Введение. 
Лесные пожары

Леса играют огромную роль в экономике России как источники древесины и многих видов сырья — растительного (смолы, грибы, ягоды, лекарственные растения) и животного (мясо, меха, ценные лекарственные препараты — панты, бобровая и кабарожья струя, медвежья желчь и т. п.). В жизни многих народов России лес — основная жизненная среда, на которой базируется весь уклад (финно-угорские народы, эвенки и др.). В отличие от большинства западных народов, любительский сбор грибов, ягод, лекарственных растений и охота — не только экономическое подспорье, но и совершенно необходимая часть жизненного уклада. В пейзажах русской живописи и литературы, как профессиональной, так и фольклорной, леса абсолютно преобладают над другими ландшафтами [1].

В России самые большие запасы лесов в мире и площадь наших лесов составляет более 800 000 га. Лес занимает около 45% территории нашей страны и составляет около 24% запасов всей планеты. Но эти цифры не должны ни кого вводить в заблуждение и считать, что запасы леса у нас почти безграничны, по меньшей мере, не разумно.

Леса играют огромную роль в газовом балансе атмосферы и регулировании планетарного климата Земли. Общий баланс для лесов России, рассчитанный Б. Н. Моисеевым составил для углекислого газа 1 789 064.8 тыс. тонн, а для кислорода — 1 299 019.9 тыс. тонн. Ежегодно в лесах России депонируется 600 млн. тонн углерода. Эти гигантские объемы миграции газов существенно стабилизируют газовый состав и климат планеты. 2].

Основные запасы лесов России концентрируются в Сибири и на Дальнем Востоке, а также на Европейском севере. Максимальные проценты лесопокрытой площади отмечаются в Иркутской области и Приморском крае, несколько ниже они на юге Хабаровского края, юге Якутии, в приенисейской части Красноярского края и в республике Коми, Вологодской Костромской и Пермской областях. Однако лесистость совпадает с высокими запасами древесины лишь в Приморском крае и, в меньшей степени, на юге Красноярского края. В других регионах, где произрастают наиболее продуктивные леса (на Кавказе, Алтае, Европейском центре) лесистость заметно снижена, причем в значительной степени благодаря деятельности человека.

В результате лесных пожаров ежегодно в Российской Федерации гибнет около 1 млн. га леса.

Возникновение и распространение лесных пожаров зависят от различных условий (климатических: скорости ветра, температуры окружающей среды, состояния атмосферы и т. д.) рельефа местности и других факторов. лес противопожарный математический влагосодержание Наиболее опасным видом пожаров являются верховые. На их долю приходится до 70% выгоревшей площади. Верховой пожар распространяется по кронам деревьев. При этом чаще всего горит весь древостой. Возникновение и развитие верховых пожаров происходит, в основном, от низовых в древостоях с низкоопущенными кронами, в разновозрастных хвойных, в многоярусных и с обильным подростом насаждениях, а также в горных лесах. Скорость верховых пожаров: устойчивого 300…1500м/ч, беглого-4000…5000 м/ч. 5].

Следует отметить, что до сих пор не выяснены до конца механизмы и условия возникновения различных видов лесных пожаров. Тушение лесных пожаров требует больших затрат сил и средств, и, в подавляющем большинстве случаев, малоэффективно или невозможно. Экспериментальные методы изучения лесных пожаров являются дорогостоящими и не позволяют проводить полное физической моделирование данного явления, представляют интерес теоретические методы исследования. [3].

Поэтому изучение данного явления с помощью метода математического моделирования помогает разработать профилактические меры по предотвращению и определению возможности возникновения лесных пожаров, ведь математическая модель — это приближенное описание объекта моделирования, выраженное с помощью математической символики.

Цели математического моделирования:

• · модель нужна для того, чтобы понять, как устроен конкретный объект, какова его структура, основные свойства, законы развития и взаимодействия с окружающим миром (понимание);
• · модель нужна для того, чтобы научиться управлять объектом (или процессом) и определить наилучшие способы управления при заданных целях и критериях (управление);
• · модель нужна для того, чтобы прогнозировать прямые и косвенные последствия реализации заданных способов и форм воздействия на объект (прогнозирование).

Как показали исследования, метод математического моделирования позволяет адекватно описывать состояние лесного биогеоценоза и приземного слоя атмосферы при лесных пожарах. 4].

Цель работы:

Исследовать влияние влагосодержания лесных горючих материалов и скорости ветра на ширину противопожарного разрыва для верховых лесных пожаров.

Задачи:

• 1) Показать, что понятия, методы и модели механики реагирующих многофазных сред могут быть успешно использованы для прогнозирования возникновения и распространения лесных пожаров;
• 2) Изучить программу математического моделирования лесных пожаров;
• 3) С помощью программы построить графики распространения лесных пожаров и на основе их сделать выводы.

Задание

Исследовать зависимость размеров противопожарного разрыва от скорости ветра и влагосодержания лесных горючих материалов (ЛГМ), то есть задавая скорость ветра (от 3 до 10 м/с) произвести расчеты для различных влагосодержаний ЛГМ (0.2, 0.4, 0.6 кг/м³). Определить минимальные размеры разрыва, когда пожар не преодолевает его. Нарисовать график для данных зависимостей. Разрыв конечен по оси x2. Нарисовать с помощью MATLAB распределения линий равного уровня (изолиний) температуры, концентраций кислорода и летучих горючих продуктов пиролиза для распределений функций при подходе к разрыву, переходе через него и дальнейшем распространении. А также случай, когда пожар подходит к разрыву, но не переходит через него. Задание должно содержать физическую постановку задачи, математическую постановку, метод решения, результаты и выводы.