湖南省电网林火时空分布的特征分析

禹伟++欧小锋++张永锋

摘 要：本文采用2001—2008年的林火资料和2010—2012年林火引起的电网220kv线路跳闸次数，使用数理统计分析方法，对湖南电网范围内的历年森林火灾进行时间和空间分布规律分别进行研究；采用时间序列分析方法分析湖南历史森林火灾的年际变化特征、季节变化特征和日变化特征，运用空间统计学原理分析电网林火的空间规律，结果表明：每年2—4月为林火引起电网跳闸的高发月份，衡阳、岳阳、怀化、娄底、邵阳为林火引起电网线路跳闸的高发区。

关键词：电网林火；时序分析；空间统计

中图分类号：S762 文献标识码：A DOI：10.11974/nyyjs.20170931030

引 言

近年来，在全球气候变化的影响下，世界各地区森林火灾发生次数和损失不同程度地呈上升趋势[1]。越来越多的森林火灾令人触目惊心，因林火引起的输电线路跳闸事故也在增多，严重影响了湖南电网的安全运行，引起了湖南电力部门的高度关注。造成林火发生的影响因子很复杂，有自然因子如天气因子、植被因子等，也有人类活动的社会因子。不同区域不同时间点的影响因子各不相同，因此造成各个地区不同时间段的林火发生与发展的状况不同。本文旨在分析湖南电网林火的时空分布规律，为电网林火预测和风险预警提供一定的理论依据和指导参考。

1 研究区概况

本文以湖南220kv输电线路所在区域为研究区域，此等级输电线路遍布全省14个地州市，密集区分布位于常德、益阳、长株潭3地、怀化、娄底和衡阳等地区；湘西的张家界、湘西州相对比较稀疏（见图1）。

湖南省属中国南部亚热带湿润森林植物区系，森林覆盖率为56.1%，活立木蓄积量3.6亿m3，竹林面积80万hm2 ，立竹总株数19.4亿株。天然林面积为469.76万hm2，人工林面积为390.39 万hm2 [2] 。地势整体自北向南抬高，西南东三面环山，地貌以山地、丘陵为主[3]。

湖南省是林火發生较多的省份，起火原因主要为人为因素，林火等级以火警、一般林火和较大林火为主，具有过火面积小和次数多的特征（见图2）。

2 数据来源和研究方法

数据来源于湖南省96个县市2000—2008年共计8a的林火记录，包括林火发生时间、发生地点、受灾森林面积、火因等信息。

另外从湖南省电力总公司收集了2010—2012年共计3a的电网林火引起的220kV线路跳闸灾情资料，资料数据包括220kV的湖南电网线路数据，电网跳闸发生的起始日期、起始时间、恢复日期、恢复时间、跳闸的220KV具体线路和故障设备及原因。

由于收集到的电网跳闸年数太少，本文仍以8a的林火记录为重点来分析。分析方法采用统计图表，按年、月、日、时统计分析了湖南省森林火灾在不同时间尺度上的分布规律。运用空间统计学原理，利用ArcGIS软件，结合1：25 万基础地理信息数据，按行政区划，分析湖南省森林火灾发生的空间分布规律。

3 电网火灾发生的时间分布规律

在2001—2008年中，湖南省由人为原因发生森林火灾次数将近1700次。在2010—2012年中，湖南电网由于林火引起的跳闸事故达28起，影响线路28条，总停电时间达50h。统计分析表明湖南电网火灾具有明显的年变化、月变化、日变化和小时变化规律。

3.1 年变化规律

2001—2008年间，从每年发生的火警、一般火灾、较大火灾、重大火灾和特大火灾次数来看，湖南森林火灾总体上呈现逐年上升趋势，年际波动较大，年平均发生2072次，发生较多的年份有2004年、2005年和2008年，特别是2008年，全年发生森林火灾达4333次，超过平均值的2倍，占8a来的森林火灾发生总数的26%。这也与21世纪以来气候变暖、干旱、高温等恶劣天气增多有关。林火发生较低的年份是2001年和2002年。分别为626次和1118次。8a的林火频率存在2个波动周期，有3a左右的上升周期（见图2）。火灾中以火警、一般火灾和较大火灾为主，占总次数99%，8a中发生特大火灾1次。

统计分析2010—2012年的林火引起的线路跳闸次数，其中2010年发生11次，2011年发生4次，2012年发生13次，年均发生9.3次。年际变化大，发生跳闸次数较高的年份是2010年和2013年。

3.2 月变化规律

在湖南省每年林火发生的各月份中，月发生林火频数差异很大。从对8a的火灾频率月统计中发现（见图3），从每年的10月份开始，林火次数开始增多，一直持续到次年4月份。这也符合湖南省森林防火期的时间规定。从10月开始基本呈逐月上升趋势，至3月达到峰值。每年2—4月为多发月份，特别是冬、春之交的3月份，为森林火灾发生频次合计最多的月份，在这8a中 共计发生4948次，平均在该月发生618.5次，占总次数的29.8%。春末至夏季，火灾次数和火灾面积均出现明显下降，这与植被含水量增多、可燃物减少有关。

在湖南省林火引起电网跳闸的各月份中，从对3a的220kV线路跳闸次数月统计中发现，仍然是每年2—4月为林火引起电网跳闸的高发月份，3月份，也是电网跳闸发生频次合计最多的月份，在这3a中该月份共发生10起。进一步说明处于冬春之交的3月份是1a中林火的高发期。其次为2月和4月，都是发生8起。

3.3 日变化规律

3.3.1 从2001—2008年连续8a林火发生的儒略日分布来看

全年中未发生火灾日数只有7d，分布在5—7月中。一年中火灾的多发期包括3段，分别是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段为最多。清明节期间4月3—5日日均总次数超过450次，日均总次数超过500次的有3月1、2、3、6日和4月3日（见图4）。在3a的电网跳闸资料中，清明节前后十天里共计出现16起电网跳闸事故，占去总事故的57%。endprint

3.3.2 湖南省林火在1d中随时间变化也呈现规律性

按日间每1h作为一个时段，来分析林火次数，发生高峰期在11—17：00，最高峰在15：00（见图5）。从11：00和17：00两边，都不断降低。一天中随着时次变化，人类活动和气气象因子也相应发生变化，由此形成了这种变化规律。从湖南人类活动习惯来看，10：00以后，人们外出增多；就气温而言，一天中气温随着日出后太阳辐射增强而逐渐增高，同时，地面储热增加也加剧了这一过程，表现为从10：00—15：00，温度由低到高，并在15：00左右达到当天最高温，可燃物的温度也随之升高，导致水分易蒸发，相对湿度递减，火灾更易发生和蔓延。从下午18：00开始气温下降明显，湿度增大，火灾发生和扩展困难，由此形成了11：00和17：00分別向两端不断降低的陡变趋势。

从电网跳闸发生的日变化规律也发现了相近的规律，跳闸事故均发生在白天09：00—下午17：00。从午时（11：00）开始，森林火灾发生的频次明显上升，特别是13：00，达到1d中跳闸次数的峰值。11：00—15：00为1d中的高发时段。

4 林火发生的空间分布规律

用湖南省96个县市的林火发生次数作湖南省县市林火分布图（ 见图6）。图中将林火按发生次数分为10 级，用颜色由浅至深表示，颜色越红的区域，表明该地区林火发生次数越多；颜色越淡，表明该区域林火发生次数越少。

由图6中可以观察到，湖南省林火的空间地理分布总体呈现东多西少的分布。格局可以细分为：四多二少。即林火发生次数较多的地区大致可以分为4个区域：从东至西分布的张家界市、慈利县、永顺县；湘中的长沙县、浏阳市、株洲市；湘中的宁乡县、湘乡市、桃江县、安化县、新邵县；湘南的郴州市、桂阳县、永州市、新宁县。

从8a的林火发生次数分布来看，长沙、永州、郴州和邵阳四地区为高发区域，四地市的总次数占去全省比例的50.8%，其中又以邵阳市为最多。其他地区分布较均匀，在3.3%～5.8%之间。全省的林火次数由北向南、由西向东增多，密集区集中在湘南，这与湖南的由南向北逐渐降低的地势特征相吻合。

5 林火引起的220kv电网线路跳闸资料分析

5.1 林火引起的电网线路跳闸资料的收集与整理

利用2010—2012年共計3a的电网林火引起的220kV线路跳闸灾情资料，资料数据包括电网跳闸发生的起始日期、起始时间、恢复日期、恢复时间、跳闸的220KV具体线路和故障设备及原因，3a中林火引起电网跳闸事故总计28起。

5.2 电网线路跳闸的时间分布规律

5.2.1 年分布特征

在2010—2012年中，湖南电网由于林火引起的跳闸事故达28起，影响线路28条，总停电时间达50h。统计分析表明湖南电网火灾具有明显的年变化、月变化、日变化和小时变化规律。其中2010年发生11次，2011年发生4次，2012年发生13次，年均发生9.3次。年际变化大，发生跳闸次数较高的年份是2010年和2013年。

5.2.2 月变化规律

在湖南省林火引起线路跳闸的各月份中，从对3a的220kV线路跳闸次数月统计中发现，仍然是每年2、3、4月为林火引起电网跳闸的高发月份，3月份，也是线路跳闸发生频次合计最多的月份，在这3a中该月份共发生10起。进一步说明处于冬春之交的3月份是1a中林火的高发期。其次为2月和4月，都是发生8起。

5.2.3 日变化规律

从电网跳闸发生的日变化规律也发现了相近的规律，跳闸事故均发生在白天09：00—下午17：00。从午时（11：00）开始，森林火灾发生的频次明显上升，特别是13：00，达到1d中跳闸次数的峰值。11：00—15：00为1d中的高发时段。

在3a的电网跳闸资料中，清明节前后10d里共计出现16起电网跳闸事故，占去总事故的57%。

5.3 电网线路跳闸出现的空间分布规律

从空间分布情况来看，衡阳、岳阳、怀化、娄底、邵阳为林火引起电网线路跳闸的高发区，其中又以线路密集程度大的衡阳为最多，达到9次，其次为岳阳6次，怀化4次，娄底邵阳各3次。其中邵阳地区在2份资料中均为高发区。

从电网线路跳闸空间分布情况来看，衡阳、岳阳、怀化、娄底、邵阳为林火引起电网线路跳闸的高发区，其中又以衡阳为最多，达到9次，其次为岳阳6次，怀化4次，娄底邵阳各3次。其中邵阳地区在两份资料中均为高发区。

5.4 2010—2014年湖南省卫星遥感火点监测资料分析

利用湖南省气象科学研究所卫星遥感中心2010—2014年的卫星遥感森林火点监测数据，数据内容包括地表热点（包含高温点、着火区、过火区）出现的时间、地点、过火面积等信息。按行政区和林区分布，分析湖南省地表热点发生的空间分布规律。

从5a的火点检监测信息来看，衡阳永州和郴州为地表热点的高发区域，西部和北部分布较为稀疏，有西北逐渐向东南增多的趋势。火点空间分布规律与历年林火次数县市分布规律基本吻合。

6 结论

根据2001—2008年的林区火灾统计分析，湖南省在不同年份内均发生过火灾。从年际变化来看，林火发生频次总体呈上升趋势，特别是2008年，达到峰值，由于这一年进入冬季以来，干旱少降水时间长，造成林火频发。从月变化规律来看，3月份为林火高发的月份，2—4月为全年的林火高发期，这主要由于经过冬季，林区干燥，含水量低，冬末春初气温回升明显，回暖天气较多，又加上春节、清明节气期间人们的传统习惯，极易引发火灾。从日间变化来看，午间的11：00—17：00是一天中林区火灾的高发时段。

从空间分布来看，长沙、永州、郴州和邵阳四地区为高发区域，四地市的总次数占去全省比例的50.8%，其中又以邵阳市为最多。从电网线路跳闸空间分布情况来看，衡阳、岳阳、怀化、娄底、邵阳为林火引起电网线路跳闸的高发区，其中又以衡阳为最多。林火的起因错综复杂，既有人为因素，也与特定的客观条件有关，并与气象条件有着密切的关系。

按照林火时空分析结果，对电网林火高发时段、高发地区要重点防控，以减少林火造成的电网跳闸事故，有利于电力部门在全省范围内合理安排预防林火的人力、物力、财力。对林火的时空分布特征进行分析具有非常重要的现实意义。通过林火分析采用分时分区管理，对提高林火管理水平、节约防火资源都是十分有利的。

参考文献

[1]王志成，刘绍卓，张金山.黑龙江省夏季林火时空分布特点[J]. 林业科技，2006，31（2）：37-40.

[2]肖兴威.中国森林资源和生态状况综合检测研究[M].北京：中国林业出版社， 2007.

[3]刘久国.娄底市森林火险指数等级预报[J].湖南林业科技， 2009.

作者简介：禹伟，高级工程师，长期从事专业气象服务工作和研究。endprint