Содержание к диссертации
Введение
1 Анализ методологических аспектов прогнозирования чрезвычайных лесопожарных ситуаций, постановка научной проблемы 36
1.1 Методический подход к прогнозированию чрезвычайных лесопожарных ситуаций 36
1.2 Анализ процессов, лежащих в основе прогнозирования лесопожарной обстановки и динамики источников чрезвычайных лесопожарных ситуаций 51
1.3 Анализ процессов, лежащих в основе прогнозирования последствий чрезвычайных лесопожарных ситуаций 65
1.4 Постановка научной проблемы и методический замысел ее
решения 68
ВЫВОДЫ 80
2 Методологические основы прогнозирования динамики чрезвычайных лесопожарных ситуаций 83
2.1 Методический подход к прогнозированию динамики чрезвычайных лесопожарных ситуаций 83
2.2 Обоснование выбора показателей, лежащих в основе прогнозирования динамики чрезвычайных лесопожарных ситуаций 91
2.3 Обоснование состава исходных данных для прогнозирования динамики чрезвычайных лесопожарных ситуаций 93
2.4 Разработка комплекса математических моделей прогнозирования потребностей в силах и средствах для ликвидации источников чрезвычайных лесопожарных ситуаций с учетом динамики процессов и оптимальной тактики действий необходимых сил ЧС 96
2.4.1 Прогнозирование времени подхода кромки лесного пожара к защищаемому объекту 97
2.4.2 Формализация оптимальной тактики тушения лесных пожаров -источников чрезвычайных лесопожарных ситуаций 98
2.4.3 Прогнозирование объемов работ по ликвидации чрезвычайных лесопожарных ситуаций на интервале упреждения t 101
2.4.4 Прогнозирование потребностей в силах и средствах для ликвидации чрезвычайных лесопожарных ситуаций на интервале упреждения t 114
ВЫВОДЫ 136
3 Методологические основы прогнозирования последствий чрезвычайных лесопожарных ситуаций 139
3.1 Методический подход к прогнозированию последствий чрезвычайных
лесопожарных ситуаций 139
3.2 Обоснование выбора показателей прогнозирования последствий чрезвычайных лесопожарных ситуаций 151
3.3 Обоснование выбора исходных данных для прогнозирования последствий чрезвычайных лесопожарных ситуаций 155
3.4 Создание математической модели прогнозирования экономических, экологических и социальных последствий чрезвычайных лесопожарных ситуаций и общего прямого ущерба с учетом использования необходимых сил ЧС и включением затрат на ликвидацию ЧЛС 157
ВЫВОДЫ 171
4 Методологические особенности прогнозирования лесопожарной обстановки 174
4.1 Методический подход к прогнозированию лесопожарной обстановки 174
4.2 Обоснование выбора показателей прогнозирования лесопожарной обстановки 182
4.3 Обоснование состава исходных данных для прогнозирования лесопожарной обстановки 186
4.4 Разработка критериев опасности лесопожарной обстановки 188
Выводы 193
5 Технология и система прогнозирования динамики и последствий чрезвычайных лесопожарных ситуаций. вербальная математическая модель принятия управленческих решений по ликвидации чрезвычайных лесопожарных ситуаций 194
5.1 Основные научные аспекты разработки технологии прогнозирования динамики и последствий чрезвычайных лесопожарных ситуаций 194
5.2 Обоснование состава системы прогнозирования 205
53 Основные требования, предъявляемые к системе прогнозирования чрезвычайных лесопожарных ситуаций 210
5.4 Разработка вербальной математической модели принятия управленческих решений по ликвидации чрезвычайных лесопожарных ситуаций 232
ВЫВОДЫ 236
6 Практические рекомендации органам управления единой государственной системы предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций по предупреждению чрезвычайных лесопожарных ситуаций и смягчению их последствий 238
6.1 Основные методические аспекты разработки практических рекомендаций по результатам прогнозирования 238
6.2 Практические рекомендации по составу типового перечня мероприятий предупреждения чрезвычайных лесопожарных ситуаций и смягчения их последствий для различных режимов деятельности РСЧС 241
6.3 Методика прогнозирования потребностей в силах и средствах для ликвидации верховых беглых и устойчивых лесных пожаров сильной и средней интенсивности - источников чрезвычайных лесопожарных ситуаций - с учетом динамики процессов и оптимальной тактики действий необходимых силЧС 248
6.4 Методика экспресс - оценки ущерба от лесных пожаров с использованием данных космической съемки 251
6.5 Исследование возможностей снижения класса пожарной опасности погодных условий в интересах предупреждения и смягчения последствий чрезвычайных лесопожарных ситуаций 252
Выводы 269
Заключение 273
Список использованной литературы
- Анализ процессов, лежащих в основе прогнозирования последствий чрезвычайных лесопожарных ситуаций
- Обоснование выбора показателей, лежащих в основе прогнозирования динамики чрезвычайных лесопожарных ситуаций
- Обоснование выбора показателей прогнозирования последствий чрезвычайных лесопожарных ситуаций
- Обоснование выбора показателей прогнозирования лесопожарной обстановки
Введение к работе
Актуальность научной проблемы. Анализ современного состояния теоретической базы прогнозирования свидетельствует об отсутствии целостных методологических основ прогнозирования динамики и последствий чрезвычайных лесопожарных ситуаций (ЧЛС), вызванных различными видами лесных пожаров. Их отсутствие не позволяет целенаправленно и скоординировано осуществлять в оперативном режиме, адекватно складывающейся лесопожарной обстановке (ЛПО), информационно-аналитическую поддержку управленческих решений по ликвидации ЧЛС, планировать и осуществлять комплексы профилактических мероприятий, применять необходимые силы и средства. Необходимо создать научную, методологическую базу, которая позволит прогнозировать динамику и возможные последствия ЧЛС с учетом всего комплекса влияющих факторов для принятия обоснованных управленческих решений на различных уровнях управления Единой государственной системы предупреждения и ликвидации ЧС (РСЧС). Все это обуславливает актуальность и необходимость решения сформулированной ниже научной проблемы исследований.
В диссертации поставлена и решена крупная научная проблема, имеющая важное хозяйственное значение. по созданию методологических основ прогнозирования динамики и последствий чрезвычайных лесопожарных ситуаций на основе комплексного анализа и учета влияющих факторов, а также разработки новых согласованных математических моделей прогнозирования указанных процессов в интересах предупреждения чрезвычайных лесопожарных ситуаций и смягчения их последствий.
Объектом исследования в работе является: прогнозирование динамики и последствий чрезвычайных лесопожарных ситуаций, а
предметом исследования - методы, способы и системы прогнозирования чрезвычайных лесопожарных ситуаций.
Пелью проводимых исследований является:
повышение защищенности окружающей природной среды, населения и объектов экономики при угрозе возникновения и возникновении чрезвычайных лесопожарных ситуаций.
Для достижения указанной цели диссертационного исследования решены следующие задачи:
разработан основной понятийный аппарат в области прогнозирования чрезвычайных лесопожарных ситуаций;
осуществлена классификация источников чрезвычайных лесопожарных ситуаций по признаку общности тактики борьбы с ними;
обоснована совокупность методических подходов к прогнозированию ЧЛС, прогнозированию динамики, прогнозированию последствий ЧЛС, к прогнозированию ЛПО;
обоснована классификация прогнозов ЧЛС по уровням;
обоснована классификация ущерба при ЧЛС по масштабам;
разработан комплекс согласованных математических моделей прогнозирования потребностей в силах и средствах для ликвидации источников ЧЛС с учетом динамики процессов и оптимальной тактики действий необходимых сил ЧС;
создана математическая модель прогнозирования экономических, экологических и социальных последствий ЧЛС и общего прямого ущерба с учетом использования необходимых сил ЧС;
разработаны критерии опасности ЛПО на федеральном и региональном уровнях;
создана вербальная математическая модель принятия
управленческих решений по ликвидации ЧЛС;
обоснованы состав и общие требования к системе прогнозирования
чрезвычайных лесопожарных ситуаций;
на основе, созданного автором, методического подхода обоснован типовой перечень мероприятий по предупреждению ЧЛС и смягчению их последствий для различных режимов деятельности РСЧС;
для органов управления РСЧС подготовлены и обоснованы практические рекомендации по оперативному принятию управленческих решений с использованием разработанных автором: методики прогнозирования потребностей в силах и средствах для ликвидации наиболее опасных верховых беглых и устойчивых лесных пожаров сильной и средней интенсивности - источников ЧЛС - с учетом динамики процессов и оптимальной тактики действий необходимых сил ЧС и методики экспресс - оценки ущерба от лесных пожаров с использованием данных космической съемки;
исследованы теоретические возможности снижения класса пожарной опасности погодных условий (КПО) в интересах предупреждения и смягчения последствий ЧЛС и проведена натурная экспериментальная проверка этих возможностей при использовании наиболее эффективных, экологически чистых и малозатратных электрофизических способов и средств воздействия на атмосферные процессы в различных географических условиях (в нашей стране и за рубежом).
Методической и теоретической основой работы является системный анализ содержания проблемы прогнозирования ЧЛС, совокупность методов анализа и синтеза при исследовании основных процессов. При проведении исследований, помимо, разработанного автором, метода комплексного ориентированного прогнозирования чрезвычайных лесопожарных ситуаций (МКОП ЧЛС), также применялись методы теории вероятностей, математической статистики, булевой алгебры (алгебры логики), распознавания образов, экспертных оценок, экстраполяции, математического моделирования, теории исследования
операций, теории управления, теории поиска объектов, экономико-математического моделирования, организации банков данных, элементы искусственного интеллекта.
На защиту диссертации выносятся следующие научные результаты:
комплекс согласованных математических моделей прогнозирования потребностей в силах и средствах для ликвидации источников чрезвычайных лесопожарных ситуаций с учетом динамики процессов и оптимальной тактики действий необходимых сил ЧС;
математическая модель прогнозирования экономических, экологических и социальных последствий чрезвычайных лесопожарных ситуаций и общего прямого ущерба с учетом использования необходимых сил ЧС и включением затрат на ликвидацию ЧЛС;
критерии опасности лесопожарной обстановки для федерального и регионального уровней управления;
вербальная математическая модель принятия управленческих решений по ликвидации чрезвычайных лесопожарных ситуаций;
результаты исследования возможностей снижения класса пожарной опасности погодных условий на базе электрофизических методов воздействия на атмосферные процессы в интересах предупреждения и смягчения последствий чрезвычайных лесопожарных ситуаций.
Научная новизна результатов, выносимых на защиту диссертации заключается в том, что автором впервые:
разработан комплекс согласованных математических моделей прогнозирования потребностей в силах и средствах для ликвидации источ -ников ЧЛС с учетом динамики процессов и оптимальной тактики действий необходимых сил ЧС;
создана математическая модель прогнозирования экономических, экологических и социальных последствий чрезвычайных лесопожарных
ситуаций, вызванных различными видами лесных пожаров, и общего прямого ущерба с учетом использования необходимых сил ЧС и включением затрат на ликвидацию ЧЛС;
разработаны критерии опасности ЛПО для федерального и регионального уровней;
создана вербальная математическая модель принятия управленчес -ких решений по ликвидации ЧЛС;
обоснованы теоретические возможности снижения класса пожарной опасности погодных условий в интересах предупреждения и смягчения последствий ЧЛС и проведена натурная экспериментальная проверка этих возможностей при использовании наиболее эффективных, экологически чистых и малозатратных электрофизических методов и средств воздействия на атмосферные процессы в различных географических условиях.
Полученные результаты исследований позволили создать систему обобщенных знаний, являющихся методологическими основами прогнозирования динамики и последствий ЧЛС.
Научная значимость результатов проведенных исследований заключается в том, что:
обоснованная совокупность методов, способов, математических
моделей и технических средств по их реализации может послужить научно
- методической основой создания системы информационно-
аналитической поддержки управленческих решений по ликвидации ЧЛС;
созданная в ходе исследований совокупность методических подходов: к прогнозированию ЧЛС, к прогнозированию динамики и последствий ЧЛС, к прогнозированию лесопожарной обстановки, к построению системы прогнозирования ЧЛС, к разработке мероприятий по предупреждению ЧЛС и смягчению их последствий; а также математический аппарат прогнозирования динамики и последствий ЧЛС,
могут рассматриваться как теоретическая основа для проведения дальнейших исследований в области лесопожарного прогнозирования;
обоснованные критерии опасности ЛПО могут использоваться для создания математических моделей прогнозирования лесопожарной обстановки;
методологические основы прогнозирования динамики и последствий ЧЛС могут послужить научно-методической базой для разработки учебно -методической литературы для органов РСЧС и специалистов, занимающихся борьбой с лесными пожарами и вызываемыми ими ЧЛС;
обоснованные возможности снижения КПО в интересах предупреждения и смягчения последствий ЧЛС при использовании способов и средств, базирующихся на электрофизических методах воздействия на атмосферные процессы позволяют проводить научные исследования по созданию эффективных способов и средств предупреждения и ликвидации ЧЛС, созданию эффективной, экологически чистой и малозатратной системы предупреждения и борьбы с ЧЛС.
Практическая значимость результатов исследований состоит в том, что, разработанные при проведении диссертационных исследований:
методологические основы прогнозирования динамики и последствий ЧЛС позволяют научно обосновывать управленческие решения по ликвидации ЧЛС и при их реализации повышать защищенность населения, объектов экономики и окружающей природной среды в чрезвычайных лесопожарных ситуациях;
комплекс математических моделей прогнозирования потребностей в силах и средствах и согласованная с ним математическая модель прогнозирования последствий ЧЛС могут послужить методической основой системы информационно-аналитической поддержки управленческих решений по ликвидации ЧЛС, планированию и осуществлению комплексов и мероприятий по предупреждению ЧЛС в
интересах повышения безопасности в таких ЧС;
комплекс математических моделей прогнозирования потребностей в силах и средствах позволяет: оперативно (при использовании современных средств ЭВТ) рассчитывать объемы работ по тушению различных видов лесных пожаров на различных интервалах упреждения; оценивать достаточность имеющихся сил и средств; прогнозировать потребности в силах и средствах (в том числе, дополнительных); выбирать оптимальный по тому или иному критерию вариант реагирования на ЧЛС;
математическая модель прогнозирования последствий ЧЛС может быть использована для оперативных: оценки величины фактического ущерба при ЧЛС, в том числе и затрат на их ликвидацию; прогнозирования величины возможного ущерба при таких ЧС и затрат на их ликвидацию на различных интервалах упреждения и, тем самым, для выбора и обоснования вариантов реагирования на ЧЛС; и принятия обоснованных управленческих решений по ликвидации ЧЛС;
состав и общие требования к построению системы прогнозирования ЧЛС, обоснованные в диссертации, могут быть положены в основу создания большой технической системы - системы прогнозирования ЧЛС;
типовой перечень мероприятий по предупреждению ЧЛС и смягчению их последствий для различных режимов деятельности РСЧС может быть положен в основу осуществления структурными звеньями системы РСЧС мероприятий по предупреждению ЧЛС и смягчению их последствий;
применение методики прогнозирования потребностей в силах и средствах для ликвидации верховых беглых и устойчивых лесных пожаров сильной и средней интенсивности - источников ЧЛС с учетом динамики процессов и оптимальной тактики действий необходимых сил ЧС и методики экспресс - оценки ущерба от лесных пожаров с использованием данных космической съемки позволяет органам управления РСЧС
оперативно принимать обоснованные управленческие решения по ликвидации ЧЛС в условиях ограниченного времени и объема исходных данных;
запатентованный новый перспективный экологически чистый, малозатратный способ и средства предупреждения ЧЛС на базе электрофизических методов воздействия на атмосферные процессы прошли многократную натурную экспериментальную проверку в различных географических условиях, показали свою эффективность и могут быть использованы для предупреждения возникновения и развития источников ЧЛС.
Апробация научных положений диссертации проведена на научных, научно- практических и научно-технических международных и всероссийских сессиях, конференциях, симпозиумах, семинарах и совещаниях, в том числе:
на научно- практической конференции "Современные проблемы тушения пожаров" в Московском институте пожарной безопасности в г. Москве 22-23 апреля 1999 года;
на международной конференции "Пожары в лесу и на объектах лесохимического комплекса: возникновение, тушение и экологические последствия" в г. Красноярске 10-15 июля 1999 года;
на международном симпозиуме "Человек и катастрофы: проблемы обучения новым технологиям и подготовки населения и специалистов к действиям в чрезвычайных условиях" в г. Москве 1-2 июня 1999 года;
на научной сессии "МИФИ-2000" в Московском инженерно- физии -ческом институте в г. Москве 17-21 января 2000 г.;
на международной конференции "Проблемы правовых и экономических способов предупреждения и минимизации ущерба, возникшего в условиях чрезвычайных ситуаций" в г. Москве 25-26 апреля 2000 года;
на совещании - семинаре руководящего состава Министерства природных ресурсов России в г. Санкт - Петербурге 18-20 декабря 2001 года;
на международном симпозиуме "Комплексная безопасность России -исследования, управление, опыт" в г. Москве 30-31 мая 2002 года;
на XLVI научной конференции Московского физико - технического института (государственного университета) в г.г. Москве и Долгопрудном Московской области 28-29 ноября 2003 года;
на международном симпозиуме "Комплексная безопасность России -исследования, управление, опыт" в г. Москве 26-27 мая 2004 года;
на заседании рабочей группы при Президенте РАН по анализу риска и проблем безопасности РГ РАН "РИСК И БЕЗОПАСНОСТЬ" 6 апреля 2004 года;
в ходе проведения в последние годы натурных экспериментов с использованием мобильного комплекса по снижению класса пожарной опасности погодных условий на базе электрофизических методов воздействия на атмосферные процессы в различных географических условиях в нашей стране и за рубежом.
Реализация и внедрение результатов исследования осуществлены:
в научно-производственной деятельности Российского государственного проектно-изыскательского института "Росгипролес" (г. Москва - акт реализации вх. № 245 от 04 февраля 2000 года) при разработ -ке Генеральных планов противопожарного устройства лесов субъектов Российской Федерации;
в информационном обеспечении по чрезвычайным ситуациям и экологической безопасности Главного управления информационных систем Федерального агентства правительственной связи и информации при Президенте Российской Федерации (г. Москва- акт реализации
вх. № 244 от 04 февраля 2000 года);
в ГОСТе Р 22.1.09-99 "Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Мониторинг и прогнозирование лесных пожаров. Общие требования" (г. Москва - акт реализации вх. № 427 от 25 февраля 2000 года);
при разработке технического задания на научно - исследователь -скую работу (г. Москва - акт реализации вх. № 461 от 01 марта 2000 года) по теме: "Разработка математических моделей развития опасных природных явлений. Совершенствование системы оперативного прогнозирования, оценки последствий и контроля потенциально опасных территорий на основании применения космических средств. Совершенствование методической базы ВЦМГГ (пункт 3.2.3 Единого тематического плана НИОКР МЧС России на 1999 год);
при разработке в МЧС России "Долгосрочного прогноза чрезвычайных ситуаций на осенне-зимний период 1999 - 2000" (г. Москва - акт реализации вх. № 477 от 02 марта 2000 года);
при разработке в МЧС России "Перечня основных превентивных мероприятий по снижению риска возникновения чрезвычайных ситуаций и уменьшению их последствий" (далее - Перечня). Данный Перечень, в соответствии с Указанием первого заместителя Министра МЧС России, предназначен для должностных лиц органов управления регионального и местного уровней специально уполномоченных решать задачи по предупреждению и ликвидации ЧС, а также в качестве учебного пособия при подготовке специалистов в данной области (г. Москва - акт реализации вх. № 478 от 02 марта 2000 года);
при ликвидации чрезвычайных лесопожарных ситуаций в Вологод -ской области в августе 1999 года в практической деятельности противопожарной службы МЧС России (г. Москва - акт реализации вх. № 479 от 02 марта 2000 года);
в "Методике оперативной оценки последствий лесных пожаров" и
"Методике экспресс - оценки ущерба от лесных пожаров с использованием данных космической съемки", аттестованых Межведомственной комиссией по предупреждению и ликвидации ЧС и рекомендованных к использованию в РСЧС (Протокол № 6 от 18 декабря 2001 года, акты реализации: вх. № 1137 от 18 июня 2002 года и вх. № 1136 от 18 июня 2002 года, соответственно).
Исследования по тематике диссертации проводились в рамках плановых научно-исследовательских работ, поставленных Министерством образования и науки Российской Федерации и МЧС России.
Публикация. Основной материал диссертации изложен в 51 научном труде (из них 42 печатных), в том числе 3 монографиях.
В ходе диссертационных исследований нами в соавторстве с МЛ. Шахраманьяном получены два патента на изобретение и на полезную модель, а также поданы и проходят экспертизу по существу две заявки на изобретение. Авторы патента "Способ управления атмосферными процессами" Подрезов Ю.В. и Шахраманьян М.А. в 2004 году награждены Золотой медалью и Дипломом на ежегодном Всемирном Салоне инноваций, научных исследований и новых технологий "Брюссель -Эврика", а также Кубком одного из министров Бельгии.
"За разработку новых технологий предупреждения и смягчения последствий чрезвычайных ситуаций природного характера на базе электрофизических методов воздействия на атмосферные процессы с использованием ионизаторов воздуха типа "ГИОНК" наша работа отмечена Дипломом Организационного комитета Девятого Всероссийского научно - промышленного форума "РОССИЯ ЕДИНАЯ". Диплом подписан Министром образования и науки РФ (Председателем Организационного комитета) я губернатором Нижегородской области (заместителем Председателя Организационного комитета).
Основное содержание диссертации изложено на 293 страницах
машинописного текста и включает: таблиц - 7 страниц; рисунков - 18 страниц; список использованной литературы, состоящий из 137 наименований на 15 страницах и приложений общим объемом 101 страница машинописного текста. В Приложении 1 приведено 9 актов внедрения и реализации основных результатов исследования.
Диссертация состоит из введения; шести разделов; заключения; списка использованной литературы и приложений.
В первом разделе диссертации на базе разработанного автором нового методического подхода к прогнозированию ЧЛС всесторонне проанализирована общая методологическая база прогнозирования. Обосновано выделение лесопожарного прогнозирования (ЛПП) как самостоятельной составной части естествоведческого прогнозирования. Выполнен углубленный анализ общих методов прогнозирования в аспекте возможностей их применения для исследования вопросов прогнозирования динамики и последствий ЧЛС. С использованием разработанного автором МКОП ЧЛС исследованы содержание и возможности создания методологических основ прогнозирования динамики и последствий ЧЛС как совокупности методов, способов, согласованных математических моделей и методик, а также технических средств их реализующих. Выполнен анализ факторов, влияющих на прогнозирование динамики и последствий ЧЛС, ЛПО. Сделаны выводы о современном состоянии лесов Российской Федерации в лесопожарном аспекте. Выделена та совокупность факторов, которые оказывают наибольшее влияние на исследуемые процессы и их современное состояние. На основе анализа достижений и нерешенных вопросов в избранной области обоснованы направления исследований, осуществлена постановка крупной научной проблемы, имеющей важное хозяйственное значение и изложен методический замысел ее решения.
Второй раздел работы посвящен обоснованию методологических
основ прогнозирования динамики ЧЛС. На базе разработанного автором нового методического подхода к прогнозированию динамики ЧЛС, обоснованы показатели прогнозирования динамики ЧЛС, описывающие прогнозируемый процесс. Впервые обоснованы совокупность исходных данных для прогнозирования динамики ЧЛС, что позволяет комплексно использовать такие данные от мониторинговых сетей различных ведомств. Основу второго раздела составляет впервые созданный автором комплекс согласованных математических моделей прогнозирования потребностей в силах и средствах для ликвидации источников ЧЛС с учетом динамики процессов и оптимальной тактики действий необходимых сил ЧС, являющийся базовой составной частью методологических основ прогнозирования динамики и последствий ЧЛС.
В третьем разделе работы обоснованы методологические основы прогнозирования последствий ЧЛС. Создан новый методический подход к прогнозированию последствий ЧЛС. Впервые обоснованы основные показатели и совокупности исходных данных для прогнозирования последствий ЧЛС, варианты и порядок их получения, проанализированы возможности использования статистических данных для моделирования последствий таких ЧС. Основой раздела является разработка новой математической модели прогнозирования экономических, экологических и социальных последствий ЧЛС и общего прямого ущерба с учетом использования необходимых сил ЧС и включением затрат на ликвидацию ЧЛС, согласованной с комплексом математических моделей прогнозирования потребностей в силах и средствах.
В четвертом разделе нами обоснованы новые: методический подход к прогнозированию лесопожарной обстановки и основные показатели, характеризующие ЛПО, состав и особенности сбора исходных данных для ее прогнозирования. Впервые обоснованы и определены:
среднегодовой, среднемесячный, средний недельный и средний суточный критерии опасности ЛПО для федерального и регионального уровней.
В пятом разделе исходя из состава, объема, полноты и периодичности поступления мониторинговой информации, моделей объектов прогнозирования, структуры конечных прогнозов и возможного состава средств обработки данных обоснована технология прогнозирования ЧЛС. Обоснованы состав и общие требования к системе прогнозирования динамки и последствий ЧЛС, как большой технической системе. Впервые создана вербальная математическая модель принятия управленческих решений по ликвидации ЧЛС. Определены особенности верификации прогнозов ЧЛС.
В шестом разделе автором разработаны практические рекомендации органам управления РСЧС по предупреждению ЧЛС и смягчению их последствий. Создан методический подход к разработке мероприятий по предупреждению ЧЛС и смягчению их последствий и обоснованы практические рекомендации по типовому перечню мероприятий по предупреждению ЧЛС и смягчению их последствий для различных режимов деятельности РСЧС. Обоснованы практические рекомендации для органов управления РСЧС по принятию управленческих решений по ликвидации ЧЛС с использованием методики прогнозирования потребностей в силах и средствах для ликвидации наиболее опасных верховых беглых и устойчивых лесных пожаров сильной и средней интенсивности - источников ЧЛС - с учетом динамики процессов и оптимальной тактики действий необходимых сил ЧС и методики экспресс - оценки ущерба от лесных пожаров с использованием данных космической съемки. Обоснованы результаты теоретических исследований возможностей снижения класса пожарной опасности погодных условий в интересах предупреждения и смягчения последствий ЧЛС и натурной экспериментальной проверки этих возможностей при
использовании электрофизических методов и средств воздействия на атмосферные процессы в различных географических условиях (в нашей стране и за рубежом).
В Заключении формулируются в общем виде достигнутые научные и практические результаты работы, вьгеоды по ней в целом и определяются направления дальнейших исследований по данной проблематике.
В Приложениях помещены дополнительные материалы, иллюстрирующие и дополняющие выдвигаемые в диссертации положения.
Анализ процессов, лежащих в основе прогнозирования последствий чрезвычайных лесопожарных ситуаций
Величина ущерба при ЧЛС, как показано в подразделе 3.1 диссертации, определяет последствия таких чрезвычайных ситуаций. А, именно, ущерб при ЧЛС определяется ущербом от прекращения или снижения выполняемых лесом функций, уничтожением ресурсов побочного и прижизненного пользования и затратами на ликвидацию ЧЛС.
Анализ ряда исследовательских работ /10-11, 15-18, 83-98/, свидетельствует о том, что лес в жизни человека играет двоякую роль. С одной стороны, лес дает огромное количество природных ресурсов, сырья и в первую очередь древесины. С другой стороны, роль лесов определяется самими их природными свойствами, к которым относятся: воздействие на биосферу, защитные
функции, способность к воспроизводству сырьевых ресурсов. Леса выполняют эту роль постоянно и непрерывно. Вместе с тем, интенсивность их воздействия на окружающую среду зависит от их качества и состояния, но в целом она определяется значительной площадью лесных природных комплексов на территории страны. Подробный анализ функций и особенностей леса, как источника лесных ресурсов выполнен в работах автора /17,18/. Лес выполняет сырьевую, средозащитные и рекреационную функции, служит источником ресурсов побочного и прижизненного пользования (размещение ульев и пасек; заготовка и сбор дикорастущих плодов, орехов, грибов, ягод, лекарственных растений, технического сырья; сенокошение; пастьба скота и т.п.). Сырьевая функция заключается в том, что лес является источником древесины, дров. Средозащитные функции включают: санитарно-гигиеническую, водоохранную, водорегулирующую и водозащитную, почво- и полезащитную. Лес необходим человеку и как комплекс санитарно-оздоровительных, защитно-стабилизирующих и рекреационных свойств. Потребность в рекреационных свойствах лесов особенно велика у городского населения. Города бывшего СССР занимают около 45% территории, но в них сосредоточено около 75% населения. Густота населения в городской местности приблизительно в 640 раз выше, чем в сельской. Около 35% населения считают отдых в лесу лучшим видом рекреации, если отдых сопряжен с посещением водоемов /90/.
Источник чрезвычайной лесопожарной ситуации - лесной пожар - может привести к прекращению или снижению следующих функций леса: сырьевой, средозащитных и рекреационной. При этом могут быть уничтожены или сокращены ресурсы побочного и прижизненного пользования, уничтожены ценнейшие животные и растения, в том числе и занесенные в Красную книгу Российской Федерации.
Анализ современного состояния лесов Российской Федерации в лесопожарном аспекте выполнен в работах автора /6,7,97,98/. На основе этого анализа можно сделать следующие выводы:
Российская Федерация обладает самой большой площадью, покрытой лесом (приблизительно 22% от мировой) и самым большим запасом древесины (22% от мировых); на территории России выделяются три группы лесообразующих пород -хвойные (с запасом древесины приблизительно 78,9% от общего запаса), мягколиственные (с запасом древесины приблизительно 16,6% от общего запаса) и твердолиственные (запасом древесины приблизительно 2,4 % от общего запаса); в возрастной структуре лесов преобладают спелые, перестойные и приспевающие насаждения (составляющие запас древесины приблизительно 70,4 % от общего запаса); в Европейско-Уральской части территории страны добывается значительно больше древесины, чем в Азиатской части; в последние годы возрастают среднегодовые площади пожаров и средняя площадь пожара, что вызвано уменьшением интенсивности наземного и авиационного наблюдения при охране лесов из-за недостаточного финансирования этих работ; на значительных площадях леса погибают от вредителей и насекомых, а также в результате ветровала, бурелома, снеговала и снеголома.
Анализ особенностей ликвидации ЧЛС, выполненный в работах /7,8, 99-113/, свидетельствует, что затраты на ликвидацию ЧЛС определяются, прежде всего, количеством и составом сил и средств, необходимых для борьбы с источником таких ЧС. Количество необходимых сил и средств определяется объемами работ по тушению лесного пожара - источника ЧЛС, которые зависят, с одной стороны, от величины площади, пройденной огнем, а, с другой - от избранного способа его тушения. В основе выбора способа тушения лесного пожара лежит вид пожара. К настоящему времени накоплен большой опыт борьбы с различными видами лесных пожаров, позволяющий выбирать оптимальные способы тушения пожара того или иного вида ЛП.
Вместе с тем, на величине затрат на ликвидацию ЧЛС существенным образом сказывается: заработная плата (с начислениями), привлекаемых к тушению пожара рабочих министерств, ведомств, организаций, предприятий и населения; стоимость эксплуатации машин, тракторов, других механизмов, используемых при тушении ЛП; стоимость израсходованных при тушении ЛП материалов, средств тушения и другого имущества, использованного (или которое будет использовано) при тушении пожара; расходы на питание работников, занятых на тушении ЛП; другие расходы, предусмотренные действующим законодательством (почтово-телеграфные, медицинские и другие).
Таким образом, в основе прогнозирования последствий ЧЛС лежат факторы, определяющие, в рамках диссертационных исследований, величину ущерба окружающей природной среде при ЧЛС и величину затрат на ликвидацию таких ЧС.
Обоснование выбора показателей, лежащих в основе прогнозирования динамики чрезвычайных лесопожарных ситуаций
В рамках настоящей диссертации мы рассматриваем динамику ЧЛС, ограничиваясь воздействием поражающих факторов источника ЧЛС на окружающую природную среду. В подразделе 2.1 показано, что динамика ЧЛС определяется динамикой ущерба при таких ЧС с включением затрат на их ликвидацию. Для прогнозирования величины затрат на ликвидацию ЧЛС необходимо прогнозировать потребности в силах и средствах для борьбы с поражающими факторами источника ЧЛС, вызванных различными видами лесных пожаров. В рамках данного раздела остановимся на моделировании данного процесса. При этом должна быть учтена и формализована оптимальная тактика тушения каждой группы пожаров, в соответствии с классификацией, приведенной в подразделе 2.1. В основе такой формализации должны лежать способы тушения каждой из указанных групп ЛП, нормативные характеристики производительностей сил и средств по тушению пожаров.
В основе же динамики потребностей в силах и средствах лежит динамика источника ЧЛС, которая определяется, как показано в подразделе 2.1 диссертации, динамикой площади лесного пожара.
Анализ факторов, влияющих в целом на динамику площади ЛП, выполненный в подразделе 1.2, показывает, что ее следует рассматривать как результат развития, взаимного влияния и взаимодействия совокупности природных факторов: погодных условий, лесных горючих материалов и рельефа местности на процессгорения.
В литературе при решении задач в области лесной пирологии используется ряд общепринятых показателей, которые целесообразно применять для прогнозирования затрат на ликвидацию ЧЛС, в том числе прогнозирования потребностей в силах и средствах для борьбы с лесными пожарами различных видов, и, в последующем, прогнозирования ущерба при ЧЛС. К числу таких показателей следует отнести: начальную площадь (периметр) ЛП; текущую площадь (периметр) ЛП; класс пожарной опасности погодных условий; класс природной горимости лесных участков; скорость распространения фронта пожара; скорость распространения флангов пожара; скорость распространения тыла пожара; время распространения элементов пожара; вид пожара; скорость ветра; направление ветра; уклон местности; время подхода кромки пожара к защищаемому объекту; скорость тушения кромки лесного пожара различными средствами пожаротушения; скорость тушения кромки лесного пожара одним рабочим в зависимости от лесорастительных условий; производительности средств пожаротушения при создании заградительных и опорных полос различными; а также ряд показателей, характеризующих затраты непосредственно на применение сил и средств, использование которых целесообразно с методической точки зрения обосновать в подразделе 3.2 диссертации.
Анализ задач, стоящих перед РСЧС свидетельствует о том, что для их решения вышеуказанная совокупность показателей позволит построить адекватные прогнозные математические модели, которые с достаточной точностью позволят принимать обоснованные управленческие решения.
На основе анализа факторов, влияющих на динамику ЧЛС, выборе соответствующих показателей базируется состав исходных данных, необходимых для проведения прогнозных расчетов.
В основе динамики ЧЛС лежит динамика ЛП (динамика площади или периметра пожара), определяемая следующей совокупностью показателей: пожарной опасностью погодных условий; природной горимостью лесных участков; текущей и начальной площадью (или периметром) лесного пожара; видом пожара; интенсивностью пожара; скоростью и направлением приземного ветра.
Следовательно, состав исходных данных для прогнозирования потребностей в силах и средствах для ликвидации источников чрезвычайных лесопожарных ситуаций с учетом динамики процессов и оптимальной тактики действий необходимых сил ЧС должен быть следующим (в зависимости от вида ЛП): начальная площадь (периметр) ЛП; класс пожарной опасности погодных условий; класс природной горимости лесных участков; вид пожара; скорость и направление приземного ветра над ЛП; уклон местности в районе ЛП; скорость тушения кромки лесного пожара различными средствами пожаротушения; скорость тушения кромки лесного пожара одним рабочим в зависимости от лесорастительных условий; производительности средств пожаротушения при создании заградительных и опорных полос различными средствами.
Пожарная опасность погодных условий описывается классами пожарной опасности погодных условий в соответствии с комплексным коэффициентом пожарной опасности погодных условий (табл.П.2.2). Законодательно сбор и обработка мониторинговой и прогностической информации о пожарной опасности погодных условий закреплен за Росгидрометом с его сетью наблюдения и контроля. Посты этой сети расположены по всей территории страны.
Анализ информации о классах пожарной опасности погодных условий получаемых в Росгидромете свидетельствует о целесообразности и возможности ее получения с детализацией до административного района.
Сбор и обработка указанной мониторинговой и прогностической информации ежесуточно осуществляется в Гидрометцентре России. Такая информация на основе законов и других нормативно-правовых актов федерального уровня и уровня субъектов РФ, а также двухсторонних и многосторонних договоров может представляться министерствам, ведомствам и организациям по современным каналам связи (электронная почта, Интернет, модемная и факсимильная связь, телефон).
Обоснование выбора показателей прогнозирования последствий чрезвычайных лесопожарных ситуаций
Специфичность прогнозирования как раздела науки состоит в изучении будущих состояний развивающихся явлений, процессов, которые могут быть выражены некоторой совокупностью показателей, имеющих количественное и качественное содержание. Такое исследование предполагает создание определенной методологической базы, на которой основываются конкретные разработки.
Выбор показателей прогнозирования последствий ЧЛС базируется на использовании созданного автором метода комплексного ориентированного прогнозирования ЧЛС /10,17,18,20,28,34/, методическом подходе к прогнозированию последствий таких ЧС (подраздел 3.1).
Исходя из анализа основных факторов, влияющих на прогнозируемый процесс, выполненного в подразделе 1.3, можно сделать вывод о возможности и целесообразности использования общепринятых и обоснованных автором показателей или групп показателей, применяемых в исследованиях и расчетах потребностей в силах и средствах для ЧЛС.
Прогнозирование ущерба при ЧЛС должно основываться, прежде всего, на прогнозировании динамики источника ЧЛС, т.е. той площади, которая будет пройдена огнем лесного пожара за определенные интервалы времени (интервалы упреждения). От величины этой площади зависят и значения других показателей, характеризующих суммарный ущерб при ЧЛС.
При развитии ЧЛС, как показано в подразделе 3.1 диссертации, лес, пройденный огнем пожара теряет или снижает ряд своих функций, а именно, сырьевую, рекреационную, средозащитную. Уничтожаются или повреждаются: древостой, ресурсы прижизненного и побочного пользования, пищевых продуктов, лекарственного, технического и минерального сырья. Прогнозирование ущерба при ЧЛС, таким образом, должно базироваться на показателях, описывающих вышеуказанные процессы. Следовательно, можно выделить группы показателей прогнозирования последствий ЧЛС, а именно, показатели, характеризующие ущерб от прекращения или снижения вышеназванных функций леса и уничтожения или сокращения ресурсов леса. К числу таких показателей следует отнести /6,7,17,18/: географические координаты очагов ЛП (ЧЛС); площадь (периметр), пройденную огнем; вид и интенсивность ЛП; породный состав древостоя на площади, пройденной огнем; процентное соотношение породного состава на площади, пройденной огнем; запас древесины по породам на корню в момент оценки; замыкающие затраты на получение одного кубического метра древесины; ценностной коэффициент древесного запаса на корню; индивидуальные затраты на производство одного кубического метра древесины; удельные капитальные вложения на заготовку и вывоз одного кубического метра древесины, определяемые как частное от деления балансовой стоимости основных фондов лесозаготовительного производства на объем лесозаготовок в рассматриваемой зоне; удельные капитальные вложения на выращивание одного кубического метра древесины, определяемые как частное от деления основных производственных фондов по лесному хозяйству на общий средний прирост древесного запаса; минимальные ставки платы за древесину основных и не основных пород, отпускаемых на корню; себестоимость выращивания одного кубического метра древостоя, которая определяется как частное от деления суммы операционных затрат на общий средний годовой прирост древесины по зоне; фактический или ожидаемый запас древостоев в возрасте рубки; возраст рубки в годах; фактический возраст насаждения в момент оценки в годах; ценностной коэффициент сортимента древесины; долевое участие сортимента древесины в общем запасе в процентах; число видов сортиментов древесины; объемы отдельных сортиментов древесины; породный состав лесов по лесорастительным зонам; выход каждого вида продукции побочного и прижизненного пользования с одного гектара лесной площади; чистый доход с единицы вида продукции побочного и прижизненного пользования в рублях; количество видов продукции; коэффициент, характеризующий привлекательность оцениваемого участка леса, определяемый как отношение фактической средней посещаемости к нормативной (предельно допустимой).; приведенные затраты на благоустройство и содержание (эксплуатацию), соответственно, фактически освоенных и наихудших (замыкающих) в рекреационном отношении оцениваемых участков леса; среднегодовое количество отдыхающих в течение одного дня на территории леса; экономию затрат на отдых в лесу одного человека в течение одного дня; уменьшение стока подземных вод в случае гибели лесов; водосборную площадь бассейна реки; площадь, пройденную огнем в лесу в пределах водосборной площади бассейна реки; ренту с одного кубического метра воды в рублях; дополнительные затраты на улучшение качества воды, очистку водоемов в связи с уменьшением лесистости; величину каждого свойства одного гектара леса, а, именно, объем выделяемого кислорода, количество задержанной пыли, количество поглощенной углекислоты и т.п.; затраты на получение единицы объема кислорода, очистку воздуха от пыли и газов промышленными методами; количество санитарно-гигиенических функций рассматриваемых лесов; заработную плату (с начислениями) привлекаемых к тушению пожара работников министерств, ведомств, организаций, предприятий (лесхозов; баз авиационной охраны лесов (мехотрядов, авиаотделений), МЧС России, МВД РФ и других организаций и предприятий) и населения за отработанное количество часов; стоимость эксплуатации машин, тракторов, других механизмов, используемых при тушении ЛП; количество привлекаемых к тушению пожара рабочих министерств, ведомств, организаций, предприятий и населения; количество машин, тракторов, других механизмов, используемых при тушении ЛП; стоимость израсходованных при тушении ЛП материалов, средств тушения и другого имущества, использованного (или которое может быть использовано) при тушении пожара; расходы на питание одного работника, занятого на тушении ЛП; величину расходов, предусмотренных действующим законодательством на почтово-телеграфные и другие нужды.
Таким образом, исследования проведенные лично автором /6-36/ и приведенные в данном подразделе рассуждения позволили выделить и обосновать приведенную выше совокупность показателей прогнозирования последствий ЧЛС.
Обоснование выбора показателей прогнозирования лесопожарной обстановки
Как показано в подразделе 4.1 при прогнозировании ЛПО выделяются следующие объекты прогнозирования: прогнозирование источников ЧЛС (их места, времени, масштабов и т.п.); прогнозирование динамики и последствий каждой ЧЛС; прогнозирование опасности ЛПО.
На основе методических подходов, изложенных в подразделах 1.1,2.1., 3.1 и 4.1 диссертации, анализа факторов, лежащих в основе прогнозирования лесопожарной обстановки можно прийти к заключению о том, что прогнозирование возникновения источников ЧЛС должно базироваться на учете следующих факторов: совокупности погодных условий; составе лесных горючих материалов; запасе подсушенных лесных горючих материалов на определенных площадях (в результате ветровала, бурелома, снеговала, снеголома, сухостой, горельники, поврежденные вредителями деревья); наличии действующих очагов лесных пожаров и ЧЛС на рассматриваемой территории; наличии и количестве молниевых разрядов над лесными участками 3-5 классами пожарной опасности погодных условий и 1-3 классами природной горимости лесных насаждений; наличии потенциальных источников огня - расположения рассматриваемой территории в 5, 10, 20, 30, 50 и более 50 км зонах вокруг населенных пунктов, железных и автомобильных дорог, мест производственной деятельности на лесной площади; количестве очагов и площадей, пройденных огнем с начала пожароопасного сезона и за истекшие, месяц, 5-6 дней, сутки (в том числе верховыми пожарами); наличии залежей торфа; наличия объектов социальной и производственной сфер в районах с повы шенной пожарной опасностью; распределении снежного покрова по территории и его высота; водности снежного покрова; прогноза циклоничности. Последние три характеристики следует учитывать в первый месяц пожароопасного сезона/17-18/.
Следует отметить, что при разработке различных видов прогнозов (долгосрочных, среднесрочных, краткосрочных и оперативных) учитываются различные наборы факторов. Обоснование выбора таких факторов приведено в работах/15,17-19/.
Совокупность погодных условий, как показано в подразделе 1.2 диссертации, характеризуется показателем Нестерова (или же классами пожарной опасности погодных условий), который учитывает температуру окружающего воздуха и влагосодержание ЛГМ, т.е. готовность их к воспламенению. Этот показатель является общепризнанной характеристикой пожарной опасности погодных условий в нашей стране. Статистические данные свидетельствуют о том, что наиболее часто пожары возникают при 4-5 классе пожарной опасности погодных условий, несколько реже при 3 классе /17-19/.
Лесные горючие материалы характеризуются природной горимостью, в соответствии с которой, И.С. Мелеховым была предложена классификация (шкала) лесных насаждений по классам их горимости. Наиболее часто лесные пожары возникают на участках лесной площади с 1-2 классами природной горимости, несколько реже с 3 классом. Было отмечено, что в периоды массового сбора ягод, грибов, орехов и т.п. количество случаев возникновения лесных пожаров на участках с 3 классом природной горимости лесных насаждений заметно возрастает/17-19/.
Среди совокупности ЛГМ, как показано в подразделе 1.4 диссертации, еле дует выделять и запасы подсушенного ЛГМ на определенной территории лесной площади. Именно такой материал наиболее готов к воспламенению и поддержанию горения. Показатель - величина запаса подсушенных лесных горючих материалов на определенной территории лесной площади для прогнозирования ЛПО вводится автором впервые.
Обоснование выбора остальных характеристик вытекает из необходимости учета факторов, влияющих на ЛПО и описанных в подразделе 1.4 диссертации.
Учитывая то, что в мире не решена проблема долгосрочного и среднесрочного прогнозирования погодных условий, определяющая прогнозирование ЛПО, наиболее ценными для прогнозирования лесопожарной обстановки могут служить интегральные показатели, описывающие соответствующие факторы: цикличность опасности пожарной обстановки для данной территории; сроки лесопожарньгх максимумов и пиков для данной территории.
Интегральные характеристики учитывают совокупности действия базовых факторов в различных их сочетаниях. Эти показатели используются в последние годы специалистами Рослесхоза и МЧС России для решения определенных задач. Однако для прогнозирования ЛПО такие показатели вводятся нами впервые.
Прогнозирование динамики и последствий отдельных ЧЛС основывается на использовании показателей, описанных в разделах 2 и 3 диссертации. Опасность ЛПО характеризуется следующими показателями: превышением суммарного количества действующих очагов лесных пожаров и вызванных ими чрезвычайных лесопожарных ситуаций на определенной территории лесной площади соответствующих среднестатистических критериев; превышением суммарной площади действующих очагов лесных пожаров и вызванных ими чрезвычайных лесопожарных ситуаций на определенной территории лесной площади соответствующих среднестатистических критериев; видами лесных пожаров и масштабами ЧЛС на определенной территории лесной площади; наличием угрозы защищаемым объектам; количеством необходимых сил и средств для борьбы с лесными пожарами и ЧЛС и их ведомственной принадлежностью.
