古树名木风险评估模型初步研究

肖瑾瑜， 谭慧芳， 陈俊友， 汪爱民

(1.湘西自治州林业科学研究所， 湖南 吉首 416000； 2．桑植县林业局， 湖南 桑植 427100 )

古树名木风险评估模型初步研究

肖瑾瑜1， 谭慧芳1， 陈俊友2， 汪爱民1

(1.湘西自治州林业科学研究所， 湖南 吉首 416000； 2．桑植县林业局， 湖南 桑植 427100 )

应用层次分析法(Analytic Hierarchy Process , AHP)建立由6个B层要素和37个C层要素组成的古树名木风险评估框架后，通过判断矩阵确定出各要素的权重，再由此建立古树名木风险评估模型，将各要素量化后的值与其权重乘积求和的值来衡量古树名木的风险等级。

古树名木； 风险评估； 层次分析法

古树名木风险是指因古树名木自身因素、生物特性、生长的自然环境和社会环境因素、人为干扰以及管理因素等而导致古树名木自身和周围的人、建筑等其它财产损失的概率。古树名木具有重要科研、历史、文化价值[1-2]，是“绿色文化”的重要载体，具有唯一和不可再生的特点，它的受损及死亡是不可估量的损失；同时树枝掉落以及树干倒伏等对周围的人员及财产可能造成损害。古树名木风险评估模型通过不同指标对古树名木进行评估，以识别古树名木可能存在的风险以及风险的级别。

层次分析法(Analytic Hierarchy Process , AHP)将复杂问题分解为若干层次和若干要素，并在此基础上进行定性和定量分析，计算出层次单排序和总排序，确定各指标的重要性即权重。它为多目标、多准则或无结构特性的复杂决策问题提供简便的决策[3-4]。

1 古树名木风险评估框架

在充分借鉴专家研究的基础上，并考虑古树名木的特殊性、外业和内业的可操作性和计算模型的可实现性，选取影响古树名木风险评估的多种要素并建立一个递阶的有序的层次分析框架(见图1)。

B层的要素分为树干(B1)、根系(B2)、树冠(B3)、生长环境 (B4)、树木特征(B5)、以及管理与保护(B6)六个部分。

图1 古树名木风险评估框架Fig.1 Framework of risk assessment model of ancient and famous tree identification

(1) 树干(B1)主要选取树干空洞率(C11)、树干倾斜度(C12)、树干损毁率(C13)、干基腐朽率(C14)、树皮损伤率(C15)、高径比(C16)、树干病虫害程度(C17)七个要素。树干的空洞大小、树干损毁情况、树皮损伤面积、干基的腐朽以及病虫害等都对古树名木的生命造成威胁；并且树干空洞、倾斜、损毁、干基腐朽、高径比(树高和胸径的比值)过大都容易造成古树名木树干折断而倒伏，不仅对自身造成伤害还将对周围的人员和财产造成伤害。

(2) 根系(B2)选取浅根性树种(C21)、根系裸露程度(C22)、根系损伤程度(C23)、根系病虫害程度(C24)四个要素进行评估。浅根系树种根部固着力低，且容易因地面环境原因使根系发展不平衡，因此易造成树干倾斜，在遇到灾害性天气容易倒伏；根系裸露、损伤程序以及根系的病虫害将影响古树名木的健康状况。

(3) 树冠(B3)部分以树冠偏斜度(C31)、病虫害程度(C32)、冠幅(C33)、一级枝健康率(C34)、阔叶树种(C35)、树冠透视度(C36)六个要素进行评估。树冠对古树名木风险的主要威胁是树木的稳定性，表现最为突出的是树冠偏斜度；冠幅大、树叶密度高及阔叶树种会增加风阻，在强风环境中对古树名木不利，并且积雪时容易造成古树名木的损伤；顶梢枯死、树枝不健康及病虫害使树枝易掉落，同时也致使古树名木面临衰亡的风险。

(4) 生长环境(B4)条件中影响要素较多，包含人为干扰 (C41)、生长场所(C42)、生长空间(C43)、土壤空气污染(C44)、树穴大小(C45)、土壤紧密度(C46)、地被种类(C47)、强风口(C48)、气象(C49)共九个要素。人类生产和生活的干扰，如根部取土、在树枝上挂晒物品等对古树名木造成不同程度的威胁；生长在远郊野外的古树名木有较好的自然生长环境，生长在城市中的古树名木会受到不同程度的人为干扰，生长空间、树穴面积大小经常受到限制，也比较容易受到土壤和空气污染的影响，严重影响了古树名木的健康；当古树名木生长在强风口或具有风道效应的位置时，会有较高的倒伏危险；极端气象条件对树木的威胁显而易见；部分地被种类不适合古树基部，部分藤本地被对古树名木的生长具一定威胁。

(5) 树木特征(B5)方面主要选择树龄(C51)、生长势(C52)、抗逆性(C53)、速生性树种(C54)、易燃性(C55)、有毒有害(C56)六个要素。抗逆性表示树木对各种胁迫(或称逆境)因子的抗御能力；古树名木树龄越大，对生长环境变化的适应力越差，生长衰退越严重；古树名木生长势可预示树木是否衰弱；速生树种的木质部强度较低，也容易损伤或断裂；易燃性树木容易受到火灾的威胁；古树名木的花或果实等的毒害作用将危害周围的人或生物。

(6) 管理与保护(B6)主要采用管理水平(C61)、防护栏(C62)、支撑牵引(C63)、树洞填补(C64)、避雷针(C65)五个要素。管理部门的不当管理也将对古树名木置于危险境地，而有效的保护措施将减少古树名木的风险[5-27]。

2 风险评估判断矩阵及要素权重计算

根据风险评估框架，首先以A层(古树名木风险评估)为目标针对B层的要素进行两两比较，根据评定尺度确定其相对重要程度，并据此建立判断矩阵。评价尺度Aij为1表示两个要素同样重要，为9表示i要素比j要素绝对重要，倒数则表示j要素与i要素相比的重要性。根据矩阵计算层次单排序Wi。对准则层的判断矩阵及层次单排序计算如表1所示：

其中计算步骤[28-30]为:

(1) 先计算判断矩阵每行元素的乘积Mi：

表1 B层对“古树名木风险评估(A)”的判断矩阵及层次单排序计算Tab 1 ThejudgmentofmatrixandrelativeweightoftheelementsforAlevelAB1B2B3B4B5B6MiWiWiAWiB11225781120 00003 22260 35882 2550B21/212468192 00002 40190 26751 6984B31/21/2157870 00002 03010 22611 4483B41/51/41/51350 15000 72890 08120 5403B51/71/61/71/311/40 00030 25630 02850 1932B61/81/81/81/5410 00160 34060 03790 2749

(4) 计算判断矩阵的最大特征根：

(5) 计算一致性指标CI和一致性比率CR，进行一致性检验：

CI=(λmax-n)/(n-1)CR=CI/RI

当矩阵价数为6时，平均随机一致性指标RI为1.24。

通过计算可得到最大特征根λmax为6.6189，一致性指标CI为0.123 8，CR为0.098 2。CR小于0.1判断矩阵通过一致性检验。

用同样方法再对C层要素分别构造判断矩阵，并计算Wi、λmax、CI、CR以验证一致性(见表2至表7)。

表2 对“树干(B1)”的判断矩阵及层次单排序计算Tab 2 ThejudgmentofmatrixandrelativeweightoftheelementsforB1B1C11C12C13C14C15C16C17WiC1114225860 3339C121/411/41/42320 0809C131/24114650 2247C141/24113650 2156C151/51/21/41/31330 0709C161/81/31/61/61/311/30 0286C171/61/21/51/51/3310 0455λmax7 2955CI0 0493CR0 0362

表3 对“根系(B2)”的判断矩阵及层次单排序计算Tab 3 ThejudgmentofmatrixandrelativeweightoftheelementsforB2B2C21C22C23C24WiC2111/41/71/60 0725C22411/41/30 1622C2374120 4519C24631/210 3135λmax4 2264CI0 0755CR0 0848

表4 对“树冠(B3)”的判断矩阵及层次单排序计算Tab 4 ThejudgmentofmatrixandrelativeweightoftheelementsforB3B3C31C32C33C34C35C36WiC311361/3990 3217C321/3141660 2187C331/61/411/3440 0893C343131660 3007C351/91/61/41/6110 0348C361/91/61/41/6110 0348λmax6 5589CI0 1118CR0 0887

表5 对“生长环境(B4)”的判断矩阵及层次单排序计算Tab 5 ThejudgmentofmatrixandrelativeweightoftheelementsforB4B4C41C42C43C44C45C46C47C48C49WiC411753268640 3140C421/711/21/51/4221/21/50 0383C431/5211/31/33421/30 0706C441/35311/246320 1523C451/2432158420 1982C461/61/21/31/41/511/21/31/30 0277C471/81/21/41/61/8211/31/50 0259C481/621/21/31/43311/20 0582C491/4531/21/235210 1148λmax9 4684CI0 0586CR0 0401

表6 对“树木特征(B5)”的判断矩阵及层次单排序计算Tab 6 ThejudgmentofmatrixandrelativeweightoftheelementsforB5B5C51C52C53C54C55C56WiC5111/323550 2494C523134440 3748C531/21/312330 1561C541/31/41/21330 1103C551/51/41/31/3110 0547C561/51/41/31/3110 0547λmax6 2935CI0 0587CR0 0466

表7 对“管理与保护(B6)”的判断矩阵及层次单排序计算Tab 7 ThejudgmentofmatrixandrelativeweightoftheelementsforB6B6C61C62C63C64C65WiC61141/31/440 1738C621/411/31/410 0757C633311/220 2547C64442130 4089C651/411/21/310 0869λmax5 4331CI0 1083CR0 0967

当所有的层次单排序计算都完成后，就可以计算出层次总排序结果，要素i的层次总排序PWi计算公式如下：

对于古树名木风险评估各要素的层次总排序为：

PW= [PW11,PW12,PW13,…，PW65]=

分别使用公式CI=∑aiCIi和RI=∑aiRIi计算层次总排序一致性指标CI=0.0737和平均随机一致性指标RI=1.2078，再计算层次总排序随机一致性比例CR=CI/RI=0.0610， 随机一致性比例CR<0.1，层次总排序通过一致性检验。因此C层要素总排序权值PWi即为它对于总目标“古树名木风险评估(A)”的权重。

3 风险评估模型

利用层次分析法获取了各要素的权重后，建立如下的古树名木风险评估模型：

其中DRI表示古树名木风险指数，用于表示古树名木所面临的风险，其值越大，则古树名木所面临的风险等级越高。PWi表示要素i的权重，Xi表示要素i量化后的值。

4 结语

古树名木所处的环境非常多样化，面临的风险也各不相同。本文通过综合考虑影响古树名木安全性的37种因素，通过层次分析法确定各个因素的权重，建立风险评估模型。通过将各因素其定性定量化，计算其风险指数，建立一个衡量古树名木面临风险的衡量标准，避免因不同地区不同人员根据不同标准的主观判断而导致的评估差异，从而实现对古树名木风险的统一管理。当然此模型可能存在问题，还需要在实践中不断完善。

此风险评估模型运用古树名木管理系统[31]，将外业调查的古树名木数据输入系统，系统将对数据进行量化，然后根据此模型计算出古树名木的风险。对高风险的古树名木以报警提示，并给出相应的建议，实现对古树名木的风险管理。

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Preliminarystudyonriskassessmentmodelofancientandfamoustrees

XIAO Jinyu1, TAN Huifang1， CHEN Junyou2, WANG Aimin1

(1.Hunan Xiangxi Autonomous Prefecture Forestry Research Institute, Jishou 416000, China；2.Forestry Bureau of Sangzhi County， Sangzhi 427100， China)

Base on Analytic Hierarchy Process, risk assessment structure of ancient and famous trees was built, include 6 level B elements and 37 level C elements, according to the judgment of matrix, the weight of all levels of elements were determined, and built risk assessment model of ancient and famous trees.

ancient and famous; risk assessment; AHP

2015-10-28

湖南林业厅“古树名木管理系统开发”(XLK201540)。

肖瑾瑜(1976-)，男，湖南省吉首市人，助理工程师，主要从事林业信息化研究。

S 788

A

1003-5710(2016)01-0061-05

10.3969/j.issn.1003-5710.2016.01.000

(文字编校：龚玉子)