Применение гидрогелей для борьбы с лесными низовыми пожарами (на материалах Саратовской области)

Ивченко Ольга Александровна
Бесплатно
В избранное
Работа доступна по лицензии Creative Commons:«Attribution» 4.0

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………… 4
1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ БОРЬБЫ С
ЛЕСНЫМИ ПОЖАРАМИ (Саратовская
область)…………………………………………………………………….. 11
1.1. Проблема лесных пожаров и борьба с ними……….…………… 11
1.2. Географические, климатические и биологические особенности
Саратовской области, способствующие возникновению и
развитию лесных пожаров………………………………………… 15
1.3. Условия возникновения и распространения лесных пожаров и
моделирование сценариев их развития …………….…………… 28
1.4. Профилактика, обнаружение и тушение лесных пожаров ……… 37
1.5. Последствия лесных пожаров и их влияние на
лесовосстановление и лесохозяйственную деятельность ……… 48
1.6. Устойчивость лесов к пожарам …………………………….…….. 50
Выводы ……………..……………………………………………………… 52
2 МАТЕРИАЛЫ, МЕТОДЫ И МЕТОДИКИ ОЦЕНКИ
ЭФФЕКТИВНОСТИ ОГНЕТУШАЩЕГО И ОГНЕЗАЩИТНОГО
ДЕЙСТВИЯ… 54
2.1 Исследование метеоусловий для проведения лабораторных и
полевых экспериментов …………………………………………… 54
2.2 Методика исследования запасов природных горючих
материалов и видового состава растительности на
экспериментальных участках…………………………………….. 55
2.3 Выбор огнетушащих и огнезащитных составов и методика
приготовления растворов при проведении лабораторных и
полевых экспериментов……………………………………………. 56
2.4 Исследование устойчивости гидрогелей во времени для
обеспечения мероприятий по противопожарной защите
природных ландшафтов и тушению низовых пожаров .………. 60
2.5 Методика исследования эффективности действия
огнетушащего вещества в лабораторных условиях …………… 62
2.6 Методика исследования эффективности действия
огнетушащего вещества в полевых условиях ……………….…… 64
2.7 Методика исследования действия огнезащитных составов на
пожароопасные свойства растительных материалов в
лабораторных условиях ..…………………………………………. 68
2.8 Методика исследования действия огнезащитных составов на
пожароопасные свойства растительных материалов в полевых
условиях ……………………………………………………………. 71
2.9 Методика исследования огнестойкости лесных горючих
материалов в полевых условиях …………………………………. 75
2.10 Методика технико-экономического обоснования построения
минерализованных и огнезащитных полос ……………………… 76
3 МОНИТОРИНГ ОБСТАНОВКИ С ЛЕСНЫМИ
ПОЖАРАМИ. ВЗАИМОСВЯЗЬ ПОЖАРОВ С ПОГОДНЫМИ
УСЛОВИЯМИ ………………………………………………………..…… 86
3.1. Сбор и анализ статистических данных по пожарам в
лесничествах Саратовской области…….………………………… 86
3.2. Исследование взаимосвязи метеоусловий с возникновением
пожароопасной обстановки ………………………………..…….. 96
Выводы……………..……………………………………………………… 100
4 РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ТУШЕНИЯ И
ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ ВОЗНИКНОВЕНИЯ И
РАСПРОСТРАНЕНИЯ ПОЖАРА, А ТАКЖЕ ЕГО ТУШЕНИЯ
НА ЛЮБОЙ СТАДИИ РАЗВИТИЯ…………………………………….. 102
4.1. Исследование метеоусловий экспериментального района …..…. 102
4.2. Исследование участков местности, почвы, травяного покрова и
запасов лесных горючих материалов на них………….………….. 103
4.3. Результаты лабораторных исследований огнетушащей
способности гидрогелей………………………………………..….. 107
4.4. Результаты лабораторных исследований огнезащитных свойств
химических составов………………………………………………. 111
4.5. Результаты полевых исследований огнетушащих свойств
исследуемых составов……………………………………………… 116
4.6 Результаты полевых исследований огнезадерживающих свойств
химических составов…..……………………………………….….. 124
Выводы ……………………………………………………………… 146
5 ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ
ПОСТРОЕНИЯ ОГНЕЗАЩИТНОЙ ПОЛОСЫ ………………….…. 149
5.1. Экономическая эффективность построения минерализованной
полосы………………………………………………………………. 151
5.2. Экономическая оценка эффективности построения
огнезащитной полосы……………………………………………… 158
Выводы ………………………………………………………………. 164
ЗАКЛЮЧЕНИЕ…………………………………………………………… 165
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ…….…..……………………………….…….. 169
ПРИЛОЖЕНИЯ А, Б…….………………………………………………….. 191

Во введении обоснована актуальность и степень научной разработанности темы, дана общая характеристика работы, ее практическая значимость, изложены основные научные положения и результаты исследований, выносимые на защиту. Сформулированы цель, задачи и объект исследований, приводится теоретическая и практическая значимость исследований, дана методология и методы исследований, а также степень достоверности результатов и их апробация.
В первой главе «Современное состояние проблемы борьбы с лесными пожарами (Саратовская область)» представлен анализ отечественной и зарубежной научно-технической литературы о причинах, условиях возникновения и развития лесных низовых пожаров, их последствиях и способах, приемах борьба с ними. Проанализированы статистические данные и сформулированы особенности возникновения, и развития лесных пожаров в Саратовской области. Проведен анализ способов и приемов тушения лесных низовых пожаров и обустройства противопожарных преград. Проанализировано состояние растительности Саратовской области и их роль в обеспечении возникновения и развития лесных низовых пожаров.
Во второй главе «Материалы, методы и методики оценки эффективности огнетушащего и огнезащитного действия» изложены методы, методики для испытания эффективности огнетушащего и огнезащитного действия соединений на основе алюминия, магния, бора, натрия. Обоснован выбор веществ, а также установлены критерии сравнимости эффективности огнетушащих и огнезащитных свойств выбранных химических соединений в лабораторных и полевых условиях (рис. 1 и 2).
Рисунок 1 – Получение гидрогеля в полевых условиях
Рисунок 2 – Лабораторный метод исследования эффективности тушения
В третьей главе «Мониторинг обстановки с лесными пожарами. Взаимосвязь пожаров с погодными условиями» Изложены результаты мониторинга пожароопасной обстановки и ее взаимосвязь с погодными

условиями. Для проведения мониторинга нами были запрошены сведенья по количеству лесных пожаров в лесничествах Саратовской области. Анализ данных позволяет сделать выводы, что наибольшее число пожаров (135 ед.) отмечено в 2020 г. К пожароопасным сезонам относятся 2015 и 2018 гг., т.к. в течение теплого сезона произошли 95 и 94 ед. пожаров, соответственно. Наименьшее количество пожаров (10) зафиксировано в 2016 году.
Наибольшая суммарная площадь пожаров отмечена в 2018 году – 1409,2 га. По параметру суммарной площади за пожароопасный период 2017 и 2015 годы практически одинаковы – 543,8 и 535,9 га соответственно (хотя количество пожаров в 2015 году больше в 2,5 раза). Наименьшая площадь пожаров отмечена в 2016 году – 19,7 га. По показателю средней площади лесного пожара лидирует 2020 год – 84 га. В остальные годы средняя площадь лесного пожара находится в интервале от 7,3 до 26,5 га.
Для анализа распределения метеорологических величин (средняя температура воздуха, количество осадков, влажность воздуха, средняя скорость ветра) за пожароопасный период на территории Саратовской области запрашивались сведения с метеостанций, расположенных в Левобережье (г. Красный Кут, г. Новоузенск, г. Маркс) и Правобережье (г. Саратов, г. Красноармейск, г. Балашов).
Для анализа выявления взаимосвязи метеоусловий с возникновением пожароопасной обстановки были проведены вычисления взаимосвязи погодных условий с количеством пожаров, путем вычисления корреляции Пирсона. При анализе полученных результатов по отдельным районам было выявлено, что в Правобережной части Саратовской области наилучшая взаимосвязь проявилась между числом пожаров и средней относительной влажностью воздуха (-0,67; – 0,76) в 2018 и 2019 гг., а также между числом пожаров и суммой осадков (-0,79) в 2018г., в Левобережной части обнаружена взаимосвязь между числом пожаров и суммой осадков (-0,66; 0,78) в 2019 и 2020 гг., а также между числом пожаров и средней температурой воздуха (0,75) в 2018 г.
Объединены данные о произошедших пожарах и условий погоды для крупных частей Саратовкой области Левобережной и Правобережной, результаты отображены в таблице 2.
Таблица 2 Взаимосвязь количества пожаров с показателями погодных условий по Саратовской области
Наименование части
Год
Средняя темпера- тура
Средняя относи- тельная влажность
Сумма осадков
Средняя скорость ветра
Правобережная часть Саратовской области
Левобережная часть Саратовской области
2018 0,44 2019 0,30 2020 -0,53 2018 0,58 2019 0,72 2020 -0,43
-0,77 -0,14 -0,72 -0,47 0,07 -0,68 -0,55 -0,13 -0,59 0,38 -0,16 -0,87
0,21 -0,61 -0,13 -0,38 -0,74 -0,26

При анализе полученных результатов было выявлено следующее, что в Правобережной части Саратовской области наилучшая взаимосвязь, проявилась между числом пожаров и средней относительной влажностью воздуха (0,77; 0,72) в 2018 и 2019 гг., в Левобережной части обнаружена взаимосвязь между числом пожаров и суммой осадков (0,87) в 2020 г., между числом пожаров и средней скоростью ветра (0,74) в 2019 г. и между числом пожаров и средней температурой воздуха (0,72) в 2019 г.
В четвертой главе «Разработка технологии тушения и предупреждения возникновения и распространения пожара, а также его тушения на любой стадии развития» приведены результаты лабораторных и полевых испытаний огнетушащих и огнезащитных свойств соединений на основе алюминия, магния, бора, натрия, в том числе тех, которые способны образовывать гидрогели при взаимодействии с водой: соединения алюминия и магния. Разработаны технологические параметры для создания огнезащитной полосы (ручной ОП – 209 «Жук») и механизированный (ОПШ-24-3000) способы опрыскивания и для применения гидрогеля алюминия для тушения кромки природного пожара с применением ранцевого огнетушителя типа РП-18 («Ермак», Россия).
Испытания огнетушащих свойств в лабораторных условиях проводили согласно методике. Экспериментальные результаты испытания огнетушащих составов представлены в таблице 3.
Таблица 3 – Результаты испытаний огнетушащих составов
Состав огнетушащего средства
Масса огнетушащего вещества, пошедшая на тушение модельного очага пожара, кг
Время на тушение (первый подход), сек.
Количество операций дотушивания
Общее время тушения модельного очага пожара, сек.
No п/п
1 Вода
2 Сода (насыщенный)
3 Гидрогель (260гр)
4 Гидрогель (130гр)
5 Гидрогель (52гр)
6 Гидрогель (26гр)
7 Сульфат натрия (52гр)
13,5  1,0 12,0  1,0 4,0  1,5 4,0  1,5 3,5  1,5 8,0  1,5 11,5  1,0
186  25 62 206  30 51 63  15 21 50  15 21 38  15 31 94  15 41 102  25 62
248  25 276  25 85  15 95  15 83  15 122  20 142  20
Анализ представленных результатов показывает огнетушащего эффекта гидрогеля алюминия. Применяя гидрогель с концентрациями 52-260 г/15 кг воды удалось снизить расход огнетушащего раствора практически в 3 раза с 13,5 кг для воды до 3,5-4 кг для гидрогеля на основе гидроксида алюминия. Отмечено, общее снижение времени тушения пожара (см. табл. 3, ст. 4,6) и количество операций дотушивания (см. табл. 3, ст. 5). При использовании водных растворов гидрогеля алюминия с концентрацией ниже 52 г/15 кг воды огнетушащий эффект значительно снижался (повышался расход огнетушащего состава). Экспериментальные
выявление

испытания проводили при различных условиях: влажности древесины и погоды.
Для полевых испытаний огнетушащих свойств была разработана собственная методика проведения исследований. Она заключалась в розыске участков покрытых равномерным слоем ЛГМ (травяного напочвенного покрова и растительных остатков), противопожарного обустройства путем опашки, поджога слоя ЛГМ и его тушения с контролем расхода испытуемого огнетушащего состава взвешиванием заполненного ранцевого огнетушителя до и после проведения эксперимента. Размеры экспериментальных участков выбирались таким образом, чтобы запаса ОТС в ранцевом огнетушителе хватило на тушение кромки лесного низового пожара.
Тушение кромки пожара осуществлялась в два этапа: (1) подачей огнетушащего вещества в зону(ы) горения ручным способом до исчезновения пламенного горения – по мере тушения кромки пожара осуществлялся переход к следующему участку горения (вдоль кромки пожара) до полного подавления процесса пламенного горения; (2) заключался в наблюдении за выделением дыма на экспериментальном участке и осуществления (в случае необходимости) операции дотушивания при повторном самопроизвольном возникновении горения. Тушение осуществляли водой, водными растворами гидрогеля алюминия различных концентраций и водными растворами соединения бора – буры (табл. 3). В задачу тушения входило прекращение горения с минимально возможным расходом ОТС. Результаты исследований представлены в таблице 4.
Таблица 4 – Определение расхода ОС при тушении кромки пожара
Наименование ОС
No
Расход ОС на периметр, кг/м
Расход ОС на площадь, кг/м2
Расход ОС на массу природног о горючего материала, кг/кг
Абсорбция энергии горения единицей массы ОТС*, МДж/кг
Вода 24 Гидрогель алюминия 3
(1,7 г/л)
Гидрогель алюминия 3
(3,5 г/л)
Гидрогель алюминия 3
(7 г/л)
Гидрогель алюминия 3
(14 г/л)
Гидрогель алюминия 3
(28 г/л)
Гидрогель алюминия (7 г/л) 3
через 60 мин после получения
Сульфат натрия (28 г/л) 3 Карбонат натрия 3
(насыщенный раствор)
0,220,05 0,190,09
0,10,04 0,090,04 0,110,03 0,100,05 0,250,04
0,230,04 0,250,09
0,500,10 0,560,15
0,240,12 0,250,10 0,230,11 0,220,09 0,610,07
0,550,12 0,490,18
0,63 21,5 0,54 24,9
0,29 47,3 0,26 52,5 0,31 43,0 0,29 47,3 0,71 18,9
0,66 20,5 0,71 18,9

Полученные данные показывают, что на тушение 1 м кромки низового пожара, в среднем, потребовалось 0,21 кг воды (при средней ширине кромки пожара 0,3÷0,4 м), а ГА потребовалось только 0,09-0,1 кг, что 2,3 раза меньше, чем воды. При оценке эффективности тушения пожара на его общую площадь площади пожара ушло, в среднем, 0,52 кг/м2 воды, а ГА только 0,23 кг, что, также, в среднем 2,3 раза меньше, чем воды. Наименьший средний расход ГА для тушения кромки пожара составил 0,09-0,11 кг/м при концентрации 3,5-14 г/л. При этом увеличение концентрации ГА в воде с 7 до 28 г/л, т.е. в 4 раза не дает сколь-нибудь значительной прибавки в эффективность тушения, и ведет, фактически, только к перерасходу ОТС. Результаты расчетов показывают, что расход ОТС составляет 0,25-0,3 кг/м2.
Определив среднюю массу природных горючих материалов растительного происхождения (травяного покрова и растительных остатков) на исследуемых участках в 0,7-1,1 кг/м2, то есть возможность рассчитать расход ОТС на единицу массы природного горючего материала (см. табл. 4). Это значение в ходе эксперимента с применением в качестве ОТС – ГА (3,5-7,0 г/л) составило 0,27-0,36 кг/кг. Ориентируясь на низшую теплоту сгорания соломы, которая при 20% влажности составляет 13,5 МДж/кг можно рассчитать энергию горения, которую способна поглотить единица массы ОТС. Полученные результаты представлены в таблице 4.
Следует учесть, что в столбцах 5 и 6 (табл. 4) представлены данные, полученные при использовании как собственных экспериментальных данных, так и известных литературных значений. Полученные результаты, представленные в 5 и 6 столбцах (табл. 4) несут в себе некоторый условный характер.
Если предположить (довольно условно), что общая огнетушащая способность является суммой огнетушащих эффектов, складывающих процесс тушения, то вычитая из общего вклада в огнеподавление, который обеспечивает ГА (7 г/л), который способен противостоять тепловыделению 52,5 МДж/кг, вклад который дает вода (21,5 МДж/кг), тогда получаем, что общий вклад в тушение путем изоляции и ингибирования позволяет бороться с тепловыделением в 30 МДж/кг или 57% против 43% энергии поглощаемой водой (охлаждением). Косвенно о наличии взаимодействия ГА и горючих веществ можно судить по снижению остаточного дымообразования после тушения им – эффективно бороться с одной из серьезнейших проблем – очагами тления.
Проведены испытания огнетушащей способности насыщенного раствора карбоната натрия (соды) и сульфата натрия (28 г/л), как примесей к ГА. Данные, представлены в таблице 4, свидетельствуют об отсутствии серьезных огнетушащих свойств указанных компонентов. Использование тетрабората натрия – буры (8-32 г/л) не выявило огнетушащего эффекта – сгорели все экспериментальные секторы. Тем не менее, осмотр сгоревших секторов выявил наличие беглого характера, но системности в огнестойкости от концентрации ОЗС выявить не удалось.

Для тушения кромки пожара с применением ранцевого огнетушителя типа РП-18 («Ермак», Россия) оптимальным решением при определении технологических параметров является создание рабочего раствора с концентрацией 630 г/15 л, с расходом 0,0125 л/м2. В таком случае одной заправки опрыскивателя «Ермак» РП 18 (15 л) хватит на обработку 90 м2 (см. табл. 5).
Таблица 5 – Технологические параметры для тушения кромки пожара жидким раствором сульфата алюминия при помощи ранцевого огнетушителя РП-18 («Ермак», Россия)
Норма внесения порошка сульфата алюминия в объём жидкости, г/л
Объём жидкости, для растворения нормы порошка сульфата алюминия, л
Норма внесения порошка сульфата алюминия в объём жидкости 15л,
г/15л
Площадь, обработанная раствором, м2
Расход раствора, л/м2
7 14 21 28
35 15
105 15 210 30 315 45 420 60 525 75 630 90 735 105 840 120 945 135 1050 150
1 0,5 0,25 0,05 0,025 0,0125 0,0056 0,0028 0,0014 0,0007
42
49 56 63 70
Экспериментальные испытания огнезащитных свойств соединений алюминия и бора проводили в двух режимах: фронтальном и фланговом распространении кромки низового пожара. При фронтальном кромка низового пожара распространяется перпендикулярно расположению секторов на участке (см. рис. 3), а при фланговом кромка низового пожара распространяется вдоль экспериментальных секторов на участке (см. рис. 6). Результаты экспериментальных исследований огнезащитного действия при фронтальном распространении пламени представлены на рисунках 4 и 5, которые показывают, что огнестойкость проявили только секторы No1-3. Остальные секторы оказались неспособными сдержать распространение пламени, тем более удивительно сгорел участок, обработанный водой (No4), причем он обрабатывался последним и был более влажным. Анализ Сектора No6 показал, что распространение пламени приобрело явно выраженный беглый характер – выгоранию подвергся только травяной покров, а отмерзшие растительные остатки на поверхности почвы подверглись воздействию пламени лишь частично. Вполне вероятно, что высокая водорастворимость исследуемых ОЗС не позволяют им в нужном количестве удержаться на листьях и стеблях

травянистых растений, поэтому огнезащитный эффект проявляется при повышении концентрации ОЗС.
 Сектор розжига 
Рисунок 3 – Схема расположения экспериментальных секторов при фронтальном движении низового пожара. Стрелками указано направление движения кромки низового пожара
Сектор 1 14 г/л
Сектор 2 21 г/л
Сектор 3 28 г/л
Сектор 4 Вода
Сектор 5 (без обработ- ки)
Сектор 6 7 г/л
Сектор 7 1.7 г/л
Сектор 8 3.5 г/л
Рисунок 4 – Результаты исследования огнезадерживающих свойств экспериментальных секторов обработанных ГА – фото участка справа
Рисунок 5 – Результаты исследования огнезадерживающих свойств экспериментальных секторов обработанных ГА – фото участка слева
Выявить пределы огнестойкости был призван следующий эксперимент проводимый во фланговом режиме (рис. 6), для которого были выбраны наибольшие концентрации ГА (21 и 28 г/л).
Рисунок 6 – Расположение экспериментальных секторов, обработанных ГА при фланговом распространении низового пожара. Стрелками указано направление распространения пламени
Для усиления горения на сектор розжига была добавлена сухая слома из расчета 250-300 г/м2 (таким образом, плотность травостоя увеличилась на 20- 25%). Для исключения влияния влажности в этом типе эксперимента сушка участка осуществлялась в течение 12 часов (огневой эксперимент проводился на следующих день). Для усиления горения на участок розжига была добавлена сухая солома в количестве 250-300 г/м2. На рис.7 и 8 представлены экспериментальные результаты.

Сектор розжига

Сектор No1 (21 г/л)
Сектор No2 (28 г/л)

Рисунок 7 – Эксперимент с фланговым распространением пламени – вид со стороны сектора розжига
Рисунок 8 – Эксперимент с фланговым распространением
пламени – вид на секторы с правого фланга
Анализ данных, полученных с экспериментального участка, показал, что Сектор No1 сдержал распространение пламени даже в случае прироста плотности ЛГМ на 20-25 %.
Обработанный травяной покров в Секторе No2 (ГА, 28 г/л) обгорел только по краям. На рисунке 7 хорошо видно, что кромка низового пожара обошла огнестойкие секторы справа и слева. На рисунке 8 видно, как кромке низового пожара удалось проникнуть в Сектор No1 на 0,2-0,3 м и погасла на нем. Исследование обгоревших участков показало наличие преимущественно устойчивого горения травяного покрова и растительных остатков.
Были определены оптимальные технологические параметры:
– ручной способ (при применении пневматического опрыскивателя типа Жук ОП-209): создание рабочего раствора с концентрацией 105 г/л, с расходом 0,2 л/м2. В таком случае одной заправки опрыскивателя ОП-209 (5 л) хватит на обработку 25 м2;
– механизированный способ (с применением штангового опрыскивателя (ОПШ-24-3000): скорость движения ОШ 6-7 кг, расход РР не менее 660 л/га, концентрация рабочего раствора (сульфата алюминия) 310-320 г/л. В таком случае одной заправки ОПШ-24-3000 (3000 л) хватит на обработку до 4,5 га.
Предложена математическая модель огнезадерживающей способности противопожарного барьера непреодолимого для лесного низового пожара, Рассчитана дальность перелета горящих частиц по уравнению: L  Кп Vв tпад ,
где Кп – коэффициент переноса частицы по ветру (безразм.), значение которого
изменяется от 0 до 1; Vв – скорость ветра, м/с; tпад- время падения горящей
частицы.
Анализ полученных результатов показывает, что горящие частицы,
забрасываемые на высоту 5-20 метров конвективным потоком способны пролететь от 1,45 до 36,18 метров, что в значительной степени превышает среднюю ширину минерализованной полосы (1,4 – 4,2 м), увеличивать размеры минерализованной полосы не целесообразно. При разработке эффективных противопожарных мероприятий, учитывались геометрические размеры

барьеров, которые будут являться непреодолимыми для горящих частиц. Был выбран противопожарный барьер в виде огнезащитной полосы.
В пятой главе “Экономическое обоснование применения гидрогелей на основе алюминия для профилактики и тушения низовых лесных пожаров” приведен расчет экономической эффективности использования гидрогеля алюминия для обустройства огнезащитного барьера. Показано, что обустройства огнезащитной полосы в 4,5 раза дешевле обустройства минерализованной полосы. При оценке затрат на 1 м2 затраты на обустройство минерализованной и огнезащитной полосы составили 0,09 и 0,02 рубля соответственно, что подтверждает экономическую эффективность выбора обустройства противопожарного барьера в пользу огнезащитной полосы.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. Проанализирована растительность района исследования, найдена взаимосвязь лесных пожаров с погодными условиями. Проведен анализ последствий лесных пожаров и их дальнейшее влияние на природу, и хозяйственную деятельность человека. Наилучшая взаимосвязь, проявилась между числом пожаров и средней относительной влажностью воздуха, между числом пожаров и суммой осадков.
2. Разработана технология тушения лесных низовых пожаров с применением гидрогеля алюминия, на основании лабораторных и полевых испытаний его огнетушащего действия. Получены экспериментальные значения расходов ОТС (на единицу площади, единицу длины кромки низового пожара) на основе гидрогеля алюминия и их значения сравнены с расходами на тушение воды. Показано, что гидрогель алюминия (с концентрацией 3,5 г/л) расходуется в 2-3 раза меньше по сравнению с водой при тех же условиях. Применение соединения алюминия позволяет на 57% повысить огнетушащую способность ОТС по сравнению с водой и с добавками других химических веществ на основе бора, натрия и магния.
3. Разработана технология обустройства и технические параметры противопожарных барьеров – огнезащитных полос – участков местности, покрытых ЛГМ, обработанных ОЗС. Наиболее эффективным ОЗС, по результатам лабораторных и полевых исследований явился гидрогель алюминия, который при концентрации выше 21 г/л (и расходе 1 л/м2) обладает огнезадерживающими свойствами и способен при ширине в 1 м удержать распространение кромки лесного низового пожара.
Определены технологические параметры применения гидрогеля алюминия:
а) для тушения кромки пожара с применением ранцевого огнетушителя типа РП-18 («Ермак», Россия): создание рабочего раствора (РР) с концентрацией 630 г/15 л, с расходом 0,0125 л/м2.
б) для создания огнезащитной полосы (ручной и механизированный способы опрыскивания):

– ручной способ (при применении пневматического опрыскивателя типа «Жук» ОП-209): создание рабочего раствора с концентрацией 105 г/л, с расходом 0,2 л/м2.
– механизированный способ (с применением штангового опрыскивателя (ОПШ-24-3000): скорость движения ОШ 6-7 км/ч, расход РР не менее 660 л/га, концентрация рабочего раствора (сульфата алюминия) 310-320 г/л. 4. На основании оценки дальности переноса горящих частиц ветром определены требования к противопожарному барьеру (ширина и степень огнестойкости). Показано, что при падении с высоты 20 метров горящей частицы размером 5 мм при силе ветра 5 м/с ширина полосы должна составить не менее 36 м. Полоса шириной 4,2 м преодолима при падении с высоты 5 м фрагмента ЛГМ размером 7 мм при скорости ветра 5 м/с. Степень огнестойкости ЛГМ, обработанных ОЗС должна составить не менее 20 мин.
4. На основании оценки дальности переноса горящих частиц ветром определены требования к противопожарному барьеру (ширина и степень огнестойкости). Показано, что при падении с высоты 20 метров горящей частицы размером 5 мм при силе ветра 5 м/с ширина полосы должна составить не менее 36 м. Полоса шириной 4,2 м преодолима при падении с высоты 5 м фрагмента ЛГМ размером 7 мм при скорости ветра 5 м/с. Степень огнестойкости ЛГМ, обработанных ОЗС должна составить не менее 20 мин.
5. Проведена оценка экономической эффективности обустройства огнезащитной полосы в сравнении с минерализованной полосой. Показано, что расходы на обустройство огнезащитной полосы в 4,5 раза ниже, чем для обустройства минерализованной полосы.
РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ
1. Для обеспечения эффективности мероприятий по предупреждению возникновения лесных низовых пожаров необходимо не только определять степень пожарной опасности лесных массивов по условиям погоды, но и учитывать характер деятельности человека в лесных массивах и на сельскохозяйственных угодьях (посевная, сбор урожая озимых и яровых, сенокос и т.п.), а также и рекреационную функцию лесного массива, связанную с отдыхом людей на объектах в праздничные дни (1-10 мая), а также во время летних и осенних отпусков.
2. Для эффективного тушения лесных низовых пожаров необходимо использовать гидрогель алюминия, получаемый растворением в воде сульфата алюминия, в количестве 52 г на 15 литров воды. Полученную смесь тщательно перемешать и применить для тушения кромки лесного низового пожара в течение 15-20 минут, это позволит снизить расход ОТС в 2-2,5 раза по сравнению с расходом воды.
3. Для ограничения распространения пламени лесного низового пожара необходимо создавать огнезащитные полосы – участки местности покрытые травянистой растительностью, обработанные водным раствором гидрогеля алюминия в количестве 21 г/л, при расходе в 1 л/м2. Это позволяет установить фронт распространения лесного низового пожара, распространяющийся по

сухому травостою плотностью 1-1,3 кг/м2. При этом достаточная ширина огнезащитной полосы составляет 1 м.
4. Снижению расходов на профилактические мероприятия по ограничению распространения лесного низового пожара будет способствовать обустройство огнезащитной полосы, которая при сравнимой площади на 1 м2 экономически выгоднее в 4,5 раза обустройства минерализованной полосы.
Перспективы дальнейшей разработки предлагаемого направления исследований заключаются в:
1) дальнейшем исследовании огнетушащего и огнезащитного действия гидрогелей на основе других химических элементов – магния, железа и кальция;
2) исследовании механизма огнетушащего и огнезащитного действия гидрогелей для разработки приемов наиболее оптимального их применения при тушении лесных пожаров, а также пожаров на лесоперерабатывающих и деревообрабатывающих предприятиях;
3) совершенствовании подачи водных растворов гидрогелей в зону горения ручным или механизированным способом, а также совершенствовании состава водных растворов гидрогелей с целью повышения их смачивающих свойств и, тем самым, повышения огнестойкости ЛГМ;
4) разработке методологии создания огнезащитных полос и установление взаимосвязи их месторасположения, ширины и степени огнестойкости с характером местности и погодными условиями.

Актуальность исследования.
Борьба с лесными пожарами является важной народнохозяйственной
задачей, т.к. лесные массивы и лесонасаждения играют важную роль в
функционировании лесного хозяйства с получением товарных древесных и
недревесных продуктов леса. Лесные массивы также осуществляют
экологическую функцию по фиксации атмосферного углерода, повышению
влажности воздуха, смягчению климата и т.п. Защитные лесонасаждения
выполняют функции по снегозадержанию, защиты от суховеев, помогают
бороться с эрозионными процессами на объектах сельского хозяйства.
Количество лесных пожаров и ущерб от них в последние десятилетия
только возрастает. Определенный вклад в это дает изменение климата в сторону
потепления: повышение среднегодовых температур, повышение максимальной
температуры теплого сезона, перераспределение осадков с их уменьшением в
теплый период и т.п. Пожароопасный период на территории Саратовской области
длиться шесть месяцев с апреля по октябрь. Статистика лесных пожаров с 2016 по
2020 годы показывает устойчивый рост числа пожаров: в 2014 году количество
пожаров составило 14 на площади 111,1 га; в 2015 году – 95 на 535,9 га; в 2016 г. –
10 на 19,7 га; в 2017 г. – 33 на 543,8 га; в 2018 г. – 94 на 1409,2 га, в 2019 г. – 50 на
214,7 га, в 2020 г – 135 на 276,8 га [приложения А, Б].
Статистические данные по ущербу от лесных пожаров, нанесенному
лесному хозяйству в Саратовской области и затратам на тушение лесных пожаров
представлены в таблице 1.
Таблица 1 – Статистические данные по ущербу и затратам на тушение
лесных пожаров в Саратовской области 2014-2020 гг.
Год Ущерб от лесных пожаров, Затраты на тушение,
тыс. руб. тыс. руб.
2014 47106,09 582,06
2015 3968,07 253,27
2016 245,01 144,09
2017 39238,17 805,10
2018 173,53 18,21
2019 534,01 590,05
2020 8708,12 880,41

1.Проанализирована растительность района исследования, найдена
взаимосвязь лесных пожаров с погодными условиями. Проведен анализ
последствий лесных пожаров и их дальнейшее влияние на природу, и
хозяйственную деятельность человека. Наилучшая взаимосвязь, проявилась
между числом пожаров и средней относительной влажностью воздуха, между
числом пожаров и суммой осадков.
2. Разработана технология тушения лесных низовых пожаров с
применением гидрогеля алюминия, на основании лабораторных и полевых
испытаний его огнетушащего действия. Получены экспериментальные значения
расходов ОТС (на единицу площади, единицу длины кромки низового пожара) на
основе гидрогеля алюминия и их значения сравнены с расходами на тушение
воды. Показано, что гидрогель алюминия (с концентрацией 3,5 г/л) расходуется в
2-3 раза меньше по сравнению с водой при тех же условиях. Применение
соединения алюминия позволяет на 57% повысить огнетушащую способность
ОТС по сравнению с водой и с добавками других химических веществ на основе
бора, натрия и магния.
3. Разработана технология обустройства и технические параметры
противопожарных барьеров – огнезащитных полос – участков местности,
покрытых ЛГМ, обработанных ОЗС. Наиболее эффективным ОЗС, по результатам
лабораторных и полевых исследований явился гидрогель алюминия, который при
концентрации выше 21 г/л (и расходе 1 л/м2) обладает огнезадерживающими
свойствами и способен при ширине в 1 м удержать распространение кромки
лесного низового пожара.
Определены технологические параметры применения гидрогеля алюминия:
а) для тушения кромки пожара с применением ранцевого огнетушителя
типа РП-18 («Ермак», Россия): создание рабочего раствора (РР) с концентрацией
630 г/15 л, с расходом 0,0125 л/м2.
б) для создания огнезащитной полосы (ручной и механизированный
способы опрыскивания):
– ручной способ (при применении пневматического опрыскивателя типа
«Жук» ОП-209): создание рабочего раствора с концентрацией 105 г/л, с расходом
0,2 л/м2.
– механизированный способ (с применением штангового опрыскивателя
(ОПШ-24-3000): скорость движения ОШ 6-7 км/ч, расход РР не менее 660 л/га,
концентрация рабочего раствора (сульфата алюминия) 310-320 г/л. 4. На
основании оценки дальности переноса горящих частиц ветром определены
требования к противопожарному барьеру (ширина и степень огнестойкости).
Показано, что при падении с высоты 20 метров горящей частицы размером 5 мм
при силе ветра 5 м/с ширина полосы должна составить не менее 36 м. Полоса
шириной 4,2 м преодолима при падении с высоты 5 м фрагмента ЛГМ размером 7
мм при скорости ветра 5 м/с. Степень огнестойкости ЛГМ, обработанных ОЗС
должна составить не менее 20 мин.
4. На основании оценки дальности переноса горящих частиц ветром
определены требования к противопожарному барьеру (ширина и степень
огнестойкости). Показано, что при падении с высоты 20 метров горящей частицы
размером 5 мм при силе ветра 5 м/с ширина полосы должна составить не менее 36
м. Полоса шириной 4,2 м преодолима при падении с высоты 5 м фрагмента ЛГМ
размером 7 мм при скорости ветра 5 м/с. Степень огнестойкости ЛГМ,
обработанных ОЗС должна составить не менее 20 мин.
5. Проведена оценка экономической эффективности обустройства
огнезащитной полосы в сравнении с минерализованной полосой. Показано, что
расходы на обустройство огнезащитной полосы в 4,5 раза ниже, чем для
обустройства минерализованной полосы.
РЕКОМЕНДАЦИИ К ПРОИЗВОДСТВУ
1. Для обеспечения эффективности мероприятий по предупреждению
возникновения лесных низовых пожаров необходимо не только определять
степень пожарной опасности лесных массивов по условиям погоды, но и
учитывать характер деятельности человека в лесных массивах и на
сельскохозяйственных угодьях (посевная, сбор урожая озимых и яровых, сенокос
и т.п.), а также и рекреационную функцию лесного массива, связанную с отдыхом
людей на объектах в праздничные дни (1-10 мая), а также во время летних и
осенних отпусков.
2. Для эффективного тушения лесных низовых пожаров необходимо
использовать гидрогель алюминия, получаемый растворением в воде сульфата
алюминия, в количестве 52 г на 15 литров воды. Полученную смесь тщательно
перемешать и применить для тушения кромки лесного низового пожара в течение
15-20 минут, это позволит снизить расход ОТС в 2-2,5 раза по сравнению с
расходом воды.
3. Для ограничения распространения пламени лесного низового пожара
необходимо создавать огнезащитные полосы – участки местности покрытые
травянистой растительностью, обработанные водным раствором гидрогеля
алюминия в количестве 21 г/л, при расходе в 1 л/м2. Это позволяет установить
фронт распространения лесного низового пожара, распространяющийся по
сухому травостою плотностью 1-1,3 кг/м2. При этом достаточная ширина
огнезащитной полосы составляет 1 м.
4. Снижению расходов на профилактические мероприятия по ограничению
распространения лесного низового пожара будет способствовать обустройство
огнезащитной полосы, которая при сравнимой площади на 1 м2 экономически
выгоднее в 4,5 раза обустройства минерализованной полосы.
Перспективы дальнейшей разработки предлагаемого направления
исследований заключаются в:
1) дальнейшем исследовании огнетушащего и огнезащитного действия
гидрогелей на основе других химических элементов – магния, железа и кальция;
2) исследовании механизма огнетушащего и огнезащитного действия
гидрогелей для разработки приемов наиболее оптимального их применения при
тушении лесных пожаров, а также пожаров на лесоперерабатывающих и
деревообрабатывающих предприятиях;
3) совершенствовании подачи водных растворов гидрогелей в зону
горения ручным или механизированным способом, а также совершенствовании
состава водных растворов гидрогелей с целью повышения их смачивающих
свойств и, тем самым, повышения огнестойкости ЛГМ;
4) разработке методологии создания огнезащитных полос и
установление взаимосвязи их месторасположения, ширины и степени
огнестойкости с характером местности и погодными условиями.

Заказать новую

Лучшие эксперты сервиса ждут твоего задания

от 5 000 ₽

Не подошла эта работа?
Закажи новую работу, сделанную по твоим требованиям

    Нажимая на кнопку, я соглашаюсь на обработку персональных данных и с правилами пользования Платформой

    Читать

    Публикации автора в научных журналах

    Тушение лесных горючих материалов гидрогелями на основе гидроксида алюминия
    О.А. Ивченко, К.Е. Панкин // Лесотехнический журнал. – 2– No – С. 76- Ивченко, О.А. Испытания огнетушащей способности гидрогеля алюминия при тушении модельных природных низовых пожаров / О.А. Ивченко, К.Е. Панкин // Лесотехнический журнал. – 2– Т. – No – С. 38
    Концепция применения малого пожарного комплекса для тушения лесных и степных пожаров
    Ивченко О.А., Панкин К.Е., Шаров С.С., и т.д. // II международной научно-практической конференции «Инновации в природообустройстве и защите в чрезвычайных ситуациях». Кафедра «Техносферная безопасность и транспортно-технологические машины».- Саратов.- 2С. 88-Ивченко О.А. Исследования достоверности методики оценки огнетушащей способности веществ и материалов / Ивченко О.А., Панкин К.Е. // Техногенная и природная безопасность Материалы IV Всероссийской научно- практической конференции. Саратовский государственный аграрный университет имени Н.И. Вавилова. - 2С. 26
    Испытания огнетушащей способности алюмогеля
    Ивченко О.А., Панкин К.Е. // Техногенная и природная безопасность Материалы IV Всероссийской научно-практической конференции. Саратовский государственный аграрный университет имени Н.И. Вавилова. - 2С. 21-Ивченко О.А. Концепция создания огнезащитной полосы для профилактики и тушения лесных и степных пожаров / Ивченко О.А., Ивашина О.М., Панкин К.Е., и т.д. // Инновации в природообустройстве и защите в чрезвычайных ситуациях Материалы IV международной научно-практической конференции. 2С. 357

    Помогаем с подготовкой сопроводительных документов

    Совместно разработаем индивидуальный план и выберем тему работы Подробнее
    Помощь в подготовке к кандидатскому экзамену и допуске к нему Подробнее
    Поможем в написании научных статей для публикации в журналах ВАК Подробнее
    Структурируем работу и напишем автореферат Подробнее

    Хочешь уникальную работу?

    Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!

    Дмитрий Л. КНЭУ 2015, Экономики и управления, выпускник
    4.8 (2878 отзывов)
    Занимаю 1 место в рейтинге исполнителей по категориям работ "Научные статьи" и "Эссе". Пишу дипломные работы и магистерские диссертации.
    Занимаю 1 место в рейтинге исполнителей по категориям работ "Научные статьи" и "Эссе". Пишу дипломные работы и магистерские диссертации.
    #Кандидатские #Магистерские
    5125 Выполненных работ
    Андрей С. Тверской государственный университет 2011, математический...
    4.7 (82 отзыва)
    Учился на мат.факе ТвГУ. Любовь к математике там привили на столько, что я, похоже, никогда не перестану этим заниматься! Сейчас работаю в IT и пытаюсь найти время на... Читать все
    Учился на мат.факе ТвГУ. Любовь к математике там привили на столько, что я, похоже, никогда не перестану этим заниматься! Сейчас работаю в IT и пытаюсь найти время на продолжение диссертационной работы... Всегда готов помочь! ;)
    #Кандидатские #Магистерские
    164 Выполненных работы
    Кирилл Ч. ИНЖЭКОН 2010, экономика и управление на предприятии транс...
    4.9 (343 отзыва)
    Работы пишу, начиная с 2000 года. Огромный опыт и знания в области экономики. Закончил школу с золотой медалью. Два высших образования (техническое и экономическое). С... Читать все
    Работы пишу, начиная с 2000 года. Огромный опыт и знания в области экономики. Закончил школу с золотой медалью. Два высших образования (техническое и экономическое). Сейчас пишу диссертацию на соискание степени кандидата экономических наук.
    #Кандидатские #Магистерские
    692 Выполненных работы
    Логик Ф. кандидат наук, доцент
    4.9 (826 отзывов)
    Я - кандидат философских наук, доцент кафедры философии СГЮА. Занимаюсь написанием различного рода работ (научные статьи, курсовые, дипломные работы, магистерские дисс... Читать все
    Я - кандидат философских наук, доцент кафедры философии СГЮА. Занимаюсь написанием различного рода работ (научные статьи, курсовые, дипломные работы, магистерские диссертации, рефераты, контрольные) уже много лет. Качество работ гарантирую.
    #Кандидатские #Магистерские
    1486 Выполненных работ
    Вирсавия А. медицинский 1981, стоматологический, преподаватель, канди...
    4.5 (9 отзывов)
    руководитель успешно защищенных диссертаций, автор около 150 работ, в активе - оппонирование, рецензирование, написание и подготовка диссертационных работ; интересы - ... Читать все
    руководитель успешно защищенных диссертаций, автор около 150 работ, в активе - оппонирование, рецензирование, написание и подготовка диссертационных работ; интересы - медицина, биология, антропология, биогидродинамика
    #Кандидатские #Магистерские
    12 Выполненных работ
    Ксения М. Курганский Государственный Университет 2009, Юридический...
    4.8 (105 отзывов)
    Работаю только по книгам, учебникам, статьям и диссертациям. Никогда не использую технические способы поднятия оригинальности. Только авторские работы. Стараюсь учитыв... Читать все
    Работаю только по книгам, учебникам, статьям и диссертациям. Никогда не использую технические способы поднятия оригинальности. Только авторские работы. Стараюсь учитывать все требования и пожелания.
    #Кандидатские #Магистерские
    213 Выполненных работ
    Анастасия Л. аспирант
    5 (8 отзывов)
    Работаю в сфере метрологического обеспечения. Защищаю кандидатскую диссертацию. Основной профиль: Метрология, стандартизация и сертификация. Оптико-электронное прибост... Читать все
    Работаю в сфере метрологического обеспечения. Защищаю кандидатскую диссертацию. Основной профиль: Метрология, стандартизация и сертификация. Оптико-электронное прибостроение, управление качеством
    #Кандидатские #Магистерские
    10 Выполненных работ
    Шагали Е. УрГЭУ 2007, Экономика, преподаватель
    4.4 (59 отзывов)
    Серьезно отношусь к тренировке собственного интеллекта, поэтому постоянно учусь сама и с удовольствием пишу для других. За 15 лет работы выполнила более 600 дипломов и... Читать все
    Серьезно отношусь к тренировке собственного интеллекта, поэтому постоянно учусь сама и с удовольствием пишу для других. За 15 лет работы выполнила более 600 дипломов и диссертаций, Есть любимые темы - они дешевле обойдутся, ибо в радость)
    #Кандидатские #Магистерские
    76 Выполненных работ
    Евгения Р.
    5 (188 отзывов)
    Мой опыт в написании работ - 9 лет. Я специализируюсь на написании курсовых работ, ВКР и магистерских диссертаций, также пишу научные статьи, провожу исследования и со... Читать все
    Мой опыт в написании работ - 9 лет. Я специализируюсь на написании курсовых работ, ВКР и магистерских диссертаций, также пишу научные статьи, провожу исследования и создаю красивые презентации. Сопровождаю работы до сдачи, на связи 24/7 ?
    #Кандидатские #Магистерские
    359 Выполненных работ

    Последние выполненные заказы