УДК 519.6 Вычислительная математика, численный анализ и программирование (машинная математика)
Разработана и верифицирована математическая модель для оперативного прогнозирования динамики лесных пожаров, основанная на системе уравнений в частных производных. Модель включает нестационарное уравнение теплопроводности, конвективный перенос тепла воздушными потоками и кинетику горения целлюлозных материалов с учетом влажности. Научная новизна работы заключается в адаптации физически обоснованного подхода теплотехники к задачам моделирования природных пожаров, что позволило учесть влияние метеорологических факторов и свойств горючих материалов. Реализован вычислительный алгоритм на основе неявной разностной схемы и метода прогонки. Установлены количественные зависимости: увеличение скорости ветра с 1 до 6 м/с приводит к росту скорости фронта в 4,3 раза, а повышение влажности с 5 % до 30 % снижает ее в 1,8 раза. Верификация на экспериментальных данных показала расхождение не более 12 %. Практическая значимость для МЧС России заключается в создании инструмента для прогнозирования времени подхода пожара к населенным пунктам и оптимизации тушения.
лесные пожары, математическое моделирование, уравнение теплопереноса, диффузионно-конвективная модель, скорость ветра, численные методы, прогнозирование распространения
1. Об утверждении Правил тушения лесных пожаров: приказ Министерства природных ресурсов и экологии России от 1 апр. 2022 г. № 244. Доступ из инф.-правового портала «Гарант».
2. Rothermel R.C. A mathematical model for predicting fire spread in wildland fuels. USDA Forest Service Research Paper INT-115, 1972.
3. Гришин А.М. Математическое моделирование лесных пожаров и новые способы борьбы с ними. Новосибирск: Наука: Сиб. отд-ние, 1992. 404 с.
4. Sullivan A.L. Wildland surface fire spread modelling, 1990–2007. International Journal of Wildland Fire. 2009. Vol. 18. № 4. P. 349–368.
5. Самарский А.А. Теория разностных схем. М.: Наука, 1989.
6. Anderson H.E. Aids to determining fuel models for estimating fire behavior. USDA Forest Service, 1982.
7. Pyne S.J. Introduction to wildland fire. John Wiley & Sons, 1996.
8. Finney M.A. FARSITE: Fire Area Simulator. USDA Forest Service, 1998.
9. Валендик Э.Н., Косов И.В. Воздействие кондуктивного теплового потока низового пожара на развитие подстилочно-гумусового // Лесное хозяйство. 2008. № 5. С. 43–45.
10. Cheney N.P., Gould J.S., Catchpole W.R. The influence of fuel, weather and fire shape variables on fire-spread in grasslands // International Journal of Wildland Fire. 1993. Vol. 3. № 1. P. 31–44.
11. Morvan D., Dupuy J.L. Modeling the propagation of a wildfire through a Mediterranean shrub using a multiphase formulation // Combustion and Flame. 2004. Vol. 138. № 3. P. 199–210.
12. Dimitrakopoulos A.P., Papaioannou K.K. Flammability assessment of Mediterranean forest fuels // Fire Technology. 2001. Vol. 37. № 2. P. 143–152.
13. Wilson R.A. A reexamination of fire spread in free-burning porous fuel beds // USDA Forest Service Research Paper INT-289. 1982.
14. Frankman D., Webb B.W., Butler B.W. Influence of absorption by environmental water vapor on radiation transfer in wildland fires // Combustion Science and Technology. 2008. Vol. 180. № 3. P. 509–518.
15. Cruz M.G., Alexander M.E., Wakimoto R.H. Modeling the likelihood of crown fire occurrence in conifer forest stands // Forest Science. 2004. Vol. 50. № 5. P. 640–658.
16. Andrews P.L. BehavePlus fire modeling system: past, present, and future // Proceedings of the 7th Symposium on Fire and Forest Meteorological Society. 23–25 October 2007. P. 1–13.
17. Методика прогноза развития лесных пожаров на основе геоинформационных систем / Пушкин А.А. [и др.] // Труды БГТУ. Серия 1: Лесное хозяйство, природопользование и переработка возобновляемых ресурсов. 2025. № 1 (288).
18. ГОСТ Р 22.1.09-99. М0ониторинг и прогнозирование лесных пожаров. Доступ из информ.-правового портала «Гарант».
19. Byram G.M. Combustion of forest fuels. McGraw-Hill, 1959.
20. Matthews S. A process-based model of fine fuel moisture // International Journal of Wildland Fire. 2006. Vol. 15. № 2. P. 155–168.
