ТЕПЛОВОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ НА ПОЧВЫ ПРИ ЛЕСНЫХ ПОЖАРАХ Асан А.А., Шишкин В.И. Национальный исследовательский Томский политехнический университет, г. Томск, Россия e-mail: b0b91@mail.ru Введение. Лесные пожары оказывают влияние на различные компоненты биогеоценоза, в том числе на почвы [1-8]. В результате воздействия лесных пожаров на почвенные горизонты образуются так называемые пирогенные почвы [5]. В таких почвах нарушен микробиологический баланс, а также наблюдается изменение в составе органики и ряд других негативных последствий. Цель настоящей работы – численное моделирование теплопереноса в слоистой структуре почвы при воздействии излучения от фронта пожара. 1. Физическая постановка задачи. Слой почвы рассматривается как двухслойная система [9], в которой могут быть выделены зоны, богатые органикой (верхний горизонт толщиной 5 см), и глины (нижний горизонт толщиной 5 см). Теплопередача в последующие слои в работе учитывается с помощью постановки граничных условий 3-го рода с использованием коэффициента теплопередачи. Полагается, что передача тепла в системе «глина – органика – воздух» осуществляется только за счет механизма теплопроводности. Рассматривается модельная почва без привязки к конкретному типу почв. Область решения представлена 3 слоями: глины, слоя, обогащенного органикой и воздуха над слоем. На границе раздела слоев выставлены граничные условия 3-го рода. На границе расчетной области задаются невозмущенные значения температуры (температуры в глубине почвы и в воздухе соответственно на нижней и верхней границе) с учетом коэффициентов теплопередачи и теплоотдачи. Область решения представлена на рисунке 1. Рисунок 1. – Область решения. 2. Математическая модель. В соответствии с физическими допущениями математически процесс распространения тепла в почве описывается системой уравнений теплопроводности [9] с соответствующими начальными и граничными условиями: Уравнение энергии для органики: T1 2T1 1 с1 1 2 z z Уравнение энергии для глины: T 2T 2 с2 2 2 22 z z Граничные условия для уравнений : T T T Г0: 1 T Te 1 T1 ; Г1: 1 1 2 2 , T1 T2 ; Г2: 1 1 q , z z z z где Ti, i , ci, 1 – температура, плотность, теплоемкость, теплопроводность (1 – слоя глины, 2 – слоя органики); q – тепловой поток от фронта лесного пожара; 1 – коэффициент теплоотдачи; z – пространственная координата; t – время. 3. Исходные данные. При численном моделировании использованы следующие исходные данные: кг кг Дж Дж Вт 1 1330 3 ; 2 1070 3 ; с1 801 ; с2 976 ; 1 0,84 ; м м кг К кг К мК Вт Вт 2 0,5 ; 1 80 2 ; мК м К Начальные значения температуры поверхности почвы, окружающего воздуха и почвенных слоев задавались на основе справочных данных [6]. В будущем возможно использование более подробных математических моделей по оценке температурных профилей в почве по вертикальной координате. В результате теоретических исследований установлено, что лучистый тепловой поток является одним из важных факторов передачи тепла в почву при распространении фронта лесного пожара. Выводы. В данной работе впервые представлена наиболее простая одномерная математическая модель оценки влияния тепловых режимов лесных пожаров на приповерхностные слои почвы. Следует отметить, что снижение активности ферментов четко прослеживается в слое 0-10 см и составляет в среднем 14 %, что связано со сгоранием гумуса и как следствие, отсутствием субстрата для жизнедеятельности микроорганизмов и возможной денатурацией самих белковых молекул ферментов [1-5,7]. 1) Девятова Т.А., Горбунова Ю.С.. Изменение ферментативной активности почв в черноземе выщелоченном при пирогенном воздействии // Вестник Воронежского государственного университета. Серия: Химия. Биология. Фармация. 2012. №2. С.136-143. 2) Краснощекова Е.Н., Косов И.В., Иванова Г.А. Воздействие высоких температур на микроартропод почв при пожарах в лиственничниках нижнего Приангарья // Хвойные бореальной зоны. 2008. Т.XXV. №3-4. С.250-253. 3) Богданов В.В., Прокушкин А.С., Прокушкин С.Г.. Влияние низовых пожаров на подвижность органического вещества почвы в лиственничниках криолитозоны средней Сибири // Вестник Красноярского государственного аграрного университета. 2009. №2. С.88-93. 4) Голощапова Ю.Ю., Калиненко Н.А.. Влияние пожара на органическое вещество темно-серых лесных почв // Омский научный вестник. 2012. №1-108. С.217-220. 5) Богородская А.В., Иванова Г.А.. Микробиологический мониторинг состояния почв после пожаров в сосново-лиственничных насаждениях нижнего приангарья // Хвойные бореальной зоны. 2011. Т.XXVIII. №1-2. С.98-106. 6) Шульгин А.М. Климат почвы и его регулирование. Издание 2-е. Л. Гидрометеоиздат. 1972. 341 с. 7) Certini G. Effects of fire on properties of forest soils: a review. Oecologia. 2005. P.1-10. 8) Jiang Y., Zhuang Q., O'Donnell J.A. Modeling thermal dynamics of active layer soils and near-surface permafrost using a fully coupled water and heat transport model // Journal of Geophysical Research. 2012. V.117. №11. 9) Барановский Н.В., Тойчуев Р.М., Олалейе А.О. Математическое моделирование теплопереноса в слое почвы при воздействии очага лесного пожара // Современные проблемы науки и образования. 2013. №4. С.317.