environmentПриродообустройствоPrirodoobustrojstvo1997-6011РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева10.26897/1997-6011-2025-1-48-55environment-648Research ArticleМЕЛИОРАЦИЯ, ВОДНОЕ ХОЗЯЙСТВО И АГРОФИЗИКАLAND RECLAMATION, WATER ECONOMY AND AGROPHYSICSМатематическое моделирование самовозгорания торфяной почвыMathematical modeling of spontaneous combustion of peat soilhttps://orcid.org/0000-0003-2558-0585ДидманидзеО. Н.DidmanidzeO. N.

Отари Назирович Дидманидзе, академик РАН, д-р. техн. наук., профессор,

127434, г. Москва, Тимирязевская ул., 49

Оtari N. Didmanidze, RAS academician, DSc (Eng), professor,

49 Timiryazevskaya St., Moscow, 127434

didmanidze@rgau-msha.ruhttps://orcid.org/0000-0002-2313-2191ЕвграфовА. В.EvgrafovA. V.

Алексей Владимирович Евграфов, д-р. техн. наук., доцент,

127434, г. Москва, Тимирязевская ул., 49

Alexander V. Evgrafov,DSc (Eng), associate professor,

49 Timiryazevskaya St., Moscow, 127434

labpoliv@list.ruhttps://orcid.org/0000-0001-8984-4426ГузаловА. С.GuzalovA. S.

Николай Николаевич Пуляев, канд.техн.наук., доцент,

127434, г. Москва, Тимирязевская ул., 49

Nikolai N. Pulyaev,CSc (Eng), associateprofessor,

49 Timiryazevskaya St., Moscow, 127434

pulyaev@rgau-msha.ruhttps://orcid.org/0000-0003-3526-4332ПуляевН. Н.PulyaevN. N.

Артёмбек Сергеевич Гузалов, канд.техн.наук,

127434, г. Москва, Тимирязевская ул., 49

Artembek S. Guzalov,CSc (Eng),

49 Timiryazevskaya St., Moscow, 127434

https://orcid.org/0000-0003-3661-1121КуриленкоА. В.KurilenkoA. V.

Алексей Викторович Куриленко, ассистент,

127434, г. Москва, Тимирязевская ул., 49

Alexey V. Kurilenko,assistant,

49 Timiryazevskaya St., Moscow, 127434

a.kurilenko@rgau-msha.ruРоссийский государственный аграрный университет – МСХА имени К.А. Тимирязева»; Институт механики и энергетики имени В.П. ГорячкинаРоссияRussian State Agrarian University – Timiryazev Moscow Agricultural Academy; Goryachkin Institute of Mechanics and Power EngineeringRussian Federation202524022025014855Copyright © Дидманидзе О.Н., Евграфов А.В., Гузалов А.С., Пуляев Н.Н., Куриленко А.В., 20252025Дидманидзе О.Н., Евграфов А.В., Гузалов А.С., Пуляев Н.Н., Куриленко А.В.Didmanidze O.N., Evgrafov A.V., Guzalov A.S., Pulyaev N.N., Kurilenko A.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://environment.timacad.ru/jour/article/view/648

Целью исследований являлась разработка математической модели, позволяющая использовать ее в дальнейшем для разработки компьютерной программы составления прогнозов возникновения торфяных пожаров на землях, вовлеченных в сельскохозяйственный оборот. Проведено математическое описание процесса самовозгорания, происходящего по следующей схеме: тепловой поток нагревает поверхность до температуры зажигания, в результате чего возникает самонагревающаяся зона. В итоге формируется волна горения (тления), которая способна самостоятельно распространяться. Представлены методика и лабораторное оборудование для исследования саморазогрева образцов торфа. Проанализированы результаты экспериментальных и теоретических исследований химической реакции саморазогрева образцов торфа. Энергия активации образцов торфа определялась методом подбора и подстановки значений в уравнения и сравнения полученных результатов с расчетными. Результаты исследований позволили оценить высокую корреляцию с экспериментальными данными в зависимости от содержания общего органического углерода в торфяной почве. Таким образом, математическую модель можно использовать для прогнозирования возникновения эффекта самовозгорания.

The aim ofthe study is to develop a mathematical modelthat can be used in the future to develop a computer program for forecasting the occurrence of peat fires on lands involved in agricultural circulation. A mathematical description of the spontaneous combustion process is given, which occurs according to the following scheme: the heat flow heats the surface to the ignition temperature, resulting in a self-heating zone. As a result, a combustion (smoldering) wave is formed, which is capable of self-propagating. The methodology and laboratory equipment for studying the self-heating of peat samples are presented. The results of experimental and theoretical studies ofthe chemical reaction of self-heating of peat samples are analyzed. The activation energy of peat samples was determined by selecting and substituting values into equations and comparing the obtained results with the calculated ones. The results ofthe study made it possible to estimate a high correlation with experimental data depending on the content oftotal organic carbon in peat soil. Thus, the mathematical model can be used to predictthe occurrence ofthe spontaneous combustion effect.

торфяная почваобъемная плотностьстепень разложениязольностьпожарыэкологиявыбросы углеродауглеродсеражелезоpeat soilbulk densitydegree of decompositionash contentfiresecologycarbon emissionscarbonsulfurironИсследования выполнены за счет гранта Российского научного фонда № 24-16-00081 (URL: https://rscf.ru/project/24-16-00081/).The research was carried out at the expense of a grant from the Russian Science Foundation No. 24-16-00081 (URL: https://rscf.ru/project/24-16-00081/).ReferencesАндронова А.В. Дисперсный состав и содержание химических элементов в аэрозолях приземного слоя атмосферы г. Москвы / А.В. Андронова, М.С. Артамонова, М.А. Иорданский, А.С. Гинзбург, И.Г. Гранберг и др. // Безопасность жизнедеятельности. 2010. № 9. С. 47-51.Andronova A.V. Dispersed composition and content of chemical elements in aerosols of the surface layer of the atmosphere of Moscow / Andronova A.V., Artamonova M.S., Jordansky M.A., Ginzburg A.S., Granberg I.G. and others //Safety of life. 2010. No. 9. P. 47-51.Исаева Л.К. Оценка здоровья пожарных в связи с действием на органы дыхания токсичных продуктов горения / Л.К. Исаева, В.А. Сулименко, С.В. Сулименко, С.В. Соловьёв // Вестник Академии государственной противопожарной службы. 2005. № 3. С. 73-81.Isaeva L.K. Assessment of the health of firefighters in connection with the effect of toxic gorenje products on the respiratory system / Isaeva L.K., Sulimenko V.A., Sulimenko S.V., Soloviev S.V. // Bulletin ofthe Academy of State Fire Service. 2005. No. 3. P. 73-81.Исаева Л.К. Исследование свойств торфа при разработке профилактических мер и способов тушения торфяных пожаров / Л.К. Исаева, А.Г. Власов, С.В. Соловьёв // Вестник Академии ГПС МЧС России. 2004. № 2. С. 52-60.Isaeva L.K., Vlasov A.G., Solovyov S.V. Investigation of peat properties in the development of preventive measures and methods of extinguishing peat fires // Bulletin of the Academy of GPS of the Ministry of Emergency Situations of Russia. 2004. No. 2. P. 52-60.Исаева Л.К. Экологические последствия лесных и торфяных пожаров в Московской области в 2002-2009 годах / Л.К. Исаева, С.В. Соловьёв, В.А. Сулименко, С.А.Шилин // Пожары и чрезвычайные ситуации: предотвращение, ликвидация. 2010. № 3. С. 85-91.Isaeva L.K. Ecological consequences of forest and peat fires in the Moscow region in 2002-2009 / Solovyov S.V., Sulimenko V.A., Shilin S.A. // Fires and emergencies: prevention, elimination. 2010. No. 3. P. 85-91Dietze E., Theuerkauf M., Bloom K., Brauer A., D€orfler W., Feeser I., Feurdean A., Gedminien L., Giesecke T., Jahns S., Karpinska-Kołaczek M., Kołaczek P., Lamentowicz M., Latałowa M., Marcisz K., Obremska M., Pedziszewsk A., Poska A., Rehfeld K., Stancikait M., Stivrins N., Swieta-Musznicka J., Szal M., Vassiljev J., Veski S., Wacnik A., Weisbrodt D., Wiethold J., Vanniere B., Słowinski M. Holocene fire activity during low-natural flammabilityperiods reveals scale-dependent cultural human-fire relationships in Europe // Quat. Sci. Rev. 2018. № 201. Рр. 44e56. https://doi.org/10.1016/j.quascirev.2018.10.005Dietze E., Theuerkauf M., Bloom K., Brauer A., D€orfler, W., Feeser I., Feurdean A., Gedminien_ e, L., Giesecke T., Jahns S., Karpinska-Kołaczek M., Kołaczek P., Lamentowicz M., Latałowa M., Marcisz K., Obremska M., Pe˛- dziszewska, A., Poska A., Rehfeld K., Stancikait _e, M., Stivrins N., Swie˛ta-Musznicka J., Szal M., Vassiljev J., Veski S., Wacnik A., Weisbrodt D., Wiethold J., Vanniere B., Słowinski M., 2018. Holocene fire activity during low-natural flammability periods reveals scale-dependent cultural human-fire relationships in Europe. Quat. Sci. Rev. 201, 44e56. https://doi.org/10.1016/j.quascirev.2018.10.005Дидманидзе О.Н. Результаты исследований температурного режима осушаемой торфяной почвы / О.Н. Дидманидзе, Е.П. Парлюк, А.В. Евграфов // Агроинженерия. 2023. Т. 25, № 1. С. 45-49. DOI: 10.26897/2687-1149-2023-1-45-49. EDN: VDZKKJ.Didmanidze O.N., Parlyuk E.P., Evgrafov A.V. Results of studies of the temperature regime of drained peat soil // Agroengineering. 2023. Vol. 25, No. 1. P. 45-49. DOI: 10.26897/2687-1149-2023-1-45-49. EDN: VDZKKJ.Дидманидзе О.Н. Результаты исследований пожароопасности торфа в зависимости от степени его разложения на землях сельскохозяйственного назначения / О.Н. Дидманидзе, А.В. Евграфов, Н.Н. Пуляев, А.С. Гузалов // Природообустройство. 2024. № 4. С. 26-33. DOI: 10.26897/1997-6011-2024-4-26-33. EDN: VPAVME.Didmanidze O.N., Yevgrafov A.V., Pulyaev N.N., Guzalov A.S. Results of studies of peat fire hazard depending on the degree of its decomposition on agricultural lands // Prirodoobustrojstvo. 2024. No. 4. P. 26-33. DOI 10.26897/1997-6011-2024-4-26-33. EDN VPAVME.Дидманидзе О.Н. Влияние плотности торфяных почв на возникновение ландшафтных пожаров / О.Н. Дидманидзе, А.В. Евграфов // Природообустройство. 2022. № 4. С. 37-41. DOI: 10.26897/1997-6011-2022-4-37-41. EDN: AQHMQU.Didmanidze O.N. Influence of peat soil density on the occurrence of landscape fires / O.N. Didmanidze, A.V. Evgrafov // Prirodoobustrojstvo. 2022. No. 4. P. 37-41. DOI 10.26897/1997-6011-2022-4-37-41. EDN AQHMQU.Киселев Я.С. Физические модели горения в системе пожарной безопасности. Монография / Я.С. Киселев, О.А. Хорошилов, Ф.В. Демехин / МЧС России; Санкт-Петербургский государственный университет противопожарной службы. СПб.: Изд-во Политехнического университета, 2009. 347 с.Kiselev Ya.S., Khoroshilov O.A., Demekhin F.V. Physical models of gorenje in the fire safety system: a monograph / EMERCOM of Russia; Saint Petersburg State University of Fire Service. SPb.: Publishing House of the Polytechnic University, 2009. 347 p.Борисов А.А. Кинетические характеристики низкотемпературного горения торфа / А.А. Борисов, Я.С. Киселёв, Удилов В.П. // Теплофизика лесных пожаров. Новосибирск: ИТФСО АН СССР, 1984. С. 23-30.Borisov A.A. Kinetic characteristics of low-temperature peat combustion / A.A. Borisov Ya.S. Kiselev, Udilov V.P. // Thermophysics of forest fires. Gorenje. Novosibirsk: ITF SOAN USSR, 1984. pp. 23-30.Гедрайтите В.А. Торф и его свойства // Материалы Молодежной научной конференции «Проблемы естествознания»: Труды Томского государственного университета. Томск, 2010. Вып. 2. Т. 273. С. 33-35.Gedraitite V.A. Peat and its properties // Materials of the International Scientific Conference “Problems of Natural Science”. Issue 2. Tomsk: 2010. P. 33-35.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.