西南高山林区森林火灾风险评价研究

张志强 殷继艳

森林火灾是指失去人为控制，在林地内自由蔓延和扩展，对森林、森林生态系统和人类带来一定危害和损失的林火行为。森林火灾是一种突发性强、破坏性大、处置救助较为困难的自然灾害。它不仅破坏生态环境，还会对森林资源及林区人民生命财产造成损失，甚至影响社会稳定。据统计，2009—2019年间，我国共发生森林火灾46836 起（其中特大火灾12 起，占0.02%；重大火灾91 起，占0.19%；较大火灾18698起，占40.0%；一般火灾27945 起，占59.79%），受害森林面积23.92 万公顷，人员伤亡720 人。因此，开展森林火灾风险评价研究，科学研判火灾风险，对于林火预防、森林资源管理、防灭火工作具有重要意义。

世界各国都十分重视森林火灾风险评价研究，比较成熟的有加拿大森林火险等级系统（CFFDRS）、美国国家火险等级系统（NFDRS）、澳大利亚的草地和森林火险尺[1]。我国的森林火灾风险评价方法可概括为灾害风险评估模型和基于信息扩散理论的风险矩阵两种。森林火灾风险评价多以省、市、县为单位，缺乏对自然分布区域森林火险的研究。所选择的评价指标大多以气象、植被因子为主，而忽视了地形地貌和人为活动等因素对火灾风险的影响，导致分析不全面，结果不准确。

本文以西南高山林区为研究对象，搭建森林火灾风险指标评价体系，构建森林火灾风险评价模型，分析森林火灾风险，旨在为西南高山林区的林火管理和防灭火资源配备提供参考。

1 研究区概况

西南高山林区是我国第二大天然林区；位于我国西南边疆，青藏高原东南部，包括西藏全部，四川西部及南部地区，云南西北、西南、中部地区（如图1所示）[2]。林区面积194.27 万平方千米，森林面积47.5420 万平方千米，森林主要分布于横断山、无量山—哀牢山脉；森林覆盖率25.22%，森林蓄积量5.67 亿立方米。林区地形复杂、山峰高耸、河谷幽深，主要以高原山地气候、亚热带季风气候为主；林区干湿季节分明，每年12 月1日至次年6 月15 日为森林防火期；防火期内平均气温0—8℃，降水量300—500毫米。防火期内森林火灾频发，防灭火任务繁重。

2 研究方法

2.1 森林火灾风险评价体系的搭建

森林火灾风险是由可燃物、林火环境、火源管控三者共同作用的结果。其中可燃物的林学特征及载量是森林火灾发生的物质基础；主要影响因子有森林的面积、蓄积、植被类型、郁闭度、林龄等。气象和地形条件共同构成了森林火灾发生、发展的立地环境，是影响森林火灾的重要因素，主要影响因子有防火期内月平均温度、月平均湿度、月平均降雨、月平均风力及海拔、坡向、坡位、坡度等。火源是森林火灾发生的主导因子，常见的火源有农事烧荒、炼山造林、上坟烧纸、雷击火等，灭火力量是森林火灾发生、发展的抑制因子，火源管控工作的好坏直接关系到森林火灾发生的次数和规模。

通过对森林火灾风险因子的分析，参考国内外森林火灾风险评价体系的研究成果[3]，结合我国西南高山林区森林火灾实际，搭建西南高山林区森林火灾风险评价体系，该评价体系分为三层（目标层、准则层、指标层），其中指标层由一级、二级评价指标组成（如图2 所示）。

图1 西南高山林区示意图

图2 西南高山林区森林火灾风险评价体系

2.2 森林火灾风险评价指标权重的确定

层次分析法（analytic hierarchy process, AHP）是美国著名运筹学家T.L.Saaty 在20 世纪70 年代提出的；可处理多目标、多准则、多因素、多层次的复杂问题，进行定性与定量系统分析、决策分析、综合评价的一种方法。利用层次分析法确定权重的步骤为：建立问题的层次结构模型；构造两两比较判断矩阵；计算被比较元素的相对权重；计算各层元素的组合权重。

判断矩阵元素的值反映了人们对各因素相对重要性（或优劣、偏好、强度等）的认识，通常采用1—9 的标度来表示。但在实际应用中，专家难以适应，很难用1—9 标度表示出各元素的相对重要程度，使决策结果的可信度下降。针对此问题，本文对判断矩阵进行了一些改进；即给出易接受的标度，经数学变换，转化成1—9 标度下的判断矩阵（见表1）[4]。这一标度比较适合中国人思维习惯，在很大程度上解决了使用1—9 标度出现的问题。

使用MATLAB 编写程序自动实现指标权重计算；其过程为：专家通过改进的层次分析法的权重计算模块界面进行各层指标的重要性打分，程序自动进行判断矩阵的构建并求出该矩阵的最大特征值λmax的归一化特征向量ω，即为权向量，与各指标对应的值即为该指标在上一层指标中所占的权重，组合权重即为各组合指标的权重乘积，计算结果见表2。

2.3 森林火灾风险评价指标的量化

根据中华人民共和国林业行业标准LY1063-92《全国森林火险区划等级》中森林火险等级划分标准，将森林火灾风险划分为3 个等级：Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级。Ⅰ级表示低风险；Ⅱ级表示中风险；Ⅲ级表示高风险。构建森林火灾风险评价体系评语集：

以0.0—1.0 作为量化指标值范围；其中0.10—0.40 为低风险，0.40—0.70为中风险，0.70—1.0 为高风险。由10名专家组成森林火灾风险指标评判小组；根据已确定的评价等级标准，结合西南高山林场森林火灾实际，依次对各个指标进行综合评判，最终评判结果见表3。

2.4 森林火灾风险评价模型

此为加法合成法的基本公式，式中Y为综合评价值，WWi为第Wi个指标的权重，DWi为第Wi个指标的评价值，p为指标个数。加法合成法只适用于评价指标间彼此不相关的情形。西南高山林区森林火灾风险评价体系选取的评价指标分别为可燃物、林火环境及火源管控；三者彼此独立、互不重叠，适用此法。本文采取基于加法合成法的综合评价，其包括指标层综合、准则层综合和目标层综合；具体的评价模型为：

表1 改进的标度定义表

表2 西南高山林区森林火灾风险指标体系权重表

表3 西南高山林区森林火灾风险评价指标评判结果统计表

续表3

综合：YC=WAYA+WBYB+WCYC} 综合评价

3 结论

3.1 西南高山林区东南部为森林火灾高风险区

西南高山林区位于青藏高原东南部，海拔高、自然条件恶劣，森林覆盖率仅为25.22%；整体属中度森林火险。但森林蓄积5.67 亿立方米，为全国五大林区之首；森林集中分布于藏东南、川西、川南、滇西北、滇南地区。林区东南部为火灾高风险区（如图3 所示）。结合西南高山林区2015—2019 年森林火灾情况，采用综合评价法建模对森林火灾风险进行评价。评价结果为：西南高山林区森林火灾高风险地区共计65 处，其中云南省辖区27 处，四川省辖区28 处，西藏自治区10 处（见表4）。

3.2 森林火灾呈5—10 年的准周期变化

受太阳黑子5 年和11 年周期及厄尔尼诺3.6 年和6 年周期的影响，西南高山林区森林火灾具有5—10 年的准周期变化。人为干预（灭火）不会使森林火灾消失，只是使火灾次数减少、成灾规模减小，但总趋势不会改变。以西南高山林区2015—2019 年森林火灾为例（如图4 所示）：在无人为干预情况下，2015—2019 年西南高山林区预计发生森林火灾3261 起，火灾呈现为一条在391—973之间波动的曲线，而实际发生森林火灾417 起，火灾呈现为一条在32—150 之间波动的曲线，火灾次数减少了近8 倍，这说明人为扑火是有效的，对保护森林资源发挥了积极作用。但森林火灾并未消失，预计在下一个5 年周期（2020—2024 年）仍会有类似的变化规律。

图3 西南高山林区森林火灾风险区划图

图4 西南高山林区2015—2019 年热点及森林火灾曲线图

表4 西南高山森林火灾高风险地区统计

3.3 专业森林灭火力量及防灭火设施有待进一步加强

目前四川、云南、西藏都驻有森林消防队伍，但兵力不足5000 人，平均每万公顷林地配备0.8 名消防员，严重制约着森林防灭火工作的开展。尤其是西藏自治区辖区面积广，森林蓄积量大，兵力严重不足；一旦出现火情，往往得不到及时处置，成灾率高达90.91%，造成森林资源的重大损失（见表5）。同时，防火路网密度低，严重制约森林火灾单日扑灭率；下步要重点加强西藏自治区的森林消防力量及林区路网建设。

续表4

表5 2019 年西南高山林区森林灭火相关情况统计

西南高山林区地形以山地、高原为主，海拔落差大，坡陡谷深，林火受地形、风力等影响，易产生极端火行为，造成人员伤亡。近年来，西南高山林区连续发生重大群死群伤事故，这不得不引起我们高度警觉。下一步我们要深入开展高山林区森林火灾风险研究，尤其是川西北、川西南、滇东南地区火灾风险研究。根据火灾风险分布情况，有重点、有针对性地部署灭火力量、配备灭火装备和建设防灭火设施，以提高森林火灾扑救效率和安全性。