翁迪君 楊艷婷

(廣東省嶺南綜合勘察設計院，廣東 廣州 510091)

1 背景

近年來，世界各地都在遭受不同程度的森林火災的困擾。受厄爾尼諾現(xiàn)象影響，2019年全球森林火災頻發(fā)，3月底，我國四川木里縣發(fā)生雷擊火，共有30名撲火人員犧牲；同年9月，澳大利亞幾乎每個州都在遭受林火肆虐，至次年7月底，該叢林大火或已致30億動物死亡。2020年，我國四川涼山西昌突發(fā)山火，造成19人遇難；同年美國加州遭受森林野火肆虐，共計發(fā)生8 800多起山火。人類正面臨著前所未有的森林防火工作壓力。森林火災對人類生產(chǎn)生活、生命安全及財產(chǎn)安全都構成了嚴重威脅，而對植被的破壞尤為突出。

2 分析思路

收集森林火災發(fā)生、撲救與防控的相關資料；通過無人機對該火燒跡地進行高清航拍；影像拼接及校正，對影像進行判讀及區(qū)劃；獲取該區(qū)域的DEM等基礎數(shù)據(jù)；利用GIS平臺處理數(shù)據(jù)，獲取相關因子的處理結果；初步分析各因子與該火燒跡地的火燒強度之間的關系，通過確定ArcGIS軟件對兩者進行疊加，確定各因子的權重；進一步分析該火燒跡地的火燒強度及其帶來的破壞程度，提供森林火災的規(guī)律性認識。

3 初步處理結果

該案例利用大疆無人機精靈Phantom 4 Pro V2.0對火燒跡地進行正射照片的拍攝工作。將照片拼接成完整的正射影像，并對該影像進行校正、判讀和區(qū)劃等，以獲得初步處理結果。經(jīng)計算，該區(qū)域過火面積達4.626 9hm2，森林火災等級為較大森林火災。按火燒強度對火燒跡地進行區(qū)劃，根據(jù)原國家林業(yè)局(現(xiàn)為國家林業(yè)和草原局)在《全國森林資源連續(xù)清查技術規(guī)定的通知》，將火后植被受害狀況(或稱火燒強度)分為輕度、中度、重度和極重度4個等級[1]。區(qū)劃結果見圖1。

圖1 火燒跡地按火燒強度區(qū)劃影像圖

通過拼接的高清無人機影像可以看出，該火燒跡地輕度火燒區(qū)含大部分的未傷木及小部分燒傷木；中度火燒區(qū)含一半及以上的燒傷木及小部分燒毀木；重度或極重度火燒區(qū)僅剩極少量燒傷木(燒毀木)，地表裸露嚴重。該火燒跡地區(qū)劃輕度火燒區(qū)面積1.188 1hm2，中度火燒區(qū)面積1.765 1 hm2，重度或極重度火燒區(qū)面積1.673 7 hm2。見表1。

表1 火燒跡地按火燒強度區(qū)劃面積統(tǒng)計表

4 森林火災火燒強度的主要影響因子分析

4.1 氣象因子

氣候變化與森林火災發(fā)生密切相關，其中溫度、濕度和風等氣象要素變化起關鍵性作用。氣溫的升高能加速可燃物的含水率的降低，是可燃物干燥達到燃點的所需熱量減少，使森林火災相對更容易發(fā)生[2]。當空氣濕度相對小時，可燃物體內(nèi)水分蒸發(fā)快，失水量大，林火易發(fā)生和蔓延[3]。風能夠加快地表植被的水分蒸發(fā)，促進空氣流動，為可燃物體燃燒提供良好的條件。

通過查詢歷史天氣可以發(fā)現(xiàn)，當?shù)禺斎照幱诙?，天氣干燥，濕度最高氣溫?0 ℃左右，風向為東，風力2級，連旱2個月以上，這些要素為該火災的發(fā)生提供有利條件。

4.2 地形因子

利用ArcGIS處理相應區(qū)域的dem數(shù)據(jù)，獲得50 m等值線、坡向和坡度等矢量數(shù)據(jù)，用于分析地形因素對過火區(qū)域受災程度的影響。海拔對植被的影響主要表現(xiàn)在溫度、雨量、相對濕度、輻射強度、氣流及土壤性質；而坡向的影響表現(xiàn)在單位面積接受的能量、溫度和濕度等方面；坡度的影響則表現(xiàn)在日照、土壤和土壤流失等方面[4]。

4.2.1 海拔

海拔越高，氣溫將越低，水分蒸發(fā)量隨之減少，山火發(fā)生的可能性降低。將間距50 m等值線疊加按火燒強度區(qū)劃的數(shù)據(jù)，分類計算權重，見表2。

表2 海拔于各火燒強度區(qū)域的權重表

從表2中可發(fā)現(xiàn)，輕度火燒區(qū)主要集中在海拔150 m以下的區(qū)域，中度火燒區(qū)主要集中在海拔100～150 m區(qū)域，重度或極重度火燒區(qū)主要集中在海拔150 m以下的區(qū)域。由此可看出，海拔150 m以下區(qū)域的森林火災的受災程度更強。

4.2.2 坡向

根據(jù)最新《廣東省森林資源規(guī)劃設計調查操作細則》，地面朝向分東、南、西、北、東北、東南、西北、西南、無坡向9個類別。坡向的不同對森林火災火燒強度有重要影響，向陽坡的光照時間，積累的太陽輻射量多，易燃物也更多，火災一旦發(fā)生，將更具破壞性。因此坡向為南的區(qū)域火燒強度最強；坡向為東和東南次之。將坡向數(shù)據(jù)疊加按火燒強度區(qū)劃的數(shù)據(jù)分類計算權重，見表3。

表3 坡向于各火燒強度區(qū)域的權重表

從表3可看出，絕大部分火燒跡地集中在坡向為東和東南的區(qū)域坡向為東的區(qū)域。中重度或極重度火燒區(qū)面積約占50%，而坡向為東南的區(qū)域中中度火燒區(qū)面積50%，相比之下，坡向為東的區(qū)域更易遭受森林火災破壞。當?shù)卣w地勢東南高，西北低，東南向可燃物所積累的太陽輻射量較多，且當日風向為東風，受兩者共同影響，故過火區(qū)域主要集中在坡向為東和東南的區(qū)域，當?shù)仄孪驗闁|和東南區(qū)域遭受森林火災破壞更嚴重。

4.2.3 坡度

根據(jù)最新《廣東省森林資源規(guī)劃設計調查操作細則》，坡度分平坡、緩坡、斜坡、陡坡、急坡和險坡6個類別。坡度的變化對林火有重要的影響，隨著坡度的逐漸升高，地表徑流量加快，地表干燥速度加快，引起火險的可能性越高[5]。將坡度數(shù)據(jù)疊加按火燒強度區(qū)劃的數(shù)據(jù)分類計算權重，見表4。

表4 坡度于各火燒強度區(qū)域的權重表

從表4中可以看出，該火燒跡地的過火區(qū)域主要集中在緩坡和急坡。因當?shù)卮蟛糠譃榈颓鹆甑?，間以平緩的臺地，坡度較小，存在急坡和險坡情況較少。

4.3 人為因素

本次火災火源點位于居民區(qū)邊緣地帶和交通主干道附近，且與林木密集區(qū)域極為接近，人為活動極其頻繁。長期以來，該火燒區(qū)域位于潛在的高火險地帶。一旦出現(xiàn)野外火源或人為性點火的情況，火災的發(fā)生將成為必然。

5 對當?shù)厣只馂姆揽氐慕ㄗh

5.1 落實森林防火工作部署

認真落實市級、區(qū)級森林防火工作部署，切實推進行政領導森林防火工作責任制實施。各級政府需不斷完善森林火災防控運行機制，提升森林火災防控工作的指導能力。

5.2 加強森林防火宣傳工作

通過樹立宣傳牌、刷寫安全標語和印發(fā)宣傳資料等途徑來增強群眾森林火災防控的認識和責任。

5.3 利用無人機航拍技術進行實地巡檢

未發(fā)生火災時，可利用無人機拍攝的照片或影像進行森林火險等級的預測預報；若一旦出現(xiàn)火情，無人機可實時監(jiān)控火災現(xiàn)場，為火災的撲救工作提供及時有效的信息。

5.4 建立健全森林消防專業(yè)隊伍和森林防火組織機構等

切實履行防火巡護、火源管理、防火設施建設和火情早期處理等工作職責，對林區(qū)進行“全方位、全天候、全時段”監(jiān)測，確保及時發(fā)現(xiàn)火情[6]。

5.5 在當?shù)馗呋痣U區(qū)域建設多個巡防站、瞭望塔等

森林火災隱患排查不留死角，并制定森林火災應急方案，在林火未大范圍蔓延時到達現(xiàn)場實施撲救行動[7-8]。

6 小結

隨著科技的不斷發(fā)展，利用無人機航拍技術可以快速獲取高清航拍影像等基礎數(shù)據(jù)，再利用GIS平臺，按照火燒強度對火燒跡地的影像進行判讀和區(qū)劃，為分析火燒跡地提供了便捷的途徑。氣象因子、地形因子以及人為因素3者共同影響森林火災的破壞性，同時對林火蔓延速度起關鍵性作用。分析高火險區(qū)域將有助于森林火災及時防控和有效撲救。針對高火險區(qū)域做出相應戰(zhàn)略部署，也是森林防火工作的重中之重。