Природа лесных пожаров. Горение в лесу. Лесные горючие материалы. Лесной пожар и его основные элементы. Виды лесных пожаров

Горение в лесу
Горение лесных горючих материалов, вызывающее лесной пожар, представляет собой совокупность явлений, которыми сопровождается реакция, проходящая под воздействием высокой температуры, кислорода воздуха и горючих материалов.
(химическая реакция окисления)
Фазы процесса горения:
1. Предварительный нагрев и подсушивание с выделением водяных паров -120 °С;
2. Высыхание, горение с выделением водяных паров, горючих веществ (кислот, смол) - 260 °С;
3. Воспламенение газов (315...425 °С);
4. Пламенное горение с выделением дыма, углекислого газа, водяных паров и несгоревших газов (650...1095°С);
5. Обугливание и горение углей до полного сгорания горючих материалов.
Основными составными частями атмосферного воздуха являются
кислород (около 21%), азот (78%), углекислый газ (0,03—0,04 )
водяные пары, инертные газы, озон, перекись водорода (около 1%).

Горение в лесу (диффузное горение)

Горение в лесу
Тепловой и цепной механизм распространения пламени

Способы выделения и передачи тепла.
В процессе горения выделяется большое количество тепла, которое поступает в окружающую среду путем:
-конвекции - распространения высоких температур путем подъема массы горячего воздуха над местом горения в виде конвекционной колонки;
-излучения - распространения высоких температур в виде лучистой энергии по радиусу во всех направлениях от источника горения;
-проводимости - распространения высоких температур по горючим материалам от очага горения.

Способы переноса огня (тепла, энергии) от пожара
Три способа переноса огня через заградительные полосы: конвекция, (точечные перебросы,) радиация, проводимость
конвекция
Точечные перебросы
радиация
Проводимость (нагревание соседних ЛГМ)

Диапозоны температур при горении лесных пожаров

Типы лесных горючих материалов
Классификация лесных горючих материалов по проф. Н. П. Курбатскому.
В основу классификации положено разделение лесных горючих материалов на группы в соответствии с их ролью в процессе горения лесного биогеоценоза.
1 группа — мхи и лишайники с включенным в них опадом, а также опад в местах, лишенных растительности, и травяная ветошь. Эта группа является основным проводником пламенного горения при напочвенных и верховых пожарах. Возможность возникновения любого пожара предопределяется влажностью горючих материалов именно данной группы, причем влажность у них быстро изменяется под влиянием погодных условий и имеет выраженную суточную цикличность.
2 группа — подстилка, туда входит полуразложившийся опад, очес мха, гумусовый торфянистый горизонт с включенными кусками гнилой древесины. Влажность подстилки также изменяется под влиянием метеорологических условий, но не столь быстро; суточная цикличность не выражена. Горение подстилки носит беспламенный характер (тление). Подстилка служит основным проводником горения при почвенных (подстилочных) пожарах в тех случаях, когда опад или мох увлажнены дождем.
3 группа — травы и кустарнички вместе с подростом, самосевом и подлеском, которые по высоте не превышают кустарничков. Травы и кустарнички имеют достаточно высокую постоянную влажность (более 50%) и, как правило, пассивно сгорают в пламени горючих материалов 1 группы, снижая тем самым интенсивность горения последних. Исключением являются смолистые кустарнички (вереск, багульник), которые усиливают горение.

Типы лесных горючих материалов
Классификация лесных горючих материалов по проф. Н. П. Курбатскому.
4 группа — мертвые древесные остатки: валежник, сухостой, сухие сучья, пни; на вырубках — мелкие порубочные остатки. Влажность горючих материалов данной группы изменяется в той или иной степени под влиянием погодных условий. Они, как правило, не являются проводниками горения, а лишь усиливают его, придавая пожару устойчивый характер.
5 группа — подрост и подлесок (кустарники) имеют более или менее постоянную влажность. Во многих случаях (за счет смолистой хвои или сухих стеблей) усиливают пламенное горение при низовом пожаре, придают ему беглый характер.
6 группа — хвоя и листва растущих деревьев (вместе с мелкими веточками диаметром до 7 мм). Влажность хвои и листвы имеет сезонные колебания. Хвоя может активно гореть, что чрезвычайно усиливает интенсивность пожаров и служит основным проводником горения во время верховых пожаров при сильных порывах ветра, на крутых горных склонах.
7 группа — стволы растущих деревьев и живые сучья (толще 7 мм) имеют обычно постоянную высокую влажность, поэтому при пожарах, как правило, не горят и не могут служить в качестве основного проводника горения. Однако поврежденные и больные стволы могут гореть, причем у них горят сухобочины, засмоленные раны, гнилая сердцевина и т. п. Горение здоровых стволов наблюдается в том случае, если они растут плотным пучком из общего основания.

Лесные горючие материалы
Сосняк беломошник
Сосняк черничник
Сосняк бруснично-травяной (вырубка)

Лесные горючие материалы
Ельник зеленомошник
Лиственичник долгомошник
Торфяник

Лесной пожар и его основные элементы
Фронт лесного пожара- часть кромки лесного пожара, распространяющаяся с наибольшей скоростью
Тыл лесного пожара -часть кромки пожара, наиболее медленно распространяющаяся в сторону, противоположную движению фронта
Фланги пожара- части движущейся кромки между фронтом и тылом пожара

Виды лесных пожаров
Пожары разделяют на 3 вида: низовые, верховые и подземные (почвенные или торфяные).
Основной критерий разделения – ярус насаждения и почвы, где горит пожар
Низовой пожар: распространением огня по напочвенному покрову.
Горит:
-лесной отпад, состоящий из мелких ветвей, коры, хвои, листьев;
-лесная подстилка, сухая трава и травянистая растительность;
-живой напочвенный покров из трав, мхов;
-мелкий подрост и кора в нижней части древесных стволов.
По скорости распространения огня и характеру горения низовые пожары бывают
беглые и устойчивые.
Беглый низовой пожар - в весенний период возникает на травянистых площадях, в летний- при сильном ветре на беломошниках, версковых типах леса и т.п.
Скорость распространения до 300 м/ч и находится в прямой зависимости от скорости ветра в приземном слое.
Участки с повышенной влажностью покрова остаются не тронутыми огнем и площадь, пройденная огнем, имеет пятнистую форму.
В хвойных насаждениях с низко опущенными кронами беглый низовой пожар может перейти в верховой.

Виды лесных пожаров
Устойчивый низовой пожар характеризуется полным сгоранием напочвенного покрова и частично или полностью лесной подстилки (в зависимости от влажности ЛГМ).
Устойчивые низовые пожары чаще развиваются в середине лета, когда подстилка просыхает по
всей толщине залегания (зависит от длительности засушливого периода и характера ЛГМ).
При устойчивом пожаре может полностью сгорать подрост, подлесок, лесная подстилка.
Обгорают корни и кора деревьев, в результате чего насаждение получает серьезные повреждения, а часть деревьев (непожароустойчивых видов) прекращает рост и гибнет.
На торфяных почвах такие пожары могут перейти в подземные, а в молодняках и многоярусных насаждениях с наличием хвойного подроста - в верховые.
Скорость распространения огня при устойчивом пожаре от нескольких метров до 180 м/ч.
Низовые пожары в среднем составляют 97-98 %, а охваченная ими площадь - около 87- 89 % всех зарегистрированных случаев лесных пожаров.

Виды лесных пожаров
Верховой пожар распространяется по кронам деревьев: беглый и устойчивый
Возникновение и развитие верховых пожаров происходит от низовых пожаров:
в древостоях с низко опущенными кронами;
в разновозрастных хвойных, в многоярусных и с обильным
подростом насаждениях;
в горных и холмистых лесах.
Возникновению верховых пожаров в значительной степени способствуют
Засухи и сильные ветры.
Устойчивый-горит по всем ярусам многоярусного насаждения.
Беглый –низовой пожар сильной интенсивности или устойчивый верховой при сильном увеличении ветра и при наличии хвойного верхнего яруса, верхняя часть пожара отрывается от основной части горящего пламени и «уходит» вперед, иногда на расстояние до 300-400 м.
Затем при отсутствии тепловой подпитки от горящего нижнего яруса, который на тот момент отстает, верховое горение опускается на более нижние ярусы и горит далее как низовой пожар или повальный верховой.
Скорость верховых пожаров:
устойчивого - 300-1500 м/ч, беглого - 4000-5000 м/ч .
Наиболее подвержены верховым пожарам хвойные молодняки на сухих местоположениях, заросли кедрового стланика и дуба кустарниковой формы (весной при наличии сухих прошлогодних листьев), в горных лесах - все хвойные насаждения в верхней части крутых склонов или на перевалах.
Количество случаев верховых пожаров составляет около 1,5-2,0 %, а пройденная ими площадь - около 10-12 % площади всех пожаров.

Виды лесных пожаров
Поземный (почвенный пожар) развивается в результате "заглубления" огня низового пожара в нижние слои подстилки и торфяной слой почвы.
При почвенном пожаре сгорают корни, деревья вываливаются и падают, как правило, вершинами к центру пожара.
Пожарище в большинстве случаев имеет круглую или овальную форму.
Скорость распространения огня незначительна - от нескольких десятков сантиметров до нескольких метров в сутки.
Количество почвенных пожаров составляет 0,5-1,0 %, а площадь - менее 1 % всех пожаров.
В отдельные засушливые годы эти показатели могут быть достаточно высокими.

Виды лесных пожаров
классификация
беглый
беглый
устойчивый

Виды лесных пожаров
классификация

Низовой лесной пожар

Низовой лесной пожар, средней интенсивности
Действующая кромка

Низовой устойчивый лесной пожар,
сильной интенсивности

Верховой лесной пожар (беглый)

Верховой устойчивый (повальный) лесной пожар

ПРИЧИНЫ ЛЕСНЫХ ПОЖАРОВ
от
сельхозпалов
(выжиганий)
14%
по другим
причинам
7%
по вине
населения
72%
от ударов
молний
(грозовых разрядов)
7%

МОЛНИЕВЫЕ РАЗРЯДЫ

Основные факторы, определяющие горимость лесов.
Условия распространения лесных пожаров.
Основные факторы определяющие горимость лесов
1. Характер лесов и лесорастительные условия ( сильно зависит от почв, ледниковые, вечная мерзлота) природная пожарная опасность
2. Климатические условия (тип климата –континентальный (резко), умеренный, приморский;
циклоническая –антициклоническая деятельность, и др.)
3. Погодные условия пожарная опасность по условиям погоды
4. Рельеф-равнинный, холмистый, горный

Основные факторы определяющие горимость лесов
Погодные условия пожарная опасность по условиям погоды
Температура воздуха
-Чем выше температура, тем быстрее высыхает горючий материал (повышается КПО).
-Температура поверхности почвы в свою очередь влияет также на перемещение воздушных потоков.
-Температура воздуха непосредственно воздействует и на пожарных, затрудняя их работу.
Влажность воздуха
При любых условиях в воздухе присутствует влага в виде водяных паров.
Количество влаги, содержащееся в воздухе, напрямую влияет на влажность горючего материала, что является ещё одним фактором, влияющим на пожар.
При относительной влажности воздуха 30-40 % и ниже резко возрастает риск перехода пожаров в верховые.
Ветер
Под действием ветра горючие материалы высыхают и легче возгораются, тем самым увеличивается скорость движения пожара, особенно верховых лесных пожаров.
Верховые же пожары в свою очередь способствуют возникновению новых очагов горения путем переноса горящих частиц воздушными массами.
Лесной пожар способствует образованию сравнительно небольших воздушных потоков, чем усиливает влияние преобладающего ветра на распространение огня.
Рельеф-равнинный, холмистый, горный
Рельеф местности оказывает существенное влияние на распространение пожаров.

Лесопожарная погода и условия, влияющие на развитие пожара
С 11.00 до 16.00 Температура ЛГМ на южной и западной экспозиции максимальная с 12.00 до 16.00. Наилучшие условия для с 16.00 до 8.00
Температура воздуха максимальна в дневные часы-до 18.00, влажность ЛГМ и отн. влажность воздуха (ОВВ)-в это время минимальна. Перепады влажности ЛГМ в течении суток ниже чем ОВВ.
Наиболее экстремальные условия для погоды с 12.00 до 17.00-18.00
восток
север
юг
запад
Время суток
Темпер. ЛГМ
Зависимость t воздуха, t ЛГМ, относительной влажности воздуха и времени суток
t воздуха
t ЛГМ
ОВВ
полночь
полночь
полдень

Основные факторы определяющие горимость лесов
Рельеф-равнинный, холмистый, горный
Рельеф местности оказывает существенное влияние на распространение пожаров.
Классификации форм рельефа
Существует несколько классификаций форм рельефа Земли, имеющих разные основания. Согласно одной из них различают две группы форм рельефа:
положительные - выпуклые по отношению к плоскости горизонта (материки, горы, возвышенности, холмы и др.);
отрицательные - вогнутые (океаны, котловины, речные долины, овраги, балки и др.).
Классификация форм рельефа Земли по размерам представлена в табл. 1 и на рис. 1.
Формы рельефа Земли по размерам

Основные факторы, определяющие горимость лесов.
Рельеф.
Рельеф местности оказывает существенное влияние на распространение пожаров.
С восходом солнца происходит нагрев земной поверхности, тепло которой со временем передается нижним слоям воздуха, образуя их конвекционное движение вверх.
В связи с этим в течение дня потоки воздуха как правило “текут” вверх по ложбинам и склонам.
Вечером и ночью поверхность земли охлаждается, воздушные потоки меняют свое направление и текут вниз по ложбинам и склонам.
Аналогичная ситуация с ветровыми потоками:
-днем ветер дует вверх по склону, ночью – вниз по склону.
.

Основные факторы, определяющие горимость лесов.
Рельеф.
В горных условиях направление и скорость распространения огня зависят от экспозиции и крутизны склонов.
Пожару легче распространяться вверх по склону, и чем круче склон, тем выше скорость движения.
Так, при склоне крутизной 5° скорость распространения кромки пожара увеличивается в 1.2 раза,
при 10° – в 1.5,
при 15° – в 2
при 20° – в 3
при 25° – в 4 раза.
При подъеме вверх по склону верхняя кромка огня пожара находится близко части крон деревьев. Это вызывает их подогрев, подсушивание и, в конечном итоге, приводит к воспламенению.
Теплый воздух поднимается вверх по склону и вызывает “тягу”, который с свою очередь увеличивает скорость распространения огня.
В то же время на крутых склонах горящие материалы могут скатываться вниз и создавать новые очаги горения внизу.

Лесопожарная погода и условия, влияющие на развитие пожара
В утренние часы ветер обычно спокоен, по мере прогревания днем он начинает подниматься вверх посклону. Когда температура воздуха начинает падать, начинается тенденция движения воздуха вниз по склону

Лесопожарная погода и условия, влияющие на развитие пожара
Сложный рельеф формирует множество воздушных потоков различного направления
Холодный фронт может изменять направление ветра на 45-180 °
Холодный фронт может изменять направление ветра на 45-90 °
Прохождение атмосферных фронтов существенно влияет на изменение ситуации на пожаре
Особое внимание необходимо обращать, когда гроза проходит в районе пожара. Развитие пожара может стать непредсказуемым, могут наблюдаться восходящие/нисходящие потоки, сильные порывы ветра и изменение направления

Лесопожарная погода и условия, влияющие на развитие пожара
Влияние рельефа на распространение пожаров
На небольших склонах скорость распространения пожара не увеличивается, на склонах средней крутизны (до 30%) скорость увеличивается до 2-х раз, на крутых склонах (свыше 55%) скорость увеличивается еще в 2 раза
Перебросы (пятнистые пожары) через лощины в противоположную сторону от движения

Лесопожарная погода и условия, влияющие на развитие пожара
Устойчивая и неустойчивая воздушная масса
Устойчивая воздушная масса -в атмосфере отсутствую условия для вертикальных движение воздуха в большей степени из-за инверсии -Характеризуется стелющимся дымом. В небе могут наблюдаться небольшие без острых крючков кучевые облака «хорошей погоды». Пожары при таких условиях развиваются медленнее, редко переходят в верховые.
Неустойчивая воздушная масса- имеются условия для вертикальных движений воздуха-воздух нагреваясь в дневные часы устремляется вверх, возникает «тяга». Характеризуется дымом, направленным вверх, он быстро усиливается. Пожары быстро развиваются, характеризуются вспышками отдельных деревьев «свечки». При низкой отн. Вл. Воздуха, ветре пожары могут переходить в верховые. На небе в дообеденное время (в антициклоне) появляются высоко-кучевые облака, с заостренными краями, в послеобеденное время могут развиться в мощные кучевые, далее кучево-грозовые облака.
Инверсия- когда воздух на высоте более теплый, чем воздух ниже, в приземном слое
Сильная инверсия
Разорванная инверсия
Высоко кучевые облака –признак нестабильной атмосферы

Условия распространения лесных пожаров.
Неустойчивая воздушная масса

Основные факторы, определяющие горимость лесов.
Условия распространения лесных пожаров.
Суточный цикл горения пожаров и условий их тушения (зависит от температуры, относительной влажности, ветра, солнечной активности)
В зависимости от времени суток, ход пожара можно разделить на следующие циклические стадии:
с 9 до 21 ч – максимальная интенсивность горения, тушение крайне затруднительно;
с 21 до 4 ч – снижение интенсивности горения, эффективность тушения повышается;
с 4 до 6 ч (в основном беспламенное горение) – минимальная интенсивность горения лучшее время тушения;
с 6 до 9 ч – рост интенсивности горения, благоприятное время для тушения.
Низкая, по сравнению с дневной, ночная температура, поглощение влаги горючим материалом, стихание ветра и другие элементы ночной погоды как правило облегчают работу пожарных.

Лесопожарная погода и условия, влияющие на развитие пожара
Грозовая деятельность
Кучево-дождевые облака
восходящие/нисходящие потоки, сильные порывы ветра и изменение направления, раздувание пожара в разные стороны

Лесопожарная погода и условия, влияющие на развитие пожара
Характеристика пожара по дыму
Удлиненная, стелющаяся колонка дыма: пожар развивается в условиях сильного ветра. Перебросы возможны на незначительные расстояния
Мощная дымовая колонка, в основном дым идет прямо вверх. Основная колонка разделяется сильными потоками ветра. Периодически появляются черные клубы дыма. Возможны скачки верхового горения и перебросы на большие расстояния

Лесопожарная погода и условия, влияющие на развитие пожара
Характеристика пожара по дыму
Образование мощной конвективной колонки в условиях не очень сильного ветра, но при нестабильной атмосфере. Поведение пожара непредсказуемо. При возникновении ветра перебросы огня бывают на несколько сот метров
Горение при ветре и не стабильной атмосфере, при порывах ветра возникают скачки «верхового беглого огня»

Условия распространения лесных пожаров.
Неустойчивая воздушная масса

Основные факторы, определяющие горимость лесов.
Ветер.

Условия распространения лесных пожаров в зависимости от лесорастительных условий
Сосняк багульниковый
Сосняк зелономошник

Условия распространения лесных пожаров в зависимости от лесорастительных условий
Сосняк травянистый
Сосняк беломошно-багульниковый

Условия распространения лесных пожаров в зависимости от лесорастительных условий
Долгомошник (почвенный пожар)
Ельник зеленомошник
Торфяник

Условия распространения лесных пожаров в зависимости от лесорастительных условий
Монокультуры сосны