V.Kulik. Gidrologicheskij prognoz lesnyh pozharov i ih predotvrashchenie
-------------------------------------------
V. Kulik, Kanberra, Avstraliya
CYPUM PTY LTD, G. P.O. Box 863, Canberra City, ACT, Australia 2601
e-mail: kulik@scientist.com
S.A. Lobanov, DVNIGMI, Vladivostok
Far Eastern Hydrometeorological Research Institute (FERHRI), 24,
Fontannaya St., Vladivostok, Russia, 690600
e-mail: hydrologist@yandex.ru
---------------------------------------------------------------
Lesnye pozhary nanosyat sushchestvennyj vred okruzhayushchej prirodnoj srede: oni
preryvayut estestvennyj process lesovozobnovleniya i pochvoobrazovaniya;
produkty goreniya smyvayutsya v reki, zagryaznyayut ih i predstavlyayut ser'eznuyu
ugrozu ekologii; v rezul'tate pozharov gibnut massivy cennyh drevesnyh porod.
Poetomu prognozirovanie lesnyh pozharov i bor'ba s nimi ekonomicheski i
ekologicheski celesoobrazny.
Lesnye pozhary mogut vozniknut' pochti v lyuboe vremya goda. Dazhe vo vremya
osennih dozhdej - ot molnii. Syroj les ne budet goret' tak, kak suhoj, no on
budet goret'. Odnako, intensivnost' takih lesnyh pozharov, kak pravilo, ochen'
mala, takie pozhary ne predstavlyayut bol'shoj opasnosti; oni umen'shayut
kolichestvo nakoplennogo topliva i, sledovatel'no, v nekotorom smysle
predotvrashchayut bolee opasnye, intensivnye pozhary. S etoj cel'yu chasto
planiruyut iskusstvennye pozhary, kotorye pri dolzhnom kontrole yavlyayutsya
effektivnym sredstvom predotvrashcheniya sil'nyh pozharov. |ti iskusstvennye
pozhary nazyvayutsya "szhiganiem dlya snizheniya imeyushchegosya topliva" po
terminologii Lyuka i Makartura [8], CHeni [4], O'Laflina i dr.[7].
Obychno metody prognozirovaniya pozharnoj opasnosti lesov imeyut
meteorologicheskuyu osnovu. V dannoj stat'e predlagaetsya gidrologicheskij
sposob ih prognozirovaniya, osnovannyj na ispol'zovanii dannyh seti
gidrologicheskih stancij.
V obshcheprinyatyh metodikah v kachestve osnovnyh ispol'zuyutsya sleduyushchie
prediktory: skorost' i napravlenie vetra, kotorye opredelyayut skorost'
rasprostraneniya fronta ognya i pozvolyayut vzyat' ogon' "pod kontrol'";
kolichestvo goryuchego materiala, kotoroe dolzhno byt' tochno sprognozirovano;
suhost' topliva, vliyayushchaya na intensivnost' pozhara.
Dlya ocenki potencial'noj gorimosti lesov primenyayutsya tak nazyvaemye
indeksy pozharoopasnosti. V Kanade i Avstralii, naprimer, oni opredelyayutsya na
osnove ezhednevnyh dannyh ob osadkah, temperature i vlazhnosti, v SSHA - dannyh
o dlitel'nosti dozhdya. Kak ukazyvayut Van Vagner [11] i Terner [10], pri etom
ne sushchestvuet obshchepriznannyh mezhdunarodnyh standartov dlya ih vychisleniya. Ih
otsutstvie samo po sebe yavlyaetsya luchshim dokazatel'stvom nizkoj tochnosti
takih indeksov.
Prognozirovanie pozharnoj opasnosti v lesah Primorskogo kraya
osushchestvlyaetsya GMC Primorskogo UGMS takzhe po usloviyam pogody. Metod osnovan
na uchete kompleksnogo pokazatelya (KP) pozharnoj opasnosti v lesah, kotoryj
opredelyaetsya kak summa proizvedenij temperatury vozduha na raznost' mezhdu
znacheniyami temperatury vozduha i temperatury tochki rosy [2]. V zavisimosti
ot nakoplennoj summy temperatur ustanavlivaetsya klass pozharnoj opasnosti, v
sootvetstvii s kotorym reglamentiruetsya rabota lesopozharnyh sluzhb. Raschet
velichiny KP byl usovershenstvovan L.I. Sverlovoj [3] putem ucheta skorosti
vetra i razrabotki shkaly "sbrasyvaniya" pokazatelya KP v zavisimosti ot
kolichestva vypavshih osadkov. Vyyavlenie ochagov vozgoraniya i tushenie lesnyh
pozharov v Primorskom krae osushchestvlyayutsya Primorskoj bazoj aviacionnoj ohrany
lesov. |ffektivnost' ee raboty v znachitel'noj mere zavisit ot kachestva i
zablagovremennosti prognozov pozharnoj opasnosti v lesah.
Ideya, kotoraya stoit za lyubym meteorologicheskim indeksom vlagosoderzhaniya
lesov, - eto "summirovanie" osadkov i ispareniya za opredelennoe vremya.
Ponyatno, chto oshibka v opredelenii sutochnyh osadkov mozhet byt' fatal'noj ne
tol'ko dlya indeksa dannogo dnya, no i dlya posleduyushchej cheredy dnej, po kotorym
osushchestvlyaetsya summirovanie. |ta cherta indeksov takzhe horosho izvestna
specialistam po pozharotusheniyu lesov. Naprimer, Terner [10, str. 12]
zamechaet, chto "edinstvennyj den' bezzabotnogo nablyudeniya mozhet ochen'
povliyat' na pogodnye indeksy pozharoopasnosti". Krome togo, (iz-za
neravnomernogo raspredeleniya letnih osadkov po ploshchadi) prognoz opasnosti
lesnogo pozhara po vybrannomu indeksu opravdyvaetsya tol'ko dlya territorii v
rajone meteostancii
Ishodya iz zdravogo smysla i analogii s tehnikoj prognoza gidrografa
pavodka po osadkam, mozhno vydvinut' gipotezu o tom, chto velichina rechnogo
stoka mozhet byt' indikatorom nasyshchennosti vlagoj vodosbora i, sledovatel'no,
stepeni vlazhnosti topliva dlya pozhara [1, 5, 6]. Soglasno etoj gipoteze
lesnoj pozhar proizojdet s naibol'shej veroyatnost'yu togda, kogda rashod vody v
reke budet nizhe nekotorogo opredelennogo kriticheskogo znacheniya. |to horoshaya
mysl', no ona ne rabotaet sama po sebe dolzhnym obrazom. Ustanovleno, chto
nakanune bol'shih pozharov nablyudaetsya, kak pravilo, nizkij uroven' vody, no
byvayut sluchai, kogda rashody vody v reke ne tak uzh i maly. Pered
katastroficheskim pozharom rashod vody stanovitsya gorazdo men'she, chem obychno.
No eto ne znachit, chto on mozhet ochen' sil'no otlichat'sya ot rashoda v drugie
gody. A na nekotoryh rekah vo vremya zasushlivyh periodov stok voobshche
otsutstvuet.
Iz etih primerov sleduet, chto dlya ocenki vlazhnosti topliva neobhodimo
rassmatrivat' ne tol'ko velichinu minimal'nogo stoka, no, ochevidno, i
harakternye osobennosti krivyh spada gidrografov stoka. Dlya etoj celi mozhno
analizirovat' krivye spada na polulogarifmicheskoj kletchatke, na kotoroj oni
predstavlyayutsya, kak pravilo, v vide pryamoj linii. Na vodosborah so slozhnoj
gidrogeologicheskoj strukturoj krivye spada obychno slegka vognuty i mogut
byt' predstavleny neskol'kimi pryamymi liniyami.
Pri dlitel'noj zasuhe krivye spada stanovyatsya bolee krutymi, chem
obychno. Pri etom vognutaya forma krivoj mozhet smenit'sya na vypukluyu. Obychno
krivye spada preryvayutsya nebol'shimi dozhdyami ili moros'yu. V etom sluchae
byvaet trudno proanalizirovat' kriviznu linii spada, no velichina
intensivnosti spada mozhet byt' izmerena v intervalah mezhdu dozhdyami. Stok
vnezapno mozhet prekratit' umen'shat'sya i budet derzhat'sya na nekotorom
malen'kom znachenii, nesmotrya na suhuyu pogodu. |to govorit o tom, chto
osnovnoj stok issyak i prodolzhaetsya tol'ko glubokij rodnikovyj stok i
razgruzka artezianskih vod. |to oznachaet nachalo kriticheski ogneopasnogo
perioda. Sezon dozhdej, preryvayushchij zasuhu, obychno oblegchaet polozhenie i
prinosit kakoe-to oblegchenie, - a tak li eto? K sozhaleniyu, iz-za
neravnomernogo haraktera osadkov v techenie suhogo perioda trudno ocenit'
effekt takogo dozhdya na osnove meteorologicheskih dannyh. Odnako sushchestvuyut
prostye sposoby opredeleniya okonchaniya kriticheskoj opasnosti pozhara. Esli
posle dozhdya rashod vody vosstanavlivaetsya i ubyvaet s obychnoj skorost'yu, to
neposredstvennaya ugroza bol'shogo pozhara minovala. Krutoj spad i vozvrat k
velichine stoka do dozhdya oznachaet, chto dozhd' ne dal rezul'tatov.
Mozhno vydelit' dve gruppy prediktorov, opredelyayushchih pozharoopasnost'
lesov.
A. Rannie prediktory: 1) nizkij stok vody; 2) bystryj spad gidrografa
stoka; 3) izmenenie krivoj spada ot vognutoj formy k vypukloj.
V. Pozdnie prediktory: 1) stabilizaciya spada do velichiny glubokogo
stoka; 2) rezkij spad posle promezhutochnyh nebol'shih dozhdej; 3) vypuklaya
forma krivoj spada posle promezhutochnyh dozhdej; 4) rezkaya stabilizaciya spada
k glubokomu stoku spustya neskol'ko dnej posle nebol'shogo dozhdya.
Poyavlenie etih poslednih prediktorov oznachaet, chto veroyatnost' lesnogo
pozhara uvelichivaetsya.
Ispol'zovanie matematicheskih priemov analiza uslovij vozniknoveniya
pozharov bessporno povysit tochnost' prognosticheskoj modeli. No i predlagaemyj
metod prognoza privlekatelen svoej prostotoj i yasnost'yu i mozhet byt'
realizovan s pomoshch'yu neslozhnoj komp'yuternoj tehniki. Dlya vypuska prognoza
neobhodimo imet' gidrograf stoka, postroennyj na polulogarifmicheskoj
kletchatke, gde horosho budet vidno, chto proizojdet s krivymi spada do nachala
sil'nogo pozhara.
Rassmotrim vozmozhnosti predotvrashcheniya lesnyh pozharov na osnove
informacii ob ih gidrologicheskom prognozirovanii. Prezhde podcherknem osnovnye
preimushchestva gidrologicheskogo metoda prognoza po sravneniyu s
meteorologichskim. Vo-pervyh, dannye po spadu obychno bolee tochny, bolee
predstavitel'ny dlya vsego vodosbora, chem meteorologicheskie izmereniya po
ogranichennomu chislu stancij. Meteorologicheskaya stanciya obychno kontroliruet
pogodnye usloviya tol'ko v ee okrestnosti. Gidrologicheskie dannye v
zamykayushchem stvore harakterizuyut pogodu po vodosboru v srednem, niveliruya ee
sluchajnye prostranstvennye kolebaniya. Vo-vtoryh, isklyuchaetsya neobhodimost'
opredelyat' samyj "trudnyj" meteorologicheskij element - isparenie. V-tret'ih,
esli v kakoj-to den' proishodit oshibka v ocenke intensivnosti spada
gidrografa stoka, to ona nikak ne vliyaet na opredelenie velichiny spada v
posleduyushchie dni. Ochevidnye preimushchestva gidrologicheskogo metoda ne oznachayut,
odnako, chto ispol'zuemye meteorologicheskie indeksy i prochaya tehnika prognoza
dolzhny byt' uprazdneny i zabyty. Gidrologicheskaya tehnika tol'ko dopolnyaet
ih.
Intensivnost' spada gidrografa pokazyvaet emkost' vodonosnyh gorizontov
i ih sposobnost' podpityvat' verhnie sloi pochvy za schet kapilyarnogo
podnyatiya. Tak kak derev'ya mogut poluchat' vodu iz nizhnih pochvennyh
gorizontov, to oni mogut perezhit' dazhe ekstremal'nuyu zasuhu. No kogda eti
vneshnie rezervy istoshchayutsya, les zasyhaet. Takoe sostoyanie opisano v
literature o lesnyh pozharah Lyukom [5] kak osobenno provociruyushchee ih
vozniknovenie. Nikakie pogodnye izmeneniya, krome sil'nogo livnya, ne smogut
spasti polozhenie. Povyshenie vlazhnosti vozduha, umen'shenie skorosti vetra,
dazhe moros' v techenie neskol'kih dnej mogut tol'ko otsrochit' vozniknovenie
pozhara, no ne isklyuchit' ego. Na vodosbore prosto net zapasov vody.
V opisannoj situacii opasnost' pozhara gorazdo bol'she, chem ekstremal'naya
i mozhno predlozhit' vvesti novuyu kategoriyu v rejtinge pozharnoj opasnosti kak
"kriticheskuyu". |tot termin ispol'zuetsya v medicine dlya opisaniya sostoyaniya
mezhdu zhizn'yu i smert'yu. Kriticheskaya pozharoopasnost' nachinaetsya, kogda: 1)
sostoyanie, opisyvaemoe obychnoj tehnikoj pozharoopasnosti, ocenivaetsya kak
ekstremal'noe; 2) gidrologicheskie prediktory (stok i grafiki krivyh spada )
takie zhe, esli ne huzhe, chem do predydushchego "ekstremal'nogo" pozhara.
Bolee tochnyj i zablagovremennyj prognoz vsegda povyshaet nashu
sposobnost' predotvratit' lyubuyu bedu. Odnako trudno ubedit' lyudej soblyudat'
ostorozhnost' vse vremya. Dazhe esli i sushchestvuyut sredstva aktivnogo
predotvrashcheniya katostroficheskogo pozhara, nevozmozhno, chtoby lyudi chasto
pol'zovalis' imi. Preduprezhdenie ob "ekstremal'noj" pozhaoropasnosti
peredayutsya pochti kazhdyj god v techenie leta. Kak vidno iz dannyh arhivnyh
materialov veroyatnost' poyavleniya kriticheskoj pozharopasnosti sostavlyaet 1 raz
v 20 let. Ispol'zovanie aktivnyh metodov predotvrashcheniya pozharov kazhdoe leto
pri "ekstremal'noj" pozharoopasnosti - slishkom dorogoe i ne effektivnoe
meropriyatie. No 1 raz za 20 let - eto mozhno pozvolit'.
Naibolee ochevidnyj put' aktivnyh mer - vyzvat' iskusstvenno dozhd'. No
eta mera ne effektivna v period zasuhi. Polozhenie menyaetsya, esli my
zablagovremenno znaem, chto vodnye resursy vodosbora skoro istoshchatsya i chto
est' neskol'ko nedel' dlya prinyatiya aktivnyh mer dlya predotvrashcheniya bol'shogo
pozhara. V techenie etih nedel' mogut projti nebol'shie livni ili grozy i v eti
dozhdlivye dni vozmozhna effektivnaya obrabotka oblakov. Cel'yu takoj obrabotki
yavlyaetsya ne uvelichenie kolichestva osadkov na bol'shoj ploshchadi, a prosto
perenacelivanie dozhdya na vodosbor. |to mozhet byt' sdelano s pomoshch'yu
izvestnoj tehniki provocirovaniya "prezhdevremennogo" livnya, kogda oblaka
prohodyat nad namechennoj cel'yu - vodosborom, gde nachinayutsya pozhary.
Kogda zasuha ne preryvaetsya livnem ili net podhodyashchih oblakov dlya ego
stimulirovaniya, prednamerennyj pal mozhet byt' al'ternativnym metodom dlya
umen'sheniya opasnosti sil'nogo pozhara. Raspolagaya neskol'kimi nedelyami dlya
manevra mozhno vsegda vybrat' den', kogda pogoda podhodit dlya pala i ne
vyzovet neupravlyaemoe rasprostranenie ognya. Polozhitel'nyj opyt upravlyaemogo
pozhara sushchestvuet vo mnogih stranah.
Ponyatno, chto effektivnost' metodov tusheniya i preduprezhdeniya lesnyh
pozharov v znachitel'noj mere opredelyaetsya tochnost'yu i zablagovremennost'yu
metodov prognoza pozharoopasnosti. Tehnika predlagaemyh prognozov mozhet byt'
usovershenstvovana putem odnovremennogo ucheta v modeli harakteristik
minimal'nogo stoka i pogodnyh uslovij. Vozmozhno rasprostranenie dannogo
metoda na drugie na novye vodosbory, gde za period nablyudenij ne bylo
pozharov, na osnove gidrologicheskoj analogii i ispol'zovaniya statisticheskih
metodov analiza.
Prostejshij graficheskij metod prognozirovaniya
1= summirovanoe isparenie, mm ;
2= rashod, m3/s;
3= stok, mm/ chas;
4= summirovanye osadki, mm .
---------------------------------------------------------------
1969. Vodosbor = 671 km2, 30 kilometrov SSW ot stolicy
Avstralii,evkalipt.
---------------------------------------------------------------
45 gradusov = recessiya vo vremya HOLODNYH periodov.
---------------------------------------------------------------
Vertikal'nye mashtaby dolzhny byt' odinakovy vo vse gody.
---------------------------------------------------------------
1972 Kazhdoe leto - mnogo malyh pozharov. Pozhar > 1 km2,
kogda Q < 0.1 m3/s + recessiya > 45 gradusov.
---------------------------------------------------------------
1973. 1969-1973: kumulyativnoe isparenie = 2 * kumulyativnye osadki.
---------------------------------------------------------------
1974. kumulyativnoe isparenie < 2 * kumulyativnye osadki.
Problema bazy dannyh Meteo: "otricatel'nyj dozhd'" ( 1974 , oktyabr').
Sledovatel'no, oshibka v ezhednevnom Meteo indekse pozharoopasnosti.
---------------------------------------------------------------
1975 Malye pozhary . Defekt dannyh po Meteo: isparenie.
---------------------------------------------------------------
1976. Problema s dannymi po Meteo (kak v 1972, 1973, 1975).
---------------------------------------------------------------
1977. Q < 0.1 m3/s ne daet pozhar, esli recessiya = 45
gradusov (sravnite s 1972).
----------------------------------------------------------------
1978. 1978, fevral': Q < 0.1 m3/s, no recessiya vognuta.
Malye pozhary.
---------------------------------------------------------------
1979. kumulyativnoe isparenie > 2 * kumulyativnye osadki. Meteo daet
"extreme". Panika. Malye pozhary.
---------------------------------------------------------------
1980. kumulyativnoe isparenie > 2 * kumulyativnye osadki, no recessiya
vognuta. Malye pozhary.
---------------------------------------------------------------
1981. kumulyativnoe isparenie > 2 * kumulyativnye osadki. Malye
pozhary.
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------
1982. Vse eshche byla vozmozhnost' dlya predotvrashcheniya. V dejstvitel'nosti,
nichego ne bylo sdelano.
.
---------------------------------------------------------------
1983. YAnvar', 1983: sgorelo priblizitel'no 58 km2 + 300
km2 (Corin Creek + Gudgenby River);
pozhar ochen' vysokoj intensivnosti; popytki kontrolirovat' pozhar byli
tol'ko otchasti uspeshny, pozhar prodolzhalsya (recessiya - krutaya posle
promezhutochnyh dozhdej).
---------------------------------------------------------------
V zaklyuchenie podcherknem chem tehnika gidrologicheskogo metoda prognoza
pozharov otlichaetsya ot standartnyh metodov:
1) ona prognoziruet pozhary ne po administrativnym ili geograficheskim
rajonam, a po vodosboram;
2) ona pozvolyaet prognozirovat' opasnost' pozhara zablagovremenno i
opredelyaet vremya, neobhodimoe dlya provedeniya preventivnyh meropriyatij;
3) ona isklyuchaet lozhnye signaly trevogi;
4) ona bolee tochnaya i prostaya, tak kak ispol'zuet gidrologicheskie
dannye, kotorye bolee predstavitel'ny, chem meteorologicheskie dannye;
5) ona men'she zavisit ot oshibochnyh nablyudenij;
6) ona menee zavisit ot stohasticheskoj prirody letnih dozhdej i drugih
meteorologicheskih elementov;
7) ona "avtomaticheski" prinimaet vo vnimanie tot fakt, chto kakaya-to
chast' osadkov "teryaetsya" v vide stoka;
8) ona proshche, chem lyuboj drugoj metod i legko mozhet primenyat'sya
organizaciyami po bor'be s ognem i fermerami. Sejchas etim pol'zovatelyam
dostupen tol'ko regional'nyj krupnomasshtabnyj prognoz pozharoopasnosti.
Pri bol'shom chisle dostoinstv u gidrologicheskogo metoda est' lish' odin
nedostatok - vozmozhnost' ego primeneniya tol'ko na vodosborah, gde provodyatsya
izmereniya rashodov vody.
1. V. Kulik, S.A. Lobanov. Gidrologicheskij prognoz lesnyh pozharov i ih
predotvrashchenie. |kologicheskii vestnik Primor'ya, 2002.
2. Metodicheskie ukazaniya po prognozirovaniyu pozharnoj opasnosti v lesah
po usloviyam pogody. - M: Gidrometeoizdat, 1975, 15 s.
3. Sverlova L.I. Metod ocenki pozharnoj opasnosti v lesah po usloviyam
pogody s uchetom poyasov atmosfernoj zasushlivosti i sezonov goda. - Habarovsk:
DV UGMS, 2000, 46 s.
4. Cheney, N.P. (1976) Bushfire disasters in Australia 1945-1975,
Australian Forestry, 39,No.4, pp. 245-268. See also:
http://www.bbm.csiro.au/vesta/
5. S. Lobanov, V. Kulik . GLOBAL CHANGE--RISK ASSESSMENT AND REAL TIME
HYDROLOGICAL FORECASTING OF FOREST CONFLAGRATIONS FOR WATER MANAGEMENT.
Abstracts: International Union of Geodesy and Geophysics General Assembly,
IUGG 2003, Sapporo, Japan, June 30-July 11, 2003. Amicus Number 000024796217
.
See also: http://hydrologist.narod.ru/hydrology/sapporo-abstract.txt
6. S. Lobanov, V. Kulik . HYDROLOGICAL FORECAST OF FOREST
CONFLAGRATIONS. XXXI Congress of International Association of Hydraulic
Engineering and Research, Seoul, Korea, 2005; paper PAHR05-0014.
See also: http://hydrologist.narod.ru/hydrology/
7. O'Loughin, E.M., Cheney, N.P. and Burns, J. (1982) The Bushranger
Experiment: hydrological response of eucalypt catchment to fire. First Nat.
Symp. for Hydrol., Melbourne, pp. 132-138. See also:
http://www.nps.gov/gis/metadata/sagu/sagu_rxburns.html
http://www.prescribed-fire.org/state.html
8. Luke, R.H., McArthur, A.G. (1978) Bushfires in Australia. Australian
Government Publishing Service, Canberra. See also:
http://life.csu.edu.au/hazards/3WildFires.html
9. The Gudgenby fire - 9 January 1983. Operative report of ACT fire
brigade unit. Canberra 1983, 37p. See also:
http://www.esb.act.gov.au/esb.htm
10. Turner, J.A. (1978) Weather in Canada forest fire danger system: a
user guide to national standards and practice, Canada 39pp. See also:
http://www.nofc.forestry.ca/fire/
11. Van Wagner. (1975) A comparison of the Canadian and American forest
fire danger rating system. Information Report PS-X-59, Patawana Forest
Experimental Station, Chalk River, Ontario, Canada, 19pp. See also:
http://www.nps.gov/seki/fire/links.htm
*******************************
********************************
Last-modified: Mon, 30 Aug 2004 08:13:31 GMT