Природа лесных пожаров

5. Природа лесных пожаров Сложность природы лесных пожаров усугубляется сложностью объекта горения – леса, т.е. биогеоценоза с присущим ему многообразием компонентов и сложностью их взаимосвязей, многообразием видов горючих материалов, их состоянием, пространственным размещением, изменением во времени и т.д. Знание природы лесных пожаров – непременное условие успешной борьбы с ними. Нельзя рассматривать методы борьбы с пожарами, её тактику и стратегию вне связи с природой пожаров. Успех борьбы зависит от класса пожарной опасности по природным и метеорологическим условиям, особенностей самого пожара, прогноза его поведения в разных по характеру насаждениях, в разное время года и суток и т.д. 5.1. Элементы лесных пожаров Лесной пожар – стихийное, неуправляемое распространение огня по территории государственного лесного фонда. Неуправляемость огня при лесном пожаре отличает его от управляемых форм использования огня в лесном хозяйстве. Пожары считаются лесными независимо от того, покрыта территория лесного фонда лесом или не покрыта (несомкнувшиеся хвойные молодняки, захламлённые вырубки, лесные болота и т.д.). При организации тушения пожаров и в непосредственной борьбе с огнём необходим единый подход к названиям отдельных элементов пожара. Это обеспечит чёткость в действиях и взаимопонимание участников тушения. Условия развития пожаров (ветер, наличие и характер горючих материалов и др.) определяют их форму. Округлая форма наблюдается при относительно равномерном движении огня в безветренную погоду по равнинной местности и наличии однородных горючих материалов. Грушевидная форма характерна для тех же природных условий, но в ветреную погоду (рис. 5.1). Рис. 5.1. Элементы лесного пожара: фронт, фланги, тыл; V – вектор ветра над лесом; Vп – вектор ветра под пологом леса; Vф – вектор движения фронта пожара Извилистая, неправильная форма наблюдается в ветреную погоду на пересечённой местности, при наличии разнородных горючих материалов или их локальном отсутствии. Лесные пожары происходят как в безветренную, так и в ветреную погоду. В последнем случае наблюдается больший или меньший наклон пламени. Поэтому интенсивность горения при низовых и верховых пожарах характеризуется как высотой, так и длиной пламени. 5.2. Классификация лесных пожаров Классификация лесных пожаров может быть различной в зависимости от задач, которые необходимо решать. Так, классификация, которая применяется в непосредственной борьбе с огнём, отличается от классификации, на которой основана профилактика пожаров или ликвидация их последствий. Классификация лесных пожаров по воздействию огня на отдельные части насаждения. Огонь может воздействовать только на нижнюю часть стволов деревьев и нижние ярусы насаждения, или на весь древостой, включая кроны деревьев, или только на корни. В связи с этим выделяют: 1) низовые пожары – горят сухой опад и подстилка, сухая трава, живой напочвенный покров (кустарнички, лишайники, зелёные мхи), хвойный подрост, хвойный подлесок (рис. 5.2). Рис. 5.2. Низовой пожар Рис. 5.3. Верховой пожар в хвойном молодняке Огонь опаляет нижние части стволов деревьев. Длина пламени достигает 2-3 м и более. Дым низового пожара, как правило, имеет серый или беловатый цвет; 2) верховые пожары – огнём охвачены все ярусы леса, включая кроны деревьев (рис. 5.3). Иногда интенсивно горят и древесные стволы. Цвет дыма более тёмный по сравнению с низовым пожаром; 3) подземные пожары (торфяные или почвенные) – беспламенное горение (тление) распространяется в слое органического почвенного вещества; повреждаются или перегорают корни деревьев. Для торфяных пожаров характерен резкий специфический запах дыма. Скорость продвижения низовых и верховых пожаров различается в зависимости от погодных и лесорастительных условий. Огонь низового пожара под пологом леса движется в среднем со скоростью около 3 м/мин (180 м/ч). В ночное время скорость пожара измеряется несколькими метрами в час. Но при сильном ветре в дневное время, при движении огня вверх по склону на захламлённой вырубке его скорость может превышать 10-15 км/ч. Скорость распространения огня верхового пожара составляет обычно 0,5-1 км/ч, но может достигать 5-6, иногда 30 км/ч. Низовые пожары по скорости движения огня и характеру горения подразделяют на беглые и устойчивые. Беглые низовые пожары обычно наблюдаются весной, когда горит прошлогодняя сухая трава, тлеет подсохший верхний слой лесной подстилки. Скорость распространения огня довольно значительна (3-5 м/мин) и находится в прямой зависимости от скорости ветра в приземном слое. При этом участки с повышенной влажностью лесной подстилки и отсутствием сухой травы остаются нетронутыми огнем, и площадь пожара имеет разветвлённую форму. Интенсивность горения обычно невысока, древостой повреждается незначительно. Эти пожары могут быть остановлены и потушены небольшими силами и средствами. Однако в хвойных молодняках беглый низовой пожар может перейти в верховой. При устойчивых низовых пожарах горят опад, напочвенная растительность, валежник, на всю толщину прогорает подстилка. Такие пожары характерны для продолжительных засух в летнее время. Сильно повреждается или полностью уничтожается хвойный подрост и подлесок (можжевельник), в меньшей мере – лиственный подрост и подлесок. Длительность горения объясняется не уменьшением скорости продвижения кромки пожара, а увеличением её ширины, которая составляет около 1 м. При устойчивых пожарах лесная подстилка толщиной до 15 см и влажностью менее 20% выгорает до минеральных горизонтов и вместе с нею сгорает или сильно повреждается поверхностная корневая система деревьев. Древостой повреждается сильнее, чем при беглых низовых пожарах; степень повреждения зависит от древесной породы и интенсивности горения. Ельники и пихтарники, как правило, усыхают в течение 1-2 лет после пожара, сосняки и лиственничники также несут потери, но в основном продолжают рост. В хвойных древостоях с наличием групп хвойного подроста и в хвойных молодняках такие пожары могут перейти в верховые. Скорость распространения огня при устойчивом низовом пожаре – от 0,2 до 1, реже до 3 м/мин. Разновидностью устойчивого низового пожара является валёжный пожар. В Сибири опасность возникновения валёжных пожаров чрезвычайно высока, так как здесь имеются огромные площади старых горельников, неочищенных вырубок и других захламлённых лесных территорий с почти полным отсутствием древостоя. Такие участки почти непроходимы для техники. Из-за более сильного, чем под пологом леса, ветра, валёжные пожары распространяются быстро и охватывают большие территории. Вследствие высокой интенсивности горения уничтожается органический горизонт почвы. Борьба с валёжными пожарами крайне трудна. Низовые пожары по интенсивности горения и связанной с нею длине пламени могут быть слабыми, средними и сильными. При слабых пожарах длина пламени обычно не превышает 0,5 м, при средних она достигает 1-1,5 м, при большей длине пламени пожар становится сильным. Верховые пожары также разделяют на беглые (вершинные) и устойчивые (повальные). Верховые пожары часто развиваются из низовых в сложных по структуре насаждениях, когда огонь перебрасывается из нижних ярусов растительности в кроны деревьев. В хвойных молодняках низовой пожар легко переходит в верховой по низкоопущенным кронам (см. рис. 5.3). Беглые верховые пожары характерны для ветреной и засушливой погоды. Они возникают при скорости ветра 15-25 м/с и распространяются по кронам деревьев скачками. Во время скачка горят только кроны, скорость продвижения огня достигает 15-20 км/ч. Но такое горение длится только 15-25 с, пламя уходит вперёд на 70-90 м от низового пожара, затем горение крон прекращается до подхода кромки низового огня. Поэтому скорость продвижения верхового беглого пожара в среднем составляет 1,8-2,4 км/ч, иногда возрастает до 4-5 км/ч. Беглым верховым пожаром в августе 1972 г. за 5 ч был уничтожен массив хвойного леса площадью 14,5 тыс. га в Марийской республике. Выделение тепла при беглом верховом пожаре в 10-20 раз превышает тепловыделение при низовом пожаре. Над кромкой беглого верхового пожара в результате интенсивного горения, образования высокого пламени и быстрого подъёма газов образуется мощная конвективная колонка. Горящие частицы (спелые шишки хвойных пород, элементы веток и сучьев) поднимаются на большую высоту и переносятся сильным ветром на сотни метров (200-350 м и более). Они с лёгкостью преодолевают естественные и искусственные преграды и образуют новые очаги горения. Борьба с такими пятнистыми многоочаговыми пожарами, имеющими самую высокую скорость продвижения огня (10-20 км/ч и более), сильно затруднена. При слабом ветре устойчивый верховой пожар (повальный) перемещается медленнее (5-15 м/мин), ширина горящей кромки 6-8 м, но повреждение древостоя, нижних ярусов растительности и почвы здесь более значительны. Повальные пожары обладают наибольшей разрушительной силой и приводят к полной гибели насаждений. Выделяют также прерывистые верховые пожары, с переходами в низовой и обратно. Верховые пожары – явление грозное. Они более редки, чем низовые, но более опасны для жизни людей и наносят большой ущерб. Населённые пункты, расположенные среди лесных массивов, охваченных верховым пожаром, часто бывают полностью уничтожены огнем. Борьба с верховыми пожарами трудна, опасна, требует больших затрат средств и высокой квалификации лесных пожарных. Скорость восходящих потоков воздуха над верховыми пожарами может достигать 35 м/с. Известны случаи, когда самолеты, летящие над пожарами на высотах около 1,5 км, опрокидывались. В условиях Красноярского края отмечались конвективные колонки высотой до 5 км, которые заканчивались мощным кучевым облаком. Такие колонки оказывают существенное влияние на безопасность полетов при тушении пожаров с воздуха. Подземные пожары распространяются на меньших площадях, но ликвидируются с большим трудом. Для торфяных пожаров, в отличие от низовых и верховых, характерно беспламенное горение (тление). Торф при наличии источника огня способен возгораться при абсолютной влажности 25-100%. В процессе горения, когда выделяющееся в полузамкнутом объёме тепло используется для подсушивания и нагревания соседних и нижних слоев торфа, он способен гореть и при влажности 200 %. Особенность торфяных пожаров в том, что они разгораются и распространяются в стороны очень медленно, но продолжаются очень долго – до нескольких месяцев, а иногда и нескольких лет, когда горение не прекращается даже с наступлением дождливой погоды и зимы. Для тушения больших площадей торфяных пожаров могут потребоваться очень большие силы и средства. Чаще всего торфяные пожары возникают при проведении весенних палов сухой травы на сельскохозяйственных угодьях, а также от непотушенных костров на торфяниках при сборе ягод в августе-сентябре. Коварство торфяных пожаров состоит в том, что поверхностный слой торфа и мохового покрова может оставаться несгоревшим, а под ним располагается “горящая яма” глубиной до 1,5-2 м. Неосторожный заход сюда человека или заезд техники может закончиться печальным исходом. Торфяные пожары часто подходят к суходольным лесам и могут вызывать в них новые очаги возгорания. Подземные (почвенные) пожары в виде тления оторфованной подстилки в ельниках приводят к полной гибели этих древостоев. Слабым считается подземный пожар при глубине прогорания торфа до 25 см, средним – 25-50 см, сильным – более 50 см. По статистическим данным, соотношение (в процентах) количества пожаров в лесном фонде РФ следующее: низовые – 95; верховые – 4; торфяные – 1. По площади низовые пожары в среднем также преобладают (около 85% всех пожаров). Однако основной ущерб от лесных пожаров приходится на верховые. Классификация лесных пожаров по причинам их возникновения. Причины возникновения лесных пожаров в Гослесфонде РФ могут быть связаны или не связаны с антропогенным фактором, но в среднем в 8 случаях из 10 пожары происходят по вине человека. Большинство пожаров возникает в густонаселённых районах при активном посещении лесов людьми. Развитая сеть дорог, повышающая доступность лесов, усиливает опасность возникновения очагов возгораний. На расстоянии до 5 км от населённых пунктов и дорог возникает не менее 60% общего количества пожаров. В радиусе 10 км от населённых пунктов – до 90% пожаров. Вместе с тем наиболее крупные пожары характерны для удалённых и малонаселённых таёжных районов Сибири и Дальнего Востока, где зачастую не удается принять своевременных мер для борьбы с огнём. Здесь меньше вероятность возникновения пожаров по вине человека: до 30-50% возгораний связывают с грозовыми разрядами. Главные антропогенные источники возгорания: - костры (оставленные, плохо затушенные). Тлеющие частицы от больших костров, поднятые конвекцией выше окружающих деревьев, часто переносятся ветром на десятки метров и могут вызвать новые очаги возгорания; - неумелое пользование огнём (сжигание порубочных остатков на вырубках при весенней доочистке лесосек в ветреную сухую погоду, весеннее выжигание сухой травы, осеннее сжигание стерни и соломы на полях); - брошенные непотушенные окурки и спички; - недотушенные или плохо окарауленные пожары (особенно почвенные); - искры от работающих машин и механизмов; - умышленные поджоги (преступные побуждения – отвлечение вни- мания лесной охраны от незаконных рубок леса, стимулирование возникновения на горельниках зарослей иван-чая в качестве медоноса, хулиганство, месть и т.п.); - шалость детей. По результатам обработки статистической отчётности по лесным пожарам, среди установленных антропогенных источников возгорания первое место занимает разведение костров – 36%. Затем следует выжигание сухой травы (на лесных сенокосах, пастбищах, полянах, вдоль железных и автомобильных дорог) – 27%; выжигание стерни и соломы на сельскохозяйственных угодьях – 12%; неосторожное курение – 7%; шалость детей – 6%; неосторожное сжигание порубочных остатков – 4%; неисправность технических средств (искрение) – 2%; умышленные поджоги – 1%; прочие причины – 5%. Грозы обычно сочетаются с дождями, поэтому не всякий удар молнии в землю вызывает возгорание (рис. 5.4). Рис. 5.4. Удар молнии в землю Редко, но бывают “сухие” грозы, пожары от которых возникают во время грозы или сразу после её окончания. Но и при грозе с дождём после удара молнии в землю может образоваться тлеющий очаг в лесной подстилке, который развивается в пожар лишь после её высыхания. В результате значительная часть пожаров, вызванных молниями, относится к антропогенным или возникшим от неизвестных причин, т.е. количество пожаров от молний, по некоторым данным, занижается в несколько раз. Принято считать, что молнии вызывают в среднем 10-15% пожаров, хотя на самом деле их доля составляет, вероятно, более 30%. Конечно, далеко не всякий удар молнии вызывает лесной пожар. Наименьшее сопротивление электрическому току от молний оказывают стволы живых деревьев, “заземленные” своими корнями. Поэтому в них чаще всего и ударяет молния. Электрический ток от молнии, проходя по влажной древесине, выделяет тепло, которое превращает жидкую воду в газообразную (водяной пар). Это происходит мгновенно, ствол разрывается на части. Но древесина не успевает обугливаться, возгораться. Однако, если молния ударяет в сухостойное дерево (или незаземлённый деревянный дом), электрическое сопротивление которых на пять порядков выше по сравнению с живым деревом, воспламенение этих объектов практически неизбежно. Пожары от молний возникают преимущественно в горных лесах. Так, в Скалистых горах США количество пожаров от грозовых разрядов превышает 60%. Влиять на молнии человек не может, поэтому наиболее действенные меры снижения горимости от гроз – выявление “грозобойных” участков территории, слежение за перемещениями сухих гроз, организация патрулирования по местам гроз в течение нескольких дней. Кроме гроз, источником огня в лесах могут быть падение метеоритов, извержение вулканов, самовозгорание торфа в местах его добычи и хранения. Однако возникновение лесных пожаров от этих причин – явление крайне редкое. Классификация лесных пожаров по сезонам года: поздневесенние, летние и осенние пожары. Весной преобладают низовые беглые пожары на вырубках, в старых гарях, в рединах и лиственных лесах (до распускания листвы). Летом и осенью возможны низовые и верховые пожары. Весенние пожары способствуют заселению древостоев энтомовредителями в тот же сезон. Летние и особенно осенние пожары отодвигают эту опасность на следующий год, что определяет очерёдность проведения санитарных рубок. Классификация пожаров по площади. Крупными пожарами в районах наземной охраны лесов являются пожары площадью 25 га и более, а в районах авиационной охраны – 200 га и более. Такой подход необходим для оценки деятельности лесопожарных формирований, работающих в неодинаковых условиях.