蘇金元 許子辰

摘要：近年來，森林-城鎮(zhèn)交界域內(nèi)人類活動增多，火災危險性也逐年上升。立足于我國國情，結合近年發(fā)生的交界域火災案例，參考國家標準、地方標準和行業(yè)規(guī)范，并基于輻射引燃模型計算公式使用美國國家標準與技術研究院（NIST）開發(fā)出的火災動力學模擬軟件（FDS）對森林-城鎮(zhèn)交界域火災進行模擬，據(jù)此劃定交界域內(nèi)主要房屋的防火區(qū)域，并以此為依據(jù)對我國森林-城鎮(zhèn)交界域防火現(xiàn)狀進行分析，總結了防火隔離帶建設的重要意義。

關鍵詞：森林防火；森林-城鎮(zhèn)交界域；防火隔離帶

隨著城郊地區(qū)的人口增長、經(jīng)濟發(fā)展、旅游開發(fā)和基礎設施建設水平逐年提高，該區(qū)域的人類活動頻率日益增加。這類區(qū)域往往具有建筑與植被混合分布的特點，被稱為森林-城鎮(zhèn)交界域（Wildland–Urban interface， WUI），該區(qū)域群眾的生產(chǎn)生活、上墳祭祀和游玩野營等活動帶來了火災安全隱患。由于近年來森林-城鎮(zhèn)交界域火災時有發(fā)生，給人民群眾生命財產(chǎn)和國家資源財產(chǎn)安全及生態(tài)環(huán)境造成了較大威脅，因此，該區(qū)域的火災安全管理備受地方政府的關注，同時也應當在管理決策等層面吸納國家綜合性消防救援隊伍的骨干專家作為顧問，以便在規(guī)劃之初即充分考慮交界域防火事宜。

1 森林-城鎮(zhèn)交界域的定義

森林-城鎮(zhèn)交界域是指人類及其發(fā)展用地與荒地燃料相遇或混合的區(qū)域[1]，美國林業(yè)局（USDA）及內(nèi)政部（USDI）將森林-城鎮(zhèn)交界域主要分為兩類：混合（Intermix WUI）和交匯（Interface WUI）區(qū)域（見圖1）?；谧≌芏龋?城鎮(zhèn)交界域必須滿足每平方千米至少有6.17個住房單元。其中混合型交界域是指超過閾值每平方千米6.17個住房單元，且以荒地植被為主（植被覆蓋率＞50%）的區(qū)域。交匯型交界域是指直接毗鄰荒地，發(fā)展地區(qū)與相鄰荒地之間有明確界限，植被覆蓋率＜40%的區(qū)域；同時也包括該區(qū)域2.4km內(nèi)的社區(qū)。

對于我國而言，這種將森林-城鎮(zhèn)交界域區(qū)分為交匯型交界域和混合型交界域的方法同樣適用。一般來說，常見的村莊、位于郊區(qū)的工業(yè)基地、倉儲設施、高校及研究機構都屬于交匯型交界域的范疇。它們大多同荒地或林地有明顯的分界線?；旌闲徒唤缬蛟谖覈容^少見?；痉植加陂_發(fā)后的旅游風景區(qū)、城市森林公園等。

2 森林-城鎮(zhèn)交界域火災模型分析

森林-城鎮(zhèn)交界域的火災發(fā)展通?？煞譃橐韵码A段：首先是火源的出現(xiàn)階段，稱為一次引燃，一般形成于草地或林地之中。之后是火災的初發(fā)期，這是火災發(fā)展的關鍵階段，也是進行撲救的最佳時期，此時火災的形態(tài)一般為中低強度地表火，出現(xiàn)于院落、草坪、農(nóng)田等區(qū)域。若是未在火災初發(fā)期撲滅，則會通過二次引燃的形式發(fā)展為森林火災、城市建筑火災、工業(yè)火災等大型火災。最后通過人為干預、自然降雨等過程，火災將進入熄滅期，火災將轉為陰燃、地下火等形式，此時需要消防人員對火災區(qū)域進行細致檢查，確保不會出現(xiàn)復燃的情況。

建立火災蔓延過程的模型可以幫助我們更好地認識森林-城鎮(zhèn)交界域火災的發(fā)展趨勢?；馂穆幽Ｐ涂梢詫Σ煌愋偷目扇嘉?、多種天氣情況、復雜地形下的火行為進行監(jiān)測預警，為森林-城鎮(zhèn)交界域火災的預防和災后修復提供參考。

出于對森林-城鎮(zhèn)交界域火災進行研究預防的目的，各國研究人員建立了很多林火（Wild Fire）燃燒模型，包括FARSITE和BehavePlus模型，以上模型的支撐依據(jù)大多為現(xiàn)場觀測和研究人員確立的經(jīng)驗性公式。SunR等[2]開發(fā)的模型側重點則在大尺度大氣物理上，對燃燒過程關注較少，事實上這類基于大尺度研究的模型相比僅對火行為進行研究的模型更加貼近災害現(xiàn)場的實際情況。

輻射引燃模型是對火災引燃距離進行預測的關鍵模型。以森林-城鎮(zhèn)交界域的常見綠化樹木黑松（松科松屬，常綠喬木，在山東、江蘇及浙江沿海地區(qū)用作造林樹種[3]）的燃燒為例，將火焰近似看作一個溫度為1200K且發(fā)射率為1的矩形黑體，將火焰和墻體都簡化視作豎直平面。此時就可以計算輻射熱流量最大位置即墻體中心的輻射熱通量。墻體單位面積所受熱輻射可以表示為：

（1）

式中：——輻射熱通量，kW/m2；

Ft，w——火焰到墻體的視角系數(shù)；

ε——火焰灰度；

σ——玻爾茲曼常數(shù)，kW/（m2·K4）；

Tf——火焰溫度，K。

在得出輻射熱通量后，比較其與建筑物引燃所需的最小熱通量即可得出是否引燃的結論，如下式所示：

（2）

式中：——引燃所需最小熱通量，13.1kW/m2；

；

t0——輻射開始的時間；

tf——輻射結束的時間；

FTPig——引燃最低FTP，此處取值為11501。

使用火災動力學模擬軟件FDS6.7.9基于上述公式模擬較高可燃物載量黑松林（棵/hm2）的三種可燃物處理方式對森林城鎮(zhèn)交界域火災蔓延的影響，見圖2。其中a圖為未對可燃物進行處理的情況；b圖為去除房屋周圍10m內(nèi)可燃物的情況；c圖為將房屋周圍30m內(nèi)的胸徑低于22.3cm的樹木去除，只保留枝下高大于3m的樹木以株間距大于10m的密度排布，并在地表鋪滿草坪。

通過對模擬結果的分析可知，在圖2a情況下輻射熱通量大于引燃所需最小熱通量，房屋將會被引燃；圖2b情況下瞬時輻射熱通量達到最小引燃熱通量，但未引燃房屋；圖2c情況下輻射熱通量小于最小引燃熱通量，房屋無恙。由此可以得出結論，對房屋周圍可燃物進行預處理可有效降低火災烈度，以達到降低損失的目的。

通過上述例子可以看出，在建立森林-城鎮(zhèn)交界域火災防控體系時，建立模型進行模擬可以為決策提供輔助。根據(jù)這個模擬模型得出，在主要建筑物的周圍，可以劃定一個安全范圍，即0～1.5m為鄰近區(qū)域，此區(qū)域內(nèi)應完全移除可燃物；1.5～10m為中間區(qū)域，此區(qū)域內(nèi)只保留枝下高大于3m的樹木；10～30m為外延區(qū)域，此區(qū)域內(nèi)將胸徑低于22.3cm的樹木去除，并保留枝下高大于3m的樹木。具體情況見圖3。

3 我國森林-城鎮(zhèn)交界域火災啟示

受社會經(jīng)濟發(fā)展的影響，人類活動的增加同森林-城鎮(zhèn)交界域火災的發(fā)生頻率具有較強相關性。從當?shù)谿DP和火災發(fā)生數(shù)量的變化趨勢來看，兩者呈正相關。隨著人口密度的逐步上升，單位區(qū)域內(nèi)發(fā)生火災的概率也會上升，因此對于森林-城鎮(zhèn)交界域的火災防控力度也應適時調(diào)整，緊跟社會發(fā)展的步伐[4]。

森林-城鎮(zhèn)交界域火災絕大部分都是由人為原因引起的。由于森林-城鎮(zhèn)交界域較為復雜的地形地貌和較高的可燃物載量，該地域的森林火災撲救難度較高。森林-城鎮(zhèn)交界域鄰近居民區(qū)，包含有大量的建筑物，因此森林-城鎮(zhèn)交界域火災很容易造成較大的人員傷亡和經(jīng)濟損失，還會出現(xiàn)森林火災與建筑火災之間互相演化的趨勢[5]。

通過對上述分析不難發(fā)現(xiàn)，降低區(qū)域內(nèi)可燃物載量、切斷可燃物在水平面上的連續(xù)分布可以有效降低該區(qū)域的火災發(fā)生烈度，進而降低撲救難度和經(jīng)濟損失。特別是結合森林-城鎮(zhèn)交界域火災案例的撲救過程，不難看出預設非生物防火隔離帶可以極大減輕火災撲救的壓力和傷亡風險，減少撲火隊員臨時開挖防火隔離帶所造成的不必要的體力損失。但是非生物防火隔離帶的建設也需要結合當?shù)丨h(huán)境、地形、設施分布等情況進行因地制宜的選擇。

4 結束語

在森林-城鎮(zhèn)交界域人口數(shù)量不斷提升的背景下，森林-建筑復合型火災的出現(xiàn)也加大了預防和撲救火災的難度。我國在森林-城鎮(zhèn)交界域的火災防控規(guī)范領域還存在諸多空白，缺乏統(tǒng)一的名詞定義和具體的技術解讀。防火阻隔系統(tǒng)建設的政府規(guī)劃多傾向于使用生物防火隔離帶，對非生物防火隔離帶的建設缺乏國家統(tǒng)一的行業(yè)技術標準。開展研究的政策和資金支持力度也相對不足。政府相關部門應借鑒林業(yè)發(fā)達國家的做法，盡快完善相關政策規(guī)范，并將其轉化為適應我國國情的體系。同時在政策制定、建設規(guī)劃等環(huán)節(jié)吸納國家綜合性消防救援隊伍的專家作為顧問，視情采納其專業(yè)意見。

參考文獻

[1]USDA and USDI.Urban wildland interface communities within the vicinity of federal lands that are at high risk from wildfire，in Federal Register，2001：751-777.

[2]Sun R，Krueger S K，Jenkins，et al．The importance of fire–atmosphere coupling and boundary-layer turbulence to wildfire spread[J].International Journal of Wildland Fire，2009，18：50-60．

[3]LYJ 127—2012 森林防火工程技術標準[S].

[4]覃先林.林火衛(wèi)星遙感監(jiān)測[M].北京：中國林業(yè)出版社，2016：127-129.

[5]郭亞嬌，廖志穎，殷繼艷.四川涼山州森林火災發(fā)生原因及防火體系建設[J].今日消防，2019（11）：54-56.