Анализ лесных кварталов по частоте пожаров

ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ

УДК 630*524.634: 614.841.3: 519.876: 504.064.2:001.18 АНАЛИЗ ЛЕСНЫХ КВАРТАЛОВ ПО ЧАСТОТЕ ПОЖАРОВ

П.М. Мазуркин

Множество лесных пожаров принимают с нулевым значением для тех лесных кварталов, на которых не было ни одного пожара. Показана методика расчета частоты лесных пожаров на лесном квартале, координаты его постоянны и зафиксированы в пространстве леса и территории предприятия, причем лесной квартал имеет прямоугольные координаты на карте. Каждый лесной квартал за многолетний период принимают за изменяющийся по количеству лесных пожаров физический объект. Даны распределения по численности прошлых лесных пожаров на данном лесном квартале, а также закономерности изменения частоты пожаров.

Ключевые слова: лесной квартал, пожары, частота, распределения, закономерности.

Введение. Каждый лесной квартал за многолетний период принимают за изменяющийся по количеству лесных пожаров объект, а затем все лесные кварталы лесного предприятия (или его структурных подразделений в виде лесничеств, а на особо охраняемых территориях дополнительно также по функциональным зонам) распределяют по численности прошлых лесных пожаров, происшедших на данном лесном квартале. Для прогнозирования принимают допущение, что вероятность появления лесных пожаров на данном лесном квартале пропорциональна количеству бывших на его территории пожаров.

Для тех лесных кварталов, на которых за рассматриваемый период в прошлом не было ни одного лесного пожара, принимают нулевую численность прошлых лесных пожаров, происшедших на данном лесном квартале. Время контроля системы «Дозор» распределяют по всем лесным кварталам лесного предприятия пропорционально численности прошлых лесных пожаров, происшедших на данном лесном квартале. Положительный эффект достигается тем, что на лесные кварталы с большим количеством лесных пожаров, происшедших в прошлом, выделяется больше времени контроля системы «Дозор».

Мазуркин Петр Матвеевич, доктор тех. наук, профессор, Поволжский ГТУ. Йошкар-Ола, Россия. e-mail: kaf__po@mail.ru

© Мазуркин П.М., 2015

Это позволяет повысить эффективность регистрации новых лесных пожаров.

Новизна технического решения заключается в том, что впервые за объект исследования принимают не лесные пожары как таковые, имеющие непроизвольные координаты для наблюдения, а лесные квартала как физические объекты с постоянными параметрами (координаты в виде радиуса и угла направления до лесного квартала).

Государственный природный Национальный парк «Марий Чодра» (рис. 1) организован 1 декабря 1985 года.

Рис. 1. Карта-схема территории НП «Марий Чодра»

Территория парка покрыта сосновыми борами и хвойно-широколиственными лесами. Парк находится на юго-востоке Республики Марий Эл, в трех административных районах - Моркинском, Звениговском, Волжском - в 20-40 км от г. Волжска и 50-70 км от г. Йошкар-Ола

Регистрация лесных пожаров. В таблице 1 приведено распределение лесного квартала с количеством лесных пожаров по лесничествам (столбцы) и функциональным зонам (строки), причем последние имеют следующие условные обозначения: ФЗ1- зона заповедного режима 7590 га; ФЗ2 -зона особо охраняемая 4772 га; ФЗЗ - зона экстенсивного рекреационного использования 11248 га; ФЗ4 - зона интенсивного рекреационного использования 12039 га; ФЗ5 - зона хозяйственного назначения 1226 га.

Книга учета лесных пожаров ФГБУ «Национальный парк «Марий Чодра» представляет собой журнал, в котором составитель акта о пожаре (старший инженер ОЗЛ, начальник ПХС, лесничий, помощник лесничего, мастер леса) парка или лесничества, где произошло возгорание, записывает все известные ему данные о возгорании.

Далее рассмотрим распределения (рис. 2) числа лесных пожаров за 25 лет с 1987 по 2011 гг.

Таблица 1

Кварталы с лесными пожарами по лесничествам и функциональным зонам за 1987-2011 гг.

Керебелякское Кленовогорское Лушмарское Яльчинское

лесничество лесничество лесничество лесничество

№ кв. Пкв ,Шт. N° кв. Пкв ,шт. N° кв. Пкв ,шт № кв. Пкв ,шт

ФЗ1- зона заповедного режима

76 1

47 1

60 1

62 1

66 1

67 1

71 1

ФЗ2 - зона особо охраняемая

27 1 1 1

29 2 7 2

66 2

71 1

73 1

ФЗЗ - зона экстенсивного рекреационного использования

53 1 31 1 73 1 12 2

55 1 45 3 1 1 13 2

46 1 37 2 24 2

51 2 43 2 25 2

52 3 47 1 27 9

58 5 53 1 33 3

59 1 55 2 34 2

60 1 56 4 35 2

61 1 69 2 70 5

63 1 74 2

64 1 76 2

66 1 87 1

72 2

ФЗ4 - зона интенсивного рекреационного использования

6 1 17 1 28 1

16 2 26 1 36 3

23 2 30 10 37 4

Керебелякское лесничество Кленовогорское лесничество Лушмарское лесничество Яльчинское лесничество

№ кв. Пкв ,шт. № кв. Пкв ,шт. № кв. Пкв ,шт № кв. Пкв ,шт

24 1 31 1 5 5

25 3 32 2 8 3

26 2 34 1 10 1

27 1 38 3 17 1

30 1 39 3 19 1

33 1 45 1 20 1

39 2 46 1 30 2

40 1 50 2 31 4

41 1 54 3 38 3

44 2 57 1 39 1

49 1 60 1 40 1

70 8 61 3 41 3

62 1 43 5

44 8

45 10

46 3

47 1

48 1

49 1

52 7

53 3

58 2

ч61 1

62 2

63 4

64 4

67 3

68 6

69 1

ФЗ5 - зона хозяйственного назначения

22 6 ч58 2 ч60 3

50 4 59 2 ч66 4

57 1 ч64 1 23 2

32 1

42 1

51 3

59 5

65 3

Рис. 2. Карта-схема территории национального парка «Марий Чодра» с отметкой на лесных кварталах каждого лесного пожара в виде точки

До 1987 года распределение лесничеств и их лесных кварталов было иным. Поэтому период 1982-1986 гг. не рассматривался.

Регистрация лесных кварталов. В таблице 2 дано распределение лесных кварталов по лесничествам (столбцы) и функциональным зонам (строки).

Таблица 2

Доля лесных кварталов,

Лесничество

Функциональные зоны Кере-беляк-ское Клено- во-горское Луш-мар-ское Яль-чин-ское Итого

ФЗ1 57 12 0 0 69

ФЗ2 3 20 12 4 39

ФЗЗ 22 29 43 13 107

ФЗ4 1 32 33 44 110

ФЗ5 1 5 4 12 22

Итого 84 98 92 73 347

Количество лесных кварталов без пожаров за 25 лет дано в таблице 3. Лесные кварталы, на которых хотя бы один раз произошел лесной пожара, -в таблице 4. Для сравнения с другими предприятиями в таблице 5 даны относительная доля лесных кварталов, в которых произошли лесные пожары.

Таблица 3

Всего лесных кварталов без пожаров за 1987-2011 гг.

Функ-цио-нальные зоны Лесничество Итого

Кере-беляк-ское Клено- во-горское Луш-мар-ское Яль-чин-ское

ФЗ1 51 11 0 0 62

ФЗ2 3 20 7 2 32

ФЗЗ 20 16 32 4 72

ФЗ4 1 17 17 12 47

ФЗ5 1 2 1 0 4

Итого 76 66 57 18 217

Таблица 4

Всего лесных кварталов, пройденных пожарами

Функ-цио-нальные зоны Лесничество Итого

Кере-беляк-ское Клено- во-горское Луш-мар-ское Яль-чин-ское

ФЗ1 6 1 0 0 7

ФЗ2 0 0 5 2 7

ФЗЗ 2 13 11 9 35

ФЗ4 0 15 16 32 63

ФЗ5 0 3 3 12 18

Итого 8 32 35 55 130

Функцио- Лесничество

нальные Керебе- Кленово- Лушмар- Яльчин- Итого

зоны лякское горское ское ское

ФЗ1 10.53 8.33 0 0 10.14

ФЗ2 0.00 0.00 41.67 50.00 17.95

ФЗЗ 9.09 44.83 25.58 69.23 32.71

ФЗ4 0.00 46.88 48.48 72.73 57.27

ФЗ5 0.00 60.00 75.00 100.00 81.82

Итого 9.52 32.65 38.04 75.34 37.46

На территории национального парка «Марий Чодра» наблюдается широкий разброс относительного показателя от 0 до 100%.

При этом количество лесных пожаров за 25 лет регистрации изменяется по данным таблицы 6.

Таблица 6

Количество лесных пожаров

Функцио- Лесничество

нальные Керебе- Кленово- Лушмар- Яльчин- Итого

зоны лякское горское ское ское

ФЗ1 6 1 0 0 7

ФЗ2 0 0 7 3 10

ФЗЗ 2 23 20 29 74

ФЗ4 0 29 35 96 160

ФЗ5 0 11 5 26 42

Итого 8 64 67 154 293

Сравнение данных таблиц 4 и 6 показывает, что 293 лесных пожара произошли на 130 лесных кварталах. Однако среднее арифметическое значение числа пожаров не подходит, так как на некоторых лесных кварталах за 25 лет произошло много пожаров. Поэтому за объект исследования нужно брать не сам лесной пожар, а лесной квартал, на котором произошел это пожар.

Распределение по лесничествам. В таблице 7 приведено количество пожаров с учетом распределения их количества за 25 лет по лесничествам.

Таким образом, все имеющиеся лесные кварталы условно имеют значения частоты лесных пожаров. Но при этом на тех лесных кварталах, на которых за 25 лет не произошли ни одного лесного пожара, принимается значение количества лесных пожаров на одном и том же лесном квартале

Пкв = 0.

Таблица 7

Количество пожаров на лесных кварталах на территории ФГУ «Национальный парк «Марий

Таблица 5

Количество пожаров на квартале пке , шт. Количество кварталов по лесничествам Всего

Керебе-лякское Кленово-горское Лушмар-ское Яльчин-ское Ып , шт.

0 76 66 57 18 217

1 8 18 17 15 58

2 0 7 12 13 32

3 0 3 4 11 18

4 0 1 1 5 7

5 0 1 0 4 5

6 0 1 0 1 2

7 0 0 0 1 1

8 0 1 0 1 2

9 0 0 0 1 1

10 0 0 1 1 2

Итого кварт. 84 98 92 71 345*

Итого пожаров 8 64 67 154 293

Примечание: *У двух кварталов нет точных данных о пожарах.

Общее количество пожаров 2N = 293 шт. определяется по формуле

2 Nn = 2 Nn пКв

Аналогично для лесничеств получаем урав-

нение количества пожаров

2 Nл = 2 Nл

Из данных таблицы 7 видно, что наибольшее количество пожаров равно 10 и при этом столько пожаров произошло на двух лесных кварталах по всему национальному парку (по одному лесному кварталу Лушмарского и Яльчинского лесничеств). Далее за влияющую переменную примем пкв.

Общее количество кварталов N, в зависимости от разного количества лесных пожаров на одном лесном квартале, изменяется по формуле (рис. 3) закона экспоненциальной гибели

Рис. 3. График распределения кварталов от изменения количества лесных пожаров на одном лесном квартале

Первый параметр при пкв = 0 показывает количество лесных кварталов без пожаров.

Керебелякское лесничество (рис. 4) получает закономерность вида:

^ = 76,00875 ехр

Кленовогорское лес-во (рис. 4) дает формулу:

Щ = 66,00405 ехр

Лушмарское лесничество (рис. 4) имеет сложное распределение кварталов по формуле:

Щ = 57,00001 ехр(-1,49684пк, +Лсо5(лпкв /р +1,33941) ,

5) +

Л = 3,75424 -1010

14,62931 , 1Г1 оо^пг: 0,51817ч

п„„ , ехр(-19,82605пкв , ) ;

р = 5,98044 +10,97285пга , где Л - амплитуда (половина) колебательного возмущения популяции лесных кварталов как отклик на лесные пожары, шт.; р - полупериод колебательного возмущения лесных кварталов, шт.

N = 216,9377ехр(-1,29352пк.

0

10

0

п

п

п.„ =0

в = 0.27619686 г = 0

Распределение лесных кварталов с пожарами по Керебелякскому лесничеству

Распределение лесных кварталов с пожарами по Кленовогорскому лесничеству

0.0

1.8

3.7

5.5

7.3

9.2

11.0

Б = 0.72055642 г = 0

1.8 3.7 5.5 7.3 9.2

Распределение лесных кварталов с пожарами по Лушмарскому лесничеству

Б =1.01 г = о

Распределение лесных кварталов с пожарами по Яльчинскому лесничеству

Рис. 4. График распределения количества кварталов в зависимости от изменения количества лесных пожаров на одном лесном квартале для четырех лесничеств национального парка «Марий Чодра».

Яльчинское лесничество (рис. 4) получает:

1,86356

N = 17,37682 ехр( -0,078199«

6)

2 N = I N.

Остатки после приведенных формул показывают наличие дополнительной волны возмущения.

Распределение по функциональным зонам. Распределения лесных кварталов по функциональным зонам даны в таблице 8.

Таблица 8

Количество пожаров на лесных кварталах за 1987-2011 гг.

Количество Количество кварталов по функциональным зонам Всего по парку N,

пожаров на квартале пкв, шг. Запо-вед-ного режима особо охраняя-емая экс-тенс. рекре-ац. ис- интенс. рекре-ац. ис-польз. Хозяйственно-го назначения

польз. шт.

0 62 32 72 47 4 217

1 7 4 14 29 4 58

2 0 3 14 10 5 32

3 0 0 3 12 3 18

4 0 0 1 4 2 7

5 0 0 2 2 1 5

6 0 0 0 1 1 2

7 0 0 0 1 0 1

8 0 0 0 2 0 2

9 0 0 1 0 0 1

10 0 0 0 2 0 2

Итого кв. 69 39 107 110 20 345

Итого пож. 7 10 74 160 42 293

Для функциональных зон получаем уравнение количества пожаров

2 МФЗ = I Ыф

Тогда, снимая индексы, в общем случае получаем выражение для подсчета общего числа лесных пожаров по лесничествам и функциональным зонам национального парка вида

где 2М - сумма лесных пожаров по подразделениям лесного предприятия, шт., икв - количество лесных пожаров на лесном квартале, шт., птах - максимальное количество лесных пожаров за период измерений на одном лесном квартале, шт., Nп ) -

количество лесных кварталов с данным значением икв при изменении в интервале 0 < пке < птах, шт.

На зоне заповедного режима (рис. 5) получена зависимость вида

ЫФЗ = 62,00936 ехр

На особо охраняемой зоне (рис. 6) выполняется закон экспоненциальной гибели

ЫФЗ = 31,95113 ехр

Рис. 5. График распределения лесных кварталов с разным количеством лесных пожаров по зоне заповедного режима На функциональной зоне экстенсивного рекреационного использования получился закон экспоненциальной гибели (рис. 6):

ИФЗ = 71,94865ехр(-1,49370пкв °'548") (12) На функциональной зоне интенсивного рекреационного использования (рис. 6):

= 47,28909 ехр( -0,56464«,

11.0

п._ =0

п

п... =0

На зоне хозяйственного назначения (рис. 6) биотехнической закономерности вида

количество лесных кварталов распределяется по ^ _ 4 33407ехр

S = 249184652 r = 0.99452651

¡9-Jj

vt»"

w11

б.*1: •

Распределение лесных кварталов с пожарами на особо охраняемой зоне

S = 250014929 r

Распределение лесных кварталов с пожарами на зоне экстенсивной рекреации

S = 0.45917124 r = 0.97604763

Распределение лесных кварталов с пожарами на зоне интенсивной рекреации

Распределение лесных кварталов с пожарами на зоне хозназначения

Рис. 6. График распределения лесных кварталов с разным количеством лесных пожаров по остальным четырем функциональным зонам национального парка «Марий Чодра».

Таким образом, общая закономерность [1-7] у всех распределений - это закон гибели в экспоненциальной форме.

Заключение. Предлагаемый способ обладает простотой реализации, так как по фактическим прошлым многолетним данным о лесных пожарах на конкретной территории необходимо выписать только данные о количестве лесных пожаров на каждом лесном квартале.

При этом методом точковки заполняется таблица 1 и затем составляются таблицы 2 - 8.

Применение предложенного способа расширяет возможности территориального экологического мониторинга, повышает функциональные возможности системы типа «Лесной Дозор» за счет

Библиографический список

1. Мазуркин П.М., Блинова К.С. Активность Солнца и годичная динамика лесных пожаров на особо охраняемой территории / П.М. Мазуркин, К.С. Блинова // Успехи современного естествознания. - 2013. - № 1. -С.102-107.

2. Мазуркин П.М., Блинова К.С., Хазиев А.В.

Асимметричные вейвлет-сигналы многолетней динамики численности лесных пожаров Республики Марий Эл /

распределения времени наблюдений по параметру n

кв, то есть по увеличению количества лесных пожаров, происшедших на конкретном лесном квартале. При этом используются координаты каждого лесного квартала.

В итоге появляется практическая возможность, с использованием многолетних данных о лесных пожарах на территории, проведения экологического и технологического (пожаротушения) мониторинга для прогнозирования и уточнения распределения лесных пожаров вдоль радиуса обзора, а также провести прогнозный расчет по каждому лесному кварталу вероятности будущих лесных пожаров.

References

1. Mazurkin P.M., Blinova K.S. Aktivnost' Solnca i godichnaja dinamika lesnyh pozharov na osobo ohranjaemoj territorii / P.M. Mazurkin, K.S. Blinova // Uspehi sovremennogo estestvoznanija. - 2013. - № 1. -S.102-107.

2. Mazurkin P.M., Blinova K.S., Haziev A.V.

Asimmetrichnye vejvlet-signaly mnogoletnej dinamiki chislennosti lesnyh pozharov Respubliki Marij Jel / P.M.

0.0

1.8

3.7

5.5

7.3

9.2

11 .0

П.М. Мазуркин, К.С. Блинова, А.В. Хазиев // Вестник Казанского технол. ун-та. - 2013. - Т. 16. - № 15. -С.148-151.

3. Мазуркин П.М. Каткова Т.Е. Моделирование многолетней динамики изменения площади лесных пожаров / П.М. Мазуркин, Т.Е. Каткова // Вестник Воронежского института ГПС МЧС России. - 2013. - №1 (6). - С.31-37.

4. Мазуркин П.М., Каткова Т.Е. Анализ многолетней динамики удельной площади лесных пожаров / П.М. Мазуркин, Т.Е. Каткова // Вестник Воронежского института ГПС МЧС России. - 2013. - №2 (7). - С.37-43.

5. Мазуркин П.М., Каткова Т.Е. Вейвлет-анализ многолетней динамики локальной численности лесных пожаров // Современные проблемы науки и образования. - 2013. - № 5; URL: http://www.science-

education.ru/111-10164 (дата обращения: 26.09.2013).

6. Мазуркин П.М., Скорикова Л.А. Динамика температуры горения древесных опилок при испытании сжиганием / П.М. Мазуркин, Т.Е. Каткова // Вестник КНИТУ. - 2011. - № 7. - С.58-61.

7. Мазуркин П.М., Филонов А.С. Математическое моделирование. Идентификация однофакторных статистических закономерностей: учеб. пос. / П.М. Ма-зуркин, А.С. Филонов - Йошкар-Ола: МарГТУ, 2006. -292 с.

Mazurkin, K.S. Blinova, A.V. Haziev // Vestnik Ka-zanskogo tehnol. un-ta. - 2013. - T. 16. - № 15. - S.148-151.

3. Mazurkin P.M. Katkova T.E. Modelirovanie mnogoletnej dinamiki izmenenija ploshhadi lesnyh pozharov / P.M. Mazurkin, T.E. Katkova // Vestnik Voronezhskogo instituta GPS MChS Rossii. - 2013. - №1 (6). - S.31-37.

4. Mazurkin P.M., Katkova T.E. Analiz mnogolet-nej dinamiki udel'noj ploshhadi lesnyh pozharov / P.M. Mazurkin, T.E. Katkova // Vestnik Voronezhskogo instituta GPS MChS Rossii. - 2013. - №2 (7). - S.37-43.

5. Mazurkin P.M., Katkova T.E. Vejvlet-analiz mnogoletnej dinamiki lokal'noj chislennosti lesnyh pozharov // Sovremennye problemy nauki i obrazovanija. - 2013. - № 5; URL: http://www.science-education.ru/111-10164 (data obrashhenija: 26.09.2013).

6. Mazurkin P.M., Skorikova L.A. Dinamika temperatury gorenija drevesnyh opilok pri ispytanii szhiganiem / P.M. Mazurkin, T.E. Katkova // Vestnik KNITU. - 2011. - № 7. - S.58-61.

7. Mazurkin P.M., Filonov A.S. Matematicheskoe modelirovanie. Identifikacija odnofaktornyh statisti-cheskih zakonomernostej: ucheb. pos. / P.M. Mazurkin, A.S. Filonov - Joshkar-Ola: MarGTU, 2006. - 292 s.

THE ANALYSIS OF FOREST QUARTERS ON THE FREQUENCY OF FIRES

Mazurkin P.M.

Volga State University of Technology; Ioshkar-Ola, Russia

This fires is given set accept with zero value for those forest quarters on which there was no fire. The method of calculation offrequency offorest fires on forest quarter is shown, coordinates it are constant and recorded in space of the wood and the enterprise territory, and forest quarter has rectangular coordinates on the card. Each forest quarter for the long-term period take for changing by number offorest fires physical object. Distributions on the number of last forest fires on this forest quarter, and also regularity of change offrequency offires are given.

Keywords: forest quarter, fires, frequency, distributions, regularities.