Введение к работе
Актуальность темы. Проблема борьбы с лесными пожарами была и остается одной из самых актуальных проблем в нашей стране и за рубежом. Необходимость усиления охраны лесов от пожаров отражена практически во всех правительственных документах и постановлениях касающихся экологии, сохранения и приумножения лесных ресурсов.
В последние годы в области охраны лесов от пожаров произошли существенные изменения. В распоряжение служб, занятых охраной лесов, поступили современные средства доставки людей и техники к пожарам, а также средства борьбы с огнем. Однако, несмотря на это, ущерб наносимый лесными пожарами хозяйству страны и окружающей преде, продолжает оставаться весьма значительным при ежегодно растущих затратах на их ликвидацию.
Практика nc-азывает, что снижение существенной доли ущерба может быть достигнуто при рациональной организации и эффективном управлении работой людей и техники. Поэтому, наиболее приоритетными в комплексе научных исследований по данной теме остаются задачи прогнозирования развития лесных пожаров и моделирования способов борьбы с ними. В настоящее время существует ряд работ, в которых детально анализируются . физические закономерности развития и остановки лесных пожаров, но которые довольно трудно адаптировать к использованию на практике из-за большого числа избыточной информации и вычислительных трудностей. При оперативном же руководстве в ходе тушения пожаров возникает потребность в моделях, основанных на учёте влияния основных факторов, в так называемых инженерных моделях. Такие модели, реализованные в вице программного обеспечения Для персональных компьютеров, необходимы в диспетчерских пунктах авиабаз (авиаотдепенни) для анализа ситуаций и принятия оптимальных решений, а также для разработки новых, более эффективных способов и мероприятий для борьбы с: лесными пожарами.
Основные цели данной работы: а) экспериментально изучить закономерности процессов распространения и остановки низовых лесных пожаров; б) разработать на этой основе математические модели для прогноза развития и остановки лесных пожаров; в) создать техническую базу по данным направлениям научных исследований, включающую в себя методики исследований, установку для
экспериментальних исследований, алгоритмы и программы, і) предложить новые инженерные и технические решения для борьбы с лесными пожарами.
Общая методика исследовании. Основные положения padoiu сформулированы и обоснованы теоретически с использованием методов десной пирологии, теории планирования эксперимента, математический статистики, вычислительной математики и теории обыкновенных дифференциальных уравнений. Используемые в работе теоретически*; положения и выводы подтверждены экспериментально в ходе проведення научных исследований.
Научная новизна данной работы состоит в том, что на базе перечисленных методов физически обоснованы и реализованы новые подходы к экспериментальному исследованию процессов распро странения и остановки лесных пожаров, получившие конкретной воплощение в виде математических моделей вышеназванных процессов в численном моделировании и анализе полученных моделей, в разработке экспериментального оборудования для автоматизации научных исследований, а также в изучении природы лесных пожаров и разработки мероприятий для борьбы с ними.
Практическая ценность работы заключается в следующем:
1). Разработан метод прогноза скорости продвижения кромки низовых лесных пожаров. Метод позволяет более точно и в широком диапазоне учитывать влияние скорости ветра, крутизны склона, влагосодержания горючих материалов и величины их запаса.
2). Разработан метод расчёта сил и средств на останоьку (локализацию) лесного пожара. Данный метод учитывает прирост длины кромки за время остановки пожара и елияниє интенсивности кромки Позволяет прогнозировать увеличение длины кромки пожара со временем нрк выполнении работ по его остановке и более точно оценивать количество требующихся сил и средств.
3). На основе данных методов разработано программное обеспечение для персональных компьютеров, позволяющее автоматизировать диспетчерский пункт авиаотделения (авиабазы) и предназначенное руководителям тушения для принятия оптимальных решений в ходе борьбы с лесными пожарами.
4). Разработана и изготовлена стационарная лабораторная установка для изучения процессов горения лесных горючих материалов
на базе аэродинамической трубы. Установка позволяет изучать совместное влияние скорости ветра, крутизны склона, влагосодержання горючих материалов и величины их запаса на скорость продвижения кромки низового лесного пожара. Установка имеет специальный аэродинамический модуль для формирования профиля воздушного потока, близкого к естественному (логарифмическому). Точность измерения скорости воздушного потока составляет + 0,2 м/с, точность
задания угла + 0,5.
5). Разработано программное обеспечение, позволяющее автоматизировать экспериментальные исследования и существенно ускорить процесс построения моделей для расчёта скорости распространения ^гня по различным видам лесных горючих материалов.
6). Предложена новая в отечественной практике борьбы с лесными пожарами технология создания долговременных минерализованных полос. Данная технология основана на внесении в почву (на глубину до ю см) гранулированных гербицидов в ходе её механической обработки. Позволяет сократить количество уходов за минполосамн, обеспечить их более высокую эффективность и продлить срок службы до трбх-пяти лет.
7). Разработаны лесотехнические требования на машину для прокладки долговременных минерализованных полос и создан её опытный образец, позволяющип за один проход прокладывать минполосу шириной до двух метров.
Апробация работы. Основные результаты работы были доложены и обсуждены: на Всесоюзном научно-техническом совещании по вопросам профилактики, обнаружения и тушения пожаров (г. Петрозаводск, 1985 г.), на научно-технических конференциях профессорско - преподавательского состава и аспирантов МЛТИ (г. Мытищи; 1986 - 1993 гг. ), на научно - технической конференции профессорско— преподавательского состава и аспирантов Воронежского лесотехнического института (г. Воронеж, 1989 г.), на научно-технической конференции "Интенсификация лесного хозяйства в Западном регионе СССР" (г. Гомель, 1990 г.), на Всесоюзной научно-практической конференции "Совершенствование научного обеспечения лесохозяйСтвенного производства" (г. Пушкино, 1990 г.), на Всесоюзной научно—практической конференции "Охрана и рациональное использование лесных ресурсов" (г. Москва, 1990 г.), на Всесоюзной научно-технической конференции
-a-
"Охрана лесных экосистем и рациональное использование лесных ресурсов'-' (г. Москва, 1991 г.), на кафедре прикладной математической физики МИФИ.
Публикации. По основным материалам диссертации опубликовано ю печатных работ, включая авторское свидетельство.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения и четырёх глав, содержит ш страниц машинописного текста, в том числе а таблиц и п рисунков. Список цитируемой литературы составляет 2U8 наименований, из которых 87 зарубежные.