基于VSD模型的滇中地區(qū)森林火災(zāi)脆弱性影響因素分析

向臨川，黃志強(qiáng)，龍騰騰，高仲亮，王秋華

(西南林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院/云南省森林災(zāi)害預(yù)警與控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/西南林業(yè)大學(xué)消防研究所，云南 昆明 650224)

脆弱性研究源于災(zāi)害學(xué)，Timmerman于1981年提出“脆弱性是災(zāi)害事件發(fā)生時(shí)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生不利影響的程度”[1]。2001年發(fā)表的《Science》“可持續(xù)性科學(xué)”文章中，將“特殊地區(qū)的自然—社會(huì)系統(tǒng)的脆弱性和恢復(fù)能力”研究列為可持續(xù)性科學(xué)中的7個(gè)核心問題之一[2]，脆弱性的內(nèi)涵隨之不斷延伸，從自然科學(xué)領(lǐng)域的固有脆弱性演化為社會(huì)科學(xué)領(lǐng)域的綜合脆弱性概念，研究范圍也從單純的自然環(huán)境系統(tǒng)拓展到人—環(huán)境耦合系統(tǒng)[3-5]。

森林火災(zāi)是當(dāng)今世界作用范圍廣、危害大、救援難的自然災(zāi)害之一，嚴(yán)重危害人類社會(huì)安全和生態(tài)環(huán)境平衡。目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于森林火災(zāi)脆弱性的研究較少。Chuvieco等[6]運(yùn)用GIS對(duì)森林火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估，提出包括綜合危險(xiǎn)和脆弱性的評(píng)估模型，其中脆弱性指標(biāo)包括社會(huì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、潛在退化指標(biāo)和景觀指標(biāo)；田曉瑞等[7]從林火發(fā)生可能性、脆弱性、暴露性和防災(zāi)能力4個(gè)方面構(gòu)建了中國(guó)森林火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系，其中脆弱性指標(biāo)包括可燃物類型、載量歷史過火區(qū)分布；王磊等[8]提出一種混成的多因素森林火險(xiǎn)等級(jí)預(yù)測(cè)模型，可同時(shí)考慮氣候、地形地貌、可燃物、人為因素；龍騰騰等[9]基于社會(huì)經(jīng)濟(jì)角度構(gòu)建了安寧市森林火災(zāi)社會(huì)脆弱性評(píng)價(jià)體系，分析安寧市森林火災(zāi)與社會(huì)經(jīng)濟(jì)間的關(guān)系。

現(xiàn)有研究發(fā)現(xiàn)，針對(duì)森林火險(xiǎn)脆弱性評(píng)估指標(biāo)的研究多數(shù)從自然科學(xué)領(lǐng)域出發(fā)，側(cè)重將脆弱性理解為系統(tǒng)暴露于災(zāi)害的程度或可能性，強(qiáng)調(diào)不利擾動(dòng)的影響，較少?gòu)纳鐣?huì)科學(xué)領(lǐng)域角度考慮社會(huì)結(jié)構(gòu)特征所決定的災(zāi)前既存狀態(tài)(社會(huì)結(jié)構(gòu)、人為因素等)，即原因?qū)?zāi)害產(chǎn)生和擴(kuò)大的影響。因此，本文將綜合考慮兩個(gè)領(lǐng)域?qū)Υ嗳跣缘睦斫?，選取我國(guó)森林火險(xiǎn)重點(diǎn)區(qū)域—云南省滇中區(qū)域進(jìn)行實(shí)證分析，以期發(fā)現(xiàn)影響森林火災(zāi)脆弱性的因素，提高森林火險(xiǎn)防控水平。

1 森林火災(zāi)脆弱性評(píng)估模型

1.1 VSD模型

Polsky等[10]受美國(guó)公共空間計(jì)劃整合框架的啟示，發(fā)展了基于“暴露—敏感—適應(yīng)”的VSD模型(Vulnerability Scoping Diagram)，將脆弱性分解為暴露度、敏感性和適應(yīng)能力3個(gè)維度。宋守信等[11]以“人—機(jī)—環(huán)”系統(tǒng)為研究對(duì)象，構(gòu)建了脆弱性特征要素遞次演化的分析框架，如圖1所示。

圖1 森林火災(zāi)脆弱性理論模型

1.2 森林火災(zāi)脆弱性影響因素分析

1)暴露性是火災(zāi)擾動(dòng)作用下系統(tǒng)的暴露程度[12-13]，體現(xiàn)系統(tǒng)受到火災(zāi)擾動(dòng)危害的概率，暴露度越高，系統(tǒng)受到火災(zāi)危害的概率越大。在森林系統(tǒng)中，暴露于致災(zāi)因子下的森林面積越大，其承受致災(zāi)因子打擊的可能性就越大[14]。在我國(guó)，絕大多數(shù)森林火災(zāi)是人為因素導(dǎo)致，人類在森林中的生產(chǎn)、生活越頻繁，越容易誘發(fā)火災(zāi)[15]。因此，選取森林覆蓋率、林業(yè)產(chǎn)值、人口密度作為暴露性指標(biāo)。

2)敏感性指擾動(dòng)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生危害的程度，即系統(tǒng)受到擾動(dòng)時(shí)的反應(yīng)程度。天氣是發(fā)生火災(zāi)的重要條件，森林火災(zāi)多發(fā)生在降水少的干旱年[16]。由于滇中地區(qū)森林主要集中在城鄉(xiāng)結(jié)合部，而人口結(jié)構(gòu)和社會(huì)文化造成的不同群體在防災(zāi)意識(shí)、行為和效果方面存在差異性。因此，選取降水量、氣溫、城鄉(xiāng)人口比例作為暴露性指標(biāo)[17]。

3)適應(yīng)能力指系統(tǒng)被擾動(dòng)后區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平對(duì)于災(zāi)后重建所表現(xiàn)出來(lái)的恢復(fù)潛力，包括恢復(fù)時(shí)間、恢復(fù)程度和恢復(fù)速度等[18]。一般而言，區(qū)域的經(jīng)濟(jì)越發(fā)達(dá)，財(cái)政收入越多、居民收入水平越高，自然災(zāi)害恢復(fù)能力越強(qiáng)。選取人均GDP、農(nóng)民人均收入、地方財(cái)政收入作為適應(yīng)能力指標(biāo)[17-18]。

1.3 森林火災(zāi)脆弱性評(píng)估方法

加權(quán)綜合評(píng)價(jià)法是假設(shè)由于指標(biāo)量化值的不同，而使每個(gè)指標(biāo)i對(duì)于特定因子j的影響程度存在差別[20]，公式為：

式中，Cvj為評(píng)價(jià)因子總值；Qvij是對(duì)于因子j的第i個(gè)指標(biāo)，Wci是指標(biāo)i的權(quán)重值，m是評(píng)價(jià)指標(biāo)個(gè)數(shù)。

2 森林火災(zāi)脆弱性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建

從暴露性、敏感性、適應(yīng)能力出發(fā)構(gòu)建準(zhǔn)則層，綜合考慮森林火災(zāi)脆弱性的影響因素、指標(biāo)數(shù)據(jù)可定量性和可獲取性原則，選擇9個(gè)指標(biāo)構(gòu)建指標(biāo)層。其中正向指標(biāo)越高，表示脆弱性越高；負(fù)向指標(biāo)越高，表示脆弱性越低。具體結(jié)構(gòu)見表1。

2.2 指標(biāo)權(quán)重的確定

2.2.1 構(gòu)建判斷矩陣x

采用5級(jí)標(biāo)度構(gòu)建準(zhǔn)則層對(duì)目標(biāo)層、指標(biāo)層對(duì)準(zhǔn)則層的比較判斷矩陣。由表2可知，判斷矩陣CR值均小于0.1，符合一致性檢驗(yàn)要求。

2.2.2計(jì)算指標(biāo)權(quán)重

通過計(jì)算準(zhǔn)則層的權(quán)重值、指標(biāo)層對(duì)約束層的加權(quán)值，得到指標(biāo)層對(duì)于目標(biāo)層的最終權(quán)重及脆弱性三大特征要素的累加權(quán)重，如表3所示。

表1 森林火災(zāi)脆弱性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

表2 判斷矩陣與一致性檢驗(yàn)

表3 指標(biāo)權(quán)重的計(jì)算結(jié)果

3 實(shí)證分析

3.1 研究區(qū)域概況

滇中地區(qū)位于東經(jīng)100°48′～104°50′，北緯23°19′～27°03′，包括昆明、曲靖、玉溪和楚雄4個(gè)州市的42個(gè)縣(區(qū)、市)，總面積達(dá)943萬(wàn)hm2。該區(qū)域地處低緯度高原，地形高差較大，地貌復(fù)雜多樣，是云南省重點(diǎn)森林火險(xiǎn)區(qū)，正常年份森林防火期長(zhǎng)達(dá)半年，干旱年份會(huì)超過半年[21]。同時(shí)，由于該地區(qū)內(nèi)人口密度大，人員活動(dòng)十分頻繁，加之林農(nóng)交錯(cuò)，林居混雜，每年春收農(nóng)忙季節(jié)常常容易引發(fā)森林火災(zāi)[21]。

2008—2017年間，滇中地區(qū)共發(fā)生森林火災(zāi)763次，受害森林面積達(dá)3 775 hm2。其中，楚雄火災(zāi)發(fā)生次數(shù)最多(256次)，曲靖受害森林面積最大(1 490 hm2)。隨著時(shí)間變化，滇中地區(qū)森林火災(zāi)發(fā)生次數(shù)和受害森林面積均呈波動(dòng)下降趨勢(shì)。滇中地區(qū)2009—2010年、2012—2014年火災(zāi)頻發(fā)，其中2010年尤為嚴(yán)重，發(fā)生火災(zāi)次數(shù)最多(209次)，受害森林面積最大(1 186 hm2)(圖2)。

圖2 滇中森林火災(zāi)次數(shù)與受害森林面積年際變化

3.2 數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

1)數(shù)據(jù)來(lái)源

指標(biāo)數(shù)據(jù)來(lái)自云南省統(tǒng)計(jì)年鑒、昆明年鑒、曲靖年鑒、玉溪年鑒、楚雄州年鑒。

2)數(shù)據(jù)處理

評(píng)價(jià)指標(biāo)具有不同量綱，為了消除量綱影響，采用極差法對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，使指標(biāo)取值范圍為[0,1]。其中正向指標(biāo)包括森林覆蓋率、林業(yè)產(chǎn)值、人口密度、年平均氣溫。負(fù)向指標(biāo)包括年降水量、城鄉(xiāng)人口比例、人均GDP、農(nóng)民人均純收入、地方財(cái)政收入。

對(duì)于正向指標(biāo)：

對(duì)于負(fù)向指標(biāo)：

其中，Xij為標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)，Xj為原始數(shù)據(jù)；Xmax和Xmin分別為第j項(xiàng)指標(biāo)的最大值與最小值。

3.3 火災(zāi)脆弱度關(guān)聯(lián)分析

通過計(jì)算，得到滇中4個(gè)城市的脆弱度大小如圖3所示。滇中4個(gè)城市的森林火災(zāi)脆弱度均于2010年達(dá)到峰值，2011年大幅度下降。林火的發(fā)生主要與干濕變化有關(guān)，火災(zāi)高發(fā)年份往往存在較嚴(yán)重的旱情[16]。2009年云南省遭遇百年一遇的大旱，滇中四大城市2010年受害森林面積、火災(zāi)次數(shù)達(dá)到峰值，脆弱度也達(dá)到峰值，表明該模型對(duì)于森林火災(zāi)評(píng)價(jià)具有一定適應(yīng)性，同時(shí)說(shuō)明氣候?qū)α只鸢l(fā)生的影響存在滯后性。對(duì)森林火環(huán)境災(zāi)害系統(tǒng)而言，突發(fā)事件的發(fā)生會(huì)導(dǎo)致森林承災(zāi)體脆弱性達(dá)到閾值發(fā)生崩潰，但由于各級(jí)政府層面的高度重視，在森林防火管理和資金投入上加大力度，2011年滇中四大城市森林火災(zāi)受災(zāi)率大大降低，說(shuō)明人為因素的加入能夠在防災(zāi)減災(zāi)中發(fā)揮積極作用。

圖3 滇中城市群2008-2017森林火災(zāi)脆弱度

為檢驗(yàn)脆弱性評(píng)價(jià)結(jié)果是否合理，選取脆弱度與滇中地區(qū)火災(zāi)發(fā)生次數(shù)、受害森林面積、受災(zāi)率進(jìn)行相關(guān)性分析。結(jié)果表明，火災(zāi)次數(shù)(顯著性值P=0.000<0.05)、受害森林面積(顯著性值P=0.003<0.05)、受災(zāi)率(顯著性值P=0.014<0.05)均與脆弱度存在顯著相關(guān)關(guān)系，其中火災(zāi)次數(shù)與脆弱度相關(guān)性系數(shù)r=0.554，表現(xiàn)強(qiáng)相關(guān)性，受害森林面積與脆弱度相關(guān)系數(shù)r=0.457，受災(zāi)率與脆弱性相關(guān)系數(shù)r=0.372，均表現(xiàn)為中度相關(guān)性。

4 結(jié)論與討論

本文基于VSD模型，結(jié)合層次分析法和加權(quán)綜合評(píng)價(jià)法評(píng)價(jià)得出昆明、曲靖、玉溪、楚雄四(州)市2008—2017年的森林火災(zāi)脆弱性，主要有如下結(jié)論：

1)運(yùn)用層次分析法確定了指標(biāo)權(quán)重大?。耗杲邓?地方財(cái)政收入>年平均氣溫>林業(yè)產(chǎn)值>農(nóng)民人均純收入>人口密度>森林覆蓋率>城鎮(zhèn)人口比例>人均GDP。

2)選取具有代表性的云南滇中重點(diǎn)火險(xiǎn)區(qū)進(jìn)行實(shí)證分析，對(duì)滇中四州市的森林火災(zāi)脆弱度和森林火災(zāi)發(fā)生次數(shù)、受害森林面積、受災(zāi)率進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析。結(jié)果表明，脆弱度與三者均存在顯著相關(guān)性，其中火災(zāi)發(fā)生次數(shù)存在強(qiáng)相關(guān)性，受害森林面積、受災(zāi)率存在中度相關(guān)性，說(shuō)明森林火災(zāi)脆弱性評(píng)價(jià)方法的適用性。

3)由于一些影響因素?cái)?shù)據(jù)缺乏且難以量化，本文選取的指標(biāo)并不能完全涵蓋森林火災(zāi)脆弱性的影響因素，指標(biāo)體系有待進(jìn)一步完善；另外，文中只對(duì)滇中地區(qū)2008—2017年的數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，雖然評(píng)價(jià)結(jié)果基本符合滇中地區(qū)火災(zāi)實(shí)際情況，但其是否與更長(zhǎng)時(shí)間尺度的火災(zāi)情況相符還需更多檢驗(yàn)，森林火災(zāi)脆弱性評(píng)價(jià)時(shí)間尺度有待進(jìn)一步擴(kuò)展。