范 闊，謝士琴，陳玥璐，趙天忠*，滕起和

(1.北京林業(yè)大學(xué) 信息學(xué)院，北京 100083；2.河北省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)院，河北 石家莊 050051)

林火是影響森林資源永續(xù)的重要擾動(dòng)因子，林火的發(fā)生與蔓延不僅會(huì)燒毀森林及其他資源，更嚴(yán)重的可能會(huì)危害到林區(qū)人民的財(cái)產(chǎn)和生命安全，森林火災(zāi)是林火重要災(zāi)害之一，已經(jīng)成為破壞森林資源和生態(tài)環(huán)境的最大威脅，同時(shí)也會(huì)給國(guó)家?guī)?lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失[1]。我國(guó)是一個(gè)森林火災(zāi)頻發(fā)的國(guó)家，據(jù)國(guó)家林業(yè)局1950-2011年森林火災(zāi)統(tǒng)計(jì)資料表明，共發(fā)生火災(zāi)78萬(wàn)次，平均每年發(fā)生森林火災(zāi)12 548次[2]。近年來(lái)，由于增加了森林火災(zāi)預(yù)防與治理方面的財(cái)政投入和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，火情控制已經(jīng)有所好轉(zhuǎn)，但其嚴(yán)峻性仍然不容忽視。森林火險(xiǎn)區(qū)劃是綜合考慮各火險(xiǎn)因子的情況下將研究區(qū)劃分為不同等級(jí)的區(qū)域以便進(jìn)行針對(duì)性管理，將為林火的預(yù)防管理、及時(shí)撲救以及有效部署防火設(shè)施、撲火力量提供科學(xué)依據(jù)[3-4]。

國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者在森林火險(xiǎn)區(qū)劃上做了大量的研究[5-16]，如G.J.Ghobadi[7]等以土地利用、地形、蒸發(fā)量和NDVI(標(biāo)準(zhǔn)化植被指數(shù))等作為林火影響因子，以伊朗北部古列斯坦省為例，進(jìn)行了森林火險(xiǎn)區(qū)劃研究；E.Erten[8]等基于RS與GIS技術(shù)相結(jié)合，以植被、地形、道路距離和居民點(diǎn)分布等火險(xiǎn)因子為基礎(chǔ)，制作出了格利博盧半島的森林火險(xiǎn)分布圖；張景群[9]等采用7個(gè)相關(guān)火險(xiǎn)因子和“標(biāo)準(zhǔn)”規(guī)定的級(jí)距，改進(jìn)火險(xiǎn)因子計(jì)算方法并對(duì)鎮(zhèn)坪縣作了火險(xiǎn)區(qū)劃分；苗慶林[20]等利用層次分析法將森林火險(xiǎn)因子分成3個(gè)層次，并賦予合適權(quán)重，利用其可燃物類型及地形數(shù)據(jù)，對(duì)徂徠山林場(chǎng)進(jìn)行了火險(xiǎn)區(qū)劃研究。到目前為止，國(guó)內(nèi)關(guān)于森林火險(xiǎn)預(yù)測(cè)以及區(qū)劃的研究已經(jīng)有了很大的發(fā)展，但在已有的研究中以縣作為研究區(qū)，并對(duì)其進(jìn)行針對(duì)性區(qū)劃的研究還比較少。因此，研究圍場(chǎng)縣森林火險(xiǎn)區(qū)劃，提出森林防火預(yù)防和撲救對(duì)策具有十分重要的意義。本研究利用DEM數(shù)據(jù)，以地物類型、地形因子、距離居民區(qū)遠(yuǎn)近等作為林火影響因子，采用因子加權(quán)重置綜合分析法對(duì)圍場(chǎng)縣的森林火險(xiǎn)進(jìn)行等級(jí)區(qū)劃研究。

1 研究地區(qū)與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)圍場(chǎng)滿族蒙古族自治縣(簡(jiǎn)稱圍場(chǎng)縣)位于河北省承德市最北部。地理坐標(biāo)為116°32′-118°14′E，41°35′-42°40′N。圍場(chǎng)縣總面積904 100 hm2，境內(nèi)有林地(含國(guó)家特別規(guī)定的灌木林)面積458 989萬(wàn)hm2，森林覆蓋率超過(guò)50.67%。圍場(chǎng)地區(qū)年均氣溫約為5.0℃，年均降水量約424.4 mm。圍場(chǎng)縣絕大部分地區(qū)為山地，地勢(shì)西北高東南低。圍場(chǎng)縣境內(nèi)海拔750～2 067 m，西北部國(guó)有塞罕壩機(jī)械林場(chǎng)海拔最高，平均海拔在1 400 m以上；東南部海拔最低，平均海拔<1 000 m。國(guó)有御道口林場(chǎng)和塞罕壩機(jī)械林場(chǎng)西部為平緩坡，境內(nèi)其余大部分地區(qū)坡度較大，屬于斜、陡坡?，F(xiàn)有森林面積458 989 hm2，森林覆蓋率超過(guò)50.67%，活立木蓄積量達(dá)到2 000萬(wàn)m3。森林物種較為豐富，主要以落葉松(Larixgmelinii)、樺樹(Betula)、山杏(Prunusarmeniaca)、柞樹(Quercuspalustris)、油松(Pinustabuliformis)為主，除此之外，還有少量柳樹(Salixbabylonica)、椴樹(Tiliatuan)、核桃楸(Juglansmandshurica)等生長(zhǎng)。主要森林類型為針葉林、闊葉林、耕地等，具體空間分布如圖1所示。

1.2 林火影響因子

森林火險(xiǎn)的主要影響因子有氣候、地物類型、地形因子、和人類活動(dòng)等[17]，森林火災(zāi)的發(fā)生大都是由這些主要影響因子的綜合作用引起的。一般情況下，在火險(xiǎn)因子的選取上，大尺度下的火險(xiǎn)區(qū)劃需要考慮氣候的影響，而本文研究區(qū)的氣候因子差異不明顯，因此選擇地物類型、地形因子以及距離居住區(qū)遠(yuǎn)近這3個(gè)主要因子進(jìn)行研究[17-18]。

1.2.1 地物類型 不同的植被類型具有不同的可燃性[14,17-18]，如草本、枯枝落葉、灌木，散布密集，燃點(diǎn)較低，傳播速度極快，油松、落葉松等針葉高脂樹種熱能值較高，燃燒溫度高，傳播速度快，楊、柳等闊葉樹木材含水量大，多分布于近水沙地，燃點(diǎn)較高，火險(xiǎn)等級(jí)相對(duì)較低，水域是林火蔓延的重要限制因子，其他地類植被類型較少，可燃性較低[14]。參照《全國(guó)森林火險(xiǎn)區(qū)劃等級(jí)》LY/T 1063-2008行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)劃分原則[19]，根據(jù)圍場(chǎng)縣的地類、植被的防火性能以及專家的意見(jiàn)，將地物類型分為11類，根據(jù)其可燃性，并賦予不同的等級(jí)分值[17]。

1.2.2 地形因子 地形通過(guò)氣流和局部小氣候影響林火的發(fā)生和蔓延，對(duì)火險(xiǎn)等級(jí)的劃分有著重要的影響[14]。地形因子主要包括坡度、坡向和海拔。隨著坡度增加，地表徑流更快，雨水容易流失，土壤水分少，火險(xiǎn)程度也增加[14,17]。由于不同坡向接收太陽(yáng)光多少不同，造成溫度和濕度有差異，陽(yáng)坡接收太陽(yáng)光多，所以地表溫度比陰坡高，空氣更干燥，林火發(fā)生的可能性就更大[13]。研究區(qū)中，高山地區(qū)較多，隨著海拔的增高，溫度也隨之降低，從而水分不易流失，濕度增大，發(fā)生林火的可能性就會(huì)減小。

1.2.3 距離居住區(qū)遠(yuǎn)近 大多數(shù)森林火災(zāi)的發(fā)生是與人類活動(dòng)有關(guān)的，所以越靠近人類居住區(qū)和道路的地方，越容易發(fā)生森林火災(zāi)，而且火災(zāi)發(fā)生位置距離居民區(qū)越近危險(xiǎn)程度越高[18,20-21]。本文通過(guò)研究區(qū)交通道路和居民區(qū)情況得到居住緩沖區(qū)，并根據(jù)距離居住區(qū)的遠(yuǎn)近將緩沖區(qū)分為4類。

1.3 研究方法

根據(jù)不同變量對(duì)火源的敏感程度分別賦予其不同的火險(xiǎn)等級(jí)值，建立等級(jí)評(píng)價(jià)體系表(表1)，同時(shí)采用層次分析法(AHP)來(lái)賦予各火險(xiǎn)因子權(quán)重，然后采用因子加權(quán)重置綜合分析法整合所有因子，從而計(jì)算各小班的森林火險(xiǎn)等級(jí)指數(shù)[16,18-20]，計(jì)算公式如下：

圖1 森林類型分布Fig.1 Forest type distribution map

(1)

式中，F(xiàn)FR為森林火險(xiǎn)指數(shù)，Xj為林火影響因子，Wi為各因子權(quán)重，n為林火影響因子個(gè)數(shù)。

根據(jù)FFR值，使用綜合評(píng)判集和GIS分析功能將圍場(chǎng)縣所有小班分為低火險(xiǎn)(0

圖2 圍場(chǎng)縣火險(xiǎn)等級(jí)Fig.2 Fire rating chart in weichang county

2 結(jié)果與分析

2.1 森林火險(xiǎn)總體分析

森林火險(xiǎn)等級(jí)的劃分預(yù)示了火災(zāi)發(fā)生的可能性。由表2可見(jiàn)，低、中、高和極高火險(xiǎn)區(qū)分別占研究區(qū)的2.37%、36.50%、57.72%和3.41%；通過(guò)數(shù)據(jù)分析可以看出，中級(jí)以上火險(xiǎn)區(qū)占研究區(qū)的比重是61.13%，這說(shuō)明圍場(chǎng)縣研究區(qū)是及其容易發(fā)生火災(zāi)的地區(qū)，所以針對(duì)圍場(chǎng)縣提出森林火災(zāi)預(yù)防及管理措施是十分必要的。

表1 變量及其類別的權(quán)重與等級(jí)體系Table 1 Variables and their categories of weights and hierarchies

表2 森林火險(xiǎn)區(qū)劃分級(jí)Table 2 Forest fire risk classification

2.2 森林火險(xiǎn)地域分析

森林火險(xiǎn)地域差異明顯，北部高于南部，極高火險(xiǎn)區(qū)主要位于塞罕壩機(jī)械林場(chǎng)和御道口牧場(chǎng)東北部，海拔較高，森林植被主要以落葉松、樟子松等易燃樹種為主，可燃物火險(xiǎn)系數(shù)高。高火險(xiǎn)區(qū)大部分位于塞罕壩機(jī)械林場(chǎng)，塞罕壩有林地面積47 111 333 hm2，森林覆蓋率75.2%，林木總蓄積462萬(wàn)m3，平均年生長(zhǎng)率9.7%，是中國(guó)最大的人工林場(chǎng)，主要優(yōu)勢(shì)樹種為落葉松、樟子松等易燃樹種，極易發(fā)生火災(zāi)和蔓延，所以森林火災(zāi)的管理任務(wù)十分艱巨。中火險(xiǎn)區(qū)面積最大的是圍場(chǎng)境內(nèi)的御道口牧場(chǎng)，土地總面積99 667 hm2，主要以天然草場(chǎng)為主，天然林面積14 600 hm2，也易發(fā)生森林火災(zāi)。低火險(xiǎn)區(qū)主要包括圍場(chǎng)境內(nèi)的卡倫后溝牧場(chǎng)和紅松洼國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)，卡倫后溝牧場(chǎng)全場(chǎng)總面積10 933 hm2，牧場(chǎng)草原面積廣闊，草場(chǎng)地質(zhì)條件優(yōu)良，草原資源非常豐富，紅松洼國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)位于內(nèi)蒙古高原與冀北山地的交匯地帶，它們多以亞高山草甸覆蓋為主，植被熱能值較低，人口密度低，水域面積大，森林火險(xiǎn)等級(jí)相對(duì)較低。

2.3 防火對(duì)策

針對(duì)極高和高火險(xiǎn)區(qū)，也就是塞罕壩機(jī)械林場(chǎng)和御道口牧場(chǎng)東北部，海拔較高、植被易燃，面積達(dá)到了研究區(qū)的61.13%。因此要加強(qiáng)對(duì)此處居民的宣傳力度，使居民提高防火意識(shí)，不焚燒、不吸煙、不帶明火進(jìn)入林區(qū)等；同時(shí)做到能夠準(zhǔn)確定位火點(diǎn)，在火災(zāi)發(fā)生初期就能夠迅速到達(dá)火場(chǎng)，快速滅火，提高撲火效率從而減少損失；利用已有道路和水域組成天然隔離帶，缺少隔離帶的合理修建道路以此來(lái)阻隔火災(zāi)蔓延[22]。

針對(duì)中級(jí)火險(xiǎn)區(qū)，即御道口牧場(chǎng)，該地區(qū)面積占研究區(qū)的36.50%。防火設(shè)施、人力、物資在保障極高、高火險(xiǎn)區(qū)的情況下再投入到中級(jí)火險(xiǎn)區(qū)，秉著“預(yù)防為主、積極消滅”的方針，逐步完善預(yù)防管理措施，尤其是在防火期，做好防火宣傳；建立防火預(yù)警機(jī)制，降低林火發(fā)生概率[25]。

低火險(xiǎn)區(qū)，即卡倫后溝牧場(chǎng)和紅松洼國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)，森林資源豐富、生態(tài)條件良好，人口密度低，水域范圍大，要充分發(fā)揮營(yíng)林防火的優(yōu)勢(shì)，對(duì)林分及時(shí)定期撫育間伐，減少可燃物的積累，及時(shí)清理采伐廢物。

3 結(jié)論與討論

利用森林資源二類調(diào)查的小班數(shù)據(jù)得到了研究區(qū)的地物類型，根據(jù)林火影響因子采用因子加權(quán)重置綜合分析法來(lái)計(jì)算森林火險(xiǎn)指數(shù)，將圍場(chǎng)縣分為低火險(xiǎn)、中火險(xiǎn)、高火險(xiǎn)和極高火險(xiǎn)4類地區(qū)。研究結(jié)果表明，低、中、高和極高火險(xiǎn)區(qū)分別占研究區(qū)的2.73%、36.50%、57.72%和3.41%。極高或高火險(xiǎn)區(qū)主要集中在塞罕壩機(jī)械林場(chǎng)和御道口牧場(chǎng)東北部，中火險(xiǎn)區(qū)主要位于御道口牧場(chǎng)，低火險(xiǎn)區(qū)則集中在卡倫后溝牧場(chǎng)和紅松洼國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)，森林火險(xiǎn)等級(jí)的地域分異比較明顯。研究得到的圍場(chǎng)縣森林火險(xiǎn)等級(jí)區(qū)劃結(jié)果，可以讓圍場(chǎng)縣森林防火管理人員更好地了解現(xiàn)存火險(xiǎn)情況，加強(qiáng)宣傳力度，提高全民的森林防火意識(shí)，增加火情監(jiān)視設(shè)施，合理配置防火設(shè)備和人員，最大限度的做好預(yù)防措施，真正做到未雨綢繆，防范于未然，從而杜絕火災(zāi)隱患。