GlS技術在森林防火水資源優化配置中的應用

王 霖

（貴州省錦屏縣林業局，貴州 黔東南 556700）

引言

2019年9月，澳大利亞東海岸發生了一場森林火災，歷時近七個月。超過1000萬hm2的土地，2500所房屋和10億只動物被燒毀。2020年3月30日，中國四川涼山的30名消防員在森林大火中喪生。隨著全球氣候變暖，森林防火工作的壓力將逐漸增加，因此借助現代計算機技術提高森林防火水平，現已在歐美等發達國家普及，并且已成為一種流行的做法。

1.案例概況

在這項研究中，檢查的森林面積約為7032hm2，覆蓋率約為55.3%。該地區的經濟不發達，人類對生態系統環境的破壞程度正在逐步增加，但降雨高，資源豐富，現場調查顯示。

1.1 道路網絡覆蓋范圍很小，在發生森林大火的情況下消防人員無法進入現場；

1.2 盡管該地區水資源豐富，但是水資源集中在該地區的東部，分布不均勻，無法覆蓋大部分森林地區。

因此，有關部門決定制定森林火災風險等級圖，并使用GIS技術為優化水資源分配提供技術標準。

2.GlS技術原理簡介

地理信息系統（GIS）是一種地理空間要素表達形式，基于計算機軟件和硬件的支持可以收集，存儲，管理和分析地理信息，以表示空間數據信息系統，解決空間資源配置問題。

構建GIS系統包括以下五個基本步驟：

2.1 問題的定義；

2.2 數據的收集與數據的獲??；

2.3 數據庫的建立；

2.4 實施分析；

2.5 結果的說明和結果的表示，核心工作是數據采集和分析。按照上述步驟文章建立了項目區域的各個層次。

可以更直觀，更清晰的圖層的形式直接提取需要分析的數據。

3.GlS技術在水資源優化配置中的應用

該項目森林地區的數據庫是地形圖、河流系統圖、道路交通網絡圖、消防管理、供水設施等。

3.1 具體來說：

3.1.1 道路交通網絡和供水設施點層的建設；

3.1.2 森林DEM和評估模型的建立，根據森林面積的實際情況，建立森林火災風險等級圖；

3.1.3 基于實際情況及現有條件優化水資源配置。

3.2 森林公路網的合理密度和層數據的建立

道路是提高森林防火安全性的重要因素，其主要作用體現在三個方面。

3.2.1 可以建造消防設備，消防人員可以立即用水，資源分配的平衡可以達到一定水平場景；

3.2.2 道路網的密度和廣度直接決定了森林管理者的活動范圍，加快了火災的探測并可有效避免預防火災的發生與蔓延。

3.3 森林地區適當道路密度的計算

從森林地區道路密度設計的角度出發，仍需要考慮經濟因素。森林地區的道路建設不僅影響生態系統，而且對建設要求的限制也越來越大，許多道路逐漸被廢棄，所以并非道路密度越高越合理。在計算中，需要合理選取公式用于計算項目林區中合適的道路密度值D.森林面積為丘陵地區，計算出的d= 12m/mm2，略低于適當的值。因此，道路密度的增加可以被認為是優化水資源配置的手段之一。

3.4 道路網層數據建立

森林道路網的層包括道路編號、坡度、長度、標志（單向、岔路口道路標志）、限速等。公路網相對簡單，因為森林地區位于經濟欠發達地區，并且沒有重要的交通或經濟樞紐。

4.林區及其影響區的消防供水設施分析

4.1 森林地區河流系統和供水點的層設計

森林地區的河流系統和供水點在消防安全中起著決定性作用。森林地區的水系統和消防點的層元素是位置元素，例如供水點、數量，供水揚程、供水形式和周圍道路，東部是相對富裕的地區，因為它包含三個取水點。

4.2 水源點和取水點影響范圍分析

水源點和取水點的影響范圍主要取決于周圍的道路狀況。具體而言：

4.2.1 設置水節點G =（V，E，C）的道路空間網絡，V代表一組道路節點，E代表邊界，C代表取水點；

4.2.2 分類為取水點的影響范圍，該范圍設置了所有以取水點為中心在30分鐘內可以取水并可以及時輸送到到著火點的區域。在現場調查中，每個取水點的影響層如圖1所示。

圖 1 林區消防取水點位置及影響范圍

從圖1可以看出，取水點的影響范圍仍然由距離確定。東部和西部邊緣都有水源，但中央部分沒有大面積覆蓋的水源。

4.3 森林火災風險圖的創建與分析

根據森林植被類型、樹木密度、年齡、氣候、地形、坡度、海拔、土壤類型道路水系網絡覆蓋率、防火帶等實際情況，將該林區劃分類別及所占面積比如下：高 風 險 區( 23% )、中風險區( 28% ) 、低風險區( 49% ) 三類，如圖 2 所示。

圖 2 項目林區風險的等級劃分

5.水資源優化配置分析

5.1 建立項目林區的DEM圖

數字高程模型（DEM）是地形表面形態屬性信息的數字表示，包括三維空間和地形屬性特征。研究領域通常按網格劃分。森林面積的DEM地圖單元標準為500 x 500 m，包括海拔，坡度，坡度等。

5.2 優化水資源配置

該項目所需的所有DEMS火災探測與獲得滅火控制之間的間隔時間為t <30分鐘。根據實際地形，在低地開挖水庫，在水源附近設置新的供水站。該項目總共有5個新的取水點。其設置可以參考具體風險區的劃分，總取水點中，5個集中在高風險區。從到目前為止的計算中可以看出，道路密度值相對較小，因此為了擴大每個流域的影響范圍，文章計劃修建坡度小于等于35°的林道?？偣残枰藿?3公里的新道路。為了降低成本，所有道路都是單向的，每50 m設計一次引導。

結束語

在森林防火領域，可以使用GIS來有效地整合區域防災信息，可以根據消防水位，路線和消防信息中的任何一種對它進行自動優化。獲得良好的經濟和社會效益，可以提高火災反映的速度和火災救援的效率。但是，該系統一方面對管理員的綜合素質提出了很高的要求，并且需要學習日常操作、維護系統，管理人員還需要進一步加強自身專業能力與系統應用水平，以此充分發揮系統在森林火災防范及水資源分配中的作用。