Введение к работе
Актуальность темы. В последние годы сохраняется устойчивая тенденция роста количества и масштабов чрезвычайных ситуаций (ЧС) природного и техногенного характера. Они становятся все более опасными для населения, окружающей среды и экономики. Последствия производственных аварий с пожарами, особенно на объектах нефтеперерабатывающей и химической промышленности, представляют большую опасность, поскольку имеют высокую скорость распространения огневого фронта и продуктов горения.
Это, например, подтвердили трагические события, происшедшие в результате пожара на производственном объединении «Азот» г. Ионава (19.03.89 г.), когда образовалось большое количество токсичных продуктов, распространение которых потребовало эвакуации более 40 тыс. чел., при этом глубина опасной зоны загазованности составила 35-40 км. Происшедший пожар на нефтебазе в г. Ногинске Московской области (15.06.05 г.) потребовал эвакуации из близлежащих домов более 800 чел.
При крупных лесных и торфяных пожарах часто возникает сильное задымление и загазованность продуктами горения. Дым от лесных пожаров распространяется на огромные территории. Например, дым от пожаров торфяников в европейской части России в 1972 г. распространился на 5500 км. В 2010 г. плотный дым от лесоторфяных пожаров накрыл Москву и многие другие города и населенные пункты на территории Московской, Нижегородской, Владимирской, Новгородской, Рязанской, Воронежской и других областей.
Пожары, возникающие при ведении военных действий, характеризуются образованием обширных зон загазованности и задымления. Примерами таких пожаров служат массовые пожары во время 2-й мировой войны, при ведении военных действий в Ираке и Югославии.
Приведенные примеры показывают высокую опасность ЧС с пожарами и необходимость прогнозирования обстановки в интересах заблаговременного планирования мероприятий по защите населения, по борьбе с пожарами и по противопожарному обеспечению населенных пунктов, объектов экономики и инфраструктуры.
В соответствии с Федеральным законом «О защите населения и территорий от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера» (ФЗ № 68) к числу основных мероприятий по обеспечению готовности к реагированию на ЧС следует отнести: прогнозирование возможных ЧС и их масштабов; раннее предупреждения органов управления и сил о надвигающейся опасности; заблаговременное планирование действий по защите населения.
В целом, разработка методов прогнозирования пожарной обстановки, получения конкретных результатов прогноза и выработка эффективных мер по защите населения являются важнейшими задачами МЧС России. Актуальность проведения подобных прогнозов отмечена в Приказе МЧС России от 25.10.2004 г. № 484 «Об утверждении типового паспорта безопасности территорий субъектов Российской Федерации и муниципальных образований».
Вопросами прогнозирования последствий крупных пожаров, взрывов и аварий на различных объектах, а также вопросами защиты населения занимались как ученые ВНИИПО, так и других организаций. Большой вклад в развитие этого направления внесли Девлишев П.П., Копылов Н.П., Гостинцев Ю.А., Акимов В.А., Цивилев М.П., Кимстач И.Ф., Братков А.А., Микеев А.К., Баратов А.Н., Мишуев А.В., Повзик Я.С., Макеев В.И., Шебеко Ю.Н. и многие другие ученые.
Актуальность разработки научно-методических основ прогнозирования пожарной обстановки и комплексной защиты населения связаны также с совершенствованием единой государственной системы предупреждения и ликвидации ЧС и созданием Национального Центра управления в кризисных ситуациях (НЦУКС). Одной из задач НЦУКС является моделирование развития и оценка последствий ЧС с пожарами в целях выработки адекватных решений по борьбе с ЧС и по защите населения.
Проведенный аналитический обзор показывает, что вопросы комплексной защиты населения в условиях ЧС, сопровождающихся пожарами, изучены недостаточно. Так, при прогнозировании обстановки при ЧС с пожарами отсутствует комплексный подход к описанию распространения продуктов горения с использованием соответствующих математических моделей.
В существующих методиках и математических моделях по оценке последствий ЧС не рассмотрены вопросы учета пожаров и вопросы оценки зон загазованности продуктами горения.
Проведенные экспериментальные исследования по изучению характеристик пожаров позволили оценить особенности развития крупномасштабных пожаров, дать оценку выхода и количественного состава продуктов горения. Вместе с тем, неполно исследован состав продуктов горения, образующихся при пожарах различных материалов.
Неполно исследованы пути и условия эффективного обеспечения применения защитных мероприятий населения при возникновении ЧС, сопровождающихся пожарами. Отсутствуют рекомендации по составлению планов защиты населения при таких ЧС.
Вследствие высокой опасности ЧС с пожарами возникает необходимость решения задачи по выбору вариантов по защите населения при пожарах в условиях загазованности продуктами горения.
В связи с этим вопросы защиты населения при пожарах, сопровождающихся образованием зон загазованности, являются актуальной научно-методической задачей, имеющей важное практическое значение.
Цель работы. Цель настоящей работы - разработать принципы и варианты защиты населения при пожарах, сопровождающихся загазованностью территорий продуктами горения.
Для достижения указанной цели необходимо было решить следующие задачи:
выбрать математическую модель оценки высоты подъема конвективной колонки продуктов горения в поле ветра;
создать методику для оперативного и заблаговременного расчета зон загазованности при пожарах;
разработать экспериментальные комплексы и методики, исследовать количественный и качественный состав продуктов горения различных материалов, характерных для городской застройки, полигонов твердых бытовых отходов (ТБО) и пожароопасных промышленных объектов;
оценить зоны загазованности по степени поражения и осуществить зонирование территории вокруг пожароопасных объектов;
обосновать принципы защиты населения при ЧС с пожарами;
разработать варианты и комплексы защиты населения при ЧС с пожарами;
разработать рекомендации по составлению планов защиты населения при ЧС с пожарами, которые включают в себя характеристику возможной пожарной обстановки и выполнение мероприятий при угрозе и возникновении пожаров.
Объектом исследования диссертационной работы являются параметры загазованности продуктами горения при пожарах, а также характеристики опасных зон поражения.
Предмет исследования - прогноз значений параметров распространения продуктов горения при пожарах и практическое его использование для выработки вариантов защиты населения.
Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем:
предложена математическая модель оценки высоты подъема конвективной колонки продуктов горения в поле ветра с учетом изменения температуры, скорости потока и массы струи с высотой;
разработана методика расчета зон загазованности территории продуктами горения при пожарах;
предложено зонирование территории вокруг пожароопасных объектов на основе значений токсодоз;
получены новые данные по качественному и количественному составу продуктов горения различных материалов и композиций, характерных для пожаров городской застройки, полигонов ТБО и пожароопасных промышленных объектов;
установлена зависимость выхода отдельных токсичных газов от теплового режима;
разработаны комплексы защиты населения при ЧС с пожарами в зависимости от времени подхода и воздействия ОФП.
Практическая ценность работы:
разработана методика прогнозирования зон загазованности при пожарах для оперативного и заблаговременного проведения расчета концентраций продуктов горения;
полученные оценки характеристик конвективных колонок при различных типах пожаров позволяют оценить размеры зон загазованности продуктами горения;
предложенные и обоснованные принципы защиты населения при пожарах могут применяться при организации защиты населения и территорий при ЧС с пожарами;
комплексы защиты населения позволяют осуществить выбор наиболее эффективного вида защиты применительно к различным временным интервалам подхода опасных факторов пожара и времени их воздействия;
данные по качественному и количественному составу продуктов горения и термодеструкции различных материалов и композиций, характерных для рассмотренных объектов, могут использоваться при решении задач по оценке полей концентраций токсичных веществ и осуществлять зонирование территории;
обобщенные данные по составу продуктов горения позволяют определить размеры вреда, причиненного окружающей среде в результате пожаров;
разработанные рекомендации по составлению планов защиты населения при ЧС с пожарами могут использоваться при создании Типового паспорта безопасности территорий, планов защиты населения и оперативных планов пожаротушения пожароопасных объектов.
На защиту выносятся:
математическая модель оценки высоты подъема конвективной колонки продуктов горения в поле ветра с учетом изменения температуры, скорости потока и массы струи с высотой;
методика оперативного и заблаговременного расчета зон загазованности территории при пожарах;
результаты оценки характеристик конвективных колонок для различных характерных типов пожара;
результаты экспериментальных и теоретических исследований по составу продуктов горения, образующихся при горении и термодеструкции различных материалов;
принципы зонирования территории вокруг пожароопасного объекта в целях разработки типовых вариантов защиты и проведения мероприятий по заблаговременной подготовке к действиям по защите населения;
принципы и варианты защиты населения при ЧС с пожарами;
рекомендации по составлению планов защиты населения при ЧС с пожарами.
Практическое внедрение. Результаты исследований были использованы при разработке следующих нормативно-методических документов:
«Методические рекомендации по расчету зон загазованности продуктами горения крупных пожаров». - М. : ВНИИПО, 2007. - 58 с;
«Методика определения размера вреда, причиненного окружающей среде загрязнением атмосферного воздуха, в результате пожаров на территории города Москвы» (введена в действие Постановлением Правительства Москвы от 13 сентября 2005 г. № 689-ПП, с изменениями от 25.10.2011 Постановлением Правительства Москвы № 507-ПП);
«Типовой проект комплексной защиты населения территориальных и муниципальных образований от чрезвычайных ситуаций. Общие положения по созданию территориальных и муниципальных подразделений государственной по-жарно-спасателыюй службы». - М. : ФГУ ВНИИПО МЧС России, 2003. - 238 с,
а также использованы:
при выполнении ряда научно-исследовательских работ в Федеральном государственном учреждении «Дальневосточный научно-исследовательский институт лесного хозяйства» (ФГУ «ДальНИИЛХ»);
в учебном процессе Восточно-Сибирского института МВД России на факультете пожарной безопасности и при выполнении научно-исследовательских работ по методам прогнозирования зон загазованности и задымления при крупных пожарах;
в ГУ МЧС России по Саратовской области при разработке Типового паспорта безопасности территории Саратовской области, планов защиты населения и оперативных планов пожаротушения пожароопасных объектов.
Достоверность полученных результатов подтверждается метрологическим обеспечением разносторонних экспериментальных исследований; комплексным использованием известных теоретических моделей и новых решений с их проверкой и согласованием с экспериментальными данными автора и других исследователей; использованием и апробацией полученных данных при физическом моделировании на лабораторных, маломасштабных, натурных объектах и на практике с оценкой сходимости результатов.
Апробация работы. Результаты теоретических и экспериментальных исследований, представленных в диссертации, обсуждались и получили признание на 12 Международных конференциях, в том числе: X международной конференции «Проблемы управления безопасностью сложных систем» (Москва, 2002 г.); XVIII научно-практической конференции «Снижение риска гибели людей при пожарах» (Москва, 2003 г.); V Международной конференции «Природные пожары: возникновение, распространение, тушение и экологические последствия» (Томск, 2003 г.); II и III Международной научно-практической конференции «Чрезвычайные ситуации: предупреждение и ликвидация» (Минск, 2003, 2005 г.г.); III научно-практической конференции «Проблемы прогнозирования чрезвычайных ситуаций» (Москва, 2003 г.); Международном симпозиуме «Комплексная безопасность России - исследования, опыт» (Москва, 2004 г.); Международной конференции «Сопряженные задачи механики, информатики и экологии» (Томск,
-
г.); X Международной научно-практической конференции по проблемам защиты населения и территорий от чрезвычайных ситуаций «Актуальные проблемы регулирования природной и техногенной безопасности в XXI веке» (Москва, 2005 г.); VI Международной конференции «Лесные и степные пожары: возникновение, распространение, тушение и экологические последствия» (Иркутск, 2005 г.); XIX научно-практической конференции по вопросам борьбы с пожарами «Пожарная безопасность многофункциональных и высотных зданий и сооружений» (Москва,
-
г.); Международной научно-практической конференции «Чрезвычайные ситуации: теория, практика, инновации» (Гомель, 2006 г.); Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы гражданской обороны и защиты населения и территорий от чрезвычайных ситуаций» (Москва, 2011 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 печатных работ. Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Работа изложена на 207
страницах машинописного текста, включая 27 таблиц, 23 рисунка и 294 библиографических наименований.
