Содержание к диссертации
Введение
1. Пути повышения эффективности управления в системе противопожарной безопасности 14
2. Анализ, визуализация и прогнозирование пожарной безопасности в территориально распределенной системе региона 32
3. Оценка показателей пожарной безопасности в регионе с применением статистического моделирования 77
4. Анализ экологических и технико-экономических показателей пожаров и их взаимосвязей 102
5. Математическое моделирование нерегулируемых процессов экологического воздействия пожаров на окружающую среду 124
6. Экспериментальное исследование экологических параметров пожаров 150
7. Оптимизация функционирования системы противопожарной службы и результаты внедрения 182
Заключение 213
Список литературы 216
Приложение 234
- Пути повышения эффективности управления в системе противопожарной безопасности
- Анализ, визуализация и прогнозирование пожарной безопасности в территориально распределенной системе региона
- Оценка показателей пожарной безопасности в регионе с применением статистического моделирования
- Анализ экологических и технико-экономических показателей пожаров и их взаимосвязей
Введение к работе
Актуальность проблемы. Пожары являются мощным фактором, негативно влияющим на экономику страны и национальную безопасность. Материальный урон от пожаров сопоставим с ущербом, который причинен выявленными преступлениями экономической направленности. Причем, если по преступлениям часть ущерба возмещается, то урон от пожаров не только не восполним, но и требует еще больших затрат для восстановления уничтоженных материальных ценностей. Как известно, полные потери от пожаров составляют почти 5% от бюджета страны. Проблема повышения эффективности борьбы с пожарами является чрезвычайно актуальной и требует разработки мер, которые бы позволили при существующей численности и технической оснащенности подразделений ГПС эффективно решать боевые задачи.
Исследование допустимой вероятности воздействия опасных факторов пожаров, включая и экологическое, имеет первостепенное значение для теории и практики защиты населения от пожаров и их последствий. При анализе пожаров большее внимание уделяется исследованиям риска гибели людей и материальных ценностей, нежели решению экологических проблем. Поэтому, задачи экологического воздействия пожаров на окружающую среду находятся в постановочной стадии исследования. Какие-либо количественные экологические характеристики отсутствуют, кроме статистических данных.
Анализ известных математических моделей по определению допустимой вероятности воздействия опасных факторов пожаров на людей показал, что в них не рассматриваются экологические факторы. По мнению проф. Ха-рисова Г.Х. даже по вопросам допустимой вероятности воздействия опасных факторов не экологического характера пожаров на людей к настоящему времени нет однозначного ответа. В известных целевых функциях отсутствуют составляющие по экологическому ущербу от пожаров.
В связи с вышеизложенным, моделирование процессов воздействия пожаров на окружающую среду является актуальной задачей, решение которой позволит проводить прогнозные оценки, экспертизу экологического загрязнения биосферы от последствий пожаров и оценить ущерб.
Решение задачи оптимизации обслуживания требований, поступающих в пожарные подразделения на тушение пожаров с привлечением теории массового обслуживания, будет способствовать и правильному размещению пожарных подразделений в жилых зонах, определению количества задействованной пожарной техники на пожарах с заданной вероятностью обслуживания объекта тушения. Минимизация времени тушения пожаров также позволит сократить время работы источника загрязнения окружающей среды — очага пожара. Эта задача является неотъемлемой частью общей экологической проблемы по защите окружающей среды от воздействия вредных выбросов пожаров.
Работа выполнена в соответствии с Федеральной целевой программой «Снижение рисков и смягчение последствий чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера в Российской Федерации до 2010 года», целевой программой Воронежской области и с одним из основных научных направлений Воронежского государственного технического университета «Проблемно-ориентированные системы управления».
Цель и задачи исследования. Целью диссертационного исследования является исследование и анализ экологических показателей влияния пожаров на окружающую среду, моделирование процессов экологического воздействия пожаров, оптимизация функционирования системы противопожарной безопасности и управление риском социально-экономических последствий на основе прогнозирования ситуации в территориально распределенной системе региона.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
провести анализ путей повышения эффективности управления в системе противопожарной безопасности;
обосновать методы прогнозирования и решения оптимальных задач процессов пожаротушения и оценки влияния пожаров на окружающую среду;
разработать информационный мониторинг для прогнозирования и принятия решений с учетом риска неблагоприятных ситуаций по пожарной безопасности территориальных единиц региона;
развить математическую модель нерегулируемых процессов горения на пожарах для получения их режимных параметров;
разработать математическую модель диффузионного рассеивания загрязняющих веществ, содержащихся в продуктах горения на пожарах, для проведения прогнозных оценок и экспертизы экологического воздействия пожаров на окружающую среду;
развить вероятностную модель теории массового обслуживания применительно к тушению пожаров и разработать алгоритм на ее основе по определению оптимального количества подразделений пожарной части;
разработать методику комплексного расчета с применением ЭВМ ущерба от пожаров, включая ущерб от воздействия загрязняющих веществ на окружающую среду,
проверить адекватность математических моделей реальным условиям загрязнения окружающей среды на пожарах;
разработать математическую модель экологического воздействия пожаров на окружающую среду, зависящего от их режимных параметров;
разработать методику оптимизации размещения пожарных депо;
разработать методику определения ущерба от экологического воздействия пожаров на окружающую среду и его долю в составной части общего материального ущерба;
разработать оптимальную систему функционирования деятельности подразделений противопожарной службы.
Методы исследования. Для решения поставленных задач были использованы методы многовариантного моделирования на основе ГИС-технологий, теории массового обслуживания и нечетких множеств и теории управления и системного анализа.
Научная новизна. В диссертации получены следующие результаты, характеризующиеся научной новизной:
Математические модели нерегулируемых процессов горения, диффузионного рассеивания загрязняющих веществ, включающих решение систем уравнений энергии, диффузии, и полученных на их основе аналитических зависимостей для расчета существующих параметров пожаров с учетом температуры, теплоты, скорости и времени перемещения фронта пламени, максимальных массовых выбросов и полей концентраций загрязняющих веществ при их диффузионном рассеивании;
Аналитические зависимости, полученные на основе математического моделирования диффузионного рассеивания загрязняющих веществ, содержащихся в продуктах горения на пожарах, позволяющие проводить прогнозные оценки и экспертизу экологического воздействия пожаров на окружающую среду с учетом метеорологических, теплофизических и антропогенных параметров, скорости распространения факела;
Вероятностная модель теории массового обслуживания и алгоритм, ориентированные на пожаротушение и структурную оптимизацию системы противопожарной службы;
Математическая модель процессов горения и полученные на ее основе аналитические зависимости, позволяющие определять время горения на каждой стадии, скорость распространения фронта пламени, количество образующихся загрязняющих веществ и их максимальные концентрации;
Алгоритм и методика определения экологического ущерба, ориентированные на машинную обработку на основе полученных аналитических зависимостей и разработанной функции цели;
Статистическая модель, позволяющая получать оценки загрязняющих веществ в помещениях, подверженных пожару в абсолютном значении;
Информационный мониторинг состояния и прогнозирования развития ситуаций по противопожарной безопасности территориальных единиц репюна, обеспечивающий выбор опережающих управленческих решений для минимизации риска возникновения пожаров и экологического ущерба;
Прогностические модели адаптивного краткосрочного прогнозирования, позволяющие получать прогнозные оценки по основным видам пожарной безопасности по территориальным единицам региона;
Оптимизационная модель интерактивного выбора управляющих воздействий, учитывающая ограниченные ресурсы и цели системы обеспечения пожарной безопасности объектов и населённых пунктов.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, содержащихся в работе, подтверждены:
применением фундаментальных аэродинамических и диффузионных законов для газообразных и жидких сред, процессов горения на пожарах, подтвержденных статистической теорией и экспериментом;
соответствием результатов лабораторных и натурных исследований и численного эксперимента, выполненных с использованием современных приборов и методов испытаний со степенью достоверности 92%, в том числе теории математической статистики и теории вероятности;
использованием различных методов исследований, позволяющих с разных сторон изучить одни и те же процессы и явления, положенные в основу предлагаемых решений.
Практическое значение работы заключается в апробации и внедрении новых методик по прогнозным оценкам и экспертизе экологического воздействия пожаров на окружающую среду, оптимизации характеристик размещения пожарных подразделений в селитебной зоне с учетом экологических параметров и определению экологического ущерба. Информационный мониторинг, полученный на основе ГИС-технологий, позволяет формировать комплекс мероприятий, направленных на опережающие управленческие решения по уменьшению риска пожаров и экологического воздействия в административных территориальных единицах региона.
Результаты диссертации используются в процессе обучения студентов по курсам «Экология», «Пожарная тактика», «Экономика пожарной безопасности» в Воронежском государственном архитектурно-строительном университете, в пожарно-техническом училище МЧС РФ, в Воронежском институте высоких технологий и в подразделениях Государственной противопожарной службы Воронежской области.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах: 11-ой научно-технической конференции «Системы безопасности» - СБ-2002 (Москва, 2002 г.); Всероссийской конференции «Интеллектуальные информационные системы» (Воронеж, 2005 г.); Всероссийской конференции «Интеллектуализация управления в социальных и экономических системах» (Воронеж, 2006, 2007 гг.); ежегодных конференциях Воронежского государственного архитектурно-строительного университета (2002-2006 гг.).
Публикации. По теме диссертации опубликована 41 научная работа, в том числе 13 публикаций в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, и одна монография.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, семи глав и заключения, изложенных на 215 страницах машинописного текста,
содержит список литературы из 184 наименований, 60 рисунков и 37 таблиц.
В первой главе даётся анализ состояния системы управления противопожарной безопасностью, определяются основные направления развития системы противопожарной безопасности и рассматривается применение методов прогнозирования и решения оптимальных задач процессов пожаротушения и оценки влияния пожаров на окружающую среду. Определены цель и задачи исследования.
Во второй главе проведен статистический анализ показателей пожарной безопасности по районам Воронежской области на основе визуализации и трансформации информации, который используется для информационной поддержки принятия управленческих решений органами противопожарной службы и оценки риска возникновения пожаров и их последствий в регионе. Получены тематические карты по результатам классификации территориальных единиц региона по основным показателям пожарной безопасности с использованием ГИС-технологий. Проведена оценка динамики основных показателей пожарной обстановки в регионе, построены прогностические модели методами точного, краткосрочного и долгосрочного прогнозирования и получены прогнозные оценки по основным видам пожарной безопасности для территориальных единиц региона.
В третьей главе выявлена статистическая согласованность между факторами, характеризующими пожарную обстановку в регионе на основе корреляционного анализа и построены регрессионные модели, учитывающие последствия возникновения пожаров: смертность, травматизм, экономический ущерб. Проведена классификация территориальных единиц региона по показателям пожарной обстановки на базе кластерного анализа и предложена оценка территориальных единиц региона по риску возникновения пожарной ситуации на основе дискриминантного анализа.
Четвертая глава посвящена анализу экологических и технико-экономических показателей пожаров и их взаимосвязей. Рассматривается биогеоценоз и взаимосвязи его составляющих, дается анализ экологической опасности и материального ущерба от пожаров, а также сформулированы и определены социально-экономические и экологические параметры ущерба от пожаров.
В пятой главе представлена математическая модель, позволяющая оценить экологическое воздействие пожаров на окружающую среду. Исследовано воздействие процесса горения газовых сред на пожаре на окружающую среду, входящих в полученную аналитическую зависимость, позволяющую проводить прогнозный анализ загрязнения окружающей среды вредными веществами, содержащимися в продуктах горения. Приведенная математическая модель позволяет производить прогнозные оценки и экспертизу загрязнения окружающей среды вредными веществами, содержащимися в продуктах сгорания газообразных сред на пожарах.
В шестой главе разработаны методика проведения экспериментальных исследований и практическое проведение наблюдений на пожаре. Показано, что точность проводимых экспериментальных наблюдений составляет 92%. В результате исследования полей концентраций оксида углерода вокруг очага пожара, определена зависимость их изменения от изменения площади пожара. Экспериментально подтверждена адекватность математической модели реальным условиям загрязнения окружающей среды на пожаре.
В седьмой главе сформированы оптимальные требования уровня обслуживания пожарными подразделениями пожаров, определены экономические расходы на содержание служб пожарной безопасности при ограниченных ресурсах, проведена оптимизация показателей оперативной деятельности подразделений пожарной части, дан анализ результатов исследования и внедрения.
В заключении приведены основные результаты работы, полученные в диссертационной работе.
Пути повышения эффективности управления в системе противопожарной безопасности
Место системы управления противопожарной безопасностью административно территориальных единиц региона в структуре государственной противопожарной службы (ГПС ATE) определяется совокупностью следующих основных функций управления [143]: получение, обработка, анализ, оценка, учет и контроль данных состояния сил и средств; подготовка выводов из имеющейся информации о состоянии сил и средств; принятие организационных, оперативных решений при разработке выводов из оценки состояния сил и средств; принятие организационных, оперативных решений при формировании замысла плана применения сил и средств для тушения пожаров; принятие оперативных (в том числе управляющих, согласующих) решений при планировании использования сил и средств для ведения боевых действий по тушению пожаров, в том числе при разработке плана этих действий, планирующих и других регламентирующих документов службы пожарной охраны с постановкой конкретных задач участникам; принятие решений при проведении предварительного планирования мероприятий; обеспечение профессиональной и других видов подготовки личного состава; организация управления силами и средствами; взаимодействие сил и средств с силами и средствами других министерств и ведомств; доведение необходимой оперативной информации и информации взаимодействия (согласования) до подчиненных и взаимодействующих органов управления, соответственно; контроль выполнения подчиненными (приданными) силами и средствами поставленных перед ними задач по организации и несению службы. Данные функции управления характерны для всех элементов трехуровневой иерархической системы управления ГПС ATE [143, 159]. Различия определяются лишь степенью детализации и масштабами информации, а также уровнем компетентности и оперативности принимаемых управленческих решений.
Назначение системы управления ГПС ATE состоит в том, чтобы обеспечить постоянную высокую боевую готовность подчиненных подразделений, их всестороннюю подготовку к ведению боевых действий и максимальную эффективность использования при решении поставленных задач в процессе проведения пожаротушения и ликвидации аварий. Достижение этой цели связано с решением целого круга задач, составляющих основное содержание управления. Одной из таких задач управления является задача непрерывного сбора, изучения, обработки и анализа полученных данных [143].
Управленческие решения различного уровня компетенции, как правило, вырабатываются на основе отдельных блоков, а не всей совокупности информации, что не всегда адекватно отражает общую картину состояния среды и объекта управления. Зачастую при принятии оперативных управленческих решений остаются недоступными для руководителя существенные для рассматриваемой ситуации фактологические сведения. За счет этого значительно снижаются качество и эффективность управления, предметная обоснованность и экономическая целесообразность принимаемых управленческих решений. Постоянное увеличение объема разнообразной информации, которую необходимо в кратчайшие сроки целенаправленно собрать, обработать, проанализировать и выйти на принятие оптимальных управленческих решений, невозможно осуществить без применения в повседневной практике подразделений и служб ГПС современных информационных технологий [143].
Особое внимание уделяется вопросам службы и подготовки, т.е. вопросам, непосредственно связанным с обеспечением боевых действий подразде 1 лений пожарной охраны. Основным критерием эффективности управления в данных вопросах является снижение материальных и социальных последствий от пожара (аварии), которое достигается за счет следующих основных факторов [143]: минимизация времени обработки заявки на выезд; минимизация времени следования подразделений к месту вызова; эффективное проведение разведки; оптимальная расстановка сил и средств на месте пожара; оптимизация выбора "решающего направления"; выбор оптимальных средств и методов пожаротушения и т.д..
Вместе с этим эффективность управления ГПС ATE во многом определяется тем, насколько качественно организован сбор, поиск и обработка данных. Под качеством в данном случае подразумеваются полнота, достоверность, своевременность поступающей информации, а также доступность и достаточная для принятия решения скорость ее обработки. Информационная система (ИС) системы управления ГПС ATE представляет собой комплекс специальных средств, а также органов по сбору, обработке и передаче в удобном для использования виде данных на рабочие места сотрудников [143, 160].
Так как условия научно-технического прогресса требуют от руководителей всех служб и подразделений пожарной охраны научного подхода при выработке управленческих решений, использованию объективных закономерностей в различных областях знаний, то вопросам информационной поддержки процессов управления в системе ГПС традиционно уделяется особое значение. Результатом работ в этом направлении явилось создание в централизованном порядке на базе ВНИИПО МВД РФ типовых аппаратно-программных комплексов по автоматизации различных сторон деятельности гарнизонов пожарной охраны. На определенном этапе развития ГПС эти комплексы в значительной мере удовлетворили реальные информационные потребности территориальных управлений.
Анализ, визуализация и прогнозирование пожарной безопасности в территориально распределенной системе региона
В комплексе мероприятий защиты населения и объектов народного хозяйства от последствий чрезвычайных ситуаций важное место занимают выявление и оценка пожарной обстановки, которая является одной из важнейших составляющих общей оценки обстановки, складывающейся в условиях чрезвычайных ситуаций [108, 143].
К основным функциям органов управления с учетом особенностей условий функционирования противопожарной службы региона относятся: 1)сбор, обработка и выдача данных оперативной обстановки в гарнизоне, состоянии, ресурсной обеспеченности и функциональной готовности подразделений к выполнению боевых задач; 2) сбор и обработка сведений о пожарно-тактических характеристиках обслуживаемых территорий, находящихся на данных территориях объектах, зданиях, сооружениях, наличии и состоянии транспортных сетей, систем противопожарного водоснабжения и т.п.; 3) сбор, накопление и обработка информации о боевой деятельности, организации службы и подготовки в гарнизонах пожарной охраны; 4) сбор, накопление и обработка информации о деятельности органов противопожарной службы по осуществлению пожарного надзора; 5) сбор, обработка и анализ данных материально-технической, экономической и кадровой составляющих деятельности противопожарной службы; 6) обмен данными между подсистемами, входящими в состав противопожарной службы региона; 7) проведение комплексного системного анализа итогов деятельности противопожарной службы региона, включая анализ взаимовлияния различных факторов и сторон деятельности; 8) получение на основе собранной и обработанной информации экспертной оценки обстановки и выработка на различных уровнях управления вариантов возможного решения.
Таким образом, оценка пожарной обстановки в территориально распределенной системе региона является актуальной проблемой, которая требует детального анализа и применения современных компьютерных технологий.
На первом этапе исследования был проведен сбор и анализ основных показателей, характеризующих пожарную обстановку по административно-территориальным единицам Воронежской области за период с 2000 по 2006 гг. Сводные данные по общему количеству пожаров по районам Воронежской области и городу Воронежу, ущербу от пожаров, а также сведения о количестве погибших и травмированных во время пожаров представлены в табл. 2.1-2.4.
Соотношение общего количества пожаров по районам Воронежской области за 2000-2006 год представлено на рис. 2.1, из которого видно, что наибольшее количество пожаров зафиксировано в Лискинском, Семилукском и Новоусманском районах, а в Каменском, Ольховатском и Репьевском районах - наименьшее количество пожаров. На рис. 2.2 представлено соотношение общего объема ущерба от пожаров по районам Воронежской области за последние 2 года, из которого видно, что наибольший ущерб от пожаров отмечается в Лискинском районе, который составляет за 2 года более 12 млн. руб., а наименьшие убытки от пожаров зафиксированы в Эртильском районе, менее 500 тыс. руб. за 2 года.
Соотношения количества погибших и травмированных людей во время пожаров по районам Воронежской области представлены на рис. 2.3, 2.4. Из рис. 2.3 видно, что наибольшее количество людей погибло в Семилукском, Лискинском, Бобровском и Новоусманском районах, более 100 за последние 7 лет. Наибольшее количество травмированных людей, более 120 человек за последние 7 лет, зафиксировано в Павловском районе (рис. 2.4), а также в Калачеевском, Кантемировском, Лискинском, Острогожском, Россошанском и Семилукском районах.
Соотношение общего количества пожаров по районам города Воронежа за 2000-2006 год представлено на рис. 2.5, из которого видно, что наибольшее количество пожаров за последние семь лет зафиксировано в Левобережном районе (1739), а в Ленинском районе - наименьшее количество пожаров (891).
Применение метода картографического анализа не только позволяет показать пространственное положение тех или иных явлений, но и помогает раскрывать смысл и значение этих явлений в их взаимосвязях, исходя из целей исследований. Важную роль в изучении пространственно-распределенной информации по пожарной безопасности имеет картографический анализ. Специальная карта дает возможность видеть взаимосвязи между распространением пожаров и определенными географическими факторами данной местности, а также обеспечивает с одной стороны - необходимую объективность и глубину анализа имеющихся взаимосвязей, а с другой синтез рассматриваемых явлений применительно к конкретной территории. Взаимодействие статистического моделирования с картографическим анализом предлагается решать с использованием геоинформационных систем. ГИС являются современными средствами интеграции статистического анализа и математического моделирования со средствами управления базами данных для исследования пространственно-организационных данных [106, 170].
Современные ГИС представляют собой новый тип интегрированных информационных систем, которые, с одной стороны, включают методы обработки данных многих ранее существующих автоматизированных систем, а с другой - обладают спецификой в организации и обработке данных. Прак-I тически это определяет ГИС как многоцелевые, многоаспектные системы, что обусловливает перспективность их применения во многих областях человеческой деятельности. Современная ГИС рассчитана не просто на обработку данных, а на проведение во многих ситуациях экспертных оценок. Кроме того, данные, которые хранит и обрабатывает ГИС, имеют не только пространственную, но и временную характеристику, что важно для географических данных. ГИС осуществляет комплексную обработку информации - от ее сбора до хранения, обновления и представления, в связи с этим следует рассмотреть ГИС с различных позиций [170].
Оценка показателей пожарной безопасности в регионе с применением статистического моделирования
Для статистического исследования согласованности показателей пожарной безопасности в регионе был применен корреляционно-регрессионный анализ, учитывающий междуфакторные связи [164]: - прямое влияние фактора на результативный признак (последствия пожаров: смертность, травматизм, ущерб); - косвенное влияние фактора через его влияние на другие факторы; - влияние всех факторов на результативный признак. Задачей корреляционно-регрессионного анализа является установление общей тенденции в соотношении, соответствии каких-либо связанных признаков, т.е. метод корреляционно-регрессионного анализа позволяет: 1) выделять важнейшие факторы; 2) прогнозировать возможные значения результативного признака при задаваемых значениях факторных признаков; 3) формировать данные для решения оптимизационных задач.
В качестве показателя корреляционной согласованности двух количественных признаков используется коэффициент взаимной сопряженности Пирсона. Коэффициент Пирсона может изменяться от 0 до 1, что соответствует крайним случаям, когда взаимная связь между признаками полностью отсутствует и когда имеется однозначная полностью коррелированная связь. При количественном корреляционно-регрессионном анализе связи двух факторов решаются следующие вопросы [164]: 1. Нахождение показателя, характеризующего тесноту связи между признаками (коэффициент корреляции). 2. Нахождение уравнения регрессии, описывающего зависимость мате матически, и наилучшим образом отражающее экспериментальные данные. Количественной мерой тесноты связи между признаками, имеющими количественное выражение, является коэффициент корреляции г, который вычисляется по формуле [164, 171]: г (.х.-хюг,-?) где Х{ и У,— числовые значения признаков (факторного и результативного) для каждого наблюдения; X и Y - средние арифметические значения факторного и результативного признаков. Коэффициент корреляции может принимать значения от 0 до 1. При г = О связь между признаками отсутствует, при г = 1 между ними имеется однозначная связь. Коэффициент корреляции, однако, не является показателем точности прогноза, его можно использовать только для решения вопроса о том, где взаимная связь факторов больше или меньше.
В результате проведения корреляционного анализа были определены корреляционные связи между количеством пожаров (х) и количеством погибших людей во время пожаров (у/), травмированных людей (у2) и общим ущербом от пожаров (уз). В данном случае между факторами выявлена сильная положительная взаимосвязь: Rxyi = Rxy2 - Яхуз =0,99.
Для построения статистических моделей учета взаимосвязи между факторами пожарной безопасности был применен регрессионный анализ [164]. В регрессионном анализе изучается связь и определяется количественная зависимость между зависимой переменной и одной или несколькими независимыми переменными. Пусть переменная Y зависит от одной переменной х. При этом предполагается, что переменная X принимает заданные фиксированные значения, а зависимая переменна У имеет случайный разброс из-за ошибок измерения, влияния неучтенных факторов и т.д.
Последовательность проведения регрессионного анализа заключается в следующем: формулировка задачи; идентификация переменных (определение входных и выходных переменных); сбор статистических данных; спецификация функции регрессии (определение вида модели); оценивание параметров функции регрессии; оценка точности регрессионного анализа: проверка адекватности всей модели, т.е. согласуются ли предсказанные значения выходной величины с наблюдаемыми данными; проверка значимости параметров модели, т.е. значимо ли они отличаются от нуля или нет; интерполяция результатов, анализ, оптимизация и прогнозирование.
Вычисленное значение сравнивается с табличным и если t tf-у2 то коэффициент значим. В противном случае соответствующую переменную можно исключить из модели и все расчеты, включая решение системы линейных уравнений, повторить снова.
Анализ экологических и технико-экономических показателей пожаров и их взаимосвязей
Биосфера включает нижнюю часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы, где живые организмы и среда их обитания органически связаны и взаимодействуют друг с другом, образуя целостную динамическую систему [132, 134].
Процессы горения в нерегулируемых условиях окружающей среды относятся к пожарам. Продукты горения пожаров отрицательно влияют на окружающую среду, то есть на территориально обособленный объем биосферы - биогеоценоз, выводя его из положения устойчивости и разрушая взаимосвязи биосферы.
Можно проследить тесное взаимодействие составляющих биоценоза: атмосферы, растительности, почв, микроорганизмов, животных, гидросферы. В основе теории охраны биосферы лежит понятие о взаимосвязи элементов биогеоценоза: растительно-животное сообщество не только зависит от среды, но, в свою очередь, само определяет важнейшие параметры неживой составляющей биогеоценоза, таким образом, сама жизнь способна создавать для себя оптимальные условия среды [132].
Следует отметить, что взаимосвязь можетбыть. как прямой, так и косвенной. Продукты горения на пожарах взаимодействуют не только с продуцентами, то есть с зелеными растениями, участвующими в фотосинтезе, но и с консументами - разнообразными микро - и макроорганизмами, животными, человеком, то есть редуцентами, питающимися продуцентами.
Граница биогеоценоза устанавливается на границе растительного сообщества (фитоценоза). Действительно, загрязняющие вещества, содержащиеся в продуктах горения пожаров, мигрируют в почвы и растительность, накапливаются там, то есть на границе фитоценоза, определяя баланс.
Воздействие загрязняющих веществ пожаров разрушает взаимосвязи биосферы. Действительно, неограниченному росту экосистем препятствует взаимодействие между продуцентами, консументами и редуцентами, так как консументы могут существовать лишь до тех пор, пока не израсходуют запас питательных веществ. Продуцентам также требуется постоянное поступление минеральных веществ, которые получаются в результате разложения органических веществ.
Совокупность растений, животных и микроорганизмов должна иметь определенный состав и сложившийся характер взаимосвязей как между собой, так и со средой, а загрязняющие вещества разрушают их. Следует отметить, что в экосистеме существуют бесконечные пути движения веществ, а значит, пути отравления продуктами горения пожаров и, как следствие, разрушение взаимосвязей. Изменение внешних условий при воздействии продуктов горения пожаров неблагоприятно влияет на некоторые виды, снижая их численность и приводя к полному исчезновению.
Таким образом, при взаимодействии со средой обитания организмы должны поддерживать определенное равновесие, подчиняющееся закону толерантности В. Шелфорда: «У каждого растительного или животного организма в отношении различных экологических факторов существуют пределы выносливости, между которыми располагается его экологический оптимум». На рис.4.2 представлено графическое отражение закона толерантности в координатах: "жизненная активность организма - изменение условий среды (температуры)" [132]. Недостаточное или избыточное действие среды обитания отрицательно сказывается на жизнедеятельности особей. Наилучший для организма температурный режим (Топт), при котором его активность максимальна, называется зоной оптимума. Она ограничена температурным интервалом, лимитирующим эту зону (Тлим, Тим). При изменении температуры в большую или меньшую сторону активность организма снижается. Эта зона называется пессиумом. Здесь в организме происходят под действием, например, продуктов неполного горения пожаров, необратимые процессы, и он переходит в подавленное состояние. Дальнейшее изменение температурного режима приводит к летальному исходу. Интенсивность биологических процессов чувствительна не только к температурному фактору, но и к загрязняющим веществам пожаров. Таким образом, нарушение отдельных взаимосвязей в биогеоценозе вызывает реакцию распада экологических систем. Газообразные выбросы пожаров влияют на скорость природного круговорота веществ в отдельных его звеньях, т.е. на скорость самовосстановления.
В работе [135] приведена общая классификация пожаров. Под классификацией автор понимает распределение всех известных разновидностей пожаров на классы в соответствии с признаками, присущими развитию пожаров.
По условиям, определяющим на пожаре газообмен и возможность его контролировать, пожары можно разделить на два класса (группы): пожары в офаждсниях и пожары на открытых пространствах. Классы пожаров можно классифицировать по виду горючих веществ: распространяющиеся и не распространяющиеся, которые, в свою очередь, подразделяются на наземные, подземные и воздушные. К прочим классам пожаров относятся лесные, пожары в резервуарах, фонтаны и другие пожары.
Характерными признаками пожаров являются вещества и материалы (и их агрегатное состояние), которые могут гореть как на открытых пространствах (при неограниченном притоке кислорода воздуха к зоне горения), так и в ограждениях.
Существующие эмпирические методы для определения показателей пожарной опасности, как правило, учитывают физико-химические и термодинамические свойства веществ, но они не являются точными, поэтому их корректность устанавливается путем сопоставления результатов расчета с данными прямых экспериментов [13, 14, 15]. Эти методы применимы при определении, например, концентрационных пределов воспламенения, температуры самовоспламенения, вспышки и т. д.
Расчетные методы определения показателей пожарной опасности позволяют значительно сократить объем эксперимента, уточнить недостоверные величины в эксперименте, а также помогают в тех случаях, когда специалисты не располагают соответствующим лабораторным оборудованием.
Похожие диссертации на Исследование, анализ и управление процессами пожарной безопасности и рисками экологических последствий воздействия пожаров на окружающую среду
