Прогнозирование пожарной опасности и анализ горимости лесов

4. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ И АНАЛИЗ ГОРИМОСТИ ЛЕСОВ 4.1. Пожароопасный сезон. География лесных пожаров Пожароопасный сезон в нашей стране устанавливается с началом схода снежного покрова и наступлением положительных среднесуточных температур воздуха, а заканчивается осенью с наступлением устойчивой дождливой погоды. На Дальнем Востоке, в лесостепной зоне, пожары могут возникать и в бесснежные зимы при отрицательных температурах воздуха. Интенсивное подсушивание наземных лесных горючих материалов происходит, при отсутствии осадков, после устойчивого перехода среднесуточных температур через +5оС. Начало массовых возгораний приходится на дни перехода среднесуточных температур воздуха через +10оС при длительном отсутствии дождей. В рамках пожароопасного сезона выделяют пожароопасные и непожароопасные периоды. Последние связаны с различными фазами вегетации растительности или активным выпадением осадков, препятствующих возгоранию и распространению огня. Так, с момента схода снега и до появления лесного разнотравья весьма велика вероятность возгорания прошлогодней сухой травы. По мере разрастания нового травяного покрова пожары прекращаются, возобновляясь уже в период летней засухи. Распределение лесных пожаров по месяцам пожароопасного сезона, как правило, неравномерное. Для характеристики его особенностей употребляют термин пожарный максимум. Это период пожароопасного сезона (обычно 2-3 месяца для подзоны южной тайги), в течение которого количество лесных пожаров превышает среднее за сезон. Выделяют также пожарный пик – месяц или близкий к нему по продолжительности отрезок времени, в течение которого наблюдается наибольшее количество пожаров в сезоне. Длительность пожароопасного сезона зависит от географической широты местности и особенностей климата: на севере лесной зоны Российской Федерации его продолжительность в среднем около 80 дней, на юге – до 190 дней. В связи с продолжительностью сезона и учетом потепления климата выделяют пожароопасные пояса: I – пояс апрельских пожаров, 50-56о северной широты, пожары продолжаются в среднем 7 месяцев – с начала апреля до конца октября (лесостепь и хвойно-широколиственные леса); II – пояс майских пожаров, 56- 59о с. ш., пожары продолжаются 5 месяцев – с середины апреля до середины сентября (подзона южной тайги); III – пояс майско-июньских пожаров, 59-66о с. ш., пожары – с начала мая до начала сентября, 4 месяца (средняя и северная тайга); IV – пояс июньских пожаров, севернее 66о с. ш., пожары – с начала июня до конца августа, 3 месяца (лесотундра). В горных лесах в связи с вертикальной зональностью климата и растительного покрова выделяют горные лесопожарные пояса, которые обычно соответствуют высотно-поясным комплексам растительности. В лесах Европы, Северной Азии и Северной Америки пожары происходят в весенне-летний и летне-осенний периоды. Для стран с засушливой и тёплой зимой характерны зимние пожары. Такие пожары часты в Африке, Австралии, Юго-Восточной Азии, в Центральной и Южной Америке. В пределах лесоклиматической зоны вероятность возникновения и характер развития лесного пожара тесно связаны с типом ландшафта, почвенными и гидрологическими условиями местности, характером лесной растительности, её составом и структурными особенностями. По мере удаления от морей и крупных озёр, с нарастанием континентальности климата изменяется динамика горимости лесов. Как правило, в приморских районах из-за повышенной влажности воздуха опасность пожаров заметно меньше, чем на удалённых от акваторий территориях. 4.2. Пожарная опасность в лесах по природным условиям При разработке профилактических мероприятий и противопожарном устройстве территории в лесничествах необходима оценка потенциальной природной пожарной опасности, причем не только для территории лесничества в целом, но и по отдельным его частям (участковым лесничествам, кварталам). В настоящее время принято делить лесной фонд на 5 классов пожарной опасности по природным условиям (табл. 4.1). Оценка природной пожарной опасности основана на шкале пожарной опасности типов леса (Мелехов, 1947). Шкала составлена экспертным методом, поэтому классы в ней не имеют каких-либо количественных характеристик. Пожарная опасность на вырубках и на старых горельниках, особенно захламлённых – всегда выше, чем под пологом леса. Открытые места больше освещены и нагреты солнцем, обдуваемы ветром; здесь раньше, чем в лесу, сходит снег, поэтому горючие материалы быстро высыхают. Самые первые, поздневесенние пожары обычно и начинаются с вырубок, горельников, других открытых мест с сухой прошлогодней травой, и затем переходят вглубь леса. Летом влажность лесных горючих материалов (ЛГМ) на свежих вырубках по сравнению с их влажностью под пологом леса после 7-10 дней без дождей – в несколько раз ниже. С другой стороны, ранним летом на вырубках появляется свежий травяной покров (вейник, луговик, широколистные травы, осоки, кипрей), что снижает пожарную опасность. Но в сухие раннеосенние периоды (“бабье лето”) при высыхании травяного покрова вырубки и горельники вновь становятся более пожароопасными, чем соседние леса. Особенно резко повышает пожарную опасность вырубок их захламлённость. Очищенные вырубки и горельники горят реже, интенсивность пожаров здесь невысокая, и справиться с пожарами на них значительно проще. Высокая пожарная опасность сомкнувшихся хвойных молодняков как естественного, так и искусственного происхождения связана с низким расположением сухих веточек, а также живой кроны с высоким содержанием смолы. Как правило, такие молодняки при подходе к ним даже слабого низового пожара сильно повреждаются или уничтожаются огнём полностью (верховой пожар). Т а б л и ц а 4.1 Шкала оценки лесных участков по степени опасности возникновения в них пожаров (для лесов Северо-Запада России) Класс пожарной опасности Объект возгорания (характерные типы леса и типы вырубок, другие категории насаждений и безлесных пространств) Наиболее вероятные виды пожаров, условия и продолжительность периода их возможного возникновения I (горимость очень высокая) Хвойные молодняки. Сплошные вырубки: лишайниковые, вейниковые и другие типы вырубок по суходолам (особенно захламлённые). Сосняки лишайниковые, вересковые. Расстроенные, отмирающие и сильно повреждённые хвойные древостои (сухостой, участки бурелома и ветровала, недорубы). Захламлённые гари В течение всего пожаро-опасного сезона возможны низовые пожары, в древостоях – верховые. На травяных типах вырубок по суходолу велика пожарная опасность весной, иногда осенью II (горимость высокая) Сосняки брусничники, особенно с наличием хвойного подроста или подлеска из можжевельника средней и высокой густоты. Сосняки на интенсивно осушенных торфяниках Низовые и торфяные пожары возможны в течение всего сезона, верховые – при пожарном максимуме III (горимость средняя) Сосняки кисличники и черничники свежие, ельники кисличники, черничники свежие и брусничники Низовые и верховые пожары возможны при пожарном максимуме IV (горимость пони- женная) Сплошные вырубки таволговые и долгомошные (особенно захламлённые). Смешанные по составу сосняки и ельники черничники влажные, травяные и сложные. Чистые по составу ельники черничники влажные. Березняки травяные, кисличники, брусничники, черничники. Осинники травяные, кисличники и черничники. Лиственные молодняки всех типов леса Низовые пожары возможны в травяных типах леса и на таволговых вырубках в весенний и осенний пожарные максимумы, в остальных типах леса в период летнего максимума V (горимость низкая) Сосняки и березняки кустарничково- и осоково-сфагновые, долгомошные. Ельники сфагновые, долгомошные, приручейные и таволговые. Осинники долгомошные. Ольшаники всех типов. Лесные сфагновые болота Возникновение пожара воз- можно только при длитель- ной засухе Примечание. Пожарная опасность устанавливается на класс выше: а) для хвойных насаждений, строение которых или другие особенности (густой высокий хвойный подрост, захламлённость и т.п.) способствуют переходу низового пожара в верховой; б) для небольших участков леса на суходолах, окружённых участками с повышенной горимостью; в) для лесных участков, примыкающих к дорогам общего пользования или расположенным в непосредственной близости от огнедействующих лесных предприятий (выжигание древесного угля, грибоварочные пункты и т.д.). В лишайниковых борах пожарная опасность объясняется разреженностью древесного яруса, что способствует быстрому высыханию горючих материалов и высокой возгораемости кустистых лишайников из рода Cladonia и мха Pleurozium Schreberi, особенно на южных склонах. Опад хвои и мелкие сухие сучья повышают опасность возгорания и способствуют усилению пожара. Пожары здесь преимущественно низовые, но при наличии сомкнутых групп соснового подроста могут перейти в верховые. Опасность возникновения пожара в вересковых борах мало отличается от опасности в лишайниковых. Сочетание верескового покрова с кустистыми лишайниками ещё больше повышает пожарную опасность, в особенности на прогреваемых солнцем опушках. Здесь для возгорания достаточно искры, не говоря уже о непотушенных окурке или спичке. Пожарная опасность в хвойных древостоях, расстроенных незаконными или неправильными рубками, отмирающих, повреждённых пожарами, ветровалом, буреломом, болезнями и насекомыми обусловлена разреженностью древесного яруса, наличием сухостойных и ветровальных усохших деревьев, потёками смолы на стволах, разрастанием трав в прогалинах (опасность поздневесенных и раннеосенних пожаров). Низовые пожары здесь часто переходят в верховые; борьба с теми и другими чрезвычайно сложна из-за захламлённости. Следует особо отметить, что добровольно-выборочные рубки также повышают пожарную опасность, поскольку в разреженном разновозрастном древостое огонь часто с групп хвойного подроста переходит на соседние хвойные деревья. В сосняках брусничниках меньше лишайников, больше – брусники, черники и других относительно огнестойких растений, более одновозрастная структура древостоя и большая сомкнутость крон по сравнению с лишайниковыми борами. Всё это снижает пожарную опасность. Уменьшается возможность воспламенения подстилки и живого напочвенного покрова, позднее восстанавливается опасность возгорания после дождя. Наиболее характерен для брусничников низовой пожар, но его интенсивность, в связи с наличием большого количества горючего материала, может быть высокой. Наличие сомкнутых групп подроста сосны, ели, а также групп можжевельника создаёт опасность перехода пожара в верховой. По исследованиям И.С. Мелехова, в северных районах тайги после пожаров в борах-брусничниках, иногда и в вересковых, нередко поселяется багульник (Ledum palustre), являющийся сравнительно огнестойким растением. Багульник будет оказывать тем большее тормозящее действие для огня, чем меньше в сплошном покрове вереска и больше багульника. Высокая горимость сосняков на осушенных торфяниках – вопрос дискуссионный. Массовых возгораний не отмечено нигде, но подчёркивается, что в случае возникновения пожара на осушенных болотах имеется возможность по проездам вдоль каналов быстро доставить пожарных и технику к месту возгорания. Опасность возникновения пожаров в высокопродуктивных хвойных древостоях (кисличниках, черничниках свежих, ельниках брусничниках) снижена вследствие большей сомкнутости крон, наличия относительно огнестойких представителей живого напочвенного покрова и отсутствия лишайников. В то же время пожарная опасность в сосняках- зеленомошниках выше, чем в ельниках, в связи с меньшей затенённостью напочвенного покрова и подстилки. Поэтому примесь ели в сосняках уменьшает опасность возникновения пожара. Но, если пожар возник, ель создает угрозу образования верхового пожара – из-за наличия густых сухих сучьев в нижней части ствола и низкоопущенной кроны, которая быстро охватывается пламенем. Примесь лиственных пород к хвойным в средние по горимости годы уменьшает пожарную опасность, что надо учитывать при уходе за лесом. В то же время безлиственное состояние березняков и осинников травяных типов леса способствует возгоранию весной прошлогодней травы. В условиях длительной засухи (1972 и 2010 гг.) наряду с хвойными древостоями в верховых пожарах Средней России погибло немало березняков, осинников, дубрав, даже зарослей черной ольхи. Опасность возникновения пожара в хвойных и мягколиственных древостоях с прогрессирующим заболачиванием (начиная с черничника влажного) заметно уменьшается из-за накопления влаги в почве и появления огнестойких мхов (сфагнумы, кукушкин лен). Однако в крайне засушливые годы разреженность древесного полога способствует возникновению пожаров и в этих условиях. Даже сфагновые сосняки и болота с редкой растительностью, являющиеся преградой огню в обычных условиях, в длительную засуху также не являются абсолютно негоримыми. Используя данную классификацию, составляют карты горимости лесов по природным условиям. Каждому таксационному выделу в пределах квартала присваивается класс пожарной опасности. Затем находится средневзвешенный (по площади) класс пожарной опасности всего квартала Пкв: Пкв = (П1S1 + П2S2 + П3S3 + … + ПnSn) / S, где П1, П2 , П3 , … Пn – классы пожарной опасности выделов; S1, S2 , S3 , … Sn – площади соответствующих выделов, га; S – площадь квартала, га. После этого кварталы окрашивают в определённые цвета: I класс расцвечивается красным цветом, II – оранжевым, III – жёлтым, IV – зелёным и V – синим. При составлении лесопожарной карты-схемы таксационные выдела с одинаковым или соседним классом пожарной опасности объединяются в лесопожарные выдела. Последние, в свою очередь, являются объектом проектирования противопожарных мероприятий в лесном фонде. В тех регионах России, где действуют системы космического мониторинга лесных пожаров, лесопожарные карты-схемы преобразуются в электронный вид и привязываются к единой системе координат. Классификация насаждений по природной горимости имеет свои недостатки. Она более или менее адекватно характеризует потенциальную горимость конкретных участков леса при близких к норме погодных условиях. При других условиях ситуация может существенно меняться: весной весьма пожароопасными являются сосняки травяные (IV класс) – объект беглых низовых пожаров, в конце лета и в начале осени из-за засухи возникают торфяные пожары в заболоченных лесах и на верховых болотах (V класс). При обработке материалов по пожарам в насаждениях разной пожарной опасности оказалось, что независимо от категории лесов и интенсивности ведения лесного хозяйства, в насаждениях I класса природной пожарной опасности возникает в среднем около 50% общего числа пожаров, II класса – 25, III – 15, IV – 7, V – 3%. Следовательно, в каждом последующем классе возникает в среднем примерно вдвое меньше пожаров, чем в предыдущем. 4.3. Прогнозирование пожарной опасности в лесах по условиям погоды Важнейшим фактором пожарной опасности являются погодные условия. В засуху горят насаждения практически всех типов леса в различных географических и климатических условиях, при этом возгорание происходит от самых маломощных источников. Погодные условия являются в то же время и наиболее динамичным фактором пожарной опасности в лесу. Высыхание лесных горючих материалов при отсутствии осадков обусловлено дневной температурой воздуха и недостатком насыщения его влагой, который может быть выражен дефицитом влажности воздуха или температурой точки росы. Увлажнение ЛГМ определяется осадками и относительной влажностью воздуха. Совместное влияние всех означенных факторов отражает уровень пожарной опасности по условиям погоды. Комплексный показатель горимости (КПГ), предложенный проф. В.Г. Нестеровым в 1949 г., официально использовался в практике отечественной лесопожарной охраны до 1968 г. Показатель горимости рассчитывался путем ежедневного суммирования (нарастающим итогом) произведения температуры воздуха в 14 часов (по сухому термометру) на дефицит влажности воздуха. Последний определялся по психрометрическим таблицам на основе показаний сухого и смоченного термометров. Время измерения (14 часов) – это астрономический полдень (12 часов) плюс 1 час декретного времени, плюс 1 час летнего времени. При использовании показателя КПГ накопленный результат (сумма) обращался в нуль при выпадении осадков в количестве не менее 3 мм, и расчёт начинался снова. Практика борьбы с лесными пожарами показала, однако, что дождя в 3-5 и даже 10 мм не всегда оказывается достаточно для полной ликвидации пожарной опасности. Поэтому в 1968 г. был предложен показатель влажности (ПВ), разработанный совместно специалистами ЛенНИИЛХа и Центрального института прогнозов (ныне Гидрометеоцентр). Показатель ПВ определяется путём ежедневного суммирования (нарастающим итогом) произведения температуры воздуха t (в 14 ч) на разность между температурой воздуха и точкой росы td с учётом количества выпавших осадков: ПВn = ПВn-1 × K + t × (t – td), где ПВn – показатель на сегодняшний день; ПВn-1 – показатель на вчерашний день; K – коэффициент, учитывающий выпадение осадков за прошедшие cутки; t – температура воздуха (на 14 ч), оС; td – точка росы (на 14 ч), оС. Точка росы находится по психрометрическим таблицам. Коэффициент К определяется по количеству выпавших за последние сутки осадков: Осадки, мм 0 0,1…0,9 1…2,9 3…5,9 6…15,9 16 и более К 1 0,9 0,6 0,4 0,2 0 Таким образом, для полной ликвидации пожарной опасности количество выпавших в течение суток осадков должно быть не менее 16 мм. При меньшем количестве осадков пожарная опасность снижается, но не устраняется полностью. Показатели пожарной опасности являются безразмерными. Выделяют 5 классов пожарной опасности (горимости) по погодным условиям (табл. 4.2). Длительная летняя засуха (3-4 недели и более) способна резко повысить пожарную опасность в лесу. При этом переход пожарной опасности из класса в класс происходит с интервалом в несколько дней. При высокой и чрезвычайной горимости приходится принимать экстренные меры противопожарной профилактики, вплоть до запрещения посещения лесов населением. Т а б л и ц а 4.2 Показатели и классы пожарной опасности по погодным условиям КПГ (В.Г. Нестеров) ПВ (ЛенНИИЛХ- Гидрометеоцентр) Класс пожарной опасности Горимость лесов 1-300 1-250 I полная негоримость 301-500 251-400 II горимость слабая, неустойчивая 501-1000 401-980 III горимость средняя 1001-4000 981-3000 IV горимость высокая более 4000 более 3000 V горимость чрезвычайная Помимо стандартных приборов, имеющихся на метеостанциях, для определения показателей горимости лесов используют специальное оборудование. Простейшим вариантом такого оборудования являются индикаторные деревянные бруски, применяемые для оценки пожарной опасности в Австралии, Канаде, США, Японии. Бруски стандартного размера делают из липовой древесины. Их высушивают до воздушно-сухого состояния и взвешивают. Затем бруски укладывают на подставку из проволоки на высоте 10-25 см над поверхностью почвы (под навесом) и ежесуточно взвешивают (в 16 ч). По разнице в массе брусков определяют влажность древесины. Соотнося эти данные со статистикой возгорания лесов, получают шкалу, которую впоследствии используют для прогнозирования пожарной опасности: Влажность брусков, % > 25 19-25 14-18 11-13 8-10 5-7 Вероятность отсут- весьма малая средняя высокая очень возгорания ствует малая высокая Срок службы брусков – 1 год. Несмотря на простоту, данный метод дает неплохие результаты. Недостаток точности прогноза компенсируется возможностью вести измерения в условиях практически любого хозяйства. В современной практике по мере активного развития информационных технологий все чаще обращаются к разработке сложных системных устройств прогнозирования пожарной опасности. Первые электронные системы (электронные вычислители пожарной опасности) начали применяться в США. Приборы имеют шкалы, на которых выставляются показатели погодных условий на текущий день (относительная влажность и температура воздуха, скорость ветра и количество выпавших осадков), а также указывается вегетативная фаза растительности. С помощью таких приборов определяют показатель засухи, степень влажности горючих материалов и индекс скорости распространения огня. Использование сложных методов и расчётов при значительной неопределённости характеристик себя не всегда оправдывает. Для практики необходима оценка пожарной опасности пусть даже относительно грубая (например, отечественная, по пяти классам), но достаточно надёжная, проверенная временем. 4.4. Прогноз пожарной опасности по фактической горимости. Анализ горимости лесов Если фактическую горимость лесных территорий за прошлые годы рассматривать как реализованную пожарную опасность, то по ней с определённой долей вероятности можно прогнозировать пожарную опасность на ближайшие несколько лет (поскольку комплекс факторов в целом меняется медленно). Сведения о горимости лесов на территории лесничества (района, области и т.д.), т.е. о количестве пожаров разных видов и интенсивности, о распределении их во времени и пространстве, об их продолжительности и площади, являются ценной информацией при планировании профилактических противопожарных мероприятий. Для характеристики многолетнего хода горимости и выявления закономерностей необходимы данные о числе и площади пожаров за последние 20-30 лет и более. Для анализа внутрисезонной динамики горимости достаточно данных о числе и площади пожаров по месяцам и дням пожароопасного периода за последние 10-15 лет. При анализе многолетнего хода горимости лесов определяют его характер: снижение или рост числа и площади пожаров по средним данным за 5-летние или иные периоды времени, наличие и периодичность пожарных максимумов и пиков, их связь с засухами, динамикой плотности населения, изменением режима ведения хозяйства на рассматриваемой территории и т.д. Для анализа внутрисезонной динамики горимости лесов, по каждому лесному пожару необходимы следующие данные: - субъект РФ, лесничество (центральное и участковое), квартал, выдел; - категория и принадлежность лесов; - источник, дата и время получения информации о пожаре; - дата, день недели, время и способ обнаружения пожара; - площадь пожара при обнаружении, га; - класс пожарной опасности по погоде в этот день; - класс пожарной опасности по природным условиям; - причина пожара (при возможности её установления); - дата и время начала тушения, локализации и ликвидации пожара; - расстояние до ближайших населенных пунктов и дорог, км; - площадь, пройденная пожаром, га; - преобладающая древесная порода на участке пожара; - кто ликвидировал пожар, применявшиеся средства тушения; - стоимость тушения, тыс. руб.; - общий ущерб, тыс. руб. Сведения о каждом зарегистрированном лесном пожаре могут быть получены из книг учета лесных пожаров по лесничеству (или информации из компьютеров), Актов о лесных пожарах, ведомостей лесных пожаров по авиаотделениям. На карту-схему лесничества наносят условными значками места пожаров за последние 10-15 лет. Выделяют места крупных лесных пожаров. Определяют среднегодовое число пожаров и их среднегодовую площадь. Затем находят частоту пожаров в пересчете на 1 млн. га площади лесного фонда лесничества в год (см. табл. 2.1). Например, площадь лесного фонда лесничества 147 тыс. га, среднегодовое число пожаров за последние 15 лет – 35, следовательно, частота пожаров составит 35 : 0,147 = 238 случаев в год на 1 млн. га (горимость высокая). Аналогично находят относительную площадь пожаров, приходящуюся на 1 млн. га лесного фонда. На основании отметок мест пожаров и данных об их среднегодовом количестве, частоте и относительной площади, на карте-схеме лесничества пунктиром красного цвета выделяют места концентрации пожаров – центры горимости лесов. Таким же путём определяют центры горимости лесов в области, крае, республике – как территорию лесного фонда одного или нескольких лесничеств, среднегодовая частота пожаров в которых больше среднего показателя соответственно по области, краю, республике. После получения информации о распределении пожаров выясняют условия, предпосылки и непосредственные причины возникновения лесных пожаров и их концентрации в определённых местах. Особое внимание уделяют выяснению причин пожаров в последние годы анализируемого периода. Определяют динамику возгораний в зависимости от погодных и природных условий, дней недели, выявляют эффективность работы лесопожарных служб и т.д. Устанавливают число дней с пожарами за последние 10-15 лет, распределение количества и площади пожаров по сезону, как в отдельные годы, так и в среднем за многолетний период, продолжительность и даты пожарных максимумов и пиков горимости лесов. При выделении пожарных максимумов их продолжительность дают с точностью в одну декаду, а пожарных пиков – с точностью в одну пятидневку. Результаты анализа горимости лесов должны дать ответы на вопросы: где, когда, почему и в каких количествах возникали лесные пожары. Это необходимо для принятия мер по снижению горимости лесов.