Development of economically feasible approaches for estimating water consumption for fire extinguishing
Aruchidi N.A.1
, Vlasov K.S.2, Vlasova N.V.
1 Ростовский государственный экономический университет (РИНХ)
2 Всероссийский научно-исследовательский институт противопожарной обороны МЧС РФ
Download PDF | Downloads: 9
Journal paper
Informatization in the Digital Economy (РИНЦ, ВАК)
опубликовать статью | оформить подписку
Volume 5, Number 1 (January-March 2024)
Indexed in Russian Science Citation Index: https://elibrary.ru/item.asp?id=68014861
Abstract:
For all the time that man has been using fire. Water has been and continues to be the primary extinguishing agent.
Water is the most affordable and versatile substance. At the current level of technological development, it is still impossible to completely replace water with another more effective and affordable means.
At the same time, as the level of development in the social and industrial spheres increases, the complexity of fires grows. This entails an increase in the level of fire extinguishing technology. Therefore, the requirements for water quality and the timing of its delivery to the fire site in the required volume are increasing.
Currently, uniform standards for the entire territory of the Russian Federation to provide water for fire extinguishing purposes, which are not always relevant for modern conditions, are used.
In this regard, the aim of the research was to develop economically feasible approaches for estimating water consumption for extinguishing fires.
The authors of the article set the following tasks: (1) to examine existing approaches to solving the problem of rationing water supply for fire extinguishing needs in our country and abroad; (2) to propose new solutions to this problem.
The existing generalized methods of rationing need further improvement, taking into account socio-economic, climatic and other factors. Using the example of water consumption rates for outdoor fire extinguishing, the article offers a scientific analysis of the prerequisites for the development of a differentiated approach, taking into account existing developments in regional studies, climatology and other scientific disciplines.
Keywords: water consumption, operational activity, time of employment, mobile fire-rescue equipment, fire extinguishing devices, fire-fighting devices
JEL-classification: E24, L90, L70
Введение
Стоимость воды как экономического ресурса постоянно растет. За прошедший XX век потребность в воде увеличилась вдвое [1]. При этом для пожарных подразделений, вода продолжает оставаться основным огнетушащим средством, несмотря на все достижения химической промышленности в решении проблемы ее замены. И в общей сумме затрат на тушение пожара доля стоимости воды становится все более весомой.
Общим проблемам дефицита воды для человечества посвящена статья Лихачевой А.Б. (НИУ ВШЭ), которая основана на исследовании концепции «виртуальной» воды Дж. Алана, «водной компоненты» А. Хоекстры, а так же работах Института водных проблем РАН.
Основное содержание статьи посвящено вопросам использования воды для целей пожаротушения. В России (СССР) наиболее ранние работы по данному направлению проводились под руководством д.т.н. Абдурагимова И.М. [3]. В публикациях д.т.н. Иванова Е.Н. и его коллег описываются результаты и подходы к решению технических проблем водообеспечения. Работы д.т.н. Брушлинского Н.Н. и его учеников направлены на решение организационных проблем в рассматриваемой области.
Гипотетически результаты анализа показателей расхода воды (Q) на пожарах может позволить оценивать эффективность деятельности пожарно-спасательных подразделений.
Основная часть
Одно из первых в России документальных свидетельств инженерной разработки системы трубопроводов противопожарного водоснабжения относится концу XIX в. В 1882 году инженером Зиминым Н.П. был запатентован «Проект снабжения города Москвы водою и охраны его от пожаров» для защиты Красной площади и торговых рядов [2]. Далее вплоть до 1950 - 1960-х годов для специалистов пожарной охраны основной технической проблемой было наращивание объема воды подаваемого в очаг пожара. После развития систем городского водоснабжения и формирования в СССР автопарка пожарных автомобилей необходимой мощности, актуальным становится вопрос определения оптимальной численности парка. Для соизмерения финансового бремени содержания пожарной охраны и полезного эффекта от ее деятельности.
Рассматривая данную проблему в ракурсе решения задачи обеспечения возможности подачи воды в очаг пожара за минимальное время при условии соблюдения экономической целесообразности, можно отметить, что наиболее ранние попытки формирования научных методов, определения рациональных показателей расхода воды на тушения пожара (Q) относятся к 1970-м годам [3]. Но тогда в связи со сложностью строгого аналитического описания процесса тушения задача решалась путем обобщения большого количества данных о реальных и экспериментальных пожарах (Рисунок 1). Абдурагимовым И.М. и рядом других ученых была выведена зависимость для минимальных значений удельных Q (л×м-2) на тушение пожаров твердых горючих материалов в жилых зданиях на площади не превышающей 50 м2 (1).
|
|
(1)
|
Рисунок 1. Фактические удельные расходы
воды при тушении пожаров в жилых зданиях. Пунктир – кусочно-ломаная зависимость
[3];
сплошная линия 
.
Крупномасштабные опыты: 
-
данные Сучкова А.А., Колбасина П.А.; 
-
данные Solzberg, Vodraka Maatman; 
-
данные Яворского Г.А. Реальные пожары: 
-
данные Lobes; 
-
данные по Киеву; 
, 
- данные по Вьетнаму за 1975-1980 гг. и 1981-1983; 
-
данные по Польше. Цифры обозначают количество пожаров.
Источник:составлено автором
Figure 1. Actual specific water consumption when extinguishing
fires in residential buildings. Dotted line – piecewise polyline dependence [3]; solid line . Large-scale experiments: - data of Suchkov A.A., Kolbasina P.A.; - data of Solzberg, Vodraka Maatman; - data of Yavorsky G.A. Real fires: - Lobes data; - data on Kiev; , - data on Vietnam for 1975-1980 and 1981-1983; - data on Poland. The numbers indicate the
number of fires.
К середине 1980 годов в большинстве развитых стран мира были сформированы подходы к определению рациональных значений Q на тушение пожаров в городах. При переводе численных методов, описанных в работах [2, 5] в международную систему единиц СИ получены следующие приближенные зависимости (Рисунок 2).
Рисунок 2. Расход воды (Q, л/с) на
наружное пожаротушение в зависимости от численности населения города (N, тыс.
чел.): 1 – по Фриману (Великобритания) Q=3,79N+189,42; 2 – по
Хазену-Куичлингу (Великобритания) 
; 3 –
по NBFU (США и Канада) 
; 4 –
по СП-8 (Россия) 
; 5 –
во Франции рассчитывается диапазон 
, где
c – коэффициент важности объекта (c = 1,5 … 5)
Источник: составлено автором
Figure 2. Water consumption (Q, l/s) for outdoor firefighting,
depending on the population of the city:
1 – according to Freeman (Great Britain) Q=3.79N+189.42; 2 – according to
Hazen-Kuichling (Great Britain)
; 3 – according to NBFU (USA and Canada) ; 4 – according to SP-8 (Russia) ; 5 – in France, the range is calculated, where c is the coefficient of importance of the object
(c = 1.5 ... 5)
В целом данный подход с незначительными изменениями продолжает оставаться актуальным и до настоящего времени. В Российской Федерации нормативное значение Q в населенных пунктах определяется по таблице 1 СП 8.13130.2020 [1], которая без изменений взята из СНиП 2.04.02-84*, разработанного в начале 1980-х годов.
В работах [3-7] описан общий подход к разработке нормативных параметров Q. В котором в виду большой трудоемкости и объема расчетных работ часто использовались обобщения и вероятностные методы. Для определения Q исходили из предположения, что в некоем городе могут возникать одновременные пожары, количество которых зависит от численности населения. По СП-8 количество таких пожаров находится в интервале от одного до пяти, соответственно для городов с населением менее 10 тыс. чел и далее для городов-миллионеров.
Современные информационные технологии позволяют в короткие сроки исследовать параметры практически каждого пожара индивидуально. Например, в 2021 году в России произошло порядка 390,7 тыс. пожаров из них более 200 тыс. в городах. Разработанная авторами компьютерная программа на языке Python позволяет оперативно обрабатывать информацию по всем пожарам.
Суть метода заключается в следующем. Сведения о продолжительности пожаров в каждом городе представляются в виде диаграммы Ганта, где строка – это отдельный пожар, столбцы – минуты. Количество столбцов соответствует количеству минут в одном календарном году Vf = 525 600. То есть каждая строка представляет числовой вектор длинной Vf , состоящий из нулей и единиц. Ноль если пожара в данную минуту не было и единица, если был (Рисунок 3).
Рисунок 3. Диаграмма Ганта – распределение минутных интервалов одного года, когда был (1) или (0) не было пожара
Источник:составлено автором
Figure 3. Gantt chart – distribution of minute intervals of one year when there was (1) or (0) there was no fire
Суммы по столбцам диаграммы Ганта позволяют определить сколько именно одновременных пожаров происходило в городе в ту или иную минуту. Например, в первую минуту от начала года произошел один пожар, в 4-ю минуту было три одновременных пожара, 525 599 и следующую пожаров не было вообще.
Таким образом были изучены обстоятельства пожаров во всех городах Российской Федерации с населением 100 тыс. и более человек за 2021 год. Всего таких городов по данным Росстата 168 из них 15 с населением более 1 млн. В обобщенном виде получены следующие сведения по одновременным пожарам в городах-миллионерах (Рисунок 4).
Рисунок 4. Количество минутных интервалов, когда происходили одновременные пожары. Города: 1. Москва; 2. Санкт-Петербург; 3. Новосибирск; 4. Екатеринбург; 5. Казань; 6. Нижний Новгород; 7. Челябинск; 8. Самара; 9. Омск; 10. Ростов-на-Дону; 11. Уфа; 12. Красноярск; 13. Воронеж; 14. Пермь; 15. Волгоград
Источник: составлено автором
Figure 4. The number of minute intervals when simultaneous fires occurred. Cities: 1. Moscow; 2. Saint Petersburg; 3. Novosibirsk; 4. Yekaterinburg; 5. Kazan; 6. Nizhny Novgorod; 7. Chelyabinsk; 8. Samara; 9. Omsk; 10. Rostov-on-Don; 11. Ufa; 12. Krasnoyarsk; 13. Voronezh; 14. Perm; 15. Volgograd
Согласно СП 8.13130.2020 и других ранее проводимых исследований [2 -7] и др. принималась гипотеза, что количество пожаров в городе коррелирует с численностью населения. По результатам исследований, описываемых в настоящей статье видно, что для одновременных пожаров в городах с населением 100 и более тыс. это уже далеко не так, это демонстрирует и распределение пожаров в городах-миллионерах (Рисунок 4). Если бы гипотеза была верной, то наибольшее количество одновременных пожаров должно быть в Москве и далее постепенно снижаться в соответствии с численностью населения. Однако, в данном случае таковое не наблюдается.
Поэтому полученные ранее выводы о пожарах одновременно происходящих в одном городе уже не так достоверны. С учетом обозначенных в начале статьи тенденций повышения стоимости воды, материальных ценностей на объекте пожара и необходимости повышения общей экономической эффективности деятельности противопожарной службы, возникает потребность в оптимизации существующих подходов. Одним из перспективных направлений оптимизации является поиск новых методов определения необходимых параметров Q.
В работе [8] была предложен метод расчета Q на тушение пожара на отдельном объекте
|
|
(2)
|
В развитие данного подхода авторами был предложен новый расчетный метод, позволяющий применять компьютерные технологии Big Data. На основе информации из федеральной базы данных по пожарам [2]. Расчетными методами с использованием языков программирования Python, R были получение оптимизированные значения Q для отдельных городов Российской Федерации.
Суть предлагаемого метода заключается в создании компьютерной модели для оперативных расчетов. По содержащимся в базе данных сведениям о количестве и видах стволов, подаваемых на тушение, а так же справочным данным [9, с. 81] возможно определить приближенное значение Q для каждого пожара в отдельности по формуле (3).
|
|
(3)
|
Проверка валидности формулы 3 была проведена по реальным данным о пожарах за 2021 года в городах-миллионерах. Например, был определен пожар с максимальным расчетным Q = 573,5 л×с-1, который произошел 12.04.2021 в Санкт-Петербурге на Октябрьской набережной 50 на предприятии ООО «Англер» [https://78.mchs.gov.ru/ deyatelnost/press-centr/operativnaya-informaciya/4433447]. Достоверность полученного расчета подтверждается данными из отчетных документов.
Далее для определения Q отдельных городов была исследована динамика показателей на интервале с 2010 по 2021 год. Например, в г. Владимир (Рисунок 5).
Рисунок 5. Показатели расхода воды на пожаротушение в г. Владимир в интервале с 2010 по 2021 год с шагом в один месяц
Источник: составлено автором
Figure 5. Indicators of water consumption for firefighting in Vladimir in the interval from 2010 to 2021 in increments of one month
В результате были получены близкие к реальной потребности значения Q индивидуально для каждого города Российской Федерации с учетом сезонных колебаний (Рисунок 6).
Таблица 1 – Рекомендуемые расчетные показатели расхода воды на наружное пожаротушение (Q, л/с) по некоторым городам Российской Федерации с населением 300 – 400 тыс. чел.
|
Месяц
|
Города
| ||||||
|
Чита
|
Владимир
|
Архангельск
|
Белгород
|
Калуга
|
Курган
|
Сочи
| |
|
Январь
|
18,3
|
19,4
|
34,7
|
8,8
|
14,1
|
18,7
|
22,5
|
|
Февраль
|
26,5
|
12,0
|
32,8
|
7,3
|
13,4
|
22,2
|
21,0
|
|
Март
|
20,3
|
22,2
|
32,5
|
9,2
|
16,0
|
23,9
|
24,9
|
|
Апрель
|
23,8
|
21,2
|
28,4
|
11,6
|
16,7
|
33,7
|
18,1
|
|
Май
|
24,8
|
22,0
|
40,0
|
13,5
|
13,3
|
24,0
|
20,7
|
|
Июнь
|
18,1
|
18,8
|
41,0
|
11,0
|
13,2
|
25,0
|
22,3
|
|
Июль
|
19,3
|
18,5
|
37,3
|
8,2
|
14,7
|
20,1
|
23,3
|
|
Август
|
20,9
|
17,6
|
36,9
|
9,8
|
12,3
|
20,8
|
18,3
|
|
Сентябрь
|
18,2
|
20,7
|
24,6
|
9,7
|
12,0
|
17,3
|
21,9
|
|
Октябрь
|
20,8
|
25,1
|
30,2
|
10,1
|
13,3
|
18,4
|
24,9
|
|
Ноябрь
|
19,2
|
15,9
|
35,1
|
11,9
|
11,8
|
18,8
|
25,8
|
|
Декабрь
|
18,3
|
19,4
|
34,7
|
8,8
|
14,4
|
18,7
|
22,5
|
|
Население
на 2022 г.
тыс. чел. |
349,5
|
357,1
|
348,5
|
378,4
|
335,5
|
322,7
|
348,2
|
Рисунок 6. Показатели требуемого расхода воды на пожаротушение в некоторых российских городах с населением от 300 до 400 тыс. чел.
Источник:составлено автором
Figure 6. Indicators of the required water consumption for firefighting in some Russian cities with a population of 300 to 400 thousand people.
Расчетными данными Иванова Е. Н. [5] в 1980-х годах для всех городов на территории СССР с численностью населения от 300 до 400 тыс. была обоснована норма Qнорм = 70 л/с. Норма применяется и в действующей редакции свода правил СП-8. Для своего времени такое значение Qнорм было оправданным с точки зрения требований экономики и пожарной тактики. Как показали расчеты для отдельных городов это значение кратно превышает реальные потребности.
Вывод
Развитие технологий позволяет постепенно переходить к более актуальной системе нормирования. Сократить интервал времени между исследованиями явления и разработкой нормативных требований с десятилетий до приемлемых сроков. Существующие нормы расходов воды на пожаротушение действуют уже более 40 лет. За это время уже многое изменилось.
Предлагаемый метод позволяет определять рациональное значение нормативных показателей расхода воды и их корректировать с лагом в два – три года. Основным преимуществом метода является адресная направленность, поскольку как было показано выше города со сходными социально-экономическими показателями могут существенно отличаться по характеристикам пожарной безопасности.
[1] СП 8.13130.2020 "Системы противопожарной защиты. наружное противопожарное водоснабжение. Требования пожарной безопасности". https://docs.cntd.ru/document/565391175
[2] Приказ МЧС России от 21.11.2008 г. № 714"Об утверждении порядка учета пожаров и их последствий"
References:
Abduragimov I.M., Den Kkhan (1983). Novye varianty formul dlya rascheta normativnyh udelnyh raskhodov vody i pokazateley effektivnosti i kachestva tusheniya ordinarnyh pozharov TGM na malyh ploshchadyakh goreniya [New versions of formulas for calculating standard specific water consumption and indicators of efficiency and quality of extinguishing ordinary fires with solid combustible materials in small areas of ignition] M.: VIPTSh MVD SSSR. (in Russian).
Abduragimov I.M., Yavorskiy G.A. (1978). O vozmozhnosti povysheniya ognetushashchey effektivnosti vody putem sovershenstvovaniya sposobov ee podachi v zonu goreniya pri tushenii pozharov TGM [On the possibility of increasing the fire extinguishing efficiency of water by improving the methods of its supply to the combustion zone when extinguishing fires with solid combustible materials] M.: VIPTSh MVD SSSR. (in Russian).
Brushlinskiy H.H., Brushlinskaya G.K. (1975). O prodolzhitelnosti i chastote odnovremennogo obsluzhivaniya neskolkikh vyzovov pozharnymi podrazdeleniyami goroda [About the duration and frequency of simultaneous servicing of several calls by fire departments of the city] M.: VNIIPO MVD SSSR. (in Russian).
Kimstach I.F., Devlishev P.P., Evtyushkin N.M. (1984). Pozharnaya taktika [Fire tactics] M.: Stroyizdat. (in Russian).
Kurbatskiy O.M., Ivanov E.N. (1960). Issledovanie raboty gidrantov [Investigation of hydrant operation] Izd. MKKh RSFSR. (in Russian).
Likhacheva A.B. (2013). Problema presnoy vody kak strukturnyy faktor mirovoy ekonomiki [Fresh water problem as a structural factor of world economy]. The HSE Economic Journal. 17 (3). 497-523. (in Russian).
Melnik A.A., Martinovich N.V., Kalyuzhina Zh.S., Malyutin O.S. (2019). Spravochnik nachalnika karaula pozharnoy chasti [Directory of the chief of the guard of the fire department] Krasnoyarsk: FGBOU VO Sibirskaya pozharno-spasatelnaya akademiya GPS MChS Rossii. (in Russian).
Podgrushnyy A.V. (2004). Sovershenstvovanie upravleniya boevymi deystviyami pozharnyh podrazdeleniy na osnove povysheniya ikh takticheskikh vozmozhnostey [Improving the management of combat operations of fire departments by increasing their tactical capabilities] M.. (in Russian).
Poroshin A.A., Kondashov A.A., Bobrinev E.V., Udavtsova E.Yu. (2022). Otsenka kolichestva odnovremennyh pozharov v naselyonnyh punktakh po sezonam goda [Estimation of the number of simultaneous fires in settlements by seasons of the year]. Tekhnologii tekhnosfernoy bezopasnosti. (3(97)). 25-36. (in Russian). doi: 10.25257/TTS.2022.3.97.25-36.
Rodionov E.G. (2001). Reshenie kompleksa zadach organizatsii pozharotusheniya v naselennyh punktakh [Solving a set of fire extinguishing tasks in populated areas] Moscow. (in Russian).
Vilisov V.Ya. (2021). Optimalnoe raspredelenie sil i sredstv pri odnovremennyh vyzovakh na pozhary [Optimal distribution of forces and funds in simultaneous calls to fire] Theoretical and applied issues of integrated security. 54-58. (in Russian).
Vlasov K.S., Poroshin A.A. (2022). Ordinarnye i krupnye pozhary: kriterii opredeleniya [Ordinary and large fires: criteria for determining] Current problems of fire safety. 168-172. (in Russian).
Страница обновлена: 17.05.2025 в 12:31:20