森林—城镇交界域火灾风险评估研究综述

摘要：随着我国森林生态系统与城镇交互区域的扩大以及人口的增加，森林—城镇交界域（WUI）正在快速扩张，同时带来了复杂的火灾风险。为了更好地识别和评估森林—城镇交界域的火灾风险，通过综述当前交界域火灾的风险分析方法与策略，为我国交界域火灾风险评估提供参考。

关键词：森林—城镇交界域；火灾风险评估；火灾特点

中图分类号：D035.36 文献标识码：A 文章编号：2096-1227（2024）08-0013-03

森林—城镇交界域（Wildland-Urban Interface，WUI）是指建筑物与森林植被相邻的区域或者建筑植被混合区域。随着城镇与森林交界区域日益增多，这一地带面临着复杂的火灾风险。此类火灾不仅会对森林生态造成破坏，还威胁城市边缘的人口和财产安全。例如，2020年四川凉山的森林火灾过火面积约3047.8hm2，造成19人死亡，火场5km范围内所有人员全部撤离；同年4月，山东青岛小珠山发生森林火灾，疏散617名居民，投入救火人员1600余名，扑救过程中1人遇难[1]。目前，我国生态文明建设正全面深入推进，西南和东北地区作为森林资源丰富的区域，其森林VObcRecjwQOn+dYmnVlpVA==覆盖率逐渐升高，这些地区也是森林—城镇交界域的主要分布地带，由于其火灾特殊的形成与传播机制，准确评估其风险显得尤为重要。本文旨在系统综述森林—城镇交界域火灾风险评估的方法，以期为未来的相关研究与实践工作提供参考。

1 森林—城镇交界域定义

森林—城镇交界域的定义是指房屋位于或靠近野外植被的区域，包括人类居住区、野外植被区和界面缓冲区三个部分。美国林业局（USDA）及内政部（USDI）将森林—城镇交界域分为混合交界域（Wildland-Urban Intermix）和界面交界域（Wildland-Urban Interface）两类[2]，混合交界域指房屋和植被混合交互的区域，房屋密度为6.17套/km2，野生植被率超过50%，建筑分散，可燃物连续；界面交界域指建筑与野外植被有清晰分界线且相邻的区域，野生植被覆盖率少于50%，房屋密度大于6.17套/km2。我国没有定义交界域的标准，可以借鉴上述定义划分方法，可分为交汇型和混杂型。交界域可以是城市与乡村之间的区域，也可以是农业向城市过渡的区域，常见的村庄、郊区外的工业基地、仓储设施等机构都属于交汇型交界域的范畴，都有着明显的分界线。混合型在我国比较少见，基本分布在开发后的旅游风景区、城市森林公园。

2 森林—交界域火灾特点

2.1 交界域火灾与森林火灾的区别

火源的存在与人类行为及人口密度相关，人类活动、焚烧行为成为火灾发生的主要原因。交界域火灾与森林火灾有较大的区别，森林火灾主要发生在森林和野外地区，而森林—城镇交界域火灾发生在森林与城镇交汇或者混合的地带，甚至涉及人类居住的区域。森林火灾通常发生在较为广阔的森林地区，火势往往较大，可能蔓延几十千米，主要威胁的是树木、植被和野生动物，虽然也会损害某些森林内的基础设施，如瞭望塔和小屋，但这些损失比通常的交界域火灾的损失小；而森林—城镇交界域火灾发生在森林与城镇的接触区域，其影响范围虽然较为局限，但火灾威胁的除了树木、植被，还有人类居住的房屋、建筑物和基础设施，一旦被引燃，就会造成巨大的经济损失。

2.2 火灾环境特点

由于靠近居民区域，人类活动较为频繁，不当的生活习惯、施工作业、交通事故或其他人为火源都可能增加火灾的风险。此外，该区域包含多种类型的建筑物和基础设施，这些都可能增加火灾的复杂性和控制难度。在植被与地形方面，城镇森林交界域的植被具有多样，既有人工栽培的园林植被，也有自然的森林，而地形因人类活动影响而相对均匀。相比之下，纯粹的森林区域植被种类多样，地形复杂，且拥有不同的森林类型和生态系统。在应急响应资源方面，交界域由于接近居民区，救援响应通常更为迅速，且拥有更多资源来对抗火灾。然而，对于直接森林火灾，特别是在偏远地区，响应时间较长，资源也可能较为有限。

3 森林—城镇交界域火灾风险评估方法

森林—城镇交界域火灾的发生是由多种因子相互作用的，在评估火灾风险时，需要综合考虑气象条件、可燃物、地形、人口密度和基础设施建设等多方面因素，以全面了解与火灾发生相关的自然和人为因素。现如今，随着互联网和计算机的不断发展创新，结合卫星遥感、地理信息系统技术和机器学习等新技术在数据统筹与分析上的应用，可以更好地理解火灾发生的复杂性。通过这些技术手段逐渐将火灾风险与致灾因子进行关系建模，拟合火灾未来的发展趋势，开发火灾模拟系统，模拟火灾的发生及蔓延过程，量化火灾发生的概率、强度和影响，这些模型都为交界域火灾的研究提供了重要工具。

3.1 统计模型

统计模型通过量化火灾发生的概率，评估各风险要素的危险性，旨在降低火灾风险并提出针对性的火灾管理措施。

在国外，一些研究人员已经研究了量化社区遭受野火的风险，由于还缺乏全面的理论框架，仅从林火的角度考虑风险，而没有考虑基于个体特征的社区敏感性。林火风险的全面定义需要评估森林火灾事件的概率、高价值资源和资产对林火风险的敏感性两个关键组成部分。罗丹等[3]以广州森林和城镇交界域的16种主要森林分布类型为研究对象，利用地基激光雷达对数据进行精准、非破坏的分析，获取森林分布特征与结构指标，选取11种影响森林分布火灾危险性的静态因子，运用层次分析法，综合评价不同森林分布类型的火灾危险性；钟委[4]等对某地区19个林业城镇的棚户区消防现状和存在的问题进行了评估，结合实测数据采用层次分析法对各个林业城镇棚户区的火灾风险进行了分析，对风险指数进行划分。

3.2 火灾蔓延模型

火灾蔓延模型在火灾管理和应急响应方面起着重要作用，通过模拟火灾的发展过程，可以评估不同区域的火灾风险，综合考虑多种因素，从而确定火灾可能蔓延的区域，帮助决策者和应急响应人员做出更准确的预测和决策。

研究表明，热辐射和飞火是交界域火灾蔓延的主要方式，Ganteaume A等[5]使用火灾动力学模拟器（FDS）对暴露在野火情况下的建筑物进行建模，设置材料、可燃物、地形和气象条件等影响参数，进行火灾场景模拟。野外—城市交界域火灾模拟器（WFDS）是美国国家标准与技术研究所（NIST）和美国林务局共同开发的。WFDS是FDS的扩展，能够用于交界域火灾的模拟，除此之外，模拟火行为的模型还有Behaveplus模型、Farsite模型等，这些模型大都用于模拟森林火灾的火行为，森林—城镇交界域与之不同，不仅会涉及森林环境，还有建筑环境，情况相对复杂，后续还需要继续开发相关应用。

3.3 机器学习及复杂网络模型

机器学习模型可以通过对大量历史数据分析，发现潜在的关联和模式，进行风险预测，从而识别出潜在的风险因素，并预测未来的风险事件；复杂网络可以对风险系统进行建模，将各个元素和其他相互作用关系表示为网络结构，通过对网络的拓扑结构和动态演化进行分析，可以揭示潜在的风险传播路径和关键节点，帮助理解风险的传播机制。

宋英华等[6]为确定城镇—森林交界域火灾灾害演化关系及风险特征，预防灾害事件发生，从157个火灾案例中提取43个典型灾害事件，运用灾害链和复杂网络理论，构建城镇—森林交界域火灾灾害链演化模型。使用Python工具对灾害链网络中关键节点、关键边和最短路径分析。王成军等[7]为了降低城镇森林交界域输油管道泄漏造成的灾害损失，同样基于灾害链理论和复杂网络理论，构建因输油管道损坏，从而形成灾害的灾害演化模型。侯晓静等[8]使用随机森林模型对省域内的森林—城镇交界域火灾风险与影响因子的关系进行空间建模，探究随机森林模型在拟合、解释交界域火灾风险方面的优势，并与森林火灾风险的影响因子对比，为进一步评估交界域火险提供依据。为了精确监控森林—城镇交界域火灾及定位其空间分布，王喆等[9]收集火灾图像，将坐标注意力（CA）机制引入YOLOv5s算法中，增强模型的方向及位置信息感知，以达到准确定位交界域火灾起火点的效果。

4 结束语

通过总结森林—城镇交界域火灾风险评估的方法时发现，在评估森林—城镇交界域（WUI）时不仅需要考虑火灾的直接因素，还需考虑气候变化、土地利用模式、人类活动等一系列相互关联的复杂因子，从全方位、多角度对火灾发生的潜在风险进行评估。目前，我国的交界域火灾研究还处于初期阶段，需融合气候模型、地理信息系统、人口动态等方面的技术和方法，建立符合我国国情的交界域火灾风险评估方法。

为了提升社区居民的火灾防范意识和能力，应加强对他们的培训和教育，确保他们了解火灾的危害、掌握基本的火灾防范措施，并鼓励社区居民积极参与火灾管理的决策和实施过程。为此，可以建立面向社区居民的火灾信息平台，及时发布火灾预警信息、传授防火知识、分享成功案例等。在森林—城市交界域的社区，特别强化与火灾防控相关的基础设施，提高火灾应对能力。充分利用现代科技手段，如物联网、大数据和人工智能等，进行火灾风险评估、预警和管理，实现火灾防控的智能化和精准化。针对城市—森林交界域的特殊性，还应制定专门的法律法规，明确土地利用、建筑规范、防火距离、火灾管理等要求，为交界域的火灾防控提供法律保障。同时，应制定和完善应急响应机制，确保在火灾发生时能够快速、有效地进行应急响应和资源调配。

参考文献

[1]田晓瑞，宗学政，王明玉.野外-城市交界域的火管理研究进展[J].林业科学，2023，59（6）：149-158.

[2]Mahmoud H，Chulahwat A.Assessing wildland–urbaninterface fire risk[J].Royal Society open science，2020，7（8）：201183.

[3]罗丹，王庆飞，晁碧霄，等.广州市森林和城镇交界域林分尺度上的火险等级评价[J].林业资源管理，2023（3）：56-64.

[4]钟委，韩宁，田英，等.基于层次分析法的某地区林业城镇棚户区消防风险评估[J].火灾科学，2021，30（3）：179-184.

[5]Ganteaume A，Guillaume B，Girardin B，et al.CFD modellingof WUI fire behaviour in historical fire cases accordingto different fuel management scenarios[J].InternationalJournal of Wildland Fire，2023，32（3）：363-379.

[6]宋英华，张小莹，吕伟.城镇-森林交界域火灾灾害链网络模型构建及风险分析[J].中国安全生产科学技术，2020，16（5）：122-128.

[7]王成军，王志刚.城镇-森林交界域输油管道泄漏灾害链风险分析[J].化工矿物与加工，2022，51（4）：19-25.

[8]侯晓静，明金科，秦荣水，等.基于随机森林模型的交界域火灾风险分析[J].林业科学，2019，55（8）：194-200.

[9]王喆，李享，杨栋梁，等.基于YOLOv5s的城镇森林交界域火灾探测模型[J].中国安全科学学报，2023，33（6）：152-158.