теорія прийняття рішень” (акт від 10.03.04 р.), а також “Пожежна тактика” (акт від 10.03.04 р.).

Особистий внесок. У роботах, що опубліковані у співавторстві, особистий внесок здобувача полягає в аналізі математичних моделей лісових пожеж [1], виявленні особливостей та закономірностей розвитку лісових пожеж та в підборі матеріалу в [2], в створенні моделей характеристик шару горючого матеріалу і параметрів лісових пожеж, взаємодії пожежі з силами пожежегасіння [3-10, 13-15], в оцінці ступеню придатності моделей [11, 16].

Апробація результатів дисертації. Основні положення роботи доповідалися й обговорювалися на науково-практичних конференціях: Міжнародній науково-практичній конференції “Проблемы пожарной безопасности. Ликвидация аварий и их последствий” (м. Донецьк, 2002 р.), II Міжнародній науково-практичній конференції “Чрезвычайные ситуации: предупреждение и ликвидация” (м. Мінськ, 2003 р.), VI науково-практичній конференції “Пожарная безопасность” (м. Харків, 2003 г.), науково-практичній конференції “Моделювання лісових пожеж” (м. Харків, 2003 г.), а також на науково-технічних семінарах АЦЗУ.

Публікації. Основний вміст дисертаційної роботи опубліковано в 11 наукових працях у спеціалізованих виданнях, що входять в перелік ВАК України та в 5 тезах доповідей на наукових конференціях.

Структура й обсяг дисертації. Дисертація складається з вступу, 4 розділів, висновків, списку використаних джерел зі 136 найменувань та додатку А, в якому подані програмні продукти, та додатку Б, що містить акти впровадження результатів досліджень. Всього дисертація містить 217 сторінок (з них 72 сторінки – рисунки, таблиці, список літературних джерел та додатки).

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЇ

В першому розділі здійснено огляд особливостей виникнення та поширення лісових пожеж. Вказано на особливу роль саме низових в загальній кількості та генетичній класифікації лісових пожеж. Розглянуто значення фізичних та геометричних параметрів горючого середовища, що впливають на характеристики низової лісової пожежі, насамперед, - на швидкість її розповсюдження. Розглянуті та проаналізовані існуючі математичні моделі різноманітних параметрів низових лісових пожеж, надана класифікація моделей за методами їх побудування. Відзначено, що моделі, які належать до класу детермінованих, не спроможні адекватно описати розповсюдження пожежі по неоднорідному шару лісового горючого матеріалу. Це призводить до хибних результатів при прогнозуванні динаміки пожеж при практичному застосуванні таких моделей. Водночас спостерігається відсутність стохастичних моделей, що здатні на імовірнісному рівні описати параметри низової лісової пожежі та взаємодію її з силами пожежегасіння.

Виходячи з актуальності теми і проведеного аналізу, сформульована задача дослідження – з’ясувати вплив просторової неоднорідності пірологічних характеристик шару лісового горючого матеріалу на інтегральні параметри низової лісової пожежі, а також вивчити можливості практичного використання цього впливу.

В другому розділі показано, що детерміновано описати малі (некартаграфовані) неоднорідності пірологічних характеристик шару лісового горючого матеріалу (ЛГМ) технічно неможливо. Просторові флуктуації параметрів шару можуть бути враховані лише у статистичному сенсі, тобто у вигляді функції розподілу та статистичних моментів.

Отримана стохастична математична модель кожної пірологічної характеристики шару ЛГМ у вигляді випадкової функції з відомим математичним сподіванням і кореляційною функцією, параметри якої визначаються ступенем неоднорідності характеристик шару ЛГМ. Визначено поняття неоднорідності пірологічних характеристик шару в залежності від значень фізичних параметрів низової лісової пожежі. Ступінь неоднорідності шару (радіус кореляції rk) залежить в тому числі від параметрів полум’я пожежі (критичної відстані запалення).

Отримана модель критичної відстані Zкр запалення фрагмента рослинного покриву кромкою низової лісової пожежі

,

де C0 – коефіцієнт випромінювання абсолютно чорного тіла, H – середня висота полум’я, Tсв – найменша температура самоспалахування матеріалу шару, qкр – критична щільність потоку випромінювання, T1 – температура полум’я, , - ступінь чорноти полум’я та матеріалу шару.

Шар горючого матеріалу будемо вважати тим більш неоднорідним, чим менш відрізняється rk від Zкр.

Використовуючи модель пірологічних характеристик шару ЛГМ і модель Ротермела швидкості низової лісової пожежі по однорідному шару ЛГМ = F(, де - запас горючого матеріалу, - питома поверхня часток ЛГМ, h – теплоутворююча здатність, W – вологовміст, - глибина шару, - щільність часток ЛГМ, Se – вміст мінеральних речовин, St – вміст несилікатів, VW – швидкість вітру, отримана модель швидкості V(t) поширення кромки низової лісової пожежі по неоднорідному шару ЛГМ у вигляді стаціонарного нормального випадкового процесу (ВП) з щільністю імовірності

= ,

з сталими значеннями теоретичних моментів MV=const, DV==const, та кореляційною функцією , де урахування ступеню неоднорідності кожної і-ої пірологічної характеристики шару здійснюється за допомогою моделі

,

де А=0,05.

Отримана спрощена модель MV = F*( у вигляді поліному другого порядку. Це дозволило виявити взаємовплив факторів та виявити найбільш значущі з них. Показано, що основними факторами, що визначають швидкість поширення низової лісової пожежі є швидкість вітру, товщина шару, теплоутворююча здатність матеріалу і вологовміст шару ЛГМ.

Показано, що дисперсія швидкості тим вище, чим більше ступінь неоднорідності горючого середовища.

В третьому розділі використовуючи теорію викидів випадкових процесів, отримана математична модель імовірності локалізації низової лісової пожежі, що розвивається в умовах просторово нерівномірно розподілених пірологічних характеристик. Ця модель припускає інтерпретацію у вигляді імовірності локалізації низової лісової пожежі силами пожежегасіння.

Аналіз отриманої моделі показує, що на стадії розгоряння (збільшення ширини кромки) і на стадії розвинутої пожежі (в середньому постійна ширина кромки) неоднорідність пірологічних характеристик підвищує імовірність локалізації пожежі. На третій стадії спостерігається протилежний ефект, - чим більш неоднорідний шар ЛГМ, тим пізніше (чи з меншою імовірністю) відбудеться гасіння.

Достовірність моделі доведена шляхом граничного переходу до класу детермінованих описів при зменшенні ступеню неоднорідності шару.

Отримана математична модель інтегральної характеристики - площі S(t) поширення низової лісової пожежі по неоднорідному шару ЛГМ. Площа пожежі є нестаціонарний ВП, щільність імовірності якого (при відсутності впливу вітру) дорівнює

,

де =S(t0), t0 – час з моменту виникнення до моменту початку гасіння пожежі.

Математичне сподівання MS(t)=+, де - площа розповсюдження по однорідному шару ЛГМ (знаходиться за допомогою детермінованих моделей), - дисперсія радіусу області пожежі, яка асимптотично-лінійно зростає з часом

.

Розглянуто вплив просторової неоднорідності розподілу основних пірологічних характеристик на площу поширення низової лісової пожежі.

Показано, що незважаючи на різний механізм впливу пірологічних характеристик на швидкість поширення низової лісової пожежі, їх флуктуації в середньому призводять до більш швидкого росту площі в порівнянні з площею пожежі, що розвивається в однорідних умовах. Даний результат за однією з характеристик (швидкості вітру) знаходить своє підтвердження в літературі.

В четвертому розділі отримана математична модель іншої інтегральної характеристики – периметру пожежі. Показано, що зламаність контуру низової лісової пожежі визначається ступенем неоднорідності шару ЛГМ та безпосередньо впливає на величину периметра пожежі. Зламаність контуру низової лісової пожежі з часом зростає. Довжина кромки пожежі, з урахуванням її зламаності, є величиною відносної. Значення її, і, відповідно, обсяг робіт з локалізації пожежі, залежать від параметрів використовуваних при гасінні технічних засобів.

Застосування моделі швидкості V() розповсюдження кромки пожежі під впливом вітру

,

де - кут між напрямком швидкості вітру та нормаллю до контуру пожежі, =f(VW, h), V0 – швидкість кромки в відсутності вітру, надає можливість знаходження моделі довжини кромки низової лісової пожежі, що розвивається в умовах вітрового впливу, в залежності від параметрів горючого середовища, ступеня неоднорідності пірологічних характеристик, ефективної ширини гасіння Rэф засобів пожежегасіння і часу t

.

Показано, що довжина кромки пожежі зростає нелінійно з часом, і існуючи методики визначення обсягу робіт з локалізації та гасіння низової лісової пожежі мають потребу в корегуванні.

На основі отриманої моделі побудовані приклади номограм для знаходження довжини кромки пожежі, що можуть бути використані при розрахунку необхідної кількості сил пожежегасіння для локалізації низової лісової пожежі в сосняку лишайниковому в залежності від швидкості вітру VW та інтервалу часу з моменту початку пожежі до моменту прибуття сил пожежегасіння.

Для підтвердження вірогідності отриманих теоретичних результатів були проведені експериментальні дослідження, в яких розглядалось розповсюдження пожежі по більш і менш неоднорідному (II та III серії дослідів відповідно) по вологовмісту та однорідному (I серія) шару ЛГМ. Аналіз експериментів підтвердив правомірність висунутих теоретичних припущень про нормальність та стаціонарність ВП – швидкості руху кромки пожежі (рис. 1).

Рис. 1. Значення радіусів області пожежі. Теоретичні: 1 - за моделлю Ротермела; 2 – за поліноміальною моделлю. Експериментальні: 3 – середні по II серії і довірчі інтервали; 4 – середні по III серії і довірчі інтервали; 5 – по I серії дослідів

Підтверджено більш швидке у середньому зростання площі пожежі в неоднорідних умовах, порівняно з однорідними.

Показано, що існує можливість отримання оптимального тактичного рішення

по вибору початкового розміщення (- кут між відрізком, що поєднує точку на контурі з осередком пожежі та напрямком вітру) і напрямку руху (по чи проти руху годинникової стрілки) сил пожежегасіння вздовж контуру низової лісової пожежі (рис. 2) в умовах дефіциту сил пожежегасіння (для підрозділу, що першим прибув на пожежу). Це оптимальне рішення визначається значеннями фізичних параметрів середовища у зоні горіння і характеристиками застосованих засобів гасіння.

Рис. 2. Вибір початкового розміщення сил та засобів пожежегасіння та напрямку їх руху вздовж кромки пожежі

В основі вибору оптимального рішення покладена мінімізація часу T локалізації пожежі. На основі отриманої моделі часу T локалізації пожежі в залежності від та (рис. 3) створені алгоритм та програмний продукт, що дозволяють виробити оптимальне рішення по початковому розміщенню (рис. 4) та напрямку руху сил пожежегасіння вздовж кромки пожежі.

Рис. 3. Залежність часу гасіння пожежі Т(). 1 – рух з флангу у бік тилу; 2 – рух з флангу у бік фронту

Рис. 4. Залежність від часу t0 (додатній напрямок руху). 1 - ; 2 - ; 3 -

Програма дозволяє ураховувати залежність інтенсивності пожежі від напрямку вітру, зміну параметрів технічних засобів та швидкості гасіння при локалізації тих чи інших тактичних елементів кромки пожежі, зниження працездатності сил пожежегасіння с часом, зниження тиску у рукавних лініях при їх нарощуванні. Застосування тактики, що засновано на виборі оптимальних параметрів розміщення та напрямку руху сил пожежегасіння дозволяє підвищити ефективність заходів, що спрямовані на локалізацію пожежі (рис. 5).

Рис. 5. Залежність величини ефекту від часу t0. 1 -; 2 - ; 3 -

Для підрозділу, що першим прибув на місце пожежі, рекомендованою тактикою є гасіння пожежі при русі з флангу убік фронту. Початкове місцеположення сил пожежегасіння вздовж контуру при цьому визначається в залежності від параметрів горючого матеріалу лісу, швидкості вітру та засобів пожежегасіння.

ВИСНОВКИ

У роботі отримані нові науково обґрунтовані результати, що у сукупності забезпечують рішення науково-практичної задачі по вивченню впливу просторових флуктуацій пірологічних параметрів середовища на інтегральні характеристики низової лісової пожежі й умови його гасіння. При цьому:

1. Показано, що лісові пожежі є однією з найпоширеніших природних небезпек. Найбільше поширеним типом лісових пожеж є низові. По генетичній класифікації низові пожежі можна назвати основним видом лісових пожеж, а підземний і верхові – похідними.

2. З'ясовано, що для успішної ліквідації вогнищ низових лісових пожеж необхідно знати закономірності їх розвитку і взаємодії із силами пожежегасіння. Найбільш ефективним інструментом виявлення даних закономірностей є математичне моделювання.

3. Показано, що на характер розвитку низової лісової пожежі впливають не тільки неоднорідності макромасштабу (тобто ті, що порівняні з масштабом всього лісового масиву), але і малі (некартографовані) неоднорідності шару лісового горючого матеріалу.

4. Проведений огляд літератури продемонстрував відсутність математичних моделей лісових пожеж, що враховують малі неоднорідності (флуктуації) пірологічних характеристик шару лісового горючого матеріалу.

5. Показано, що детермінований підхід неприйнятний для завдання просторових флуктуацій пірологічних характеристик, і для опису такого шару необхідно використовувати імовірнісні методи.

6. Отримана стохастична математична модель неоднорідного шару горючого матеріалу, чиї пірологічні характеристики піддаються просторовим флуктуаціям. Шар рослинного горючого матеріалу являє собою векторне випадкове поле, що задається середніми значеннями, дисперсіями і радіусами кореляції. Показано, що поняття неоднорідності шару є відносним. Критерієм у визначенні поняття неоднорідності є масштабний фактор, властивій кромці низової лісової пожежі.

7. Використовуючи відомий з пожежно-технічної літератури підхід, визначений цей масштабний фактор – критична відстань запалення фрагмента шару рослинного матеріалу кромкою низової лісової пожежі.

8. Використовуючи модель неоднорідного шару ЛГМ і модель Ротермела швидкості низової лісової пожежі по однорідному шару ЛГМ, отримана модель швидкості поширення кромки низової лісової пожежі по неоднорідному шару ЛГМ у вигляді стаціонарного нормального випадкового процесу. Показано, що дисперсія швидкості тим вище, чим вище ступінь неоднорідності горючого середовища.

9. Для спрощення моделі швидкості поширення низової лісової пожежі проведена її апроксимація у вигляді поліноміальної залежності. Водночас це дозволило виявити найбільш значущі параметри, що впливають на швидкість пожежі. Показано, що основними факторами, що визначають швидкість поширення низової лісової пожежі є швидкість вітру, товщина шару, теплоутворююча здатність матеріалу і вологовміст шару ЛГМ.

10. Отримано математичну модель імовірності самолокалізації низової лісової пожежі, що розвивається в умовах просторово нерівномірно розподілених пірологічних характеристик. Дана модель допускає інтерпретацію у вигляді імовірності локалізації низової лісової пожежі силами пожежегасіння. Показано, що на першій і другій стадіях розвитку пожежі неоднорідність пірологічних характеристик підвищує імовірність локалізації пожежі. На третій стадії спостерігається протилежний ефект, - чим більш неоднорідний є шар ЛГМ, тим пізніше (або з меншою імовірністю) відбудеться гасіння. Справедливість отриманої моделі доведена шляхом граничного переходу до класу детермінованих описів.

11. Отримано математичні моделі інтегральних характеристик низової лісової пожежі – площі і периметра в умовах вітрового впливу. Показано, що облік флуктуацій пірологічних параметрів шару ЛГМ призводить до збільшення значень даних характеристик у порівнянні з детермінованими моделями, у яких вплив флуктуацій ігнорується. Показано, що з часом зростає зламаність контуру пожежі, що приводить до нелінійного росту периметра. Довжина кромки пожежі, з урахуванням її зламаності, є величиною відносною. Значення її, і, відповідно, обсяг робіт з локалізації пожежі, залежать від тактико-технічних параметрів використовуваних при гасінні технічних засобів.

12. Підтверджено вірогідність отриманих результатів шляхом проведення експериментальних досліджень по з’ясуванню впливу неоднорідностей пірологічних параметрів (на прикладі вологовмісту шару) на периметр контуру низової лісової пожежі.

13. Показано, що існує можливість знаходження оптимального тактичного рішення по початковому розміщенню і напрямку руху сил пожежегасіння уздовж контуру низової лісової пожежі в умовах дефіциту сил пожежегасіння. Дане оптимальне рішення визначається значеннями фізичних параметрів у зоні горіння і характеристиками використовуваних вогнегасних засобів. В основі вибору оптимального рішення покладена мінімізація часу локалізації пожежі. На основі отриманої моделі часу локалізації пожежі створена комп'ютерна програма, що дозволяє виробити оптимальне рішення по тактиці гасіння пожежі. Для підрозділу, що першим прибув на місце пожежі, рекомендованою тактикою є гасіння пожежі при русі з флангу убік фронту. Оптимальне початкове місцеположення сил пожежегасіння визначається параметрами ЛГМ, ступенем їх неоднорідності, швидкості вітру, тактико-технічними параметрами засобів гасіння. Використання рекомендованої тактики збільшує ефективність гасіння низової лісової пожежі на приблизно на 20%.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

11.

12.

13.

14.

15.

16.

АНОТАЦІЯ

Тарасенко О.А. Вплив просторових флуктуацій пірологічних параметрів середовища на інтегральні характеристики низової лісової пожежі та умови її гасіння. – Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук по спеціальності 21.06.02. – “Пожежна безпека”. Академія цивільного захисту України, Харків, 2004 р.

Побудовані імовірнісні математичні моделі неоднорідного шару лісового горючого матеріалу і швидкості розповсюдження низової лісової пожежі по ньому. Швидкість є стаціонарний випадковий процес з математичним сподіванням, що знаходиться за моделлю Ротермела та дисперсією тим більшою, чим більше ступінь неоднорідності середовища. Модель швидкості дозволяє знайти інтегральні параметри пожежі – площі та периметру, а також імовірності гасіння пожежі. Показано, що величина периметра, а отже і об’єм робіт з локалізації пожежі, безпосередньо залежить від зламаності контуру. Остання зростає з часом і залежить від ступеню неоднорідності горючого шару та тактико-технічних параметрів засобів пожежегасіння. Урахування впливу вітру та залежності швидкості гасіння пожежі від часу дозволяє знайти мінімальний термін, що потрібен для локалізації пожежі. Це дозволяє оптимізувати початкове місцеположення сил пожежегасіння та напрямок їх руху вздовж контуру пожежі. Рекомендованою тактикою гасіння є локалізація пожежі при русі з флангів в сторону фронту.

Ключові слова: низові лісові пожежі, неоднорідність горючого середовища, оптимальна тактика пожежегасіння.

АННОТАЦИЯ

Тарасенко А.А. Влияние пространственных флуктуаций пирологических параметров среды на интегральные характеристики низового лесного пожара и условия его тушения. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 21.06.02. – “Пожарная безопасность”, Академия гражданской защиты Украины, Харьков, 2004 г.

Слой лесного горючего материала описывается в виде случайного векторного поля. Задание такого слоя возможно с помощью его моментов – математического ожидания, дисперсии, а также радиуса корреляции. Последний параметр связан с характеристиками пламени, и определяет степень неоднородности слоя.

Скорость распространения низового лесного пожара по неоднородному слою горючего материала задается как нормальный стационарный случайный процесс, математическое ожидание которого находится по модели Ротермела. Дисперсия скорости тем выше, чем более неоднороден слой. Модель обобщает собой детерминированные описания, которые игнорируют пространственные флуктуации пирологических параметров среды, оперируя лишь усредненными значениями. Полиномиальная аппроксимация модели Ротермела позволила выявить наиболее значимые пирологические параметры, влияющие на скорость кромки пожара, - скорость ветра, толщину слоя, теплотворную способность, влагосодержание.

Учет ветрового воздействия позволяет найти интегральные характеристики пожара – площадь и периметр, а также вероятность тушения. Показано, что рост площади пожара по неоднородному слою горючего материала в среднем происходит быстрей, чем при распространении по однородному слою.

Величина периметра пожара, а значит, и объем работ по его локализации, непосредственно зависит от степени изрезанности контура, которая растет со временем и зависит от степени неоднородности слоя. Кроме того, она определяется тактико-техническими характеристиками используемых пожаротушащих средств. Получены примеры номограмм для определения времени тушения низового лесного пожара в зависимости от скорости ветра и разных типов технических средств (с помощью ранцевых опрыскивателей и с помощью пожарного ствола).

С целью проверки достоверности полученных модельных описаний проведена серия экспериментов, показавших правомерность теоретических допущений, лежащих в основе модели – нормальности и стационарности скорости распространения низового лесного пожара по неоднородному слою горючего материала.

Учет фактора ветра и зависимости скорости тушения от времени позволяет найти минимальное время локализации пожара с учетом степени неоднородности горючего материала, используемого технического средства тушения и продолжительности временного интервала с момента возгорания до момента начала тушения. Это позволяет получить оптимальное управленческое решение по первоначальному местоположению сил пожаротушения и направлению их движения вдоль контура пожара. Для решения этой задачи создан алгоритм и компьютерная программа. Рекомендованной тактикой тушения является локализация пожара при движении сил пожаротушения с флангов в сторону фронта. Такое решение руководителя тушения пожара приводит к повышению эффективности оперативно-тактических мероприятий примерно на 20%.

Ключевые слова: низовые лесные пожары, неоднородность горючей среды, оптимальная тактика пожаротушения.

ANNOTATION

Tarasenko A.A. Influence of space fluctuation of pyrologic parameters environment on integral characteristics of surface fire and condition fighting it. – Manuscript.

Dissertation for scientific degree of candidate of technical science in the speciality 21.06.02 – “Conflagration safety”, Academy of civil protection of Ukraine, Kharkiv 2004.

Probability mathematical models of a non-uniform layer of a flammable surface fuels and the speed of surface fire distribution are constructed. The speed is discussed as a stationary random process with a mathematical expectation, which can be found with the Rotermel model. Therefore occur, then the high a degree of non-uniformity of environment, the greater is the dispersion. The model of speed allows to find integral parameters of a fire which are an area, a perimeter and a probability of fire suppression. It is shown, that the value of perimeter as well as the amount of work for fire localization depends on contour fracture directly. The fracture is grow with the time and depend on a layer degree of non-uniformity of a layer and tactics-technical characteristics of fire suppression means. The regarding for a wind factor and suppression speed dependence on time allows to define the minimal time fire localization. The fire localization while movement from flanks to the front direction is recommends as a better tactics of fire suppression.

Keywords: surface fires, non-uniform of flammable surface fuels, optimum tactics of fire suppression.

Підп. до друку 1.04.04 | Формат 60х84 1/16

Друк ризограф

Тираж 100 прим. | Ум. друк. арк. 1,0

Зам. 278

АЦЗУ, 61023, м. Харків, вул. Чернишевського, 94