韓麗瓊 郭亞嬌 景敏 晏名耀 殷繼艷

摘要：森林火災(zāi)不僅破壞生態(tài)平衡、危害林業(yè)發(fā)展，還嚴(yán)重威脅人民生命財(cái)產(chǎn)安全。雖然地下火發(fā)生的概率小，但是造成的危害卻是極其嚴(yán)重的。文章主要從地下火的概念、分布和特點(diǎn)入手，分析了地下火造成的危害，最后從“防”和“治”兩個(gè)方面介紹了我國地下火現(xiàn)有的預(yù)警監(jiān)測和撲救方法，希望能為地下火的相關(guān)研究和撲救提供借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：森林地下火;危害;防治

中圖分類號：S762? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ?文章編號：2096-1227（2022）04-0130-03

森林火災(zāi)是威脅我國林業(yè)生態(tài)可持續(xù)發(fā)展的最主要因素，給林業(yè)生產(chǎn)帶來巨大的損失，對我國森林資源的保護(hù)和發(fā)展影響巨大。地下火的發(fā)生概率約占森林火災(zāi)總數(shù)的1%，但是造成的危害卻十分嚴(yán)重。目前地下火的預(yù)防和撲救還處在一個(gè)比較初級的階段，一般地下火發(fā)生后，難以被及時(shí)發(fā)現(xiàn)，因而火情在初期無法得到有效控制;一旦火情被發(fā)現(xiàn)，火勢常常已經(jīng)大范圍蔓延，造成巨大的損失。因此，在初期對地下火進(jìn)行有效的預(yù)防，從源頭上降低地下火的發(fā)生概率，是目前防火工作最重要的方向之一。

1? 地下火的概念、分布及特點(diǎn)

1.1? 地下火的概念

森林火災(zāi)依據(jù)其垂直空間的不同，可大致劃分為樹冠火、地表火和地下火。地下火是一種陰燃的過程，多發(fā)生在地表以下的腐殖質(zhì)層或泥炭層。其中，在腐殖質(zhì)層和泥炭層中燃燒的分別稱為腐殖質(zhì)地下火和泥炭地下火[1]。森林地下可燃物的燃燒會導(dǎo)致地下火，甚至?xí)恢睙降V物質(zhì)層的頂部，地下火通常白天看不見火焰，有時(shí)伴有煙，在夜晚可以看到從地面的裂縫處冒出的火舌。

1.2? 地下火的分布

森林火災(zāi)的分布與氣象條件、燃燒植被類型以及經(jīng)緯度等因素密切相關(guān)[2]。森林地下火常常發(fā)生在人跡罕至的森林中，這些地區(qū)具有長期干旱、無雨或少雨、日照時(shí)間長、溫度高、濕度低等特性。

地下火還具有空間和時(shí)間的分布特征。從空間上看，只有富含腐殖質(zhì)層和泥炭層的林區(qū)且極其干旱的條件才會引發(fā)地下火[3]。在國內(nèi)，從我國西北的新疆阿勒泰林區(qū)到東北的大、小興安嶺都受到高頻率森林地下火的嚴(yán)重威脅。此外，地下火在我國的西南林區(qū)，諸如大理、麗江、保山等地也時(shí)有發(fā)生。從時(shí)間上看，夏、秋兩季連旱和極度干旱的暮秋時(shí)節(jié)是地下火的高發(fā)時(shí)段[4]。

1.3? 地下火的特點(diǎn)

1.3.1? 火行為隱蔽

森林地下火發(fā)生在地下的腐殖質(zhì)層中，與外部空間的氣體交換只能通過地面上的縫隙進(jìn)行。在夜晚，幾乎觀察不到地下火的明火，只有在腐殖質(zhì)層很薄或地面上有縫隙的區(qū)域可以看見零星的煙氣;在白天由于氣溫回升，濕度較小，特別是在上午10時(shí)至下午4時(shí)之間可以看見明火和煙氣。

1.3.2? 持續(xù)時(shí)間長

森林地下火是一種低溫、緩慢、持久、無焰的陰燃現(xiàn)象，無論是降雨還是滅火措施對其影響甚微，一旦出現(xiàn)陰燃[5]，一般會持續(xù)很長時(shí)間。例如綏化地區(qū)海倫縣沿溪河火場從1996年秋一直燒到1997年3月，持續(xù)時(shí)間長達(dá)6個(gè)月之久。

1.3.3? 火種可塑性大

在長期干旱少雨的情況下，地表火遇見干旱的樹根、樹枝倒木后向腐殖質(zhì)層或泥炭層內(nèi)擴(kuò)散燃燒，從而引發(fā)地下火;地下火遇見腐殖質(zhì)層很薄的地段或者地面縫隙的時(shí)候，又有可能燃燒到地面而轉(zhuǎn)化成地表火，當(dāng)?shù)叵禄鹩龅疆慅g復(fù)層林的時(shí)候又可能演變成樹冠火。地下火一般不會單獨(dú)存在，基本都是三種火行為同時(shí)存在，因此地下火的火種可塑性比較大。

1.3.4? 燃燒火線斷續(xù)

地下可燃物的含水量影響地下火的蔓延方向。若腐殖質(zhì)層的含水率較低，地下火的蔓延燃燒就會加速;若腐殖質(zhì)層中的含水率較高，地下火就很難燃燒起來，且蔓延速度很慢[6]，因此常常會導(dǎo)致地下火的燃燒火線呈現(xiàn)出一種不規(guī)則不連續(xù)的軌跡。

1.3.5? 破壞性大

森林地下火具有蔓延速度慢、燃燒強(qiáng)度高、燃燒時(shí)間長等特點(diǎn)，極易破壞樹木的根系，所造成的損失極大[7]。一般來說，樹木的根系周圍積累了很厚的枯枝落葉層，極易被地下火的高溫引燃，進(jìn)而灼傷樹木根系，引起樹木成片死亡，在大風(fēng)的作用下形成倒木。

1.3.6? 撲救難度大

地下火不僅能夠在含氧量極低的環(huán)境下蔓延，而且很難人為將其控制住。一方面是缺乏有效的手段，地下火的燃燒范圍很難判定，幾乎無法提前做好攔截;另一方面是地下火蔓延方向很難判斷，而且地下火極易引發(fā)新的火點(diǎn)從而形成多個(gè)火場，加大了撲救難度。

2? 地下火的危害

2.1? 地下火對生態(tài)系統(tǒng)的危害

地下火一旦形成，很容易演化成地表火或樹冠火，不僅威脅林內(nèi)動(dòng)植物生存、破壞林下經(jīng)濟(jì)價(jià)值和藥用價(jià)值較高的動(dòng)植物，還會燒死珍稀動(dòng)物并破壞它們的棲息地。同時(shí)地下火會使森林釋放大量蓄積在土壤中的能量，不僅嚴(yán)重破壞森林生態(tài)系統(tǒng)，還會使各種生態(tài)及生物因子在整個(gè)森林生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)的分布變得混亂。

2.2? 地下火對大氣的危害

在火燒蔓延的過程中，長期積累的碳、氮元素會釋放出來。受全球氣溫升高和人類活動(dòng)的影響，濕地下泥炭層的水位不斷下降，極大提高了地下火陰燃的頻率和深度，因此又會釋放出大量的碳元素氣體，從而作用于氣候變暖。更值得人類警惕的是陰燃釋放出來的是包含了PM2.5等有害物質(zhì)的毒氣，污染大氣環(huán)境，進(jìn)而威脅人類生命健康。

2.3? 地下火對動(dòng)植物的危害

森林地下火在腐殖質(zhì)層的高溫燃燒會破壞樹木根系，嚴(yán)重危害我國森林資源。另外，在腐殖質(zhì)層中燃燒的地下火會產(chǎn)生大量污染環(huán)境的煙霧，煙中的二氧化碳與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生大量碳酸氣，對魚類的生長不利。煙還會改變光照強(qiáng)度、光照時(shí)間、光的成分，進(jìn)而影響作物的光合作用，推遲作物成熟期，影響農(nóng)作物產(chǎn)量。

2.4? 地下火對土壤的危害

2.4.1? 破壞土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)

地下火會燒毀土壤中的有機(jī)質(zhì)，破壞土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，大大降低了土壤對水分的保留力度，使土壤結(jié)構(gòu)變得緊密，減弱了土壤與外界的交換能力。同時(shí)，火災(zāi)過后森林中的空地變多，其接受光線照射的能力變強(qiáng)，森林表面有大量的草木灰，這會使土壤的溫度升高，從而加速土壤水分蒸發(fā)，不利于土壤的自然更替。

2.4.2? 造成土壤微生物大量死亡

微生物群落是影響土地肥力的重要因素。地下火的高溫燃燒會影響土壤的理化性質(zhì)，造成大量土壤微生物死亡。一方面，地下火燃燒所產(chǎn)生的高溫會直接殺死許多微生物;另一方面，地下火的高溫燃燒會改變土壤的理化性質(zhì)，土壤微生物由于適應(yīng)不了新環(huán)境而死亡。

2.4.3? 使土壤理化性質(zhì)變差

地下火使土壤直接裸露在空氣中，當(dāng)雨季來臨時(shí)，土壤被雨水不停地沖刷，其中的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)就會解體，這使土壤滲透壓異常從而造成通透性降低，最終造成土壤板結(jié)。此外，火后土壤中的N、P、K、Ca等微量元素也會有不同程度的變化[8]。

2.4.4? 地下火對人類的危害

地下火雖然燃燒速度緩慢，但能轉(zhuǎn)變成地表火，因此危害性極大，不僅燒毀森林內(nèi)的各種建筑物和生產(chǎn)生活資料，甚至還威脅臨近森林的村莊和人類生活聚居點(diǎn)，且撲救森林火災(zāi)又需要?jiǎng)佑蔑w機(jī)、汽車和專業(yè)消防隊(duì)員，嚴(yán)重威脅人民生命財(cái)產(chǎn)安全，給國民經(jīng)濟(jì)造成巨大損失。

3? 地下火的防治

3.1? 地下火的監(jiān)測

通過對土壤溫度和大氣成分的監(jiān)測來實(shí)現(xiàn)對地下火的監(jiān)測，從而及時(shí)準(zhǔn)確的將地下火情況傳輸出來。監(jiān)測方法主要為：對森林的種類分布、氣象、水文等條件進(jìn)行全面的調(diào)查，收集近些年來有關(guān)地下火的資料，對地下火發(fā)生頻率較高的時(shí)間和地點(diǎn)進(jìn)行歸納;從調(diào)查中歸納總結(jié)原因來對地下火進(jìn)行早期預(yù)警，進(jìn)而初步判斷出地下火發(fā)生的頻率，然后組織人員對重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行重點(diǎn)盯防，從而構(gòu)建了“空中—地面—地下”的多重監(jiān)測系統(tǒng)。

3.1.1? 空中監(jiān)測

利用高敏感度衛(wèi)星進(jìn)行監(jiān)測是目前空中監(jiān)測的主要手段之一。目前國家林業(yè)局的火警監(jiān)測中心主要通過美國的NOAA系列衛(wèi)星以及中國的FY3D—FY4A氣象衛(wèi)星對森林火災(zāi)的多發(fā)地區(qū)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，并將熱點(diǎn)傳輸回來[9]。例如風(fēng)云三號極軌氣象衛(wèi)星在2018年內(nèi)蒙古額爾古納森林火災(zāi)中就發(fā)揮了巨大作用。同樣起到作用的還有資源衛(wèi)星，它能利用多光譜遙感設(shè)備“看透”地層，對地下的資源進(jìn)行監(jiān)測，從而為地下火的撲救提供信息支撐。

利用無人機(jī)巡航監(jiān)測。可以利用無人飛行器搭載北斗、熱成像儀器和氣體分析儀來對地下火進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。更重要的是無人機(jī)還配備紅熱探測設(shè)備，能夠在距離地面1000m的高度對地面火場實(shí)施觀測，并將采集到的信息實(shí)時(shí)反饋回地面。無人機(jī)還可以將著火區(qū)域火勢蔓延情況以及地理坐標(biāo)傳輸給消防部門，這不僅有利于森林消防隊(duì)伍快速進(jìn)行相關(guān)部署，還可以通知人員快速撤離危險(xiǎn)區(qū)域。

3.1.2? 地面監(jiān)測

使用便攜式紅外測溫設(shè)備監(jiān)測。隱蔽性是地下火的特性之一，僅僅依靠無人飛行器、紅外測溫、衛(wèi)星等方法很難對地下火的燃燒情況進(jìn)行監(jiān)測，對地下火火場的邊界也探測得不準(zhǔn)確。地下火的燃燒區(qū)域和范圍一般是通過便攜式紅外測溫設(shè)備來探測的。該儀器是由顯示器、金屬探頭、手柄等部件組成，具有重量輕、體積小、便攜、電池耐久性強(qiáng)等特點(diǎn)。

利用氣體監(jiān)測設(shè)備監(jiān)測。僅僅依靠溫度來監(jiān)測地下火情會由于樹木的遮擋而出現(xiàn)信號不穩(wěn)定和信息不通暢等問題。由于陰燃會產(chǎn)生成分復(fù)雜的氣體，因此可以通過對燃燒氣體成分的監(jiān)測，判斷是否有陰燃現(xiàn)象。通過在線或人工操作的氣體監(jiān)測設(shè)備，分析地下火中的氣體如氨氣、二氧化氮、一氧化碳和氣體有機(jī)物等的含量，當(dāng)監(jiān)測氣體的含量逼近火險(xiǎn)閾值時(shí)，就需要做好撲救地下火的充分準(zhǔn)備。對已經(jīng)存在地下火的燃燒區(qū)域，可以利用氣體監(jiān)測設(shè)備來對地下火的蔓延情況和火場界限進(jìn)行初步判斷，為地下火的后續(xù)撲救以及火后管理工作提供信息支撐。

3.1.3? 地下監(jiān)測

準(zhǔn)確判斷地下火的發(fā)生位置和界限是撲救地下火的關(guān)鍵所在。FHD型森林地下火探測儀就是專門為探測地下火而新研制出來的一款光機(jī)電一體化便攜式探測設(shè)備，該設(shè)備采用紅外探測技術(shù)原理，具備紅外與可見兩種模式，有利于對目標(biāo)進(jìn)行辨識。它具備便攜性、連續(xù)工作性以及使用可靠性等技術(shù)性能，非常適合森林消防隊(duì)員在清理火場的過程中搜尋那些不易發(fā)現(xiàn)的地下火源，為指揮員在火場的決策判斷提供科學(xué)有效的依據(jù)，在保障消防隊(duì)員生命安全的同時(shí)高效地完成任務(wù)。另外，許多發(fā)達(dá)國家還將配備有GPS功能的熱輻射傳感器植入生活在森林地下的生物體內(nèi)，依靠小動(dòng)物對熱的敏感性來準(zhǔn)確預(yù)測地下火的發(fā)生位置。

3.2? 地下火的撲救

在水源充足的情況下，以水滅火固然是最高效的直接撲救手段，但在水源匱乏或取水難度大的地區(qū)，隔斷法是目前為數(shù)不多的行之有效的間接撲救方法之一。隔斷法就是通過人工或者大型機(jī)械等手段破壞地下可燃物的連續(xù)性來切斷地下火的蔓延趨勢，這是一種控制地下火比較有效的方法。下面介紹幾種常見的地下火撲救手段。

3.2.1? 森林消防車滅火

在火場地形的平均坡度小于35°、取水作業(yè)半徑小于5km的火場時(shí)，可以使用森林消防車對地下火進(jìn)行撲救。在撲救行動(dòng)展開后，森林消防車可以沿火線外側(cè)向地底腐殖質(zhì)層當(dāng)中注水，作業(yè)時(shí)水槍手應(yīng)跟進(jìn)在森林消防車后方，徒步以“Z”字形向腐殖質(zhì)下垂直注水。森林消防車的行駛速度應(yīng)限制在每小時(shí)1km以內(nèi)。

3.2.2? 使用組合工具破壞地下火源

組合工具是一套包括了砍刀、鐵鍬、斧頭、耙子等一系列工具的總稱。使用組合工具破壞地下火源就是用鐵鍬或耙子挖出地下火的火源，然后采取以水滅火的方法，也可以用腳把火源踩滅，這種方法在水源有限的情況下成效十分明顯。

3.2.3? 采用泥漿或者泥土窒息實(shí)施滅火

水和泥土充分混合后的泥漿是撲救地下火的有效材質(zhì)，可以通過泥漿來堵住地面上通風(fēng)的縫隙，那么地下火就會因氧氣不足而熄滅。采用泥土覆蓋也是相同的原理。

3.2.4? 使用索狀炸藥滅火

索狀炸藥可用于在原始林區(qū)中開設(shè)隔離帶，其開設(shè)速度帶比大型機(jī)械快10倍以上，比人工快20倍以上，是現(xiàn)階段所有撲救地下火的方法中滅火效果最好、投入資金最少、操作最簡單、投入人員最少、滅火速度最快。

3.2.5? 水泵技術(shù)實(shí)施滅火

水泵滅火是在火場附近的水源架設(shè)水泵，向火場鋪設(shè)水帶，并用水槍噴水滅火的一種方法。單泵輸水距離隨地形坡度而變化，坡度在15°以下時(shí)可輸水3000m，坡度在30°時(shí)可輸水2500m左右，坡度在30°以上時(shí)可輸水2000m左右，單泵輸水量為18t/h左右。

以上幾種技術(shù)，在國外撲救地下火時(shí)已經(jīng)得到普遍使用，在滅火行動(dòng)中可以單獨(dú)使用，而在地形條件比較復(fù)雜的大型火場則可根據(jù)火場的實(shí)際情況，采取復(fù)合型的滅火手段合成滅火。雖然現(xiàn)階段我國也擁有這些技術(shù)與裝備，但是在滅火行動(dòng)中，這些新型技術(shù)裝備并沒有得到廣泛應(yīng)用，所以，要加大新型裝備合成滅火訓(xùn)練的力度，加大對新技術(shù)、新裝備的研發(fā)力度，以提高滅火效率，盡最大可能減少損失。

參考文獻(xiàn)：

[1]舒立福，王明玉，田曉瑞，等.大興安嶺林區(qū)地下火形成火環(huán)境研究[J].自然災(zāi)害學(xué)報(bào)，2003（04）：62-67.

[2]何誠，舒立福，張思玉.我國寒溫帶林區(qū)地下火發(fā)生特征及研究[J].森林防火，2014（04）：22-25.

[3]張吉利，邸雪穎.地下火及陰燃研究進(jìn)展[J].溫帶林業(yè)研究，2018，1（03）：19-22+62.

[4]王耀華，張忠信，李建民，等.森林地下火的危害及防治措施[J].林業(yè)科技，2000（01）：37-38.

[5]尹賽男，單延龍，宋光輝，等.不同粒徑腐殖質(zhì)火垂直燃燒特征研究[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2019，39（10）：95-101.

[6]王志成，劉紹卓.夏季森林地下火分類及火行為特點(diǎn)[J].林業(yè)科技，2004（04）：26-28.

[7]王秋華.森林火災(zāi)燃燒過程中的火行為研究[D].北京：中國林業(yè)科學(xué)研究院，2010.

[8]唐抒圓，李華，單延龍，等.森林地下火特征及防控措施[J].世界林業(yè)研究，2019，32（03）：42-48.

[9]楊光，寧吉彬，舒立福，等.黑龍江大興安嶺衛(wèi)星熱點(diǎn)預(yù)報(bào)森林火災(zāi)準(zhǔn)確性研究[J].北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2017，39（12）：1-9.