книги2 / 159
.pdf
SЛП SЛПа 100 D /100. |
(18) |
Прогнозируемая скорость распространения фронта ЛП определяется по аналогии с определением прогнозируемой площади ЛП.
Длина кромки лесного пожара (Dкромки, м), через время, соответствующее шагу прогноза, определяется по формуле:
D 0,5 S 10000, |
(19) |
где S —площадь ЛП, га.
Значение площади ЛП (S, га) принимается для следующих вариантов: 1. В случае, если осуществлялось моделирование развития действующего ЛП, то при расчете длины кромки не учитывается начальная
площадь данного пожара:
S = SЛП –Sн, |
(20) |
где Sн —площадь ЛП по состоянию на начало прогнозирования, га. 2. При расчете длины кромки учитывается только 10% площади ЛП:
S = 0,1SЛП. |
(21) |
Уровень угрозы перехода ЛП на населенный пункт определяется на основе результатов статистической обработки модели краткосрочного прогнозирования ПАМ-ЛП в зависимости от минимального расстояния от границы данного населенного пункта или объекта защиты до фронта ЛП.
С учетом полученного расстояния устанавливаются следующие уровни угрозы перехода ЛП на населенный пункт через время, соответствующее шагу прогноза:
свыше 10 км—низкий; от 10 км включительно до 6 км—средний;
от 6 км включительно до 1 км—высокий; до 1 км включительно—чрезвычайно высокий.
41
По данным, характеризующим основные параметры ЛП иметеорологическую обстановку встандартный срок наблюдения втечение суток, формируются обобщенные данные о наблюдаемых скоростях фронта верховых ЛП при различных скоростях ветра за период не менее 5 лет.
По результатам сбора обобщенных данных осуществляется расчет средней скорости фронта верхового ЛП для различных градаций скорости ветра по формуле:
|
j |
|
iN 1j i |
, |
(22) |
|
N j |
||||
|
|
|
|
|
где:
j —диапазон значений скорости ветра, соответствующих j-ой градации (по табл. 10);
Nj —количество верховых ЛП, зарегистрированных при скоростях ветра, находящихся в диапазоне значений, соответствующему j-ой градации, ед.;
νфрi —скорость фронта i-ого верхового ЛП, м/мин.
Таблица 10
Справочник градаций значений скорости ветра
№ п/п Диапазон значений, м/с
1 менее 0,3
2 [0,3; 1,6)
3 [1,6; 3,4)
4[3,4; 5,5)
5 |
[5,5; 8) |
6[8; 10,8)
7 [10,8; 13,9)
8 [13,9; 17,2)
9 [17,2; 20,8)
10[20,8; 24,5)
11[24,5; 28,5)
12[28,5; 32,7)
13от 32,7 и более
42
Основные показатели распространения низовых лесных пожаров в ПАМ-ЛП рассчитываются по модели Ротермела [31].
Модель Ротермела основывается на положении о том, что скорость распространения пламени пропорциональна отношению теплоты горения материала к теплоте нагрева новых порций горючего материала до температуры воспламенения.
Определение скорости фронта распространения низового ЛП вПАМЛП осуществляется следующим образом.
По данным, полученным по результатам сбора характеристики лесного участка, определяется состав лесогорючего материала (ЛГМ) для данного участка, после чего для каждого слоя ЛГМ определяется площадь поверхности, приходящаяся на 1 м2 территории по формуле:
A i 0i , |
(23) |
i i
где:
ω0 —средний запас слоя ЛГМ, кг/м2; σ—удельная поверхность слоя ЛГМ, м–1; ρ—плотность слоя ЛГМ, кг/м3.
Значения параметров формулы (23) определяются по табл. 11.
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 11 |
||
Средние характеристики напочвенного покрова |
|
||||||||
|
Обо- |
Ли- |
Мох |
|
|
Сухие |
Кустар- |
Отходы |
|
Состав |
значе- |
шай- |
Шре- |
Хвоя |
Листья |
лесоза- |
|||
злаки |
ник |
||||||||
Средний запас |
ние |
ник |
бера |
|
|
|
|
готовок |
|
ω0 |
1,7 |
1,0 |
0,3 |
0,15 |
0,225 |
0,9 |
|
||
слоя ЛГМ, кг/м2 |
|
||||||||
Удельная по- |
σ |
|
|
|
|
|
|
|
|
верхность слоя |
2000 |
2500 |
6000 |
11560 |
18170 |
6560 |
4920 |
||
ЛГМ, м–1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Теплота сгора- |
h |
4300 |
4700 |
4500 |
4880 |
4200 |
4400 |
|
|
ния, ккал/кг |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Плотность слоя |
ρ |
300 |
512 |
460 |
420 |
512 |
|
|
|
ЛГМ, кг/м3 |
|
|
|||||||
Высота слоя, м |
δ |
0,12 |
0,1 |
0,075 |
0,5 |
0,6 |
0,7 |
|
|
Критическое |
Мх |
|
|
|
|
|
|
|
|
влагосодержа- |
0,3 |
0,5 |
0,3 |
0,4 |
0,2 |
|
|
||
ние, кг/кг |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
43
Суммарная площадь поверхности (AT) всех слоев ЛГМ рассчитывается по формуле:
n |
|
AT Ai. |
(24) |
i 1
Усреднение показателей «влагосодержание» слоев ЛГМ (Mср) осуществляется по соотношению:
n |
A |
|
|
M i 1 |
i |
M. |
(25) |
A |
|||
|
T |
|
|
Влагосодержание (М) принимается одинаковым для каждого слоя ЛГМ и определяется по формуле:
M |
m |
, |
(26) |
|
|||
100 m |
|
|
|
где m —относительная влажность ЛГМ,%.
Относительная влажность ЛГМ определяется по табл. 12 в зависимости от показателя влажности напочвенного покрова ПВ-1.
Таблица 12
Изменение наиболее вероятной влажности напочвенного покрова в зависимости от величины ПВ-1
ПВ-1 |
300 |
400 |
450 |
500 |
600 |
700 |
800 |
850 |
900 |
1000 |
m, % |
36,5 |
29,0 |
25,5 |
22,5 |
19,5 17,0 |
15,0 |
14,5 |
14,0 |
13,5 |
|
ПВ-1 |
1100 |
1200 |
1300 |
1400 |
1500 |
1600 |
1700 |
1800 |
1900 |
|
m, % |
13,5 |
13,5 |
13,0 |
12,5 |
|
12,5 |
12,0 |
12,0 |
11,5 |
11,0 |
ПВ-1 |
|
2000 |
|
|
2100 |
|
≥ 2200 |
|
||
m, % |
|
11,0 |
|
|
10,5 |
|
10 |
|
|
|
Усреднение показателей «средний запас слоя ЛГМ» слоев ЛГМ (ω0ср) осуществляется по соотношению:
n |
A |
|
|
|
0 |
i |
0i. |
(27) |
|
A |
||||
i 1 |
|
|
||
T |
|
|
44
Усреднение показателей «предельное влагосодержание» слоев ЛГМ (MXср) осуществляется по формуле:
n |
A |
|
|
|
M X |
i |
M Xi. |
(28) |
|
A |
||||
i 1 |
|
|
||
|
T |
|
|
Усреднение показателей «плотность» слоев ЛГМ (ρср) осуществляется по соотношению:
n |
A |
|
|
|
|
i |
i. |
(29) |
|
A |
||||
i 1 |
|
|
||
T |
|
|
Усреднение показателей «удельная поверхность» слоев ЛГМ (σср) происходит по соотношению:
|
|
|
n |
A |
. |
|
|
|
|
i |
(30) |
||||
|
A |
||||||
|
|
i |
|
||||
|
|
|
i 1 |
T |
|
|
|
Усреднение показателей «теплота сгорания» слоев ЛГМ (hср) определяется по соотношению:
n |
A |
|
|
|
h 4,184 |
i |
hi . |
(31) |
|
A |
||||
i 1 |
|
|
||
T |
|
|
||
Средняя высота ЛГМ (δср) определяется по формуле: |
|
|||
n |
|
|
|
|
i. |
|
(32) |
||
i 1
Далее осуществляется расчет скорости ветра на уровне 6 метров над кронами древостоя (WZ6) по формуле:
WZ 6 |
Z |
|
6 |
|
0,28 |
(33) |
WZ10 |
d |
|
|
, |
||
|
|
10 |
|
|
|
|
где:
WZ10 —скорость ветра по данным ближайшей метеостанции; Zd —средняя высота древостоя.
При этом, пересчет скорости ветра (W), полученной на ближайшей метеостанции, осуществляется по формуле:
45
W |
0,31WZ 6 |
, |
(34) |
||
|
20 1,18Zd |
|
|||
|
fZd ln |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
0, 43Zd |
|
|
|
где f —объемная плотность полога леса, определяется по табл. 13.
|
Объемная плотность полога леса |
Таблица 13 |
|||
|
|
||||
Степень |
Теневыносливые |
Светолюбивые |
|
||
сомкнутости |
Молодые |
Спелые и пе- |
Молодые |
Спелые и пе- |
|
полога |
|
рестойные |
|
|
рестойные |
Густые |
0,32 |
0,24 |
0,16 |
|
0,08 |
Редкие |
0,09 |
0,07 |
0,07 |
|
0,05 |
Значение показателя γ вычисляется по формуле:
|
3,767 10 4 |
|
|
0 |
|
. |
(35) |
||
|
|
|
|
0,8189 |
|||||
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||
Потенциальная скорость реакции горения определяется по формуле:
(36)
Доля теплового потока (ξ), идущая на поддержание процесса горения, рассчитывается по формуле:
(37)
Эффективная плотность ЛГМ (ε) определяется по формуле:
|
|
452, 756 |
|
|
exp |
|
|
. |
(38) |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Коэффициент замедления скорости сгорания по влагосодержанию (ηm) определяется по формуле:
46
|
(39) |
Теплота воспламенения (Q) определяется по формуле: |
|
Q = 250 + 1116Mср. |
(40) |
Тогда скорость распространения фронта пожара при отсутствии ветра и склона (v0фр) можно рассчитать по формуле:
v0 |
|
0,048h S 0 mr |
, |
(41) |
||||
( |
|
|
S )Q 0,8189 |
|||||
|
|
|
||||||
|
|
|
T |
|
|
|
||
где:
ηS —коэффициент, учитывающий минеральный состав ЛГМ (принимается равным 0,42);
ST —содержание минеральных веществ (принимается равным 0,02).
Коэффициент заполнения слоя ЛГМ определяется по формуле:
8,858γ 0,8189 . |
(42) |
Коэффициент влияния уклона местности (φS) на скорость распространения фронта пожара вычисляется по формуле:
|
|
ϕS = 5, 275β −0,3tg 2ϕ, |
|
|
(43) |
||
где φ—уклон ячейки матрицы с описанием лесного участка. |
|
||||||
Коэффициенты К1 и К2 определяются по формулам: |
|
||||||
K2 |
K1 0,715exp 1,094 10 4 ; |
W |
|
(44) |
|||
exp |
|
|
|
0,0133 0,54 . |
(45) |
||
|
7, 47 |
0,06919 |
0,55 |
196,848 |
|||
Тогда, коэффициент влияния ветра (φω) на скорость распространения фронта пожара можно рассчитать по формуле:
47
K1K2. |
(46) |
В этом случае скорость распространения фронта пожара (vфр, м/мин) можно определить по формуле:
v |
v0 |
1 |
S |
|
. |
(47) |
|
|
|
|
|
|
Исходя из допущений, что низовой ЛП в однородной среде распространяется эллипсом (см. рис. 1), площадь ЛП можно определить следующим образом.
Рис. 1. Эллиптическая форма контура низового ЛП
Сначала определяется отношение длины ЛП к его ширине (LB) по формуле:
LB = 0,936 exp(0,2566W) + 0,461exp(–0,1548W)–0,397. |
(48) |
Далее определяется соотношение передней кромки ЛП кего задней кромке (HB) по формуле:
HB |
LB |
LB2 |
1 .(49) |
|
LB |
LB2 |
1 |
Величины a, b и c (см. рис. 1) рассчитываются по формулам:
48
b |
v 1 HB |
; |
(50) |
||||||
2HB |
|||||||||
|
|
|
|||||||
|
а |
|
b |
; |
|
|
(51) |
||
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
LB |
|
|
||||
c b |
|
v |
|
(52) |
|||||
|
. |
|
|||||||
HB |
|
||||||||
Окончательное значение величин a, b и c определяется путем умножения каждой из приведенной величин на период прогнозирования в мин.
Тогда площадь ЛП (SЛП) вычисляется по формуле:
SЛП = πab. |
(53) |
2.4. Выходные данные модели для прогнозирования лесных пожаров
Выходными данными ПАМ-ЛП при краткосрочном прогнозировании являются:
а) реализуемые с применением байесовского классификатора: для верхового ЛП: отклонение фактического значения скорости
фронта верхового ЛП от ее расчетного значения в течение суток через каждые 3 ч;
для низового ЛП: отклонение фактического значения площади низового ЛП от ее расчетного значения в течение суток через каждые 3 ч; отклонение фактического значения скорости фронта низового ЛП от ее расчетного значения в течение суток через каждые 3 ч;
б) реализуемые с использованием ГИС и аналитической обработки результатов вероятностной оценки:
для верхового ЛП: прогнозируемая скорость распространения фронта верхового ЛП втечение суток через каждые 3 ч; уровни угрозы перехода верхового ЛП на населенный пункт в течение суток через каждые 3 ч; для низового ЛП: начальная площадь низового ЛП; прогнозируемая площадь низового ЛП втечение суток через каждые 3 ч; прогнозируемая
49
скорость низового ЛП в течение суток через каждые 3 ч; длина кромки низового ЛП в течение суток через каждые 3 ч; уровни угрозы перехода низового ЛП на населенный пункт в течение суток через каждые 3 ч; в)исходные данные, используемые на каждом шаге прогнозирования. Выходными данными ПАМ-ЛП при среднесрочном прогнозирова-
нии являются:
а)данные, реализуемыесприменениембайесовскогоклассификатора: результаты вероятностной оценки возможности возникновения
низового ЛП в течение 10 суток; результаты вероятностной оценки возможности возникновения 2
и более низовых ЛП в течение 10 суток; результаты вероятностной оценки возможности возникновения
верхового ЛП в течение 10 суток; результаты вероятностной оценки возможности возникновения 2
и более верховых ЛП в течение 10 суток; б) исходные данные, используемые при прогнозировании.
50