Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ДИНАМИКИ И ПОСЛЕДСТВИЙ ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ ЛЕСОПОЖАРНЫХ СИТУАЦИЙ

ВАК РФ 06.03.03, Лесоведение и лесоводство, лесные пожары и борьба с ними

Автореферат диссертации по теме "МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ДИНАМИКИ И ПОСЛЕДСТВИЙ ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ ЛЕСОПОЖАРНЫХ СИТУАЦИЙ"

л -Ъ6£¥<Г

На правах рукописи

МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ДИНАМИКИ И ПОСЛЕДСТВИЙ ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ ЛЕСОПОЖАРНЫХ СИТУАЦИЙ

Специальность 06.03.03 "Лесоведение и лесоводство, лесные пожары и

борьба с ними"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени

доктора сельскохозяйственных наук

Москва -2005

Работа выполнена в Московском государственном университете леса.

Официальны« оппоненты:

доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Обыденников Виктор Иванович;

доктор сельскохозяйственных наук, доцент

Душа-Гудым Сергей Иванович і

доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Сухих Василий Иванович

Ведущая организация: Федеральное государственное учреждение Центральная база авиационной охраны лесов (ФГУ "Авиалесоохрана").

Защита состоится " 12" октября 2005 года в 14 часов 00 минут на заседании диссертационного совета Д 212.146.02 при Московском государственном университете леса по адресу: 141005, Московская обл., г. Мытищи - 5, ул. 1-я Институтская, д.1,

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного университета леса.

Автореферат разослан 2005 года.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат сельскохозяйственных наук, профе

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИИ

Актуальность научной проблемы. Анализ современного состояния теоретической базы прогнозирования свидетельствует об отсутствии целостных методологических основ прогнозирования динамики и последствий чрезвычайных лесопожарных ситуаций (ЧЛС), вызванных различными видами лесных пожаров. Их отсутствие не позволяет целенаправленно и скоординировало осуществлять в оперативном режиме, адекватно складывающейся лесопожарной обстановке (ЛПО), информационно-аналитическую поддержку управленческих решений по ликвидации ЧЛС, планировать и осуществлять комплексы профилактических мероприятий, применять необходимые силы и средства. Необходимо создать научную, методологическую базу, которая позволит прогнозировать динамику и возможные последствия ЧЛС с учетом всего комплекса влияющих факторов для принятия обоснованных управленческих решений на различных уровнях управления Единой государственной системы предупреждения и ликвидации ЧС (РСЧС). Все это обуславливает актуальность и необходимость решения сформулированной ниже научной проблемы исследований.

В диссертации поставлена и решена крупная научная проблема, имеющая важное хозяйственное значение. по созданию методологических основ прогнозировании динамики и последствий чрезвычайных лесопожарных ситуаций на основе комплексного анализа и учета влияющих факторов, а также разработки новых согласованных математических моделей прогнозирования указанных процессов в интересах предупрехедепня чрезвычайных лесопожарных ситуаций и смягчения их последствий.

Объектом исследования в работе является: прогнозирование динамики и последствий чрезвычайных лесопожарных

"~РГАУ -МСХА'

имени К.А. Тимирязева ЦНБ имени Н И. Железное» Фонд нау^ыд -^тер^туры

Н1п

А

предметом исследования - методы, способы и системы прогнозирования чрезвычайных лесопожарных ситуаций.

Целью проводим ыт исследований является:

повышение защищенности окружающей природной среды, населения и объектов экономики при угрозе возникновения и возникновении чрезвычайных лесопожарных ситуаций.

Доя достижения указанной цели диссертационного исследования решены следующие задачи:

разработан основной понятийный аппарат в области прогнозирования чрезвычайных лесопожарных ситуаций;

осуществлена классификация источников чрезвычайных лесопожарных. ситуаций по признаку общности тактики борьбы с ними;

обоснована совокупность методических подходов к прогнозированию ЧЛС, прогнозированию динамики, прогнозированию последствий ЧЛС, к прогнозированию ЛПО;

обоснована классификация прогнозов ЧЛС по уровням; обоснована классификация ущерба при ЧЛС по масштабам; разработан комплекс согласованных математических моделей прогнозирования потребностей в силах и средствах для ликвидации источников ЧЛС с учетом динамики процессов и оптимальной тактики действий необходимых сил ЧС;

создана математическая модель прогнозирования экономических, экологических и социальных последствий ЧЛС и общего прямого ущерба с учетом использования необходимых сил ЧС;

разработаны критерии опасности ЛПО на федеральном и региональном уровнях;

создана вербальная математическая модель принятия

управленческих решений по ликвидации ЧЛС;

обоснованы состав и общие требования к системе прогнозирования

чрезвычайных лесопожарных ситуаций;

на основе, созданного автором, методического подхода обоснован типовой перечень мероприятий по предупреждению ЧЛС и смягчению их последствий для различных режимов деятельности РСЧС;

для органов управления РСЧС подготовлены и обоснованы практические рекомендации по оперативному принятию управленческих решений с использованием разработанных автором: методики прогнозирования потребностей в силах и средствах для ликвидации наиболее опасных верховых беглых и устойчивых лесных пожаров сильной и средней интенсивности - источников ЧЛС - с учетом динамики процессов и оптимальной тактики действий необходимых сил ЧС и методики экспресс - оценки ущерба от лесных пожаров с использованием данных космической съемки;

исследованы теоретические возможности снижения класса пожарной опасности погодных условий (КПО) в интересах предупреждения и смягчения последствий ЧЛС и проведена натурная экспериментальная проверка этих возможностей при использовании наиболее эффективных, экологически чистых и малозатратных электрофизических способов и средств воздействия на атмосферные процессы в различных географических условиях (в нашей стране И за рубежом).

Методической и теоретической основой работы является системный анализ содержания проблемы прогнозирования ЧЛС, совокупность методов анализа и синтеза при исследовании основных процессов. При проведении исследований, помимо, разработанного автором, метода комплексного ориентированного прогнозирования чрезвычайных лесопожарных ситуаций (МКОП ЧЛС), также применялись методы теории вероятностей, математической статистики, булевой алгебры (алгебры логики), распознавания образов, экспертных оценок, экстраполяции, математического моделирования, теории исследования

операций, теории управления, теории поиска объектов, экономико-математического моделирования, организации банков данных, элементы искусственного интеллекта.

На защиту диссертации выносятся следующие научные результаты:

комплекс согласованных математических моделей прогнозирования потребностей в силах и средствах для ликвидации источников чрезвычайных лесопожарных ситуаций с учетом динамики процессов и оптимальной тактики действий необходимых сил ЧС;

математическая модель прогнозирования экономических, экологических и социальных последствий чрезвычайных лесопожарных ситуаций и общего прямого ущерба с учетом использования необходимых сил ЧС И включением затрат на ликвидацию ЧЛС;

критерии опасности лесопожарной обстановки для федерального и регионального уровней управления;

вербальная математическая модель принятия управленческих решений но ликвидации чрезвычайных лесопожарных ситуаций;

результаты исследования возможностей снижения класса пожарной опасности погодных условий на базе электрофизических методов воздействия на атмосферные процессы в интересах предупреждения и смягчения последствий чрезвычайных лесопожарных ситуаций.

Научная новизна результатов, выносимых на защиту диссертации заключается в том, что автором впервые:

разработан комплекс согласованных математических моделей прогнозирования потребностей в силах и средствах для ликвидации источ -никое ЧЛС с учетом динамики процессов и оптимальной тактики действий необходимых сил ЧС;

создана математическая модель прогнозирования экономических, экологических и социальных последствий чрезвычайных лесопожарных

ситуаций, вызванных различными видами лесных пожаров, и общего прямого ущерба с учетом использования необходимых сил ЧС и включением затрат на ликвидацию ЧЛС;

разработаны критерии опасности ЛПО для федерального и регионального уровней;

создана вербальная математическая модель принятия упранленчес -ких решений по ликвидации ЧЛС;

обоснованы теоретические возможности снижения класса пожарной опасности погодных условий в интересах предупреждения и смягчения последствий ЧЛС и проведена натурная экспериментальная проверка этих возможностей при использовании наиболее эффективных, экологически чистых и малозатратных электрофизических методов и средств воздействия на атмосферные процессы в различных географических условиях.

Полученные результаты исследований позволили создать систему обобщенных знаний, являющихся методологическими основами прогнозирования динамики и последствий ЧЛС

Научная значимость результатов проведенных исследований заключается в том, что:

обоснованная совокупность методов, способов, математических моделей и технических средств по их реализации может послужить научно - методической основой создания системы информационно-аналитической поддержки управленческих решений по ликвидации ЧЛС;

созданная в ходе исследований совокупность методических подходов: к прогнозированию ЧЛС, к прогнозированию динамики и последствий ЧЛС, к прогнозированию лесопожарной обстановки, к построению системы прогнозирования ЧЛС, к разработке мероприятий по предупреждению ЧЛС и смягчению их последствий; а также математический аппарат прогнозирования динамики и последствий ЧЛС,

могут рассматриваться как теоретическая основа для проведения дальнейших исследований в области лесопожарного прогнозирования;

обоснованные критерии опасности ЛПО могут использоваться для создания математических моделей прогнозирования лесопожарной обстановки;

методологические основы прогнозирования динамики и последствий ЧЛС могут послужить научно-методнческой базой для разработки учебно -методической литературы для органов РСЧС и специалистов, занимающихся борьбой с лесными пожарами и вызываемыми ими ЧЛС;

обоснованные возможности снижения КПО в интересах предупреждения и смягчения последствий ЧЛС при использовании способов и средств, базирующихся на электрофизических методах воздействия на атмосферные процессы позволяют проводить научные исследования по созданию эффективных способов и средств предупреждения и ликвидации ЧЛС, созданию эффективной, экологически чистой и малозатратной системы предупреждения и борьбы с ЧЛС.

практическая значимость результатов исследований состоит в том, что, разработанные при проведении диссертационных исследований: методологические основы прогнозирования динамики и последствий ЧЛС позволяют научно обосновывать управленческие решения по ликвидации ЧЛС и при их реализации повышать защищенность населения, объектов экономики и окружающей природной среды в чрезвычайных лесопожарных ситуациях;

комплекс математических моделей прогнозирования потребностей в силах и средствах и согласованная с ним математическая модель прогнозирования последствий ЧЛС могут послужить методической основой системы информационно-аналитической поддержки управленческих решений по ликвидации ЧЛС, планированию и осуществлению комплексов и мероприятий по предупреждению ЧЛС в

интересах повышения безопасности в таких ЧС;

комплекс математических моделей прогнозирования потребностей в силах и средствах позволяет: оперативно (при использовании современных средств ЭВТ) рассчитывать объемы работ по тушению различных видов лесных пожаров на различных интервалах упреждения; оценивать достаточность имеющихся сил и средств; прогнозировать потребности в силах и средствах (в том числе, дополнительных); выбирать оптимальный по тому или иному критерию вариант реагирования на ЧЛС;

математическая модель прогнозирования последствий ЧЛС может быть использована для оперативных: оценки величины фактического ущерба при ЧЛС, в том числе и затрат на их ликвидацию; прогнозирования величины возможного ущерба при таких ЧС и затрат на их ликвидацию на различных интервалах упреждения и, тем самым, для выбора и обоснования вариантов реагирования на ЧЛС; и принятия обоснованных управленческих решений по ликвидации ЧЛС;

состав и общие требования к построению системы прогнозирования ЧЛС, обоснованные в диссертации, могут быть положены в основу создания большой технической системы - системы прогнозирования ЧЛС;

типовой перечень мероприятий по предупреждению ЧЛС и смягчению их последствий для различных режимов деятельности РСЧС может быть положен в основу осуществления структурными звеньями системы РСЧС мероприятий по предупреждению ЧЛС и смягчению их последствий;

применение методики прогнозирования потребностей в силах и средствах для ликвидации верховых беглых и устойчивых лесных пожаров сильной н средней интенсивности - источников ЧЛС с учетом динамики процессов и оптимальной тактики действий необходимых сил ЧС и методики экспресс - оценки ущерба от лесных пожаров с использованием данных космической съемки позволяет органам управления РСЧС

оперативно принимать обоснованные управленческие решения по ликвидации ЧЛС в условиях ограниченного времени и объема исходных данных;

запатентованный новый перспективный экологически чистый, малозатратный способ и средства предупреждения ЧЛС на базе электрофизических методов воздействия на атмосферные процессы прошли многократную натурную экспериментальную проверку в различных географических условиях, показали свою эффективность н могут бьггь использованы для предупреждения возникновения и развития источников ЧЛС.

Апробация научных положений диссертация проведена на научных, научно- практических и научно-технических международных и всероссийских сессиях, конференциях, симпозиумах, семинарах и совещаниях, в том числе:

на научно- практической конференции "Современные проблемы тушения пожаров" в Московском институте пожарной безопасности в г. Москве 22-23 апреля 1999 года;

на международной конференции "Пожары в лесу и на объектах лесохимического комплекса: возникновение, тушение и экологические последствия" в г. Красноярске 10-15 июля 1999 года;

на международном симпозиуме "Человек и катастрофы: проблемы обучения новым технологиям и подготовки населения и специалистов к действиям в чрезвычайных условиях" в г. Москве 1-2 июня 1999 года;

на научной сессии "МИФИ-2000" в Московском инженерно- физии -ческом институте в г. Москве 17-21 января 2000 г.;

на международной конференции "Проблемы правовых и экономических способов предупреждения и минимизации ущерба, возникшего в условиях чрезвычайных ситуаций" в г. Москве 25-26 апреля 2000 года;

на совещании - семинаре руководящего состава Министерства природных ресурсов России в г. Санкт - Петербурге 18-20 декабря 2001 года;

на международном симпозиуме "Комплексная безопасность России — исследования, управление, опыт" в г, Москве 30-31 мая 2002 года;

на ХЬУІ научной конференции Московского физико - технического института (государственного университета) в г.г. Москве и Долгопрудном Московской области 28-29 ноября 2003 года;

на международном симпозиуме "Комплексная безопасность России -исследования, управление, опыт" в г. Москве 26-27 мая 2004 года;

на заседании рабочей группы при Президенте РАН по анализу риска и проблем безопасности РГ РАН "РИСК И БЕЗОПАСНОСТЬ" 6 апреля 2004 года;

в ходе проведения в последние годы натурных экспериментов с использованием мобильного комплекса по снижению класса пожарной опасности погодных условий на базе электрофизических методов воздействия на атмосферные процессы в различных, географических условиях в нашей стране и за рубежом.

Реализация и внедрение результатов исследования осуществлены:

в научно-производственной деятельности Российского государственного проектно-изыскательского института "Росгипролес" (г. Москва - акт реализации вх. № 245 от 04 февраля 2000 года) при разработ -ке Генеральных планов противопожарного устройства лесов субъектов Российской Федерации;

в информационном обеспечении по чрезвычайным ситуациям и экологической безопасности Главного управления информационных систем Федерального агентства правительственной связи и информации при Президенте Российской Федерации (г. Москва- акт реализации

II

кх. Лз 244 от 04 февраля 2000 года);

в ГОСТе Р 22.1.09-99 "Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Мониторинг и прогнозирование лесных пожаров. Общие требования" (г, Москва - акт реализации вх. Ка 427 от 25 февраля 2000 года);

при разработке технического задания на научно - исследователь -скую работу (г. Москва - акт реализации вх. № 461 от 01 марта 2000 года) по теме: "Разработка математических моделей развития опасных природных явлений. Совершенствование системы оперативного прогнозирования, оценки последствий и контроля потенциально опасных территорий на основании применения космических средств. Совершенствование методической базы ВЦМП" (пункт 3.2.3 Единого тематического плана НИОКР МЧС России на 1999 год);

при разработке в МЧС России "Долгосрочного прогноза чрезвычайных ситуаций на осенне-зимний период 1999 - 2000" (г. Москва - акт реализации вх. Ла 477 от 02 марта 2000 года);

при разработке в МЧС России "Перечня основных превентивных мероприятий по снижению риска возникновения чрезвычайных ситуаций и уменьшению их последствий** (далее — Перечня). Данный Перечень, в соответствии с Указанием первого заместителя Министра МЧС России, предназначен для должностных лиц органов управления регионального и местного уровней специально уполномоченных решать задачи по предупреждению и ликвидации ЧС, а также в качестве учебного пособия при подготовке специалистов в данной области (г. Москва - акт реализации вх. № 478 от 02 марта 2000 года);

при ликвидации чрезвычайных лесопожарных ситуаций в Вологод • ской области в августе 1999 года в практической деятельности противопожарной службы МЧС России (г. Москва - акт реализации вх. № 479 от 02 марта 2000 года);

в "Методике оперативной оценки последствий лесных пожаров" и

"Методике экспресс - оценки ущерба от лесных пожаров с использованием данных космической съемки", аттестован ых Межведомственной комиссией по предупреждению и ликвидации ЧС и рекомендованных к использованию в РСЧС (Протокол Ка 6 от 18 декабря 2001 года, акты реализации: вх. № 1137 от 18 июня 2002 года и вх. № 1136 от 18 июня 2002 года, соответственно).

Исследования по тематике диссертации проводились в рамках плановых научно-исследовательских работ, поставленных Министерством образования и науки Российской Федерации и МЧС России.

Публикация. Основной материал диссертации изложен в 51 научном труде (из них 42 печатных), в том числе 3 монографиях.

В ходе диссертационных исследований нами в соавторстве с МА. Шахраманьяном получены два патента на изобретение и на полезную модель, а также поданы и проходят экспертизу по существу две заявки на изобретение. Авторы патента "Способ управления атмосферными процессами" Подрезов Ю.В. и Шахраманьян МЛ. в 2004 году награждены Золотой медалью и .Дипломом на ежегодном Всемирном Салоне инноваций, научных исследований и новых технологий "Брюссель -Эврика", а также Кубком одного из министров Бельгии.

"За разработку новых технологий предупреждения и смягчения последствий чрезвычайных ситуаций природного характера на базе электрофизических методов воздействия на атмосферные процессы с использованием ионизаторов воздуха типа "ГИОНК" наша работа отмечена Дипломом Организационного комитета Девятого Всероссийского научно - промышленного форума "РОССИЯ ЕДИНАЯ". Диплом подписан Министром образования и науки РФ (Председателем Организационного комитета) и губернатором Нижегородской области (заместителем Председателя Организационного комитета).

Основное содержание диссертации изложено на 293 страницах

машинописного текста и включает: таблиц - 7 страниц; рисунков - 18 страниц; список использованной литературы, состоящий из 137 наименований на 15 страницах И приложений общим объемом 101 страница машинописного текста. В Приложении 1 приведено 9 актов внедрения и реализации основных результатов исследования.

Диссертация состоит из введения; шести разделов; заключения; списка использованной литературы и приложений.

В первом разделе диссертации на базе разработанного автором нового методического подхода к прогнозированию ЧЛС всесторонне проанализирована общая методологическая база прогнозирования. Обосновано выделение лесопожарного прогнозирования (ЛПП) как самостоятельной составной части естествоведческого прогнозирования. Выполнен углубленный анализ общих методов прогнозирования в аспекте возможностей их применения для исследования вопросов прогнозирования динамики и последствий ЧЛС С использованием разработанного автором МКОП ЧЛС исследованы содержание и возможности создания методологических основ прогнозирования динамики и последствий ЧЛС как совокупности методов, способов, согласованных математических моделей и методик, а также технических средств их реализующих. Выполнен анализ факторов, влияющих на прогнозирование динамики и последствий ЧЛС, ЛПО. Сделаны выводы о современном состоянии лесов Российской Федерации в лесопожарном аспекте. Выделена та совокупность факторов, которые оказывают наибольшее влияние на исследуемые процессы и их современное состояние. На основе анализа достижений и нерешенных вопросов в избранной области обоснованы направления исследований, осуществлена постановка крупной научной проблемы, имеющей важное хозяйственное значение и изложен методический замысел ее решения.

Второй раздел работы посвящен обоснованию методологических

основ прогнозирования динамики ЧЛС. На базе разработанного автором нового методического подхода к прогнозированию динамики ЧЛС, обоснованы показатели прогнозирования динамики ЧЛС, описывающие прогнозируемый процесс. Впервые обоснованы совокупность исходных данных для прогнозирования динамики ЧЛС, что позволяет комплексно использовать такие данные от мониторинговых сетей различных ведомств. Основу второго раздела составляет впервые созданный автором комплекс согласованных математических моделей прогнозирования потребностей в силах и средствах для ликвидации источников ЧЛС с учетом динамики процессов и оптимальной тактики действий необходимых сил ЧС, являющийся базовой составной частью методологических основ прогнозирования динамики и последствий ЧЛС.

В третьем разделе работы обоснованы методологические основы прогнозирования последствий ЧЛС. Создан новый методический подход к прогнозированию последствий ЧЛС. Впервые обоснованы основные показатели и совокупности исходных данных для прогнозирования последствий ЧЛС, варианты и порядок их получения, проанализированы возможности использования статистических данных для моделирования последствий таких ЧС. Основой раздела является разработка новой математической модели прогнозирования экономических, экологических и социальных последствий ЧЛС и общего прямого ущерба с учетом использования необходимых сил ЧС и включением затрат на ликвидацию ЧЛС, согласованной с комплексом математических моделей прогнозирования потребностей в силах и средствах.

В четвертом разделе нами обоснованы новые: методический подход к прогнозированию лесопожарной обстановки и основные показатели, характеризующие ЛПО, состав и особенности сбора исходных данных для ее прогнозирования. Впервые обоснованы и определены:

среднегодовой, среднемесячный, средний недельный и средний суточный критерии опасности ЛПО для федерального и регионального уровней.

В пятом разделе исходя из состава, объема, полноты и периодичности поступления мониторинговой информации, моделей объектов прогнозирования, структуры конечных прогнозов и возможного состава средств обработки данных обоснована технология прогнозирования ЧЛС. Обоснованы состав и общие требования к системе прогнозирования динамки и последствий ЧЛС, как большой технической системе. Впервые создана вербальная математическая модель принятия управленческих решений по ликвидации ЧЛС. Определены особенности верификации прогнозов ЧЛС.

В шестом разделе автором разработаны практические рекомендации органам управления РСЧС по предупреждению ЧЛС и смягчению их последствий. Создан методический подход к разработке мероприятий по предупреждению ЧЛС и смятению их последствий и обоснованы практические рекомендации по типовому перечню мероприятий по предупреждению ЧЛС и смягчению их последствий для различных режимов деятельности РСЧС. Обоснованы практические рекомендации для органов управления РСЧС по принятию управленческих решений по ликвидации ЧЛС с использованием методики прогнозирования потребностей в силах и средствах для ликвидации наиболее опасных верховых беглых и устойчивых лесных пожаров сильной и средней интенсивности - источников ЧЛС - с учетом динамики процессов и оптимальной тактики действий необходимых сил ЧС и методики экспресс - оценки ущерба от лесных пожаров с использованием данных космической съемки. Обоснованы результаты теоретических исследований возможностей снижения класса пожарной опасности погодных условий в интересах предупреждения и смягчения последствий ЧЛС и натурной экспериментальной проверки этих возможностей при

использовании электрофизических методов и средств воздействия на атмосферные процессы в различных географических условиях (в нашей стране и за рубежом).

В Заключении формулируются в общем виде достигнутые научные и практические результаты работы, выводы по ней в целом и определяются направления дальнейших исследований по данной проблематике.

В Приложениях помещены дополнительные материалы, иллюстрирующие и дополняющие выдвигаемые в диссертации положения.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Принятие решений при организации борьбы с поражающими факторами источников ЧЛС связано со множеством неопределенностей, не позволяющих заранее "угадать" будущую ситуацию (состояние процесса). Поэтому основной задачей научного прогнозирования является распознавание тенденции, логики развития прогнозируемого процесса, что и приводит в конечном итоге к уменьшению влияния неопределенности будущей ситуации на результаты принимаемых сегодня решений.

Современный этап развития прогностики характеризуется широким использованием математических методов исследования. Разработано большое количество общих методов прогнозирования различных процессов, явлений, событий. Автором разработан частный метод прогнозирования - метод комплексного ориентированного прогнозирования ЧЛС (МКОП ЧЛС) - более глубоко учитывающий физическую сущность и специфику прогнозирования динамики и последствий ЧЛС. Это метод описан в ряде работ автора и используется при проведении диссертационных исследований.

Гармоничное сочетание методов исследования, точных исходных данных, логический анализ результатов прогнозирования, трактовка

прогноза позволяют решать сложные задачи борьбы с поражающими факторами источников ЧЛС.

Вместе с тем, для эффективного реагирования на ЧЛС требуется комплекс согласованных моделей, позволяющих прогнозировать динамику источников ЧЛС — лесных пожаров - и давать не только качественную, но и достаточно полную количественную оценку последствий таких ЧС для обоснования управленческих решений. Иначе говоря, требуется прогнозировать и динамику и последствия ЧЛС на базе единого методического аппарата.

Следует отметить, что среди ученых занимающихся данной проблематикой нет единства в подходах к решению этой крупной научной проблемы.

Можно сделать вывод о том, что целостных методологических основ прогнозирования динамики н последствий ЧЛС, вызванных различными видами лесных пожаров с учетом оптимальной тактики действий необходимых сил ЧС на настоящее время в мире нет. На Рис. 1 приведена укрупненная блок-схема, иллюстрирующая содержание проблемы создания методологических основ прогнозирования динамики и последствий ЧЛС. Пунктирной линией выделена имеющаяся часть методологического аппарата, тоновой заливкой - созданная автором в процессе диссертационных исследований.

В диссертации обосновано: под методологическими основами прогнозирования динамики и последствий ЧЛС следует понимать область знаний об основных методах, способах и системах прогнозирования ЧЛС. При этом под системой прогнозирования (прогнозирующей системой) следует понимать упорядоченную совокупность моделей и методик, технических средств, предназначенных для прогнозирования сложных явлений или процессов, к которым относятся динамика и последствия лесных пожаров и ЧЛС.

Решение сформулированной выше проблемы потребовало решения совокупности задач перечисленных в начале реферата.

Ввиду ряда причин и особенностей в диссертации обосновано выделение лесопожарного прогнозирования в самостоятельный раздел естествоведческого прогнозирования. Автором впервые введено, закрепленное в ГОСТ Р 22,1.09-99. "Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Мониторинг и прогнозирование лесных пожаров. Общие требования", определение чрезвычайной лесопожарной ситуации, под которой следует понимать обстановку на определенной территории, сложившуюся в результате возникновения источника природной чрезвычайной ситуации - лесного пожара (ов), который может повлечь или повлек за собой человеческие жертвы, ущерб здоровью людей и/или окружающей природной среде, значительные материальные потери и нарушение условий жизнедеятельности людей. Данное определение имеет важное научное и прикладное значение. Также автором проведено разграничение понятий "лесной пожар" и "чрезвычайная лесопожарная ситуация". Введен и обоснован ряд Других понятий; обоснована классификация ущерба по масштабам и уровням ЧЛС, классификация прогнозов ЧЛС. Создание понятийного аппарата и классификационных схем имеет важное методологическое и прикладное значение.

Учитывая рамки диссертационных исследований, автором обосновано, что динамика ЧЛС определяется динамикой ущерба окружающей природной среде с учетом затрат на ликвидацию ЧЛС. При этом динамика ущерба определяется динамикой лесных пожаров, динамикой потребностей в силах и средствах для борьбы с различными видами лесных пожаров. Динамика последствий ЧЛС в рамках диссертационных исследований определяются также динамикой величины ущерба (прежде всего, экономического, социального и эколога ческого и общего прямого)) при таких ЧС и динамикой затрат на ликвидацию ЧС.

Первымш научным результатам, выносимым на защиту, является

обоснованный и разработанный лично_автором комплекс

согласованных математических моделей прогнозирования

потребностей в силах и средствах для ликвидации источников чрезвычайных лесопожарных ситуаций с учетом динамики процессов и оптимальной тактики действий необходимых сил ЧС.

В диссертации показано что последствия ЧЛС определяются в рамках исследований величиной ущерба окружающей природной среде, а также затратами на ликвидацию ЧЛС. Затраты на ликвидацию ЧЛС определяются количеством сип и средств, привлекаемых для борьбы с источниками ЧЛС — лесными пожарами (ЛП). В свою очередь, количество требуемых сил и средств определяется объемами работ, зависящими от площддн (периметра) пожара и выбранного способа (тактики) тушения.

Анализ многолетнего опыта, способов и тактики борьбы о лесными пожарами различных видов позволил осуществить классификацию ЛП по признаку общности оптимальной тактики борьбы с ними и выделить следующие группы пожаров;

верховые беглые и устойчивые сильной и средней интенсивности; верховые беглые и устойчивые слабой интенсивности; верховые пятнистые;

низовые беглые и устойчивые сильной интенсивности; низовые беглые и устойчивые средней интенсивности; низовые беглые и устойчивые слабой интенсивности. Дня прогнозирования потребностей в силах и средствах для борьбы с ЧЛС, вызываемыми различными видами автором создан комплекс математических моделей, в которых учтены особенности оптимальной тактики тушения вышеуказанных групп лесных пожаров.

Условно в каждой математической модели можно выделить два расчетных блока и блок, описывающий в формализованном виде

ІЗ

оптимальную тактику тушения данного вида пожара. Кроме того, в состав комплекса моделей входит блок расчета времени подхода кромки пожара к защищаемому объекту. На Рис. 2 представлена обобщенная структура математической модели прогнозирования потребностей в силах и средствах для борьбы поражающими факторами источника ЧЛС.

РисЗ Обобщенная структура математической модели прогнозирования потребностей в силах и средствах для борьбы с поражающими факторами источника ЧЛС,

В качестве примера приведем формализованное условие, из которого после ряда промежуточных преобразований строится математическая модель прогнозирования потребностей в силах и средствах для тушения верховых беглых и устойчивых пожаров сильной и средней интенсивности на различных интервалах упреждения:

Пзоп.п.і ._Пзоп.п.» . 140®-6*Кэвц.1

1--*--* V)

Д Пр. ОП. п ОП. п-Л І ^ ГТр, От** N,5,-»:„у

где Пэоо,^ — периметр третьей опорной полосы, создаваемой для пуска отжига на интервале упреждения (г,ч), м;

np.on.n j - производительность - го средства по созданию опорных полос, м/ч;

Колп,,^ — количество средств ,)-го вида, привлекаемых для устройства опорных полос на интервале упреждения (г,ч);

- количество видов средств, которые могут привлекаться для устройства опорных полос;

Пр.отжл - производительность | -го аппарата по пуску отжига, в м/ч;

Нпж.и - количество аппаратов, привлекаемых для пуска отжига на интервале упреждения (^ч);

1400 • коэффициент, м;

б - безразмерный коэффициент;

1=(1-г-1) - количество видов средств, которые могут привлекаться для пуска отжига;

Н-нщ! - ширина выжигаемой защитной полосы перед кромкой пожара, м;

Уф - скорость фронта пожара, в м/ч.

Второй научный результат, выносимый на защиту - впервые созданная лично автором математическая модель прогнозирования экономических, экологических и . социальных последствий чрезвычайных лесопожарных ситуаций, вызванных различными видами лесных пожаров, и общего прямого ущерба с учетом использования необходимых сия ЧС и включением затрат на ликвидация} ЧЛС.

В самом общем смысле под ущербом при ЧЛС понимаются оцененные последствия ЧЛС.

В ходе диссертационных исследований установлено, что ущерб при ЧЛС определяется пятью базовыми составляющими; ущербом объектам экономики (ущерб от снижения или прекращения сырьевой функции леса и производственный ущерб) ; экологическим ущербом, социальным ущербом и затратами на ликвидацию ЧЛС.

г4

Учитывая неоднозначность оценки косвенного ущерба в условиях рыночной экономики, а также ряд особенностей его подсчета целесообразно при определении ущерба при ЧЛС за основу принимать прямой ущерб, наносимый пожарами.

Для использования системах управления автором разработана динамическая математическая модель оценки н прогнозирования ущерба при ЧЛС, вызванных различными видами лесных пожаров, позволяющая прогнозировать все пять составляющих ущерба.

При распространении поражающих факторов лесного пожара только по лесной шгошади и при отсутствии воздействия на населенные пункты и объекты экономики величина ущерба при ЧЛС определяется зависимостью:

Пчлс ОПС.Д** Пд, (I + п„, (, + Псз, 1> + Прекр.,» + Пии., Ь + П^ I. + Пяиквл.п,^ (2),

где Пчлс опсд - величина ущерба при ЧЛС (при воздействии поражающих факторов источника ЧЛС на элементы окружающей природной среды) на интервале упреждения (1,ч), руб.;

Пд, ( - величина ущерба от потерь древесины и дров на интервале упреждения (ич), руб.;

Пв, I - величина ущерба от потерь побочной, не древесной продукции на интервале упреждения 0,ч), руб.;

Ддд- величина суммарного ущерба от прекращения или снижения средозащитных функций леса (водоохранной и водорегулирующей, сани -арно-гигиенической, почво- и полезащитной) на интервале упреждения (1,ч), руб.;

Пр«р, » - величина ущерба от прекращения или снижения рекреационной функции леса на интервале упреждения (1,ч), руб.;

Пюе.,1-величина суммарного у щерба от загрязнения окружающей

природной среды продуктами горения, выделяющимися во время лесного пожара на интервале упреждения <4,4), руб.;

П^р. , - величина суммарного ущерба от гибели животных промысловых и занесенных в Красную книгу РФ, иных животных, а также растений, занесенных в Красную книгу РФ на интервале упреждения руб.;

Циил.д,! - затраты на ликвидацию лесного пожара на интервале упреждения 0,4), руб.

Третий научный результат — разработанные лично автором критерии опасности лесопожарной обстановки для федерального и регионального уровней управления.

Выборочные средние ежегодного (ежемесячного и т.д.) количества пожаров и пройденных площадей, соответственно, определятся из соотношений:

. О)

т »1 М

т-1 М

где ш= (1+М) - количество лет, по которым осуществляется оценка;

К^ г> ю • количество очагов пожаров за ш - й год выборки;

К^т - площадь, пройденная пожарами за ш - й год выборки;

Км, г" ~ среднегодовой критерий количества пожаров в целом по стране;

Кз, г" - среднегодовой критерий площади пройденной пожарами в целом по стране.

В табл.1, в качестве примера, приведены значения среднегодовых критериев по РФ и регионам.

Таблица 1

Среднегодовые критерии количества очагов лесных пожаров и Пройденных ими площадей в целом по стране и регионам Российской

Федерации

Экономический район Среднегодовой критерий количества очагов лесных пожаров Кн. г Среднегодовой критерий пройденной пожарами площади СгаЖз/

Северный 2 039 33 916

Северо-Западный 1 3 628

Центральный 1778 9 840

Волго-Вятский 1 170 30 109

Центрально-Черноземный 369 701

Поволжский 510 1912

Северо-Кавказский 210 2649

Уральский 2 329 29 912

Западно-Сибирский 2 420 68 881

Восточно-Сибирский 4 461 213200

Дальневосточный 2314 321 896

Прибалтийский 94 103

В целом по стране 19070 705090

Четвертый научный результат - разработанная лично автором вербальная математическая модель принятия управленческих решений по ликвидации чрезвычайных лесопожарных ситуаций.

Обоснованные в настоящей диссертационной работе согласованные комплексы моделей прогнозирования динамики и последствий ЧЛС, критерии опасности ЛПО позволили создать вербальную математическую модель принятия обоснованных управленческих решений по ликвидации ЧЛС. Ее суть в следующем.

Если по результатам прогнозирования с использованием разработанных в диссертации согласованных математических моделей прогнозирования динамики и последствий ЧЛС делается вывод о возможности воздействия поражающих факторов источника ЧЛС на защищаемые объекты, то борьба с ЧЛС осуществляется независимо от величины прогнозируемого ущерба, а величина ущерба определяется лишь для учета. При воздействии поражающих факторов источника ЧЛС

только на объекты окружающей природной среды необходимо учитывать критерии опасности ЛПО руководствоваться принципом экономической целесообразности выполнения мероприятий по ликвидации ЧЛС.

Пятый научный результат — полученные лично автором результаты исследования возможностей снижения класса пожарной опасности погодных условий на базе электрофизических методов воздействия на атмосферные процессы в интересах предупреждения и смягчения последствий чрезвычайных лесопожарных ситуаций.

На готовность лесных горючих материалов (ЛГМ) к воспламенению и распространению горения влияет множество факторов, но главная роль принадлежит влажности ЛГМ. Повыщая влажность ЛГМ, можно снизить класс пожарной опасности погодных условий и, тем самым, готовность ЛГМ к воспламенению и поддержанию процесса горения.

Автором показано, что при отсутствии лесных пожаров на рассматриваемой лесной площади снижение КПО до первого практически приводит к отсутствию загораний на лесной площади. Изменение же КПО, когда источник ЧЛС существует, приводит к изменению скорости фронта пожара. Автором проведены расчеты и построены графические зависимости: площади ЛП (в гектарах) от приращения скорости фронта низовых ЛП ¿Уф на различных интервалах упреждения I (в часах) и площади ЛП 8( (в гектарах) от времени развития источника ЧЛС I (в часах) при различных приращениях скорости фронта низовых ЛП ДУ+ (м/ч).

Анализ вышеуказанных зависимостей, свидетельствует о том, что уменьшение площади, пройденной огнем источника ЧЛС на 30-50 процентов приводит, соответственно, к изменению величины экономического, экологического и социального ущерба при ЧЛС на 30-50 процентов по каждой составляющей. Следовательно, общий прямой ущерб уменьшится приблизительно на 100-200 процентов с учетом уменьшения затрат на примененн сил и средств ЧС на ликвидацию ЧЛС.

Сделанные в последние десятилетия открытия, изобретения, различные научные разработки позволили автору создать эффективные, экологически чисше, малозатратные способы снижения КПО и, соответственно, предупреждения возникновения источников ЧЛС с использованием электрофизических методов воздействия на атмосферные процессы. Такие способы позволяют снижать КПО на достаточно больших территориях, например, на территориях лесхозов (одного или нескольких) в течение от нескольких часов до 3 суток в зависимости от исходной метеоситуация, и тем самым, снижать вероятность возникновения и развития источников ЧЛС, т.е. могут быть эффективным средством предупреждения и смягчения последствий ЧЛС, При реализации указанного способа для снижения КПО с 3-5 до 1-2 предполагается инициирование искусственных осадков, в количестве не менее 3 мм, над лесными площадями с 3-5 КПО для увлажнения ЛГМ и, тем самым, предупреждения возникновения лесных пожаров - потенциальных источников ЧЛС.

Автором в последние годы проведен комплекс научных (теоретических) исследований и экспериментальных работ с использованнием электрофизических методов воздействия на атмосферные процессы для снижения КПО в различных географических условиях в нашей стране и за рубежом. Получены несколько патентов. Автор отмечен международными наградами, указанными в начале реферата, и свидетельствующими о международном признании разработок.

В рамках научного мероприятия "Технологии безопасности гражданской защиты" (Заказчик - Минпромнауки России) в 2003 году выполнена НИР по соданию мобильного комплекса по снижению класса пожарной опасности погодных условий на базе электрофизических методов воздействия на атмосферные процессы (МКИГ). Созданный

автором МКИГ на базе разработанного специального ионизатора воздуха типа "ГИОНК", показал свою высокую эффективность при проведении серии натурных экспериментов по снижению КПО в различных географических условиях в нашей стране и за рубежом. Протоколы проведения натурных экспериментов Краснодарском крае, на Украине, в Армении, в Нижегородской области утверждены руководителями государственных и не государственных организаций и подписаны членами комиссий - в том числе, представителями лесной и метеорологической служб организаций на подведомственных территориях, которых проходили эксперименты, а также представителями ФГУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ).

В диссертации обоснованы практические рекомендации по составу и основным требованиям к системе прогнозирования динамики и последствий ЧЛС, а также типовому перечню мероприятий по предупреждению ЧЛС и смягчению их последствий для различных режимов деятельности РСЧС.

В диссертации также разработаны практические рекомендации для органов управления РСЧС по принятию управленческих решений по ликвидации ЧЛС с использованием разработанных методики прогнозирования потребностей в силах и средствах для ликвидации верховых беглых н устойчивых лесных пожаров сильной и средней интенсивности источников чрезвычайных лесопожарных ситуаций с учетом динамики процессов и оптимальной тактики действий необходимых сил ЧС и методики экспресс - оценки ущерба от лесных пожаров с использованием данных космической съемки. Указанные методики вошли базовыми блоками, соответственно, в состав "Методики оперативной оценки последствий лесных пожаров" и "Методики экспресс -оценки ущерба от лесных пожаров с использованием данных космической съемки", аттестован ых в 2001 году Межведомственной комиссией по

предупреждению и ликвидации ЧС и рекомендованных к использованию в РСЧС.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации поставлена и решена крупная научная проблема, имеющая важное хозяйственное значение. по созданию методологических основ прогнозирования динамики и последствий чрезвычайных лесопожарных ситуаций. Цель исследований достигнута.

В результате проведенных исследований автором впервые: создан комплекс согласованных математических моделей прогнозирования динамики и последствий ЧЛС;

разработаны критерии опасности лесопожзрной обстановки для федерального и регионального уровней управления;

создана вербальная математическая модель принятия управленческих решений по ликвидации ЧЛС;

проведены теоретические исследования возможностей снижения КПО при использовании электрофизических методов и средств воздействия на атмосферные процессы в интересах предупреждения и смягчения последствий ЧЛС и осуществлена их многократная натурная экспериментальная проверка в различных географических условиях, (в нашей стране и за рубежом).

Научная значимость работы определяется тем, что проведенные исследования могут послужить;

научно-методической основой системы информационно-аналитической поддержки управленческих решений при ликвидации ЧЛС;

теоретической основой для проведения дальнейших исследований в области лесопожарного прогнозирования;

научно-методической базой для разработки учебно - методической литературы для органов РСЧС и специалистов, занимающихся борьбой с лесными пожарами и вызываемыми ими ЧЛС;

научной базой для проведения исследований в области создания эффективных, экологически чистых и малозатратных систем предупреждения и ликвидации природных ЧС,

Практическая значимость работы заключается в том что, результаты исследований при их реализации позволят повысить защищенность населения, окружающей природной среды и объектов экономики при угрозе возникновения и возникновении ЧЛС.

Дальнейшие исследования целесообразно проводить по следующим направлениям; создание целостных методологических основ: прогнозирования ЛПО; прогнозирования ЛПО при применении современных средств поражения по объектам на лесной площади; разработки новых перспективных способов, средств, технологий и систем предупреждения и ликвидации ЧЛС и в целом ЧС природного характера на базе электрофизических методов управления атмосферными процессами.

Содержание диссертации опубликовано в следующих научных изданиях:

1. Подрезов Ю.В. Методологические основы прогнозирования динамики чрезвычайных лесопожарных ситуаций. 'Проблемы безопасности при чрезвычайных ситуациях". Выпуск № 3.- М.: ВИНИТИ, 2000.

2. Подрезов Ю.В. Методологические основы оценки и прогнозирования последствий чрезвычайных лесопожарных ситуаций. "Проблемы безопасности при чрезвычайных ситуациях". Выпуск № 4.. м.; ВИНИТИ, 2000.

3. Подрезов Ю.В. Основные положения метода комплексного

ориентированного прогнозирования чрезвычайных лесопожарных ситуаций, "Проблемы безопасности при чрезвычайных ситуациях". Выпуск № 3,- М.: ВИНИТИ, 2001.

4. Подрезов ЮЛЗ. Математическое моделирование оценки и и прогнозирования последствий чрезвычайных лесопожарных ситуаций. Выпуск № 5,- М: ВИНИТИ, 2001.

5. Подрезов ЮЗ. Новые специальные технологии и средства снижения рисков возникновения и смягчения последствий ЧС. Современные проблемы фундаментальных и прикладных наук. Труды XI*VI научной конференции Московского физико — технического института (государственного университета). 28 - 29 ноября 2003 года. -Москва -Долгопрудный: издательство МФТИ, 2003.

6. Подрезов Ю.В. Научно - технические аспекты построения системы снижения рисков чрезвычайных ситуаций на базе электрофизических методов воздействия на атмосферные процессы. Комплексная безопасность России - исследования, управление, опыт. Международный симпозиум. 26-27 мая 2004 года. Сборник материалов. -М.: ИИЦ ФГУ ВНИИ ГОЧС, 2004.

7. Подрезов Ю.В., Шахраманьян М.А. Методологические основы прогнозирования динамики чрезвычайных лесопожарных ситуаций. Монография. Издание первое. - М.: ВНИИ ГОЧС, 2001.

3. Подрезов Ю.В., Шахраманьян М.А. Методологические основы прогнозирования последствий чрезвычайных лесопожарных ситуаций. Монография. Издание первое. - М.; ВНИИ ГОЧС, 2001.

Отпечатано с готового оригннад-иакета

Подписано в печать 06 03, os. Формат 60x90 1/16. Бумага 80 г/м3 Гарнитура «Тайме». Ризография. Усл. печ. я. Тнразс^О жз. Заказ Xsi/i"

Издательство Московского государственного университета ясса, 141005, Мытищи-5, Московская обп., I -я Институтская, 1, МГУ Л. Телефоны: (095) 588-5762,588-5348,588-5415. Факс: 588-5109. E-mail: izdat@mgul.ac.m

Ii 160 6 t