ВВЕДЕНИЕ 14
ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ОБЛАСТИ ИССЛЕДОВАНИЯ 17
1.1 Характеристика и виды лесных пожаров 17
1.2 Влияние лесных пожаров на древостой 21
1.3 Виды лесных горючих материалов 26
1.4 Системы геомониторинга лесных пожаров 31
1.5 Выводы по результатам аналитического обзора 34
ГЛАВА 2. ОБЪЕКТ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 35
2.1 Объект исследования 35
2.2 Алгоритм решения задачи теплопроводности 36
ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 41
3.1 Физическая модель теплопереноса в слоистой структуре хвойного дерева при воздействии излучения от фронта лесного пожара 41
3.2. Одномерная постановка задачи исследования процесса теплопереноса в слоистой структуре ствола хвойного дерева при воздействии излучения от фронта лесного пожара 42
3.2.1. Геометрия области решения 42
3.2.2. Математическая модель теплопереноса в стволе хвойного дерева при
воздействии излучения от фронта лесного пожара 43
3.2.3. Основные закономерности теплопереноса в стволе хвойного дерева при
воздействии излучения от фронта лесного пожара 45
ГЛАВА 4. ФИНАНСОВЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ, РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТЬ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ 50
4.1 Организация и планирование работ 50
4.2 Расчет сметы затрат 58
4.3 Оценка научно-технической результативности НИР 65
ГЛАВА 5. СОЦИАЛЬНАЯ ОТВЕТСТВЕННОСТЬ 69
5.1. Профессиональная социальная безопасность 70
5.1.1. Анализ вредных и опасных факторов, которые могут возникнуть при
эксплуатации исследуемого объекта 70
5.1.2. Анализ вредных и опасных факторов, которые могут возникнуть на
рабочем месте при проведении исследований 71
5.1.3. Обоснование мероприятий по защите исследователя от действия
опасных и вредных факторов 73
5.2. Экологическая безопасность 76
5.2.1. Анализ влияния объекта исследования на окружающую среду 76
5.2.2. Экологическое сознание 80
5.3. Безопасность в чрезвычайных ситуациях 81
5.3.1. Анализ вероятных ЧС, которые могут при проведении исследований . 81
5.3.3. Обоснование мероприятий по предотвращению ЧС и разработка
порядка действия в случае возникновения ЧС 83
5.4. Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности 86
5.4.1. Специальные (характерные для рабочей зоны исследователя) правовые
нормы трудового законодательства 86
5.5 Заключение 87
СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ 90
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ1 91
ПРИЛОЖЕНИЕ А 100
Лесные пожары - явление достаточно обычное для большей части таежной зоны России, они имеют огромное значение в жизни леса [1,2]. Огонь является мощным экологическим фактором, изменяющим окружающую среду [2,3].
Воздействие пожара на древесные растения проявляется чаще всего в образовании термических повреждений (травм). Термические повреждения влекут за собой ослабление, усыхание древостоя, вследствие чего они более подвержены воздействию насекомых и грибов.
В результате теплового воздействия деревья получают различные повреждения, которые проявляются в виде [3]:
1. ожогов ствола;
2. ожогов и перегорания корней;
3. ожогов кроны.
При кратковременном воздействии низового пожара на стволы деревьев за частую можно ограничится ожогом поверхностных слоев или опалом корковой зоны. Если же в результате теплового воздействия затрагивается камбий, то это может привести к усыханию и вывалу деревьев. [3].
Так как проведение экспериментальных исследований является проблемой, вследствие того, что степень и вид повреждения деревьев зависит не только от характеристик лесного пожара, но и определяется пирологическими свойствами каждой породы и насаждений их в целом. Следовательно, рациональным является исследование влияния тепловых режимов на древесные растения с применением методов численного моделирования [4].
Цель работы - численное моделирование процессов теплопереноса в слоистой структуре ствола хвойного дерева при воздействии теплового излучения от фронта лесного пожара.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
1. Аналитический обзор отечественной и зарубежной литературы по выбранной тематике;
2. Выбор направления исследований и обоснование актуальности работы;
3. Формулировка физической и математической моделей теплового воздействия на ствол хвойного дерева;
4. Численное исследование тепловых режимов воздействия на ствол хвойного дерева;
5. Анализ результатов математического моделирования;
6. Формулировка выводов по результатам численного исследования.
Научная новизна работы - разработаны новые детерминированные математические модели в отличии от статистических и аналитических моделей представленные системой нестационарных дифференциальных уравнений теплопроводности с учетом трехслойной структуры хвойного дерева. Аналогичных моделей для определения условий термического повреждения ствола хвойного дерева лучистым тепловым потоком от фронта лесного пожара в российской и мировой литературе не обнаружено. Созданы программные реализации математических моделей, которые могут быть использованы в новых системах геомониторинга лесных массивов.
Теоритическая и практическая значимость работы
В результате исследования разработаны математические модели теплопереноса и образования термических травм в стволе хвойного дерева. Разработка данных моделей открывает перспективы создания более совершенных математических моделей прогнозирования экологических последствий лесных пожаров и условий пожароопасных ситуаций. Полученные результаты могут быть применены при создании информационно-вычислительных систем геомониторинга лесных массивов.
Достоверность полученных результатов
Достоверность полученных в процессе исследования результатов подтверждается использованием хорошо апробированных численных методов решения дифференциальных уравнений в частных производных (на основе метода А.А. Самарского, решение менее сложных задач), анализом численных результатов на последовательности сгущающихся сеток, сравнением полученных результатов с результатами ранее полученными другими исследователями.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
