Лекции для студентов

Мерзлотное лесоводство: лесные пожары и их влияние на природу леса — Снижение опасности перемещения радионуклидов из загрязненной местности

Снижение опасности перемещения радионуклидов из загрязненной местности

Как отмечалось ранее, многие территории России, в том числе и леса, произрастающие в зоне распространения многолетней мерзлоты, порой загрязнены радионуклидами и сильные пожары представляют собой большую опасность тем, что осуществляют вторичное радиоактивное загрязнение сопредельных территорий и обнажают радионуклиды, зафиксированные до пожара в подстилке.

Так как с течением времени мощность радиационного излучения уменьшается, то естественно, следует стремиться к тому, чтобы на загрязненных радионуклидами площадях как можно дольше не было сильных пожаров, увеличивающих это излучение и повышающих его уровень в областях распространения дыма.

Одним из путей уменьшения вероятности возникновения лесных пожаров и снижения их потенциальной интенсивности, является проведение профилактических выжиганий ЛГМ.

При таких выжиганиях, уничтожающих лишь ЛГМ первой группы по классификации Н.П. Курбатского (1962), с дымом пожаров уносится лишь незначительная часть радионуклидов, а возможность пожаров устраняется на период, необходимый для восстановления ЛГМ этой группы.

Для того, чтобы дым от выжиганий, содержащий, хотя и в малом количестве, радионуклиды, не попадал в районы с повышенными требованиями к качеству воздуха (города, поселки, места проведения работ) следует подбирать погодные условия, при которых дым будет распространяться в заданном направлении.

Направление распространения дыма зависит от направления ветра. Однако, направление воздушных потоков, как известно, на разных высотах может быть различным, поэтому необходимо знать, какой высоты будет достигать дымовой поток. В каждом конкретном случае это будет зависеть от интенсивности пожара, скорости ветра на различных высотах от поверхности земли и от состояния атмосферы.

Каково же влияние каждого из названных факторов на высоту распространения конвекционного дымового потока?

Конвекционные движения продуктов сгорания, возникающие над пламенем пожара, относятся к, так называемой, «термической конвекции», которая определяется как «...вертикальное движение вверх больших воздушных масс под воздействием термической силы, создаваемой вследствие наличия в них более высоких температур по сравнению с окружающим воздухом» (Дюбюк, 1946).

Чем мощнее источник тепла, тем больше скорость и высота конвекционного потока над ним (Вульфсон, Гутман, 1965). Следовательно, чем интенсивнее горение, тем большей высоты может достигнуть дымовой поток.

Значительную роль в развитии дымовых конвекционных потоков играет состояние пограничного слоя атмосферы (ПГСА), так как известно, что вертикальные движения легче развиваются при неустойчивом состоянии атмосферы. Поэтому условия, способствующие развитию конвекции, лучше отождествлять с неустойчивым состоянием ПГСА, которое независимо от синоптической ситуации свидетельствует об обстоятельствах, благоприятных для развития конвекции. Потеря же устойчивости ПГСА происходит только тогда, когда вертикальный градиент температуры больше адиабатического (Дюбюк, 1946).

Конвекционный дымовой поток при благоприятном состоянии атмосферы и большой интенсивности горения может достигнуть значительной высоты при штиле. Ветер наклоняет и рассеивает этот поток, затрудняя возможность его дальнейшего подъема.

Итак, для прогнозирования возможного направления распространения дыма при профилактическом выжигании нужно определить на какой высоте сила ветра будет достаточной для рассеивания конвекционного потока. Для этого можно использовать уравнение Д.М. Байрама (Byram, 1954), который сделал вывод, что при нейтрально устойчивом состоянии ПГСА для существования конвекционного потока необходимым является условие, при котором отношение скорости превращения тепловой энергии пожаров в кинетическую энергию газового потока Р_f к скорости потока кинетической энергии в поле ветра Р_w было бы равно или больше единицы. Для расчета Р_f и P_w предложено следующее уравнение:

P_f = (1),

Р_w = (2),

где Р_f — скорость превращения тепловой энергии пожара в кинетическую энергию газового потока на высоте Z, дж/с.м²; J — интенсивность пожара дж/м.с; С_p- теплоемкость воздуха при постоянном давлении, дж/кг. град; То — температура наружного воздуха, поднимаемого пожаром, град С; 427 — эмпирически найденное число для шкалы Цельсия; Р_w — скорость потока кинетической энергии в поле ветра на высоте Z над пожаром, дж/с.м²; g — ускорение силы тяжести, м/с²;  — плотность воздуха на высоте Z, кг/м³; V — скорость ветра м/сек; r — скорость распространения кромки пожара, м/сек.

На той высоте, где это отношение будет < 1, дымовой поток сминается ветром. Позже это положение Д.М. Байрама было проверено и подтверждено на практике (Валендик, 1968). Так как эти значения энергии ветра и пожара могут быть определены по скорости ветра и интенсивности пожара, то, зная последние, можно прогнозировать на какой высоте дымовой поток будет рассеиваться и уноситься ветром.

Зная направление ветра в промежутке высот от точки перегиба конвекционного потока до поверхности земли, нетрудно определить направление переноса дыма, а следовательно, можно подобрать такие погодные условия для выжигания, при которых дым будет перемещаться в специально выбранную для этого зону, что позволит свести к минимуму вред от задымления.

Применение профилактических выжиганий на лесных площадях, загрязненных радионуклидами, с учетом изложенных рекомендаций, позволит снизить опасность повышения радиационного излучения на них и уменьшит вероятность распространения этого загрязнения на сопредельные территории.