（中南林業(yè)科技大學(xué) 理學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410004）

隨著森林火災(zāi)研究的不斷深入以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，森林火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)研究引起了國(guó)際社會(huì)和學(xué)術(shù)界的普遍關(guān)注[1-3]。易損性研究是自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)研究的重要內(nèi)容，本研究將易損性的概念引入到森林火災(zāi)中來(lái)，對(duì)森林火災(zāi)進(jìn)行易損性評(píng)價(jià)，將森林火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)研究的重點(diǎn)向承災(zāi)體自身屬性轉(zhuǎn)移[4]，對(duì)森林火災(zāi)的防災(zāi)減災(zāi)具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。

近些年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界對(duì)自然災(zāi)害易損性進(jìn)行了一定的研究，但更多的是對(duì)地震[5]、泥石流[6]、雷電[7]和洪水[8]等這些災(zāi)害方面進(jìn)行研究，而關(guān)于森林火災(zāi)的易損性研究還鮮有人涉足。研究的主要方法通常采用模糊綜合評(píng)判法[9]、灰色聚類綜合評(píng)價(jià)法[10]、層次分析法[11]等。模糊綜合評(píng)判法在某種程度上來(lái)說(shuō)涵蓋了以前的確定型分析。同時(shí)也解決了在多指標(biāo)綜合分析中，相同準(zhǔn)則層各個(gè)指標(biāo)所對(duì)應(yīng)的穩(wěn)定級(jí)別相互差異的矛盾現(xiàn)象。此外本方法也具備定性分析與定量運(yùn)算相結(jié)合的特點(diǎn)，能夠較好的反映森林火災(zāi)各評(píng)價(jià)指標(biāo)范疇內(nèi)的模糊性。所以本研究以模糊綜合評(píng)價(jià)法為基礎(chǔ)，以湖南省為研究區(qū)域，構(gòu)建模糊綜合模型，對(duì)區(qū)域森林火災(zāi)易損性評(píng)價(jià)作一些初步的探討。

1 森林火災(zāi)易損性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建

森林火災(zāi)的發(fā)生發(fā)展是自然與人類社會(huì)過(guò)程相互作用的結(jié)果，易損性是一種廣泛綜合的概念，使得其組成也成為各種要素的集合體。而現(xiàn)實(shí)生活中，易損性也正與這些社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、森林火災(zāi)災(zāi)情的關(guān)聯(lián)程度、以及面對(duì)災(zāi)害時(shí)的救援及處置能力相關(guān)。易損性概念的核心內(nèi)容是自然過(guò)程和社會(huì)過(guò)程相互作用的結(jié)果[4]。本研究界定區(qū)域森林火災(zāi)易損性的基本概念為由于林火而可能導(dǎo)致承災(zāi)體遭受森林火災(zāi)危害的損失程度。森林火災(zāi)易損性系統(tǒng)由承災(zāi)體本身具有的社會(huì)易損性、經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)易損性、該區(qū)域的防災(zāi)救災(zāi)能力、區(qū)域承災(zāi)體的恢復(fù)程度以及森林火災(zāi)歷史災(zāi)情情況這5個(gè)準(zhǔn)則層組成。

根據(jù)上述森林火災(zāi)易損性系統(tǒng)的構(gòu)成以及區(qū)域森林火災(zāi)易損性系統(tǒng)的真實(shí)狀況，借鑒國(guó)內(nèi)外現(xiàn)行其他自然災(zāi)害易損性評(píng)價(jià)實(shí)例[12-14]，了解評(píng)價(jià)區(qū)域森林火災(zāi)的發(fā)生情況、經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況、森林防火現(xiàn)狀以及其它社會(huì)環(huán)境狀況等信息，本研究綜合選取人口密度作為社會(huì)易損性的評(píng)價(jià)指標(biāo)；蓄積量密度作為經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)易損性的評(píng)價(jià)指標(biāo)；單位面積活立木增長(zhǎng)率、地區(qū)人均GDP作為恢復(fù)力指標(biāo)；森林消防隊(duì)人數(shù)、人均社會(huì)保障支出作為防災(zāi)救災(zāi)能力易損性評(píng)價(jià)指標(biāo)；受災(zāi)面積比、火災(zāi)災(zāi)害密度、火災(zāi)災(zāi)害頻度作為森林火災(zāi)災(zāi)情評(píng)價(jià)指標(biāo)。根據(jù)湖南省統(tǒng)計(jì)年鑒及森林防火統(tǒng)計(jì)資料，得到湖南省易損性指標(biāo)體系原始數(shù)據(jù)。

2 模型及方法

2.1 模糊評(píng)價(jià)的數(shù)學(xué)模型

易損性是由多個(gè)易損性因素共同決定的，而每個(gè)易損性因素又往往由多個(gè)易損性因子所組成；同時(shí)，根據(jù)任何一個(gè)因子無(wú)法做出區(qū)域承災(zāi)體確定性的評(píng)判即每個(gè)因子的判定具有模糊性。模糊綜合評(píng)價(jià)的數(shù)學(xué)模型為：

設(shè)U={u1，u2，…，un}為綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)構(gòu)成的集合，稱為因子集；V={v1，v2，…，vm}為判斷所構(gòu)成的集合，稱為評(píng)價(jià)集。由于各指標(biāo)對(duì)森林火災(zāi)易損性的影響程度不同，指標(biāo)的權(quán)重可視為U上的模糊集，記作W={w1，w2，…，wi，…，wn}，其中wi為第i個(gè)指標(biāo)對(duì)應(yīng)的權(quán)重，且一般均規(guī)定

第i個(gè)因子的單要素評(píng)判向量為V上的模糊集＝{ri1，ri2，…，rim}，單因子評(píng)判矩陣為R=(rij)n×m，則對(duì)該評(píng)判對(duì)象的模糊綜合評(píng)判的結(jié)果是V上的模糊集B={b1，b2，…，bn}，其中bj反映第j個(gè)決斷在評(píng)判總體上所占的地位，最后選用適當(dāng)?shù)脑瓌t確定評(píng)判結(jié)果。

2.2 模糊綜合評(píng)判具體方法和步驟

2.2.1 因子集的建立

因素（指標(biāo)）指的是評(píng)判對(duì)象的各種屬性。根據(jù)上節(jié)易損性指標(biāo)體系的建立結(jié)果，確定區(qū)域森林火災(zāi)易損性模糊綜合評(píng)價(jià)的因素集：

U={人均GDP、人口密度、蓄積量密度、單位面積活立木增長(zhǎng)量、地均森林消防隊(duì)人數(shù)、人均社會(huì)保障支出、受災(zāi)面積比、災(zāi)害密度、災(zāi)害頻度}。

2.2.2 指標(biāo)的歸一化處理

區(qū)域森林火災(zāi)易損性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系共9個(gè)不同指標(biāo)，各個(gè)指標(biāo)具有不同的性質(zhì)。指標(biāo)數(shù)據(jù)的歸一化處理主要目的就是解決不同性質(zhì)的數(shù)據(jù)問(wèn)題。由由于各個(gè)準(zhǔn)則層所對(duì)應(yīng)的指標(biāo)對(duì)區(qū)域森林火災(zāi)易損性的作用力不同，須對(duì)其逆向指標(biāo)數(shù)據(jù)性質(zhì)進(jìn)行改變，使所有指標(biāo)對(duì)森林火災(zāi)的易損性的作用力同趨化。其中人口密度、蓄積量密度、受災(zāi)面積比、災(zāi)害密度、災(zāi)害頻度呈正相關(guān)，即數(shù)值越大，易損性越強(qiáng)。對(duì)其采用公式xi=x′i/x′imax進(jìn)行處理。人均GDP、單位面積活立木增長(zhǎng)量、地均森林防火隊(duì)人數(shù)、人均社會(huì)保障支出成反相關(guān)。對(duì)其采用公式xi=1-x′i/x′imax進(jìn)行處理。經(jīng)過(guò)這樣處理后，9個(gè)因子與森林火災(zāi)易損性的關(guān)系就一致了。將原始數(shù)據(jù)處理后得到歸一化后的數(shù)據(jù)，其結(jié)果見(jiàn)表1。

2.2.3 評(píng)價(jià)集的建立與單因子評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的確定

評(píng)語(yǔ)集也叫評(píng)價(jià)集或判斷集，就是對(duì)森林火災(zāi)進(jìn)行等級(jí)劃分。依據(jù)表2數(shù)據(jù)的差異性，將湖南省森林火災(zāi)易損性分成4級(jí)，即評(píng)價(jià)集V=｛｝={1級(jí)，2級(jí)，3級(jí)，4 級(jí)}=｛高易損性，較高易損性，較低易損性，低易損性｝，建立各因子的分級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)表，各個(gè)級(jí)別單因子的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2。

2.2.4 隸屬函數(shù)的確定

模糊綜合評(píng)價(jià)法中常見(jiàn)的隸屬函數(shù)有降半正態(tài)分布、降(升)半凹(凸)形分布、降(升)半嶺形分布、降（升）半拋物形分布、降(升)半梯形分布等，本研究根據(jù)森林火災(zāi)易損性指標(biāo)數(shù)據(jù)的分布特點(diǎn)以及隸屬的形式選取降（升）半梯形分布為森林火災(zāi)易損性評(píng)價(jià)的隸屬函數(shù)，其數(shù)學(xué)模型為：

表 1 湖南省各市（州）森林火災(zāi)各評(píng)價(jià)區(qū)易損性因子處理結(jié)果Table 1 Treated date of evaluating vulnerability of forest fire in states and cities of Hunan

表 2 湖南省森林火災(zāi)易損性模糊評(píng)價(jià)等級(jí)及標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Hierarchical classification and fuzzy evaluation parameters of vulnerability of forest fire in states and cities of Hunan

式中Xij(i=1，2，3，4，5，6，7；j=1，2，3，4)表示第i個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)分別對(duì)應(yīng)于易損性1、2、3、4級(jí)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的評(píng)價(jià)特征數(shù)據(jù)，uj(Xi)表示xi評(píng)價(jià)特征數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)于j級(jí)的隸屬度，可在內(nèi)連續(xù)取值。

2.2.5 建立權(quán)重矩陣

區(qū)域森林火災(zāi)易損性等級(jí)評(píng)價(jià)集V與因子集U之間存在著一種模糊關(guān)系，這種關(guān)系可用9×4維模糊矩陣R來(lái)進(jìn)行表示：

建立權(quán)重矩陣，權(quán)重計(jì)算公式為：

則權(quán)重模糊矩陣為：

2.2.6 區(qū)域森林火災(zāi)易損性模糊計(jì)算

將評(píng)價(jià)因子矩陣R與權(quán)重矩陣W進(jìn)行模糊合成運(yùn)算，得到模糊評(píng)判矩陣B：

采用最大隸屬原則，以向量B中的最大值作為評(píng)價(jià)等級(jí)，則該評(píng)價(jià)區(qū)森林火災(zāi)易損性等級(jí)為。

3 湖南省森林火災(zāi)易損性模糊評(píng)價(jià)結(jié)果

以長(zhǎng)沙市為例，依據(jù)表2和表3的數(shù)據(jù)，利用公式(1)、(2)、(3)便可求出其評(píng)價(jià)因子模糊矩陣。

根據(jù)表3數(shù)據(jù)和公式(5)求出：

利用表2數(shù)據(jù)和公式（5）求得：（0.186 75，0，0.096 486，0.124 05，0.108 85，0.039 217，0.049 799，0.181 26，0.213 59）

利用公式（6）求得：（0.349 54，0.244 46，0.121 3，0.284 7）

根據(jù)最大隸屬原則，判定長(zhǎng)沙市森林火災(zāi)易損度等級(jí)為1級(jí)。

運(yùn)用同樣的方法，依次計(jì)算其余13個(gè)評(píng)價(jià)區(qū)并求出各評(píng)價(jià)區(qū)域的易損性。結(jié)果見(jiàn)表3。

最后，依據(jù)表3，對(duì)湖南省14市州森林火災(zāi)易損性進(jìn)行評(píng)價(jià)區(qū)劃，詳細(xì)結(jié)果如圖1和表4。

圖1 湖南省14市（州）易損性等級(jí)區(qū)劃Fig.1 Regionalization for vulnerability of forest fire of 14 states and cities of Hunan

表 3 湖南省森林火災(zāi)易損性模糊評(píng)價(jià)結(jié)果Table 3 Evaluation results of vulnerability of forest fires in states and cities of Hunan

表 4 湖南省十四市(州)森林火災(zāi)易損性等級(jí)評(píng)價(jià)結(jié)果Table 4 Evaluation results of vulnerability of forest fires in 14 states and cities of Hunan

4 結(jié)論與討論

（1）湖南省14市（州）1級(jí)和2級(jí)易損區(qū)占全省的57.14%，這說(shuō)明了湖南省十四市（區(qū)）森林火災(zāi)易損性總體水平偏高。對(duì)高易損區(qū)以及較高易損區(qū)應(yīng)加大防火經(jīng)費(fèi)的投入、提高人們的防火意識(shí)以及加強(qiáng)對(duì)防火隊(duì)伍、消防基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)和維護(hù)。

（2）全省森林火災(zāi)易損性空間分布不均勻。在湘南、湘東、湘北、湘西以及相中其易損性等級(jí)并沒(méi)有呈現(xiàn)明顯的變化規(guī)律。但在以長(zhǎng)沙為主的湖南中部地區(qū)和湖南西南部地區(qū)整體呈現(xiàn)為高易損性中心，以及向北減弱后增強(qiáng)的波浪式分布的特點(diǎn)。

（3）除了文中選取的指標(biāo)外，地形坡度坡向?qū)ι只馂?zāi)易損性評(píng)價(jià)也有一定的影響，因此將森林火災(zāi)易損性評(píng)價(jià)結(jié)果圖與地形圖相疊加，對(duì)森林火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)決策具有很強(qiáng)的科學(xué)性。由于對(duì)地形坡度坡向進(jìn)行數(shù)據(jù)采集并不方便，故沒(méi)有在評(píng)價(jià)指標(biāo)選取之列，有待對(duì)森林火災(zāi)的易損性進(jìn)行進(jìn)一步的研究。

[1] 孫玉榮,張 貴,陳愛(ài)斌,等. 湖南森林火災(zāi)的災(zāi)情區(qū)域分異研究[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào),2012,32:7-11.

[2] 周 雪,張 穎. 中國(guó)森林火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)統(tǒng)計(jì)分析[J]. 統(tǒng)計(jì)與信息論壇, 2014, 29(1): 34-39.

[3] 韓志剛,田大倫,張 貴,等. 湖南省森林火災(zāi)空間分布特征分析[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào), 2010, 30(6):113-118.

[4] 蔡衛(wèi)紅, 王曉紅,于宏洲,等. 基于Rothermel模型的可燃物參數(shù)對(duì)林火行為影響的計(jì)算機(jī)仿真[J]. 中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào), 2013, 33(11):34-41..

[5] 周麗萍. 城市地震災(zāi)害特點(diǎn)與地震易損性分析[J]. 工程抗震與加固改造, 2008, 30(2):122-125.

[6] 徐 娟. 城市泥石流災(zāi)害易損性評(píng)價(jià)研究——以云南省東川區(qū)為例[J]. 保山學(xué)院學(xué)報(bào), 2006, 25(5):83-87.

[7] 林卓宏, 梁 斌, 李榮標(biāo),等. 江門地區(qū)雷電災(zāi)害易損性研究[J]. 氣象研究與應(yīng)用, 2012, 33(4):86-90.

[8] 王紹玉, 劉 佳. 城市洪水災(zāi)害易損性多屬性動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)[J]. 水科學(xué)進(jìn)展, 2012, 23(3):334-339.

[9] 張秀蘭. 基于模糊綜合評(píng)判法的研究及應(yīng)用[J].科技信息：科學(xué)·教研, 2008, (14).424-425.

[10] 厲彥玲. 基于灰色聚類分析方法的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)模型[J]. 測(cè)繪科學(xué), 2007, 32(5):77-79.

[11] 陳東景,李培英,劉樂(lè)軍,等.我國(guó)沿海城市海底地質(zhì)災(zāi)害易損性評(píng)價(jià)[J].中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào), 2010, 20(11):11-17.

[12] Douglas J, Douglas J. Physical vulnerability modelling in natural hazard risk assessment[J]. Natural Hazards and Earth System Science, 2007, 7(2):283-288.

[13] Cutter S L, Boruff B J, Lynn Shirley W. Social Vulnerability to Environmental Hazards[J]. Social Science Quarterly, 2003,84(2): 242–261.

[14] 姜 彤,許朋柱.自然災(zāi)害研究中的社會(huì)易損性評(píng)價(jià)[J]. 中國(guó)科學(xué)院院刊, 1996,(3):186-191.