Математическое моделирование низовых лесных и степных пожаров и их экологических последствий

Бурасов, Дмитрий Михайлович

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Математическое моделирование низовых лесных и степных пожаров и их экологических последствий
ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "Математическое моделирование низовых лесных и степных пожаров и их экологических последствий"

На правах рукописи

Бурасов Дмитрий Михайлович

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ НИЗОВЫХ ЛЕСНЫХ И СТЕПНЫХ ПОЖАРОВ И ИХ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ПОСЛЕДСТВИЙ

03.00.16 - «Экология» (физико-математические науки)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Томск - 2006

Диссертация выполнена на кафедре физической и вычислительной механики механико-математического факультета Томского государственного университета.

Научный руководитель:

Заслуженный деятель науки РФ, доктор физико-математических наук, профессор Гришин Анатолий Михайлович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Доррер Георгий Алексеевич

доктор физико-математических наук, профессор Колесник Анатолий Григорьевич

Ведущая организация:

Всероссийский научно-исследовательский институт противопожарной обороны МЧС РФ (г. Балашиха, Московской области)

Защита состоится 3 июля 2006 года в 14.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.267.13 при Томском государственном университете по адресу: 634050, г. Томск, пр. Ленина, 36.

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке Томского государственного университета по адресу: г. Томск, пр. Ленина, 34а.

Автореферат разослан «26» мая 2006 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета д.т.н.

Ю.Ф. Христенко

/ ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Леса и степи представляет собой национальное богатство народов нашей Родины. Площадь, покрытая лесом, составляет 1254 млн. га, или 22,5% от площади и 23,9% от запаса древесины лесов всего мира.

Лесные и степные пожары играют важную роль в формировании и поддержке лесных и степных биогеоценозов. Известно как положительное, так и отрицательное их влияние на них. Очень важно уметь предвидеть их возникновение и оценивать возможности их распространения. Наибольшее значение имеет прогноз низовых пожаров, поскольку более 80 % всех пожаров растительности - низовые, практически все верховые пожары развиваются из низовых.

В результате лесных и степных пожаров в атмосферу выбрасывается большое количество газообразных и дисперсных продуктов пиролиза и горения лесных и степных горючих материалов (ЛГМ и СГМ), что загрязняет ее. Кроме того, лесные и степные пожары способствуют увеличению содержания углекислого газа в атмосфере, что содействует глобальному потеплению.

Важность и актуальность проблемы этих природных пожаров еще более возрастает в последнее время в связи с усилением хозяйственной деятельности человека в лесах и степях. Именно вследствие роста антропогенной нагрузки каждый год наблюдается многочисленные лесные пожары на Дальнем Востоке, в Прибайкалье, Красноярском крае и Западной Сибири, а также степные пожары в Саратовской, Оренбургской, Омской областях и на территории Казахстана.

Низовые лесные пожары составляют абсолютное большинство от числа всех пожаров в лесу. Они имеют место не только в тайге, но и в лесостепях, и в тундре. Причины загораний могут быть как природные (так называемые сухие грозы), так и связанные с деятельностью людей (непотушенные спички, окурки, охотничьи пыжи из тлеющих материалов; выхлопные газы и искры от двигателей работающих машин и механизмов; тлеющий шлак, выбрасываемый из железнодорожных пассажирских вагонов; непогашенные костры и т.д.). Нередко низовые лесные пожары, как и степные, переходят в крупные лесные пожары. Как известно, лес очищает и оздоравливает атмосферу, обогащая ее кислородом. Поэтому охрана леса от пожаров, будучи частью более общей проблемы — защиты окружающей среды, в тоже время имеет важное самостоятельное значение. Поэтому математическому и физическому моделированию этих лесных пожаров уделялось и уделяется большое внимание. .

скоростью автомашины (до 25 км/ч). При этом погибает много животных, которые не успели спрятаться в норы или убежать от огня. Ширина волны фронта горения при его высоте 2 - 3 м составляет не более метра - полутора, и сразу за прошедшим огнем остается полоса черной земли, на которой лишь кое-где догорают и тлеют дерновинки степных растений. В понижениях, на пырейных лугах среди степи огонь при таком пожаре стоит часами. При степных пожарах гибнут молодые деревца, поэтому степные пожары приостанавливают наступление леса на степь.

Очень часто степные пожары, начинаясь на территории соседних государств (Казахстан, Монголия), переходят государственную границу и продолжаются уже на территории Российской Федерации. Поэтому исследование этого природного явления должно носить международный характер, но, к сожалению, физико-математическому исследованию степных пожаров, уделяется мало внимания.

Сегодня нужен подход к проблеме массовых природных пожрров по принципу: «Предупредить пожар в 15 раз дешевле, чем ликвидировать его последствия».

Необходимо создание единой системы мониторинга и прогнозирования возникновения природных чрезвычайных ситуаций, существующей и работающей в едином информационном пространстве для обеспечения всесторонней оценки и повышения качества прогйоза. Это позволит разработать возможные сценарии (модели возникновения и развития экстремальной обстановки) и обосновать наиболее эффективные способы и меры борьбы с природными пожарами что, несомненно, приведет к снижению масштабов последствий природных пожаров. Устранение данных проблем позволит эффективно снижать риск и смягчать последствия массовых природных пожаров.

Поэтому, прежде чем создать систему прогнозирования возникновения природных чрезвычайных ситуаций, необходимо исследовать основные характеристики и закономерности, и параметры этих явлений.

Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы являются аналитические и численные решения задач об определении скорости и предельных условий распространения низовых лесных и степных пожаров, и как результат математического моделирования - создание основ физико-математической теории степных пожаров. Исходя из указанной цели исследования, решались следующие задачи:

1. Разработка физико-математических моделей для решения задач об одномерном распространении низовых лесных и степных пожаров.

2. Решение задачи определения скоростей распространения и предельных условий распространения низовых лесных и степных пожаров.

3.Исследование влияния излучения на скорости распространения низовых лесных и степных пожаров.

4. Исследование влияния учета двухтемпературности среды и излучения от факела пламени на распространение волны горения по пологу растительности.

5.Исследование закономерностей выхода на стационарный режим волны горения для низовых лесных и степных пожаров.

Объект. исследования. Объектом исследования диссертационной работы является возникновение и распространение низовых лесных и степных пожаров, анализ их общих свойств и их различий на уровне постановки задач и результатов их математического моделирования.

Методы исследования й фактический материал. Методологической базой исследования послужили работы [1-10], выполненные в Томском государственном университете. В качестве основных методов использовались методы физико-математического моделирования.

Достоверность. Достоверность теоретических результатов работы доказана на основе их сравнения с известными экспериментальными данными по низовым лесным пожарам и данными наблюдений за степными пожарами, а также сравнения результатов аналитических формул для определения скорости распространения степных и низовых пожаров с численными результатами.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1 Разработаны физические модели распространения низовых лесных и степных пожаров.

2 Получены аналитические формулы распространения низовых лесных и степных пожаров, учитывающие влияние скорость ветра, запаса горючих материалов, их влагосодержания, а также тепловые потери при горении горючих материалов.

3 Определены предельные условия распространения низовых лесных и степных пожаров.

4 Исследовано влияние излучение на распространения природных пожаров.

5 Получено численное решение нестационарной задачи о возникновении и распространении низовых лесных и степных пожаров с учетом двухтемпературности среды и излучения от факела пламени.

Теоретическая значимость полученных результатов. В

диссертационной работе, впервые в теории природных пожаров, была аналитически решена задача о распространении степных пожаров. Кроме того, впервые получена аналитическая формула для определения скорости распространения низового лесного и степного пожара зависимости от скорости ветра, запаса горючих материалов, их влагосодержания и тепловых потерь. Исследовано влияние излучения на скорости распространения низовых лесных и степных пожаров. Установлено, что предложенная в работе упрощенная одномерная нестационарная математическая модель позволяет оценить скорость распространения низового лесного и степного

пожара с учетом излучения от факела пламени и двухтемпературности среды и определить профили параметров состояния во фронте пожара.

Значимость работы для практики состоит в том, что разработанная физико-математическая теория распространения степных пожаров может использоваться для определения скорости и предельных условий распространения степных пожаров, а уточнение теории низовых лесных пожаров позволяет точнее знать предельные условия распространения, что позволяет разрабатывать новые способы борьбы с ними. Установлено, что как правило, скорость распространения низовых лесных пожаров при действии ветра меньше, чем скорость распространения степных пожаров, вследствие более значительного конвективного теплового потока. Кроме того, зная скорость распространения и направление степных пожаров, можно спрогнозировать конкретное место, докуда дойдет пожар и время, за которое преодолеет это расстояние.

Апробация работы. Результаты теоретических и экспериментальных исследований, представленных в диссертации обсуждались и получили признание на 18 международных и региональных конференциях, в том числе Международной конференции "Вычислительные технологии и математическое моделирование в науке, технике и образовании" (Алматы, Казахстан, 2002 г.), Международной конференции "Вычислительные и информационные технологии в науке, технике и образовании»" (Усть-Каменогорск, Казахстан, 2003 г.), Научно-практической конференции "Аэрозоли Сибири", (Томск, 2003 г.), Научной сессии молодых ученых научно-образовательного центра "Физика и химия высокоэнергетических систем" (Томск, 2004 г.), на Х1Л Международной научной студенческой конференции "Студент и научно-технический прогресс" (Новосибирск, 2004 г.), Международной конференции «Сопряженные задачи механики, информатики и экологии» (Горно-Алтайск, 2004 г.), V Международной конференции «Природные пожары: возникновение, распространение, тушение и экологические последствия» (Красноярск, 2003 г.), V Минском международном форуме по тепло- и массообмену (Минск, 2004 г.), Всероссийской конференции молодых ученых "Наука. Технологии. Инновации." (Новосибирск, 2004 г.), XIII Симпозиуме по горению и взрыву (Черноголовка, 2005 г.), Международной конференции "Лесные и степные пожары: возникновение, распространение, тушение и экологические последствия" (Иркутск, 2005 г.), II Всероссийской конференции молодых ученых "Физика и химия высокоэнергетических систем" (Томск, 2006 г.), IX Всероссийском съезде по теоретической и прикладной механике (Нижний Новгород, 2006 г.).

■ Личный вклад. Все работы по теме диссертации осуществлены автором или при его основном участии.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 3 тезиса и 14 статей в журналах и сборниках избранных докладов конференций.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Физико-математические модели распространения низовых лесных и степных пожаров.

2. Аналитические решения упрощенных математических моделей распространения низовых лесных и степных пожаров и формулы для определении скорости этих пожаров.

3. Предельные условия распространения низовых лесных и степных пожаров.

4. Результаты исследования влияния излучения на скорости распространения низовых лесных и степных пожаров

5. Результаты исследования влияния учета двухтемпературности среды и излучения от факела пламени на возникновение и распространение волн горения по пологу растительности при распространении низовых и степных пожаров.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы. Общий объем работы 162 страниц, в ней содержится 37 рисунков, 17 таблиц, список литературы включает 216 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении формулируется актуальность работы, цель и задачи исследования, излагается краткое содержание работы. Обозначен вклад автора в исследования по данной теме, отражена научная новизна работы, практическая и теоретическая значимость результатов.

В главе 1 проведен обзор исследований как российских, так и зарубежных ученых по проблеме распространения природных пожаров. Установлено, что низовые лесные и степные пожары являются бедствием для всего живого. Эти пожары вызывают прежде всего изменения физических характеристик почвы — снижается содержание органического вещества, порозность почвы в результате гибели почвенных животных. Разрушаются почвенные агрегаты, увеличивается ветровая и водная эрозия. Происходит стерилизация почвы, становится менее благоприятным водный баланс. Периодические пожары препятствуют почвообразовательному процессу, разрушая структуру почвы и способствуя выносу биогенов.

Природные пожары являются предметом исследования во многих работах, в том числе ученых Томского госуниверситета, цель которых заключалась в создании общей математической модели лесных пожаров, методов и методик решения прямых и обратных задач теории лесных пожаров, в исследовании структуры фронта пожара, механизма и предельных условий возникновения и распространения лесных пожаров, а также в прогнозе экологических последствий пожаров. Эта работа проводится по единому алгоритму [1] и включает многолетние взаимосвязанные этапы [б].

Кроме того, интенсивную работу по изучению природных пожаров осуществляли и красноярские ученые, так в работе [11] проанализированы характерные особенности процесса распространения лесных пожаров, даны уравнение сохранения энтальпии и физико-математические модели этого процесса в различных диапазонах скоростей ветра, приведены полуэмпирическое соотношение для расчета скорости распространения огня в широком диапазоне изменений условий и база данных по входящим в него коэффициентам, предложен метод расчета контура пожара произвольной формы. Математическому моделированию лесных пожаров также посвящены работы [12-16], в которых изложены первые вероятностные модели распространения лесных пожаров, математические модели распространения криволинейных фронтов лесного пожара и т.д.

Все рассмотренные в главе 1 математические модели для определения скорости распространения фронта пожара разрабатывались исключительно для лесных пожаров. Проблемой степных пожаров стали заниматься относительно недавно, после того как группа французских ученых выяснили, что в результате пожаров в саваннах каждый год сгоревшей фитомассы по Африке составляет 2430 миллионов тонн для саванн, которая представляет приблизительно половину фитомассы, сгоревшей во всем мире [17].

Исследование степных пожаров в России ранее в основном осуществлялось с позиций биологии и лесной пирологии. Такой подход к изучению природных явлений является ограниченным, т.к. в рамках него невозможно разработать математические модели распространения степных пожаров, определить предельные условия их возникновения и распространения и разработать определенные меры для предотвращения и тушения степных пожаров. Надо сказать также, что основное внимание уделялось изучению лесных пожаров, а проблема возникновения и распространения степных пожаров не рассматривалась, как самостоятельная физико-математическая задача. В настоящее время известны только выполненные в Томском государственном университете работы, где разработана общая математическая модель степных пожаров.

В течение последних 50 лет за рубежом проводились интенсивные исследования возникновения и распространения природных пожаров, в результате чего появились математические модели таких ученых, как фрадсен, Ротермел, Вильсон, Альбини и Портерье. Большинство из этих моделей являются полуэмпирическими и имеют ряд недостатков.

Основой любой математической теории являются базовые Экспериментальные данные, которые позволяют создать общую физическую модель какого-либо рассматриваемого явления - совокупность причинно-следственных связей, составляющих физическую сущность этого явления [б]. В главе 1 предлагаются некоторые сведения по степным и лесным горючим материалам, на основе которых. были проведены все аналитические и численные расчеты......

Глава £ посвящена разработке физических моделей распространения низового лесного и степного пожаров.

Вводятся основные понятия и опрделения степного пожара. Степным пожаром называется явление неуправляемого многостадийного горения в открытом пространстве на покрытой растительностью площади, в рамках которого имеют место взаимосвязанные процессы конвективного и радиационного переноса энергии, нагревания, сушки и пиролиза степных горючих материалов, а также горения газообразных и догорания конденсированных продуктов пиролиза.

Предложена универсальная физическая модель низовых лесных и степных пожаров, согласно которой теплота, выделившаяся при сгорании горючих материалов за счет излучения, свободной и вынужденной конвекции, передается несгоревшим горючим материалам, в результате чего они прогреваются, высушиваются и пиролизуются. Затем газообразные и конденсированные продукты пиролиза сгорают и процесс повторяется в указанном порядке.

Считается, что растительный покров в лесу и в степи в процессе пожара в общем случае представляет собой многофазную пористо-дисперсную среду, которая состоит из сухого органического вещества (объемная доля <р:), воды в жидко-капельном состоянии ($Р2), связанной с

этим веществом, конденсированного продукта пиролиза (коксика, (р3),

конденсированного продукта горения коксика (пепла, ), газовой фазы

(<р5), дисперсных частиц сажи (<р6) и золы ), а также капель воды (<р&)

над очагом пожара.

Третья глава посвещена математическому моделированию распространеия фронтов низового лесного и степного пожаров.

Математическая модель, предложенная в [18] для описания распространения степных пожаров, достаточно сложна, так как приходится решать уравнения, описывающие состояние, как степного травостоя, так и приземного слоя атмосферы, примыкающего к нему. Поскольку практиков в первую очередь интересует скорость распространения пожара и его энергетические характеристики (максимальная температура, суммарный и радиационный тепловые потоки из фронта пожара в окружающую среду), представляют интерес упрощенные математические модели, которые позволяют определять упомянутые выше характеристики с приемлемой для практики точностью.

Предлагается простая математическая модель, позволяющая описать формирование и распространение фронта низового лесного и степного пожаров. Модель учитывает основные физико-химические процессы (нагревание, сушку, пиролиз горючих материалов, и горение газообразных и конденсированных продуктов пиролиза). Тогда, связывая систему координат

с фронтом пожара, имеем для описания распространения пожара следующую систему обыкновенных дифференциальных уравнений:

и-*-«.' ^^

£(р,От ^-р^ц-^+к^ « а>

а=1

_ с^О-сО^ + Яа + ^-Яз«

5 4/ \ М1 Т2(са/ма)

Я! =к01Р1ф,ехР^-^' Я2 =к02р2Ф2Т"1/2ехр^-^' Я3 = к03зоР5С,фз ехр^- =

Здесь , , Я3, - массовые скорости реакции пиролиза сухого органического вещества горючих материалов, испарения влаги, горения конденсированных и летучих продуктов пиролиза соответственно; Ср1 > Рп Я1! " теплоемкости, истинные плотности и объемные доли

компонентов многофазной реагирующей среды; Т, са - температура и

массовые концентрации компонентов газовой фазы (а = 1 - 02, 2 — горючие компоненты продуктов пиролиза, 3 — инертные компоненты воздуха, 4 — водяной пар и не реагирующие продукты реакций окисления, пиролиза и горения кокса); К51\ Яъъ - массовые скорости образования а-

компонентов газовой фазы; д2, д3, <?5 - тепловые эффекты реакции

испарения, горения кокса и окисления летучих продуктов пиролиза; Е1,Е2,Е3,Е},к01,к02 ,¿03,к0} - энергии активации и предэкспоненты; ас, К,- коксовое число горючих материалов и массовая доля горючего газа в общей массе летучих продуктов; СС - коэффициент теплообмена; Л—высота степи; - массовая скорость образования газовой фазы; Яр, От -эффективные коэффициенты турбулентного обмена; их - равновесная скорость ветра в степи; - удельная поверхность элемента горючих материалов; Ма, М, Мс - молекулярные веса индивидуальных компонентов, смеси в целом и углерода; индексы «и», «оо» относятся к начальным условиям и значениям функций на удалении от фронта пожара, а нижние индексы « = 1, 2, ..., 5 и а = 1, 2, 3 используются для обозначения термодинамических параметров фаз и компонентов газовой фазы соответственно; = х - ах - декартова координата в подвижной системе отсчета, связанной с положением максимума профиля температуры, а остальные обозначения те же, что и выше

При получении аналитики использовалось диффузионное приближение, в рамках которого процесс горения лимитировался процессом переноса. Это позволило убрать кинетику горения.

В результате аналитического решения краевой задачи (1) - (4) было получена формула:

^ д + -¡дг - 4ед(90 -1)(1 + п) , (5)

05 2ч(1 + п)

где где е,0о,Ш и д - безразмерные значения коэффициента тепло- и

массообмена, максимальной температуры, скорости распространения и суммарного теплового эффекта горения.

Результаты, полученные с помощью формулы (5), сравнивались с результатами других авторов [И] и было получено хорошее согласование. Анализ полученных результатов показал, что предлагаемая аналитическая формула адекватным образом реагирует на изменение входных параметров.

Затем были определены предельные условия распространения низовых лесных и степных пожаров и исследовано влияния излучения на скорость распространения этих пожаров. Результаты исследования показывают, что излучение способствует увеличению скорости распространения природных пожаров, и в зависимости от стадии развития фронта пожара излучение вносит тот или иной вклад в суммарный механизм переноса энергии от факела пламени пожара к несгоревшим горючим материалам.

Установлено, что даже при отсутствии ветра в окрестности плоского фронта низового пожара возникает течение, скорость, которого тем больше, чем больше интенсивность пожара. Возникновение и развитие этого течения обусловлены подъемом нагретых продуктом пиролиза и продуктов сгорания природных горючих материалов в неподвижной атмосфере. Благодаря этому во фронте низового лесного пожара' возникает небольшое уменьшение давления, из-за которого возникает тяга и подсос воздуха из окружающей среды.

Главе 4 посвящена исследованию влияния учета двухтемпературности среды и излучения от факела пламени на возникновение и распространение волны горения по пологу растительности.

С использованием известной математической постановки задачи для распространения верховых лесных пожаров [2, 19] в диссертационной работе были разработаны математические постановки задач о распространении низовых лесных и степных пожаров.

Предложенные математические постановки с соответствующими начальными и граничными условиями для численного интегрирования были редуцированы к дискретной форме с помощью метода контрольного объема Патанкара - Сполдинга [20]. В результате дискретизации дифференциальных уравнений была получена система линейных алгебраических уравнений, для решения которых был использован метод прогонки, или, согласно [20], метод TDMA (Tree Dimensional Matrix Algorithm).

Поскольку система уравнений, описывающих процесс распространения низового лесного и степного пожаров существенно не линейна и сами коэффициенты дискретных аналогов уравнений системы нелинейным образом зависят от искомых функций, то был использован итерационный процесс при ее численном решении. Этот процесс включает следующие этапы:

1. В качестве начальных приближений для искомых функций используются их значения с предыдущего слоя по времени.

2. Производится расчет предварительных значений коэффициентов в дискретном аналоге на основе начального профиля.

3. Решается номинально линейная система алгебраических уравнений, дающих новые значения искомых функций.

4. Осуществляется возврат ко второму этапу и процесс повторяется, с использованием в качестве начального профиля вновь полученного, до тех пор, пока разница в значениях искомых функций на двух соседних итерациях не достигнет заданной точности.

Тестовая проверка модели производилась сравнением результатов ее численного решения с решением модели, предложенной в работе [2, 19], где рассматривалась одномерная математическая модель распространения верхового лесного пожара в приближении постоянной равновесной скорости ветра в пологе леса и раздельной от приземного слоя постановки, но без учета двухтемпературности среды и излучения от факела пламени.

В результате численного интегрирования системы уравнений, описывающих процесс распространения низового лесного или степного пожара в однородном массиве растительности с соответствующими начальными и граничными условиями и использования базы данных, изложенной в главе 1, были получены поля температуры газовой и твердой фазы, массовых концентраций компонент газовой фазы, объемных долей компонент твердой фазы в различные моменты времени.

На рисунке 1 представлены распределения полей безразмерной температуры газовой фазы (сплошная линия) и твердой фазы (пунктирная линия) в момент времени, соответствующий установившемуся режиму распространения фронта степного пожара со скоростью ю = 3,9м/с.

1 1 I---1-Г—1-1-1---1-г-—I---1 I | I |

40 42 44 46 48 50 92 54 56 58

х,м

Рисунок 1 (а) - Температурные кривые во фронте степного пожара при скорости ветра и = 6м/с . Сплошная кривая соответствует температуре газовой фазе, пунктирная — температуре твердой фазе

Из анализа полученных кривых следует, что максимальная разность температур газовой и конденсированной фаз: (АТ)т = (Т - Т3)т составляет

300° К. Более высокая температура в газовой фазе обусловлена тем, что именно в ней выделяется основное количество теплоты газофазной реакции окисления газообразных горючих продуктов пиролиза [2]. '

С увеличением скорости ветра отмечено изменение концентрации кислорода вблизи фронта пожара в сторону уменьшения, а также снос горючего газообразного продукта пиролиза в сторону ветра.

Сравнивая графики температурных кривых газовой фазы, можно сделать вывод, что профили температуры представляют собой Гауссовы кривые,, вытянутые в направлении ветра, причем с увеличением скорости ветра вытянутость этих кривых увеличивается. '"

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ДИССЕРТАЦИИ

1. Разработаны физические модели распространения низовых лесных и . степных пожаров. Установлено, что при степном пожаре происходят - те же физико-химические процессы в слое степных горючих

материалов (СГМ), что и при лесных пожарах: теплота, выделившаяся при сгорании горючих материалов за счет излучения, свободной и вынужденной конвекции, передается несгоревшим СГМ, в результате чего они прогреваются, высушиваются и пиролизуются. Затем газообразные и конденсированные продукты пиролиза сгорают и процесс повторяется в указанном порядке.

2. Разработаны упрощенные математические модели распространения низовых лесных и степных пожаров, получены аналитические формулы для определении скорости этих пожаров, которые учитывают скорость ветра, запас горючих материалов, их влагосодержания и тепловые потери при горении горючих материалов.

3. Определены предельные условия распространения низовых лесных и степных пожаров. Установлено, что скорости распространения низового лесного и степного пожаров линейно растут с ростом скорости ветра. Скорость распространения этих пожаров падает с ростом влагосодержания горючих материалов ^ и ПРИ некотором критическом значении этой величины ф^ = ср^ процесс горения и

распространения прекращается.

4. Установлено, что за счет лучшей продуваемости слоя СГМ, чем слоя ЛГМ, приток кислорода в зону горения выше и конвективный перенос тепла по ветру происходит быстрее. Это приводит к тому, что скорость распространения степного пожара почти на порядок выше скорости распространения лесного низового пожара.

5. Установлено, что излучение оказывает непосредственное влияние на распространение природных пожаров. Этот результат объясняется действием ветра на факел пламени над фронтом пожара, в результате которого факел как бы прижимается к слою растительности, что ускоряет прогрев, сушку и пиролиз горючих материалов и, в конечном счете, увеличивает скорость распространения пожаров.

6. Установлено, что даже при отсутствии ветра в окрестности фронта низового пожара возникает течение, скорость, которого тем больше, чем больше интенсивность пожара. Возникновение и развитие этого течения обусловлены подъемом нагретых продуктом пиролиза и продуктов сгорания природных горючих материалов в неподвижной атмосфере. Благодаря этому во фронте пожара возникает небольшое уменьшение - давления, из-за которого возникает тяга и подсос воздуха из окружающей среды.

7. Предложены математические модели распространения низовых лесных и степных пожаров с учетом двухтемпературности среды и излучения от факела пламени. Исследованы закономерности выхода этих природных пожаров на стационарный режим горения. Установлено, что учет влияния двухтемпературности среды позволяет выявить зону догорания конденсированных продуктов пиролиза.

8. На основе метода контрольного объема Патанкара - Сполдинга разработана и проверена методика численного решения одномерной нестационарной задачи распространения низовых лесных и степных пожаров. Относительная погрешность не превышает 7 %, что является хорошим согласованием результатов аналитического и численного определения скорости распространения фронта степного пожара.

9. Результаты полученные на основе аналитических формул и на основе численного вычисления согласуются с данными наблюдения за распространением степных пожаров и с экспериментальными данными по низовым лесным пожарам.

СПИСОК ЦИТИРОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Гришин А.М. Физика лесных пожаров. - Томск: изд-во ТГУ, 1994 г. - 218 с.

2. Гришин А.М. Математическое моделирование лесных пожаров и новые способы борьбы с ними. - Новосибирск: Наука, 1992. — 408 с.

3. Гришин А.М. Моделирование и прогноз катастроф (основные определения и понятия теории катастроф и общие закономерности их возникновения и развития): Учеб. пособие. - Томск: Изд-во Том. ун-та, 2002. - 124 с.

4. Гришин А.М. Общая математическая модель лесных пожаров и ее приложения // ФГВ. -1996. - Т. 32, № 5. - С 45 - 63.

5. Гришин А.М. Общая математическая модель лесных пожаров и ее приложение для охраны и защиты лесов // Сборник избранных докладов межд. конф. «Сопряженные задачи механики и экологии». - Томск: Изд-во ТГУ, 2000. -С. 88 - 137.

6. Гришин А.М. Общие математические модели лесных и торфяных пожаров и их приложения // Успехи механики. - 2002. - Т.1. - №4. - С. 41 - 89.

7. Гришин А.М. Моделирование и прогноз экологических катастроф // Экологические системы и приборы. - 2001. - №2. - С. 12-21.

8. Grishin А.М. Mathematical modeling of forest fires and new methods of fighting them. - Russia, Tomsk: Publishing House of the Tomsk State University, 1997. - 390p."

9. Гришин А.М. Моделирование и прогноз катастроф. 4.1. - Томск: Изд-во Том. ун-та, 2003. - 524 с.

10. Гришин A.M. Моделирование и прогноз катастроф. 4.2. - Кемерово: Изд-во "Практик", 2005. - 560 с.

11. Конев Э.В. Анализ процесса распространения лесных пожаров и палов // Теплофизика лесных пожаров. - Новосибирск: Ин-т теплофизики СО АН СССР, 1984. -С. 99-125.

12. Воробьев О.Ю., Доррер Г.А. Вероятностная модель распространения лесного пожара // Вопросы лесной пирологии. - Красноярск, 1974. - С.118 -134.

13. Доррер Г.А. Математические модели динамики лесных пожаров. - М.: Лесн. пром-сть, 1979. - 161 с.

14. Доррер Г.А. Модель распространения криволинейных фронтов лесного пожара// Физика горения и взрыва. - 1984. - №1. - С. И - 19.

15. Доррер Г.А. Модель распространения фронта лесного пожара II Теплофизика лесных пожаров. - Новосибирск, 1984. - С. 86 - 99.

16. Доррер Г.А. Математическое моделирование процессов распространения лесных пожаров и борьбы с ними // Изв. вузов Лесн. журн.- 2000. - № 2.- С. 31-36.

17. Andreae М.О. Biomass Burning: Its history, use, and distribution and its impact on environmental quality and global climate, in Global Biomass Burning: Atmospheric, Climate, and Biospheric Implications. (Edited by J.S. Levine). - MIT Press, Cambridge, Mass. - 1991. - P. 3 - 21.

18. Гришин A.M. Общая математическая модель степных пожаров и ее приложения // Экологические системы и приборы. — 2004. - № 12. С. 25 - 29.

19. Гришин A.M., Грузин А.Д., Зверев В.Г. Математическая теория верховых лесных пожаров. - Новосибирск: ИТФ СО АН СССР, 1984. - С. 38 - 75.

20. Патанкар C.B. Численные методы решения задач теплообмена и динамики жидкости. - М.: Энергоиздат, 1984. - 152 с.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Гришин A.M., Бурасов Д.М. Об определении скорости распространения степных пожаров // Вычислительные технологии и математическое моделирование в науке, технике и образовании (материалы международной конференции). - Алматы: Изд-во Казахского национального университета им. Аль-Фараби, 2002. - С. 208 - 215.

2. Бурасов Д.М., Гришин A.M. Параметрическое исследование аналитической формулы распространения степных пожаров // Вычислительные и информационные технологии в науке, технике и образовании (материалы международной конференции). - Усть-Каменогорск: Изд-во ВКГУ, 2003. - С. 173 - 179.

3. Бурасов Д.М., Гришин A.M. Математическое моделирование степных пожаров Н Природные пожары: возникновение, распространение, тушение и экологические последствия. Материалы 5-й международной конференции. -Томск: Изд-во Томского университета, 2003. — С. 57 - 59.

4. Бурасов Д.М., Гришин A.M. Математическое моделирование степных пожаров // Сборник избранных докладов международной конференции в г. Красноярске "Природные пожары: возникновение, распространение, тушение и экологические последствия". - Томск: Изд-во Томского университета, 2004. -С. 15-25.

5. Бурасов Д.М., Гришин A.M. Методика расчета выбросов дисперсных частиц от очагов степных пожаров // Аэрозоли Сибири. X рабочая группа: Тезисы докладов. - Томск: Изд-во Института оптики атмосферы СО РАН,

2003. - С. 30.

6. Бурасов Д.М. О проблеме математического моделирования степных пожаров и оценка выбросов вредных веществ в атмосферу // Материалы Научной сессии молодых ученых научно-образовательного центра "Физика и химия высокоэнергетических систем". - Томск: ИФПМ СО РАН, 2004. - С. 32 -33.

7. Гришин A.M., Бурасов Д.М. Влияние излучения от факела пламени на распространение степных пожаров // V Минский международный форум по тепло- и массообмену: Тезисы докладов и сообщений. - Минск: Институт тепло- и массообмена им. A.B. Лыкова HAH Беларуси, 2004. - С. 169 - 170.

8. Бурасов Д.М. Об одной математической модели степного пожара II Материалы XLI международной научной студенческой конференции "Студент и научно-технический прогресс": Математика / Новосиб. гос. университет. Новосибирск, 2004. - С. 138 - 139.

9. Гришин A.M., Бурасов Д.М. Математическое моделирование выбросов вредных веществ при степных пожарах // Сопряженные задачи механики, информатики и экологии. Материалы международной конференции. - Томск: Изд-во Томского университета, 2004. - С. 63 - 64.

10. Бурасов Д.М. О влиянии излучения на распространение степных пожаров // Наука. Технологии. Инновации. Материалы всероссийской научной конференции молодых ученых в 6-ти частях. - Новосибирск: Изд-во НГТУ,

2004. - Часть 1.-С. 81-82.

11. Бурасов Д.М. Влияние "собственного ветра" на распространение степного пожара // Физика и химия высокоэнергетических систем. Сборник материалов I Всероссийской конференции молодых ученых (26-29 апреля 2005г., Томск) - Томск: Томский гос. Университет, 2005. - С. 188 - 189.

12. Гришин A.M., Бурасов Д.М. Математическое моделирование влияния излучения на распространение степных пожаров // Экологические системы и приборы. - 2005, № 4. - С. 33 - 35.

13. Бурасов Д.М., Гришин A.M. О прогнозе степной пожарной опасности // Лесные и степные пожары: возникновение, распространение, тушение и экологические последствия. Материалы 6-й Международной конференции. -Томск: Изд-во Том. ун-та, 2005. - С. 25 - 26.

14. Бурасов Д.М., Гришин A.M., Куприянов Е.А. О кинетике сушки типичных степных и луговых трав // Лесные и степные пожары: возникновение, распространение, тушение и экологические последствия.

Материалы 6-й Международной конференции. - Томск: Изд-во Том. ун-та, 2005. - С. 26 - 27.

15. Бурасов Д.М., Гришин А.М. Определение скорости распространения и экологических последствий степного пожара // XIII Симпозиум по горению и взрыву. Тезисы докладов. - Черноголовка: Изд-во ИПХФ РАН, 2005. - С. 80 -81.

16. Бурасов Д.М. Разработка физико-математической теории для прогноза возникновения степных пожаров // Физика и химия наноматериалов: Сборник материалов Международной школы конференции молодых ученых (13-16 декабря 2005 г.). - Томск: Томский государственный университет, 2005.-С. 316-319.

17. Бурасов Д.М. Математическое моделирование распространения степного пожара с учетом двухтемпературности среды // Физика и химия высокоэнергетических систем: Сборник материалов II Всероссийской конференции молодых ученых (4-6 мая 2006г., г. Томск). - Томск: Томский государственный университет, 2006. - С. 172 - 174.

Отпечатано в типографии «Иван Федоров» г. Томск, ул. Октябрьский взвоз, 1. Тел. (382-2)51-32-95, 51-24-20 Тираж 150 экз. Заказ № 364

Содержание диссертации, кандидата физико-математических наук, Бурасов, Дмитрий Михайлович

Введение

1. Обзор теоретических и экспериментальных результатов исследования низовых лесных и степных пожаров

1.1 Исследования российских ученых.

1.2 Исследования зарубежных ученых.

1.3 Базы данных для математических моделей.

2. Общая физическая модель и физико-химические свойства растительных горючих материалов

2.1 Основные типы лесных и степных горючих материалов и структуры слоев ЛГМ и СГМ

2.2 Основные понятия в теории низовых лесных и степных пожаров

2.3 Общая физическая модель физико-химических процессов в зоне низовых лесных и степных пожаров, результаты физического моделирования этих пожаров

3. Упрощенная математическая модель распространения фронта низовых лесных и степных пожаров

3.1 Равновесная скорость ветра для низовых лесных и степных пожаров

3.2 Математическое моделирование процесса нестационарного одномерного распространения низовых лесных и степных пожаров

3.3 Стационарное распространение фронта низового лесного и степного пожара, с учетом кинетики горения

3.4 Результаты математического моделирования

3.5 Сравнение полученных результатов с данными Э.В. Конева, А.В. Волокитиной и М.А. Софронова

3.6 Безразмерные характеристики низовых лесных и степных пожаров и определение предельных условий распространения этих пожаров

3.7 Исследования влияния излучения на скорости распространения низовых лесных и степных пожаров

3.8 Влияние "собственного ветра" на распространение низовых лесных и степных пожаров

4. Математическое моделирование распространения низовых лесных и степных пожаров с учетом двумерности и нестационарности этих процессов

4.1. Физическая постановка

4.2. Математическая постановка

4.3. Результаты численных расчетов 126 Заключение 137 Список используемой литературы

Введение Диссертация по биологии, на тему "Математическое моделирование низовых лесных и степных пожаров и их экологических последствий"

Леса и степи представляют собой национальное богатство народов нашей Родины. Площадь, покрытая лесом, составляет 1254 млн. га, или 22,5% от площади и 23,9% от запаса древесины лесов всего мира [1,2,3].

Лесные и степные пожары играют важную роль в формировании и поддержке лесных и степных биогеоценозов [4]. Известно как положительное, так и отрицательное их влияние на них [5-7]. Очень важно уметь предвидеть их возникновение и оценивать возможности их распространения. Наибольшее значение имеет прогноз низовых пожаров, поскольку более 80 % всех пожаров растительности - низовые [8], практически все верховые пожары развиваются из низовых.

В результате лесных и степных пожаров в атмосферу выбрасывается большое количество газообразных и дисперсных продуктов пиролиза и горения лесных и степных горючих материалов (ЛГМ и СГМ), что загрязняет ее. Кроме того, лесные и степные пожары способствуют увеличению содержания углекислого газа в атмосфере [9], что содействует глобальному потеплению.

Потепление климата вызовет также увеличение лесной пожарной опасности. По результатам прогноза на 2030 год [9-11], используя глобальные климатические модели и аппарат нейровычислений, показано, что зональная принадлежность многих сибирских метеостанций изменится [12]. В работе [12] установлено, что наиболее значительные изменения происходят в Западно-Сибирском регионе, что не может в дальнейшем не сказаться на увеличении лесной пожарной опасности. При климатических изменениях возникают экстремальные отклонения в сезонных колебаниях погоды, что может быть причиной крупномасштабных лесных пожаров [13-15], которые создают непосредственную угрозу населенным пунктам и наносят им ущерб.

Роль естественных и антропогенных пожаров в лесных, степных, кустарниковых и болотных экосистемах (т.е. пожаров растительности или природных пожаров) велика и разнообразна [16].

Лесные пожары ежегодно наносят огромный ущерб: уничтожают собственность, представляют угрозу жизни и здоровью человека и обитателей леса. Например, пожары на острове Сахалин в 1998г. нанесли огромный ущерб. Было уничтожено огнем огромное количество объектов # хозяйственной деятельности, тысячи людей остались без крова. В мае 2000 г. в результате действия массовых лесных пожаров сгорело 500 домов в г. Лос-Аламос (США). Все жители этого города были эвакуированы, деятельность знаменитой Лос-Аламосской лаборатории стала проводиться в особом режиме, а ущерб превысил один миллиард долларов США [17]. В этой связи, важное место занимает достоверный прогноз нормальной скорости распространения и контура природного пожара.

Низовые лесные пожары составляют абсолютное большинство от числа всех пожаров в лесу [4]. Они имеют место не только в тайге, но и в лесостепях, и в тундре [18]. Причины загораний могут быть как природные (так называемые сухие грозы), так и связанные с деятельностью людей (непотушенные спички, окурки, охотничьи пыжи из тлеющих материалов; выхлопные газы и искры от двигателей работающих машин и механизмов; тлеющий шлак, выбрасываемый из железнодорожных пассажирских вагонов; непогашенные костры и т.д.) [2, 19]. Нередко низовые лесные пожары, как и степные, переходят в крупные лесные пожары (Рисунок 1).

Как известно, лес очищает и оздоравливает атмосферу, обогащая ее кислородом. Поэтому охрана леса от пожаров, будучи частью более общей проблемы - защиты окружающей среды, в тоже время имеет важное самостоятельное значение. Поэтому математическому и физическому моделированию этих лесных пожаров уделялось и уделяется большое внимание.

Рисунок 1 - Фотография перехода низового лесного пожара в верховой пожар [20]

Степные пожары случались и до хозяйственного освоения степей человеком (от удара молнии), а в последнее время стали обычным явлением. Сухая трава загорается, а начавшийся пожар быстро расширяет фронт горения и идет полосой в несколько десятков километров ширины со скоростью автомашины (до 25 км/ч). При этом погибает много животных, которые не успели спрятаться в норы или убежать от огня. Ширина волны фронта горения при его высоте 2 - 3 м (Рисунок 2, Рисунок 3) составляет не более метра - полутора, и сразу за прошедшим огнем остается полоса черной земли, на которой лишь кое-где догорают и тлеют дерновинки степных растений. В понижениях, на пырейных лугах среди степи огонь при таком пожаре стоит часами. При степных пожарах гибнут молодые деревца, поэтому степные пожары приостанавливают наступление леса на степь [21 ].

Рисунок 2 - Фотография степного пожара [20]

В настоящее время степные пожары являются обычным явлением. В качестве причины естественного возгорания указываются, прежде всего, разряды молний во время грозы, реже другие, порой экзотические (искры при соударении камней при падении, землетрясения, извержения вулканов и т.п.) [22,23].

Следует отметить, что данные, полученные в настоящее время, нельзя использовать для моделирования тех пожаров, которые были в прошлом хотя бы потому, что подавляющая часть степных пожаров в настоящее время имеет антропогенное происхождение.

В качестве примера приведем анализ данных по степному заповеднику "Оренбургский" за 10 лет заповедного режима - с 1991 г. по 2000 г.

В летописи природы заповедника [22] с 1991 года зафиксировано 25 пожаров, общая выгоревшая площадь составила 30424 га. В Таловской степи произошло 3 пожара (820 га), Буртинской степи - 4 (8150 га), Айтуарской степи - 8 (13168 га), Ащисайской степи - 10 (8286 га). Буртинская степь выгорала почти полностью дважды - в апреле 1995 г. и в августе 1998 г., Айтуарская степь тоже дважды - в сентябре 1995 г. и октябре 1999 г., в Ащисайской степи значительные площади выгорели в # мае 1991 г. (2500 га) и в августе 1995 г. (4500 га). Наибольший урон заповеднику нанесли 7 пожаров на общей площади 14011 га в 1995 году, который был засушливым; в этом году выгорело 88 % территорий Айтуарской степи, 72 % - Буртинской степи и 62 % - Ащисайской степи [22].

Основная часть степных пожаров (15 пожаров, выгоревшая площадь - 24226 га) происходит в конце летнего сезона - августе-октябре, когда идут полевые работы на прилегающих сельскохозяйственных угодий, а

• надземная масса травянистых растений высыхает; реже они происходят в апреле-мае, когда сгорает прошлогодняя сухая трава (4 пожара, 6501 га); в июне-июле произошло 6 пожаров, но выгорело при этом всего 147 га.

Из 25 пожаров 21, или 84 % имеют антропогенное происхождение (выжигание соломы на окружающих полях, небрежность при проведении сенокоса, замыкания в линиях электропередач и др.), 4 возгорания произошли точно или предположительно от удара молний. Следует

9 обратить внимание сторонников "естественного" или "спонтанного" возгорания степи на следующий факт: все возгорания от молний % произошли в июне-июле, в месяцы, когда наиболее обычны грозы, при этом в результате 4 возгорания выгорело 12 га (!). Объяснение этому факту простое: во-первых, надземная масса растений еще не высохла, во-вторых, ^ гроза с сильными молниями сопровождается дождем, а в степи даже небольшой дождь вызывает быстрое намокание травы и огонь гасится. Таким образом, за 10 лет в заповеднике не было ни одного (!) значительного естественного пожара. Это говорит о том, что гипотетические причины естественного возгорания (удары молний, искры при соударении камней при падении, землетрясения и т.п.) необязательно приводят к пожарам [22].

Очень часто степные пожары, начинаясь на территории соседних государств (Казахстан, Монголия), переходят государственную границу и продолжаются уже на территории Российской Федерации. Поэтому • исследование этого природного явления должно носить международный характер, но, к сожалению, физико-математическому исследованию степных пожаров, уделяется мало внимания.

Сегодня нужен подход к проблеме массовых природных пожаров по принципу: «Предупредить пожар в 15 раз дешевле, чем ликвидировать его последствия» [24].

Необходимо создание единой системы мониторинга и прогнозирования возникновения природных чрезвычайных ситуаций, существующей и работающей в едином информационном пространстве для обеспечения всесторонней оценки и повышения качества прогноза. Это позволит разработать возможные сценарии (модели возникновения и развития экстремальной обстановки) и обосновать наиболее эффективные способы и меры борьбы с природными пожарами что, несомненно, приведет к снижению масштабов последствий природных пожаров. Устранение данных проблем позволит эффективно снижать риск и смягчать последствия массовых природных пожаров [24].

Общая физико-математическая модель лесных пожаров в [2,4,25-27] описывает распространение огня во всех ярусах, в том числе в таких, как опад, ярус трав и кустарников. Поэтому понятия постановки и методы решения теории лесных пожаров можно использовать и для физико-математического описания степных пожаров. Надо только создать соответствующую базу данных для математической модели степных пожаров (состав и структура среды, коэффициенты переноса, термокинетические постоянные для процесса сушки и реакций пиролиза и горения).

Особенность степных пожаров состоит в том, что слой травы более продуваем, чем слой опада и поэтому он напоминает верховой лесной пожар, так как при сильном ветре степной пожар распространяется по верхушкам степных растений, а остальная часть догорает со значительно меньшей скоростью. Другое отличие степного пожара от низового лесного пожара заключается в том, что этот пожар распространяется в открытом пространстве, где скорость выше, чем под пологом леса.

В связи с этим тема диссертации, посвященной математическому моделированию низовых лесных и степных пожаров, является актуальной и имеющей важное значение для охраны и защиты природы и материальных ценностей индивидуальных собственников, и фермерских хозяйств от пожаров.

Объектом исследования диссертационной работы является возникновение и распространение низовых лесных и степных пожаров, анализ их общих свойств и их различий на уровне постановки задач и результатов их математического моделирования.

Цель исследования - аналитические и численные решения задач об определении скорости и предельных условий распространения низовых лесных и степных пожаров, и как результат математического моделирования - создание основ физико-математической теории степных пожаров.

Поэтому основными задачами диссертационного исследования явились:

1. Проведение обзора работ по теме диссертации.

2. Разработка физико-математической постановки задачи об одномерном распространении низовых лесных и степных пожаров.

3. Решение задачи определения скоростей распространения и предельных условий распространения низовых лесных и степных пожаров.

4. Исследование влияния излучения на скорости распространения низовых лесных и степных пожаров.

5. Исследование влияния учета двухтемпературности среды и излучения от факела пламени на распространение волны горения по пологу растительности.

Методологической базой исследования послужили работы [2,4,17,2531], выполненные в Томском государственном университете. В качестве основных методов использовались методы физико-математического моделирования.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Физико-математические модели распространения низовых лесных и степных пожаров.

3. Предельные условия распространения низовых лесных и степных пожаров.

4. Результаты исследования влияния излучения на скорости распространения низовых лесных и степных пожаров

Новизна исследования заключается в применении комплексного подхода к исследованию низовых лесных и степных пожаров с использованием приближенных аналитических методов и математического моделирования задач механики многофазных реагирующих сред, соответствующих постановкам задач о распространении низовых лесных и степных пожаров.

Теоретическая значимость полученных результатов состоит в том, что в диссертационной работе, впервые в теории природных пожаров, была аналитически решена задача о распространении степного пожара. Кроме того, впервые получена аналитическая формула для определения скорости распространения низового лесного и степного пожара зависимости от скорости ветра, запаса горючих материалов, их влагосодержания и тепловых потерь. Исследовано влияние излучения на скорости распространения низовых лесных и степных пожаров. Установлено, что предложенная в работе упрощенная одномерная нестационарная математическая модель позволяет оценить скорость распространения низового лесного и степного пожара с учетом излучения от факела пламени и двухтемпературности среды и определить профили параметров состояния во фронте пожара.

Достоверность теоретических результатов работы доказана на основе их сравнения с известными экспериментальными данными по низовым лесным пожарам и данными наблюдений за степными пожарами, а также сравнения результатов аналитических формул для определения скорости распространения степных и низовых пожаров с численными результатами.

Результаты теоретических исследований, представленных в диссертации, обсуждались и получили признание на 18 международных и региональных конференциях, в том числе на Международной конференции "Вычислительные технологии и математическое моделирование в науке, технике и образовании" (Алматы, Казахстан, 2002 г.), Международной конференции "Вычислительные и информационные технологии в науке, технике и образовании»" (Усть-Каменогорск, Казахстан, 2003 г.), Научно-практической конференции "Аэрозоли Сибири", (Томск, 2003 г.), Научной сессии молодых ученых научно-образовательного центра "Физика и химия высокоэнергетических систем" (Томск, 2004 г.), на XLI Международной научной студенческой конференции "Студент и научно-технический прогресс" (Новосибирск, 2004 г.), Международной конференции «Сопряженные задачи механики, информатики и экологии» (Горно-Алтайск, 2004 г.), V Международной конференции «Природные пожары: возникновение, распространение, тушение и экологические последствия» (Красноярск, 2003 г.), V Минском международном форуме по тепло- и массообмену (Минск, 2004 г.), Всероссийской конференции молодых ученых "Наука.

Технологии. Инновации." (Новосибирск, 2004 г.), XIII Симпозиуме по горению и взрыву (Черноголовка, 2005 г.), Международной конференции "Лесные и степные пожары: возникновение, распространение, тушение и экологические последствия" (Иркутск, 2005 г.), II Всероссийской конференции молодых ученых "Физика и химия высокоэнергетических систем" (Томск, 2006 г.), IX Всероссийском съезде по теоретической и прикладной механике (Нижний Новгород, 2006 г.).

По теме диссертации опубликовано 3 тезиса и 14 статей в журналах и сборниках избранных докладов конференций.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка использованной литературы.

Заключение Диссертация по теме "Экология", Бурасов, Дмитрий Михайлович

Заключение

В результате выполнения диссертационной работы были получены следующие выводы:

1. Разработаны физические модели распространения низовых лесных и степных пожаров. Установлено, что при степном пожаре происходят те же физико-химические процессы в слое степных горючих материалов (СГМ), что и при лесных пожарах: теплота, выделившаяся при сгорании горючих материалов за счет излучения, свободной и вынужденной конвекции, передается несгоревшим СГМ, в результате чего они прогреваются, высушиваются и пиролизуются. Затем газообразные и конденсированные продукты пиролиза сгорают и процесс повторяется в указанном порядке.

3. Определены предельные условия распространения низовых лесных и степных пожаров. Установлено, что скорости распространения низового лесного и степного пожаров линейно растут с ростом скорости ветра. Скорость распространения этих пожаров падает с ростом влагосодержания горючих материалов ф2 и при некотором критическом значении этой величины ср|2 =Ф2* процесс горения и распространения прекращается.

6. Установлено, что даже при отсутствии ветра в окрестности фронта низового пожара возникает течение, скорость, которого тем больше, чем больше интенсивность пожара. Возникновение и развитие этого течения обусловлены подъемом нагретых продуктом пиролиза и продуктов сгорания природных горючих материалов в неподвижной атмосфере. Благодаря этому во фронте пожара возникает небольшое уменьшение давления, из-за которого возникает тяга и подсос воздуха из окружающей среды.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата физико-математических наук, Бурасов, Дмитрий Михайлович, Томск

1. Соколовский В.Г. Состояние природной среды в СССР в 1988г. М: Госкомприрода СССР, 1989. - 203 с.

2. Гришин A.M. Физика лесных пожаров. Томск: изд-во ТГУ, 1994 г. -218 с.

3. Гришин A.M. Математические модели лесных пожаров. Томск: Изд-во ТГУ, 1981.-277 с.

4. Гришин A.M. Математическое моделирование лесных пожаров и новые способы борьбы с ними. Новосибирск: Наука, 1992. -408 с.

5. Мур П.Д. Огонь: разрушительная или созидательная сила? // Impact of Science of Society. 1982, №1. - С. 3 - 13.

6. Софронов M.A., Вакуров А.Д. Огонь в лесу. Новосибирск: Наука, 1981.- 128 с.

7. Паневин B.C., Данченко A.M. Дифференцированный подход к борьбе с лесными пожарами // Сопряженные задачи механики, информатики и экологии: Материалы Международной конференции. Томск: Изд-во Том. ун-та. 2002.-С.125- 127.

8. Валендик Э.Н., Матвеев П.М., Софронов М.А. Крупные лесные пожары. М.: Наука, 1979. - 198 с.

9. Будыко М.И. Климат в прошлом и будущем. JL: Гидрометеоиздат, 1980.-351 с.

10. Волокитина А.В., Софронов М.А. Классификация растительных горючих материалов // Лесоведение. 1996. - № 3. - С. 38 - 44.

11. Волокитина А.В., Климушин Б.Л., Софронов М.А. Технология составления крупномасштабных карт растительных горючих материалов: Практические рекомендации. Красноярск: Институт леса СО РАН, 1995. -47 с.

12. Кондратьев К.Я. Новые тенденции в исследованиях глобального климата // Изв. РГО, 1996. Т. 128, Вып. 6. - с. 47-54

13. Лыкосов В.Н. Моделирование и оценка региональных воздействий глобальных изменений климата на природную среду // Программа и тезисы докладов международной конференции "ENVIROMIS-2002". Томск: Изд-во Томского ЦНТИ, 2002. - с. 88 - 89.

14. Назимова Д.И., Ноженкова Л.Ф., Погребная Н.А. Применение технологии нейросетей для классификации и прогноза зональных условий ландшафтов по признакам климата // География и природные ресурсы. 1998.

15. Ноженкова Л.Ф. Интеллектуальная поддержка прогнозирования и ликвидации чрезвычайных ситуаций //Интеллектуальные системы. -Красноярск: Изд-во КГТУ, 1997. с.83 - 99.

16. Волокитина А.В., Софронов М.А. Классификация и картографирование растительных горючих материалов. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2002. - 314 с.

17. Гришин A.M. Моделирование и прогноз катастроф (основные определения и понятия теории катастроф и общие закономерности их возникновения и развития): Учеб. пособие. Томск: Изд-во Том. ун-та, 2002.- 124 с.

18. Конев Э.В. Физические основы горения растительных материалов. -Новосибирск: Наука, 1977 г. 239 с.

19. Амосов Г.А. Некоторые особенности горения при лесных пожарах. -Л.: ЛенНИИЛх, 1958г. 29 с.20. http://www.emer.kz/docs/dejatelnost/6p54.html

20. Второв П.П., Дроздов Н.Н. Биогеография материков. 2-е изд. - М.: Просвещение, 1979.

21. Немков А.В., Сапига Е.В. Сохранение степных экосистем в условиях заповедного режима // Вестник ОГУ. Оренбург: изд-во ОГУ, 2002. - № 3. - С. 76 - 83.

22. Edwards D. Fire regimes in the biomes of South Africa // "Ecol. Eff. Fire South Afr. Ecosyst.", Berlin e.a., 1984. P. 19 - 37.

23. Гришин A.M. Общая математическая модель лесных пожаров и ее приложения // ФГВ. -1996. Т. 32, № 5. - С 45 - 63.

24. Гришин A.M. Общая математическая модель лесных пожаров и ее приложение для охраны и защиты лесов // Сборник избранных докладов межд. конф. «Сопряженные задачи механики и экологии». Томск: Изд-во ТГУ, 2000.-С. 88- 137.

25. Гришин A.M. Общие математические модели лесных и торфяных пожаров и их приложения // Успехи механики. 2002. - Т.1. - №4. - С. 41 -89.

26. Гришин A.M. Моделирование и прогноз экологических катастроф // Экологические системы и приборы. 2001. - №2. - С. 12-21.

27. Grishin A.M. Mathematical modeling of forest fires and new methods of fighting them. Russia, Tomsk: Publishing House of the Tomsk State University, 1997. - 390 p.

28. Гришин A.M. Моделирование и прогноз катастроф. 4.1. Томск: Изд-во Том. ун-та, 2003. - 524 с.

29. Гришин A.M. Моделирование и прогноз катастроф. 4.2. Кемерово: Изд-во "Практик", 2005. - 560 с.

30. Воронов А.Г. Биогеография с основами экологии. 2-е изд. - М.: Изд-во МГУ, 1987.

31. Димо Н.А., Келлер Б.А. В области полупустыни. Почвенные и ботанические исследования на юге Царицинского уезда Саратовской губернии. Саратов, 1907. - 588 с.

32. Пачоский И.К. Причерноморские степи. Ботанико-географический очерк // Зап. Император, о-ва сельского хозяйства Южной Росси. Одесса, 1908.-С. 1-42.

33. Пачоский И.К. Описание растительности Херсонской губернии. -Херсон, 1917. 366 с.

34. Высоцкий Г.Н. Ергеня. Культурно-фитологический очерк // Тр. Бюро по прикладной ботанике. Пг., 1915. - Т.8, вып. 10-11. - С. 1113 - 1443.

35. Келлер Б.А. К вопросу о классификации русских степей // Русский почвовед. Пг., 1916. - Вып. 16/18. - С. 16 - 18.

36. Келлер Б.А. Растительный мир русских степей, полупустынь и пустынь. Очерки экологические и фитосоциологические. Воронеж: Изд-во Ком. Н.К.З., 1923.- 184 с.

37. Лавренко Е.М. Степи СССР // Растительность СССР. М.; Л.: Изд-во АН СССР, 1940. - Т. 2. - 266 с.

38. Комаров Н.Ф. Этапы и факторы эволюции растительного покрова черноземных степей // Зап. Всесоюз. геогр. о-ва. Новая Серия. 1951. - Т. 13.-328 с.

39. Иванов В.В. Степи Западного Казахстана в связи с динамикой их покрова. М.; Л.: Изд-во АН СССР, 1958. - 282 с.

40. Алехин В.В. Теоретические проблемы фитоценологии и степеведения. М.: Изд-во МГ.У, 1986. - 214 с.

41. Новоузенский уезд в естественноисторическом и хозяйственном отношении. Новоузенск: Типография Новоузенского уездного Земства, 1912.-Т. 1.-257 с.

42. Новоузенский уезд в естественноисторическом и хозяйственном отношении. Новоузенск: Типография Новоузенского уездного Земства, 1912.-Т. 2.-302 с.

43. Опарин М.Л., Опарина О.С. Изменение природных комплексов Заволжских степей в связи с динамикой климата и антропогенными преобразованиями // Поволжский экологический журнал. Саратов: Типография ООО "Тироль", 2003. - № 1. - С. 31 - 40.

44. Данилов С.И. Пал в Забайкальских степях и его влияние на растительность // Вестник Дальневосточного филиала АН СССР. 1936. -№21.-С. 63-81.

45. Родин Л.Е. Выжигание растительности как прием улучшения злаково-полынных пастбищ // Советская ботаника. 1946. - Т. 14, № 13. - С. 147 -162.

46. Родин Л.Е. Пирогенный фактор и растительность аридной зоны // Ботанический журнал. 1981. - Т. 66, № 12. - С. 1673 - 1684.

47. Лавренко Е.М. Некоторые наблюдения над влиянием пожара на растительность северной степи (Попереченская степь Пензенской области) // Ботанический журнал. 1950. - Т. 35, № 1. - С. 77 - 78.

48. Семенова-Тян-Шанская A.M. Динамика степной растительности. М.: Наука, 1966.- 172 с.

49. Работнов Т.А. О значении пирогенного фактора для формирования растительного покрова // Ботанический журнал. 1978. - Т. 63, № 11. - С. 1605- 1611.

50. Опарин М.Л., Опарина О.С. Влияние палов на динамику степной растительности // Поволжский экологический журнал. Саратов: Типография ООО "Тироль", 2003. - № 2. - С. 158 - 171.

51. Шалыт М.С., Калмыкова А.А. Степные пожары и их влияние на растительность // Ботанический журнал. 1935. - Т. 20, № 1. - С. 100 - 110.

52. Иванов В.В. Степи Западного Казахстана в связи с динамикой их растительности // Зап. геогр. о-ва СССР. Новая серия. 1958. - Т. 17. - 280 с.

53. Иванов В.В. Новые данные к изучению роли степных пожаров // Изв. Всесоюз. геогр. о-ва. 1950. - Т. 82, № 5. - С. 541 - 545.

54. Иванов В.В. К вопросу о роли степных пожаров // Бюл. МОИП. Отд. Биол. 1952. - Т. 57, № 1. - С. 62 - 69.

55. Федюнькин Д.Ф. Влияние мертвых растительных остатков и степных пожаров на развитие растительности лесостепного Зауралья // Изв. естественнонаучного института при Молотовском гос. университете им. A.M. Горького. 1953. - Т. 13, вып. 7. - С. 621 - 639.

56. Гусева Н.А., Богач Я.Я. Влияние пирогенного фактора на напочвенных жесткокрылых луговой степи // Структура и функционирование заповедных лесостепных экосистем. М., 1988. - С. 56 -64.

57. Гусева Н.А., Гусев А.А., Богач Я.Я. Пирогенный фактор в динамике популяций напочвенных жесткокрылых // Экология. 1990. - № 2. - С. 88 -89.

58. Cass A., Savage М., Wallis F.M. The effect of fire on soil and microclimate // "Ecol. Eff. Fire South Afr. Ecosyst.", Berlin e.a., 1984. P. 311 - 325.

59. Curry R., Oechel W. Scrubland ecosystem dynamics // "Calif. Water resour. Cent. Univ. Calif. Davis Rept". 1984. - № 60. - P. 8 - 9.

60. Дрогобыч H.E. Роль антропогенного фактора в формировании надземной продукции степных фитоценозов // Проблемы сохранения и восстановления степных экосистем. Оренбург, 1999. - С. 53 - 54.

61. Конев Э.В. Анализ процесса распространения лесных пожаров и палов // Теплофизика лесных пожаров. Новосибирск: Ин-т теплофизики СО АН СССР, 1984.-С. 99- 125.

62. Воробьев О.Ю., Доррер Г.А. Вероятностная модель распространения лесного пожара // Вопросы лесной пирологии. Красноярск, 1974. - С.118 -134.

63. Доррер Г.А., Курбатский Н.П. Математические модели лесных пожаров: основные понятия, классификация, требования // Прогнозирование лесных пожаров: Сб. ст.- Красноярск, 1978. С. 5 - 26.

64. Доррер Г.А. Оценка статистических характеристик контуров лесных пожаров // Физика горения и взрыва. 1978. - № 2. - С. 71 - 76.

65. Доррер Г.А., Баженов В.В. Математические модели распространения и локализации лесных пожаров // Горение и пожары в лесу. Новые разработки в проблеме лесных пожаров: Материалы I Всесоюз. науч.-техн.совещ. Красноярск, 1979. - С. 25 - 37.

66. Доррер Г.А. Математические модели динамики лесных пожаров. М.: Лесн. пром-сть, 1979. - 161 с.

67. Доррер Г.А., Валендик Э.Н. Моделирование контуров низовых лесных пожаров // Химическая физика процессов горения и взрывов : Материалы VI Всесоюз. симпозиума по горению и взрыву. Алма-Ата, 1980. - С. 89 -92.

68. Доррер Г.А. Модель распространения процесса горения при лесных пожарах // Математика и механика: Тез. докл. VI регион, конф. Томск, 1981.-С. 10-12.

69. Доррер Г.А. Модель распространения криволинейных фронтов лесного пожара // Физика горения и взрыва. 1984. - №1. - С. 11 - 19.

70. Доррер Г.А. Модель распространения фронта лесного пожара // Теплофизика лесных пожаров. Новосибирск, 1984. - С. 86 - 99.

71. Доррер Г.А. Описание динамики лесных пожаров как управляемых динамических систем // Механика реагирующих сред и ее приложения. -Новосибирск, 1989. -С. 16- 89.

72. Dorrer G.A. Modeling forest fire Spreading and suppression on basis of Hamilton mechanics methods // AMSE Tranction Scientific Siberian. France Tassin, 1992.-P. 38-56.

73. Доррер Г.А. Математическое моделирование процессов распространения лесных пожаров и борьбы с ними // Изв. вузов Лесн. журн.- 2000. № 2.- С. 31 - 36.

74. Гришин A.M. Математическое моделирование лесных пожаров // Горение и проблемы тушения пожаров. (Тезисы докладов на V Всесоюзной научно- практической конференции). М., ВНИИПО, 1977. -С. 50-54.

75. Гришин A.M. Математическое моделирование лесных пожаров // Численные методы механики сплошных сред. Новосибирск: ВЦ АН СССР, ИТПМ СО АН СССР, 1978. - Т. 9, № 4. - С. 30 - 56.

76. Гришин A.M. Математическая модель лесных пожаров. Томск: изд-во ТГУ, 1978. - Рукопись депонирована в ВИНИТИ. 8.6.1978, №1854-78. -40 с.

77. Гришин A.M. Математическая модель тепло- и массообмена при лесных пожарах // Горение и пожары в лесу (тезисы докладов на I Всесоюзном совещании). Красноярск: ИЛиД СО АН СССР, 1978. - С. 46 -54.

78. Гришин A.M., Грузин А.Д. Аэродинамика приземного слоя атмосферы при лесных пожарах // Горючесть веществ и химические средства пожаротушения. М., МВД СССР, ВНИИПО, 1979. - вып.6. - С. 95 - 100.

79. Гришин A.M., Грузин А.Д., Зверев В.Г. Аэродинамика лесных пожаров // Пятый Всесоюзный съезд по теоретической и прикладной механике (Аннотации докладов). Алма-Ата: Изд-во "Наука" Каз.ССР, 1981.-С. 127.

80. Гришин A.M., Грузин А.Д., Зверев В.Г. Тепломассообмен и распространение горящих частиц в приземном слое атмосферы при верховых лесных пожарах // ФГВ. Наука, 1981. - Т. 17, № 4. - С. 78 - 84.

81. Гришин A.M., Берцун В.Н. Итерационно-интерполяционный метод и теория сплайн // ДАН СССР. Наука, 1974. - Т. 214, № 4. - С. 751 - 754.

82. Гришин A.M., Берцун В.Н., Зинченко В.И. Итерационно-интерполяционный метод и его приложения. Томск: Изд-во ТГУ, 1981. -160 с.

83. Гришин A.M., Берцун В.Н. Конвективный тепломассообмен в приземном слое атмосферы при лесных пожарах // Тепломассобмен-VI. Т.1, Конвективный тепломассообмен, Ч. 3. Минск: ИТМО АН БССР, 1980.-С. 65-70.

84. Гришин A.M., Грузин А.Д., Капустин В.А. Смешанная конвекция над нагретой поверхностью при наличии вдува // ПМТФ. 1980. - № 5. - с. 57 -65.

85. Гришин A.M., Грузин А.Д. Конвективный тепломассоперенос и закономерности распространения горящих частиц в приземном слое атмосферы при верховых лесных пожарах // ДАН СССР. 1980. - Т. 253, №3. - С. 549-553.

86. Гришин A.M., Зверев В.Г. Анализ ширины противопожарных заслонов при верховых лесных пожарах // Газодинамика неравновесных процессов. -Новосибирск: ИТПМ СО АН СССР, 1981. С. 77 - 82.

87. Гришин A.M., Грузин А.Д. Математическое моделирование тепломассопереноса в приземном слое атмосферы при распространении лесных пожаров // Численные методы механики сплошных сред. -Новосибирск: ИТПМ АН СССР, 1983. Т. 14, № 6. - С. 31 - 57.

88. Гришин A.M., Грузин А.Д., Зверев В.Г. Теоретическое исследование верховых лесных пожаров // ВИНИТИ, per.N552-83. Деп. от 27.12.82 г. С. 1-55.

89. Гришин A.M., Алексеев Н.А., Брабандер О.П., Зальмеж В.Ф. Распространение в приземном слое атмосферы термиков, возникающих при лесных пожарах // Теплофизика лесных пожаров. Новосибирск: ИТФ СО АН СССР, 1984. - С. 76 - 85.

90. Гришин A.M., Грузин А.Д., Грузина Э.Э. Аэродинамика и тепломассообмен фронта лесного пожара с приземным слоем атмосферы // ПМТФ. 1984. - № 6. С. 91 - 96.

91. Гришин A.M., Фомин А.А. Математическое моделирование конвективных колонок в приземном слое атмосферы над очагом пожара большой интенсивности // Деп. ВИНИТИ N 8287 от 25.12.84. С. 1 - 61.

92. Гришин A.M. О стационарном распространении фронта верхового лесного пожара // ДАН СССР. 1984. - Т. 279, № 3. - С. 550 - 554.

93. Гришин A.M., Грузин А.Д., Зверев В.Г. Исследование структуры и пределов распространения фронта верхового лесного пожара // ФГВ. -1985.-№ 1.-С. 11-21.

94. Гришин A.M., Зверев В.Г. Воспламенение полога леса при верховых пожарах и расчет ширины противопожарных заслонов // ФГВ. 1982. - Т. 18, № 4. - С. 3 - 11.

95. Гришин A.M., Плюхин В.В. Экспериментальное исследование структуры фронта верхового лесного пожара // ФГВ. 1985. - № 1. С. 21 -25.

96. Гришин A.M., Фомин А.А. Численное исследование тепло- и массопереноса в приземном слое атмосферы над очагом крупного лесного пожара // Проблемы динамики вязкой жидкости. Новосибирск: ИТПМ СО АН СССР, 1985. - С. 108 - 113.

97. Гришин A.M., Зверев В.Г. Распространение вершинных верховых пожаров // Шестой Всесоюзный съезд по теоретической и прикладной механики. Аннотации докладов. Ташкент: Наука, 1986. - С. 225 - 226.

98. Гришин A.M., Зверев В.Г., Шевелев С.В. О стационарном распространении вершинных верховых лесных пожаров // ФГВ. 1986. - № 6.-С. 101 -108.

99. Гришин A.M., Алексеев Н.А., Байдин Н.П. и др. Экспериментальное исследование механизма распространения лесных пожаров и новых способов борьбы с ними. Томск: Изд-во Том. гос. ун-та, 1987. - 53 с. Деп. в ВИНИТИ 18.12.87, № 226-В87.

100. Гришин A.M., Кузин А.Я., Миков B.JL, Синицин С.П., Трушников В.Н. Решение некоторых обратных задач механики реагирующих сред. -Томск: Изд-во ТГУ, 1987. 246 с.

101. Авторское свидетельство СССР №1400619 МКИ А 62 С 1/22 Способ тушения лесных пожаров. Заявка № 4160481. Приоритет от 8.12.88 г. Бюллетень изобретений и открытий № 21 от 7.6.88 г. 3 с. - Гришин A.M., Алексеев Н.А., Андреев Н.А.

102. Гришин A.M., Ковалев Ю.М. Экспериментальное изучение закономерностей взаимодействия взрывных волн с растительностью и фронтом лесного пожара // Лесные пожары и борьба с ними. Красноярск: ВНИИПОМлесхоз, 1988. - С. 8 - 20.

103. Гришин A.M., Перминов В.А. Влияние сложного радиационно-конвективного теплообмена на переход низового лесного пожара в верховой // Тепломассообмен-ММФ. Межд. Форум. Минск(24-27 мая 1988г.). Тезисы докладов. Минск: ИТМО АН БССР, 1988. - С. 54 - 57.

104. Гришин A.M., Перминов В.А. О переходе низового лесного пожара в верховой // Материалы 9-го Всесоюзного симпозиума по горению и взрыву. Черноголовка: ОИХВ, 1989. - С. 104 - 107.

105. Гришин A.M., Перминов В.А. Переход низового лесного пожара в верховой // ФГВ. 1990. - № 6. - С. 3 - 10.

106. Гришин A.M., Зеленский Е.Е., Шевелев С.В. Устойчивость распространения фронта лесного пожара // Тепломассообмен-ММФ. Межд. Форум. Минск, (24-27 мая 1988г.). Тезисы докладов. Минск: ИТМО АН БССР, 1988.-С. 54-57.

107. Гришин A.M., Зеленский Е.Е., Шевелев С.В. Устойчивость распространения фронта лесного пожара // Механика реагирующих сред и ее приложения. Новосибирск: Наука, 1989. - С. 5 - 21.

108. Гришин A.M., Зеленский Е.Е., Шевелев С.В. Двумерная неустойчивость фронта верхового лесного пожара // ФГВ. 1990. - № 3. С. 7-17.

109. Гришин A.M., Зеленский Е.Е. Устойчивость распространения фронта верхового лесного пожара при конечной скорости межфазного теплообмена // Сб. статей: "Физическая газодинамика реагирующих сред". Новосибирск: Наука, 1990. - С. 47 - 60.

110. Гришин A.M., Ковалев Ю.М. Экспериментальное и теоретическое исследование воздействия взрывных волн на фронт верхового лесного пожара // ФГВ. 1989. - № 6. С. 72 - 77.

111. Гришин A.M., Ковалев Ю.М. Исследование закономерностей взаимодействия взрывных волн с растительностью и фронтом лесного пожара // Сб. статей: "Физическая газодинамика реагирующих сред". -Новосибирск: Наука, 1990. С. 60 - 68.

112. Гришин A.M., Ковалев Ю.М. Об усилении ударных волн при взаимодействии с фронтом лесного пожара // ДАН СССР. 1990. - Т. 312, №1. - С. 50-54.

113. Грузин А.Д. Аэродинамика и сопряженный тепломассоперенос в приземном слое атмосферы при распространении лесных пожаров: Дис. канд. физ.-мат. наук. Томск, 1983. - 180 с.

114. Зверев В.Г. Математическое моделирование аэродинамики и тепломассопереноса при распространении вершинных лесных пожаров: Дис. канд. физ.-мат. наук. Томск, 1985. - 222 с.

115. Перминов В.А. Математическое моделирование возникновения массовых и верховых лесных пожаров с учетом теплообмена и двухтемпературности среды: Дис. канд. физ.-мат. наук. Томск, 1995. -187с.

116. Фомин А.А. Структура течения и прогрев окружающей среды над локальным очагом лесного пожара: Дис. канд. физ.-мат. наук. Томск, 1989.-221 с.

117. Гришин A.M., Грузин А.Д., Зверев В.Г. Математическая теория верховых лесных пожаров. Новосибирск: ИТФ СО АН СССР, 1984. - С. 38 - 75.

118. Grishin A.M., Zverev V.G., Gruzin A.D. Mathematical theory of crown forest fire // Heat Transfer Soviet Research. 1986. - Vol. 17, № 6. - P.41 - 49.

119. Гришин A.M., Голованов A.H., Смирнов В.Г. О методике экспериментального определения параметров в зоне лесного пожара // Физика горения и взрыва. 1995. - № 3. - С. 3 - 9.

120. Гришин A.M., Ковалев Ю.М. Экспериментальное исследование воздействия взрыва конденсированных ВВ на фронт верхового лесного пожара // ДАН СССР. 1989. - Т.308, № 5. - С. 77 - 78.

121. Гришин A.M., Звягильская А.И., Субботин А.Н. Влияние влагосодержания и тепло-и массообмена с окружающей средой на критические условия возникновения очага низового пожара // ФГВ. 1996. -Т. 32, №5.-С. 97- 106.

122. Гришин A.M., Долгов А.А., Зима В.П. и др. Лабораторные исследования возникновения и распространения низового лесного пожара // ФГВ. 1996. - Т. 32, № 6. - С. 3 - 11.

123. Гришин A.M., Долгов А.А., Зима В.П. и др. Исследование зажигания слоя лесных горючих материалов // ФГВ. 1998. - Т. 34, № 6. - С. 14 - 22.

124. Гришин A.M., Долгов А.А., Зима В.П., Цвык Р.Ш. Тепловизионные исследования развития и распространения низового лесного пожара // Оптика атмосферы и океана. 1997. - Т. 10, № 10. - С. 1139 - 1150.

125. Гришин A.M. Общая математическая модель степных пожаров и ее приложения // Экологические системы и приборы. 2004. - № 12. С. 25 -29.

126. Бурасов Д.М., Гришин A.M. Методика расчета выбросов дисперсных частиц от очагов степных пожаров // Аэрозоли Сибири. X рабочая группа: Тезисы докладов. Томск: Изд-во Института оптики атмосферы СО РАН, 2003. - С. 30.

127. Бурасов Д.М. О проблеме математического моделирования степных пожаров и оценка выбросов вредных веществ в атмосферу // Материалы Научной сессии молодых ученых научно-образовательного центра

128. Физика и химия высокоэнергетических систем". Томск: ИФПМ СО РАН, 2004. - С. 32 - 33.

129. Бурасов Д.М. Об одной математической модели степного пожара // Материалы XLI международной научной студенческой конференции "Студент и научно-технический прогресс": Математика. Новосибирск: Новосиб. гос. университет, 2004. - С. 138 - 139.

130. Гришин A.M., Бурасов Д.М. Математическое моделирование выбросов вредных веществ при степных пожарах // Сопряженные задачи механики, информатики и экологии. Материалы международной конференции. Томск: Изд-во Томского университета, 2004. - С. 63 - 64.

131. Бурасов Д.М. О влиянии излучения на распространение степных пожаров // Наука. Технологии. Инновации. 4.1. (Материалы всероссийской научной конференции молодых ученых в 6-ти частях). Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2004.-С. 81-82.

132. Гришин A.M., Бурасов Д.М. Математическое моделирование влияния излучения на распространение степных пожаров // Экологические системы и приборы. 2005. - № 4. - С. 33 - 35.

133. Бурасов Д.М., Гришин A.M. О прогнозе степной пожарной опасности // Лесные и степные пожары: возникновение, распространение, тушение иэкологические последствия. Материалы 6-й Международной конференции. Томск: Изд-во Том. ун-та, 2005. - С. 25 - 26.

134. Бурасов Д.М., Гришин A.M. Определение скорости распространения и экологических последствий степного пожара // XIII Симпозиум по горению и взрыву. Тезисы докладов. Черноголовка: Изд-во ИПХФ РАН, 2005.-С. 80-81.

135. STOA. Incendies de forets en Europe du Sud: Evaluation des actions communautaires: vers une cooperation internationale? Scientific and technological options assessment. Parlement Europeen. 1993.

136. Botelho H. Vegetation control and management // Advanced study course on Wildfire Management. Proceedings of the Advanced study course held in Marathon, Greece (6-14 October 1997). Edited by: G. Eftichidis, P. Balabanis, A. Ghazi. 1998. P. 93 - 102.

137. Giovannini G., Lucchesi S., Giachetti M. Effect of heating on some physical and chemical parameters related to soil aggregation and erodibility // Soil Science. 1988. - № 146. - P. 255 - 262.

138. Giovannini G., Lucchesi S., Giachetti M. Effect of heating on some chemical parameters related to soil fertility and plant growth // Soil Science. -1990.-№149.-P. 344-350.

139. Giovannini G., Lucchesi S. Modifications induced in soil physico-chemical parameters by experimental fires at different intensities // Soil Science. 1997. -№ 162.-P. 479-486.

140. Архипов B.A., Раков Г.Ф., Хайдаров K.A. Особенности пожаров, произошедших на землях лесного фонда Казахстана в 2000 году // Вестник сельскохозяйственной науки Казахстана. 2002. - №2.

141. Steward F.R. Fire spread through a fuel bed. // New technology to reduce fire losses and costs. Elsevier, London, cap. 2, 1974. - P. 315 - 378.

142. Pyne S.J. Introduction to wildland fire. Fire management in the United States. (Ed. John Wiley and Sons). New York, 1984. - 440 p.

143. Williams F.A. Urban and wildland fire phenomenology // Prog. Energy Combust. Sci. 1982. - Vol. 8. - P. 317 - 354.

144. Chigier N. Energy, combustion and environment. Mc. Graw-Hill book series in Energy, Combustion and Environment. - 1982.

145. Drysdale D. An introduction to fire dynamics. (Ed. John Wiley and Sons). -Chichester, 1992.-424 p.

146. Viegas X.D. Fire behavior assessment // Advanced study course on Wildfire Management. Proceedings of the Advanced study course held in Marathon, Greece (6-14 October 1997). Edited by: G. Eftichidis, P. Balabanis, A. Ghazi.- 1998.-P. 55 -64.

147. Albini F.A. Estimating wild fire behavior and effects. United States Department of agriculture, Forest service, General technical report INT-30. -1976.

148. Rothermel R.C. A mathematical model for predicting fire spread in wildland fuels. United States Department of agriculture, Forest Service Research paper INT-115. - 1972. - 40 p.

149. Kalabokidis K. Forest fuel modeling.// Advanced study course on Wildfire Management. Proceedings of the Advanced study course held in Marathon, Greece (6-14 October 1997). Edited by: G. Eftichidis, P. Balabanis, A. Ghazi. -1998.-P. 65-69.

150. Albini F.A. Response of free-burning fires to non steady wind // Combust. Sci. and Tech. 1982. - Vol. 29. - P. 225 - 241.

151. Albini F.A. The variability of wind-aided free burning fires // Combust. Sci. and Tech. 1982. - Vol. 31. - P. 303 - 311.

152. Catchpole E.A., N.J. De Mestre Physical models for a spreading line fire // Aust. For. 1986. -№49. -P. 102-111.

153. Weber R.O. Modelling fire spread through fuel beds // Prog. Energy Combustion Sci. 1991.-№ 17.-P. 67-82.

154. Forest Canada Fire Danger Group. Development and structure of the Canadian forest fire behavior prediction system. Forestry Canada, Information report. (ST-X-3). 1992. - 63 p.

155. Frandsen W.H. Fire spread through porous fuels from the conservation of energy // Combustion and Flame. № 16. - P. 9 - 16.

156. Wilson R.A. Re-examination of Rothermel's fire spread equations in no-wind and no-slope conditions. United States Department of agriculture, Forest Service Research paper INT-434. - 1990. - 13 p.

157. Emmons H.W. Fire in the forest // Fire Res. Abstracts and Reviews. 1964. - № 5. - P. 163 - 178.

158. Hottel H.C., Williams G.C., Steward F.R. The modelling of fire spread through a fuel bed // Tenth Symposium (International) on Combustion. The Combustion institute, 1965. - P. 997 - 1007.

159. Pagni P.J., Peterson T.P. Flame spread through porous fuels // 14th Symposium (International) on Combustion, U.S.D.A. Forest Service, Washington, D.C. The Combustion institute, Pittsburgh, 1973. - P. 1099 -1107.

160. Albini F.A. A model for fire spread in wildland fuels by radiations // Combust. Sci. and Tech. 1985. - № 42. - P. 229 - 268.

161. Albini F.A. Wildland fire spread by radiation a model including fuel cooling by natural convection // Combust. Sci. and Tech. - 1986. - № 45. - P. 101 - 113.

162. De Mestre N.J., Catchpole E.A., Anderson D.H., Rothermel R.C. Uniform propagation of a planar fire front without wind // Combust. Sci. and Tech. -1989.-№65.-P. 231 -244.

163. Anderson H.E. Heat transfer and fire spread. United States Department of agriculture, Forest Service Research paper INT-69. - 1969. - 20 p.

164. Weber R.O. Analytical models for fire spread due to radiation // Combustion and Flame. № 78. - P. 398 - 408.

165. B. Porterie, D. Morvan, J.C. Loraud, M. Larini Fire spread through fuel beds: Modeling of wind-aided fires and induced hydrodynamics // Physics of fluids. 2000. - Vol. 12, № 7. - P. 1762 - 1782.

166. L.O. Bellemare, B. Porterie, J.C. Loraud On the prediction of firebreak efficiency // Combust. Sci. and Tech. 2001. - Vol. 163. - P. 131 - 176.

167. J.L. Consalvi, B. Porterie, J.C. Loraud A formal averaging procedure for radiation heat transfer in particulate media // International journal of Heat and Mass Transfer. 2002. - № 45. - P. 2755 - 2768.

168. B. Porterie, J.C. Loraud, L.O. Bellemare, J.L. Consalvi A physically based model of the onset of crowing // Combust. Sci. and Tech. 2003. - Vol. 175. - P. 1109-1141.

169. J.L. Consalvi, B. Porterie, J.C. Loraud Dynamic and radiative aspects of fire-water mist interactions // Sci. and Tech. -2004. Vol. 176. - P. 721 - 752.

170. N. Zekri, B. Porterie, J.P. Clerc, J.C. Loraud Propagation in a two-dimensional weighted local small-world network // Physical review. E71, 046121.-2005.

171. B. Porterie, N. Zekri, J.P. Clerc, J.C. Loraud Influence des brandons sur la propagation d'un de foret. // C.R. Physique. 2005.

172. В. Porterie, N. Zekri, J.P. Clerc, J.C. Loraud Un Reseau de Petit Mondeo local asites ponderes pour les feux de forets // C.R. Physique. 2005. - № 6. - P. 151 - 157.

173. Трофимов И. А., Яковлева Е.П. Биологическая продуктивность пастбищных экосистем аридных территорий // Аграрная наука. 2000. - № 2.-С. 7-8.

174. Родин Л.Е., Базилевич Н.И. Динамика органического вещества и биологический круговорот зольных элементов и азота в основных типах растительности земного шара. М.-Л.: Наука, 1965. - 254 с.

175. Сочава В., Липатова В., Горшкова А. Опыт учета полной продуктивности надземной части травяного покрова // Ботанический журнал. 1962. - Т. 47, № 4. - С. 11 - 19.

176. Шешуков М.А. Биоэкологические и зонально-географические основы охраны лесов от пожаров на Дальнем Востоке: Автореф. дисс. . д-ра с.-х. наук. Красноярск, 1988.

177. Anderson Н.Е. Aids to Determing Fuel Models for Estimating Fire Behavior. Ogden. General Technical Report INT-122. 1982. - 22 p.

178. Гришин A.M., Грузин А.Д., Зверев В.Г. Математическое моделирование процесса распространения верховых лесных пожаров // ДАН СССР. 1983. - Т. 269, № 4. - С. 822 - 826.

179. Сухинин А.И., Конев Э.В., Курбатский Н.П. Некоторые закономерности распространения пламени по слою сосновой хвои // ФГВ. -1975.-№5.-С. 743 -750.

180. Курбатский Н.П. Исследование количества и свойств лесных горючих материалов // Вопросы лесной пирологии. Красноярск: ИЛиД СО АН СССР, 1970.-С. 3-58.

181. Van Wagner С.Е. Condition for the start and spread of crown fire // Canadian J. of forestry research. 1977. - Vol. 7. - P. 23 - 24.

182. Гришин A.M., Алексеев H.A., Голованов A.H. и др. Физическое моделирование распространения лесных пожаров и взаимодействияударных волн с фронтом пожара /Том. ун-т. Томск, 1989. 59 с. Деп. в ВИНИТИ 4.05.89, №2883-В89.

183. Валендик Э.Н. Ветер и лесной пожар. М.: Наука, 1968. - 117 с.

184. Fleeter R.D., Zendoll F.E., Cohen L.M. Laboratory facility for wind -Aided fire spread along a fuel matrix // Combustion and flame. 1984. - Vol. 57.-P. 289-311.

185. Adams J.S., Williams D.W. Air velocity, temperature and radiant-heat measurements within and around a large free burning fire // The international symposium on combustion. Pittsburgh, 1972. - P. 1045 - 1052.

186. Кулешов А. А. Математические модели лесных пожаров // Математическое моделирование. 2002. - Т. 14, № 11. - С. 33 - 42.

187. Шипулина О.В. Математическое моделирование распространения фронта вершинного лесного пожара в однородном лесном массиве и вдоль просеки: Дис. канд. физ.-мат. наук. Томск, 2000. - 145 с.

188. Albini F.A. Physical model for fire spread in brush // 2 Int. Symposium on Combustion. Pittsburgh, 1967. - P. 553 - 560.

189. Дубов А.С., Быкова Л.П., Марунич C.B. Турбулентность в растительном покрове. Л.: Гидрометеоиздат, 1978. - 182 с.

190. Патанкар С.В. Численные методы решения задач теплообмена и динамики жидкости. М.: Энергоиздат, 1984. - 152 с.

Информация о работе

Бурасов, Дмитрий Михайлович
кандидата физико-математических наук
Томск, 2006
ВАК 03.00.16

Диссертация

Математическое моделирование низовых лесных и степных пожаров и их экологических последствий - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы