吉林省森林火災撲救能力評價1)

鄒全程 邸雪穎 楊 光

(東北林業大學，哈爾濱，150040)

截至2009年11月30日秋季森林防火期結束，吉林省實現連續29 a無重大森林火災，29 a來全省森林火災年平均受害率保持在0.026%，遠遠低于同期全國和世界的平均水平［1］。吉林省是我國重點林區省份之一，具有“高森林火險單位多，高森林火險的林分面積大”的特征，全省80個縣級森林火險單位中，屬于一級森林火險單位的有41個，二級19個，高森林火險林分面積達610多萬hm2，占全省有林地面積的76%，森林防火任務繁重［2］。近來年受全球氣候變暖影響，世界各地森林火災頻發，面對愈發嚴峻的森林防火形勢，研究吉林省森林火災的時空動態規律，剖析該省森林火災撲救能力，為科學有效地開展森林防火工作提供理論參考，是具有中國特色森林防火思路的有益探索，對于森林資源保護和林業建設的穩步發展具有重要意義。

1 研究地區與研究方法

研究地區概況:吉林省位于中國東北地區中部(121°38′～131°19′E、40°52′～46°18′N)，有林地面積 817.6 萬 hm2，森林覆蓋率為43.2%，林木蓄積量為8.8億 m3［3］。該區屬溫帶大陸性季風氣候，春季干燥風大，夏季高溫多雨，秋季天高氣爽，冬季寒冷漫長。年平均氣溫4.0℃，全年日照2200～3000 h;年降水量400～900 mm，自東部向西部有明顯的濕潤、半濕潤和半干旱的差異。森林植被類型主要是溫帶針闊混交林。

數據采集:研究收集了吉林省1992—2008年林火資料，數據包括林火起、滅時間，火點地理坐標，過火面積，火因及損失等。

林火蔓延速度:林火蔓延速度即火線(場)沿水平方向向外擴展的速度，單位時間火線邊緣擴展方向的長度［4］。受可燃物狀況、地形、天氣以及火本身產生的熱對流對環境作用等多方面復雜因素的綜合影響，目前有關林火蔓延速度的研究，還沒有形成統一的應用于實際的、較為準確的標準方法。現在我國應用最多的林火蔓延速度的計算方法來源于美國的Rothermel模型及王正非林火蔓延模型［5］。兩個模型有關蔓延速度的計算包含有火強度、可燃物表面積與體積的比值、坡度因子、可燃物層的體積密度、可燃物層密集度、燃燒前的預熱量風速更正系數、可燃物配置格局更正系數和地面平均坡度更正系數等［6］復雜和實際火場中不易實測的參數，不易數量化，在森林防火的實際工作中也很難實現［7］。因此，本研究利用平均每小時火蔓延面積(hm2/h)來替代林火蔓延速度(m/s)，用作森林火災撲救能力評測的一個指標。蔓延速度只能表現出火災局部的情況，而平均每小時火蔓延面積能作為衡量火燃燒快慢的指標，而且其在復雜的實際情況下較容易獲取，可從宏觀上體現出撲救能力的高低。這兩個指標對于衡量森林火災撲救能力的重要性是等同的。

林火損失:森林火災撲救能力評價是現代化林火管理中的一個重要組成部分。森林火災蔓延速度是判斷森林火災撲救能力的重要參數，有利于提高人們對森林火災危害性的認識，增強其防火自覺性，減少人為火源。在森林火災撲救過程中，有利于合理配置撲火力量，避免撲火中不算經濟帳，浪費撲火費用的現象［8］。本研究采用撲火損失率對林火撲救能力進行評估［9］。

F=E/E0×100% ，

式中:F為撲火損失率(%);E為撲火損失(萬元);E0為總森林火災損失(萬元)。

E=M+N，式中:E為森林火災總損失(萬元);M為森林燃燒損失，包括林木損失和其它損失(萬元);N為撲救森林火災各種消耗費用(萬元)。

2 結果與分析

2.1 林火時空分布

2.1.1 林火時間分布規律

建國初期至20世紀70年代，吉林省年均發生森林火災437.7次，過火面積8 623.6 hm2。1981—2000年年均森林火災發生次數105.7次，過火面積286.85 hm2。根據統計，2001—2008年吉林省共發生森林火災535次，平均67次/a(表1)。雖然各起森林火災過火面積大小不一，面積波動比較大;但從整體趨勢上看，1960—2008年平均每10 a森林火災發生次數及過火面積均呈下降趨勢。進入2000年后年均森林火災發生次數雖略有上升，但多以森林火警為主，累計受害森林面積較小。

表1 吉林省林火次數、過火面積、火災損失年際動態變化(1992—2008)

受氣候因素影響，吉林省夏季降雨量較多，空氣濕潤;冬季氣溫低，積雪封凍，沒有燃燒條件，所以該省森林火災發生有較明顯的季節規律，森林火災主要集中發生于春、秋季(表2)。據統計，1992—2008年3月—6月發生頻次占78%，過火面積占90.8%;9月—11月發生頻次占21.8%，過火面積占9.09%，3月—6月的波峰大于9月—11月。1992—2008年間吉林省森林火災主要發生于2月—6月和9月—11月(表2)，1、7、8、12 月在 17a間沒有林火發生，而 2 月份也僅有 1次;4、5、10月是林火的高發月，3個月累計發生的森林火災的次數占總森林火災發生次數的82.73%。其中，尤其以4月森林火災發生次數最多，占總森林火災發生次數的42.89%。過火面積也具有同樣的規律，4月份累計森林火災過火面積為 2 956.83 hm2，占總過火面積的 56.18%。

表2 吉林省林火次數、過火面積、火災損失月份動態變化(1992—2008)

1992—2008年，吉林省由于森林火災造成的經濟損失共計2 673.17萬元，年均167萬元。2004、2008年損失最大，分別達到600萬元以;1994、1995年損失最小，均小于1萬元(表1)。該省17 a來4月份的損失最多，達到了1 048.18萬元，占總損失的39.21%(表2)。

2.1.2 林火空間分布規律

通過ArcView圖示全省的林火空間分布情況。按照10次為段分級，顯示17 a的次數分布(圖1)，以便清晰地看出各地、市的著火次數，使火災狀況更清晰直觀。17 a來該省各地縣均有不同次數的森林火災發生。其中，該省發生的森林火災主要集中分布在長白山林區和延吉盆地。從行政區劃上看，即分布在延邊朝鮮族自治州、汪清北部、通化集安等地。敦化市和安圖縣是歷年來林火發生次數最多的地區，分別為64次和95次，全省火災頻發地多集中在中東部。

圖1 吉林省林火次數分布圖(1992—2008)

圖2 吉林省過火面積分布圖(1992—2008)

森林火災等級劃分標準:受害森林面積＜1 hm2或者其他林地起火的為森林火警，受害森林面積＜100 hm2為一般森林火災，100 hm2≤受害森林面積＜1 000 hm2為重大森林火災，受害森林面積≥1 000 hm2的為特大森林火災。根據該標準分析吉林省過火面積分布情況。該省17 a來無特大森林火災(圖2)，受害面積也多集中在林分面積大、高森林火險單位多的中東部地區，如安圖縣(857.05 hm2)和龍井市(573.76 hm2)。

2.2 林火蔓延速度

林火蔓延具有時間和空間特征［10］，本研究利用ArcMap對1992—2008年的每次森林火災著火點要素周圍產生一個緩沖區，從而分析吉林省的林火蔓延情況。在真實火場中，林火蔓延多數形成近似圓形的不規則蔓延區域，在此用規則的圓形替代每次林火蔓延區域。

以歷年來每次森林火災的經緯度記錄作為著火點信息，對林火蔓延速度進行基礎數據的處理(表3)。

由于吉林省森林火災人為預防好、撲救及時;道路系統完善，氣象因素、林分類型等條件適于林火撲救，一般火災都能得到有效的控制，吉林省歷史過火面積情況呈點狀(圖3)。選取典型地區放大分析:敦化市林業局總經營面積43.7萬hm2，有林地面積21萬hm2，年木材產量12.63萬 m3，森林覆蓋率為51.26%，是全省規模最大的地方林業局［11］。隨機抽取歷年火災情況較嚴重的敦化市部分地區進行放大分析。

表3 吉林省森林火災蔓延速度基礎數據

圖3 吉林省林火蔓延分布圖(1992—2008)

當緩沖區色階多時，表明林火蔓延時間久、林火烈度強、過火面積大(圖4)。林火撲救能力主要表現在兩個方面:一是發生火情后，撲火力量到達火場的時間愈短，其撲火控制力愈強，并可體現撲火力量能夠做到打早、打小;二是火災歷時的長短，滅火時間愈短愈好，它反映滅火能力強，能使火災損失降低到最小限度。把林火蔓延按時間分為兩類，I類為5 h以下，II類為5 h以上(含5 h)，其中I類共757起，II類66起，僅占8%，平均每次火災歷時2.86 h。圖5中經緯度標注點為敦化市撲火力量所在地，當以相同撲火力量到達火場，蔓延情況均不相同，這說明森林火災的具體蔓延情況受當地地形、氣象、林分類型等因素干擾。選取地敦化市內多為紅松、白松、落葉松，雖為易燃樹種，但森林郁閉度大，林內光線弱，溫度低，蒸發小，濕度大，不易燃燒。從地形因素看，此地處于長白山北側，四周環山，氣候高寒濕潤，隨著海拔高度的增加，溫度降低，蒸發變弱，濕度增大，發生火災的可能性降低。此外，陰坡和陽坡對火點起燃也有不同的影響，而河流、大公路、防護林對火場蔓延也有阻滯作用。當平均每小時火蔓延面積的值越大時，損失越嚴重(表4)，因此控制該指標的大小就是撲滅火災的關鍵。

圖4 敦化市林火蔓延分布圖

2.3 林火撲救能力評估

根據吉林省1992—2008年林火資料中的起火與滅火時間得出歷次森林火災的歷時，應用已記錄的過火面積數據，計算得出平均每小時火蔓延面積，結合損失價值參數，建立總森林火災損失價值與平均每小時火蔓延面積、受害(過火)面積、火災歷時關系的回歸方程。林火蔓延模型是在各種簡化條件下進行數學上的處理，導出林火行為與各種參數間的定量關系式，利用關系式預測將要發生或正在發生的林火行為，模型的好壞直接影響蔓延結果的準確性，影響到在蔓延結果基礎上對林火行為的進一步分析［12］。用歷史記錄的真實數據求得平均每小時火蔓延面積，避免了在選用蔓延速度模型上帶來的誤差，使方程更具實用性。

圖5 敦化市撲火力量與林火蔓延點分布圖

表4 吉林省兩類蔓延時間下森林火災損失情況(1992—2008)

剔除異常數據后運用SPSS軟件進行回歸分析，得出森林火災總損失價值與平均每小時火蔓延面積緊密相關(表5)。

表5 吉林省年森林火災總損失回歸系數顯著性檢驗結果(1992—2008)

通過相關性分析得出，森林火災總損失價值與平均每小時火蔓延面積的相關系數為0.87達到極顯著水平。

擬合方程:W=-0.099v+0.403s+0.163t+0.349，

式中:W為森林火災總損失價值(萬元);v為平均每小時火蔓延面積(hm2/h);s為受害面積(hm2);t為火災歷時(h)。

同理，以撲救森林火災的各種消耗費用與平均每小時火蔓延面積、受害(過火)面積、火災歷時的關系建立回歸方程，得出撲火損失(W1)的方程:W1=0.125v+0.036s+0.164t+0.21。

將方程運算結果代入撲火損失率公式，其中E=W1，E0=W，撲火損失率愈低，撲火效果愈好;相反，則不好。

3 結論

利用商陸原料的富鉀特性，成功制備了比表面積較高的活性炭，說明富鉀商陸有望成為一種新的可用于活性炭制備的優良原料。采用二步程序升溫原位活化工藝制備的AC2-L活性炭的得率為19.66%，對碘和亞甲基藍的吸附值分別為686 mg·g-1和75 mL·g-1。AC2-L樣品的BET比表面積為748 m2·g-1，達到了普通商用活性炭的使用要求。SEM觀測顯示商陸活性炭孔隙結構發達，且中孔結構較發達。與傳統的物理化學活化工藝相比，該法有望為活性炭的簡易和環保制備探索一條新途徑。本研究將有利于進一步拓展商陸資源的高附加值利用空間，具有潛在的經濟、社會和生態效益。

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