鄒全程 邸雪穎 楊 光

(東北林業(yè)大學(xué)，哈爾濱，150040)

截至2009年11月30日秋季森林防火期結(jié)束，吉林省實(shí)現(xiàn)連續(xù)29 a無重大森林火災(zāi)，29 a來全省森林火災(zāi)年平均受害率保持在0.026%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于同期全國和世界的平均水平［1］。吉林省是我國重點(diǎn)林區(qū)省份之一，具有“高森林火險(xiǎn)單位多，高森林火險(xiǎn)的林分面積大”的特征，全省80個(gè)縣級(jí)森林火險(xiǎn)單位中，屬于一級(jí)森林火險(xiǎn)單位的有41個(gè)，二級(jí)19個(gè)，高森林火險(xiǎn)林分面積達(dá)610多萬hm2，占全省有林地面積的76%，森林防火任務(wù)繁重［2］。近來年受全球氣候變暖影響，世界各地森林火災(zāi)頻發(fā)，面對(duì)愈發(fā)嚴(yán)峻的森林防火形勢，研究吉林省森林火災(zāi)的時(shí)空動(dòng)態(tài)規(guī)律，剖析該省森林火災(zāi)撲救能力，為科學(xué)有效地開展森林防火工作提供理論參考，是具有中國特色森林防火思路的有益探索，對(duì)于森林資源保護(hù)和林業(yè)建設(shè)的穩(wěn)步發(fā)展具有重要意義。

1 研究地區(qū)與研究方法

研究地區(qū)概況:吉林省位于中國東北地區(qū)中部(121°38′～131°19′E、40°52′～46°18′N)，有林地面積 817.6 萬 hm2，森林覆蓋率為43.2%，林木蓄積量為8.8億 m3［3］。該區(qū)屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候，春季干燥風(fēng)大，夏季高溫多雨，秋季天高氣爽，冬季寒冷漫長。年平均氣溫4.0℃，全年日照2200～3000 h;年降水量400～900 mm，自東部向西部有明顯的濕潤、半濕潤和半干旱的差異。森林植被類型主要是溫帶針闊混交林。

數(shù)據(jù)采集:研究收集了吉林省1992—2008年林火資料，數(shù)據(jù)包括林火起、滅時(shí)間，火點(diǎn)地理坐標(biāo)，過火面積，火因及損失等。

林火蔓延速度:林火蔓延速度即火線(場)沿水平方向向外擴(kuò)展的速度，單位時(shí)間火線邊緣擴(kuò)展方向的長度［4］。受可燃物狀況、地形、天氣以及火本身產(chǎn)生的熱對(duì)流對(duì)環(huán)境作用等多方面復(fù)雜因素的綜合影響，目前有關(guān)林火蔓延速度的研究，還沒有形成統(tǒng)一的應(yīng)用于實(shí)際的、較為準(zhǔn)確的標(biāo)準(zhǔn)方法。現(xiàn)在我國應(yīng)用最多的林火蔓延速度的計(jì)算方法來源于美國的Rothermel模型及王正非林火蔓延模型［5］。兩個(gè)模型有關(guān)蔓延速度的計(jì)算包含有火強(qiáng)度、可燃物表面積與體積的比值、坡度因子、可燃物層的體積密度、可燃物層密集度、燃燒前的預(yù)熱量風(fēng)速更正系數(shù)、可燃物配置格局更正系數(shù)和地面平均坡度更正系數(shù)等［6］復(fù)雜和實(shí)際火場中不易實(shí)測的參數(shù)，不易數(shù)量化，在森林防火的實(shí)際工作中也很難實(shí)現(xiàn)［7］。因此，本研究利用平均每小時(shí)火蔓延面積(hm2/h)來替代林火蔓延速度(m/s)，用作森林火災(zāi)撲救能力評(píng)測的一個(gè)指標(biāo)。蔓延速度只能表現(xiàn)出火災(zāi)局部的情況，而平均每小時(shí)火蔓延面積能作為衡量火燃燒快慢的指標(biāo)，而且其在復(fù)雜的實(shí)際情況下較容易獲取，可從宏觀上體現(xiàn)出撲救能力的高低。這兩個(gè)指標(biāo)對(duì)于衡量森林火災(zāi)撲救能力的重要性是等同的。

林火損失:森林火災(zāi)撲救能力評(píng)價(jià)是現(xiàn)代化林火管理中的一個(gè)重要組成部分。森林火災(zāi)蔓延速度是判斷森林火災(zāi)撲救能力的重要參數(shù)，有利于提高人們對(duì)森林火災(zāi)危害性的認(rèn)識(shí)，增強(qiáng)其防火自覺性，減少人為火源。在森林火災(zāi)撲救過程中，有利于合理配置撲火力量，避免撲火中不算經(jīng)濟(jì)帳，浪費(fèi)撲火費(fèi)用的現(xiàn)象［8］。本研究采用撲火損失率對(duì)林火撲救能力進(jìn)行評(píng)估［9］。

F=E/E0×100% ，

式中:F為撲火損失率(%);E為撲火損失(萬元);E0為總森林火災(zāi)損失(萬元)。

E=M+N，式中:E為森林火災(zāi)總損失(萬元);M為森林燃燒損失，包括林木損失和其它損失(萬元);N為撲救森林火災(zāi)各種消耗費(fèi)用(萬元)。

2 結(jié)果與分析

2.1 林火時(shí)空分布

2.1.1 林火時(shí)間分布規(guī)律

建國初期至20世紀(jì)70年代，吉林省年均發(fā)生森林火災(zāi)437.7次，過火面積8 623.6 hm2。1981—2000年年均森林火災(zāi)發(fā)生次數(shù)105.7次，過火面積286.85 hm2。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，2001—2008年吉林省共發(fā)生森林火災(zāi)535次，平均67次/a(表1)。雖然各起森林火災(zāi)過火面積大小不一，面積波動(dòng)比較大;但從整體趨勢上看，1960—2008年平均每10 a森林火災(zāi)發(fā)生次數(shù)及過火面積均呈下降趨勢。進(jìn)入2000年后年均森林火災(zāi)發(fā)生次數(shù)雖略有上升，但多以森林火警為主，累計(jì)受害森林面積較小。

表1 吉林省林火次數(shù)、過火面積、火災(zāi)損失年際動(dòng)態(tài)變化(1992—2008)

受氣候因素影響，吉林省夏季降雨量較多，空氣濕潤;冬季氣溫低，積雪封凍，沒有燃燒條件，所以該省森林火災(zāi)發(fā)生有較明顯的季節(jié)規(guī)律，森林火災(zāi)主要集中發(fā)生于春、秋季(表2)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，1992—2008年3月—6月發(fā)生頻次占78%，過火面積占90.8%;9月—11月發(fā)生頻次占21.8%，過火面積占9.09%，3月—6月的波峰大于9月—11月。1992—2008年間吉林省森林火災(zāi)主要發(fā)生于2月—6月和9月—11月(表2)，1、7、8、12 月在 17a間沒有林火發(fā)生，而 2 月份也僅有 1次;4、5、10月是林火的高發(fā)月，3個(gè)月累計(jì)發(fā)生的森林火災(zāi)的次數(shù)占總森林火災(zāi)發(fā)生次數(shù)的82.73%。其中，尤其以4月森林火災(zāi)發(fā)生次數(shù)最多，占總森林火災(zāi)發(fā)生次數(shù)的42.89%。過火面積也具有同樣的規(guī)律，4月份累計(jì)森林火災(zāi)過火面積為 2 956.83 hm2，占總過火面積的 56.18%。

表2 吉林省林火次數(shù)、過火面積、火災(zāi)損失月份動(dòng)態(tài)變化(1992—2008)

1992—2008年，吉林省由于森林火災(zāi)造成的經(jīng)濟(jì)損失共計(jì)2 673.17萬元，年均167萬元。2004、2008年損失最大，分別達(dá)到600萬元以;1994、1995年損失最小，均小于1萬元(表1)。該省17 a來4月份的損失最多，達(dá)到了1 048.18萬元，占總損失的39.21%(表2)。

2.1.2 林火空間分布規(guī)律

通過ArcView圖示全省的林火空間分布情況。按照10次為段分級(jí)，顯示17 a的次數(shù)分布(圖1)，以便清晰地看出各地、市的著火次數(shù)，使火災(zāi)狀況更清晰直觀。17 a來該省各地縣均有不同次數(shù)的森林火災(zāi)發(fā)生。其中，該省發(fā)生的森林火災(zāi)主要集中分布在長白山林區(qū)和延吉盆地。從行政區(qū)劃上看，即分布在延邊朝鮮族自治州、汪清北部、通化集安等地。敦化市和安圖縣是歷年來林火發(fā)生次數(shù)最多的地區(qū)，分別為64次和95次，全省火災(zāi)頻發(fā)地多集中在中東部。

圖1 吉林省林火次數(shù)分布圖(1992—2008)

圖2 吉林省過火面積分布圖(1992—2008)

森林火災(zāi)等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn):受害森林面積＜1 hm2或者其他林地起火的為森林火警，受害森林面積＜100 hm2為一般森林火災(zāi)，100 hm2≤受害森林面積＜1 000 hm2為重大森林火災(zāi)，受害森林面積≥1 000 hm2的為特大森林火災(zāi)。根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)分析吉林省過火面積分布情況。該省17 a來無特大森林火災(zāi)(圖2)，受害面積也多集中在林分面積大、高森林火險(xiǎn)單位多的中東部地區(qū)，如安圖縣(857.05 hm2)和龍井市(573.76 hm2)。

2.2 林火蔓延速度

林火蔓延具有時(shí)間和空間特征［10］，本研究利用ArcMap對(duì)1992—2008年的每次森林火災(zāi)著火點(diǎn)要素周圍產(chǎn)生一個(gè)緩沖區(qū)，從而分析吉林省的林火蔓延情況。在真實(shí)火場中，林火蔓延多數(shù)形成近似圓形的不規(guī)則蔓延區(qū)域，在此用規(guī)則的圓形替代每次林火蔓延區(qū)域。

以歷年來每次森林火災(zāi)的經(jīng)緯度記錄作為著火點(diǎn)信息，對(duì)林火蔓延速度進(jìn)行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的處理(表3)。

由于吉林省森林火災(zāi)人為預(yù)防好、撲救及時(shí);道路系統(tǒng)完善，氣象因素、林分類型等條件適于林火撲救，一般火災(zāi)都能得到有效的控制，吉林省歷史過火面積情況呈點(diǎn)狀(圖3)。選取典型地區(qū)放大分析:敦化市林業(yè)局總經(jīng)營面積43.7萬hm2，有林地面積21萬hm2，年木材產(chǎn)量12.63萬 m3，森林覆蓋率為51.26%，是全省規(guī)模最大的地方林業(yè)局［11］。隨機(jī)抽取歷年火災(zāi)情況較嚴(yán)重的敦化市部分地區(qū)進(jìn)行放大分析。

表3 吉林省森林火災(zāi)蔓延速度基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

圖3 吉林省林火蔓延分布圖(1992—2008)

當(dāng)緩沖區(qū)色階多時(shí)，表明林火蔓延時(shí)間久、林火烈度強(qiáng)、過火面積大(圖4)。林火撲救能力主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面:一是發(fā)生火情后，撲火力量到達(dá)火場的時(shí)間愈短，其撲火控制力愈強(qiáng)，并可體現(xiàn)撲火力量能夠做到打早、打小;二是火災(zāi)歷時(shí)的長短，滅火時(shí)間愈短愈好，它反映滅火能力強(qiáng)，能使火災(zāi)損失降低到最小限度。把林火蔓延按時(shí)間分為兩類，I類為5 h以下，II類為5 h以上(含5 h)，其中I類共757起，II類66起，僅占8%，平均每次火災(zāi)歷時(shí)2.86 h。圖5中經(jīng)緯度標(biāo)注點(diǎn)為敦化市撲火力量所在地，當(dāng)以相同撲火力量到達(dá)火場，蔓延情況均不相同，這說明森林火災(zāi)的具體蔓延情況受當(dāng)?shù)氐匦?、氣象、林分類型等因素干擾。選取地敦化市內(nèi)多為紅松、白松、落葉松，雖為易燃樹種，但森林郁閉度大，林內(nèi)光線弱，溫度低，蒸發(fā)小，濕度大，不易燃燒。從地形因素看，此地處于長白山北側(cè)，四周環(huán)山，氣候高寒濕潤，隨著海拔高度的增加，溫度降低，蒸發(fā)變?nèi)酰瑵穸仍龃?，發(fā)生火災(zāi)的可能性降低。此外，陰坡和陽坡對(duì)火點(diǎn)起燃也有不同的影響，而河流、大公路、防護(hù)林對(duì)火場蔓延也有阻滯作用。當(dāng)平均每小時(shí)火蔓延面積的值越大時(shí)，損失越嚴(yán)重(表4)，因此控制該指標(biāo)的大小就是撲滅火災(zāi)的關(guān)鍵。

圖4 敦化市林火蔓延分布圖

2.3 林火撲救能力評(píng)估

根據(jù)吉林省1992—2008年林火資料中的起火與滅火時(shí)間得出歷次森林火災(zāi)的歷時(shí)，應(yīng)用已記錄的過火面積數(shù)據(jù)，計(jì)算得出平均每小時(shí)火蔓延面積，結(jié)合損失價(jià)值參數(shù)，建立總森林火災(zāi)損失價(jià)值與平均每小時(shí)火蔓延面積、受害(過火)面積、火災(zāi)歷時(shí)關(guān)系的回歸方程。林火蔓延模型是在各種簡化條件下進(jìn)行數(shù)學(xué)上的處理，導(dǎo)出林火行為與各種參數(shù)間的定量關(guān)系式，利用關(guān)系式預(yù)測將要發(fā)生或正在發(fā)生的林火行為，模型的好壞直接影響蔓延結(jié)果的準(zhǔn)確性，影響到在蔓延結(jié)果基礎(chǔ)上對(duì)林火行為的進(jìn)一步分析［12］。用歷史記錄的真實(shí)數(shù)據(jù)求得平均每小時(shí)火蔓延面積，避免了在選用蔓延速度模型上帶來的誤差，使方程更具實(shí)用性。

圖5 敦化市撲火力量與林火蔓延點(diǎn)分布圖

表4 吉林省兩類蔓延時(shí)間下森林火災(zāi)損失情況(1992—2008)

剔除異常數(shù)據(jù)后運(yùn)用SPSS軟件進(jìn)行回歸分析，得出森林火災(zāi)總損失價(jià)值與平均每小時(shí)火蔓延面積緊密相關(guān)(表5)。

表5 吉林省年森林火災(zāi)總損失回歸系數(shù)顯著性檢驗(yàn)結(jié)果(1992—2008)

通過相關(guān)性分析得出，森林火災(zāi)總損失價(jià)值與平均每小時(shí)火蔓延面積的相關(guān)系數(shù)為0.87達(dá)到極顯著水平。

擬合方程:W=-0.099v+0.403s+0.163t+0.349，

式中:W為森林火災(zāi)總損失價(jià)值(萬元);v為平均每小時(shí)火蔓延面積(hm2/h);s為受害面積(hm2);t為火災(zāi)歷時(shí)(h)。

同理，以撲救森林火災(zāi)的各種消耗費(fèi)用與平均每小時(shí)火蔓延面積、受害(過火)面積、火災(zāi)歷時(shí)的關(guān)系建立回歸方程，得出撲火損失(W1)的方程:W1=0.125v+0.036s+0.164t+0.21。

將方程運(yùn)算結(jié)果代入撲火損失率公式，其中E=W1，E0=W，撲火損失率愈低，撲火效果愈好;相反，則不好。

3 結(jié)論

利用商陸原料的富鉀特性，成功制備了比表面積較高的活性炭，說明富鉀商陸有望成為一種新的可用于活性炭制備的優(yōu)良原料。采用二步程序升溫原位活化工藝制備的AC2-L活性炭的得率為19.66%，對(duì)碘和亞甲基藍(lán)的吸附值分別為686 mg·g-1和75 mL·g-1。AC2-L樣品的BET比表面積為748 m2·g-1，達(dá)到了普通商用活性炭的使用要求。SEM觀測顯示商陸活性炭孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)，且中孔結(jié)構(gòu)較發(fā)達(dá)。與傳統(tǒng)的物理化學(xué)活化工藝相比，該法有望為活性炭的簡易和環(huán)保制備探索一條新途徑。本研究將有利于進(jìn)一步拓展商陸資源的高附加值利用空間，具有潛在的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)效益。

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