Актуально для безпеки лісових територій.
Прогностичне моделювання ризиків природних пожеж важливе для запобігання значним фінансовим витратам і негативним наслідкам соціально-екологічного характеру. Завдяки плідній співпраці кафедри таксації лісу та лісового менеджменту Регіонального Східноєвропейського центру моніторингу пожеж із Лісовою Службою США передові технології імітаційного моделювання пожеж поступово впроваджуються на теренах України. Зокрема тривалі копіткі дослідження групи дослідників Лісової Служби та вчених НУБіП України дозволили вперше одержати науково обґрунтовані висновки щодо ключових проблем територій, забруднених радіонуклідами після аварії на Чорнобильській АЕС.
Основні досягнення в оцінюванні ризиків пожеж пов’язані, передусім, із удосконаленням програмного забезпечення для моделювання поширення пожеж залежно від біофізичних параметрів ландшафтів. Нині є достатньо програм, що дозволяють спрогнозувати розвиток як окремої пожежі залежно від умов погоди, так і дослідити ймовірність потенційних ризиків на підставі даних імітаційного моделювання «штучних» пожеж (наприклад, FARSITE, FlamMap, BehavePlus).
У професійній спільноті під поняттям «ризики пожеж» розуміють потенційну можливість небажаних для людського життя, власності або довкілля наслідків, спричинених пожежею. Мірилом цих ризиків виступає очікувана ймовірність цих подій, яка може виражатися як ймовірністю виникнення пожеж (ignitionprobability), так і ймовірністю розвитку пожеж (burnprobability). У технічному плані оцінити ймовірність виникнення пожеж достатньо просто на підставі координат історичних пожеж, які сталися на території впродовж певного часу (щільність точок на одиницю площі (kerneldensity)). На відміну від цього ймовірність розвитку пожеж може бути встановлена тільки на підставі результатів імітаційного моделювання (рис. 1).
Рис. 1. Імовірність виникнення пожеж (згори, точками позначено пожежі за період 1992–2016 рр.) і ймовірність розвитку пожеж (внизу) територій України та Білорусі, забруднених радіонуклідами після аварії на Чорнобильській АЕС
Основу зазначеного моделювання становлять уявлення про розподіл, стан і характеристики горючих матеріалів на території. У цьому відношенні окремо розглядають умови розвитку пожеж на відкритих і закритих типах ландшафтів, адже для вкритих деревною рослинністю територій питання ускладнюється в зв’язку з необхідністю моделювання переходу низових пожеж у верхові. Згідно з методикою Лісової Служби США для характеристики природних ландшафтів застосовується колекція з 13 стандартних моделей поведінки пожеж за Anderson (1982) та 40 додаткових за Scott & Burgan (2005), які залежно від провідника вогню класифікуються на чотири групи: трав’яна рослинність, чагарникова рослинність, деревний опад, піднаметова рослинність. Концептуально алгоритми моделювання пожеж базуються на фалі ландшафтів, який складається з восьми тематичних шарів (рис. 2):
Основу зазначеного моделювання становлять уявлення про розподіл, стан і характеристики горючих матеріалів на території. У цьому відношенні окремо розглядають умови розвитку пожеж на відкритих і закритих типах ландшафтів, адже для вкритих деревною рослинністю територій питання ускладнюється в зв’язку з необхідністю моделювання переходу низових пожеж у верхові. Згідно з методикою Лісової Служби США для характеристики природних ландшафтів застосовується колекція з 13 стандартних моделей поведінки пожеж за Anderson (1982) та 40 додаткових за Scott & Burgan (2005), які залежно від провідника вогню класифікуються на чотири групи: трав’яна рослинність, чагарникова рослинність, деревний опад, піднаметова рослинність. Концептуально алгоритми моделювання пожеж базуються на фалі ландшафтів, який складається з восьми тематичних шарів (рис. 2):
Рис. 2. Растрові шари, що застосовуються для моделювання природних пожеж на ландшафтному рівні
1. Топографія:
– висота над рівнем моря (Elevation);
– ухил місцевості (Slope);
– експозиція схилів (Aspect).
2. Горючі матеріали (Fuel Models).
3. Параметри намету деревостанів:
– зімкнутість деревостанів (Canopy Cover);
– висота деревостанів (Canopy Height);
– висота до початку крони намету деревостанів (Canopy Base Height);
– щільність запасу горючих матеріалів у наметі деревостанів (Canopy Bulk Density).
Крім характеристики запасів горючих матеріалів, у кожну модель закладено характеристики поширення пожежі залежно від умов погоди, яка визначає силу й напрям вітру, а також вологість горючих матеріалів. Перед початком моделювання кожна модель оцінюється за низкою параметрів, які визначають поведінку пожеж залежно від швидкості вітру, вологості горючих матеріалів тощо.
Підбір моделей горючих матеріалів відноситься до найвідповідальніших етапів дослідження. Він дозволяє відкалібрувати алгоритм прогнозування розвитку пожеж таким чином, щоб у результаті були відтворені історичні пожежі. Контролем виступають контури згарищ, а також їхня площа. Моделювання верхових пожеж є окремим завданням, яке теж вирішується на підставі аналізу поведінки пожеж на лісових територіях. Тут ключове значення має точність карт, що характеризують запаси горючих матеріалів у наметі деревостанів.
Результатом моделювання виступає карта ймовірності розвитку пожеж (рис. 1). На рівні пікселя цей показник оцінюється за відношенням кількості разів, коли він «вигорів» під час моделювання, до загальної кількості змодельованих пожеж. Як правило, для побудови достовірної карти ймовірності вигорання територій необхідно змоделювати десятки, а іноді й сотні тисяч пожеж. Принципове завдання, яке необхідно вирішити під час моделювання, полягає в тому, що просторовий розподіл і контури пожеж повинні максимально узгоджуватися з параметрами реальних історичних пожеж.
Викладені методичні ідеї лягли в основу оцінювання ризиків природних пожеж територій, забруднених радіонуклідами після аварії на Чорнобильській АЕС. Одержані результати моделювання особливо цінні для обґрунтування ефективних стратегій управління пожежними режимами територій. Одним із відносно простих завдань, що вирішується на основі карти просторового розподілу ймовірностей розвитку пожеж, є оптимізація мережі протипожежних розривів із урахуванням наявного забруднення територій та можливих ризиків повторного їхнього викиду внаслідок пожеж. Одержані результати також можуть застосовуватися для багатьох інших завдань, серед яких, наприклад, розробка статистичної моделі прогнозування ризиків пожеж залежно від умов погоди.
З деталями виконаного моделювання можна ознайомитись за посиланням: https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.133954
Віктор МИРОНЮК,
Газета “Природа і суспільство”
1. Топографія:
– висота над рівнем моря (Elevation);
– ухил місцевості (Slope);
– експозиція схилів (Aspect).
2. Горючі матеріали (Fuel Models).
3. Параметри намету деревостанів:
– зімкнутість деревостанів (Canopy Cover);
– висота деревостанів (Canopy Height);
– висота до початку крони намету деревостанів (Canopy Base Height);
– щільність запасу горючих матеріалів у наметі деревостанів (Canopy Bulk Density).
Крім характеристики запасів горючих матеріалів, у кожну модель закладено характеристики поширення пожежі залежно від умов погоди, яка визначає силу й напрям вітру, а також вологість горючих матеріалів. Перед початком моделювання кожна модель оцінюється за низкою параметрів, які визначають поведінку пожеж залежно від швидкості вітру, вологості горючих матеріалів тощо.
Підбір моделей горючих матеріалів відноситься до найвідповідальніших етапів дослідження. Він дозволяє відкалібрувати алгоритм прогнозування розвитку пожеж таким чином, щоб у результаті були відтворені історичні пожежі. Контролем виступають контури згарищ, а також їхня площа. Моделювання верхових пожеж є окремим завданням, яке теж вирішується на підставі аналізу поведінки пожеж на лісових територіях. Тут ключове значення має точність карт, що характеризують запаси горючих матеріалів у наметі деревостанів.
Результатом моделювання виступає карта ймовірності розвитку пожеж (рис. 1). На рівні пікселя цей показник оцінюється за відношенням кількості разів, коли він «вигорів» під час моделювання, до загальної кількості змодельованих пожеж. Як правило, для побудови достовірної карти ймовірності вигорання територій необхідно змоделювати десятки, а іноді й сотні тисяч пожеж. Принципове завдання, яке необхідно вирішити під час моделювання, полягає в тому, що просторовий розподіл і контури пожеж повинні максимально узгоджуватися з параметрами реальних історичних пожеж.
Викладені методичні ідеї лягли в основу оцінювання ризиків природних пожеж територій, забруднених радіонуклідами після аварії на Чорнобильській АЕС. Одержані результати моделювання особливо цінні для обґрунтування ефективних стратегій управління пожежними режимами територій. Одним із відносно простих завдань, що вирішується на основі карти просторового розподілу ймовірностей розвитку пожеж, є оптимізація мережі протипожежних розривів із урахуванням наявного забруднення територій та можливих ризиків повторного їхнього викиду внаслідок пожеж. Одержані результати також можуть застосовуватися для багатьох інших завдань, серед яких, наприклад, розробка статистичної моделі прогнозування ризиків пожеж залежно від умов погоди.
З деталями виконаного моделювання можна ознайомитись за посиланням: https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.133954
Віктор МИРОНЮК,
Газета “Природа і суспільство”
