Прогноз распространения подземного пожара на торфяниках Черкасской области

Размещено на http://allbest.ru

Прогноз распространения подземного пожара на торфяниках Черкасской области

К. И. Мигаленко - магистр, Академия пожарной безопасности им. Героев Чернобыля ГСЧС Украины,

Статья посвящается распространению пожаров на торфяниках. Приведены данные распределения торфяников по территории Украины. А также приведены результаты исследований скорости объемного распространения подземного пожара. Составлен прогноз распространения пожара на торфянике р. Тясмин.

Thearticledealswithawell-known theme concerning spreading the fire on the peatbogs. The statistics directing distribution peatbogs on Ukrainian territory. Besides, this article shows investigation results of the speed of global spreading of underground fire. The prediction of underground fire on Tiasmyn river peatbogis also compiled.

Keywords: fire, peatbogs

Каждое лето фиксируется несколько десятков мест загорания на территории Украины - в лесах и на торфяниках. Низовые пожары быстро переходили в верховые и подземные. Подземные в свою очередь распространялись и переходили вниз и вверх, таким образом площади горения увеличивались очень быстро.

Торфяные пожары чаще всего возникают в районах торфоразработок и болот. Во время таких пожаров задымляются большие территории потому, что тление длится с выходом пламени на новых участках торфяников.

В Украине 1562 торфяных месторождения с общими запасами 1853 млн. тонн, а общая их площадь составляет 639,5 тыс. га. Около 96% торфяных ресурсов Украины принадлежит к низинному типу, 1,8% - верховому, 1,6% - переходному и 0,6% - смешанному. Самые большие ресурсы торфа сосредоточены в северных регионах страны (на Полесье) - Волынской, Ровенской, Сумской, Черниговской и Житомирской областях. На их территории выявлено и разведано 1056 месторождений, запасы которых составляют 1160 млн. тонн.

В Западном и Восточном Полесье преобладают средние по площади месторождения (200-1000 га), Центральном Полесье (Киевская и Житомирская области) - небольшие месторождения (до 100 га). На юг от Полесья заторфованость территории уменьшается, и торфяные месторождения встречаются преимущественно в долинах рек. Все они низменного типа и высокозольные (30-50%). Запасы торфа здесь незначительные и промышленной ценности по обыкновению не имеют. Торфяные ресурсы лесостепных и степных областей Украины по обыкновению незначительные. Отложения торфа здесь имеют малую мощность (около 1,0 м), высокую зольность, а площадь месторождений по обыкновению составляет 10-20 га. В АР Крым, Одесской и Черновицкой областях месторождения торфа вообще не найдены.

Через каждые 3-5 лет повторяются засухи, которые сопровождаются лесными и торфяными пожарами. Реже бывают катастрофические пожары, от которых страдают целые народы и государства. Впервые об этом упоминают уже в 994 году в древнерусских летописях. А в Никоновской летописи о засухе 1092 года сказано так: «В сие же лета ведро бяше яко изгораше земля, и мнози боры возгорахуся сами и болота …». О сильной засухе с пожарами ХV столетия (1430-1431 гг.) сказано так: «Земля и леса горели и было много дыма от которого звери и птицы, и рыба в воде умирали, а люди очень страдали и умирали» [1].

Засухи развиваются постепенно в отличие от землетрясений, наводнений и ураганов. Для того чтобы начались пожары в лесах и на болотах нужно 3-4 недели ясной солнечной погоды.

Актуальность проблемы.

Очень важным горючим материалом в лесу является сухая лесная подстилка (пласт из растительных остатков), масса которой достигает 20…30 т/га. В обычных условиях влажность подстилки бывает высокой, но в период засухи она становится пожароопасной. При увлажнении отмирающих растительных остатков образовываются пласты торфа. Различают три основных типа торфов: низменный, верховой и переходной. В состав каждого типа входят подтипы: лесной, лесо-драговинный, драговинный. Разнообразие состава и природы торфа зависит от неодинаковых географических и экологических условий образования и развития торфяных залежей.

Торф верхового типа имеет большую пористость, а значит и высокую влагоемкость. Но нам известно, что водонасыщеный торф 400 % может тлеть очень долго. Известно, что лесной пожар переходит на торфяники. Со всех известных видов пожаров наименьшую скорость имеют торфяные (от нескольких дециметров до метровза сутки). На их скорость не влияют суточные изменения погоды. Поэтому даже небольшое болотце может дымиться неделями.

Основным показателем, который характеризует способность материалов создавать дым, есть их физико-химический состав. В зависимости от типа торфа, содержимое минеральных примесей составляет 2…18 %. Составные структуры торфа отличаются разнообразием по содержимому (битум, водорастворимые вещества, гемицелюлезы, гуминовые кислоты, фульвокислоты и лигнин табл. 1) [2]. В состав торфа входят карбон, гидроген, оксиген и небольшое количество нитрогена и сульфура.

Таблица 1. Групповой химический состав органической части разных типов торфа (% на органическую массу)

Каждый новый горизонт торфяных залеганий приобретает химические, агрохимические и другие свойства, которые характерны для данных условий торфообразования. Поэтому оценкой развития пожаров занималось много ученых [1, 3…6].

Нами установлено, что во время горения торфа выделяется СО, что превышает ПДК (предельно допустимая концентрация) в воздухе рабочей зоныв355раз, NО2 в 130 раз, SО2 в 260 раз на высоте одного метра над зоной горения [7].Понятно, что горение в реальных условиях, в условиях недостаточного количества кислорода, приведет к еще большей загрязненности окружающей среды токсичными продуктами неполного сгорания и продуктами пиролиза компонентов торфа.

Во время пожара горючие вещества превращаются в газообразные: в СО2; Н2О; SO2; СО, NO2 и прочие.

Эти продукты горения веществ являются токсичными и отрицательно влияют на живые организмы: так, например, SO2 (серный ангидрид) действует на слизистые оболочки дыхательных путей, а СО (оксид углерода) вызывает заболевание сердца, легких и центральной нервной системы [7].

Актуальность проблемы защиты населения от действия негативных факторов дыма при подземных пожарах на торфяниках бесспорная.

Целью исследований является определение скорости объемного распространения подземного пожара на торфяниках.

Объектом наших исследований является торфяник бассейнар.Тясмин, Черкасской области. Нами вырезаны монолиты торфа послойно, от поверхности до 2,5м глубины залегания (к минеральному пласту). В газодымокамере АПБ им. Героев Чернобыля была создана модель пожара на торфянике. Для исследований выбрана физическая модель. При физическом моделировании на модели воспроизводятся те же самые явления, которые и в натуре, но в другом масштабе, то есть необходимо соблюдатьгеометрическое подобие. Для воспроизведения физического явления, необходимо соблюдать критерииподобия Вебера и Архимеда [8].

= = Wе, Wен = Wем,

где Wе - критерий Вебера, который должен быть равным для модели и натуры; - коэффициент поверхностного натяжения (капиллярные силы).

· = · = Аr, Аrн= Аrм.

где Аr - критерий Архимеда, который должен быть равным для модели и натуры; разность плотности двух сред (подъемная сила нагретого воздуха).

Для исследования отбирались образцы торфа с глубины 2,0 м, со степенью разложения торфа - 55 %, объемами: 7920 см3, 8100 см3, 12500 см3 и 11250 см3. Время пламенного горения составило 10 мин (от 14:15 ч до 14:25 ч) после чего образец начал тлеть. Тление длилось до 18:30 ч, при этом, объемы образцов уменьшились на 5820 см3, 6000 см3, 8930 см3 и 8500 см3. Отсюда, средняя скорость выгорания образца (объемного распространения тления) будет составлять 1,1 см3/мин. Этим объясняется такой длинный период гетерогенного тления.

Во время пожара на торфяниках пламенное горение переходит в гетерогенное тление. Потом тление переходит в пламенное горение когда оно прогревает твердое вещество до такого состояния, когда начинается ее пиролиз, или выделение из нее горючих летучих компонентов. И снова, когда в твердом веществе, которое горело с пламенем, больше нечему раскладываться или испаряться, пламенное горение переходит в гетерогенное тление. Вот поэтому нам приходится наблюдать пламенное горение торфа на соседних участках с местом первичного загорания через какой-либо период времени после ликвидации очага горения.

Результаты исследований. подземный пожар торфяник

Для составления прогноза распространения подземного пожара на торфянике необходимы планы торфяников и геологические разрезы по створам с толщиной залежи торфа. Использовав материалы Черкасской гидрогеологической экспедиции (планы торфяников и глубины залегания торфа по створам в бассейне р. Тясмин, Черкасской области), определяем площади торфа каждого створа а результаты вычислений заносим в табл. 2.

Таблица 2. Параметры торфяника

Учитывая лабораторные данные исследований скорости выгорания (объемного распространения тления) торфа определяем объемы тления за время (например за 1, 3 и 24 часа).Затем зная толщину слоя торфа по створу (рис.1) определяем площади выгорания торфяника за это время и ширину распространения пожара (принимая, что тлению подвержен квадрат, например площадью 0,33 см2, получаем ширину 0,6 см). При переходе от лабораторной модели к натуре необходимо ввести коэффициент модельного масштаба б=100. Результаты заносим в табл. 3.

Таблица 3. Прогноз распространения подземного пожара

Рисунок 1 -Продольный профиль по створу VI-VI

Обсуждение

Как видно с табл. 3, чем меньшая мощность пласта торфа, тем быстрее он выгорает при подземном пожаре. Так при мощности пласта торфа 2,0 м через сутки пожар распространится на 2,8 м с левого берега р. Тясмин. А с правого берега мы наблюдаем, что при уменьшении мощности пласта торфа увеличивается скорость распространения подземного пожара в сторону города. Так при мощности пласта 0,7м - на 4,8м/сутки, а при мощности 0,3м - на 7,3м/сутки.

При составлении прогнозов для натурных условий необходимо учитывать и физические свойства торфа данного створа (влажность, пористость, степень разложения). Составить более точные прогнозы возможно, разработав математическую модель подземного процесса горения торфа.

Знания теории развития пожара на торфянике, наличие составленных прогнозов распространения подземного пожара и загрязненности окружающей среды токсичными продуктами неполного сгорания торфа, помогут нам правильно выбрать состав сил и средств пожарных подразделений для тушения этих пожаров.

Выводы

во время пожара на торфяниках, пламенное горение переходит в гетерогенное тление, а потом тление - в пламенное горение. Повторение циклов происходит при прогорании торфа к трещинам(за счет поступления кислорода через трещины);

продукты горения торфа являются токсичными и отрицательно влияют на живые организмы;

скорость объемного распространения подземного пожара зависит от типа торфа и мощности пласта;

составитьболееточныепрогнозывозможно, разработавматематическую модель подземногопроцессагоренияторфа;

прогнозы распространения подземных пожаров на торфяниках необходимы для выбора способов профилактики и тушения пожаров.

Литература

Софронов М.А. Огонь в лесу /А.Д.Вакуров // «Наука» Сибирскоеотделение. Новосибирск,1981. -127 с.

Геологическийсловарь. Том второй / Москва: «Недра», 1978 г. - с. 320-321.

Рева Г.В. Гасіння верхових пожеж ударними хвилями направлених вибухів. Пожежна безпека. Науковий збірник / Черкаси: ЧІПБ МВС України, 1999 р. - 197с.

Абдурагимов А. В. Опасностилесныхпожаров. Наука и жизнь /И. Н.Однолько / М. - 1993 г. - №2 - с. 70.

Літвін М.В. Тактика гасіння низової лісової пожежі первинними технічними засобами - ранцевими вогнегасниками типу ОПР - 16. Пожежна безпека. Науковий збірник / Черкаси: ЧІПБ МВС України - 1999 р. - 197с.

Ипатьев А.В. Механизмы дымообразования лесных горючих материалов и торфа. Матеріалиміжнародноїнауково-практичноїконференції ЧІПБ ім. ГероївЧорнобиля /Черкаси. - 2006 р. - с. 200.

Мигаленко К.І., Дослідження продуктів згорання зразків торфу Ірдинського родовища Черкаської області /Г.І.Єлагін, Є.С.Ленартович //Вісник ЧДТУ. - №2 - 2008 р. - с. 175.

Большаков В.А. и др. Справочник по гидравлике / Киев. Высшая школа. - 1984 г. -с. 343.

Клюс П.П. та ін. Пожежна тактика / Харків: Основа - 1998 р. - с. 591.

Размещено на Allbest.ru