Геопросторова основа моделювання ризиків пожеж

Зібцев С.В., Миронюк В.В.

Прогностичне моделювання ризиків природних пожеж викликає неабиякий інтерес для попередження значних фінансових витрат і негативних наслідків соціально-екологічного характеру. Потреба в кількісному оцінюванні ризиків зумовила розвиток сучасних підходів щодо моделювання умов виникнення та розвитку пожеж на ландшафтному рівні. Основні досягнення щодо оцінювання ризиків пожеж пов’язані передусім із удосконаленням програмного забезпечення для моделювання поширення пожеж залежно від біофізичних параметрів природних ландшафтів. Нині існує 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 вчених, які досліджують природні пожежі, під поняттям «ризики пожеж» розуміють потенційну небезпеку реалізації небажаних для людського життя, власності або оточуючого середовища наслідків, спричинених пожежею. Мірилом цих ризиків виступає очікувана ймовірність цих подій, яка може виражатися як ймовірністю виникнення пожеж (ignition probability), так і ймовірністю розвитку пожеж (burn probability). У технічному плані оцінити ймовірність виникнення пожеж можна на підставі координат історичних пожеж, які сталися на території впродовж певного часу. Якнайкраще з цією метою підходять доступні в більшості сучасних ГІС методи інтерполяції за допомогою фокальних функцій розрахунку щільності точок на одиниці площі (kernel density). На відміну від цього ймовірність розвитку пожеж може бути встановлена тільки на підставі результатів імітаційного моделювання (рис. 1).

Рис. 1. Імовірність виникнення пожеж (ліворуч, точками позначено пожежі за період 1992–2016 рр.) і ймовірність розвитку пожеж (праворуч) 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.

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 пожежним режимами територій. Одне з 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 задач, серед яких, наприклад, розробка статистичної моделі прогнозування ризиків пожеж залежно від умов погоди.

Геопросторову основу для моделювання ризиків пожеж формує набір тематичних шарів, що відображають біофізичні параметри ландшафту. Нижче наведено короткий опис цих шарів та використані джерела даних для їхнього створення.

Земельний покрив. Просторове представлення типів земельного покриву виконано після агрегації до просторового розрізнення 90 м карти, розробленої на основі супутникових знімків Landsat. Легенда карти містить вісім основних категорій земельного покриву, а її загальна точність оцінюється на рівні 0,877 ± 0,008 (Myroniuk et al., 2020).

Висота над рівнем моря (elevation). Цифрове представлення рельєфу місцевості відповідно до глобальної моделі SRTM – Shuttle Radar Topography Mission, 90 м.

Ухил (slope) експозиція схилів (aspect). Показники крутизни та орієнтація нахиленої поверхні місцевості, розраховані на основі глобальної моделі рельєфу SRTM.

Пожежні режими, імовірність виникнення пожеж (ignition probability grid). Карту згенеровано на підставі розрахунку щільності випадків пожеж в радіусі 15 км (kernel density), які було зафіксовано сенсорами MODIS MOD14/MYD14 за 2001–2016 рр.

З деталями виконаного моделювання можна ознайомитися в публікації: Ager, A. A., Lasko, R., Myroniuk, V., Zibtsev, S., Day, M. A., Usenia, U., … Evers, C. R. (2019). The wildfire problem in areas contaminated by the Chernobyl disaster. Science of the Total Environment, 696, 133954. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.133954