автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.01, диссертация на тему:Совершенствование способов борьбы с лесными пожарами с использованием методов математического моделирования

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ЛЕСА

На правах рукописи

КОЛОДИН Игорь Петрович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СПОСОБОВ БОРЬБЫ С ЛЕСНЫМИ ПОЖАРАМИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МЕТОДОВ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

Специальность 05.21.01 — Технология и машины лесного хозяйства и лесозаготовок

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва — 1994

Работа выполнена в Московском государственном университете леса,-

Научный руководитель — доктор технических наук,

профессор В- Н. Винокуров

Научный консультант —доктор технических наук,

~ЭГв.Т(онев

Официальные оппоненты — доктор технических наук,

профессор И. М. Бартенев; кандидат технических наук, доцент О. М. Курбатский

Ведущая организация — Всероссийский научно-исследовательский институт лесоводства и механизации лесного хозяйства.

Защита диссертации состоится « 1994 г.

в . часов на заседании специализированного совета Д 053.31.01 при Московском государственном университете леса.

Отзывы на автореферат В ДВУХ ЭКЗЕМПЛЯРАХ С ЗАВЕРЕННЫМИ ПОДПИСЯМИ просим направлять по адресу: 141001, г. Мытищи-1 Московской области, МГУЛ. Ученому секретарю-

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан « . . ».....• . 1994 г.

Ученый секретарь специализированного совета Д 053.31.01, доктор технических наук, ф профессор Ю. П. СЕМЕНОВ.

Объем 1 п. л. Зак. 118 Тир. 100

Подп. в печ. 2.03.94 г.

Типография Московского государственного университета леса

ОБЩАЛ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Проблема борьбы с лесными пожарами была и остается одной из самых актуальных проблем в нашей стране и за рубежом. Необходимость усиления охраны лесов от пожаров отражена практически во всех правительственных документах и постановлениях касающихся экологии, сохранения и приумножения лесных ресурсов.

В последние годы в области охраны лесов от пожаров произошли существенные изменения. В распоряжение служб, занятых охраной лесов, поступили современные средства доставки людей и техники к пожарам, а также средства борьбы с огнем. Однако, несмотря на это, ущерб наносимый лесными пожарами хозяйству страны и окружающей преде, продолжает оставаться весьма значительным при ежегодно растущих закатах на их ликвидацию.

Практика показывает, что снижение существенной доли ущерба может быть достигнуто при рациональной организации и эффективном * управлении работой людей и техники. Поэтому, наиболее приоритетными в комплексе научных исследований по данной теме остаются задачи прогнозирования развития лесных пожаров и моделирования способов борьбы с ними. В настоящее время существует ряд работ, в которых детально анализируются . физические закономерности развития и остановки лесных пожаров, но которые довольно трудно адаптировать к использованию на практике из-за большого числа избыточной информации и вычислительных трудностей. При оперативном же руководстве в ходе тушения пожаров возникает потребность в моделях, основанных на учёте влияния основных факторов, в так называемых инженерных моделях. Такие модели, реализованные в виде программного обеспечения Для персональных компьютеров, необходимы в диспетчерских пунктах авиабаз (авиаотдепений) для анализа ситуаций и принятия оптимальных решений, а также для разработки новых, более эффективных способов и мероприятий для борьбы с: лесными пожарами.

Основные цели данной работы: а) экспериментально изучить закономерности процессов распространения и остановки низовых лесных пожаров; б) разработать на этой основе математические модели для прогноза развития и остановки лесных пожаров; в) создать техническую базу по данным направлениям научных исследований, включающую в себя методики исследований, установку для

экспериментальаых исследований, алгоритмы и программы, 1) предложить новые инженерные и технические решения для борьбы с лесными пожарами.

Общая методика исследовании. Основные положения раоо 1 и сформулированы и обоснованы теоретически с использованием метода десной пирологии, теории планирования эксперимента, математический статистики, вычислительной математики и теории обыкновенных дифференциальных уравнений. Используемые в работе теоретически« положения и выводы подтверждены экспериментально в ходе проведении научных исследований.

Научная новизна данной работы состоит в том, что на базе перечисленных методов физически обоснованы и реализованы новые подходы к экспериментальному исследованию процессов распро странения и остановки лесных пожаров, получившие конкретной воплощение в виде математических моделей вышеназванных процессов, в численном моделировании и анализе полученных моделей, в разработке экспериментального оборудования для автоматизации научных исследований, а также в изучении природы лесных пожаров и разработки мероприятий для борьбы с ними.

Практическая ценность работы заключается в следующем:

1). Разработан метод прогноза скорости продвижения кромки низовых лесных пожаров. Метод позволяет более точно и в широком диапазоне учитывать влияние скорости ветра, крутизны склони, влагосодержания горючих материалов и величины их запаса.

2). Разработан метод расчёта сил и средств на остановку (локализацию) лесного пожара. Данный метод учитывает прирост длины кромки за время остановки пожара и Елияние интенсивности кромки Позволяет прогнозировать увеличение длины кромки пожара со временем при выполнении работ по его остановке и более точно оценивать количество требующихся сил и средств.

3). На основе данных методов разработано программное обеспечение ■ для персональных компьютеров, позволяющее автоматизировать диспетчерский пункт авиаотделения (авиабазы) и предназначенное руководителям тушения для принятия оптимальных решений в ходе борьбы с лесными пожарами.

4). Разработана и изготовлена стационарная лабораторная установка для изучения процессов горения лесных горючих материалов

на базе аэродинамической трубы. Установка позволяет изучать совместное влияние скорости ветра, крутизны склона, влагосодержання горючих материалов и величины их запаса на скорость продвижения кромки низового лесного пожара. Установка имеет специальный аэродинамический модуль для формирования профиля воздушного потока, близкого к естественному (логарифмическому). Точность измерения скорости воздушного потока составляет + 0,2 м/с, точность

задания угла + 0,5°.

5). Разработано программное обеспечение, позволяющее автоматизировать экспериментальные исследования и существенно ускорить процесс построения моделей для расчёта скорости распространения -чня по различным видам лесных горючих материалов.

6). Предложена новая в отечественной практике борьбы с лесными пожарами технология создания долговременных минерализованных полос. Данная технология основана на внесении в почву (на глубину до ю см) гранулированных гербицидов в ходе её механической обработки. Позволяет сократить количество уходов за минполосамн, обеспечить их более высокую эффективность и продлить срок службы до трбх-пяти лет.

7). Разработаны лесотехнические требования на машину для прокладки долговременных минерализованных полос и создан её опытный образец, позволяющий за один проход прокладывать минполосу шириной до двух метров.

Апробация работы. Основные результаты работы были доложены и обсуждены: на Всесоюзном научно-техническом совещании по вопросам профилактики, обнаружения и тушения пожаров (г. Петрозаводск, 1985 г.), на научно-технических конференциях профессорско - преподавательского состава и аспирантов МЛТИ (г. Мытищи; 1986 - 1993 гг. ), на научно - технической конференции профессорско- преподавательского состава и аспирантов Воронежского лесотехнического института (г. Воронеж, 1989 г.), на научно-технической конференции "Интенсификация лесного хозяйства в Западном регионе СССР" (г. Гомель, 1990 г.), на Всесоюзной научно-практической конференции "Совершенствование научного обеспечения лесохозяйСтвенного производства" (г. Пушкино, 1990 г.), на Всесоюзной научно-практической конференции "Охрана и рациональное использование лесных ресурсов" (г. Москва, 1990 г.), на Всесоюзной научно-технической конференции

"Охрана лесных экосистем и рациональное использование лесных ресурсов'-' (г. Москва, 1991 г.), на кафедре прикладной математической физики МИФИ.

Публикации. По основным материалам диссертации опубликовано м печатных работ, включая авторское свидетельство.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения и четырём глав, содержит 160 страниц машинописного текста, в том числе а таблиц и 17 рисунков. Список цитируемой литературы составляет 2U8 наименований, из которых 87 зарубежные.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

S

Во введении дана краткая характеристика работы и. обзор содержания по главам.

В первой главе дан обзор проблемы построения моделей для расчёта скорости распространения и остановки лесных пожаров. В первом параграфе детально рассматриваются модели распространения лесных пожаров н отмечаются принципиальные трудности возникающие при их построении. Известно, что для оптимальной организации борьбы с лесными пожарами, оценки нанесённого ими ущерба и объёмов последующего лесовосстановления необходимо иметь сведения о таких параметрах лесного, пожара как его форма и размеры, длина периметра до и после остановки, распределение интенсивности горения вдоль кромки пожара, величина выгоревшей плошади. Указанные параметры лесных пожаров определяются продвижением контура пожара во времени и пространстве. Наиболее важной характеристикой лесного пожара является скорость его распространения. Её величиной предопределяют тактику борьбы с пожарами, а также материальные и трудовуе затраты на их остановку. Поэтому изучению закономерностей распространения лесных пожаров и построению на их основе моделей распространения исследователи постоянно уделяли и уделяют большое внимание. Разработка моделей подобного рода сопряжена с рядом трудностей, обусловленных следующими причинами. Во-первых' -особенностями такого объекта, как лесной пожар: сложность природы происходящих процессов, многопараметричность, нелинейность Зависимостей между входными и выходными параметрами. Во-вторых -высокими требованиями, предъявляемыми к моделям: предсказание с

заданноя точностью результатов эксперимента в широкой области изменения. управляемых входных параметров, содержательность, простота и компактность в математическом отношении. В-третьих, высокой, как правило, стоимостью натурных опытов, трудностью .их реализации и контроля необходимых параметров. В связи с этим, здесь детально рассматриваются различные подходы к построению моделей. Показано, что большинство существующих на сегодняшний день моделей, построенных с использованием эмпирического и полуэмпирического подходов/ по ряду причин не могут быть использованы в практической деятельности лесоохраны без проведения соответствующей адаптации. Однако и это осуществить довольно сложно, а в некоторых случаях практически невозможно. Поэтому для разработки прикладных инженерных моделей целесообразно использовать экспериментально - статистический подход. Построенные на его основе модели позволяют повысить достоверность и точность прогнозов, учесть большое число влияющих факторов в широком интервале их изменения. В последующих главах сделана попытка построения таких моделей в контролируемых условиях.

Во втором параграфе дан обзор моделей остановки лесных пожаров. Основное назначение этих моделей - определение трудовых и . материальных ресурсов, необходимых на ликвидацию пожаров. К настоящему времени уже разработан целый ряд моделей и методик на эти цели. Однако' все они имеют определённые ограничения для практического использования в силу следующих принципиальных недостатков, а именно: 1) контур пожара принимается замкнутым, что практически встречается очень редко; ~>) не учитывается изменение длины кромки пожара в ходе тушения; 3) не учитывается влияние интенсивности горения и способа тушения на скорость остановки пожара. Принимая это во внимание, в настоящей работе ставится задача разработать модель свободную от перечисленных недостатков. В заключении первой главы сделаны выводы и сформулированы направления исследований.

Вторая глава посвящена построению математических моделей для расчёта скорости распространения низовых лесных пожаров. Для этого в постановочной части главы, на основе проведённого обзора литературы, формулируется методика проведения экспериментальных исследований и предлагается следующая схема построения моделей: 1) проводится

"затравочный" эксперимент в точках, спланированных иар.анее и необходимых для выбора вида модели; 2) по результатам "затравочного" эксперимента определяется вид модели (или небольшое число конкурирующих видов) и оцениваются их коэффициенты регрессии; з) строится матрица планирования основного эксперимента на основе выбранного критерия оптимальности; 4) по результатам основного эксперимента проводится уточнение оценок, после чего проводится окончательная дискриминация конкурирующих моделей. Поскольку эффективность методов построения моделей на всех этапах существенным образом зависит от корректного выбора её вида, было проведено подробное сравнение линейных и нелинейных моделей Установлено, что: а) основной областью применения нелинейных моделей является идентификация различного рода химико-технологических процессов (в других областях науки и техники их использование носит эпизодический, разовый характер), б) используемые нелинейные модели содержат один - два фактора и три - четыре коэффициента регрессии, в) повышенный интерес к нелинейным моделям объясняется тем, что их использование позволяет в ряде случаев получить более точное описание процессов при более компактном представлении по сравнению с полиномиальными. Несмотря на положительный аспект использования нелинейных моделей, также установлено,- что единой методики их построения, дающей приемлемые результаты хотя бы для некоторого ряда различных применений,' в настоящее время не существует (отсутствуют формализованные методы выбора вида .модели). В тоже время, наибольшее распространение б силу содержательности, простоты, удобства и изученности как в экспериментальном планировании, так и в планировании по построению математических моделей нашли линейные по параметрам модели. Это обстоятельство в конечном итоге определило выбор зида модели для расчёта скорости распространения пожара. Для практической реализации эксперимента проанализированы методы планирования эксперимента, критерии оптимальности планов и дано сравнение планов экспериментов различных порядков.

Построение моделей для расчёта скорости распространения кромки пожара проводилось в лабораторных (контролируемых) условиях. В качестве лесных горючих материалов были использованы хвоя из опада сосны обыкновенной и хвоя из опада кедра сибирского. Выбранные объекты исследований - типичные представители проводников горения,

широко распространённые в пр1фоде, сравнительно однородные по составу и химическим свойствам. Для моделирования процесса распространения низового лесного пожара создана экспериментальная установка (аэродинамическая труба), позволившая. устранить многие трудности, возникающие при совместном исследовании факторов в натурных условиях. Особенность установки заключается в следующем: 1)для создания воздушного потока использован принцип нагнетания воздуха, а между вентилятором и рабочей частью установлен специальный блок для обеспечения стационарных аэродинамических параметров потока на рабочем участке. Блок представляет собой квадратную трубу сечением 1x1 м5. и длиной 25 метров. Благодаря применению бл^ка, скорость распространения огня по слою горючего материала на рабочем участке постоянна; 2) поперечное сечение рабочей части выбрано достаточно большим, т.е. длина горящей кромки намного превосходит её глубину, что позволяет моделировать бегущую автоволну, как и при естественном лесном пожаре. Практически во всем диапазоне задаваемых скоростей (0.06..3 м/с) число Рейнольдса для течения в трубе превышает критическое («2-ю!). Это означает, что воздушный поток в трубе турбулентный, а профиль скоростей / в пограничном слое, как и в естественных условиях близок к логарифмическому; з) рабочая часть при помощи лебедки может устанавливаться под углом к горизонту (до 20°) при этом воздушный поток в трубе движется вдоль слоя, как и в естественных условиях.

На первом этапе построения моделей проводилась серия однофак-торных экспериментов по измерению скорости распространения огня (и) при различных скоростях ветра (V ), угла., склона (у>), запасах горючего

материала (м) и влагосодержанни проводников горения (\у). Это дало возможность уточнить ход получаемых зависимостей, определить зоны нелинейности, выбрать модель и план эксперимента. На втором этапе был проведён многофакторный эксперимент для определения неизвестных коэффициентов принятой модели.' Исходя из априорной информации, при проведении экспериментов, приняты следующие интервалы варьирования факторов: скорость ветра: о -1,5 м/с; угол склона: 0-20' град; запас проводников горения: 300-1200 г/м3, влагосодержание проводников горения: 2-12 %.

После проведения процедуры дискриминации, модели в натуральных обозначениях выглядят следующим образом:

для хвои кедра.-

и = 0,18 + 1,77 Ув+ 0,0083 <р - 0,0027 + 1,5 Ю-4 М + 0,231 Ув <р -0,08?Ув + 3,92 10"4УВМ - 1,8 10"4 <р\\' + 0,00019 ч?

ДЛЯ ^СВОИ СОСНЫ:

и = ,0,1 + 1,38 Ув+ 0,008 <р - 0,0023 \Ч + 1,1 Ю^1 М + 0,228 Ув <р -

0,08 /Чв \У + 3,78 10^УВМ -1,4 10"4 <р V/ + 0,00012 ^

Проверка адекватности моделей включала: 1) сравнение вычисленных по моделям значений с данными однофакторных экспериментов (осуществлялось по ходу работы), 2) сравнение скорости распространения, полученной по моделям с её значениями, имеющими место на лесных пожарах. Скорость распространения кромки пожара в натурных условиях определяли согласно общепринятой - методике, замеряя при этом скорость ветра и относительную влажность воздуха. В результате проверки моделей установлено, что количественные закономерности горения на слоях лесных горючих материалов в аэродинамической трубе удовлетворительно согласуются с данными, полученными на естественных пожарах, а также с результатами других исследований.

Третья глава посвящена разработке модели остановки лесного пожара, в основе которой лежит задача расчёта длины его кромки в моменты начала и окончания остановки по известной её длине в момент обнаружения. При построении модели исходили из того, что изменение длины кромки лесного пожара в ходе его ликвидации происходит по

двум гфичинам,- а) из-за увеличения периметра пожара со скоростью Ук(0, вследствие естественного распространения кромки огня по

лесному напочвенному покрову,- б) из-за уменьшения длины горящей кромки пожара со скоростью его остановки У0(Ч), вследствие борьбы

людей с огнем. Одновременно по второй причине изменяется длина остановленной кромки пожара ьо(0- В соответствии'с этим, процесс

распространения лесного пожара с учетом его остановки описывается следующей системой дифференциальных уравнений:

-u-

dLk(t)

dt

= Vk(t)-V0(t), Lk(0) = LH ,

dL0(t)

dt

: =voW> ■ У= o-

Здесь: н 1,0(1) - длина горящей и остановленной кромки пожара

соответственно, ь - значение ьк(г) в начальный момент остановки, Ук(1)

и у0(1) скорости естественного увеличения и остановки заданного

отрезка контура соответственно. Контур развитого лесного пожара с заданной степенью точности всегда можно представить в виде совокупности дуг окружностей, которые продвигаются при однородных условиях, т.е. с постоянной во времени скоростью " и". Для звена пожаротушения отрезок контура может состоять из одной или нескольких таких дуг. Поскольку огонь распространяется по нормали к контуру, то для каждой из дуг справедливы соотношения

dLk(t)_ dLH(t) R(t) ~ Rn(t)

R(t) = lljj + U-t,

= 7

(2)

где R и R -текущий и начальный радиусы дуги, 7- угол дуги, рад. Скорость увеличения длины дуги горящей кромки

dL, (t) dR (t)

V = —-— = 7--=7-U,

dt dt

т.е. для свободно продвигающейся дуги (7= const)

vkW =

L„(t)-U '

а для останавливаемой дуги пожара (71 cqpst)

Л

МО-и

Ук(») = = -£— (4)

Окончательно система уравнений (1) может быть приведена к виду ¿4(1) Ьн(0

сЦ II,,

и, при ьк(0) = Ь0бн (5)

для свободно продвигающейся дугообразной кромки огня или dLj.it) Ьк(0-и

(И ИцИ- Ш

-У0(1), ьк(0) = ьн,

(е)

0 =Уо(0,прн ьо(0) = о.

(И

для дугообразной кромки пожара в ходе её остановки. При этом для определения длины остановленной ' кромки использовано условие 1,к(10) = о, т.е. длина горящей кромки в момент её полной остановки \ = 10

должна быть равна нулю.

Решение задачи. Интегрируя уравнение (5), находим увеличение длины кромки пожара с момента его обнаружения до момента начала остановки . '

у

Ь^н-Ьобн-/ Е-ХУ'Л^^н^обн)- СО

'обн

где V = V—— • 11|, 1 - число дуг, составляющих контур;

~ И . I Н1

'н' 4обн ~ время соответственно начала остановки и обнаружения пожара.

Значения расчитывают согласно формулам для прогноза скорости

распространения огня в лесу, представленным во второй главе.

Система уравнений (6) допускает точное решение при постоянных во

времени значениях параметров. Решая первое уравнение задачи Ко.шн методом вариации произвольной постоянной, получаем

уо пн 1н

4(1) = (—-+ —М-).( Пн+ и.»),

к и Ин+ Ш Ян н

Используя условие Ц^) = о, находим время * остановки отрезка контура пожара

йо г ьпи 1

'о-^г-Н-^'-1]; ' <?

Используя второе уравнение системы с учётом (8), определяем длину остановленной кромки пожара

У0-Пнг' ь„и -= ^ = (9)

Величина \'0 па протяжении всего процесса тушения определённым

образом изменяется в зависимости от условий местности, интенсивности горения, способа тушения и продолжительности работ. В ходе наблюдений и замеров скорости остановки, проведённых на действующих лесных пожарах, были "установлены следующие зависимости и определены коэффициенты входящие в них:

!)• У0(1) = \'ои = к1ет, где Уон - скорость остановки пожара в

начальный момент. Такой, случай имеет место при остановке о/'ня с помощью механизмов. '

2)- = 1>'оисхр( -а1), где а - коэффициет ослабления. Такая

зависимость наблюдается при длительной остановке огня вручную. При этом имеет место фактор усталости людей, учитываемый коэффициетом ослабления. ■ " ,

3)- = уон (1 +с'). гДе с - коэффициент, зависящий от

производительности тушильщиков. Такой случай имеет место при • быстрой остановке огня вручную, а также при остановке его вручную и, техническими средствами одновременно. Соответственно при продолжи-

тельной остановке огня вручную, коэффициент "с" будет иметь . отрицательное значение.

4). Скорость естественного роста отрезка контура пожара также зависит от времени и аппроксимируется следующей зависимостью,-

L-U„ m

Y(t) --£Ц 1 + bt) , где U„ - скорость продвижения огня в

■В.

начальный момент, Ъ,т - коэффициенты, учитывающие изменения условий в лесу. Так как обычно условия горения в. лесу изменяются медленно во времени, то следовательно могут быть учтены линейной зависимостью (т = 1).

Поскольку в случаях 2,3; 4 выразить tQ через элементарные функции

не представляется возможным, решение находилось в численном виде методом Рунге-Кутта четвёртого порядка точности. В зависимости от соотношений между vk(t)~ и vQ(t) были найдены различные варианты

изменения длины дуги кромки ifc(t) в ходе остановки пожара, вплоть до

выхода пожара из-под контроля, что согласно соотношению (!) происходит при УСЛОВИИ:

>0, T.e.vk(t)>v0(t) (10)

dt .

На практике контроль за выполнением этого условия осложнён, т.к

значения vk(t) и VQ(t) могут быстро меняться во время остановки

пожара. При определённом их соотношении выход огня из-под контроля может наступать через некоторое время после начала остановки. Так, например, при линейной зависимости vk(t) и vQ(t) от времени условие (ю)

принимает вид

vH.(i + bt) >V0H-(l + ct), : откуда следует, что vk(t) должно становиться больше VQ, а пожар, соответственно выходить из-под контроля не сразу, а через время

v - v t>- он н

V • vOHc

■ Расчёт,сил и средств. Число людей и механизмов для остановки и

локализации пожара можно рассчитать .по известной длине остановленной кромки . •

Ьр(*о) _ Ур'о _ У0

Ll ~ voilo Л>Г Здесь индексом "1" обозначена длина остановленной кромки Lj, км

или скорость остановки (локализации) пожара v01, км/час в расчёте на

одного человека, звено или механизм.

В целом, полученные решения позволяют: находить длину остановленной кромки к время остановки пожара, если известен периметр его обнаружения; определять условия выхода огня из-под контроля; прогнозировать возможные ситуации при ликвидации пожаров вручную или с помощью технических средств. Решение указанных задач необходимо для правильной организации работы групп пожаротушения, в особенности находящихся на главных направлениях борьбы, с огнём.

, Четвёртая глава посвящена решению важной для лесопожарной профилактики прикладной задачи - созданию минерализованных заградительных полос. В данной главе сделан обзор способов и технических средств для создания минполос. Принимая во внимание большие объёмы работ по прокладке новых полос и реконструкции старых, а также имеющие при этом место материальные и финансовые затраты, предложена новая в отечественной практике лесного хозяйства технология создания долговременных минерализованных полос с использованием гранулированных гербицидов. ' Данная технология заключается в том, что для продления сроков службы минполос и повышения их огнезащитных свойств, помимо механической обработки почвы в неё вносят - гербициды, обеспечивающие подавление jíocra нежелательной травянистой и древесно,- кустарниковой растительности.

Для практической реализации указанной технологии разработаны' лесотехнические требования на машину и создан её опытный образец, позволяющий прокладывать минполосу шириной до двух метров! В ходе., испытаний, проведённых в различных регионах России, установлено, чт.о помимо создания новых полос машина может быть использована на подновлении и реконструкции старых полос, ранее созданных лесными плугами, а также при химическом уходе за лесными культурами.

Особое внимание в главе уделено изучению влияния гербицидного препарата (симазнн-пиклорам) на окружающую среду. В связи с'этйм.

были проведены полевые и лабораторные исследования включающие в себя: 1) оценку гербицидного действия препарата; 2) оценку его перс.истентности и миграции; з) изучение влияния препарата на процессы минерализации и биологическую активность почв,- 4) оценку токсичности для почвенных микроорганизмов. Полевые исследования были проведены в двух почвенно - климатических зонах на разных типах почв. В ходе исследований установлено, что препарат: 1) повышает огнезащитные свойства минполос, подавляя в течение трёх-нятн лет рост нежелательной травянистой и древесно - кустарниковой растительности; 2) за пределы полосы не мигрирует и отрицательного воздействия на микрофлору не производит; з) не оказывает местного раздражающего и резорбтивного действия на кожные покровы лабораторных животных; 4) при пероралыюм поступлении лабораторным животным проявил себя как слаботоксичное вещество.

На основании результатов государственных испытаний, проведённых лесной машиноиспытательной станцией Федеральной службы лесного хозяйства России, данная разработка включена в систему, машин для комплексной механизации с/х производства (часть IV, лесное хозяйство и защитное лесоразведение, шифр: Л81.05) и рекомендована к выпуску опытнои партии. В заключении главы приведён расчёт экономической эффективности машины.

В приложении к диссертации приведены акты внедрений научных и практических результатов в организации, где в настоящее время используются разработки автора.

ОСНОВНЫЙ РЕЗУЛЬТА ТЫ РАБОТЫ И ВЫ1ЮДЫ.

1). 11а основе экспериментального изучения процессов распространения и остановки лесных пожаров, проведённого в лабораторных условиях и на естественных пожарах, построены математические модели вышеназванных процессов.

2). Данные модели носят инженерный характер и позволяют: а) прогнозировать распространение низовых лесных пожаров; б) находить длину остановленной кромки и время остановки пожара, если известен периметр его обнаружения; в) учитывать прирост длины горящей кромки за время остановки пожара и влияние интенсивности кромки; г) прог нозировать возможные ситуации при ликвидации пожаров вручную, с помощью технических средств, вручную и техникой одновременно; д) определять количество сил и средств на остановку пожара.

3). В ходе экспериментов и наблюдений, проведённых на действующих лесных пожарах, установлены зависимости скорости остановки пожара от времени его тушения. Указанные зависимости получены при остановке огня вручную, техникой, вручную и техникой одновременно.

4). В результате численного решения модели остановки лесноги пожара получены зависимости изменения длины дуги горящей кромки в ходе остановки пожара и определены условия выхода его из-под контроля.

5). На основе построенных моделей разработано программное обеспечение для персональных компьютеров, позволяющее автоматизировать работу диспетчерского пункта авиаотделения (авиабазы) и предназначенное руководителям тушения для выработки оптимальных решений в ходе борьбы с пожарами. . /

6). Разработана и изготовлена стационарная лабораторная установка для изучения процессов горения растительных материалов на базе аэродинамической трубы. Установка позволяет изучать совместное влияние скорости ветра, крутизны склона, влаго.содержания горючих материалов и величины их запаса на скорость продвижения кромки низового лесного пожара. Установка имеет специальный аэродинамический модуль для формирования профиля воздушного потока, близкого к естественному (логарифмическому) Точность измерения скорости воздушного потока составляет +о,2 м/с, точность

задания угла + 0,5°.

7). Предложена новая в' отечественной практике борьбы с лесными пожарами технология создания долговременных минерализованных полос. Технология основана на внесении в почву (на глубину до 10 см) гранулированных гербицидов в ходе её механической обработки Позволяет сократить количество уходов за минполосами, обеспечить их' более высокую эффективность и продлить срок службы до трёх-пяти лет.

8). Про'ведёй комплекс исследований по изучению экологических последствий разработанной технологии на окружающую среду. Установлено, что используемый препарат: 1) повышает огнезащитные свойства минполос, подавляя в Течение -трёх-пяти лет рост нежелательной травянистой и древесно кустарниковой растительности; 2) за пределы полосы не мигрирует и отрицательного воздействия на микрофлору не производит..

9). Разработаны лесотехнические требования и изготовлен опытный образец машины" позволяющий' за один проход создавать долговременную минполосу шириной до двух метров. Данная разработка включена в систему машин для комплексной механизации с/х производства и рекомендована к выпуску опытной партии.

Основные результаты диссертации прииедены в следующих работах:

1. Конев Э.В., Василенко A.B., Ковалёв В.И., КолодинИ.П., Малютин A.M., Исследование совместного влияния ветра и крутизны склона на распространение огня. - Тезисы докладов Всесоюзного научно -технического совещания: Современные методы профилактики, обнаружения и тушения пожаров. - Петрозаводск, 1985. - с. 39-40.

2. Василенко A.B., Константинов В.Н., Колодин И.П, Малютин A.M., Пряхин П. П. Использование импульсного дождевального аппарата для борьбы с лесными-пожарами. - В сб. научн. тр. - Лесные пожары и борьба С НИМИ. - М.: ВНИИЛМ, 1983. - С. 98-100.

3. Колодин И.П. К вопросу о скорости остановки лесных пожаров. -В сб. докл. Всесоюзной научно-практической конференции: Совершенствование научного обеспечения лесохозяйственного производства. -ПуШКИНО, 1990. - с. 126.

4. Колодин И.П. Статистические модели распространения кромки

лесного пожара по различным видам горючих материалов. - В сб. научи тр.: Интенсификация лесного хозяйства в Западном регионе СССР. -Гомель, 1990.-с. 140-142. -

5. Колодин И.П. Моделирование распространения низового лесного пожара в аэродинамической трубе. - В сб. научн. тр.: Рациональное использование и воспроизводство лесных ресурсов. - Выи 223. - М.: ИЗД-BO МЛТИ, 1990. - С. 43-50. "

6. Колодин И.П. Машица для прркладки минерализованных полос. -Лесная промышленность, N 4,1990. - с; 17-1.8.

7. Колодин И.П. и др. Установка для моделирования процессов распространения и остановки лесного пожара. A.c. No 1607831. - Опубл. в Б.И., N 43, 1990. -

8. Колодин И.П., Конев Э.В. К расчёту остановки отрезков контура лесного пожара. - Ле.сдюй журнал, No 4,1991. - с. 26-29.

9. Колодин И.П, Конев Э.В. Численное решение задачи определения сил и средств на остановку лесного пожара. - В сб. докл. • Всесоюзной конференции: Охрана и рациональное использование лесных ресурсов. - М.: Изд-во МЛТИ, 1991. - с. 21-23.

10. Колодин И.П. Исследование распространения низового, лесно! о пожара методом активного эксперимента. - В сб. докл. Второй Всесоюзной научно - технической ■ конференции: Охрана лесных экосистем и рациональное использование лесных ресурсов. - М.: Изд-во МЛТИ, Ч. I, 1991. - С. ¿06-207.