森林—城鎮(zhèn)交界域火災風險評估研究綜述

摘要：隨著我國森林生態(tài)系統(tǒng)與城鎮(zhèn)交互區(qū)域的擴大以及人口的增加，森林—城鎮(zhèn)交界域（WUI）正在快速擴張，同時帶來了復雜的火災風險。為了更好地識別和評估森林—城鎮(zhèn)交界域的火災風險，通過綜述當前交界域火災的風險分析方法與策略，為我國交界域火災風險評估提供參考。

關鍵詞：森林—城鎮(zhèn)交界域；火災風險評估；火災特點

中圖分類號：D035.36 文獻標識碼：A 文章編號：2096-1227（2024）08-0013-03

森林—城鎮(zhèn)交界域（Wildland-Urban Interface，WUI）是指建筑物與森林植被相鄰的區(qū)域或者建筑植被混合區(qū)域。隨著城鎮(zhèn)與森林交界區(qū)域日益增多，這一地帶面臨著復雜的火災風險。此類火災不僅會對森林生態(tài)造成破壞，還威脅城市邊緣的人口和財產(chǎn)安全。例如，2020年四川涼山的森林火災過火面積約3047.8hm2，造成19人死亡，火場5km范圍內(nèi)所有人員全部撤離；同年4月，山東青島小珠山發(fā)生森林火災，疏散617名居民，投入救火人員1600余名，撲救過程中1人遇難[1]。目前，我國生態(tài)文明建設正全面深入推進，西南和東北地區(qū)作為森林資源豐富的區(qū)域，其森林VObcRecjwQOn+dYmnVlpVA==覆蓋率逐漸升高，這些地區(qū)也是森林—城鎮(zhèn)交界域的主要分布地帶，由于其火災特殊的形成與傳播機制，準確評估其風險顯得尤為重要。本文旨在系統(tǒng)綜述森林—城鎮(zhèn)交界域火災風險評估的方法，以期為未來的相關研究與實踐工作提供參考。

1 森林—城鎮(zhèn)交界域定義

森林—城鎮(zhèn)交界域的定義是指房屋位于或靠近野外植被的區(qū)域，包括人類居住區(qū)、野外植被區(qū)和界面緩沖區(qū)三個部分。美國林業(yè)局（USDA）及內(nèi)政部（USDI）將森林—城鎮(zhèn)交界域分為混合交界域（Wildland-Urban Intermix）和界面交界域（Wildland-Urban Interface）兩類[2]，混合交界域指房屋和植被混合交互的區(qū)域，房屋密度為6.17套/km2，野生植被率超過50%，建筑分散，可燃物連續(xù)；界面交界域指建筑與野外植被有清晰分界線且相鄰的區(qū)域，野生植被覆蓋率少于50%，房屋密度大于6.17套/km2。我國沒有定義交界域的標準，可以借鑒上述定義劃分方法，可分為交匯型和混雜型。交界域可以是城市與鄉(xiāng)村之間的區(qū)域，也可以是農(nóng)業(yè)向城市過渡的區(qū)域，常見的村莊、郊區(qū)外的工業(yè)基地、倉儲設施等機構(gòu)都屬于交匯型交界域的范疇，都有著明顯的分界線?；旌闲驮谖覈容^少見，基本分布在開發(fā)后的旅游風景區(qū)、城市森林公園。

2 森林—交界域火災特點

2.1 交界域火災與森林火災的區(qū)別

火源的存在與人類行為及人口密度相關，人類活動、焚燒行為成為火災發(fā)生的主要原因。交界域火災與森林火災有較大的區(qū)別，森林火災主要發(fā)生在森林和野外地區(qū)，而森林—城鎮(zhèn)交界域火災發(fā)生在森林與城鎮(zhèn)交匯或者混合的地帶，甚至涉及人類居住的區(qū)域。森林火災通常發(fā)生在較為廣闊的森林地區(qū)，火勢往往較大，可能蔓延幾十千米，主要威脅的是樹木、植被和野生動物，雖然也會損害某些森林內(nèi)的基礎設施，如瞭望塔和小屋，但這些損失比通常的交界域火災的損失小；而森林—城鎮(zhèn)交界域火災發(fā)生在森林與城鎮(zhèn)的接觸區(qū)域，其影響范圍雖然較為局限，但火災威脅的除了樹木、植被，還有人類居住的房屋、建筑物和基礎設施，一旦被引燃，就會造成巨大的經(jīng)濟損失。

2.2 火災環(huán)境特點

由于靠近居民區(qū)域，人類活動較為頻繁，不當?shù)纳盍晳T、施工作業(yè)、交通事故或其他人為火源都可能增加火災的風險。此外，該區(qū)域包含多種類型的建筑物和基礎設施，這些都可能增加火災的復雜性和控制難度。在植被與地形方面，城鎮(zhèn)森林交界域的植被具有多樣，既有人工栽培的園林植被，也有自然的森林，而地形因人類活動影響而相對均勻。相比之下，純粹的森林區(qū)域植被種類多樣，地形復雜，且擁有不同的森林類型和生態(tài)系統(tǒng)。在應急響應資源方面，交界域由于接近居民區(qū)，救援響應通常更為迅速，且擁有更多資源來對抗火災。然而，對于直接森林火災，特別是在偏遠地區(qū)，響應時間較長，資源也可能較為有限。

3 森林—城鎮(zhèn)交界域火災風險評估方法

森林—城鎮(zhèn)交界域火災的發(fā)生是由多種因子相互作用的，在評估火災風險時，需要綜合考慮氣象條件、可燃物、地形、人口密度和基礎設施建設等多方面因素，以全面了解與火災發(fā)生相關的自然和人為因素?，F(xiàn)如今，隨著互聯(lián)網(wǎng)和計算機的不斷發(fā)展創(chuàng)新，結(jié)合衛(wèi)星遙感、地理信息系統(tǒng)技術(shù)和機器學習等新技術(shù)在數(shù)據(jù)統(tǒng)籌與分析上的應用，可以更好地理解火災發(fā)生的復雜性。通過這些技術(shù)手段逐漸將火災風險與致災因子進行關系建模，擬合火災未來的發(fā)展趨勢，開發(fā)火災模擬系統(tǒng)，模擬火災的發(fā)生及蔓延過程，量化火災發(fā)生的概率、強度和影響，這些模型都為交界域火災的研究提供了重要工具。

3.1 統(tǒng)計模型

統(tǒng)計模型通過量化火災發(fā)生的概率，評估各風險要素的危險性，旨在降低火災風險并提出針對性的火災管理措施。

在國外，一些研究人員已經(jīng)研究了量化社區(qū)遭受野火的風險，由于還缺乏全面的理論框架，僅從林火的角度考慮風險，而沒有考慮基于個體特征的社區(qū)敏感性。林火風險的全面定義需要評估森林火災事件的概率、高價值資源和資產(chǎn)對林火風險的敏感性兩個關鍵組成部分。羅丹等[3]以廣州森林和城鎮(zhèn)交界域的16種主要森林分布類型為研究對象，利用地基激光雷達對數(shù)據(jù)進行精準、非破壞的分析，獲取森林分布特征與結(jié)構(gòu)指標，選取11種影響森林分布火災危險性的靜態(tài)因子，運用層次分析法，綜合評價不同森林分布類型的火災危險性；鐘委[4]等對某地區(qū)19個林業(yè)城鎮(zhèn)的棚戶區(qū)消防現(xiàn)狀和存在的問題進行了評估，結(jié)合實測數(shù)據(jù)采用層次分析法對各個林業(yè)城鎮(zhèn)棚戶區(qū)的火災風險進行了分析，對風險指數(shù)進行劃分。

3.2 火災蔓延模型

火災蔓延模型在火災管理和應急響應方面起著重要作用，通過模擬火災的發(fā)展過程，可以評估不同區(qū)域的火災風險，綜合考慮多種因素，從而確定火災可能蔓延的區(qū)域，幫助決策者和應急響應人員做出更準確的預測和決策。

研究表明，熱輻射和飛火是交界域火災蔓延的主要方式，Ganteaume A等[5]使用火災動力學模擬器（FDS）對暴露在野火情況下的建筑物進行建模，設置材料、可燃物、地形和氣象條件等影響參數(shù)，進行火災場景模擬。野外—城市交界域火災模擬器（WFDS）是美國國家標準與技術(shù)研究所（NIST）和美國林務局共同開發(fā)的。WFDS是FDS的擴展，能夠用于交界域火災的模擬，除此之外，模擬火行為的模型還有Behaveplus模型、Farsite模型等，這些模型大都用于模擬森林火災的火行為，森林—城鎮(zhèn)交界域與之不同，不僅會涉及森林環(huán)境，還有建筑環(huán)境，情況相對復雜，后續(xù)還需要繼續(xù)開發(fā)相關應用。

3.3 機器學習及復雜網(wǎng)絡模型

機器學習模型可以通過對大量歷史數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)潛在的關聯(lián)和模式，進行風險預測，從而識別出潛在的風險因素，并預測未來的風險事件；復雜網(wǎng)絡可以對風險系統(tǒng)進行建模，將各個元素和其他相互作用關系表示為網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，通過對網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)和動態(tài)演化進行分析，可以揭示潛在的風險傳播路徑和關鍵節(jié)點，幫助理解風險的傳播機制。

宋英華等[6]為確定城鎮(zhèn)—森林交界域火災災害演化關系及風險特征，預防災害事件發(fā)生，從157個火災案例中提取43個典型災害事件，運用災害鏈和復雜網(wǎng)絡理論，構(gòu)建城鎮(zhèn)—森林交界域火災災害鏈演化模型。使用Python工具對災害鏈網(wǎng)絡中關鍵節(jié)點、關鍵邊和最短路徑分析。王成軍等[7]為了降低城鎮(zhèn)森林交界域輸油管道泄漏造成的災害損失，同樣基于災害鏈理論和復雜網(wǎng)絡理論，構(gòu)建因輸油管道損壞，從而形成災害的災害演化模型。侯曉靜等[8]使用隨機森林模型對省域內(nèi)的森林—城鎮(zhèn)交界域火災風險與影響因子的關系進行空間建模，探究隨機森林模型在擬合、解釋交界域火災風險方面的優(yōu)勢，并與森林火災風險的影響因子對比，為進一步評估交界域火險提供依據(jù)。為了精確監(jiān)控森林—城鎮(zhèn)交界域火災及定位其空間分布，王喆等[9]收集火災圖像，將坐標注意力（CA）機制引入YOLOv5s算法中，增強模型的方向及位置信息感知，以達到準確定位交界域火災起火點的效果。

4 結(jié)束語

通過總結(jié)森林—城鎮(zhèn)交界域火災風險評估的方法時發(fā)現(xiàn)，在評估森林—城鎮(zhèn)交界域（WUI）時不僅需要考慮火災的直接因素，還需考慮氣候變化、土地利用模式、人類活動等一系列相互關聯(lián)的復雜因子，從全方位、多角度對火災發(fā)生的潛在風險進行評估。目前，我國的交界域火災研究還處于初期階段，需融合氣候模型、地理信息系統(tǒng)、人口動態(tài)等方面的技術(shù)和方法，建立符合我國國情的交界域火災風險評估方法。

為了提升社區(qū)居民的火災防范意識和能力，應加強對他們的培訓和教育，確保他們了解火災的危害、掌握基本的火災防范措施，并鼓勵社區(qū)居民積極參與火災管理的決策和實施過程。為此，可以建立面向社區(qū)居民的火災信息平臺，及時發(fā)布火災預警信息、傳授防火知識、分享成功案例等。在森林—城市交界域的社區(qū)，特別強化與火災防控相關的基礎設施，提高火災應對能力。充分利用現(xiàn)代科技手段，如物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能等，進行火災風險評估、預警和管理，實現(xiàn)火災防控的智能化和精準化。針對城市—森林交界域的特殊性，還應制定專門的法律法規(guī)，明確土地利用、建筑規(guī)范、防火距離、火災管理等要求，為交界域的火災防控提供法律保障。同時，應制定和完善應急響應機制，確保在火災發(fā)生時能夠快速、有效地進行應急響應和資源調(diào)配。

參考文獻

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[3]羅丹，王慶飛，晁碧霄，等.廣州市森林和城鎮(zhèn)交界域林分尺度上的火險等級評價[J].林業(yè)資源管理，2023（3）：56-64.

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[6]宋英華，張小瑩，呂偉.城鎮(zhèn)-森林交界域火災災害鏈網(wǎng)絡模型構(gòu)建及風險分析[J].中國安全生產(chǎn)科學技術(shù)，2020，16（5）：122-128.

[7]王成軍，王志剛.城鎮(zhèn)-森林交界域輸油管道泄漏災害鏈風險分析[J].化工礦物與加工，2022，51（4）：19-25.

[8]侯曉靜，明金科，秦榮水，等.基于隨機森林模型的交界域火災風險分析[J].林業(yè)科學，2019，55（8）：194-200.

[9]王喆，李享，楊棟梁，等.基于YOLOv5s的城鎮(zhèn)森林交界域火災探測模型[J].中國安全科學學報，2023，33（6）：152-158.