GlS技术在森林防火水资源优化配置中的应用

王 霖

（贵州省锦屏县林业局，贵州 黔东南 556700）

引言

2019年9月，澳大利亚东海岸发生了一场森林火灾，历时近七个月。超过1000万hm2的土地，2500所房屋和10亿只动物被烧毁。2020年3月30日，中国四川凉山的30名消防员在森林大火中丧生。随着全球气候变暖，森林防火工作的压力将逐渐增加，因此借助现代计算机技术提高森林防火水平，现已在欧美等发达国家普及，并且已成为一种流行的做法。

1.案例概况

在这项研究中，检查的森林面积约为7032hm2，覆盖率约为55.3%。该地区的经济不发达，人类对生态系统环境的破坏程度正在逐步增加，但降雨高，资源丰富，现场调查显示。

1.1 道路网络覆盖范围很小，在发生森林大火的情况下消防人员无法进入现场；

1.2 尽管该地区水资源丰富，但是水资源集中在该地区的东部，分布不均匀，无法覆盖大部分森林地区。

因此，有关部门决定制定森林火灾风险等级图，并使用GIS技术为优化水资源分配提供技术标准。

2.GlS技术原理简介

地理信息系统（GIS）是一种地理空间要素表达形式，基于计算机软件和硬件的支持可以收集，存储，管理和分析地理信息，以表示空间数据信息系统，解决空间资源配置问题。

构建GIS系统包括以下五个基本步骤：

2.1 问题的定义；

2.2 数据的收集与数据的获取；

2.3 数据库的建立；

2.4 实施分析；

2.5 结果的说明和结果的表示，核心工作是数据采集和分析。按照上述步骤文章建立了项目区域的各个层次。

可以更直观，更清晰的图层的形式直接提取需要分析的数据。

3.GlS技术在水资源优化配置中的应用

该项目森林地区的数据库是地形图、河流系统图、道路交通网络图、消防管理、供水设施等。

3.1 具体来说：

3.1.1 道路交通网络和供水设施点层的建设；

3.1.2 森林DEM和评估模型的建立，根据森林面积的实际情况，建立森林火灾风险等级图；

3.1.3 基于实际情况及现有条件优化水资源配置。

3.2 森林公路网的合理密度和层数据的建立

道路是提高森林防火安全性的重要因素，其主要作用体现在三个方面。

3.2.1 可以建造消防设备，消防人员可以立即用水，资源分配的平衡可以达到一定水平场景；

3.2.2 道路网的密度和广度直接决定了森林管理者的活动范围，加快了火灾的探测并可有效避免预防火灾的发生与蔓延。

3.3 森林地区适当道路密度的计算

从森林地区道路密度设计的角度出发，仍需要考虑经济因素。森林地区的道路建设不仅影响生态系统，而且对建设要求的限制也越来越大，许多道路逐渐被废弃，所以并非道路密度越高越合理。在计算中，需要合理选取公式用于计算项目林区中合适的道路密度值D.森林面积为丘陵地区，计算出的d= 12m/mm2，略低于适当的值。因此，道路密度的增加可以被认为是优化水资源配置的手段之一。

3.4 道路网层数据建立

森林道路网的层包括道路编号、坡度、长度、标志（单向、岔路口道路标志）、限速等。公路网相对简单，因为森林地区位于经济欠发达地区，并且没有重要的交通或经济枢纽。

4.林区及其影响区的消防供水设施分析

4.1 森林地区河流系统和供水点的层设计

森林地区的河流系统和供水点在消防安全中起着决定性作用。森林地区的水系统和消防点的层元素是位置元素，例如供水点、数量，供水扬程、供水形式和周围道路，东部是相对富裕的地区，因为它包含三个取水点。

4.2 水源点和取水点影响范围分析

水源点和取水点的影响范围主要取决于周围的道路状况。具体而言：

4.2.1 设置水节点G =（V，E，C）的道路空间网络，V代表一组道路节点，E代表边界，C代表取水点；

4.2.2 分类为取水点的影响范围，该范围设置了所有以取水点为中心在30分钟内可以取水并可以及时输送到到着火点的区域。在现场调查中，每个取水点的影响层如图1所示。

图 1 林区消防取水点位置及影响范围

从图1可以看出，取水点的影响范围仍然由距离确定。东部和西部边缘都有水源，但中央部分没有大面积覆盖的水源。

4.3 森林火灾风险图的创建与分析

根据森林植被类型、树木密度、年龄、气候、地形、坡度、海拔、土壤类型道路水系网络覆盖率、防火带等实际情况，将该林区划分类别及所占面积比如下：高 风 险 区( 23% )、中风险区( 28% ) 、低风险区( 49% ) 三类，如图 2 所示。

图 2 项目林区风险的等级划分

5.水资源优化配置分析

5.1 建立项目林区的DEM图

数字高程模型（DEM）是地形表面形态属性信息的数字表示，包括三维空间和地形属性特征。研究领域通常按网格划分。森林面积的DEM地图单元标准为500 x 500 m，包括海拔，坡度，坡度等。

5.2 优化水资源配置

该项目所需的所有DEMS火灾探测与获得灭火控制之间的间隔时间为t <30分钟。根据实际地形，在低地开挖水库，在水源附近设置新的供水站。该项目总共有5个新的取水点。其设置可以参考具体风险区的划分，总取水点中，5个集中在高风险区。从到目前为止的计算中可以看出，道路密度值相对较小，因此为了扩大每个流域的影响范围，文章计划修建坡度小于等于35°的林道。总共需要修建23公里的新道路。为了降低成本，所有道路都是单向的，每50 m设计一次引导。

结束语

在森林防火领域，可以使用GIS来有效地整合区域防灾信息，可以根据消防水位，路线和消防信息中的任何一种对它进行自动优化。获得良好的经济和社会效益，可以提高火灾反映的速度和火灾救援的效率。但是，该系统一方面对管理员的综合素质提出了很高的要求，并且需要学习日常操作、维护系统，管理人员还需要进一步加强自身专业能力与系统应用水平，以此充分发挥系统在森林火灾防范及水资源分配中的作用。