基于模糊綜合評價法的森林火災易損性研究

（中南林業(yè)科技大學 理學院，湖南 長沙 410004）

隨著森林火災研究的不斷深入以及社會經濟建設的快速發(fā)展，森林火災風險研究引起了國際社會和學術界的普遍關注[1-3]。易損性研究是自然災害風險研究的重要內容，本研究將易損性的概念引入到森林火災中來，對森林火災進行易損性評價，將森林火災風險研究的重點向承災體自身屬性轉移[4]，對森林火災的防災減災具有重要的理論和現(xiàn)實意義。

近些年來，國內外學術界對自然災害易損性進行了一定的研究，但更多的是對地震[5]、泥石流[6]、雷電[7]和洪水[8]等這些災害方面進行研究，而關于森林火災的易損性研究還鮮有人涉足。研究的主要方法通常采用模糊綜合評判法[9]、灰色聚類綜合評價法[10]、層次分析法[11]等。模糊綜合評判法在某種程度上來說涵蓋了以前的確定型分析。同時也解決了在多指標綜合分析中，相同準則層各個指標所對應的穩(wěn)定級別相互差異的矛盾現(xiàn)象。此外本方法也具備定性分析與定量運算相結合的特點，能夠較好的反映森林火災各評價指標范疇內的模糊性。所以本研究以模糊綜合評價法為基礎，以湖南省為研究區(qū)域，構建模糊綜合模型，對區(qū)域森林火災易損性評價作一些初步的探討。

1 森林火災易損性評價指標體系的構建

森林火災的發(fā)生發(fā)展是自然與人類社會過程相互作用的結果，易損性是一種廣泛綜合的概念，使得其組成也成為各種要素的集合體。而現(xiàn)實生活中，易損性也正與這些社會經濟發(fā)展水平、森林火災災情的關聯(lián)程度、以及面對災害時的救援及處置能力相關。易損性概念的核心內容是自然過程和社會過程相互作用的結果[4]。本研究界定區(qū)域森林火災易損性的基本概念為由于林火而可能導致承災體遭受森林火災危害的損失程度。森林火災易損性系統(tǒng)由承災體本身具有的社會易損性、經濟財產易損性、該區(qū)域的防災救災能力、區(qū)域承災體的恢復程度以及森林火災歷史災情情況這5個準則層組成。

根據(jù)上述森林火災易損性系統(tǒng)的構成以及區(qū)域森林火災易損性系統(tǒng)的真實狀況，借鑒國內外現(xiàn)行其他自然災害易損性評價實例[12-14]，了解評價區(qū)域森林火災的發(fā)生情況、經濟發(fā)展情況、森林防火現(xiàn)狀以及其它社會環(huán)境狀況等信息，本研究綜合選取人口密度作為社會易損性的評價指標；蓄積量密度作為經濟財產易損性的評價指標；單位面積活立木增長率、地區(qū)人均GDP作為恢復力指標；森林消防隊人數(shù)、人均社會保障支出作為防災救災能力易損性評價指標；受災面積比、火災災害密度、火災災害頻度作為森林火災災情評價指標。根據(jù)湖南省統(tǒng)計年鑒及森林防火統(tǒng)計資料，得到湖南省易損性指標體系原始數(shù)據(jù)。

2 模型及方法

2.1 模糊評價的數(shù)學模型

易損性是由多個易損性因素共同決定的，而每個易損性因素又往往由多個易損性因子所組成；同時，根據(jù)任何一個因子無法做出區(qū)域承災體確定性的評判即每個因子的判定具有模糊性。模糊綜合評價的數(shù)學模型為：

設U={u1，u2，…，un}為綜合評價指標構成的集合，稱為因子集；V={v1，v2，…，vm}為判斷所構成的集合，稱為評價集。由于各指標對森林火災易損性的影響程度不同，指標的權重可視為U上的模糊集，記作W={w1，w2，…，wi，…，wn}，其中wi為第i個指標對應的權重，且一般均規(guī)定

第i個因子的單要素評判向量為V上的模糊集＝{ri1，ri2，…，rim}，單因子評判矩陣為R=(rij)n×m，則對該評判對象的模糊綜合評判的結果是V上的模糊集B={b1，b2，…，bn}，其中bj反映第j個決斷在評判總體上所占的地位，最后選用適當?shù)脑瓌t確定評判結果。

2.2 模糊綜合評判具體方法和步驟

2.2.1 因子集的建立

因素（指標）指的是評判對象的各種屬性。根據(jù)上節(jié)易損性指標體系的建立結果，確定區(qū)域森林火災易損性模糊綜合評價的因素集：

U={人均GDP、人口密度、蓄積量密度、單位面積活立木增長量、地均森林消防隊人數(shù)、人均社會保障支出、受災面積比、災害密度、災害頻度}。

2.2.2 指標的歸一化處理

區(qū)域森林火災易損性評價指標體系共9個不同指標，各個指標具有不同的性質。指標數(shù)據(jù)的歸一化處理主要目的就是解決不同性質的數(shù)據(jù)問題。由由于各個準則層所對應的指標對區(qū)域森林火災易損性的作用力不同，須對其逆向指標數(shù)據(jù)性質進行改變，使所有指標對森林火災的易損性的作用力同趨化。其中人口密度、蓄積量密度、受災面積比、災害密度、災害頻度呈正相關，即數(shù)值越大，易損性越強。對其采用公式xi=x′i/x′imax進行處理。人均GDP、單位面積活立木增長量、地均森林防火隊人數(shù)、人均社會保障支出成反相關。對其采用公式xi=1-x′i/x′imax進行處理。經過這樣處理后，9個因子與森林火災易損性的關系就一致了。將原始數(shù)據(jù)處理后得到歸一化后的數(shù)據(jù)，其結果見表1。

2.2.3 評價集的建立與單因子評價標準的確定

評語集也叫評價集或判斷集，就是對森林火災進行等級劃分。依據(jù)表2數(shù)據(jù)的差異性，將湖南省森林火災易損性分成4級，即評價集V=｛｝={1級，2級，3級，4 級}=｛高易損性，較高易損性，較低易損性，低易損性｝，建立各因子的分級評價標準表，各個級別單因子的評價標準見表2。

2.2.4 隸屬函數(shù)的確定

模糊綜合評價法中常見的隸屬函數(shù)有降半正態(tài)分布、降(升)半凹(凸)形分布、降(升)半嶺形分布、降（升）半拋物形分布、降(升)半梯形分布等，本研究根據(jù)森林火災易損性指標數(shù)據(jù)的分布特點以及隸屬的形式選取降（升）半梯形分布為森林火災易損性評價的隸屬函數(shù)，其數(shù)學模型為：

表 1 湖南省各市（州）森林火災各評價區(qū)易損性因子處理結果Table 1 Treated date of evaluating vulnerability of forest fire in states and cities of Hunan

表 2 湖南省森林火災易損性模糊評價等級及標準Table 2 Hierarchical classification and fuzzy evaluation parameters of vulnerability of forest fire in states and cities of Hunan

式中Xij(i=1，2，3，4，5，6，7；j=1，2，3，4)表示第i個評價指標分別對應于易損性1、2、3、4級的評價標準，個評價指標的評價特征數(shù)據(jù)，uj(Xi)表示xi評價特征數(shù)據(jù)對應于j級的隸屬度，可在內連續(xù)取值。

2.2.5 建立權重矩陣

區(qū)域森林火災易損性等級評價集V與因子集U之間存在著一種模糊關系，這種關系可用9×4維模糊矩陣R來進行表示：

建立權重矩陣，權重計算公式為：

則權重模糊矩陣為：

2.2.6 區(qū)域森林火災易損性模糊計算

將評價因子矩陣R與權重矩陣W進行模糊合成運算，得到模糊評判矩陣B：

采用最大隸屬原則，以向量B中的最大值作為評價等級，則該評價區(qū)森林火災易損性等級為。

3 湖南省森林火災易損性模糊評價結果

以長沙市為例，依據(jù)表2和表3的數(shù)據(jù)，利用公式(1)、(2)、(3)便可求出其評價因子模糊矩陣。

根據(jù)表3數(shù)據(jù)和公式(5)求出：

利用表2數(shù)據(jù)和公式（5）求得：（0.186 75，0，0.096 486，0.124 05，0.108 85，0.039 217，0.049 799，0.181 26，0.213 59）

利用公式（6）求得：（0.349 54，0.244 46，0.121 3，0.284 7）

根據(jù)最大隸屬原則，判定長沙市森林火災易損度等級為1級。

運用同樣的方法，依次計算其余13個評價區(qū)并求出各評價區(qū)域的易損性。結果見表3。

最后，依據(jù)表3，對湖南省14市州森林火災易損性進行評價區(qū)劃，詳細結果如圖1和表4。

圖1 湖南省14市（州）易損性等級區(qū)劃Fig.1 Regionalization for vulnerability of forest fire of 14 states and cities of Hunan

表 3 湖南省森林火災易損性模糊評價結果Table 3 Evaluation results of vulnerability of forest fires in states and cities of Hunan

表 4 湖南省十四市(州)森林火災易損性等級評價結果Table 4 Evaluation results of vulnerability of forest fires in 14 states and cities of Hunan

4 結論與討論

（1）湖南省14市（州）1級和2級易損區(qū)占全省的57.14%，這說明了湖南省十四市（區(qū)）森林火災易損性總體水平偏高。對高易損區(qū)以及較高易損區(qū)應加大防火經費的投入、提高人們的防火意識以及加強對防火隊伍、消防基礎設施的建設和維護。

（2）全省森林火災易損性空間分布不均勻。在湘南、湘東、湘北、湘西以及相中其易損性等級并沒有呈現(xiàn)明顯的變化規(guī)律。但在以長沙為主的湖南中部地區(qū)和湖南西南部地區(qū)整體呈現(xiàn)為高易損性中心，以及向北減弱后增強的波浪式分布的特點。

（3）除了文中選取的指標外，地形坡度坡向對森林火災易損性評價也有一定的影響，因此將森林火災易損性評價結果圖與地形圖相疊加，對森林火災風險決策具有很強的科學性。由于對地形坡度坡向進行數(shù)據(jù)采集并不方便，故沒有在評價指標選取之列，有待對森林火災的易損性進行進一步的研究。

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