Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние проблемы 7
2. Природно-климатические условия Свердловской области 20
2.1. Физико-географическое местоположение 20
2.2. Рельеф 20
2.3. Гидрология 22
2.4. Климат 22
2.5. Почвы 27
2.6. Растительность 29
2.7. Лесорастительное и лесопожарное районирование 31
3. Программа, методика и объем выполненных работ 42
3.1. Программа работ 42
3.2. Методика исследований 42
3.3. Объем выполненных работ 45
4. Анализ горимости лесов Свердловской области 47
4.1. Общие показатели горимости лесов 47
4.2. Горимость лесов по лесопожарным районам 51
4.3. Горимость лесов в течение пожароопасного периода 55
5. Факторы, определяющие показатели фактической горимости 68
5.1. Сезон года 68
5.2. Тип леса 73
5.3. Таксационные показатели древостоев 74
5.4. Причины возникновения 76
6. Влияние низовых пожаров на устойчивость сосновых древостоев 79
6.1. Характеристика экспериментальных объектов 79
6.2. Размер дерева и вероятность его гибели при пожаре 85
6.3. Сезон года и послепожарный отпад 89
6.4. Средние таксационные показатели древостоя и послепожарпый отпад 90
7. Эффективность охраны лесов от пожаров и пути ее повышения .97
7.1. Обнаружение лесных пожаров 97
7.2. Эффективность работы лесопожарных служб 106
7.3. Работа лесопожарных служб в экстремальных ситуациях 110
Заключение и рекомендации производству 117
Литература 119
- Лесорастительное и лесопожарное районирование
- Горимость лесов в течение пожароопасного периода
- Таксационные показатели древостоев
- Средние таксационные показатели древостоя и послепожарпый отпад
Введение к работе
Актуальность темы. Ежегодно на нашей планете возникает до 400 тыс. лесных пожаров, повреждающих около 0,5% общей площади лесов и выбрасывающих в атмосферу миллионы тонн продуктов сгорания. Не случайно предупреждение и тушение лесных пожаров является одной из наиболее актуальных и важных задач лесного хозяйства многих стран мира. Не является исключением в этом плане и Российская Федерация. Поскольку площадь лесов РФ превышает 1,2 млрд га или 22% лесов мира, сохранение и воспроизводство их является не только национальной, но и общечеловеческой задачей. Однако, несмотря на огромные усилия государственной лесной охраны по проведению противопожарных профилактических мероприятий, использованию многоуровневой системы предупреждения, современных средств раннего обнаружения и оперативного тушения пожаров, снизить общее количество пожаров не удается, так же как и резко сократить пройденную пожарами площадь.
Вышеуказанные обстоятельства обусловливают несомненную актуальность совершенствования мероприятий, касающихся охраны лесов от пожаров и предотвращению, точнее минимизации, наносимого ими ущерба.
Наша страна, как и многие развитые страны, переходит от принципа «борьбы с лесными пожарами» к более широкому - «управлению лесными пожарами». Последнее обстоятельство вызывает необходимость разработки новых подходов к охране лесов от пожаров, в частности с привлечением сил МЧС. .Цель и задачи исследований. Целью исследований является разработка рекомендаций по оптимизации охраны лесов Свердловской области от пожаров и ликвидации их последствий с использованием сил МЧС.
В процессе работы по достижению поставленной цели решались следующие задачи: - обобщение и анализ материалов по изучаемой проблеме; анализ природных условий района исследований; анализ горимости лесов Свердловской области за период с 1955 по 2003 гг.; изучение послепожарного отпада в сосняках, наиболее представленных в районе исследованных типов леса; изучение современного состояния охраны лесов от пожаров; - разработка рекомендаций по оптимизации охраны лесов от пожаров. Научная новизна. Работа представляет собой систематизированное комплексное исследование горимости лесов Свердловской области и современного состояния охраны их от пожаров. Получены новые данные о горимости лесов по лесопожарным районам в зависимости от сезона года, типа леса и таксационных показателей древостоев, а также динамике потенциального отпада в сосняках, наиболее представленных в Свердловской области типов леса. Проанализированы различные способы организации обнаружения и тушения лесных пожаров.
Защищаемые положения. В работе исследованы и обоснованы следующие положения, представляемые к защите: насаждения с преобладанием сосны в составе древостоев характеризуются повышенными показателями горимости, что следует учитывать при организации охраны их от пожаров; устойчивость деревьев сосны к огню зависит от основных лесоводстве нно-таксационных показателей насаждения; надежным, легко устанавливаемым визуально показателем послепожарного отпада деревьев сосны является высота нагара на стволах; эффективность охраны лесов от пожаров повышается при планировании противопожарных мероприятий по лесопожарным районам и привлечении для тушения сил МЧС.
Практическая значимость работы. Материалы исследований могут быть использованы при организации работ по профилактике и тушению лес- ных пожаров, а также организации работ на пройденных пожарами площадях в сосновых лесах Свердловской области. Основные результаты иследований вошли в учебное пособие по курсу «Лесная пирология» для студентов высших и средних учебных заведений системы МЧС и лесного профиля.
Личный вклад автора. Все работы по теме диссертации, разработке программно-методических положений, сбору экспериментального материала, анализу и отработке полученных результатов осуществлены автором или при его непосредственном участии и руководстве.
Апробация работы. Основные результаты исследований доложены на II Международной научно-практической конференции «Экология: образование, наука, промышленность и здоровье» (Белгород, 2004), Международных научно-технических конференциях «Современная наука и образование в решении проблем экономики европейского севера»» (Архангельск, 2004), «Социально-экономические и экологические проблемы лесного комплекса» (Екатеринбург, 2005), Всероссийской конференции «Устойчивому развитию АПК -научное обеспечение» (Ижевск, 2004), научно-технической конференции студентов и аспирантов лесохозяйственного факультета (Екатеринбург, 2004), молодежном научном семинаре «Биоразнообразие природных и антропогенных экосистем» (Екатеринбург, 2004).
Обоснованность и достоверность материалов исследований подтверждается большим по объему и разнообразию экспериментальным материалом, применением научно-обоснованных методик, использованием современных методов обработки, анализа и оценки достоверности данных.
Публикации. Основное содержание диссертации изложено в 12 печатных работах.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 148 страницах машинописного текста, состоит из введения, 7 глав и заключения. Библиографический список включает 336 наименований, в том числе 26 иностранных. Текст иллюстрирован 35 таблицами и 12 рисунками.
Лесорастительное и лесопожарное районирование
Районирование территории является географической и методической основой для проектирования и реализации научно-обоснованых систем ведения лесного хозяйства. Не случайно территориальные принципы районирования лесных территорий широко обсуждались в научной литературе с начала 60-х годов XX века (Колесников, 1960 а, б; 1961 а, б; 1969 а, б; Крылов, 1961; Смолоногов, 1968; Львов, 1969; Правдин и др., 1969; Смолоногов, Ве-герин, 1963, 1969, 1980, 1983; Смолоногов и др., 1970; Курнаев, 1973; Цимек, 1975; Попов, 1977; Смагин, 1985; Смолоногов, 1995). Для Свердловской области Б.П. Колесниковым, Р.С. Зубаревой и Е.П. Смолоноговым (1973 а) также был разработан и рекомендован для производства вариант лесорасти-тельного районирования. В соответствии с лесорастительным районированием Б.П. Колесникова и др. (1973 а) на территории Свердловской области выделены три лссорастителыше области: Уральская горная, Восточно-Европейская равнинная и Западно-Сибирская равнинная, которые, в свою очередь, подразделены на восемь лесорастительных провинций и шесть подзон. Минимальной таксономической единицей лесорасительного районирования являются лесорастительные округа, которых на территории Свердловской области, с учетом спектра лесорастительных условий, выделено 21 (рис. 2.1). Границы округов не всегда совпадают с административными, и поэтому часто территория лесхоза захватывает несколько смежных лесорастительных округов.
Распределение площади лесного фонда по классам природной пожарной опасности показало, что при среднем для Свердловской области значении класса пожарной опасности III, 2 на долю, наиболее опасных в пожарном отношении, I и II классов приходится 27,9% площади. При этом на долю III, IV и V классов приходится соответственно 22,3; 39,8 и 10% площади лесного фонда (Залесов, Луганский, 2002).
Многолетние статистические материалы показателей фактической го-римости показали существенное различие последних даже для лесов лесхозов, входящих в один лесохозяйственный район. Различный уровень экономического развития не позволяет использовать при проектировании и проведении противопожарных мероприятий и лесорастительное районирование. Вышеуказанные обстоятельства свидетельствуют о необходимости разработки лесопожарного районирования, под которым понимается разделение территории на районы, сходные по важнейшим лесопожарным признакам: рельефу, лесной растительности, климатическим условиям, продолжительности пожароопасного сезона, показателям горимости и хозяйственной освоенности. Применительно к каждому лесопожарному району должен быть разработан весь комплекс мероприятий по противопожарной профилактике, обнаружению и тушению лесных пожаров.
Лесопожарное районирование необходимо рассматривать как отраслевое и специализированное, которое осуществляется на основе и в дополнение к лесохозяиственному районированию путем его детализации. Лесопожарное районирование является руководящим началом организации всех звеньев противопожарной работы на уровне области или более обширного региона, а разделение лесного фонда по классам горимости (природой пожарной опасности) составляет стратегическую основу деятельности лесхоза и лесничества (Залесов, 2000; Залесов, Луганский, 2002).
Для Свердловской области лесопожарное районирование было разработано Н.И. Ивановым (1984), который с учетом природно-экономических условий, продолжительности пожароопасного сезона, сроков его начала и окончания, а также породного состава лесов и показателей их фактической горимости разделил территорию области на 10 лесопожарных районов. В последствии СВ. Залесовым (2000) данное лесопожарное районирование было уточнено с учетом изменившихся экономических условий, а количество районов сокращено до восьми (рис. 2.2).
Северный горно-тасжный лесопожарный район (I) расположен на северо-западе Свердловской области и включает лесхозы Североуральского и Качканаро-Тавдинского горных лесохозяйственных районов. На территории района преобладают темнохвойные леса. Доля сосновых и производных березовых лесов сравнительно невелика. Насаждения имеют средний класс бонитета Ш,2 при среднем запасе 128-130 м /га. При достаточно высокой лесистости (73-83%) плотность населения сравнительно невелика (8-30 чел ./км2). Характерным для района является слабое развитие дорожной сети, особенно в северной его части (1,2-2,4 км/тыс.га). Последнее обстоятельство затрудняет доставку наземных сил и средств пожаротушения к местам пожаров.
Климат района суровый: зима продолжительная и многоснежная, весна поздняя и холодная, лето прохладное, а осень ранняя и дождливая. Благодаря барьерной роли Уральских гор сумма осадков за год достигает 600 мм, а преобладание темнохвойных пород в составе древостоев обусловливает задержку таяния снега и наступления пожароопасного сезона.
Горимость лесов в течение пожароопасного периода
Полученные данные о горимости лесов Свердловской области по ЛПР позволяют определить территории, требующие повышенного внимания. Однако количество и площади пожаров как в абсолютных цифрах, так и по отношению к площади территорий не позволяют представить подробную картину горимости и особенности течения пожароопасных периодов в каждом из ЛПР. Для планирования работ по профилактике и тушению пожаров существенное значение имеют такие показатели, как начало ПОП, окончание ПОП, общая продолжительность ПОП, количество дней с пожарами и т.д. Некоторые характеристики ПОП по ЛПР приведены в табл. 4.4.
Приведенные данные определяют крайние показатели начала и окончания ПОП за период с 1997 по 2003 гг., естественно, что данные эти по годам значительно варьируют. Однако при планировании мероприятий ориентироваться необходимо на экстремальные условия.
Следует отметить, что ПОП практически во всех ЛПР может начаться достаточно рано (15-30 апреля), исключение составляет только IV ЛПР, где начало ПОП заметно отодвинуто. В отличие от начала ПОП, последние пожары в разные ПОП в различные годы возникли в период с 24 сентября по 26 октября. Таким образом, продолжительность ПОП варьирует от 193 дней в VI ЛПР до 148 дней в III ЛПР. Наибольшая продолжительность ПОП зафиксирована в VI и VIII районах, ранее выделенных нами в качестве наиболее горимых и по другим показателям. Наименьшая продолжительность (148 дней) в III ЛПР, что также подтверждает ранее сделанный вывод о слабой го-римости лесхозов юго-западного предгорного лесопожарного района.
Напряженность ПОП.можно охарактеризовать количеством дней ПОП, в которые возникли лесные пожары. Тенденция здесь следующая: чем длиннее ПОП в целом, тем он напряженнее. Интересно, что отношение горимых дней к общей продолжительности ПОП практически одинаково во всех районах (от 0,69 до 0,73). Исключение составляют слабогоримые III и IV ЛПР (0,26 и 0,61 соответственно).
В среднем за один день ПОП возникло от 0,3 пожара в III ЛПР до 4,8 пожара в VI ЛПР. Сгорело в среднем за один день ПОП от 0,60 га в III ЛПР до 29,67 га в I ЛПР (рис. 4.4).
Совершенно по-разному распределяются пожары и пройденная огнем площадь в течение ПОП в различных ЛПР (табл. 4.5). Пожары возникают относительно равномерно в течение всего пожарооопасного периода. Хотя первая половина ПОП более горима. Так, в VI и VIII ЛПР 50 % загораний приходится на первые 41 день от начала ПОП (при общей продолжительности последнего 193 и 186 дней соответственно), а в III ЛПР даже на 33 дня при общей продолжительности ПОП 148 дней. Совершенно иначе распределяются в течение ПОП пройденные огнем площади. В VII ЛПР 75% общей площади пожаров приходится на 46 дней от начала ПОП (при общей продолжительности 180 дней), в VIII ЛПР - на 60 дней и в VI ЛПР - на 67 дней. Исключение составляют только I и V ЛПР, где наибольшие площади охватываются пожарами во второй половине ПОП.
Приведенные данные позволяют сделать вывод, что зная закономерности развития пожароопасной обстановки в различных ЛПР, можно смело маневрировать силами и средствами пожаротушения между лесопожарными районами, экономя соответственно расходы на их содержание. Данные, приведенные в табл. 4.7 показывают, что практически во всех ЛПР 50% пройденной огнем площади охватили пожары, возникшие за 2-9 дней при общем количестве горимых дней в течение ПОП от 38 до 138 в различных ЛПР.
В то время как аналогичные показатели количества возникающих пожаров совершенно другие: 50% пожаров возникло в течение 13-29 дней. Диаграммы, приведенные на рис. 4.5 и 4.6 показывают, что если количество пожаров практически во всех ЛПР накапливается достаточно равномерно, то накопление площади пожаров имеет во всех лесопожарных районах различный характер.
Таксационные показатели древостоев
Согласно ОСТ 56-108-98 тип леса - это лесоводствештая классификационная единица, объединяющая леса с однородными лесорастительными условиями определенного типа, с соответствующим им породным составом древостоев, другой растительностью и фауной. Близкое определение типа леса приводится в работе Н.А. Луганского и СВ. Залесова (1997). Совокупность типов леса, близких по лесорастительным условиям, производительности, составу сопутствующих пород, подлеску, живому напочвенному покрову и тенденциям лесообразовательных процессов можно объединить в группу типов леса (ОСТ 56-108-98).
Материалы табл. 5.1 свидетельствуют, что леса Березовского лесхоза представлены преимущественно насаждениями разнотравной, ягодниковой и сфагновой групп типов леса. Распределение площади пройденных пожаром насаждений по данным группам типов леса и преобладающим породам приведено в табл. 5.7.
Анализ данных таблицы 5.7 показывает, что из анализируемых в наибольшей степени подвержены горению насаждения разнотравной и ягодни-ковой групп типов леса. Насаждения сфагновой группы типов леса подвергались воздействию пожаров только в период засухи осенью 1995 г. Особо следует отметить, что воздействию пожаров в большей степени подвержены сосняки, а насаждения таких пород как ель, береза, осина поражались пожарами только в период длительной засухи осени 1995 г., в остальные годы пожаров в них не зафиксировано.
Соотношение пройденных пожарами площадей в сосновых насаждениях ягодникового и разнотравного типов леса примерно одинаково, с незначительными колебаниями в отдельные годы. В связи с вышеизложенным, дальнейший анализ структуры пройденных пожаром насаждений производится для насаждений сосны.
Распределение пройденных пожарами площадей сосновых насаждений по полноте приведено в таблице 5.8.
Анализ данных таблицы 5.8 свидетельствует, что в основном подвержены горению сосновые насаждения с полнотой 0,7-0,8. Это связано с наличием напочвенных горючих материалов в насаждениях, быстро подсыхающих после схода снежного покрова. Доля пожаров в сосновых насаждениях с полнотой 0,9-1,0 значительно ниже. Это можно объяснить тем, что за счет высокой сомкнутости полога происходит более длительное таяние снега весной и сокращается продолжительность весеннего пожароопасного периода.
Распределение пройденных пожарами сосновых насаждений по классам возраста приведено в табл. 5.9.
Анализ данных таблицы 5.9 свидетельствует, что наибольшая доля лесных пожаров приходится на молодняки и средневозрастные насаждения 3-га класса возраста. Это является следствием их повышенной пожарной опасности, связанной с широким развитием травяного покрова, а также низко опущенными кронами деревьев сосны в молодом возрасте.
Влияние состава на горимость сосновых насаждений отражено в табл. 5.10. Анализируя данные табл. 5.10, можно отметить, что наибольшей гори-мостыо характеризуются чистые сосновые насаждения, на их долю приходится 44,4% пройденной пожарами площади. С появлением в составе лиственных пород горимость насаждений резко снижается. Последнее объясняется спецификой опада и повышенной влажностью кроны лиственных пород, т.е. снижением природной пожарной опасности насаждений. В литературном обзоре настоящей работы приводятся данные о зависимости показателей фактической горимости лесов от причин возникновения лесных пожаров. Данные о распределении числа лесных пожаров в Березовском лесхозе по причинам их возникновения приведены в табл.5Л1. Анализируя данные табл. 5.4, можно отметить, что 93,4% всех лесных пожаров связано с небрежным обращением с огнем населения. По вине граждан за анализируемый период было пройдено пожарами 1208,03 га насаждений, что составляет 63,7% от общей площади пожаров. По вине предприятий и организаций возникло 7 пожаров и огнем пройдено 138,2 га (7,3% от общей пройденной огнем площади). Также можно отметить, что в результате взрыва боеприпасов от попадания молнии, произошедшего в п.Монетном летом 1998 г., было пройдено пожаром 548 га сосновых насаждений, что составило 28,8% общей пройденной пожарами площади за период 1995-2000 годов. 1. В результате проведенного анализа горимость лесов Березовского лесхоза за период 1995-2000 гг. можно охарактеризовать как умеренную. 2. Наибольшее количество пожаров приходится на весенний период. Их число по годам колеблется от б до 25 штук. В летнее время количество пожаров снижается до 2-4 шт. или таковые вообще отсутствуют, исключение составляет 1995 г., когда было зафиксировано 10 пожаров общей площадью -0,51 га. В осенний период лесные пожары не наблюдались, за исключением осени 1995 г. В этот период произошло 34 пожара, общая площадь которых составила 1049, 69 га. 3. В наибольшей степени подвержены горению насаждения разнотравной и ягодниковой хозяйственных групп типов леса. Насаждения сфагновой группы типы леса подвергаются воздействию огня только в период засух. Максимальная доля лесных пожаров приходится на молодняки и насаждения 3-га класса возраста. 4. Повышенной горимостью характеризуются чистые сосновые насаждения, на их долю приходится 44,4% пройденной огнем площади. С появлением в составе лиственных пород горимость насаждений резко снижается. 5. Возникновение более 93% лесных пожаров связано с небрежным обращением с огнем населения. В связи с этим требуется расширение противопожарной пропаганды среди населения, особенно в пожароопасный период, а также усиление контроля за соблюдением правил пожарной безопасности в лесу.
Средние таксационные показатели древостоя и послепожарпый отпад
мероприятий на пройденных лесными пожарами площадях очень важно иметь данные о потенциальном послепожаріюм отпаде в зависимости от средних таксационных показателей древостоя. Материалы, полученные в процессе исследований, позволили установить долго отпада по густоте и запасу в зависимости от среднего диаметра древостоя и средней высоты нагара на стволах деревьев (табл. 6.9). Для более объективной оценки воздействия лесных пожаров на древостой общая совокупность пробных площадей нами была разделена на группы в зависимости от средней высоты нагара. Так в первую группу были выделены пробные площади, пройденные низовым устойчивым пожаром со средней высотой нагара до 1,5 м. Доля отпада деревьев сосны па данных пробных площадях варьировала по густоте от 30.5 до 60,2%. по запасу от 13,5 до 19,6% (табл. 6.10). В результате графической обработки данных получили смененные зависимости величин доли отпада сосны в смешанных сосновых древостоях по густоте и запасу в зависимости от среднего диамеїра ллемепіа леса с достоверность 0,331 и 0,429, соответственно (рис. 6.1).
На основе полученных формул степенных зависимостей рассчитаем ожидаемую величину отпада сосны по густоте и запасу для средних диаметров элемента леса с градацией 1 см в рассматриваемом интервале средних диаметров (табл. 6.11). Средняя высота нагара на стволах березы после устойчивых низовых пожаров оказалась значительно ниже (табл. 6.9), чем у сосны - 0,6 м. Данные о доле послепожарного отпада деревьев березы при данной средней высоте нагара приведены нами в табл. 6.12. В результате графической обработки выделенного ряда величин, получили степенные зависимости доли отпада березы в смешанных сосновых древостоях по густоте и запасу в зависимости от среднего диаметра. Достоверность полученных зависимостей составила 0,22 по густоте и 0,32 по запасу (рис. 6.2). На основе полученных формул степенных зависимостей рассчитаем ожидаемую величину отпада березы по густоте и запасу для средних диамет В результате графической обработки данных, получили степенные за-висимости величин доли отпада сосны в чистых несмешанных сосновых древостоях (пройденных низовым беглым пожаром) по густоте и запасу в зависимости от среднего диаметра элемента леса. Достоверность обработки со-ставила 0,886 по густоте и 0,755 по запасу (рис. 6.3).
