內蒙古赤峰市森林火險等級評價及火災危險性評估

張 恒 王 軒 張 鑫 于宏洲 周 梅 王玉霞

( 1. 內蒙古農業大學林學院，內蒙古 呼和浩特，010018；2. 東北林業大學林學院，黑龍江 哈爾濱 150040)

森林火災突發性強、破壞力大，已成為21世紀全球生態安全的最大威脅。據統計，1998年全球年均發生森林火災次數達20多萬起，燒毀森林面積約占全世界森林總面積的百分之一以上[1]。我國是森林火災較為嚴重的國家之一，林火給我國森林資源帶來巨大的損害。據統計，1952—2008年全國共發生森林火災76.65萬次，年均受害森林面積77.82萬hm2[2]，林火在破壞生態環境的同時也帶來了巨大的經濟損失。為更好的防范林火的發生，并合理地利用森林資源，對特定區域進行火險區劃具有重要的意義。

森林火險等級評價及火險區劃研究是森林防火策略制定的主要依據[3]。各國都非常重視森林火險區劃，并根據各地的林火和自然環境特點提出了不同的規劃方法[4]，近年來，研究成果較多的國家主要有澳大利亞、美國和加拿大等。20世紀50年代，前蘇聯科學家梅列蕾夫將世界劃分為5個火災帶[5]；加拿大于1968年提出以建模形式研究森林火險，構建了加拿大森林火災天氣指標系統[6]；80年代末，應用遙感和地理信息系統等先進技術手段開辟了火險區劃的新方法[7]。我國的森林火險區劃工作始于20世紀50年代中期[8]，根據森林燃燒環和數理化理論，以縣為單元劃分了3個火險等級[9]；80年代以后，我國的學者對森林火險區劃方法展開了大量的研究工作。例如，楊美和等[10]利用1950—1994年吉林省森林火災次數進行周期性分析，研究表明吉林省年度森林火災次數存在17a周期；高兆蔚[11]指出省級森林防火區劃應主要依據緯度地帶性引起水熱條件差異和經度地帶性的地段類型組合引起干濕條件差異。Chuvieco等[6]利用遙感和地理信息系統的理論與方法研究森林火險；張恒等[12]運用聚類分析法對內蒙古巴林右旗森林火險情況區劃及火險等級進行了研究，為該地區的森林火險管理提供重要依據。

掌握內蒙古赤峰市火險等級及火災危險性是對赤峰市森林火災預報、監測的基礎。本研究以內蒙古赤峰市為調查區域，研究赤峰市森林火險等級及火險區劃，旨在為當地的林火管理和防火資源配備提供參考，并采取更有針對性的防范措施。

1 研究區概況

赤峰市是內蒙古自治區下轄地級市，位于內蒙古東南部，地處北緯 41°17′10″～45°24′15″，東經 116°21′07″～120°58′52″[13]，蒙冀遼三省區接壤處，區域國土面積為90275 hm2。該市年平均氣溫為0～7 ℃，最冷月平均氣溫為-10 ℃，最熱月平均氣溫在20～24 ℃。而年降水量分布受地形影響明顯，呈300～500 mm不等。赤峰市森林資源總量不足，人均綠地率低，天然森林植被主要分布于北部大興安嶺山地及南部的努魯爾虎-七老圖山脈，且以天然次生林為主。該地區內含國家級自然保護區10處，全市森林面積約為2.61×106hm2，森林覆蓋率30.83%，活立木總蓄積約為4.9×107m3。

2 研究方法

2.1 森林火險等級評價方法

根據內蒙古自治區林業草原局提供的內蒙古自治區赤峰市7個旗、2個縣、2個區、1個鎮的原始森林火險數據，運用數理統計法計算出森林火險因子權值之和并計算出3項綜合得分值，計算方法分別見式（1）～（4）。

式中：YGM表示有林地、灌木林地和未成林造林地面積之和；TGM表示有林地、灌木林地和未成林造林地面積之和與該地區總面積之比

火險因子權值可由各項火險因子的實際數值對照森林火險因子權重表（表1）獲取，進而計算出火險因子權值之和及3項綜合得分。最后參照《全國森林火險區劃等級》LY/T 1063—2008中的火險等級閾值表（表2），評價各個旗縣的森林火險等級。

2.2 火災危險性評估方法

本研究采用聚類分析法對赤峰市森林火災進行危險性評估，聚類分析是對于一類數據中多個變量相似性歸類的統計方法[14]。本研究使用的是系統聚類法，在研究的統計總體中，各樣品之間存在著程度不同的相似性，開始時每個樣本自成一類，然后將每次最相似的兩類進行合并，合并成為新的一類后再計算與其他樣本的相似性，再次進行合并分類[15]。本研究中選取2個火險因子做變量，通過這2個火險因子聚類得出各個因子之間的差距，并將差距較小的地區歸為一類，直至分類完畢。

表1 森林火險因子權重表Table 1 Weight of forest fire risk factor

表2 火險等級閾值表Table 2 Threshold of fire danger rating

2.3 數據分析

采用Excel軟件進行數據處理，采用Origin軟件進行繪圖，聚類分析采用SPSS軟件進行。

3 結果與分析

3.1 森林火險等級評價

3.1.1 火險因子分析

1）樹種燃燒類別。根據赤峰市12個旗縣樹種類型的調查，各旗縣的樹種類型為樟子松（Pinus sylvestrisvar.mongolica）、油松（Pinus tabuliformis）、落葉松 (Larix gmelinii)、蒙古櫟(Quercus mongolica)、白樺(Betula platyphylla)等。該地樹種大部分是易燃樹種，并且這些樹種在當地所占比例超55%，根據全國森林火險區劃等級標準規定，樹種燃燒類型以優勢樹種燃燒的難易程度作為劃分依據，因此將該地樹種的燃燒類別均劃為可燃類。

2）人口密度狀況。人口密度的多少直接影響森林火災發生率的大小。對赤峰市防火部門提供的人口土地面積原始數據進行處理，得到赤峰市各旗縣人口密度狀況，見圖1。

圖1 赤峰市各旗縣人口密度狀況Fig. 1 The population density of each banner and county in Chifeng

由圖1可知，紅山區、元寶山和寧城縣人口密度較高分別為1.50、1.50、1.42人/hm2，又因人為因素對森林火災發生概率影響較大，所以紅山區、元寶山和寧城縣的森林火險最高?？咂?、敖漢旗、松山區人口密度相對較低，分別是0.90、0.71、0.90人/hm2，對森林火災發生概率影響相對較低，因此上述3個地區森林火災風險相對較低。而克什克騰旗、巴林右旗、巴林左旗、阿魯科爾沁旗、翁牛特旗和林西縣人口密度都極低，分別為0.12、0.18、0.45、0.30、0.40、0.62 人/hm2，使得該地區的人為因素影響最小，致使這2個地區森林火險最低。

3）氣象因子狀況。赤峰市氣象因子數據詳見圖 2～4。

圖2 赤峰市各旗縣防火期月平均風速Fig. 2 The average monthly wind speed during fire prevention period in each banner and county of Chifeng

圖3 赤峰市各旗縣防火期月平均降水量Fig. 3 The average monthly precipitation during fire prevention period in each banner and county of Chifeng

從風速因子來看，阿魯科爾沁旗、巴林右旗、林西縣、克什克騰旗、翁牛特旗、寧城縣敖漢旗、紅山區、元寶山和松山區的平均風速較高，對火災的影響最大，巴林左旗和喀喇沁旗的平均風速最低，分別為2.05、2.20 m/s，表明對火災的影響最小。從降水量方面看，克什克騰旗的火災危險性較小，為40.05 mm。而阿魯科爾沁旗、巴林左旗、巴林右旗、林西縣、翁牛特旗、喀喇沁旗、寧城縣、敖漢旗、紅山區、元寶山和松山區的火災危險性最大。從氣溫方面來看，巴林左旗、林西縣平均氣溫較高，為10.19、9.40 ℃，火災危險性較高。綜合3項氣象因子的數據，巴林左旗和林西縣的森林火災危險性較高，而喀喇沁旗、寧城縣、松山區的森林火災危險性較低，其他地區的森林火災危險性中等。

圖4 赤峰市各旗縣防火期月平均降氣溫Fig. 4 The average monthly temperature drop during the fire prevention period in each banner and county of Chifeng

4）路網密度狀況。路網密度高，人為因素影響較強，火災發生的幾率較大。赤峰市各旗縣路網密度狀況見圖5。

圖5 赤峰市各旗縣路網密度狀況Fig. 5 The road network density of each banner and county of Chifeng

由圖5可知，阿魯科爾沁旗、喀喇沁旗、元寶山的路網密度高，分別為1.60、2.40、2.40 m/hm2，其火災危險性最高；翁牛特旗、紅山區、林西縣、敖漢旗、松山區、巴林左旗、巴林右旗、克什克騰旗和寧城縣的路網密度很低，分別為0、0、0.02、0.06、0.08、1.50、1.56、1.25、1.30 m/hm2，因此其火災危險性最低。

3.1.2 綜合得分值分析

通過對赤峰市12個旗縣森林火險因子數據的分析，并參照森林火險因子權重表，確定各個旗縣6個火險因子的權值及權值之和，見表3。

表3 森林火險因子權值之和Table 3 The sum of the weights of forest fire risk factors

根據火險因子權值之和結合赤峰市防火單位提供的相關數據計算得出各旗縣3項綜合得分值，具體見圖6。

圖6 赤峰市各旗縣3項綜合得分值Fig. 6 Three comprehensive scores of each banner and county in Chifeng

由圖6可知，敖漢旗與克什克騰旗第1項綜合得分值最高，紅山區最低，致使這項綜合得分值有差異是因為各旗縣灌木林地、未成林造林地和有林地面積之和不同。第2項綜合得分值最高的是克什克騰旗，最低的是紅山區，這項綜合得分值的差異主要體現在各旗縣的活立木蓄積量不同。第3項綜合得分值最高的是紅山區，最低的是阿魯科爾沁旗和克什克騰旗，這項綜合得分值差異的主要原因是各旗縣的人口密度、灌木林地、未成林造林地和林地面積之和不同而導致的。各個旗縣的林木蓄積量、火險因子數據的不同使得每個旗縣的森林火險等級有所差異。

3.1.3 森林火險等級

根據上述綜合得分值結果對照中國林業行業標準《全國森林火險區劃等級》（LY/T 1063—2008）最終進行火險等級劃分，取3項綜合得分值中火險等級最高一級作為各旗縣最終森林火險等級，結果見表4?；痣U等級Ⅰ級表示森林火災危險性大，森林可燃物極易燃燒，火勢極易蔓延?；痣U等級Ⅱ級表示森林火災危險性中等，森林可燃物較易燃燒，火勢較易蔓延。

根據3項綜合得分值，對照表2中的標準分值，取其中對應值高的火險等級作為該地區的森林火險等級。如果該地區內有國家級風景名勝區、自然保護區和森林公園，經國家森林防火行政主管部門審批后，其火險等級可提高1級。

表4 赤峰市火險等級評價Table 4 Fire danger rating in Chifeng

赤峰市火險等級評價結果見圖7。由圖7可知，巴林右旗、克什克騰旗、喀喇沁旗、寧城縣、敖漢旗和紅山區的森林火險等級是Ⅰ級，其森林火災危險性很高，巴林左旗、寧城縣、翁牛特旗、阿魯科爾沁旗、松山區和元寶山的森林火險等級為Ⅱ級，其森林火災危險性中等。

圖7 赤峰市各旗縣火險等級Fig. 7 Fire danger rating in each banner and county of Chifeng

3.2 森林火災危險性分析

運用聚類分析法對內蒙古赤峰市森林火災危險性進行分析。以原始火險數據為基礎，選取權值之和與活立木總蓄積量2項火險因子進行聚類，通過分析不同火險因子之間的差異距離，逐漸將差異小的地區劃分為一類，以此類推最終將所有地區劃分為差距明顯的類別，最后進行類別分析。聚合系數隨分類數變化曲線見圖8。由圖8可知，當分類數為4時，能滿足聚類的要求。因此該區域火災危險性劃分為4類[16]，具體結果見圖9。由圖9可知，紅山區的火災危險性最高為聚類1，阿魯科爾沁旗的火災危險性較高為聚類2，巴林左旗、元寶山、寧城縣、喀喇沁旗、敖漢旗、林西縣的火災危險性中等為聚類3，而其他地區森林火災危險性較低為聚類4。

圖8 聚合系數隨分類數變化曲線Fig. 8 Variation of polymerization coefficient with classification number

圖9 聚類分析圖Fig. 9 Cluster analysis diagram

對各地區原始火險數據和區域狀況進行分析可得：聚類1和聚類2的區別是因為二者人口密度與路網密度差異過大造成的，因此紅山區的火災危險性大；聚類1和聚類3的區別是由于路網密度和平均氣溫的不同所導致的，平均氣溫高的地區火災危險性大；聚類1和聚類4的差異表現在二者路網密度與人口密度的不同；聚類2和聚類3的區別是由于其火險因子不同致使的；聚類2和聚類4的差異也是由于火險因子不同導致的，降水量大的地區火災危險性較?。欢垲?和聚類4的區別是由于人口密度與平均氣溫差異較大引起的，由此聚類4所表示的旗縣火災危險性最小。

根據聚類結果得到赤峰市森林火災危險性分布圖（圖10）。

圖10 赤峰市森林火災危險性Fig. 10 Forest fire hazard in Chifeng

由圖10可知，紅山區的火災危險性最高；阿魯科爾沁旗的火災危險性較高；巴林左旗、元寶山、寧城縣、喀喇沁旗、敖漢旗、林西縣的火災危險性中等；巴林右旗、翁牛特旗、克什克騰旗和松山區的森林火災危險性較低。

4 結論與討論

4.1 結論

1）根據《全國森林火險區劃等級》（LY/T 1063—2008）標準內蒙古赤峰市森林火險等級評價結果為：將赤峰市劃分為2個火險區，巴林右旗、克什克騰旗、喀喇沁旗、寧城縣、敖漢旗和紅山區的火險等級是Ⅰ級，為高等火險區；巴林左旗、寧城縣、翁牛特旗、阿魯科爾沁旗、松山區和元寶山的森林火險等級為Ⅱ級，為中等火險區。

2）以聚類分析的結果為依據，將內蒙古赤峰市劃分為4個火險區：紅山區的火災危險性最高；阿魯科爾沁旗的火災危險性較高；巴林左旗、元寶山、寧城縣、喀喇沁旗、敖漢旗、林西縣的火災危險性中等；巴林右旗、翁牛特旗、克什克騰旗和松山區的森林火災危險性較低。

4.2 討論

通過對不同區域的森林進行火險區劃，要充分利用火險區劃結果對不同地區的火險狀況酌情處理，要有針對性的加強各個地區的森林防火工作。Ⅰ級重點火險區林業資源豐富，林業區與農業區相互交錯，對于此類地區防火工作的開展首先要解決森林內部的可燃物堆積問題[17]，要進行專業的計劃燒除[18]，組織有經驗的防火工作人員進行有目的燒除，減少森林火災隱患。其次要加強防火宣傳工作，定期開展森林防火宣傳講座，不定時進行森林滅火演練，強化當地群眾的消防安全意識。另一方面，要建立完善的林火監測體系，運用高新科技將監測工作科技化、智能化，綜合提高火災預警能力，將火災消滅于無形之中[19]。

Ⅱ級森林火險區林業用地面積少，對于林業發展的關注不足，林火方面管理欠缺。此類地區應加強林業經濟投入，例如赤峰市林業局所提出的《赤峰市百萬畝經濟林建設規劃》方案，為提升林業資源效益，確定了發展100萬畝經濟林的規劃。由此赤峰市林業發展將由現在的生態效益發展轉變為經濟效益發展，將林業傳統優勢與現有城市建設需求結合起來，實現林業經濟與城市建設相互促進。其次還可以開展全國生態文化村、全國生態文化示范基地等活動，使群眾自覺維護當地森林資源，自覺防范森林火災的發生。