湖南省電網林火時空分布的特征分析

禹偉++歐小鋒++張永鋒

摘 要：本文采用2001—2008年的林火資料和2010—2012年林火引起的電網220kv線路跳閘次數，使用數理統計分析方法，對湖南電網范圍內的歷年森林火災進行時間和空間分布規律分別進行研究；采用時間序列分析方法分析湖南歷史森林火災的年際變化特征、季節變化特征和日變化特征，運用空間統計學原理分析電網林火的空間規律，結果表明：每年2—4月為林火引起電網跳閘的高發月份，衡陽、岳陽、懷化、婁底、邵陽為林火引起電網線路跳閘的高發區。

關鍵詞：電網林火；時序分析；空間統計

中圖分類號：S762 文獻標識碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20170931030

引 言

近年來，在全球氣候變化的影響下，世界各地區森林火災發生次數和損失不同程度地呈上升趨勢[1]。越來越多的森林火災令人觸目驚心，因林火引起的輸電線路跳閘事故也在增多，嚴重影響了湖南電網的安全運行，引起了湖南電力部門的高度關注。造成林火發生的影響因子很復雜，有自然因子如天氣因子、植被因子等，也有人類活動的社會因子。不同區域不同時間點的影響因子各不相同，因此造成各個地區不同時間段的林火發生與發展的狀況不同。本文旨在分析湖南電網林火的時空分布規律，為電網林火預測和風險預警提供一定的理論依據和指導參考。

1 研究區概況

本文以湖南220kv輸電線路所在區域為研究區域，此等級輸電線路遍布全省14個地州市，密集區分布位于常德、益陽、長株潭3地、懷化、婁底和衡陽等地區；湘西的張家界、湘西州相對比較稀疏（見圖1）。

湖南省屬中國南部亞熱帶濕潤森林植物區系，森林覆蓋率為56.1%，活立木蓄積量3.6億m3，竹林面積80萬hm2 ，立竹總株數19.4億株。天然林面積為469.76萬hm2，人工林面積為390.39 萬hm2 [2] 。地勢整體自北向南抬高，西南東三面環山，地貌以山地、丘陵為主[3]。

湖南省是林火發生較多的省份，起火原因主要為人為因素，林火等級以火警、一般林火和較大林火為主，具有過火面積小和次數多的特征（見圖2）。

2 數據來源和研究方法

數據來源于湖南省96個縣市2000—2008年共計8a的林火記錄，包括林火發生時間、發生地點、受災森林面積、火因等信息。

另外從湖南省電力總公司收集了2010—2012年共計3a的電網林火引起的220kV線路跳閘災情資料，資料數據包括220kV的湖南電網線路數據，電網跳閘發生的起始日期、起始時間、恢復日期、恢復時間、跳閘的220KV具體線路和故障設備及原因。

由于收集到的電網跳閘年數太少，本文仍以8a的林火記錄為重點來分析。分析方法采用統計圖表，按年、月、日、時統計分析了湖南省森林火災在不同時間尺度上的分布規律。運用空間統計學原理，利用ArcGIS軟件，結合1：25 萬基礎地理信息數據，按行政區劃，分析湖南省森林火災發生的空間分布規律。

3 電網火災發生的時間分布規律

在2001—2008年中，湖南省由人為原因發生森林火災次數將近1700次。在2010—2012年中，湖南電網由于林火引起的跳閘事故達28起，影響線路28條，總停電時間達50h。統計分析表明湖南電網火災具有明顯的年變化、月變化、日變化和小時變化規律。

3.1 年變化規律

2001—2008年間，從每年發生的火警、一般火災、較大火災、重大火災和特大火災次數來看，湖南森林火災總體上呈現逐年上升趨勢，年際波動較大，年平均發生2072次，發生較多的年份有2004年、2005年和2008年，特別是2008年，全年發生森林火災達4333次，超過平均值的2倍，占8a來的森林火災發生總數的26%。這也與21世紀以來氣候變暖、干旱、高溫等惡劣天氣增多有關。林火發生較低的年份是2001年和2002年。分別為626次和1118次。8a的林火頻率存在2個波動周期，有3a左右的上升周期（見圖2）。火災中以火警、一般火災和較大火災為主，占總次數99%，8a中發生特大火災1次。

統計分析2010—2012年的林火引起的線路跳閘次數，其中2010年發生11次，2011年發生4次，2012年發生13次，年均發生9.3次。年際變化大，發生跳閘次數較高的年份是2010年和2013年。

3.2 月變化規律

在湖南省每年林火發生的各月份中，月發生林火頻數差異很大。從對8a的火災頻率月統計中發現（見圖3），從每年的10月份開始，林火次數開始增多，一直持續到次年4月份。這也符合湖南省森林防火期的時間規定。從10月開始基本呈逐月上升趨勢，至3月達到峰值。每年2—4月為多發月份，特別是冬、春之交的3月份，為森林火災發生頻次合計最多的月份，在這8a中 共計發生4948次，平均在該月發生618.5次，占總次數的29.8%。春末至夏季，火災次數和火災面積均出現明顯下降，這與植被含水量增多、可燃物減少有關。

在湖南省林火引起電網跳閘的各月份中，從對3a的220kV線路跳閘次數月統計中發現，仍然是每年2—4月為林火引起電網跳閘的高發月份，3月份，也是電網跳閘發生頻次合計最多的月份，在這3a中該月份共發生10起。進一步說明處于冬春之交的3月份是1a中林火的高發期。其次為2月和4月，都是發生8起。

3.3 日變化規律

3.3.1 從2001—2008年連續8a林火發生的儒略日分布來看

全年中未發生火災日數只有7d，分布在5—7月中。一年中火災的多發期包括3段，分別是1月28日—2月16日、2月28日—3月10日和4月1—4月8日，其中又以第2段為最多。清明節期間4月3—5日日均總次數超過450次，日均總次數超過500次的有3月1、2、3、6日和4月3日（見圖4）。在3a的電網跳閘資料中，清明節前后十天里共計出現16起電網跳閘事故，占去總事故的57%。endprint

3.3.2 湖南省林火在1d中隨時間變化也呈現規律性

按日間每1h作為一個時段，來分析林火次數，發生高峰期在11—17：00，最高峰在15：00（見圖5）。從11：00和17：00兩邊，都不斷降低。一天中隨著時次變化，人類活動和氣氣象因子也相應發生變化，由此形成了這種變化規律。從湖南人類活動習慣來看，10：00以后，人們外出增多；就氣溫而言，一天中氣溫隨著日出后太陽輻射增強而逐漸增高，同時，地面儲熱增加也加劇了這一過程，表現為從10：00—15：00，溫度由低到高，并在15：00左右達到當天最高溫，可燃物的溫度也隨之升高，導致水分易蒸發，相對濕度遞減，火災更易發生和蔓延。從下午18：00開始氣溫下降明顯，濕度增大，火災發生和擴展困難，由此形成了11：00和17：00分別向兩端不斷降低的陡變趨勢。

從電網跳閘發生的日變化規律也發現了相近的規律，跳閘事故均發生在白天09：00—下午17：00。從午時（11：00）開始，森林火災發生的頻次明顯上升，特別是13：00，達到1d中跳閘次數的峰值。11：00—15：00為1d中的高發時段。

4 林火發生的空間分布規律

用湖南省96個縣市的林火發生次數作湖南省縣市林火分布圖（ 見圖6）。圖中將林火按發生次數分為10 級，用顏色由淺至深表示，顏色越紅的區域，表明該地區林火發生次數越多；顏色越淡，表明該區域林火發生次數越少。

由圖6中可以觀察到，湖南省林火的空間地理分布總體呈現東多西少的分布。格局可以細分為：四多二少。即林火發生次數較多的地區大致可以分為4個區域：從東至西分布的張家界市、慈利縣、永順縣；湘中的長沙縣、瀏陽市、株洲市；湘中的寧鄉縣、湘鄉市、桃江縣、安化縣、新邵縣；湘南的郴州市、桂陽縣、永州市、新寧縣。

從8a的林火發生次數分布來看，長沙、永州、郴州和邵陽四地區為高發區域，四地市的總次數占去全省比例的50.8%，其中又以邵陽市為最多。其他地區分布較均勻，在3.3%～5.8%之間。全省的林火次數由北向南、由西向東增多，密集區集中在湘南，這與湖南的由南向北逐漸降低的地勢特征相吻合。

5 林火引起的220kv電網線路跳閘資料分析

5.1 林火引起的電網線路跳閘資料的收集與整理

利用2010—2012年共計3a的電網林火引起的220kV線路跳閘災情資料，資料數據包括電網跳閘發生的起始日期、起始時間、恢復日期、恢復時間、跳閘的220KV具體線路和故障設備及原因，3a中林火引起電網跳閘事故總計28起。

5.2 電網線路跳閘的時間分布規律

5.2.1 年分布特征

在2010—2012年中，湖南電網由于林火引起的跳閘事故達28起，影響線路28條，總停電時間達50h。統計分析表明湖南電網火災具有明顯的年變化、月變化、日變化和小時變化規律。其中2010年發生11次，2011年發生4次，2012年發生13次，年均發生9.3次。年際變化大，發生跳閘次數較高的年份是2010年和2013年。

5.2.2 月變化規律

在湖南省林火引起線路跳閘的各月份中，從對3a的220kV線路跳閘次數月統計中發現，仍然是每年2、3、4月為林火引起電網跳閘的高發月份，3月份，也是線路跳閘發生頻次合計最多的月份，在這3a中該月份共發生10起。進一步說明處于冬春之交的3月份是1a中林火的高發期。其次為2月和4月，都是發生8起。

5.2.3 日變化規律

從電網跳閘發生的日變化規律也發現了相近的規律，跳閘事故均發生在白天09：00—下午17：00。從午時（11：00）開始，森林火災發生的頻次明顯上升，特別是13：00，達到1d中跳閘次數的峰值。11：00—15：00為1d中的高發時段。

在3a的電網跳閘資料中，清明節前后10d里共計出現16起電網跳閘事故，占去總事故的57%。

5.3 電網線路跳閘出現的空間分布規律

從空間分布情況來看，衡陽、岳陽、懷化、婁底、邵陽為林火引起電網線路跳閘的高發區，其中又以線路密集程度大的衡陽為最多，達到9次，其次為岳陽6次，懷化4次，婁底邵陽各3次。其中邵陽地區在2份資料中均為高發區。

從電網線路跳閘空間分布情況來看，衡陽、岳陽、懷化、婁底、邵陽為林火引起電網線路跳閘的高發區，其中又以衡陽為最多，達到9次，其次為岳陽6次，懷化4次，婁底邵陽各3次。其中邵陽地區在兩份資料中均為高發區。

5.4 2010—2014年湖南省衛星遙感火點監測資料分析

利用湖南省氣象科學研究所衛星遙感中心2010—2014年的衛星遙感森林火點監測數據，數據內容包括地表熱點（包含高溫點、著火區、過火區）出現的時間、地點、過火面積等信息。按行政區和林區分布，分析湖南省地表熱點發生的空間分布規律。

從5a的火點檢監測信息來看，衡陽永州和郴州為地表熱點的高發區域，西部和北部分布較為稀疏，有西北逐漸向東南增多的趨勢。火點空間分布規律與歷年林火次數縣市分布規律基本吻合。

6 結論

根據2001—2008年的林區火災統計分析，湖南省在不同年份內均發生過火災。從年際變化來看，林火發生頻次總體呈上升趨勢，特別是2008年，達到峰值，由于這一年進入冬季以來，干旱少降水時間長，造成林火頻發。從月變化規律來看，3月份為林火高發的月份，2—4月為全年的林火高發期，這主要由于經過冬季，林區干燥，含水量低，冬末春初氣溫回升明顯，回暖天氣較多，又加上春節、清明節氣期間人們的傳統習慣，極易引發火災。從日間變化來看，午間的11：00—17：00是一天中林區火災的高發時段。

從空間分布來看，長沙、永州、郴州和邵陽四地區為高發區域，四地市的總次數占去全省比例的50.8%，其中又以邵陽市為最多。從電網線路跳閘空間分布情況來看，衡陽、岳陽、懷化、婁底、邵陽為林火引起電網線路跳閘的高發區，其中又以衡陽為最多。林火的起因錯綜復雜，既有人為因素，也與特定的客觀條件有關，并與氣象條件有著密切的關系。

按照林火時空分析結果，對電網林火高發時段、高發地區要重點防控，以減少林火造成的電網跳閘事故，有利于電力部門在全省范圍內合理安排預防林火的人力、物力、財力。對林火的時空分布特征進行分析具有非常重要的現實意義。通過林火分析采用分時分區管理，對提高林火管理水平、節約防火資源都是十分有利的。

參考文獻

[1]王志成，劉紹卓，張金山.黑龍江省夏季林火時空分布特點[J]. 林業科技，2006，31（2）：37-40.

[2]肖興威.中國森林資源和生態狀況綜合檢測研究[M].北京：中國林業出版社， 2007.

[3]劉久國.婁底市森林火險指數等級預報[J].湖南林業科技， 2009.

作者簡介：禹偉，高級工程師，長期從事專業氣象服務工作和研究。endprint