Дымовая обстановка при горении лесных горючих материалов в городской и пригородных зонах городов

Библиографический список

1. Biswas A.K. Planning and Evaluation of Recreation on Man-Made Lakes // Man-Made Lakes. Ed. L.E. Obeng. Accra, 1969. P. 373-386.

2. Douglas J.L. A case study in income redistribution from reservoir construction // Water Resources Research. 1968. V. 4. № 3. P. 499-506.

3. Kozyreva E., Rzetala M. Anthropogenic water reservoirs and development of natyral relief transformation processes - a case study from the Silesian Upland and its borders // Modern nature use and anthropogenic processes. Irkutsk-Sosnowiec, 1999.

4. Jagus A. Procesy bregowe w obrebie zbiornika Poraj. Geographia. Studia et Dissertationes. T. 23. Prace Naukowe Uniwersytetu Slaskiego. № 1805. Wydawnictwo US, Katowice. 2000. S. 59-90.

5. Rzetala M. Funkcjonowanie zbiornikow wodnych oraz przebieg procesow limnicznych w warunkach zroznicowanej antropopresji na przykladzie regionu gornoslaskiego. Wydawnictwo Uniwersytetu Slaskiego. Katowice, 2008. 171 р.

6. Карнаухова Г.А. Процессы осадкообразования в водохранилищах Ангарского каскада: автореф. дис. ... д-ра геогр. наук: 25.00.27. Ин-т географии им. В.Б. Сочавы СО РАН. Иркутск, 2009. 44 с.

7. Козырева Е.А.Геодинамические модели при оценке состо-

яния береговых массивов // Сергеевские чтения. Моделирование при решении геоэкологических задач: материалы годичной сессии Научного совета РАН по проблемам геоэкологии, инженерной геологии и гидрогеологии (23-24 марта 2009 г.). М.: ГЕОС, 2009. Вып. 11. С. 119-123.

8. Овчинников Г.И., Павлов С.Х., Тржцинский Ю.Б. Изменение геологической среды в зонах влияния Ангаро-Енисейских водохранилищ. Новосибирск: Наука, 1999. 250 с.

9. Рыбченко А.А. Инженерно-геодинамическая оценка современного состояния геологической среды г. Иркутска: автореф. дис. ... канд. геол.-минералог. наук: 25.00.08. Институт земной коры СО РАН. Иркутск, 2010. 18 с.

10. Тарасова Ю.С., Буддо Т.В. Развитие абразионно-аккумулятивных процессов в береговой зоне Иркутского водохранилища // Геоморфология Центральной Азии: материалы XXVI Пленума Геоморфологической комиссии международного совещания. Барнаул: Из-во Алт. ун-та, 2001. С. 146-149.

11. Широков В.М., Лопух П.С., Левкевич В.Е. Формирование берегов малых водохранилищ лесной зоны. СПб: Гидроме-теоиздат, 1992. 160 с.

УДК 504.2: 614.84

ДЫМОВАЯ ОБСТАНОВКА ПРИ ГОРЕНИИ ЛЕСНЫХ ГОРЮЧИХ МАТЕРИАЛОВ В ГОРОДСКОЙ И ПРИГОРОДНЫХ ЗОНАХ ГОРОДОВ

С.С. Тимофеева1, В.В. Гармышев2, В.С. Зырянов3

Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83. 2,3Восточно-Сибирский институт МВД России, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 110.

Изучены процессы задымления при пожарах в городской и пригородной зонах городов Иркутской области. Приведены результаты экспериментальных исследований дымообразующей способности лесных материалов, произрастающих в экологически чистых районах и зонах повышенной техногенной нагрузки. Доказано значительное увеличение дымовой нагрузки при горении лесных материалов из зон высокой техногенной нагрузки. Ил. 2. Табл. 3. Библиогр. 8 назв.

Ключевые слова: лесные горючие материалы; пожары в городской застройке; дым; дымообразующая способность лесных горючих материалов.

SMOKE SITUATION WHEN BURNING FOREST COMBUSTIBLE MATERIALS IN URBAN AND SUBURBAN AREAS OF CITIES

S.S. Timofeeva, V.V. Garmyshev, V.S. Zyryanov

National Research Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074.

East-Siberian Institute of the Ministry of Internal Affairs of Russia, 110 Lermontov St., Irkutsk, 664074.

The article studies the processes of smoke formation under fires in urban and suburban areas of the cities of the Irkutsk

1Тимофеева Светлана Семёновна, доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой промышленной экологии и безопасности жизнедеятельности, тел.: (3952) 405671, е-mail: bgd@istu.irk.ru

Timofeeva Svetlana, Doctor of technical sciences, Professor, Head of the Department of Industrial Ecology and Life Safety, tel.: (3952) 405671, e-mail: bgd@istu.irk.ru

2Гармышев Владимир Викторович, кандидат технических наук, доцент кафедры пожарной безопасности технологических процессов, зданий и сооружений

Garmyshev Vladimir, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Fire Safety of Technological Processes, Buildings and Structures.

3Зырянов Вадим Семенович кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры пожарно-технической экспертизы, тел.: (3952) 412350, е-mail: admin@esi.irk.ru

Zyryanov Vadim, Candidate of technical sciences, Senior Lecturer of the Department of Fire-Engineering Expertise, tel.: (3952) 412350, e-mail: admin@esi.irk.ru

region. It provides the results of experimental studies of smoke-forming ability of forest materials growing in ecologically clean areas and areas of high development pressure. A significant increase in smoking load when burning forest materials from areas of high development pressure is proved. 2 figures. 3 tables.8 sources.

Key words: forest combustible materials; fires in urban areas; smoke; smoke-forming ability of forest combustible materials.

XXI в. отличают как высочайший уровень научно-технического прогресса в традиционных сферах деятельности современного человека, так и формирование принципиально новой среды его обитания. В этой среде непрерывно появляются новые строительные и отделочные материалы, огромное число единиц компьютерной техники, расширяется спектр эксплуатируемых бытовых приборов и устройств, наблюдается большая скученность систем энергопотребления. Всё это увеличивает вероятность возникновения повышенных рисков для здоровья людей в случае возникновения пожаров, вызванных, в частности, короткими замыканиями из-за повышенной нагрузки на электрические сети. Это обстоятельство в совокупности с большой плотностью персонала офисов (жителей современных многоквартирных домов) может осложнить принятие своевременных эффективных мер по обеспечению безопасности людей и ликвидации очагов возгорания.

Ежедневно в России возникает более 500 пожаров с ущербом около 30 млн руб., в огне пожаров гибнет и травмируется более 70 чел. [1, 2].

Исследование территорий городских агломераций позволило установить, что в ландшафтно-рекреационной, лесопарковой и пригородной зонах в результате нарушений правил пожарной безопасности, поджогов, детской шалости с огнём происходит выгорание органического слоя почвы, а также уничтожение огнём лесных горючих материалов (древесины, коры, хвои, сухой травы) на площади от 3 до 10 тыс. га. Важно отметить, что пожароопасная ситуация возникает по всей Иркутской области ежегодно [2, 3].

При пожарах происходит выделение в окружающую среду токсичных продуктов горения: оксида углерода, диоксида азота, серы, сероводорода, сажи, формальдегида, уксусной кислоты, пятиокиси ванадия, бенз(а)пирена [3].

Одним из отрицательных факторов пожаров является устойчивое и длительное задымление атмосферы на больших площадях. Городская застройка иногда до 7-10 дней погружается в дым. Сотни тысяч людей испытывают на себе воздействие токсичных продуктов горения лесных материалов, что, в свою очередь, приводит к:

- различным аллергическим реакциям;

- заболеваниям органов дыхания, зрения;

- обострению хронических заболеваний;

- потере возможности отдыха на природе, турбазах, в санаториях;

- отравлению продуктами сгорания [4].

Кроме этого горение лесных материалов в пригородной и городской зонах приводит к изменению кислородного баланса в атмосфере, дестабилизации воздушного и речного сообщений. Почвенные пожары

сопровождаются обильным дымовыделением, тепловыделением, что приводит к гибели животных, растительного покрова.

По нашим предварительным оценкам, в результате горения лесных материалов в пригородной и городской черте городов Иркутска, Ангарска, Братска, Ше-лехова, Усолье-Сибирского, Зимы, Черемхово за год выделяется приблизительно 60-100 тонн дыма и твёрдых частиц.

В настоящее время дымы широко изучаются как опасный фактор пожара, а также как отдельная дисперсная система, в которой протекают необратимые физико-химические процессы [3]. Имеющиеся в литературе данные по изучению дымообразования крайне разрознены и не систематизированы.

Цель настоящей работы - экспериментальные исследования дымообразующей способности лесных материалов из пригородной и городской зон городов Иркутской области и оценка дымовой обстановки при пожарах на территории области.

Дымы - это продукты термического разложения при сгорании и тлении различных материалов. Природа образования дыма связана с реакцией окисления и выделением тепловой энергии, что обусловливает его физико-химические отличия от пыли и аэрозолей, получаемых путём различных способов механического измельчения [3].

Дымообразование - это стадия разложения, в ходе которой образуются углеродные частицы и капельки смолы, переходящие во взвешенное состояние. В случае пожаров дымы являются опасным для человека и экосистемы фактором, в них в совокупности обнаруживается до 175 и более химических веществ (!) [3, 4]. Полидисперсная дымовая среда проникает в дыхательные пути на различную глубину в зависимости от размера частиц. Растворимые продукты дыма быстро всасываются в кровь, а нерастворимые накапливаются в бронхах и лёгких. Частицы сажи, золы, смолообразные вещества снижают видимость в дыму. Таким образом, дым, выделяющийся при горении лесных материалов, обладает высокой токсичностью, вызывающей отравление людей, животных, возникновение у них различных заболеваний. Дымообразова-ние также приводит к повреждению растительного покрова городской и пригородной зон.

Дымообразующая способность лесных горючих материалов зависит от множества экологических факторов, и прежде всего, от воздействия промышленных аэропромвыбросов. Анализ статистических данных показал, что экологическая нагрузка от промышленных объектов на атмосферу и экосистемы Иркутской области существенно различается (рис. 1). Так, Иркутский, Усольский, Братский и Зиминский районы отнесены к наиболее экологически опасным для населе-

ния, а города Ангарск и Братск - к группе центров с опасно высокой (кризисной) ситуацией по загрязнению атмосферы. Очень высокая напряжённость характерна для города Иркутска, высокая - для городов Бай-кальск, Зима, Свирск, Усть-Илимск и Шелехов.

«эталонных» горючих лесных материалов использовали образцы, взятые в относительно экологически чистом Слюдянском районе [5].

Дымообразующая способность лесных горючих материалов определяли по методике, изложенной в

Суммарный среднегодовой объём выбросов вредных веществ промышленными предприятиями г. Ангарска (в основном ОАО «АНХК») превышает 350 тыс. т в год, что составляет 44,8% суммы вредных веществ, выбрасываемых всеми промышленными предприятиями области. На втором месте находится г. Братск: его предприятия выбрасывают в атмосферу около 200 тыс. тонн вредных веществ (19,3% суммарных выбросов по области), на третьем -г. Усолье-Сибирское (около 10%) [5].

Существенное увеличение дымообразования при пожарах в лесной и пригородной зонах возможно из-за накопления техногенных загрязнителей в лесных горючих материалах. Поэтому нами проведено сравнительное исследование дымообразующей способности лесных горючих материалов с учётом техногенной нагрузки. Для изучения дымообразования в качестве горючих материалов использовались кора, ветки, хвоя, листва различных хвойных и лиственных пород деревьев, сухая трава и другой материал надпочвенного слоя, а также шишки сосны, полуразложившаяся древесина и трухлявые пни. Образцы были отобраны в лесных массивах регулярно подвергающихся интенсивному техногенному воздействию промышленных предприятий районов Иркутской области: Ангарского, Братского, Иркутского и Шелеховского. Основными техногенными загрязнителями в этих районах являются предельные углеводороды, бензин, бензол, толуол, ксилол, аммиак, этилен, сероводород, фенол и другие вещества химического, нефтехимического и металлургического производств и их отходы [5]. В качестве

ГОСТ 12.1.044-89* [6], на базе ИПА ГУ СЭУ ФПС МЧС России по Иркутской области.

Для испытаний брали образцы размером 40x40x10 мм (для образцов древесины и коры) или навески материала массой 0,5-1 г. Хвою, листья и ветки укладывали в лоток сжигания, высота укладки не превышала 15 мм. Перед испытанием подготовленные образцы предварительно выдерживали при комнатной температуре не менее суток. Взвешивание образцов производили на весах первого класса точности марки ВЛЭ-144. Погрешность взвешивания составляла не более 0,01 г. Испытание образцов проводили в режиме горения с использованием газовой горелки. Длина пламени горелки была до 15 мм.

Значения коэффициента дымообразования (Dm) рассчитывали по формуле:

V Т А„=-—1п- 0

1'т Ттпи

где V - вместимость камеры измерения, м ; L - длина пути луча света в задымленной среде, м; m - масса образца, кг; T0,Tmin - соответственно значения начального и конечного светопропускания, %.

Погрешность значений коэффициента дымообра-зования при экспериментальных исследованиях не превышала 3%.

Установка для определения коэффициента дымо-образования представлена на рис. 2.

Результаты сравнительных испытаний дымообра-

зующей способности коры из экологически чистых районов и зон техногенного загрязнения приведены в табл. 1.

На основании анализа экспериментальных данных можно сделать вывод о том, что дымообразующая способность лесных горючих материалов существенно различается. Так, наименьшей дымообразующей спо-

собностью обладает кора лиственницы (От = 468 м2-кг-1), а наибольшая дымообразующая способность свойственна коре березы (От = 1129 м2-кг-1). Однако изменение дымообразующей способности под воздействием техногенного загрязнения для коры лиственницы составило 69%, а для коры березы - 3%.

Рис. 2. Установка для определения дымообразующей способности материалов: 1 - камера сгорания; 2 - держатель образца; 3 - окно из кварцевого стекла; 4, 7 - клапаны продувки; 5 - приёмник света; 6 - камера измерений; 8 - кварцевое стекло; 9 - источник света; 10 - предохранительная мембрана; 11 - вентилятор; 12 - направляющий козырёк; 13 - запальная горелка; 14 - вкладыш; 15 - электронагревательная панель

Таблица 1

Показатели дымообразующей способности коры_

Горючие материалы Дымообразующая способность, м2-кг-1 (из экологически чистой зоны) Дымообразующая способность, м2-кг-1 (из зон техногенного загрязнения) Изменение дымообразующей способности под воздействием техногенного загрязнения, % Характеристика дымообразующей способности

Кора сосны 948 930 -1,85 высокая

Кора березы 1096 1129 3,01 высокая

Кора пихты 594 613 3,30 высокая

Кора осины 480 503 4,86 высокая

Кора ели 556 588 5,91 высокая

Кора тополя 427 583 36,40 высокая

Кора лиственницы 277 468 69,12 умеренная

Таблица 2

Показатели дымообразующей способности хвои и листвы

Горючие материалы Дымообразующая способность, м2-кг-1 (из экологически чистой зоны) Дымообразующая способность, м2-кг-1 (из зон техногенного загрязнения) Изменение дымообразующей способности под воздействием техногенного загрязнения, % Характеристика дымообразующей способности

Хвоя пихты 707 708 0,22 высокая

Хвоя лиственницы 529 535 1,13 высокая

Хвоя ели 672 684 1,87 высокая

Хвоя сосны 606 661 9,07 высокая

Листва осины 329 454 37,67 умеренная

Листва березы 391 591 51,10 высокая

Листва тополя 280 596 112,51 высокая

Таблица 3

Показатели дымообразующей способности других лесных горючих материалов_

Горючие материалы Дымообразующая способность, м2-кг-1 (из экологически чистой зоны) Дымообразующая способность, 2 -1 м -кг- (из зон техногенного загрязнения) Изменение дымообразующей способности под воздействием техногенного загрязнения, % Характеристика дымообразующей способности

Сухая трава 490 485 -1,03 умеренная

Трухлявые пни 122 120 -1,66 умеренная

Полуразложившаяся древесина 118 121 2,54 умеренная

Ветки деревьев хвойных пород 295 298 1,01 умеренная

Ветки деревьев лиственных пород 149 152 2,01 умеренная

Шишки сосновые 88 85 -3,52 умеренная

Материал надпочвенного покрова 48 46 -4,16 малая

Результаты сравнительных испытаний дымообразующей способности хвои и листвы из экологически чистых районов и зон техногенного загрязнения приведены в табл. 2.

Как видно из данных, представленных в табл. 3, наибольшее влияние техногенное воздействие оказывает на листву. Изменение дымообразующей способности составляет от 37 до 112%. Однако необходимо отметить, что хвоя изначально имеет высокий коэффициент дымообразования. Практически у всех исследуемых образцов высокий коэффициент дымооб-разования: йт >500 м2-кг-1 [7].

В табл. 3 представлены результаты оценки дымообразующей способности других лесных горючих материалов, сгорающих при пожарах в городской и пригородной зонах городов.

Итак, экспериментально установлено, что коэффициент дымообразования лесных горючих материалов в основном умеренный.

Проведённые исследования показали, что лесные горючие материалы из зон техногенного загрязнения

характеризуются более высокой дымообразующей способностью и, следовательно, большей нагрузкой на атмосферу при пожарах. Соответственно, и токсическая нагрузка на население и экосистемы при пожарах лесных массивов промышленно развитых районов значительно выше, чем экологически чистых.

На основании вышеизложенного можно сделать следующие выводы:

1. В большинстве своём лесные горючие материалы, произрастающие в пригородной и городских зонах городов, обладают высокой дымообразующей способностью (йт > 500 м2-кг-1).

2. Лесные горючие материалы из экологически чистых районов и из районов, подверженных техногенным загрязнениям, характеризуются различной дымообразующей способностью. Для материалов из зон техногенного загрязнения (за исключением коры сосны, сухой травы, трухлявых пней, сосновых шишек, материала надпочвенного покрова) коэффициент дымообразующей способности выше, чем из экологически чистых районов.

3. Наибольшее влияние техногенное загрязнение оказывает на дымообразующую способность листвы деревьев: тополя - 112,5%, березы - 51,1%, осины -37,3%, а также коры лиственницы - 69,1% и тополя -36,4%, заметное влияние (более 5%) - на хвою сосны и кору ели, древесину ели, пихты и осины.

Таким образом, дымообразование при пожарах

является дополнительным источником экологической нагрузки на атмосферу в пригородной и городской зонах городов Иркутской области. Результаты выполненных исследований могут быть использованы для прогнозирования риска дымовой обстановки при возникновении пожаров.

Библиографический список

1. Тимофеева С.С., Гармышев В.В. Безопасность жизнедеятельности в чрезвычайных ситуациях: Эколого-экономические и социальные последствия пожаров: учеб. пособие. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 1999. 135 с.

2. Тимофеева С.С., Гармышев В.В., Малыхин А.В., Хисмату-лин С.Р. Социальные, экономические и экологические последствия пожаров в муниципальных центрах Сибирского федерального округа: анализ, оценка, прогноз: монография. Иркутск: Изд-во ФГОУ ВПО ВСИ МВД России, 2010. 169 с.

3. Гаврилов Л.А., Гармышев В.В., Черных И.В. Дымы - опасный и контролируемый фактор пожара: монография. Иркутск: Изд-во ФГОУ ВПО ВСИ МВД России, 2006. 171 с.

4. Амельчугов С.П., Андреев Ю.А., Гуляева Е.В., Ермакова К.В., Терешков В.И. Риски для населения от задымления территорий лесными пожарами // Лесные и степные пожары:

возникновение, распространение, тушения и экологические последствия: материалы VI междунар. конф. (Томск, 5-11 сентября 2005 г.). Томск: Изд-во Томского университета, 2005. С. 16-17.

5. Государственный доклад «О состоянии окружающей среды в Иркутской области в 2000 году» Иркутск: Комитет природных ресурсов по иркутской области, 2001. 383 с.

6. ГОСТ 12.1.044-89* Пожаровзрывобезопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения. М.: Стандарты, 1990. 143 с.

7. Technical Regulations on Fire Safety: federal law № 123 of the Federal Law of 22 July 2008 g. M., 2008. 128 s.

8. Технический регламент о требованиях пожарной безопасности: федер. закон от 22.07.2008 г. № 123-Ф3 // Российская газета. 2008. 01 августа. Федер. Вып. № 4720.