森林和村鎮(zhèn)結(jié)合部火災(zāi)現(xiàn)象現(xiàn)場調(diào)查和分析途徑

王海暉,翟春婕,,毛麗君,姚樹人

（1.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)火災(zāi)科學(xué)國家重點實驗室，安徽 合肥 230027;2.南京森林警察學(xué)院，江蘇 南京 210023）

森林和村鎮(zhèn)結(jié)合部通指森林與村莊或森林與林區(qū)居民居住地相接壤的部分。我國許多省份擁有豐富的森林資源和廣大的農(nóng)村地區(qū)，存在不少森林和村鎮(zhèn)相交錯的結(jié)合部。在美國，差不多9%的本土面積屬于這樣的地域，并且大約39%的房屋建筑在結(jié)合部地域[1]。

從森林防火的角度來說，結(jié)合部的特殊性在于它們直接與森林植被相連接，并且有較頻繁的人類活動。在這類地域，擁有豐富的生活、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、工業(yè)生產(chǎn)以及休閑和宗教祭祀相關(guān)聯(lián)的林間設(shè)施。比如：除有荒地、農(nóng)田和糧草的囤積地外，還有安葬先祖的墓地、工業(yè)生產(chǎn)廠房、野營和野炊設(shè)施、通信中繼系統(tǒng)、鐵路干線和供電設(shè)備等[2-4]。由于豐富的生活相關(guān)用火和生產(chǎn)性用火，火源來源豐富，加上分布有特定可燃物，該類地域火災(zāi)多發(fā)，并經(jīng)常因此出現(xiàn)結(jié)合部火災(zāi)向森林或大規(guī)模建筑火災(zāi)演化。新中國成立后，許多有案可查的森林火災(zāi)都是因為結(jié)合部火災(zāi)牽連所致，實際占比在火災(zāi)發(fā)生總數(shù)的98%以上[2，3]。我國曾經(jīng)每年因為結(jié)合部火災(zāi)引發(fā)重大、特別重大森林火災(zāi)數(shù)千起，造成大量的林木資源損失[2，3]。在歐美和大洋洲許多國家，經(jīng)常也都因結(jié)合部火災(zāi)損失大量房屋，并伴隨一定的人員傷亡[5-8]。

結(jié)合部火災(zāi)問題是全世界多林國家共同面臨的嚴峻挑戰(zhàn)。因其復(fù)雜性，相關(guān)應(yīng)用基礎(chǔ)和技術(shù)研究并不充分，尤其是缺乏針對結(jié)合部的局部火災(zāi)如何引發(fā)相毗鄰的森林著火及相應(yīng)的防范措施等的研究。在西方國家，結(jié)合部火災(zāi)現(xiàn)象的研究則比較多，但工作主要以保護結(jié)合部房屋以及提高房屋等林間設(shè)施在火災(zāi)場合中生存能力為主旨[5，7-11]。為加強這方面的研究工作，尤其是尋找有效的技術(shù)途徑以降低因結(jié)合部火災(zāi)引發(fā)森林火災(zāi)的概率，達到經(jīng)濟和高效保護森林資源的目的，本文提出一套調(diào)研工作方案，以火災(zāi)案例勘查為切入點，深入了解火災(zāi)形成的特點和結(jié)合部火災(zāi)向森林大火演化的條件。在對此類問題的科學(xué)認識基礎(chǔ)上，構(gòu)筑結(jié)合部火災(zāi)防治的新理念，開發(fā)經(jīng)濟有效的災(zāi)害預(yù)防和控制的技術(shù)及措施。

1 結(jié)合部火災(zāi)現(xiàn)象調(diào)查分析的理論

對于特定地區(qū)來說，盡管有不同的火源引起火災(zāi)，并以不同的方式導(dǎo)致火勢擴張和最終失去控制，其過程仍可歸納為三個基本階段，如圖1所示[12]。正如筆者在先前工作中介紹的[12]，火災(zāi)發(fā)生前首先需要有火災(zāi)條件準備，即在特定的人類活動中或因生活用火不慎，或因田間作業(yè)違規(guī)，或因休閑和祭祀活動提供了明火源。這類火源與地表細小可燃物（如干草、落葉和枯枝等）接觸而起火。這是火災(zāi)的初發(fā)期，是局部的，并多表現(xiàn)為緩慢推進的低強度地表火。這一階段又被稱為“一次引燃”階段。這一階段即使沒有人為干涉，如果可燃物量少、不連續(xù)且無環(huán)境風時，通常會因可燃物無法接續(xù)而自動熄滅。反之，會使火勢不斷擴大：如一個枯草堆著火后，再引發(fā)周邊的灌木叢著火，或草地（甸）著火后直接波及附近的林子等。這個階段通常稱為二次引燃。二次引燃的出現(xiàn)，意味著大規(guī)模火災(zāi)的形成。

圖1 結(jié)合部火災(zāi)典型發(fā)展階段

一次引燃向二次引燃的轉(zhuǎn)變，則通過下列三種點燃模式中的一種或者兩種的結(jié)合，即直接的火焰接觸和蔓延（direct flame impinge?ment）、火焰的熱輻射（flame radiation）以及燃著可燃物屑塊在環(huán)境風作用下向下游遷移引發(fā)的飛火現(xiàn)象（spotting）[5，8，12]。其中，直接的火焰接觸需要具備一個條件，那就是要有連續(xù)的可燃物分布；火焰的熱輻射能否引燃附近可燃物則取決于一次引燃后的火勢和規(guī)模。造成飛火現(xiàn)象的基本條件是有環(huán)境風存在。由于燃著的可燃物屑塊來自于一次引燃后的低強度地表火火源，屑塊在遷移過程中基本不出現(xiàn)顯著的升騰，因而其作用范圍是局部的。三種點燃模式的差異在表1中作了比較。顯而易見，飛遷并燃燒著的可燃物因作用范圍使得其成為三種點火模式中最難以預(yù)料并且危害最大的方式。這已被以往許多火災(zāi)案例所證實[3，5，8，9，11]。

表1 三種不同點燃機理比較[5,8,9,11]

一次引燃向二次引燃的轉(zhuǎn)變是相當復(fù)雜的系統(tǒng)過程，不僅是因為現(xiàn)象本身復(fù)雜，更主要是因為是否轉(zhuǎn)變成功直接與當?shù)氐牡匦?、地貌和可燃物的分布和種類以及當?shù)氐臍庀髼l件直接相關(guān)聯(lián)。其發(fā)生的隨機性同時還會因為是否有人為干涉變得更加明顯。例如，當事人在操作機械不當導(dǎo)致草坪著火后，努力投入火災(zāi)撲救工作，盡管沒能控制住火災(zāi)，但會明顯改變火災(zāi)發(fā)展勢態(tài)。盡管如此，基于該現(xiàn)象在火災(zāi)發(fā)展中的地位，對該現(xiàn)象的深刻認識，無疑會幫助找到保護毗鄰森林資源的有效方法。對于轉(zhuǎn)變條件的科學(xué)把握，也為經(jīng)濟、高效組織結(jié)合部火災(zāi)的撲救以及充分貫徹“打早、打小、打了”的戰(zhàn)略思想提供有力支撐。

2 調(diào)查工作的思路和要點

森林火災(zāi)是否會在特定結(jié)合部發(fā)生，撇除一些偶然因素外，一個不爭的事實是：它必然經(jīng)過三個階段演化而來。因此，如果在這三個階段中的任何環(huán)節(jié)加強了防范，就很可能不會出現(xiàn)該火災(zāi)。對于出現(xiàn)問題的地域，到底問題出在哪個方面，又如何解決，則完全可以從已發(fā)生的火災(zāi)教訓(xùn)中學(xué)習到。但是，重要信息隱含在三個發(fā)展階段中，需要通過仔細搜集、整理和分析才能獲得。

調(diào)查的基本工作流程如圖2所示。獲取的關(guān)于火源形成的信息，可以知曉在加強火源管理工作以防堵因低級錯誤引入明火源的同時，從技術(shù)層面上考慮消減可能出現(xiàn)的明火源。例如，根據(jù)記載的已發(fā)案例[3]，在結(jié)合部甚至是整個林區(qū)使用的機動車輛和油鋸及水泵等機械作業(yè)時，應(yīng)考慮到可能的設(shè)備故障產(chǎn)生明火源，提高這些設(shè)備在火災(zāi)易發(fā)地區(qū)使用的安全性；因林區(qū)企業(yè)生產(chǎn)車間用火導(dǎo)致周邊樹林著火似乎是屢犯不止，應(yīng)該嘗試從技術(shù)的角度消減該現(xiàn)象。

圖2 結(jié)合部火災(zāi)現(xiàn)象調(diào)查和分析流程

眾所周知，可燃物的管理可以防堵一次引燃以特定點燃方式向二次引燃轉(zhuǎn)化。面對結(jié)合部豐富的可燃物分布如何著手則是關(guān)鍵。經(jīng)濟有效的管理方法應(yīng)該是與特定地域的特征掛鉤，與時間掛鉤[13，14]。依據(jù)的確立一方面來自我們已知的對火災(zāi)發(fā)生和發(fā)展的科學(xué)認識，另一方面也來自于火災(zāi)案例調(diào)查取得的信息。

海南省因溫熱帶氣候條件，植物生長極其茂盛，其火情基本為3至5月份因祭祀祖先或燒荒和燒田埂產(chǎn)生的火源引起。由于地多人少、林地高度分散，加上耕種和防治植物病蟲害的需要，生產(chǎn)用火難以像內(nèi)地那樣較徹底管控。如何利用有限的森林防火力量，將林火管理工作做得更好，有賴于對當?shù)鼗鹪捶N類和發(fā)生一次引燃可燃物屬性的科學(xué)認識。結(jié)合生物防火技術(shù)，對易于形成一次引燃的可燃物進行隔離，消除其由一次引燃向二次引燃轉(zhuǎn)變的條件，可以達到事半功倍的效果，實現(xiàn)防火力量投入效益最大化。利用生物防火技術(shù)的多樣性[15，16]，大力開展結(jié)合部附近地域的林果（果樹）、林茶（茶葉樹）、林豆（豆科作物）、林藥（草藥）、林菜（蔬菜）或林菌（食用菌）的結(jié)合，在構(gòu)建有火不成災(zāi)綠色環(huán)境的同時，豐富當?shù)禺a(chǎn)業(yè)并提高村民收入。

量化的結(jié)合部火災(zāi)發(fā)生危險性的評定，是指導(dǎo)結(jié)合部火災(zāi)防治工作的重要方法。通過對結(jié)合部是否具備火源條件，是否具備著火要素以及是否出現(xiàn)向二次引燃轉(zhuǎn)化的取證和分析，以確定特定結(jié)合部地域引發(fā)森林火災(zāi)的可能性。這種定量評判將成為開展火災(zāi)防治工作的重要依據(jù)，當然這種評判將因相關(guān)措施的實施和運用而發(fā)生變化（圖2）。在結(jié)合部逐步引入該工具以有所側(cè)重地開展防火設(shè)計，以填補特定林區(qū)生態(tài)環(huán)境以及生活和生產(chǎn)等各項林間設(shè)施在火災(zāi)場景中的脆弱性短板，是未來主攻方向之一。

因當?shù)亓曀资谷?，一塊安葬祖先的墓地，難免出現(xiàn)火源。這樣的設(shè)施的存在使得該地域具有極高潛在的著火危險性。對于這類場所，在加強火源行政管理的同時，應(yīng)在可能的條件下確保與毗鄰草地和森林可燃物的有效分隔，以保持安全距離，并在此周邊加強防范措施，如安裝視頻監(jiān)控系統(tǒng)和設(shè)置防飛火的金屬絲網(wǎng)籬笆等。當然，相應(yīng)的火源管理是有季節(jié)性的[2，13，14]。因為，當可燃物含水率較高或雨季來臨時，即使有火源，幾乎不存在火災(zāi)危險性。在這種時段，實際上可以讓當?shù)鼐用褡杂墒褂酶黜椩O(shè)施。

這幾年野營、野炊越來越風行，并多出現(xiàn)在結(jié)合部。另一個明顯的趨勢是，人們對居住環(huán)境的要求越來越高，開始熱衷于將住宅建在毗鄰森林的地域。這些對結(jié)合部火災(zāi)防治工作是一種新挑戰(zhàn)[14]。通過對不斷變化的火災(zāi)形勢的科學(xué)認識，建立并完善結(jié)合部建筑住宅和各項林間設(shè)施的防火規(guī)范，并真正予以落實。如果跟不上發(fā)展的火災(zāi)形勢，勢必會變得很被動。對未來結(jié)合部火災(zāi)現(xiàn)場開展細致的調(diào)查則是把握火災(zāi)形勢發(fā)展動態(tài)和找到問題關(guān)鍵及解決辦法的有效途徑。

火災(zāi)現(xiàn)象調(diào)查細節(jié)大致如下：

火源形成部分

1）地點、方位和當?shù)氐匦蔚孛玻ㄓ肎PS定位并輔以地面照片和航拍圖片說明）。

2）出現(xiàn)時間和基本過程。

3）出現(xiàn)背景和原因。

4）火源種類。

一次引燃部分

1）可燃物種類。

2）可燃物分布狀況（將引燃區(qū)域附近未燃可燃物多處取樣并密封）。

3）當?shù)貧庀髼l件（包括當?shù)貧庀笈_預(yù)報的氣溫、濕度、風向和風速、日照和降雨等）。

4）現(xiàn)場氣象條件估測（如氣溫、濕度、風向和風速、日照和降雨等）。

一次引燃向二次引燃轉(zhuǎn)變

1）現(xiàn)場目擊情況，包括一次引燃后火場狀況（如火焰高度和蔓延速度）以及向二次引燃轉(zhuǎn)變的現(xiàn)場目擊紀錄、圖片和航片及視頻資料等。

2）判斷轉(zhuǎn)變機理。①如果是直接火焰接觸或蔓延需要有連續(xù)分布可燃物。②如果為火焰輻射引燃，要求一次引燃后的低地表火有一定規(guī)模并且火強度較大，接受體的接受面正對火焰前鋒并且較易燃。③如果為飛火點燃，則需要有環(huán)境風；二次引燃著火區(qū)在風的下游并且與一次引燃的火區(qū)不連續(xù)；應(yīng)看到散落在附近被遷移的燃過的可燃物屑塊。

3）一次引燃后火災(zāi)現(xiàn)場物證提取，包括測量遺留的熏黑高度和地表可燃物的燃燼量（即選取若干標準方對已過火可燃物取樣和稱量并封存）等。

4）如果有飛火屑塊形成，則盡可能多地取樣并封存，并記錄離一次引燃火場的距離。

從工作的內(nèi)容來看，只是在目前火災(zāi)統(tǒng)計的基礎(chǔ)上作一些擴充并注重細節(jié)而已。可以先在人為火災(zāi)嚴重的重點林區(qū)局部作樣板性嘗試，并在此基礎(chǔ)上逐步將樣板點推廣到全國。最終的采樣地應(yīng)覆蓋全國各大林區(qū)，并且樣板地（如鄉(xiāng)級以上規(guī)模的林場）的數(shù)量應(yīng)不少于100個，以確保未來現(xiàn)場數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析的全面性和可靠性。

從事調(diào)查和統(tǒng)計的工作人員需作短期培訓(xùn)，以確保未來所記錄的現(xiàn)象、現(xiàn)場觀察數(shù)據(jù)和實地樣品采集的可靠性和準確性。設(shè)有航空護林基站的地區(qū)，可以在安排巡護服務(wù)時增加對火災(zāi)現(xiàn)場和過火跡地的拍照、視頻甚至紅外攝像工作，為全面了解和印證特定火災(zāi)形成和發(fā)展過程提供進一步信息。

相關(guān)工作成果主要包括：

1）不同林區(qū)特定結(jié)合部火災(zāi)發(fā)生的地域和時域特征。

2）對結(jié)合部火災(zāi)形成條件和復(fù)雜蔓延過程的系統(tǒng)和深刻認識。

3）火源種類的科學(xué)劃分以及相應(yīng)的管理措施。

4）與林區(qū)特點相符合的和細化的可燃物管理技術(shù)規(guī)范。

5）合理制定結(jié)合部生活設(shè)施、公共服務(wù)設(shè)施、安全生產(chǎn)和作業(yè)的規(guī)章制度。

6）針對擁有需重點保護設(shè)施，諸如儲糧屯、林產(chǎn)企業(yè)、電信中繼和供電系統(tǒng)、鐵路干線以及國防設(shè)施等，結(jié)合部的火災(zāi)危險性評估技術(shù)。

7）針對具有特定火災(zāi)危險性的結(jié)合部的火災(zāi)監(jiān)測和報警系統(tǒng)安裝標準以及撲滅火裝備的儲備方案。

8）基于對火災(zāi)形成和轉(zhuǎn)變條件科學(xué)認識提出的經(jīng)濟、高效的火災(zāi)初期控制（撲救）方法和戰(zhàn)術(shù)。

3 結(jié)論

結(jié)合部火災(zāi)易發(fā)難控，與在該獨特地域上擁有豐富的潛在火源和可燃物分布密切相關(guān)。認真研習火災(zāi)案例，就能找到有效解決問題的方法。不斷積累火災(zāi)案例調(diào)查結(jié)果，意味著可以像“紀昌學(xué)射”一樣，越來越清晰地看到實現(xiàn)我們目標的有效技術(shù)途徑，從而突破目前過分依賴火源管理以及針對結(jié)合部人群活動行政干預(yù)為主的管理模式，提升工作效率，有效避免森林大火的發(fā)生。

通過獲取翔實的第一手資料，認識結(jié)合部火災(zāi)形成的條件和演化過程，建立起結(jié)合部火災(zāi)防治的新理念和新思路，開發(fā)與特定地域特點相符合、經(jīng)濟高效的火災(zāi)防控技術(shù)與措施。通過對局部地區(qū)的火災(zāi)危險性和潛在隱患的科學(xué)評估，以開展對具體地域的科學(xué)管理，從技術(shù)角度實現(xiàn)大幅度降低人為因素造成火災(zāi)發(fā)生次數(shù)的目標。

致謝！本項工作中針對森林和村鎮(zhèn)結(jié)合部火災(zāi)形勢的調(diào)研得到云南省、海南省以及重慶市森林防火指揮部辦公室的大力支持。

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