西南高山林區(qū)森林火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)研究

張志強(qiáng) 殷繼艷

森林火災(zāi)是指失去人為控制，在林地內(nèi)自由蔓延和擴(kuò)展，對森林、森林生態(tài)系統(tǒng)和人類帶來一定危害和損失的林火行為。森林火災(zāi)是一種突發(fā)性強(qiáng)、破壞性大、處置救助較為困難的自然災(zāi)害。它不僅破壞生態(tài)環(huán)境，還會(huì)對森林資源及林區(qū)人民生命財(cái)產(chǎn)造成損失，甚至影響社會(huì)穩(wěn)定。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2009—2019年間，我國共發(fā)生森林火災(zāi)46836 起（其中特大火災(zāi)12 起，占0.02%；重大火災(zāi)91 起，占0.19%；較大火災(zāi)18698起，占40.0%；一般火災(zāi)27945 起，占59.79%），受害森林面積23.92 萬公頃，人員傷亡720 人。因此，開展森林火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)研究，科學(xué)研判火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，對于林火預(yù)防、森林資源管理、防滅火工作具有重要意義。

世界各國都十分重視森林火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)研究，比較成熟的有加拿大森林火險(xiǎn)等級(jí)系統(tǒng)（CFFDRS）、美國國家火險(xiǎn)等級(jí)系統(tǒng)（NFDRS）、澳大利亞的草地和森林火險(xiǎn)尺[1]。我國的森林火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)方法可概括為災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估模型和基于信息擴(kuò)散理論的風(fēng)險(xiǎn)矩陣兩種。森林火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)多以省、市、縣為單位，缺乏對自然分布區(qū)域森林火險(xiǎn)的研究。所選擇的評價(jià)指標(biāo)大多以氣象、植被因子為主，而忽視了地形地貌和人為活動(dòng)等因素對火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)的影響，導(dǎo)致分析不全面，結(jié)果不準(zhǔn)確。

本文以西南高山林區(qū)為研究對象，搭建森林火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)評價(jià)體系，構(gòu)建森林火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)模型，分析森林火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，旨在為西南高山林區(qū)的林火管理和防滅火資源配備提供參考。

1 研究區(qū)概況

西南高山林區(qū)是我國第二大天然林區(qū)；位于我國西南邊疆，青藏高原東南部，包括西藏全部，四川西部及南部地區(qū)，云南西北、西南、中部地區(qū)（如圖1所示）[2]。林區(qū)面積194.27 萬平方千米，森林面積47.5420 萬平方千米，森林主要分布于橫斷山、無量山—哀牢山脈；森林覆蓋率25.22%，森林蓄積量5.67 億立方米。林區(qū)地形復(fù)雜、山峰高聳、河谷幽深，主要以高原山地氣候、亞熱帶季風(fēng)氣候?yàn)橹?；林區(qū)干濕季節(jié)分明，每年12 月1日至次年6 月15 日為森林防火期；防火期內(nèi)平均氣溫0—8℃，降水量300—500毫米。防火期內(nèi)森林火災(zāi)頻發(fā)，防滅火任務(wù)繁重。

2 研究方法

2.1 森林火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)體系的搭建

森林火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)是由可燃物、林火環(huán)境、火源管控三者共同作用的結(jié)果。其中可燃物的林學(xué)特征及載量是森林火災(zāi)發(fā)生的物質(zhì)基礎(chǔ)；主要影響因子有森林的面積、蓄積、植被類型、郁閉度、林齡等。氣象和地形條件共同構(gòu)成了森林火災(zāi)發(fā)生、發(fā)展的立地環(huán)境，是影響森林火災(zāi)的重要因素，主要影響因子有防火期內(nèi)月平均溫度、月平均濕度、月平均降雨、月平均風(fēng)力及海拔、坡向、坡位、坡度等?；鹪词巧只馂?zāi)發(fā)生的主導(dǎo)因子，常見的火源有農(nóng)事燒荒、煉山造林、上墳燒紙、雷擊火等，滅火力量是森林火災(zāi)發(fā)生、發(fā)展的抑制因子，火源管控工作的好壞直接關(guān)系到森林火災(zāi)發(fā)生的次數(shù)和規(guī)模。

通過對森林火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)因子的分析，參考國內(nèi)外森林火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)體系的研究成果[3]，結(jié)合我國西南高山林區(qū)森林火災(zāi)實(shí)際，搭建西南高山林區(qū)森林火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)體系，該評價(jià)體系分為三層（目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、指標(biāo)層），其中指標(biāo)層由一級(jí)、二級(jí)評價(jià)指標(biāo)組成（如圖2 所示）。

圖1 西南高山林區(qū)示意圖

圖2 西南高山林區(qū)森林火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)體系

2.2 森林火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)指標(biāo)權(quán)重的確定

層次分析法（analytic hierarchy process, AHP）是美國著名運(yùn)籌學(xué)家T.L.Saaty 在20 世紀(jì)70 年代提出的；可處理多目標(biāo)、多準(zhǔn)則、多因素、多層次的復(fù)雜問題，進(jìn)行定性與定量系統(tǒng)分析、決策分析、綜合評價(jià)的一種方法。利用層次分析法確定權(quán)重的步驟為：建立問題的層次結(jié)構(gòu)模型；構(gòu)造兩兩比較判斷矩陣；計(jì)算被比較元素的相對權(quán)重；計(jì)算各層元素的組合權(quán)重。

判斷矩陣元素的值反映了人們對各因素相對重要性（或優(yōu)劣、偏好、強(qiáng)度等）的認(rèn)識(shí)，通常采用1—9 的標(biāo)度來表示。但在實(shí)際應(yīng)用中，專家難以適應(yīng)，很難用1—9 標(biāo)度表示出各元素的相對重要程度，使決策結(jié)果的可信度下降。針對此問題，本文對判斷矩陣進(jìn)行了一些改進(jìn)；即給出易接受的標(biāo)度，經(jīng)數(shù)學(xué)變換，轉(zhuǎn)化成1—9 標(biāo)度下的判斷矩陣（見表1）[4]。這一標(biāo)度比較適合中國人思維習(xí)慣，在很大程度上解決了使用1—9 標(biāo)度出現(xiàn)的問題。

使用MATLAB 編寫程序自動(dòng)實(shí)現(xiàn)指標(biāo)權(quán)重計(jì)算；其過程為：專家通過改進(jìn)的層次分析法的權(quán)重計(jì)算模塊界面進(jìn)行各層指標(biāo)的重要性打分，程序自動(dòng)進(jìn)行判斷矩陣的構(gòu)建并求出該矩陣的最大特征值λmax的歸一化特征向量ω，即為權(quán)向量，與各指標(biāo)對應(yīng)的值即為該指標(biāo)在上一層指標(biāo)中所占的權(quán)重，組合權(quán)重即為各組合指標(biāo)的權(quán)重乘積，計(jì)算結(jié)果見表2。

2.3 森林火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)指標(biāo)的量化

根據(jù)中華人民共和國林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)LY1063-92《全國森林火險(xiǎn)區(qū)劃等級(jí)》中森林火險(xiǎn)等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)，將森林火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)劃分為3 個(gè)等級(jí)：Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)、Ⅲ級(jí)。Ⅰ級(jí)表示低風(fēng)險(xiǎn)；Ⅱ級(jí)表示中風(fēng)險(xiǎn)；Ⅲ級(jí)表示高風(fēng)險(xiǎn)。構(gòu)建森林火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)體系評語集：

以0.0—1.0 作為量化指標(biāo)值范圍；其中0.10—0.40 為低風(fēng)險(xiǎn)，0.40—0.70為中風(fēng)險(xiǎn)，0.70—1.0 為高風(fēng)險(xiǎn)。由10名專家組成森林火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)評判小組；根據(jù)已確定的評價(jià)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合西南高山林場森林火災(zāi)實(shí)際，依次對各個(gè)指標(biāo)進(jìn)行綜合評判，最終評判結(jié)果見表3。

2.4 森林火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)模型

此為加法合成法的基本公式，式中Y為綜合評價(jià)值，WWi為第Wi個(gè)指標(biāo)的權(quán)重，DWi為第Wi個(gè)指標(biāo)的評價(jià)值，p為指標(biāo)個(gè)數(shù)。加法合成法只適用于評價(jià)指標(biāo)間彼此不相關(guān)的情形。西南高山林區(qū)森林火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)體系選取的評價(jià)指標(biāo)分別為可燃物、林火環(huán)境及火源管控；三者彼此獨(dú)立、互不重疊，適用此法。本文采取基于加法合成法的綜合評價(jià)，其包括指標(biāo)層綜合、準(zhǔn)則層綜合和目標(biāo)層綜合；具體的評價(jià)模型為：

表1 改進(jìn)的標(biāo)度定義表

表2 西南高山林區(qū)森林火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系權(quán)重表

表3 西南高山林區(qū)森林火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)指標(biāo)評判結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

續(xù)表3

綜合：YC=WAYA+WBYB+WCYC} 綜合評價(jià)

3 結(jié)論

3.1 西南高山林區(qū)東南部為森林火災(zāi)高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)

西南高山林區(qū)位于青藏高原東南部，海拔高、自然條件惡劣，森林覆蓋率僅為25.22%；整體屬中度森林火險(xiǎn)。但森林蓄積5.67 億立方米，為全國五大林區(qū)之首；森林集中分布于藏東南、川西、川南、滇西北、滇南地區(qū)。林區(qū)東南部為火災(zāi)高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)（如圖3 所示）。結(jié)合西南高山林區(qū)2015—2019 年森林火災(zāi)情況，采用綜合評價(jià)法建模對森林火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評價(jià)。評價(jià)結(jié)果為：西南高山林區(qū)森林火災(zāi)高風(fēng)險(xiǎn)地區(qū)共計(jì)65 處，其中云南省轄區(qū)27 處，四川省轄區(qū)28 處，西藏自治區(qū)10 處（見表4）。

3.2 森林火災(zāi)呈5—10 年的準(zhǔn)周期變化

受太陽黑子5 年和11 年周期及厄爾尼諾3.6 年和6 年周期的影響，西南高山林區(qū)森林火災(zāi)具有5—10 年的準(zhǔn)周期變化。人為干預(yù)（滅火）不會(huì)使森林火災(zāi)消失，只是使火災(zāi)次數(shù)減少、成災(zāi)規(guī)模減小，但總趨勢不會(huì)改變。以西南高山林區(qū)2015—2019 年森林火災(zāi)為例（如圖4 所示）：在無人為干預(yù)情況下，2015—2019 年西南高山林區(qū)預(yù)計(jì)發(fā)生森林火災(zāi)3261 起，火災(zāi)呈現(xiàn)為一條在391—973之間波動(dòng)的曲線，而實(shí)際發(fā)生森林火災(zāi)417 起，火災(zāi)呈現(xiàn)為一條在32—150 之間波動(dòng)的曲線，火災(zāi)次數(shù)減少了近8 倍，這說明人為撲火是有效的，對保護(hù)森林資源發(fā)揮了積極作用。但森林火災(zāi)并未消失，預(yù)計(jì)在下一個(gè)5 年周期（2020—2024 年）仍會(huì)有類似的變化規(guī)律。

圖3 西南高山林區(qū)森林火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃圖

圖4 西南高山林區(qū)2015—2019 年熱點(diǎn)及森林火災(zāi)曲線圖

表4 西南高山森林火災(zāi)高風(fēng)險(xiǎn)地區(qū)統(tǒng)計(jì)

3.3 專業(yè)森林滅火力量及防滅火設(shè)施有待進(jìn)一步加強(qiáng)

目前四川、云南、西藏都駐有森林消防隊(duì)伍，但兵力不足5000 人，平均每萬公頃林地配備0.8 名消防員，嚴(yán)重制約著森林防滅火工作的開展。尤其是西藏自治區(qū)轄區(qū)面積廣，森林蓄積量大，兵力嚴(yán)重不足；一旦出現(xiàn)火情，往往得不到及時(shí)處置，成災(zāi)率高達(dá)90.91%，造成森林資源的重大損失（見表5）。同時(shí)，防火路網(wǎng)密度低，嚴(yán)重制約森林火災(zāi)單日撲滅率；下步要重點(diǎn)加強(qiáng)西藏自治區(qū)的森林消防力量及林區(qū)路網(wǎng)建設(shè)。

續(xù)表4

表5 2019 年西南高山林區(qū)森林滅火相關(guān)情況統(tǒng)計(jì)

西南高山林區(qū)地形以山地、高原為主，海拔落差大，坡陡谷深，林火受地形、風(fēng)力等影響，易產(chǎn)生極端火行為，造成人員傷亡。近年來，西南高山林區(qū)連續(xù)發(fā)生重大群死群傷事故，這不得不引起我們高度警覺。下一步我們要深入開展高山林區(qū)森林火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)研究，尤其是川西北、川西南、滇東南地區(qū)火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)研究。根據(jù)火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)分布情況，有重點(diǎn)、有針對性地部署滅火力量、配備滅火裝備和建設(shè)防滅火設(shè)施，以提高森林火災(zāi)撲救效率和安全性。