Computer model, examples of analysis of landscape and meteorological factors affecting the dynamics of surface forest fires
DOI:
https://doi.org/10.18413/2687-0932-2020-43-3-610-622Keywords:
surface forest fire, wildland fire, wildfires, mathematical model, fire front dynamics, fuelbreak shape, wind velocity, softwareAbstract
The article discusses the results of development and instrumental setup of a computer model for predicting the spread of surface forest fires, mathematical description in the accepted approximation of the corresponding physical and chemical processes with refinements of mutually agreed defining functions and coefficients included in the equations. The Wolfram Mathematica computer algebra system is used as a platform for developing the computer model, performing calculations, and creating a database with the outcomes of computations. The results of numerical experiments investigating possible scenarios how fire zone spreads in different directions and its behavior near fuelbreaks are presented. Several qualitative differences in geometry and dynamics of temperature density maps are determined and illustrated by multidimensional graphics for various shapes of fuelbreaks, including the demonstration of the influence of the equilibrium wind speed in the forest canopy on the fire spread over the territory. Possible variants of the fire front movement in the direction of wind velocity and against it are identified and explained using representative examples.
Downloads
References
Барановский Н.В., Захаревич А.В. 2019. Физическое моделирование процессов зажигания еловой хвои углеродистой нагретой до высоких температур частицей. Вопросы лесной науки, 2 (1): 1–15. DOI: 10.31509/2658-607x-2019-2-1-1-15.
Баровик Д.В., Таранчук В.Б. 2017. Моделирование процессов распространения низовых лесных пожаров при наличии полян на пути огня. Математические методы в технике и технологиях – ММТТ, Том 12, Часть 1: 109–113.
Баровик Д.В., Таранчук В.Б. 2011c. Состояние проблемы и результаты компьютерного прогнозирования распространения лесных пожаров. Вестник БГУ. Серия 1, Физика. Математика. Информатика, 3: 78–84.
Баровик Д.В., Таранчук В.Б. 2011d. О развитии методики Ротермела и реализации двумерной компьютерной модели прогноза распространения лесных пожаров. Веснік Віцебскага дзяржаўнага універсітэта, 6 (66): 5–11.
Баровик Д.В., Таранчук В.Б. 2011e. Алгоритмические основы построения компьютерной модели прогноза распространения лесных пожаров. Вестник ПГУ. Серия C: Фундаментальные науки, 12: 51–56.
Баровик Д.В., Таранчук В.Б. 2011f. Адаптация модели Ротермела для реализации в программном комплексе прогноза распространения лесных пожаров. Технологии техносферной безопасности, 6 (40): 6.
Баровик Д.В., Таранчук В.Б. 2010b. Об особенностях адаптации математических моделей вершинных верховых лесных пожаров. Вестник БГУ. Серия 1, Физика. Математика. Информатика, 1: 138–143.
Баровик Д.В., Таранчук В.Б. 2010c. Численная реализация математической модели верховых лесных пожаров. Весцi БДПУ. Серыя 3, 2 (64): 40–44.
Баровик Д.В. и др. 2013a. К обоснованию математических моделей низовых лесных пожаров. Труды института математики, 21 (1): 3–15.
Баровик Д.В. и др. 2013b. О корректности одной математической модели низовых лесных пожаров. Доклады Национальной академии наук Беларуси, 57 (4): 5–9.
Баровик Д.В. и др. 2013c. Структура и функционал модуля «оперативно-аналитический блок» программного комплекса регистрации и обработки сообщений о чрезвычайных ситуациях. Чрезвычайные ситуации: предупреждение и ликвидация, 2 (34): 84–94.
Баровик Д.В. и др. 2011. Методические и алгоритмические основы программного комплекса «Расчет и визуализация динамики лесного пожара». Чрезвычайные ситуации: предупреждение и ликвидация, 2 (30): 22–33.
Баровик Д.В. 2010. Базы данных результатов численного моделирования (на примере задачи распространения лесных пожаров). Вестник БГУ. Серия 1, Физика. Математика. Информатика, 2: 170–174.
Волокитина А.В. и др. 2020. Прогнозирование поведения пожаров растительности. Лесной журнал, 1: 9–25. DOI: 10.37482/0536-1036-2020-1-9-25.
Гладской И.Б. и др. 2019. К моделированию распространения природных пожаров с использованием ГИС-технологий. Экологический вестник центров Черноморского экономического сотрудничества, 16 (4): 13–21. DOI: 10.31429/vestnik-16-4-13-21.
Гоман П.Н. и др. 2011. Экспериментально-численное моделирование процесса горения и распространения огня в условиях лесного низового пожара. Технологии техносферной безопасности, 3 (37): 8.
Гришин А.М. 1992. Математическое моделирование лесных пожаров и новые способы борьбы с ними. Новосибирск: Наука, Сибирское отделение, 408.
Кулешов А.А., Мышецкая Е.Е. 2019. Результаты расчетов распространения фронта лесных пожаров по двумерной трехфазной модели. Препринты ИПМ им. М.В. Келдыша, 115: 1–9. DOI: 10.20948/prepr-2019-115.
Ласута Г.Ф., Гоман П.Н. 2019. Моделирование процессов возникновения и распространения лесного низового пожара с оценкой уровня тепловой нагрузки от фронта пламени. Вестник Университета гражданской защиты МЧС Беларуси, 3 (2): 138–154. DOI: 10.33408/2519-237X.2019.3-2.138.
Марзаева В.И. 2019. Математическое моделирование распространения верховых лесных пожаров при наличии противопожарных разрывов и заслонов. Журнал технической физики, том 89, вып. 8: 1141–1149. DOI: 10.21883/JTF.2019.08.47883.392-18.
Чешко И.Д. и др. 2019. Экспертное исследование природных пожаров: Методическое пособие. СПб.: СПб университет ГПС МЧС России, 252.
Сыродой С.В., Кузнецов Г.В. 2018. Влияние кинетической модели описания процессов термического разложения на результаты математического моделирования зажигания частиц древесной биомассы. Труды седьмой Российской национальной конференции по теплообмену. В 3х томах. М.: Издательский дом МЭИ: Том 1: 457-460.
Таранчук В.Б., Баровик Д.В. 2017. Методы, средства, отдельные результаты компьютерного моделирования низовых лесных пожаров. Информационные технологии и системы 2017 (ИТС 2017): материалы международной научной конференции. Минск: БГУИР: 178–179.
Таранчук В.Б., Баровик Д.В. 2015. О средствах Wolfram Mathematica для распараллеливания вычислений в компьютерных моделях лесных пожаров. Веб-программирование и интернет-технологии WebConf 2015. Минск: Белорусский государственный университет: 108-109.
Таранчук В.Б., Баровик Д.В. 2014. Компьютерное моделирование лесных пожаров. Наука, инновации, инвестиции: сборник материалов 2-го Белорусско-Латвийского форума. Минск: Белорусский национальный технический университет: 73-75.
Таранчук В.Б. 2019. Методы и примеры интеллектуальной обработки данных для геологических моделей. Научные ведомости Белгородского государственного университета. Серия: Экономика. Информатика. 46 (3): 511–522. DOI 10.18413/2411-3808-2019-46-3-511-522.
Antonov D. et al. 2018. Experimental and Numerical Studies of Suppression of Forest Combustible Material Pyrolysis under Influence of Steam-Water Curtain. MATEC Web of Conferences: Heat and mass transfer in the thermal control system of technical and technological energy equipment, HMTTSC 2018, EDP Sciences: 01003.
Barovik D.V., Taranchuk V.B. 2011a. Crown Forest Fire Mathematical Model Realization in Wolfram Mathematica. Computer Algebra Systems in Teaching and Research, Vol. Mathematical Modeling in Physics, Civil Engineering, Economics and Finance: 5–15. ISBN: 978-83-930638-5-7.
Barovik D.V., Taranchuk V.B. 2011b. Results of Crown Forest Fires Mathematical Modelling. Computer Algebra Systems in Teaching and Research. Computer Algebra Systems in Teaching and Research, Vol. Mathematical Modeling in Physics, Civil Engineering, Economics and Finance: 16–22. ISBN: 978-83-930638-5-7.
Barovik D., Taranchuk V. 2010a. Mathematical modelling of running crown forest fires. Mathematical Modelling and Analysis, 15 (2): 161–174. DOI: 10.3846/1392-6292.2010.15.161-174.
Burger R. et al. 2020. Implicit-Explicit Methods for a Convection-Diffusion-Reaction Model of the Propagation of Forest Fires. Mathematics 2020, 8 (6): 1034. DOI: 10.3390/math8061034.
Dvornik A.A. et al. 2018. Potential threat to human health during forest fires in the Belarusian exclusion zone. Aerosol Science and Technology, 52 (8): 923–932. DOI: 10.1080/02786826.2018.1482408.
Frangieh N. et al. 2020. Wildfires front dynamics: 3D structures and intensity at small and large scales. Combustion and Flame, 211: 54–67. DOI: 10.1016/j.combustflame.2019.09.017.
Kuznetsov G.V. et al. 2019. Heat transfer and phase transformations in the localization of forest fuel combustion. Interfacial Phenomena and Heat Transfer, 7 (2): 167–195. DOI: 10.1615/InterfacPhenom HeatTransfer.2019031564.
Perminov V., Goudov A. 2017. Mathematical modeling of forest fires initiation, spread and impact on environment. International Journal of GEOMATE, 13 (35): 93–99. DOI: 10.21660/2017.35.6704.
Taranchuk V., Barovik D. 2019. Numerical Modelling of Surface Forest Fire Spread in Nonuniform Woodland. Computer Algebra Systems in Teaching and Research (CASTR 2019), Vol. VIII: 159 – 168. ISBN: 978-83-7051-956-8.
theguardian.com. 2020. Economic impact of Australia’s bushfires set to exceed $4.4bn cost of Black Saturday. Available at: www.theguardian.com/australia-news/2020/jan/08/economic-impact-ofaustralias-bushfires-set-to-exceed-44bn-cost-of-black-saturday (accessed 1 July 2020).
wwf.org.ua. 2020. Statement from WWF-Australia on Australia’s bushfire emergency. Available at: www.wwf.org.au/news/news/2020/statement-from-wwf-australia-on-australia-s-bushfire-emergency (accessed 1 July 2020).
Abstract views: 534
Share
Published
How to Cite
Issue
Section
Copyright (c) 2020 ECONOMICS. INFORMATION TECHNOLOGIES
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
