湖南省電網(wǎng)林火時(shí)空分布的特征分析

禹偉++歐小鋒++張永鋒

摘 要：本文采用2001—2008年的林火資料和2010—2012年林火引起的電網(wǎng)220kv線(xiàn)路跳閘次數(shù)，使用數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析方法，對(duì)湖南電網(wǎng)范圍內(nèi)的歷年森林火災(zāi)進(jìn)行時(shí)間和空間分布規(guī)律分別進(jìn)行研究；采用時(shí)間序列分析方法分析湖南歷史森林火災(zāi)的年際變化特征、季節(jié)變化特征和日變化特征，運(yùn)用空間統(tǒng)計(jì)學(xué)原理分析電網(wǎng)林火的空間規(guī)律，結(jié)果表明：每年2—4月為林火引起電網(wǎng)跳閘的高發(fā)月份，衡陽(yáng)、岳陽(yáng)、懷化、婁底、邵陽(yáng)為林火引起電網(wǎng)線(xiàn)路跳閘的高發(fā)區(qū)。

關(guān)鍵詞：電網(wǎng)林火；時(shí)序分析；空間統(tǒng)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào)：S762 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20170931030

引 言

近年來(lái)，在全球氣候變化的影響下，世界各地區(qū)森林火災(zāi)發(fā)生次數(shù)和損失不同程度地呈上升趨勢(shì)[1]。越來(lái)越多的森林火災(zāi)令人觸目驚心，因林火引起的輸電線(xiàn)路跳閘事故也在增多，嚴(yán)重影響了湖南電網(wǎng)的安全運(yùn)行，引起了湖南電力部門(mén)的高度關(guān)注。造成林火發(fā)生的影響因子很復(fù)雜，有自然因子如天氣因子、植被因子等，也有人類(lèi)活動(dòng)的社會(huì)因子。不同區(qū)域不同時(shí)間點(diǎn)的影響因子各不相同，因此造成各個(gè)地區(qū)不同時(shí)間段的林火發(fā)生與發(fā)展的狀況不同。本文旨在分析湖南電網(wǎng)林火的時(shí)空分布規(guī)律，為電網(wǎng)林火預(yù)測(cè)和風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警提供一定的理論依據(jù)和指導(dǎo)參考。

1 研究區(qū)概況

本文以湖南220kv輸電線(xiàn)路所在區(qū)域?yàn)檠芯繀^(qū)域，此等級(jí)輸電線(xiàn)路遍布全省14個(gè)地州市，密集區(qū)分布位于常德、益陽(yáng)、長(zhǎng)株潭3地、懷化、婁底和衡陽(yáng)等地區(qū)；湘西的張家界、湘西州相對(duì)比較稀疏（見(jiàn)圖1）。

湖南省屬中國(guó)南部亞熱帶濕潤(rùn)森林植物區(qū)系，森林覆蓋率為56.1%，活立木蓄積量3.6億m3，竹林面積80萬(wàn)hm2 ，立竹總株數(shù)19.4億株。天然林面積為469.76萬(wàn)hm2，人工林面積為390.39 萬(wàn)hm2 [2] 。地勢(shì)整體自北向南抬高，西南東三面環(huán)山，地貌以山地、丘陵為主[3]。

湖南省是林火發(fā)生較多的省份，起火原因主要為人為因素，林火等級(jí)以火警、一般林火和較大林火為主，具有過(guò)火面積小和次數(shù)多的特征（見(jiàn)圖2）。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源和研究方法

數(shù)據(jù)來(lái)源于湖南省96個(gè)縣市2000—2008年共計(jì)8a的林火記錄，包括林火發(fā)生時(shí)間、發(fā)生地點(diǎn)、受災(zāi)森林面積、火因等信息。

另外從湖南省電力總公司收集了2010—2012年共計(jì)3a的電網(wǎng)林火引起的220kV線(xiàn)路跳閘災(zāi)情資料，資料數(shù)據(jù)包括220kV的湖南電網(wǎng)線(xiàn)路數(shù)據(jù)，電網(wǎng)跳閘發(fā)生的起始日期、起始時(shí)間、恢復(fù)日期、恢復(fù)時(shí)間、跳閘的220KV具體線(xiàn)路和故障設(shè)備及原因。

由于收集到的電網(wǎng)跳閘年數(shù)太少，本文仍以8a的林火記錄為重點(diǎn)來(lái)分析。分析方法采用統(tǒng)計(jì)圖表，按年、月、日、時(shí)統(tǒng)計(jì)分析了湖南省森林火災(zāi)在不同時(shí)間尺度上的分布規(guī)律。運(yùn)用空間統(tǒng)計(jì)學(xué)原理，利用ArcGIS軟件，結(jié)合1：25 萬(wàn)基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)，按行政區(qū)劃，分析湖南省森林火災(zāi)發(fā)生的空間分布規(guī)律。

3 電網(wǎng)火災(zāi)發(fā)生的時(shí)間分布規(guī)律

在2001—2008年中，湖南省由人為原因發(fā)生森林火災(zāi)次數(shù)將近1700次。在2010—2012年中，湖南電網(wǎng)由于林火引起的跳閘事故達(dá)28起，影響線(xiàn)路28條，總停電時(shí)間達(dá)50h。統(tǒng)計(jì)分析表明湖南電網(wǎng)火災(zāi)具有明顯的年變化、月變化、日變化和小時(shí)變化規(guī)律。

3.1 年變化規(guī)律

2001—2008年間，從每年發(fā)生的火警、一般火災(zāi)、較大火災(zāi)、重大火災(zāi)和特大火災(zāi)次數(shù)來(lái)看，湖南森林火災(zāi)總體上呈現(xiàn)逐年上升趨勢(shì)，年際波動(dòng)較大，年平均發(fā)生2072次，發(fā)生較多的年份有2004年、2005年和2008年，特別是2008年，全年發(fā)生森林火災(zāi)達(dá)4333次，超過(guò)平均值的2倍，占8a來(lái)的森林火災(zāi)發(fā)生總數(shù)的26%。這也與21世紀(jì)以來(lái)氣候變暖、干旱、高溫等惡劣天氣增多有關(guān)。林火發(fā)生較低的年份是2001年和2002年。分別為626次和1118次。8a的林火頻率存在2個(gè)波動(dòng)周期，有3a左右的上升周期（見(jiàn)圖2）?；馂?zāi)中以火警、一般火災(zāi)和較大火災(zāi)為主，占總次數(shù)99%，8a中發(fā)生特大火災(zāi)1次。

統(tǒng)計(jì)分析2010—2012年的林火引起的線(xiàn)路跳閘次數(shù)，其中2010年發(fā)生11次，2011年發(fā)生4次，2012年發(fā)生13次，年均發(fā)生9.3次。年際變化大，發(fā)生跳閘次數(shù)較高的年份是2010年和2013年。

3.2 月變化規(guī)律

在湖南省每年林火發(fā)生的各月份中，月發(fā)生林火頻數(shù)差異很大。從對(duì)8a的火災(zāi)頻率月統(tǒng)計(jì)中發(fā)現(xiàn)（見(jiàn)圖3），從每年的10月份開(kāi)始，林火次數(shù)開(kāi)始增多，一直持續(xù)到次年4月份。這也符合湖南省森林防火期的時(shí)間規(guī)定。從10月開(kāi)始基本呈逐月上升趨勢(shì)，至3月達(dá)到峰值。每年2—4月為多發(fā)月份，特別是冬、春之交的3月份，為森林火災(zāi)發(fā)生頻次合計(jì)最多的月份，在這8a中 共計(jì)發(fā)生4948次，平均在該月發(fā)生618.5次，占總次數(shù)的29.8%。春末至夏季，火災(zāi)次數(shù)和火災(zāi)面積均出現(xiàn)明顯下降，這與植被含水量增多、可燃物減少有關(guān)。

在湖南省林火引起電網(wǎng)跳閘的各月份中，從對(duì)3a的220kV線(xiàn)路跳閘次數(shù)月統(tǒng)計(jì)中發(fā)現(xiàn)，仍然是每年2—4月為林火引起電網(wǎng)跳閘的高發(fā)月份，3月份，也是電網(wǎng)跳閘發(fā)生頻次合計(jì)最多的月份，在這3a中該月份共發(fā)生10起。進(jìn)一步說(shuō)明處于冬春之交的3月份是1a中林火的高發(fā)期。其次為2月和4月，都是發(fā)生8起。

3.3 日變化規(guī)律

3.3.1 從2001—2008年連續(xù)8a林火發(fā)生的儒略日分布來(lái)看

全年中未發(fā)生火災(zāi)日數(shù)只有7d，分布在5—7月中。一年中火災(zāi)的多發(fā)期包括3段，分別是1月28日—2月16日、2月28日—3月10日和4月1—4月8日，其中又以第2段為最多。清明節(jié)期間4月3—5日日均總次數(shù)超過(guò)450次，日均總次數(shù)超過(guò)500次的有3月1、2、3、6日和4月3日（見(jiàn)圖4）。在3a的電網(wǎng)跳閘資料中，清明節(jié)前后十天里共計(jì)出現(xiàn)16起電網(wǎng)跳閘事故，占去總事故的57%。endprint

3.3.2 湖南省林火在1d中隨時(shí)間變化也呈現(xiàn)規(guī)律性

按日間每1h作為一個(gè)時(shí)段，來(lái)分析林火次數(shù)，發(fā)生高峰期在11—17：00，最高峰在15：00（見(jiàn)圖5）。從11：00和17：00兩邊，都不斷降低。一天中隨著時(shí)次變化，人類(lèi)活動(dòng)和氣氣象因子也相應(yīng)發(fā)生變化，由此形成了這種變化規(guī)律。從湖南人類(lèi)活動(dòng)習(xí)慣來(lái)看，10：00以后，人們外出增多；就氣溫而言，一天中氣溫隨著日出后太陽(yáng)輻射增強(qiáng)而逐漸增高，同時(shí)，地面儲(chǔ)熱增加也加劇了這一過(guò)程，表現(xiàn)為從10：00—15：00，溫度由低到高，并在15：00左右達(dá)到當(dāng)天最高溫，可燃物的溫度也隨之升高，導(dǎo)致水分易蒸發(fā)，相對(duì)濕度遞減，火災(zāi)更易發(fā)生和蔓延。從下午18：00開(kāi)始?xì)鉁叵陆得黠@，濕度增大，火災(zāi)發(fā)生和擴(kuò)展困難，由此形成了11：00和17：00分別向兩端不斷降低的陡變趨勢(shì)。

從電網(wǎng)跳閘發(fā)生的日變化規(guī)律也發(fā)現(xiàn)了相近的規(guī)律，跳閘事故均發(fā)生在白天09：00—下午17：00。從午時(shí)（11：00）開(kāi)始，森林火災(zāi)發(fā)生的頻次明顯上升，特別是13：00，達(dá)到1d中跳閘次數(shù)的峰值。11：00—15：00為1d中的高發(fā)時(shí)段。

4 林火發(fā)生的空間分布規(guī)律

用湖南省96個(gè)縣市的林火發(fā)生次數(shù)作湖南省縣市林火分布圖（ 見(jiàn)圖6）。圖中將林火按發(fā)生次數(shù)分為10 級(jí)，用顏色由淺至深表示，顏色越紅的區(qū)域，表明該地區(qū)林火發(fā)生次數(shù)越多；顏色越淡，表明該區(qū)域林火發(fā)生次數(shù)越少。

由圖6中可以觀(guān)察到，湖南省林火的空間地理分布總體呈現(xiàn)東多西少的分布。格局可以細(xì)分為：四多二少。即林火發(fā)生次數(shù)較多的地區(qū)大致可以分為4個(gè)區(qū)域：從東至西分布的張家界市、慈利縣、永順縣；湘中的長(zhǎng)沙縣、瀏陽(yáng)市、株洲市；湘中的寧鄉(xiāng)縣、湘鄉(xiāng)市、桃江縣、安化縣、新邵縣；湘南的郴州市、桂陽(yáng)縣、永州市、新寧縣。

從8a的林火發(fā)生次數(shù)分布來(lái)看，長(zhǎng)沙、永州、郴州和邵陽(yáng)四地區(qū)為高發(fā)區(qū)域，四地市的總次數(shù)占去全省比例的50.8%，其中又以邵陽(yáng)市為最多。其他地區(qū)分布較均勻，在3.3%～5.8%之間。全省的林火次數(shù)由北向南、由西向東增多，密集區(qū)集中在湘南，這與湖南的由南向北逐漸降低的地勢(shì)特征相吻合。

5 林火引起的220kv電網(wǎng)線(xiàn)路跳閘資料分析

5.1 林火引起的電網(wǎng)線(xiàn)路跳閘資料的收集與整理

利用2010—2012年共計(jì)3a的電網(wǎng)林火引起的220kV線(xiàn)路跳閘災(zāi)情資料，資料數(shù)據(jù)包括電網(wǎng)跳閘發(fā)生的起始日期、起始時(shí)間、恢復(fù)日期、恢復(fù)時(shí)間、跳閘的220KV具體線(xiàn)路和故障設(shè)備及原因，3a中林火引起電網(wǎng)跳閘事故總計(jì)28起。

5.2 電網(wǎng)線(xiàn)路跳閘的時(shí)間分布規(guī)律

5.2.1 年分布特征

在2010—2012年中，湖南電網(wǎng)由于林火引起的跳閘事故達(dá)28起，影響線(xiàn)路28條，總停電時(shí)間達(dá)50h。統(tǒng)計(jì)分析表明湖南電網(wǎng)火災(zāi)具有明顯的年變化、月變化、日變化和小時(shí)變化規(guī)律。其中2010年發(fā)生11次，2011年發(fā)生4次，2012年發(fā)生13次，年均發(fā)生9.3次。年際變化大，發(fā)生跳閘次數(shù)較高的年份是2010年和2013年。

5.2.2 月變化規(guī)律

在湖南省林火引起線(xiàn)路跳閘的各月份中，從對(duì)3a的220kV線(xiàn)路跳閘次數(shù)月統(tǒng)計(jì)中發(fā)現(xiàn)，仍然是每年2、3、4月為林火引起電網(wǎng)跳閘的高發(fā)月份，3月份，也是線(xiàn)路跳閘發(fā)生頻次合計(jì)最多的月份，在這3a中該月份共發(fā)生10起。進(jìn)一步說(shuō)明處于冬春之交的3月份是1a中林火的高發(fā)期。其次為2月和4月，都是發(fā)生8起。

5.2.3 日變化規(guī)律

從電網(wǎng)跳閘發(fā)生的日變化規(guī)律也發(fā)現(xiàn)了相近的規(guī)律，跳閘事故均發(fā)生在白天09：00—下午17：00。從午時(shí)（11：00）開(kāi)始，森林火災(zāi)發(fā)生的頻次明顯上升，特別是13：00，達(dá)到1d中跳閘次數(shù)的峰值。11：00—15：00為1d中的高發(fā)時(shí)段。

在3a的電網(wǎng)跳閘資料中，清明節(jié)前后10d里共計(jì)出現(xiàn)16起電網(wǎng)跳閘事故，占去總事故的57%。

5.3 電網(wǎng)線(xiàn)路跳閘出現(xiàn)的空間分布規(guī)律

從空間分布情況來(lái)看，衡陽(yáng)、岳陽(yáng)、懷化、婁底、邵陽(yáng)為林火引起電網(wǎng)線(xiàn)路跳閘的高發(fā)區(qū)，其中又以線(xiàn)路密集程度大的衡陽(yáng)為最多，達(dá)到9次，其次為岳陽(yáng)6次，懷化4次，婁底邵陽(yáng)各3次。其中邵陽(yáng)地區(qū)在2份資料中均為高發(fā)區(qū)。

從電網(wǎng)線(xiàn)路跳閘空間分布情況來(lái)看，衡陽(yáng)、岳陽(yáng)、懷化、婁底、邵陽(yáng)為林火引起電網(wǎng)線(xiàn)路跳閘的高發(fā)區(qū)，其中又以衡陽(yáng)為最多，達(dá)到9次，其次為岳陽(yáng)6次，懷化4次，婁底邵陽(yáng)各3次。其中邵陽(yáng)地區(qū)在兩份資料中均為高發(fā)區(qū)。

5.4 2010—2014年湖南省衛(wèi)星遙感火點(diǎn)監(jiān)測(cè)資料分析

利用湖南省氣象科學(xué)研究所衛(wèi)星遙感中心2010—2014年的衛(wèi)星遙感森林火點(diǎn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)內(nèi)容包括地表熱點(diǎn)（包含高溫點(diǎn)、著火區(qū)、過(guò)火區(qū)）出現(xiàn)的時(shí)間、地點(diǎn)、過(guò)火面積等信息。按行政區(qū)和林區(qū)分布，分析湖南省地表熱點(diǎn)發(fā)生的空間分布規(guī)律。

從5a的火點(diǎn)檢監(jiān)測(cè)信息來(lái)看，衡陽(yáng)永州和郴州為地表熱點(diǎn)的高發(fā)區(qū)域，西部和北部分布較為稀疏，有西北逐漸向東南增多的趨勢(shì)?；瘘c(diǎn)空間分布規(guī)律與歷年林火次數(shù)縣市分布規(guī)律基本吻合。

6 結(jié)論

根據(jù)2001—2008年的林區(qū)火災(zāi)統(tǒng)計(jì)分析，湖南省在不同年份內(nèi)均發(fā)生過(guò)火災(zāi)。從年際變化來(lái)看，林火發(fā)生頻次總體呈上升趨勢(shì)，特別是2008年，達(dá)到峰值，由于這一年進(jìn)入冬季以來(lái)，干旱少降水時(shí)間長(zhǎng)，造成林火頻發(fā)。從月變化規(guī)律來(lái)看，3月份為林火高發(fā)的月份，2—4月為全年的林火高發(fā)期，這主要由于經(jīng)過(guò)冬季，林區(qū)干燥，含水量低，冬末春初氣溫回升明顯，回暖天氣較多，又加上春節(jié)、清明節(jié)氣期間人們的傳統(tǒng)習(xí)慣，極易引發(fā)火災(zāi)。從日間變化來(lái)看，午間的11：00—17：00是一天中林區(qū)火災(zāi)的高發(fā)時(shí)段。

從空間分布來(lái)看，長(zhǎng)沙、永州、郴州和邵陽(yáng)四地區(qū)為高發(fā)區(qū)域，四地市的總次數(shù)占去全省比例的50.8%，其中又以邵陽(yáng)市為最多。從電網(wǎng)線(xiàn)路跳閘空間分布情況來(lái)看，衡陽(yáng)、岳陽(yáng)、懷化、婁底、邵陽(yáng)為林火引起電網(wǎng)線(xiàn)路跳閘的高發(fā)區(qū)，其中又以衡陽(yáng)為最多。林火的起因錯(cuò)綜復(fù)雜，既有人為因素，也與特定的客觀(guān)條件有關(guān)，并與氣象條件有著密切的關(guān)系。

按照林火時(shí)空分析結(jié)果，對(duì)電網(wǎng)林火高發(fā)時(shí)段、高發(fā)地區(qū)要重點(diǎn)防控，以減少林火造成的電網(wǎng)跳閘事故，有利于電力部門(mén)在全省范圍內(nèi)合理安排預(yù)防林火的人力、物力、財(cái)力。對(duì)林火的時(shí)空分布特征進(jìn)行分析具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。通過(guò)林火分析采用分時(shí)分區(qū)管理，對(duì)提高林火管理水平、節(jié)約防火資源都是十分有利的。

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作者簡(jiǎn)介：禹偉，高級(jí)工程師，長(zhǎng)期從事專(zhuān)業(yè)氣象服務(wù)工作和研究。endprint