森林—城鎮交界域火災風險評估研究綜述

摘要：隨著我國森林生態系統與城鎮交互區域的擴大以及人口的增加，森林—城鎮交界域（WUI）正在快速擴張，同時帶來了復雜的火災風險。為了更好地識別和評估森林—城鎮交界域的火災風險，通過綜述當前交界域火災的風險分析方法與策略，為我國交界域火災風險評估提供參考。

關鍵詞：森林—城鎮交界域；火災風險評估；火災特點

中圖分類號：D035.36 文獻標識碼：A 文章編號：2096-1227（2024）08-0013-03

森林—城鎮交界域（Wildland-Urban Interface，WUI）是指建筑物與森林植被相鄰的區域或者建筑植被混合區域。隨著城鎮與森林交界區域日益增多，這一地帶面臨著復雜的火災風險。此類火災不僅會對森林生態造成破壞，還威脅城市邊緣的人口和財產安全。例如，2020年四川涼山的森林火災過火面積約3047.8hm2，造成19人死亡，火場5km范圍內所有人員全部撤離；同年4月，山東青島小珠山發生森林火災，疏散617名居民，投入救火人員1600余名，撲救過程中1人遇難[1]。目前，我國生態文明建設正全面深入推進，西南和東北地區作為森林資源豐富的區域，其森林VObcRecjwQOn+dYmnVlpVA==覆蓋率逐漸升高，這些地區也是森林—城鎮交界域的主要分布地帶，由于其火災特殊的形成與傳播機制，準確評估其風險顯得尤為重要。本文旨在系統綜述森林—城鎮交界域火災風險評估的方法，以期為未來的相關研究與實踐工作提供參考。

1 森林—城鎮交界域定義

森林—城鎮交界域的定義是指房屋位于或靠近野外植被的區域，包括人類居住區、野外植被區和界面緩沖區三個部分。美國林業局（USDA）及內政部（USDI）將森林—城鎮交界域分為混合交界域（Wildland-Urban Intermix）和界面交界域（Wildland-Urban Interface）兩類[2]，混合交界域指房屋和植被混合交互的區域，房屋密度為6.17套/km2，野生植被率超過50%，建筑分散，可燃物連續；界面交界域指建筑與野外植被有清晰分界線且相鄰的區域，野生植被覆蓋率少于50%，房屋密度大于6.17套/km2。我國沒有定義交界域的標準，可以借鑒上述定義劃分方法，可分為交匯型和混雜型。交界域可以是城市與鄉村之間的區域，也可以是農業向城市過渡的區域，常見的村莊、郊區外的工業基地、倉儲設施等機構都屬于交匯型交界域的范疇，都有著明顯的分界線。混合型在我國比較少見，基本分布在開發后的旅游風景區、城市森林公園。

2 森林—交界域火災特點

2.1 交界域火災與森林火災的區別

火源的存在與人類行為及人口密度相關，人類活動、焚燒行為成為火災發生的主要原因。交界域火災與森林火災有較大的區別，森林火災主要發生在森林和野外地區，而森林—城鎮交界域火災發生在森林與城鎮交匯或者混合的地帶，甚至涉及人類居住的區域。森林火災通常發生在較為廣闊的森林地區，火勢往往較大，可能蔓延幾十千米，主要威脅的是樹木、植被和野生動物，雖然也會損害某些森林內的基礎設施，如瞭望塔和小屋，但這些損失比通常的交界域火災的損失小；而森林—城鎮交界域火災發生在森林與城鎮的接觸區域，其影響范圍雖然較為局限，但火災威脅的除了樹木、植被，還有人類居住的房屋、建筑物和基礎設施，一旦被引燃，就會造成巨大的經濟損失。

2.2 火災環境特點

由于靠近居民區域，人類活動較為頻繁，不當的生活習慣、施工作業、交通事故或其他人為火源都可能增加火災的風險。此外，該區域包含多種類型的建筑物和基礎設施，這些都可能增加火災的復雜性和控制難度。在植被與地形方面，城鎮森林交界域的植被具有多樣，既有人工栽培的園林植被，也有自然的森林，而地形因人類活動影響而相對均勻。相比之下，純粹的森林區域植被種類多樣，地形復雜，且擁有不同的森林類型和生態系統。在應急響應資源方面，交界域由于接近居民區，救援響應通常更為迅速，且擁有更多資源來對抗火災。然而，對于直接森林火災，特別是在偏遠地區，響應時間較長，資源也可能較為有限。

3 森林—城鎮交界域火災風險評估方法

森林—城鎮交界域火災的發生是由多種因子相互作用的，在評估火災風險時，需要綜合考慮氣象條件、可燃物、地形、人口密度和基礎設施建設等多方面因素，以全面了解與火災發生相關的自然和人為因素?，F如今，隨著互聯網和計算機的不斷發展創新，結合衛星遙感、地理信息系統技術和機器學習等新技術在數據統籌與分析上的應用，可以更好地理解火災發生的復雜性。通過這些技術手段逐漸將火災風險與致災因子進行關系建模，擬合火災未來的發展趨勢，開發火災模擬系統，模擬火災的發生及蔓延過程，量化火災發生的概率、強度和影響，這些模型都為交界域火災的研究提供了重要工具。

3.1 統計模型

統計模型通過量化火災發生的概率，評估各風險要素的危險性，旨在降低火災風險并提出針對性的火災管理措施。

在國外，一些研究人員已經研究了量化社區遭受野火的風險，由于還缺乏全面的理論框架，僅從林火的角度考慮風險，而沒有考慮基于個體特征的社區敏感性。林火風險的全面定義需要評估森林火災事件的概率、高價值資源和資產對林火風險的敏感性兩個關鍵組成部分。羅丹等[3]以廣州森林和城鎮交界域的16種主要森林分布類型為研究對象，利用地基激光雷達對數據進行精準、非破壞的分析，獲取森林分布特征與結構指標，選取11種影響森林分布火災危險性的靜態因子，運用層次分析法，綜合評價不同森林分布類型的火災危險性；鐘委[4]等對某地區19個林業城鎮的棚戶區消防現狀和存在的問題進行了評估，結合實測數據采用層次分析法對各個林業城鎮棚戶區的火災風險進行了分析，對風險指數進行劃分。

3.2 火災蔓延模型

火災蔓延模型在火災管理和應急響應方面起著重要作用，通過模擬火災的發展過程，可以評估不同區域的火災風險，綜合考慮多種因素，從而確定火災可能蔓延的區域，幫助決策者和應急響應人員做出更準確的預測和決策。

研究表明，熱輻射和飛火是交界域火災蔓延的主要方式，Ganteaume A等[5]使用火災動力學模擬器（FDS）對暴露在野火情況下的建筑物進行建模，設置材料、可燃物、地形和氣象條件等影響參數，進行火災場景模擬。野外—城市交界域火災模擬器（WFDS）是美國國家標準與技術研究所（NIST）和美國林務局共同開發的。WFDS是FDS的擴展，能夠用于交界域火災的模擬，除此之外，模擬火行為的模型還有Behaveplus模型、Farsite模型等，這些模型大都用于模擬森林火災的火行為，森林—城鎮交界域與之不同，不僅會涉及森林環境，還有建筑環境，情況相對復雜，后續還需要繼續開發相關應用。

3.3 機器學習及復雜網絡模型

機器學習模型可以通過對大量歷史數據分析，發現潛在的關聯和模式，進行風險預測，從而識別出潛在的風險因素，并預測未來的風險事件；復雜網絡可以對風險系統進行建模，將各個元素和其他相互作用關系表示為網絡結構，通過對網絡的拓撲結構和動態演化進行分析，可以揭示潛在的風險傳播路徑和關鍵節點，幫助理解風險的傳播機制。

宋英華等[6]為確定城鎮—森林交界域火災災害演化關系及風險特征，預防災害事件發生，從157個火災案例中提取43個典型災害事件，運用災害鏈和復雜網絡理論，構建城鎮—森林交界域火災災害鏈演化模型。使用Python工具對災害鏈網絡中關鍵節點、關鍵邊和最短路徑分析。王成軍等[7]為了降低城鎮森林交界域輸油管道泄漏造成的災害損失，同樣基于災害鏈理論和復雜網絡理論，構建因輸油管道損壞，從而形成災害的災害演化模型。侯曉靜等[8]使用隨機森林模型對省域內的森林—城鎮交界域火災風險與影響因子的關系進行空間建模，探究隨機森林模型在擬合、解釋交界域火災風險方面的優勢，并與森林火災風險的影響因子對比，為進一步評估交界域火險提供依據。為了精確監控森林—城鎮交界域火災及定位其空間分布，王喆等[9]收集火災圖像，將坐標注意力（CA）機制引入YOLOv5s算法中，增強模型的方向及位置信息感知，以達到準確定位交界域火災起火點的效果。

4 結束語

通過總結森林—城鎮交界域火災風險評估的方法時發現，在評估森林—城鎮交界域（WUI）時不僅需要考慮火災的直接因素，還需考慮氣候變化、土地利用模式、人類活動等一系列相互關聯的復雜因子，從全方位、多角度對火災發生的潛在風險進行評估。目前，我國的交界域火災研究還處于初期階段，需融合氣候模型、地理信息系統、人口動態等方面的技術和方法，建立符合我國國情的交界域火災風險評估方法。

為了提升社區居民的火災防范意識和能力，應加強對他們的培訓和教育，確保他們了解火災的危害、掌握基本的火災防范措施，并鼓勵社區居民積極參與火災管理的決策和實施過程。為此，可以建立面向社區居民的火災信息平臺，及時發布火災預警信息、傳授防火知識、分享成功案例等。在森林—城市交界域的社區，特別強化與火災防控相關的基礎設施，提高火災應對能力。充分利用現代科技手段，如物聯網、大數據和人工智能等，進行火災風險評估、預警和管理，實現火災防控的智能化和精準化。針對城市—森林交界域的特殊性，還應制定專門的法律法規，明確土地利用、建筑規范、防火距離、火災管理等要求，為交界域的火災防控提供法律保障。同時，應制定和完善應急響應機制，確保在火災發生時能夠快速、有效地進行應急響應和資源調配。

參考文獻

[1]田曉瑞，宗學政，王明玉.野外-城市交界域的火管理研究進展[J].林業科學，2023，59（6）：149-158.

[2]Mahmoud H，Chulahwat A.Assessing wildland–urbaninterface fire risk[J].Royal Society open science，2020，7（8）：201183.

[3]羅丹，王慶飛，晁碧霄，等.廣州市森林和城鎮交界域林分尺度上的火險等級評價[J].林業資源管理，2023（3）：56-64.

[4]鐘委，韓寧，田英，等.基于層次分析法的某地區林業城鎮棚戶區消防風險評估[J].火災科學，2021，30（3）：179-184.

[5]Ganteaume A，Guillaume B，Girardin B，et al.CFD modellingof WUI fire behaviour in historical fire cases accordingto different fuel management scenarios[J].InternationalJournal of Wildland Fire，2023，32（3）：363-379.

[6]宋英華，張小瑩，呂偉.城鎮-森林交界域火災災害鏈網絡模型構建及風險分析[J].中國安全生產科學技術，2020，16（5）：122-128.

[7]王成軍，王志剛.城鎮-森林交界域輸油管道泄漏災害鏈風險分析[J].化工礦物與加工，2022，51（4）：19-25.

[8]侯曉靜，明金科，秦榮水，等.基于隨機森林模型的交界域火災風險分析[J].林業科學，2019，55（8）：194-200.

[9]王喆，李享，楊棟梁，等.基于YOLOv5s的城鎮森林交界域火災探測模型[J].中國安全科學學報，2023，33（6）：152-158.