我国森林-城镇交界域防火方法及启示

苏金元 许子辰

摘要：近年来，森林-城镇交界域内人类活动增多，火灾危险性也逐年上升。立足于我国国情，结合近年发生的交界域火灾案例，参考国家标准、地方标准和行业规范，并基于辐射引燃模型计算公式使用美国国家标准与技术研究院（NIST）开发出的火灾动力学模拟软件（FDS）对森林-城镇交界域火灾进行模拟，据此划定交界域内主要房屋的防火区域，并以此为依据对我国森林-城镇交界域防火现状进行分析，总结了防火隔离带建设的重要意义。

关键词：森林防火；森林-城镇交界域；防火隔离带

随着城郊地区的人口增长、经济发展、旅游开发和基础设施建设水平逐年提高，该区域的人类活动频率日益增加。这类区域往往具有建筑与植被混合分布的特点，被称为森林-城镇交界域（Wildland–Urban interface， WUI），该区域群众的生产生活、上坟祭祀和游玩野营等活动带来了火灾安全隐患。由于近年来森林-城镇交界域火灾时有发生，给人民群众生命财产和国家资源财产安全及生态环境造成了较大威胁，因此，该区域的火灾安全管理备受地方政府的关注，同时也应当在管理决策等层面吸纳国家综合性消防救援队伍的骨干专家作为顾问，以便在规划之初即充分考虑交界域防火事宜。

1 森林-城镇交界域的定义

森林-城镇交界域是指人类及其发展用地与荒地燃料相遇或混合的区域[1]，美国林业局（USDA）及内政部（USDI）将森林-城镇交界域主要分为两类：混合（Intermix WUI）和交汇（Interface WUI）区域（见图1）。基于住宅密度，森林-城镇交界域必须满足每平方千米至少有6.17个住房单元。其中混合型交界域是指超过阈值每平方千米6.17个住房单元，且以荒地植被为主（植被覆盖率＞50%）的区域。交汇型交界域是指直接毗邻荒地，发展地区与相邻荒地之间有明确界限，植被覆盖率＜40%的区域；同时也包括该区域2.4km内的社区。

对于我国而言，这种将森林-城镇交界域区分为交汇型交界域和混合型交界域的方法同样适用。一般来说，常见的村庄、位于郊区的工业基地、仓储设施、高校及研究机构都属于交汇型交界域的范畴。它们大多同荒地或林地有明显的分界线。混合型交界域在我国比较少见。基本分布于开发后的旅游风景区、城市森林公园等。

2 森林-城镇交界域火灾模型分析

森林-城镇交界域的火灾发展通常可分为以下阶段：首先是火源的出现阶段，称为一次引燃，一般形成于草地或林地之中。之后是火灾的初发期，这是火灾发展的关键阶段，也是进行扑救的最佳时期，此时火灾的形态一般为中低强度地表火，出现于院落、草坪、农田等区域。若是未在火灾初发期扑灭，则会通过二次引燃的形式发展为森林火灾、城市建筑火灾、工业火灾等大型火灾。最后通过人为干预、自然降雨等过程，火灾将进入熄灭期，火灾将转为阴燃、地下火等形式，此时需要消防人员对火灾区域进行细致检查，确保不会出现复燃的情况。

建立火災蔓延过程的模型可以帮助我们更好地认识森林-城镇交界域火灾的发展趋势。火灾蔓延模型可以对不同类型的可燃物、多种天气情况、复杂地形下的火行为进行监测预警，为森林-城镇交界域火灾的预防和灾后修复提供参考。

出于对森林-城镇交界域火灾进行研究预防的目的，各国研究人员建立了很多林火（Wild Fire）燃烧模型，包括FARSITE和BehavePlus模型，以上模型的支撑依据大多为现场观测和研究人员确立的经验性公式。SunR等[2]开发的模型侧重点则在大尺度大气物理上，对燃烧过程关注较少，事实上这类基于大尺度研究的模型相比仅对火行为进行研究的模型更加贴近灾害现场的实际情况。

辐射引燃模型是对火灾引燃距离进行预测的关键模型。以森林-城镇交界域的常见绿化树木黑松（松科松属，常绿乔木，在山东、江苏及浙江沿海地区用作造林树种[3]）的燃烧为例，将火焰近似看作一个温度为1200K且发射率为1的矩形黑体，将火焰和墙体都简化视作竖直平面。此时就可以计算辐射热流量最大位置即墙体中心的辐射热通量。墙体单位面积所受热辐射可以表示为：

（1）

式中：——辐射热通量，kW/m2；

Ft，w——火焰到墙体的视角系数；

ε——火焰灰度；

σ——玻尔兹曼常数，kW/（m2·K4）；

Tf——火焰温度，K。

在得出辐射热通量后，比较其与建筑物引燃所需的最小热通量即可得出是否引燃的结论，如下式所示：

（2）

式中：——引燃所需最小热通量，13.1kW/m2；

；

t0——辐射开始的时间；

tf——辐射结束的时间；

FTPig——引燃最低FTP，此处取值为11501。

使用火灾动力学模拟软件FDS6.7.9基于上述公式模拟较高可燃物载量黑松林（棵/hm2）的三种可燃物处理方式对森林城镇交界域火灾蔓延的影响，见图2。其中a图为未对可燃物进行处理的情况；b图为去除房屋周围10m内可燃物的情况；c图为将房屋周围30m内的胸径低于22.3cm的树木去除，只保留枝下高大于3m的树木以株间距大于10m的密度排布，并在地表铺满草坪。

通过对模拟结果的分析可知，在图2a情况下辐射热通量大于引燃所需最小热通量，房屋将会被引燃；图2b情况下瞬时辐射热通量达到最小引燃热通量，但未引燃房屋；图2c情况下辐射热通量小于最小引燃热通量，房屋无恙。由此可以得出结论，对房屋周围可燃物进行预处理可有效降低火灾烈度，以达到降低损失的目的。

通过上述例子可以看出，在建立森林-城镇交界域火灾防控体系时，建立模型进行模拟可以为决策提供辅助。根据这个模拟模型得出，在主要建筑物的周围，可以划定一个安全范围，即0～1.5m为邻近区域，此区域内应完全移除可燃物；1.5～10m为中间区域，此区域内只保留枝下高大于3m的树木；10～30m为外延区域，此区域内将胸径低于22.3cm的树木去除，并保留枝下高大于3m的树木。具体情况见图3。

3 我国森林-城镇交界域火灾启示

受社会经济发展的影响，人类活动的增加同森林-城镇交界域火灾的发生频率具有较强相关性。从当地GDP和火灾发生数量的变化趋势来看，两者呈正相关。随着人口密度的逐步上升，单位区域内发生火灾的概率也会上升，因此对于森林-城镇交界域的火灾防控力度也应适时调整，紧跟社会发展的步伐[4]。

森林-城镇交界域火灾绝大部分都是由人为原因引起的。由于森林-城镇交界域较为复杂的地形地貌和较高的可燃物载量，该地域的森林火灾扑救难度较高。森林-城镇交界域邻近居民区，包含有大量的建筑物，因此森林-城镇交界域火灾很容易造成较大的人员伤亡和经济损失，还会出现森林火灾与建筑火灾之间互相演化的趋势[5]。

通过对上述分析不难发现，降低区域内可燃物载量、切断可燃物在水平面上的连续分布可以有效降低该区域的火灾发生烈度，进而降低扑救难度和经济损失。特别是结合森林-城镇交界域火灾案例的扑救过程，不难看出预設非生物防火隔离带可以极大减轻火灾扑救的压力和伤亡风险，减少扑火队员临时开挖防火隔离带所造成的不必要的体力损失。但是非生物防火隔离带的建设也需要结合当地环境、地形、设施分布等情况进行因地制宜的选择。

4 结束语

在森林-城镇交界域人口数量不断提升的背景下，森林-建筑复合型火灾的出现也加大了预防和扑救火灾的难度。我国在森林-城镇交界域的火灾防控规范领域还存在诸多空白，缺乏统一的名词定义和具体的技术解读。防火阻隔系统建设的政府规划多倾向于使用生物防火隔离带，对非生物防火隔离带的建设缺乏国家统一的行业技术标准。开展研究的政策和资金支持力度也相对不足。政府相关部门应借鉴林业发达国家的做法，尽快完善相关政策规范，并将其转化为适应我国国情的体系。同时在政策制定、建设规划等环节吸纳国家综合性消防救援队伍的专家作为顾问，视情采纳其专业意见。

参考文献

[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 森林防火工程技术标准[S].

[4]覃先林.林火卫星遥感监测[M].北京：中国林业出版社，2016：127-129.

[5]郭亚娇，廖志颖，殷继艳.四川凉山州森林火灾发生原因及防火体系建设[J].今日消防，2019（11）：54-56.