我国森林火灾可接受风险标准研究

常建超 栾婷婷副教授 张馨仪 张丽佳

(北京石油化工学院 安全工程学院，北京 102617)

0 引言

近年来，世界各地森林火灾事故频发，每年都会有大面积的土地遭到破坏、造成大量的财产损失和人员伤亡，给人类生活和动物栖息带来巨大的威胁[1]。2000-2019年期间，我国发生火灾累计次数为233 375次，共计火场面积为3 820 757.7hm2[2]。2019年3月，四川省凉山州木里县森林火灾致使30名参与森林扑火的人员遇难[3]。2020年3月，四川省西昌市发生森林火灾致19人遇难[4]。森林火灾一旦发生，其破坏性极强、影响范围广泛，且对环境造成的危害不可估量。

我国属于森林火灾多发国家，为有效预防森林火灾事故，针对森林火灾的风险评估和防控研究越来越受到政府部门和相关学者的关注。目前，森林火灾的风险评估主要采用定性和定量评价相结合的方法。黄琼等[5]通过建立森林火灾风险指标体系，采用加权贝叶斯网络模型的方法计算指标权重，从而对森林火灾的风险进行评估；蒋琴等[6]在公共安全三角理论的基础上，利用遥感和地理信息系统(Geographic Information System，GIS)手段获取指标数据，并验证森林火灾综合风险评估方法和评估结果的合理性。不论是定性评价，还是定量评价，评价者都需要相应的评价标准才能对评价目标进行合理客观的评价。因此，研究我国森林火灾可接受风险标准对于森林火灾的风险防控具有重要的理论意义和现实意义。

国外很早就提出可接受风险标准的概念、原则、研究过程和方法及应用领域，且在各行各业取得丰硕的成果。例如：美国、加拿大、英国、澳大利亚、荷兰等发达国家在大坝[7]、核电站[8]、滑坡[9]、洪水[10]等方面有具体而有价值的可接受风险水平和可容忍风险水平研究。其中，英国健康与安全委员会提出的最低合理可接受准则(As Low As Reasonably Practicable，ALARP)是目前很多国家都采用的准则[11]。国内可接受风险标准的研究起步较晚，但在一些行业和领域内也取得一定进展，如油气管道[12]、特种设备[13]、滑坡灾害[14]、石油化工[15]等行业。通过国内外文献调研分析，针对火灾的可接受风险标准的研究较少。孙宽等[16]介绍建筑火灾安全的评判方法，通过构建建筑火灾风险剖面图可以判定建筑火灾的风险水平，建筑火灾的研究对于森林火灾具有一定的指导性作用；裴晶晶等[17]采用F-N(Failure-Nature)曲线法和线性回归的方法对压力管道事故伤亡人数进行分析，形成压力管道社会可接受标准；隋皓月等[18]采用F-D曲线的方法确定我国滑坡灾害经济可接受风险标准，并在不同降雨重现期渗透深度缝隙的基础上进行定量风险评估。基于此，本文采用ALARP原则、F-N和F-D曲线法研究和分析适合我国森林火灾的社会生命可接受风险标准和经济可接受风险标准。

1 数据收集与整理

本文收集2002-2017年我国森林火灾事故数据，数据来源于国家统计局和《中国林业统计年鉴》。我国2002-2017年死亡人数和经济损失情况统计(见表1)，我国2002-2017年森林火灾经济损失和死亡人数统计图，如图1。

表1 我国2002-2017年我国森林火灾死亡人数和经济损失情况统计Tab.1 Statistics of fatalities and economic losses giving resulted from forest fires from 2002 to 2017 in China

图1 我国2002-2017年森林火灾经济损失和死亡人数统计图Fig.1 The statistical chart of economic losses and fatalities resulted from forest fires from 2002 to 2017 in China

由图1可知，我国2002-2017年森林火灾造成的死亡人数和森林火灾经济损失总和都有减小的趋势，这说明我国森林火灾的防范措施起到显著效果。图2为我国2002-2017年森林火灾造成人口死亡概率图，其概率的大小代表这一年森林火灾风险大小，其计算形式为该年死亡人数与该年我国人口总数的比例。为计算2002-2017年我国森林火灾的平均风险值，将16年的人口死亡概率由大到小排序，找出排序的中位数，经排序后中位数有2个，分别为2011年3.3×10-8和2002年3.8×10-8，计算后中位数为3.55×10-8，这一数值可以作为2002-2017年我国森林火灾的平均风险值。

图2 我国2002-2017年森林火灾造成人口死亡概率图Fig.2 The probability of population death resulted from forest fires from 2002 to 2017 in China

2 森林火灾社会生命可接受风险标准分析

可接受风险水平的研究是一个复杂的系统工程，往往需要考虑到多方面的综合因素，在制定可接受风险标准时，需要考虑的因素有人员伤亡、财产损失、环境因素、社会因素等诸多因素，并且制定的标准应该是可行、可靠、科学、实用的。通常人们认为对于风险分析的结果是越小越好，在实际问题风险分析中需要从不同的角度考虑，风险的减小相应需要付出一定的代价。风险的减小可以从危险的发生概率和危险造成的损失出发，两者都需要付出一定的资金、技术、劳务。在实际可接受风险的制定中，通常情况下要将风险限制在一个可接受、合理的水平上。

2.1 社会生命风险与ALARP原则

2.1.1 社会生命风险

在可接受风险准则研究中，个人可接受风险是某一个小的群体或者一个特定群体中的人员所受到特定危害的频率，个人可接受风险对于事故中A方、B方、C方需要区分，三者之间的风险是不同的。社会可接受风险是针对影响许多人的灾难性事故风险，并且此类事故可能对社会造成一定影响，并容易引起社会上的广泛关注，社会可接受风险对于事故中的A方、B方、C方是不做区分的，并将三者作为一个整体进行考虑。在研究可接受风险时，应将社会可接受风险标准设置的足够低，以便在后续的研究中不会对现有的社会风险造成局限性。社会可接受风险标准的确定方法有F-N曲线法、风险矩阵法、ALARP原则、潜在生命丧失法(Potential Loss of Life，PLL)、经济优化法等计算方法。其中F-N曲线法能够简单地表示出死亡人数和死亡概率的一个线性关系，可以直观地看出风险频率与后果之间的关系，确定社会风险的标准，本文采用F-N曲线法。

2.1.2 ALARP原则

在已有的社会生命可接受风险研究中，ALARP原则被广泛地应用。最早，由英国健康与安全委员会要求将ALARP原则作为标准纳入风险管理和决策中，现已经作为确定可接受风险标准的基本框架，ALARP原则的示意图框架，如图3。

图3 ALARP原则示意图框架Fig.3 The schematic framework of the ALARP principle

在图3中，有2条风险标准线，分别为可容忍风险标准线和可接受风险标准线。2条标准线将风险区域划分为3个区域，在可容忍风险标准线的上方为不可接受风险区，这个区域是任何理由都不可以接受的风险区域，同时该区域的风险不实施控制会对社会造成极大的危害，另一方面也会威胁到人民群众的生活、生命和财产安全，政府和有关部门应当制定和采取有效的防范措施以控制风险；在可容忍风险标准线和可接受风险标准线中间的区域为最低合理可行区(ALARP区)，该区域发生的风险是可以容忍的，但不是能够忽略的风险，当风险发生的时候不能够置之不理，风险对社会的危害和影响很小，在特定的环境下需要采取一定的措施降低风险，从经济方面考虑，只有降低风险所花费的成本低于降低成本所带来的收益的时候，该区域所发生的风险是可以接受的；在可接受风险标准线的下方为可接受风险区，该区域的风险是可以忽略的。在面对实际问题时，目标是将风险尽可能地降低到可接受风险区域。

2.2 森林火灾社会生命可接受风险标准值计算

2.2.1 F-N曲线

F-N曲线[19]是确定可接受风险标准值最常用的一种方法，最初是应用在核电站的风险评价中，现在主要应用于制定可接受风险标准。F-N曲线是采用概率论的方法进行描述死亡人数N和死亡概率F之间的函数关系，横坐标代表事故产生后果，一般表示死亡的人数，纵坐标表示事故发生的概率，一般指事故导致本年度伤亡人数的概率。在一个二维空间中表示死亡人数和死亡概率关系能给人更加直观的印象，其理论表达式为：

(1)

式中：

x—每年死亡人数；

Pf(x)—年死亡人数大于N的概率；

FN(x)—年死亡人数N的概率分布函数；

fN(x)—年死亡人数N的概率密度函数；

N—事故导致的年死亡人数。

F-N曲线可接受风险标准限制线：

(2)

式中：

C—常数，表示风险水平线的位置，可以理解为风险水平线的横截距；

n—风险水平线的切斜度，可以理解为风险水平线的斜率，也可以理解为可接受标准水平线的绝对值。

对于F-N曲线可接受风险标准的确定，首先应该确定倾斜度n和横截距C的值。

根据现有可接受风险标准和相关学者研究结果[12-15]来看，通常情况下，可容忍风险标准水平线横截距值C比可接受风险标准水平线横截距值C要大1-2个级别[20]。考虑到我国森林火灾造成死亡的人数和我国人口总数之间有很大差距，其计算出的森林火灾导致人口死亡的概率非常小，再结合我国实际的人口数量，取可容忍风险标准水平值与可接受风险水平值差距为1个级别，所以将可容忍风险标准水平线横截距值C设为3.55×10-7，可接受风险标准水平线横截距值C设为3.55×10-8。

倾斜度n的确定：其中C通常会取1或2，当n=1时，其风险为中立型风险，在二维坐标中斜率的大小为-1；n=2时，风险为厌恶型风险，在二维坐标中斜率大小为-2；当采用厌恶型风险时，其投入成本要远远大于中立型风险，考虑到我国森林火灾发生后带来的直接损失和次生灾害的严重性，同时国家每年都会采取各种具体措施应对森林火灾，其消耗的人力和物力巨大，综合因素考虑下，将斜率n设为2。

2.2.2 确定可接受风险标准线

2.2.3 确定可容忍风险标准线

2.2.4 确定社会生命风险ALARP区域

ALARP区位于可容忍风险标准线和可接受风险标准线之间。在F-N曲线绘制中，F为纵坐标，代表森林火灾造成人口死亡的累积概率，N为横坐标，代表森林火灾造成人口死亡数量。将2.2.2和2.2.3得到可接受风险标准线和可容忍风险标准线函数曲线绘制成F-N曲线，如图4。

图4 我国森林火灾社会生命可接受风险标准Fig.4 The social life acceptable risk criteria for the forest fire in China

3 森林火灾经济可接受风险标准分析

目前，国内外对于可接受风险标准的研究主要从个人生命风险和社会生命风险进行研究，其研究对象是针对人的安全问题，但其他方面对可接受风险标准的研究较少。我国对于灾害事故方面的经济可接受风险标准的研究主要在滑坡灾害[14]、泥石流灾害[20]、工程[21]等方面。

一般森林火灾的经济损失主要集中在直接经济损失和间接经济损失[22]。直接经济损失是指森林火灾造成受灾的个体或者群体的损害或者损耗，同时使受灾个体和群体的经济价值在受灾前和受灾后产生差异性变化，简而言之，用货币量直接表示的损失。直接经济损失主要有：林木资源损失、固定资产损失、流动资产损失、农牧业产品损失、火灾扑救费用、人员伤亡损失、居民财产损失等[23]。间接经济损失森林火灾造成的受灾个体和群体的经济损失，其经济损失不能够直接计算出来。间接经济损失主要有：停产损失、灾后处理费用、生态资源损失等。

3.1 森林火灾经济可接受风险计算方法

本文在ALARP原则下，进行森林火灾经济可接受风险的计算，所采用的方法是F-D曲线法，此方法类似于F-N曲线法。关于经济可接受风险标准相关研究，文献资料[21]中有对F-D曲线法的详细介绍，经济风险可以用经济损失的概率密度函数fD(x)表示：

(3)

式中：

1-FD(x)—经济损失不大于D的超越概率，经济损失的超越概率；

P(D>x)—经济损失大于x的概率；

FD(x)—经济损失概率分布函数；

fD(x)—经济损失的概率密度函数。

经济损失的期望值为ED(x)，其函数表达形式为：

(4)

F-D曲线法中经济可接受风险线标准可以表示为：

(5)

3.2 建立森林火灾经济可接受风险标准

森林火灾经济可接受风险标准的制定是森林火灾管理的经济风险分析的前提。根据公安部公消 [2007]234号文件《关于调整火灾等级标准的通知》指出，可将火灾事故划分为4个等级，分别为一般火灾、较大火灾、重大火灾、特别重大火灾。在此基础上，高超等[24]提出对森林火灾灾害等级划分，可以将森林火灾经济损失划分为5个等级，分别为轻型火灾、中型火灾、重型火灾、大型火灾、巨型火灾，其中每个等级都对应着经济损失的金额，森林火灾经济损失的等级划分，见表2。

表2 森林火灾经济损失等级Tab.2 The economic loss level of the forest fire

根据中华人民共和国林业行业标准发布的《森林火灾损失评估规范》对于森林火灾经济损失的分类，森林火灾损失可划分为直接经济损失和间接经济损失。考虑到在现有森林火灾经济损失中直接经济损失和间接经济损失不能详细地统计出，在国家统计局对于森林火灾经济损失数据有相关的记录，为方便统计和计算出每年森林火灾经济损失的总和，可以根据森林火灾其他折损款和森林火灾扑救经费的总和计算出森林火灾经济损失总和。在表1中，对每年的森林火灾经济损失总和进行排序，其中位数为25 144万元和27 703万元，经计算其平均值为26 423.5万元。2002-2017年死亡人数的平均数为52.2人/a，经计算每死亡1人就会有506.2万元的经济损失，在森林火灾经济损失等级划分中属于重型火灾。

F-D曲线中横坐标和纵坐标的确定，横坐标代表森林火灾经济损失，纵坐标代表事故发生的概率。横坐标经济损失的数值可根据表1中2002-2017年经济损失计算的每死亡1人就会有506.2万元经济损失确定，因此，我国森林火灾经济可接受风险标准可采用1人比506.2万元比较合适。在表2中森林火灾经济损失最小的为轻型火灾，横坐标的起点设为10万元代表风险事故接近于无限小，基本趋于0。森林火灾的灾害等级最高为巨型火灾，横坐标的截止点设为10 000万元是合理的。森林火灾风险事故发生概率在0～1之间，具体数值的确定需要根据不同的接受风险等级来确定。

3.2.1 确定经济可接受风险标准线

3.2.2 确定经济可容忍风险标准线

3.2.3 确定经济风险ALARP区域

由经济可接受风险标准线和经济可容忍风险标准线可以确定经济风险ALARP区域。根据3.2.1和3.2.2得到的标准线可以绘制出F-D曲线，其横坐标为森林火灾经济损失，纵坐标为森林火灾风险事故发生的概率，其绘制的经济可接受风险标准模型，如图5。

图5 我国森林火灾经济可接受风险标准Fig.5 The economic acceptable risk criteria for the forest fire in China

4 结论

可接受风险标准的制定是森林火灾风险管理的前提和基础。本文通过参考国内外对于可接受风险的研究成果，确定适合我国森林火灾可接受风险标准制定的方法和原则，并结合现有数据进行合理分析，得到结论如下：

(1)根据国家统计局的数据，量化森林火灾社会生命可接受风险，在ALARP原则和F-N曲线法下，划分出社会生命可接受风险区域和社会生命风险可容忍区域，建立森林火灾社会生命可接受风险标准。

(2)对于森林火灾经济可接受风险的研究中，结合《中国林业统计年鉴》的数据和F-D曲线法，通过计算森林火灾经济损失和事故发生的概率，得到适合我国森林火灾经济可接受风险标准。

(3)社会生命可接受风险和经济可接受风险确定后，将每年的计算结果与制定的可接受风险标准进行对比，针对不同的风险应采取不同风险防控措施。当风险处于不可接受区时，应采取强制监管、全面检查等风险防控措施；当风险处于ALARP区时，应采取常规监管、局部检查等风险防控措施；当风险处于可接受风险区时，应采取普通监管、随机检查等风险防控措施。

本文在制定森林火灾可接受风险标准时，所收集的公开数据存在一定的限制。在今后对于森林火灾可接受风险水平判断时，实际计算结果与该可接受风险标准进行验证和对比，对于不同的可接受风险水平应采取不同风险防控措施。为增加该可接受风险标准的实用性和全面性，还可以从环境可接受风险标准的制定进行研究。