内蒙古赤峰市森林火险等级评价及火灾危险性评估

张 恒 王 轩 张 鑫 于宏洲 周 梅 王玉霞

( 1. 内蒙古农业大学林学院，内蒙古 呼和浩特，010018；2. 东北林业大学林学院，黑龙江 哈尔滨 150040)

森林火灾突发性强、破坏力大，已成为21世纪全球生态安全的最大威胁。据统计，1998年全球年均发生森林火灾次数达20多万起，烧毁森林面积约占全世界森林总面积的百分之一以上[1]。我国是森林火灾较为严重的国家之一，林火给我国森林资源带来巨大的损害。据统计，1952—2008年全国共发生森林火灾76.65万次，年均受害森林面积77.82万hm2[2]，林火在破坏生态环境的同时也带来了巨大的经济损失。为更好的防范林火的发生，并合理地利用森林资源，对特定区域进行火险区划具有重要的意义。

森林火险等级评价及火险区划研究是森林防火策略制定的主要依据[3]。各国都非常重视森林火险区划，并根据各地的林火和自然环境特点提出了不同的规划方法[4]，近年来，研究成果较多的国家主要有澳大利亚、美国和加拿大等。20世纪50年代，前苏联科学家梅列蕾夫将世界划分为5个火灾带[5]；加拿大于1968年提出以建模形式研究森林火险，构建了加拿大森林火灾天气指标系统[6]；80年代末，应用遥感和地理信息系统等先进技术手段开辟了火险区划的新方法[7]。我国的森林火险区划工作始于20世纪50年代中期[8]，根据森林燃烧环和数理化理论，以县为单元划分了3个火险等级[9]；80年代以后，我国的学者对森林火险区划方法展开了大量的研究工作。例如，杨美和等[10]利用1950—1994年吉林省森林火灾次数进行周期性分析，研究表明吉林省年度森林火灾次数存在17a周期；高兆蔚[11]指出省级森林防火区划应主要依据纬度地带性引起水热条件差异和经度地带性的地段类型组合引起干湿条件差异。Chuvieco等[6]利用遥感和地理信息系统的理论与方法研究森林火险；张恒等[12]运用聚类分析法对内蒙古巴林右旗森林火险情况区划及火险等级进行了研究，为该地区的森林火险管理提供重要依据。

掌握内蒙古赤峰市火险等级及火灾危险性是对赤峰市森林火灾预报、监测的基础。本研究以内蒙古赤峰市为调查区域，研究赤峰市森林火险等级及火险区划，旨在为当地的林火管理和防火资源配备提供参考，并采取更有针对性的防范措施。

1 研究区概况

赤峰市是内蒙古自治区下辖地级市，位于内蒙古东南部，地处北纬 41°17′10″～45°24′15″，东经 116°21′07″～120°58′52″[13]，蒙冀辽三省区接壤处，区域国土面积为90275 hm2。该市年平均气温为0～7 ℃，最冷月平均气温为-10 ℃，最热月平均气温在20～24 ℃。而年降水量分布受地形影响明显，呈300～500 mm不等。赤峰市森林资源总量不足，人均绿地率低，天然森林植被主要分布于北部大兴安岭山地及南部的努鲁尔虎-七老图山脉，且以天然次生林为主。该地区内含国家级自然保护区10处，全市森林面积约为2.61×106hm2，森林覆盖率30.83%，活立木总蓄积约为4.9×107m3。

2 研究方法

2.1 森林火险等级评价方法

根据内蒙古自治区林业草原局提供的内蒙古自治区赤峰市7个旗、2个县、2个区、1个镇的原始森林火险数据，运用数理统计法计算出森林火险因子权值之和并计算出3项综合得分值，计算方法分别见式（1）～（4）。

式中：YGM表示有林地、灌木林地和未成林造林地面积之和；TGM表示有林地、灌木林地和未成林造林地面积之和与该地区总面积之比

火险因子权值可由各项火险因子的实际数值对照森林火险因子权重表（表1）获取，进而计算出火险因子权值之和及3项综合得分。最后参照《全国森林火险区划等级》LY/T 1063—2008中的火险等级阈值表（表2），评价各个旗县的森林火险等级。

2.2 火灾危险性评估方法

本研究采用聚类分析法对赤峰市森林火灾进行危险性评估，聚类分析是对于一类数据中多个变量相似性归类的统计方法[14]。本研究使用的是系统聚类法，在研究的统计总体中，各样品之间存在着程度不同的相似性，开始时每个样本自成一类，然后将每次最相似的两类进行合并，合并成为新的一类后再计算与其他样本的相似性，再次进行合并分类[15]。本研究中选取2个火险因子做变量，通过这2个火险因子聚类得出各个因子之间的差距，并将差距较小的地区归为一类，直至分类完毕。

表1 森林火险因子权重表Table 1 Weight of forest fire risk factor

表2 火险等级阈值表Table 2 Threshold of fire danger rating

2.3 数据分析

采用Excel软件进行数据处理，采用Origin软件进行绘图，聚类分析采用SPSS软件进行。

3 结果与分析

3.1 森林火险等级评价

3.1.1 火险因子分析

1）树种燃烧类别。根据赤峰市12个旗县树种类型的调查，各旗县的树种类型为樟子松（Pinus sylvestrisvar.mongolica）、油松（Pinus tabuliformis）、落叶松 (Larix gmelinii)、蒙古栎(Quercus mongolica)、白桦(Betula platyphylla)等。该地树种大部分是易燃树种，并且这些树种在当地所占比例超55%，根据全国森林火险区划等级标准规定，树种燃烧类型以优势树种燃烧的难易程度作为划分依据，因此将该地树种的燃烧类别均划为可燃类。

2）人口密度状况。人口密度的多少直接影响森林火灾发生率的大小。对赤峰市防火部门提供的人口土地面积原始数据进行处理，得到赤峰市各旗县人口密度状况，见图1。

图1 赤峰市各旗县人口密度状况Fig. 1 The population density of each banner and county in Chifeng

由图1可知，红山区、元宝山和宁城县人口密度较高分别为1.50、1.50、1.42人/hm2，又因人为因素对森林火灾发生概率影响较大，所以红山区、元宝山和宁城县的森林火险最高。喀喇沁旗、敖汉旗、松山区人口密度相对较低，分别是0.90、0.71、0.90人/hm2，对森林火灾发生概率影响相对较低，因此上述3个地区森林火灾风险相对较低。而克什克腾旗、巴林右旗、巴林左旗、阿鲁科尔沁旗、翁牛特旗和林西县人口密度都极低，分别为0.12、0.18、0.45、0.30、0.40、0.62 人/hm2，使得该地区的人为因素影响最小，致使这2个地区森林火险最低。

3）气象因子状况。赤峰市气象因子数据详见图 2～4。

图2 赤峰市各旗县防火期月平均风速Fig. 2 The average monthly wind speed during fire prevention period in each banner and county of Chifeng

图3 赤峰市各旗县防火期月平均降水量Fig. 3 The average monthly precipitation during fire prevention period in each banner and county of Chifeng

从风速因子来看，阿鲁科尔沁旗、巴林右旗、林西县、克什克腾旗、翁牛特旗、宁城县敖汉旗、红山区、元宝山和松山区的平均风速较高，对火灾的影响最大，巴林左旗和喀喇沁旗的平均风速最低，分别为2.05、2.20 m/s，表明对火灾的影响最小。从降水量方面看，克什克腾旗的火灾危险性较小，为40.05 mm。而阿鲁科尔沁旗、巴林左旗、巴林右旗、林西县、翁牛特旗、喀喇沁旗、宁城县、敖汉旗、红山区、元宝山和松山区的火灾危险性最大。从气温方面来看，巴林左旗、林西县平均气温较高，为10.19、9.40 ℃，火灾危险性较高。综合3项气象因子的数据，巴林左旗和林西县的森林火灾危险性较高，而喀喇沁旗、宁城县、松山区的森林火灾危险性较低，其他地区的森林火灾危险性中等。

图4 赤峰市各旗县防火期月平均降气温Fig. 4 The average monthly temperature drop during the fire prevention period in each banner and county of Chifeng

4）路网密度状况。路网密度高，人为因素影响较强，火灾发生的几率较大。赤峰市各旗县路网密度状况见图5。

图5 赤峰市各旗县路网密度状况Fig. 5 The road network density of each banner and county of Chifeng

由图5可知，阿鲁科尔沁旗、喀喇沁旗、元宝山的路网密度高，分别为1.60、2.40、2.40 m/hm2，其火灾危险性最高；翁牛特旗、红山区、林西县、敖汉旗、松山区、巴林左旗、巴林右旗、克什克腾旗和宁城县的路网密度很低，分别为0、0、0.02、0.06、0.08、1.50、1.56、1.25、1.30 m/hm2，因此其火灾危险性最低。

3.1.2 综合得分值分析

通过对赤峰市12个旗县森林火险因子数据的分析，并参照森林火险因子权重表，确定各个旗县6个火险因子的权值及权值之和，见表3。

表3 森林火险因子权值之和Table 3 The sum of the weights of forest fire risk factors

根据火险因子权值之和结合赤峰市防火单位提供的相关数据计算得出各旗县3项综合得分值，具体见图6。

图6 赤峰市各旗县3项综合得分值Fig. 6 Three comprehensive scores of each banner and county in Chifeng

由图6可知，敖汉旗与克什克腾旗第1项综合得分值最高，红山区最低，致使这项综合得分值有差异是因为各旗县灌木林地、未成林造林地和有林地面积之和不同。第2项综合得分值最高的是克什克腾旗，最低的是红山区，这项综合得分值的差异主要体现在各旗县的活立木蓄积量不同。第3项综合得分值最高的是红山区，最低的是阿鲁科尔沁旗和克什克腾旗，这项综合得分值差异的主要原因是各旗县的人口密度、灌木林地、未成林造林地和林地面积之和不同而导致的。各个旗县的林木蓄积量、火险因子数据的不同使得每个旗县的森林火险等级有所差异。

3.1.3 森林火险等级

根据上述综合得分值结果对照中国林业行业标准《全国森林火险区划等级》（LY/T 1063—2008）最终进行火险等级划分，取3项综合得分值中火险等级最高一级作为各旗县最终森林火险等级，结果见表4。火险等级Ⅰ级表示森林火灾危险性大，森林可燃物极易燃烧，火势极易蔓延。火险等级Ⅱ级表示森林火灾危险性中等，森林可燃物较易燃烧，火势较易蔓延。

根据3项综合得分值，对照表2中的标准分值，取其中对应值高的火险等级作为该地区的森林火险等级。如果该地区内有国家级风景名胜区、自然保护区和森林公园，经国家森林防火行政主管部门审批后，其火险等级可提高1级。

表4 赤峰市火险等级评价Table 4 Fire danger rating in Chifeng

赤峰市火险等级评价结果见图7。由图7可知，巴林右旗、克什克腾旗、喀喇沁旗、宁城县、敖汉旗和红山区的森林火险等级是Ⅰ级，其森林火灾危险性很高，巴林左旗、宁城县、翁牛特旗、阿鲁科尔沁旗、松山区和元宝山的森林火险等级为Ⅱ级，其森林火灾危险性中等。

图7 赤峰市各旗县火险等级Fig. 7 Fire danger rating in each banner and county of Chifeng

3.2 森林火灾危险性分析

运用聚类分析法对内蒙古赤峰市森林火灾危险性进行分析。以原始火险数据为基础，选取权值之和与活立木总蓄积量2项火险因子进行聚类，通过分析不同火险因子之间的差异距离，逐渐将差异小的地区划分为一类，以此类推最终将所有地区划分为差距明显的类别，最后进行类别分析。聚合系数随分类数变化曲线见图8。由图8可知，当分类数为4时，能满足聚类的要求。因此该区域火灾危险性划分为4类[16]，具体结果见图9。由图9可知，红山区的火灾危险性最高为聚类1，阿鲁科尔沁旗的火灾危险性较高为聚类2，巴林左旗、元宝山、宁城县、喀喇沁旗、敖汉旗、林西县的火灾危险性中等为聚类3，而其他地区森林火灾危险性较低为聚类4。

图8 聚合系数随分类数变化曲线Fig. 8 Variation of polymerization coefficient with classification number

图9 聚类分析图Fig. 9 Cluster analysis diagram

对各地区原始火险数据和区域状况进行分析可得：聚类1和聚类2的区别是因为二者人口密度与路网密度差异过大造成的，因此红山区的火灾危险性大；聚类1和聚类3的区别是由于路网密度和平均气温的不同所导致的，平均气温高的地区火灾危险性大；聚类1和聚类4的差异表现在二者路网密度与人口密度的不同；聚类2和聚类3的区别是由于其火险因子不同致使的；聚类2和聚类4的差异也是由于火险因子不同导致的，降水量大的地区火灾危险性较小；而聚类3和聚类4的区别是由于人口密度与平均气温差异较大引起的，由此聚类4所表示的旗县火灾危险性最小。

根据聚类结果得到赤峰市森林火灾危险性分布图（图10）。

图10 赤峰市森林火灾危险性Fig. 10 Forest fire hazard in Chifeng

由图10可知，红山区的火灾危险性最高；阿鲁科尔沁旗的火灾危险性较高；巴林左旗、元宝山、宁城县、喀喇沁旗、敖汉旗、林西县的火灾危险性中等；巴林右旗、翁牛特旗、克什克腾旗和松山区的森林火灾危险性较低。

4 结论与讨论

4.1 结论

1）根据《全国森林火险区划等级》（LY/T 1063—2008）标准内蒙古赤峰市森林火险等级评价结果为：将赤峰市划分为2个火险区，巴林右旗、克什克腾旗、喀喇沁旗、宁城县、敖汉旗和红山区的火险等级是Ⅰ级，为高等火险区；巴林左旗、宁城县、翁牛特旗、阿鲁科尔沁旗、松山区和元宝山的森林火险等级为Ⅱ级，为中等火险区。

2）以聚类分析的结果为依据，将内蒙古赤峰市划分为4个火险区：红山区的火灾危险性最高；阿鲁科尔沁旗的火灾危险性较高；巴林左旗、元宝山、宁城县、喀喇沁旗、敖汉旗、林西县的火灾危险性中等；巴林右旗、翁牛特旗、克什克腾旗和松山区的森林火灾危险性较低。

4.2 讨论

通过对不同区域的森林进行火险区划，要充分利用火险区划结果对不同地区的火险状况酌情处理，要有针对性的加强各个地区的森林防火工作。Ⅰ级重点火险区林业资源丰富，林业区与农业区相互交错，对于此类地区防火工作的开展首先要解决森林内部的可燃物堆积问题[17]，要进行专业的计划烧除[18]，组织有经验的防火工作人员进行有目的烧除，减少森林火灾隐患。其次要加强防火宣传工作，定期开展森林防火宣传讲座，不定时进行森林灭火演练，强化当地群众的消防安全意识。另一方面，要建立完善的林火监测体系，运用高新科技将监测工作科技化、智能化，综合提高火灾预警能力，将火灾消灭于无形之中[19]。

Ⅱ级森林火险区林业用地面积少，对于林业发展的关注不足，林火方面管理欠缺。此类地区应加强林业经济投入，例如赤峰市林业局所提出的《赤峰市百万亩经济林建设规划》方案，为提升林业资源效益，确定了发展100万亩经济林的规划。由此赤峰市林业发展将由现在的生态效益发展转变为经济效益发展，将林业传统优势与现有城市建设需求结合起来，实现林业经济与城市建设相互促进。其次还可以开展全国生态文化村、全国生态文化示范基地等活动，使群众自觉维护当地森林资源，自觉防范森林火灾的发生。