森林和村镇结合部火灾现象现场调查和分析途径

王海晖,翟春婕,,毛丽君,姚树人

（1.中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室，安徽 合肥 230027;2.南京森林警察学院，江苏 南京 210023）

森林和村镇结合部通指森林与村庄或森林与林区居民居住地相接壤的部分。我国许多省份拥有丰富的森林资源和广大的农村地区，存在不少森林和村镇相交错的结合部。在美国，差不多9%的本土面积属于这样的地域，并且大约39%的房屋建筑在结合部地域[1]。

从森林防火的角度来说，结合部的特殊性在于它们直接与森林植被相连接，并且有较频繁的人类活动。在这类地域，拥有丰富的生活、农业生产、工业生产以及休闲和宗教祭祀相关联的林间设施。比如：除有荒地、农田和粮草的囤积地外，还有安葬先祖的墓地、工业生产厂房、野营和野炊设施、通信中继系统、铁路干线和供电设备等[2-4]。由于丰富的生活相关用火和生产性用火，火源来源丰富，加上分布有特定可燃物，该类地域火灾多发，并经常因此出现结合部火灾向森林或大规模建筑火灾演化。新中国成立后，许多有案可查的森林火灾都是因为结合部火灾牵连所致，实际占比在火灾发生总数的98%以上[2，3]。我国曾经每年因为结合部火灾引发重大、特别重大森林火灾数千起，造成大量的林木资源损失[2，3]。在欧美和大洋洲许多国家，经常也都因结合部火灾损失大量房屋，并伴随一定的人员伤亡[5-8]。

结合部火灾问题是全世界多林国家共同面临的严峻挑战。因其复杂性，相关应用基础和技术研究并不充分，尤其是缺乏针对结合部的局部火灾如何引发相毗邻的森林着火及相应的防范措施等的研究。在西方国家，结合部火灾现象的研究则比较多，但工作主要以保护结合部房屋以及提高房屋等林间设施在火灾场合中生存能力为主旨[5，7-11]。为加强这方面的研究工作，尤其是寻找有效的技术途径以降低因结合部火灾引发森林火灾的概率，达到经济和高效保护森林资源的目的，本文提出一套调研工作方案，以火灾案例勘查为切入点，深入了解火灾形成的特点和结合部火灾向森林大火演化的条件。在对此类问题的科学认识基础上，构筑结合部火灾防治的新理念，开发经济有效的灾害预防和控制的技术及措施。

1 结合部火灾现象调查分析的理论

对于特定地区来说，尽管有不同的火源引起火灾，并以不同的方式导致火势扩张和最终失去控制，其过程仍可归纳为三个基本阶段，如图1所示[12]。正如笔者在先前工作中介绍的[12]，火灾发生前首先需要有火灾条件准备，即在特定的人类活动中或因生活用火不慎，或因田间作业违规，或因休闲和祭祀活动提供了明火源。这类火源与地表细小可燃物（如干草、落叶和枯枝等）接触而起火。这是火灾的初发期，是局部的，并多表现为缓慢推进的低强度地表火。这一阶段又被称为“一次引燃”阶段。这一阶段即使没有人为干涉，如果可燃物量少、不连续且无环境风时，通常会因可燃物无法接续而自动熄灭。反之，会使火势不断扩大：如一个枯草堆着火后，再引发周边的灌木丛着火，或草地（甸）着火后直接波及附近的林子等。这个阶段通常称为二次引燃。二次引燃的出现，意味着大规模火灾的形成。

图1 结合部火灾典型发展阶段

一次引燃向二次引燃的转变，则通过下列三种点燃模式中的一种或者两种的结合，即直接的火焰接触和蔓延（direct flame impinge⁃ment）、火焰的热辐射（flame radiation）以及燃着可燃物屑块在环境风作用下向下游迁移引发的飞火现象（spotting）[5，8，12]。其中，直接的火焰接触需要具备一个条件，那就是要有连续的可燃物分布；火焰的热辐射能否引燃附近可燃物则取决于一次引燃后的火势和规模。造成飞火现象的基本条件是有环境风存在。由于燃着的可燃物屑块来自于一次引燃后的低强度地表火火源，屑块在迁移过程中基本不出现显著的升腾，因而其作用范围是局部的。三种点燃模式的差异在表1中作了比较。显而易见，飞迁并燃烧着的可燃物因作用范围使得其成为三种点火模式中最难以预料并且危害最大的方式。这已被以往许多火灾案例所证实[3，5，8，9，11]。

表1 三种不同点燃机理比较[5,8,9,11]

一次引燃向二次引燃的转变是相当复杂的系统过程，不仅是因为现象本身复杂，更主要是因为是否转变成功直接与当地的地形、地貌和可燃物的分布和种类以及当地的气象条件直接相关联。其发生的随机性同时还会因为是否有人为干涉变得更加明显。例如，当事人在操作机械不当导致草坪着火后，努力投入火灾扑救工作，尽管没能控制住火灾，但会明显改变火灾发展势态。尽管如此，基于该现象在火灾发展中的地位，对该现象的深刻认识，无疑会帮助找到保护毗邻森林资源的有效方法。对于转变条件的科学把握，也为经济、高效组织结合部火灾的扑救以及充分贯彻“打早、打小、打了”的战略思想提供有力支撑。

2 调查工作的思路和要点

森林火灾是否会在特定结合部发生，撇除一些偶然因素外，一个不争的事实是：它必然经过三个阶段演化而来。因此，如果在这三个阶段中的任何环节加强了防范，就很可能不会出现该火灾。对于出现问题的地域，到底问题出在哪个方面，又如何解决，则完全可以从已发生的火灾教训中学习到。但是，重要信息隐含在三个发展阶段中，需要通过仔细搜集、整理和分析才能获得。

调查的基本工作流程如图2所示。获取的关于火源形成的信息，可以知晓在加强火源管理工作以防堵因低级错误引入明火源的同时，从技术层面上考虑消减可能出现的明火源。例如，根据记载的已发案例[3]，在结合部甚至是整个林区使用的机动车辆和油锯及水泵等机械作业时，应考虑到可能的设备故障产生明火源，提高这些设备在火灾易发地区使用的安全性；因林区企业生产车间用火导致周边树林着火似乎是屡犯不止，应该尝试从技术的角度消减该现象。

图2 结合部火灾现象调查和分析流程

众所周知，可燃物的管理可以防堵一次引燃以特定点燃方式向二次引燃转化。面对结合部丰富的可燃物分布如何着手则是关键。经济有效的管理方法应该是与特定地域的特征挂钩，与时间挂钩[13，14]。依据的确立一方面来自我们已知的对火灾发生和发展的科学认识，另一方面也来自于火灾案例调查取得的信息。

海南省因温热带气候条件，植物生长极其茂盛，其火情基本为3至5月份因祭祀祖先或烧荒和烧田埂产生的火源引起。由于地多人少、林地高度分散，加上耕种和防治植物病虫害的需要，生产用火难以像内地那样较彻底管控。如何利用有限的森林防火力量，将林火管理工作做得更好，有赖于对当地火源种类和发生一次引燃可燃物属性的科学认识。结合生物防火技术，对易于形成一次引燃的可燃物进行隔离，消除其由一次引燃向二次引燃转变的条件，可以达到事半功倍的效果，实现防火力量投入效益最大化。利用生物防火技术的多样性[15，16]，大力开展结合部附近地域的林果（果树）、林茶（茶叶树）、林豆（豆科作物）、林药（草药）、林菜（蔬菜）或林菌（食用菌）的结合，在构建有火不成灾绿色环境的同时，丰富当地产业并提高村民收入。

量化的结合部火灾发生危险性的评定，是指导结合部火灾防治工作的重要方法。通过对结合部是否具备火源条件，是否具备着火要素以及是否出现向二次引燃转化的取证和分析，以确定特定结合部地域引发森林火灾的可能性。这种定量评判将成为开展火灾防治工作的重要依据，当然这种评判将因相关措施的实施和运用而发生变化（图2）。在结合部逐步引入该工具以有所侧重地开展防火设计，以填补特定林区生态环境以及生活和生产等各项林间设施在火灾场景中的脆弱性短板，是未来主攻方向之一。

因当地习俗使然，一块安葬祖先的墓地，难免出现火源。这样的设施的存在使得该地域具有极高潜在的着火危险性。对于这类场所，在加强火源行政管理的同时，应在可能的条件下确保与毗邻草地和森林可燃物的有效分隔，以保持安全距离，并在此周边加强防范措施，如安装视频监控系统和设置防飞火的金属丝网篱笆等。当然，相应的火源管理是有季节性的[2，13，14]。因为，当可燃物含水率较高或雨季来临时，即使有火源，几乎不存在火灾危险性。在这种时段，实际上可以让当地居民自由使用各项设施。

这几年野营、野炊越来越风行，并多出现在结合部。另一个明显的趋势是，人们对居住环境的要求越来越高，开始热衷于将住宅建在毗邻森林的地域。这些对结合部火灾防治工作是一种新挑战[14]。通过对不断变化的火灾形势的科学认识，建立并完善结合部建筑住宅和各项林间设施的防火规范，并真正予以落实。如果跟不上发展的火灾形势，势必会变得很被动。对未来结合部火灾现场开展细致的调查则是把握火灾形势发展动态和找到问题关键及解决办法的有效途径。

火灾现象调查细节大致如下：

火源形成部分

1）地点、方位和当地地形地貌（用GPS定位并辅以地面照片和航拍图片说明）。

2）出现时间和基本过程。

3）出现背景和原因。

4）火源种类。

一次引燃部分

1）可燃物种类。

2）可燃物分布状况（将引燃区域附近未燃可燃物多处取样并密封）。

3）当地气象条件（包括当地气象台预报的气温、湿度、风向和风速、日照和降雨等）。

4）现场气象条件估测（如气温、湿度、风向和风速、日照和降雨等）。

一次引燃向二次引燃转变

1）现场目击情况，包括一次引燃后火场状况（如火焰高度和蔓延速度）以及向二次引燃转变的现场目击纪录、图片和航片及视频资料等。

2）判断转变机理。①如果是直接火焰接触或蔓延需要有连续分布可燃物。②如果为火焰辐射引燃，要求一次引燃后的低地表火有一定规模并且火强度较大，接受体的接受面正对火焰前锋并且较易燃。③如果为飞火点燃，则需要有环境风；二次引燃着火区在风的下游并且与一次引燃的火区不连续；应看到散落在附近被迁移的燃过的可燃物屑块。

3）一次引燃后火灾现场物证提取，包括测量遗留的熏黑高度和地表可燃物的燃烬量（即选取若干标准方对已过火可燃物取样和称量并封存）等。

4）如果有飞火屑块形成，则尽可能多地取样并封存，并记录离一次引燃火场的距离。

从工作的内容来看，只是在目前火灾统计的基础上作一些扩充并注重细节而已。可以先在人为火灾严重的重点林区局部作样板性尝试，并在此基础上逐步将样板点推广到全国。最终的采样地应覆盖全国各大林区，并且样板地（如乡级以上规模的林场）的数量应不少于100个，以确保未来现场数据统计分析的全面性和可靠性。

从事调查和统计的工作人员需作短期培训，以确保未来所记录的现象、现场观察数据和实地样品采集的可靠性和准确性。设有航空护林基站的地区，可以在安排巡护服务时增加对火灾现场和过火迹地的拍照、视频甚至红外摄像工作，为全面了解和印证特定火灾形成和发展过程提供进一步信息。

相关工作成果主要包括：

1）不同林区特定结合部火灾发生的地域和时域特征。

2）对结合部火灾形成条件和复杂蔓延过程的系统和深刻认识。

3）火源种类的科学划分以及相应的管理措施。

4）与林区特点相符合的和细化的可燃物管理技术规范。

5）合理制定结合部生活设施、公共服务设施、安全生产和作业的规章制度。

6）针对拥有需重点保护设施，诸如储粮屯、林产企业、电信中继和供电系统、铁路干线以及国防设施等，结合部的火灾危险性评估技术。

7）针对具有特定火灾危险性的结合部的火灾监测和报警系统安装标准以及扑灭火装备的储备方案。

8）基于对火灾形成和转变条件科学认识提出的经济、高效的火灾初期控制（扑救）方法和战术。

3 结论

结合部火灾易发难控，与在该独特地域上拥有丰富的潜在火源和可燃物分布密切相关。认真研习火灾案例，就能找到有效解决问题的方法。不断积累火灾案例调查结果，意味着可以像“纪昌学射”一样，越来越清晰地看到实现我们目标的有效技术途径，从而突破目前过分依赖火源管理以及针对结合部人群活动行政干预为主的管理模式，提升工作效率，有效避免森林大火的发生。

通过获取翔实的第一手资料，认识结合部火灾形成的条件和演化过程，建立起结合部火灾防治的新理念和新思路，开发与特定地域特点相符合、经济高效的火灾防控技术与措施。通过对局部地区的火灾危险性和潜在隐患的科学评估，以开展对具体地域的科学管理，从技术角度实现大幅度降低人为因素造成火灾发生次数的目标。

致谢！本项工作中针对森林和村镇结合部火灾形势的调研得到云南省、海南省以及重庆市森林防火指挥部办公室的大力支持。

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