箐沟阻火机理的初步分析

闫想想，王秋华，李晓娜，李世友，仝艳民

(1.西南林业大学消防学院，云南 昆明 650224；2.西南林业大学云南生物多样性研究院，云南 昆明 650224)

云南是全国森林火灾的多发区与重灾区。云南独特的自然条件和用火的多样性、复杂性决定了云南森林防火任务的艰巨性。在广袤的云南大地，溪流、山沟和山脊纵横交错，“两坡夹一沟”的地形分布格局比比皆是。通过对山沟阻火机理的进一步研究，为森林防火提供理论依据[1]。

国内当前仅有山沟阻火机理作用的初步研究[1]，国外目前对这方面还没有较多的研究。在国内，山沟规划、建设防火带的思想提出较早，但关于这方面的专业性、深入性的研究成果较少。

1 研究地概况

团结街道办事处位于云南省昆明市西山区西北部，东接昆明主城，南接西山龙门、西接螳螂江、北与卧云山接壤，具有较长的县域边界线。地处102°20′58″—102°36′54″ E，24°58′25″—25°12′51″ N，地势南高北低，最高海拔2 707 m，最低海拔350 m，总面积41 121 hm2。该区气候属于亚热带半湿润季风气候，境内四季分明，夏无酷暑，冬少严寒，干湿季分明。年平均气温约为14 ℃，降水量800～1 200 mm，年平均空气相对湿度37%，森林覆盖率74.44%。辖区内山高箐深，森林茂密，立体气候明显，矿产和生物资源极其丰富[2]。

2 研究方法

2.1 外业调查

在云南防火期(12月1日至翌年6月15日，防火紧要期为3，4月份)完成，外业调查时间为2018年3月11日和2018年4月1日。在云南省昆明市西山区团结街道办事处妥吉林区，选择山沟上部和下部为研究地点，用手持气象仪对坡上和坡下同时测量温度、相对湿度、平均风速、最大风速、坡度、坡向；用激光测树仪测量沟内昆明海桐的树高、枝下高；用胸径尺测量树的胸径；用目测法调查沟内的郁闭度为0.8左右；用浮标法测箐沟内水的流速为0.5 m·s-1，测得箐沟内紫茎泽兰的相关数据，通过数据分析和实验进行定性和定量的研究分析。

2.2 数据处理

用Excel 2010对数据进行处理，通过计算得出数据的平均值，最大值，最小值，列表分析比较。

3 结果与分析

3.1 火环境

火环境是指气象条件、天气形势和气候条件以及地形地势。火环境的研究是林火研究的基础，能够揭示某一地区森林火灾形成，能够为森林火险区划、森林防火物资储备、灭火力量配备以及林火监测等提供支撑，也能够为扑火安全提供理论依据，特别是扑火中的安全系统，包括瞭望系统、通信、逃生路线和安全区域设置[4-6]。

3.1.1 气温 温度在林火发生中起着重要的作用。气温高使地被物达到燃点所需热量减小，有利于燃烧。温度增加会明显降低相对湿度，使可燃物干燥。温度直接影响到可燃物本身的温度，使可燃物达到燃点时，所需热量大大降低[7]。表1显示，沟上的海拔为2 380 m，沟内的海拔为2 330 m，但一般来说，海拔越高，气温越低，因为对流层大气的主要直接热源是地面，离地面越远，得到的地面辐射越少，气温也就越低。每上升100 m，气温下降0.6 ℃(气温垂直递减率)[8]，分析表1得出沟内的海拔比沟上的海拔低，温度应该比沟上的高，但实际测得的温度比沟上低，可知沟内的火环境对阻火有一定的作用。

3.1.2 相对湿度 在一般情况下，连续干旱时间越长，越容易发生大面积森林火灾。在一般情况下，午时以后气温增高，相对湿度迅速下降，风速加大，这是转变为大火的有利时刻；相反，夜幕降临，温度下降，湿度增加。大火就有可能转变为小火，有利于火灾的扑救。

表1 沟上与沟内的气象因子

降水量减少，无雨日较长，森林可燃物的含水量将不断下降，森林火灾发生的可能性和严重性也随之增大。一般大雨过后，3～4 d之内不会出现火险[7]。表1显示，沟内的相对湿度比沟上的相对湿度大，可以起到一定的阻火作用。

3.1.3 风 风是影响林火行为的重要因素。大风的高速气流可使火的蔓延速度加快，火强度增大，燃烧着的可燃物被风刮起，火头前方出现大量飞火，使火场面积迅速加大。大风会使可燃物的含水量降低，连续几天不断的大风会加大火灾发生的可能性，大风也可以使小火酿成大火，会给国家森林资源造成很大的损失。风速对火蔓延速度的影响基本上是直线关系，随风速增大，火蔓延速度快速成倍增加[7]。表1显示，沟内的最大风速和平均风速比沟上的要小，综上分析可知箐沟对阻火有积极意义。

3.2 箐沟的地形特点及形成

3.2.1 箐沟的地形特点 在云南的方言中箐沟是指长有茅草或者树木的山谷、山沟，在四川有的地方方言中箐沟是指水沟、溪流。一般南方的山沟较小，陡峭，而北方的山沟规模比较大，因为北方的植被面积小，山间土地易受侵蚀。

3.2.2 箐沟的形成 箐沟是山里面被冲蚀出来的一片空地，常常是伴随着河流的，一般来说地形平坦，面积较大，但又不是冲积扇平原，也有比较狭小的山沟，因为有水所以土地肥沃，适于人居，植被比较茂盛，交通往往以水路为主[2]。

3.3 植物类型

3.3.1 昆明海桐(PittosporumkunmingenseChang et Yan)为海桐花科海桐花属常绿灌木或小乔木，分布于云南及贵州。

表2 沟内常绿阔叶树昆明海桐的特征

由表2可知，沟内树的平均树高14.2 m，平均胸径38.8 cm，枝下平均高3.4 m，沟内的树属近成熟，林龄从中龄林开始，林龄越大，森林火灾发生的次数越少，枝下高比较高，说明若沟内着火，由地表火难以蔓延至树冠火，所以沟内的树使森林火灾发生的次数降低，阻碍了火势的蔓延。

3.3.2 紫茎泽兰 紫茎泽兰(EupatoriumadenophoraSpreng)为菊科泽兰属多年生草本或半灌木植物。在云南又称解放草、细升麻、花升麻。紫茎泽兰一般在1月份开始枯萎，但叶子枯萎后不落，挂在茎秆上，是地表火快速扩张的通道，也使地表火很容易蔓延到树冠，是发展成树冠火的有效载体。4月份以后，紫茎泽兰开始长出新的叶子。紫茎泽兰的生命力极强，能在恶劣的环境里生存，侵占能力很强，火烧后裸露的土地上会迅速长成片，使其他植被难以恢复、生长，但结构疏松，组分与木屑相似[9]。

表3 紫茎泽兰林地特性

表4 紫茎泽兰的潜在火行为

由表3、表4可知，紫茎泽兰的灰分含量低，燃烧性好，点燃时间短，蔓延速度快，一旦被引燃，火势会加大，而且燃烧的时间长。由于其在箐沟内的高度较高，盖度也很大，在箐沟的空地上成片生长，是过火的通道，但周围的昆明海桐还是可以阻隔住，也从侧面说明，即使箐沟内有一些可燃物，仍然有阻火功能。

3.3.3 苔藓类植物 苔藓植物是一类生活史中以配子体占优势小型的绿色植物，结构简单，不具维管组织，没有真正的根，茎，叶的分化。苔藓不适宜在阴暗处生长，它需要一定的散射光线或半阴环境，最主要的是喜欢潮湿环境，特别不耐干旱及干燥，保持空气相对湿度在80%以上才能生长，另外，就是温度保持在25 ℃以上，才会生长良好。苔藓植物是一群小型的多细胞的绿色植物，多适应于阴湿的环境中[10，11]。

由于相对湿度越大，森林发生火灾的可能性就越小，箐沟内苔藓大量生长，也说明了箐沟内的相对湿度大，潮湿，属于半阴环境，所以箐沟内的苔藓证明了箐沟可以使森林发生火灾的可能性减少。

3.4 林火阻隔

为了防止林火的无限蔓延，将道路、河流、防火林带、防火线等相互联结，形成对林火的阻隔，把它叫作林火阻隔。利用天然或人工开设的、在地面形成一定长度和宽度的、有阻火作用的屏障，即森林防火阻隔带[12]。一旦林火发生时，可将火场局限在一定范围内，起到阻火的作用。

绿色防火指利用绿色植物(主要包括乔木、灌木及草本植物)，通过营林、造林、补植、引进等措施来减少林内可燃物的积累，改变火环境，增强林分自身的难燃性和抗火性，同时能阻隔或抑制林火蔓延。这种利用绿色植物通过各种经营措施，使其能够减少林火发生，阻隔或抑制林火蔓延的防火途径即谓“绿色防火”[13，14]。箐沟内有许多绿色的植物，如昆明海桐、苔藓等，具有一定的阻火功能，说明箐沟是一条天然的隔离带，具有绿色防火的特点。

3.5 集水区

集水区是指将一流域与另一流域分开的山岭(分水岭)，包括一对河流或湖泊供应水源的全部区域或地区，然而事实上因地质、地下水等影响，无法仅以简单的面积来确定，同时人为的改变，因时而异，可说是复杂的实体。简言之，集水区就是雨水汇合与集中排出的一个地形单位，任何溪流或沟谷皆有其集水区，仅是大小不同而已[15]。箐沟内有一条小溪流，用浮标法测得水的流速约为0.5 m·s-1，这是一条天然的水沟，具有一定的阻火功能。

4 结论

云南省昆明西山区团结乡妥吉村在防火期内，箐沟内的温度为16.2 ℃，而沟上的温度为16.6 ℃，沟内的最大风速和平均风速分别为1.8和0.77 m·s-1，沟上的最大风速和平均风速分别为2.9 m·s-1和1.7 m·s-1，沟上的相对湿度为36%，沟内的相对湿度为40%；沟内以海桐花科昆明海桐为主的常绿阔叶树的树高、胸径和枝下高分别为14.2 m、38.8 cm和3.4 m；沟内的郁密度约为0.8左右；箐沟内水的流速0.5 m·s-1。

沟内温度比沟上低，说明箐沟具有阻火的作用，不易达到可燃物的着火点；在实际的调查中发现沟内有一条小的溪流，从上而下流，沟内即使在防火紧要期内也有一定的径流水，相对湿度比沟上的大，而且有苔藓等蕨类的生长，箐沟内火环境发生了变化，火蔓延到沟内可能变小，也可能自然熄灭，达到阻火目的；通过同时测得的沟内的风速比沟上的小，沟内可燃物在一定的封闭空间内，使火蔓延减缓，也可能熄灭；箐沟内以海桐花科昆明海桐为主的常绿阔叶树已郁闭成林，郁闭度达到0.8左右，发生火灾的可能性小，有一定的阻火能力；箐沟的绿色植被是天然的隔离带，具有绿色防火的特点；虽然有紫茎泽兰在箐沟的空地上成片生长，是过火的通道，但周围的昆明海桐还是可以阻隔住，也从侧面说明，即使箐沟内有一些可燃物，仍然有阻火功能。