張雪一 薛偉 李奇

摘?要：為合理評(píng)價(jià)興安落葉松（Larix gmelinii）人工林采伐跡地火險(xiǎn)等級(jí)，探究火險(xiǎn)因素之間的相互影響作用，為興安落葉松人工林區(qū)防火提供理論支撐，本文采用交叉影響法，結(jié)合馬爾可夫預(yù)測(cè)模型，對(duì)影響火災(zāi)的17個(gè)因素進(jìn)行交叉分析，并計(jì)算各因素的校正概率。通過(guò)對(duì)大興安嶺新林區(qū)落葉松林班的案例分析可知：在經(jīng)過(guò)交叉影響后，該研究區(qū)域的溫度、相對(duì)濕度、降水量、可燃物分布方式和伐根油脂含量造成火災(zāi)的可能性呈上升趨勢(shì);坡度、可燃物儲(chǔ)量、伐根高度、消防安全意識(shí)和消防巡查監(jiān)管造成火災(zāi)的可能性呈下降趨勢(shì)。改進(jìn)交叉影響分析法可以應(yīng)用到興安落葉松人工林采伐跡地的火險(xiǎn)因素分析中，能夠正確地分析各因素之間的相互影響關(guān)系，為興安落葉松人工林區(qū)的消防風(fēng)險(xiǎn)決策提供了新的思路與方向。

關(guān)鍵詞：興安落葉松;采伐跡地;交叉影響法;火險(xiǎn)因素;馬爾可夫預(yù)測(cè)

中圖分類號(hào)：S762.2?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A?文章編號(hào)：1006-8023（2021）06-0010-07

Abstract：In order to reasonably evaluate the level of fire danger in Larix gmelinii logging slash and explore the interaction between fire danger factors， and provide the theoretical support for the fire prevention of Larix gmelinii plantation， in this paper， the cross-impact method and Markov prediction model were used to analyze the 17 factors affecting the fire， and the correction probability of each factor was calculated. Through the Larix gmelimii of Xinlin District in Daxingan mountains case analysis， it can be seen that after the cross impact， the possibility of fire caused by the temperature， relative humidity， precipitation， fuel distribution pattern and oil content of cutting roots were on the rise. The probability of fire caused by the gradient， fuel reserves， cutting height， fire safety awareness， and fire patrol and supervision showed a downward trend in the area. The improved cross-impact analysis method can be applied to the analysis of fire danger factors in Larix gmelinii logging slash， which can correctly analyze the interaction between the factors， and provide a new idea and direction for the fire risk decision of Larix gmelinii plantation.

Keywords：Larix gmelinii; logging slash; cross-impact method; fire danger factors; Markov forecast

0?引言

興安落葉松（Larix gmelinii）人工林分布在大小興安嶺地區(qū)，是東北林區(qū)的主要樹種，其蓄積量和采伐量都位居全國(guó)首位[1]。不同于杉木、桉樹等樹種，興安落葉松在采伐過(guò)后，其伐根和枝干會(huì)殘留大量的油脂，同時(shí)，由于采伐后上層喬木的消失，采伐跡地的郁閉度減小，光照強(qiáng)度會(huì)急劇提高，加上剩余的其他可燃物，以及各種人為參與的因素，發(fā)生森林火災(zāi)的可能性會(huì)顯著提升[2-4]。因此，開展對(duì)興安落葉松人工林采伐跡地火險(xiǎn)因素的研究很有意義。

近年來(lái)，多名學(xué)者對(duì)落葉松人工林采伐跡地的火險(xiǎn)因素進(jìn)行了研究。劉春起等[5]采用層次分析法對(duì)影響興安落葉松采伐林跡地火災(zāi)發(fā)生的14個(gè)主要因素進(jìn)行了評(píng)估，制定了火災(zāi)危險(xiǎn)等級(jí)評(píng)定表;趙洪陽(yáng)等[6]基于模糊綜合評(píng)價(jià)法，將各因素進(jìn)行量化處理并加以修正，但存在著主觀因素過(guò)高的缺點(diǎn);王景巍等[7]驗(yàn)證了物元可拓法在長(zhǎng)白山落葉松人工林采伐跡地的合理性，減少了主觀因素對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果的影響，但是沒(méi)有考慮到這些因素之間的相互影響。因此，單純的對(duì)各風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行權(quán)重評(píng)估，已經(jīng)無(wú)法滿足新型的消防安全管理要求。基于以上分析，本文采用改進(jìn)交叉影響法，結(jié)合馬爾可夫預(yù)測(cè)[8-9]，建立興安落葉松人工林采伐跡地火災(zāi)因素體系，對(duì)各因素之間的相互影響關(guān)系進(jìn)行研究，為興安落葉松人工林區(qū)防火工作提供理論支撐。

1?改進(jìn)交叉影響分析法

1.1?構(gòu)建交叉影響矩陣模型

采用德爾菲法（Delphi）對(duì)相關(guān)專家進(jìn)行問(wèn)卷調(diào)查，得出各因素間的相互影響程度。構(gòu)建影響因素指標(biāo)集C，根據(jù)因素間的相互影響程度建立交叉影響矩陣A，見公式（1）。

1.2?計(jì)算交叉影響概率矩陣

交叉影響分析法是美國(guó)學(xué)者戈登創(chuàng)立的一種技術(shù)預(yù)測(cè)方法，將事件之間相互影響的方向與大小加以分析，并對(duì)原來(lái)的預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行修正[10]，在1968年提出了計(jì)算交叉影響經(jīng)驗(yàn)公式：

1.3?結(jié)合馬爾可夫預(yù)測(cè)模型

馬爾可夫預(yù)測(cè)模型的基本性質(zhì)是在時(shí)間序列上有無(wú)記憶性，即事物在第n個(gè)時(shí)間的狀態(tài)只與第n-1個(gè)時(shí)間的狀態(tài)有關(guān)，且經(jīng)過(guò)多次的轉(zhuǎn)移后，這一馬爾可夫鏈會(huì)趨于穩(wěn)定狀態(tài)[11]。在將馬爾可夫與交叉影響分析相結(jié)合的過(guò)程中，首先要將考慮交叉影響之后的概率矩陣進(jìn)行歸一化處理，見公式（4）：

1.4?計(jì)算校正概率

2?建立交叉影響法模型

2.1?興安落葉松人工林采伐跡地火險(xiǎn)影響指標(biāo)

根據(jù)2006—2020年興安落葉松人工林采伐跡地的火災(zāi)特點(diǎn)，把其影響因素進(jìn)行歸納總結(jié)，主要從地形因素、氣候因素、可燃物因素和人為因素4個(gè)主要方面進(jìn)行討論，并對(duì)每一個(gè)因素進(jìn)行細(xì)化分析[12-16]，如圖1所示。

框圖中各因素釋義見表1。

2.2?影響關(guān)系矩陣確定

采用德爾菲法將因素間相互影響程度劃分為5個(gè)等級(jí)，建立各因素相互之間的影響程度標(biāo)度表，見表2。

運(yùn)用專家調(diào)查法取各位專家給出的量值平均數(shù)以及影響方向，由公式（2）獲取影響程度判斷矩陣，見表3。

3?改進(jìn)交叉影響法的實(shí)例分析

3.1?研究區(qū)域概況

研究區(qū)域處于黑龍江省大興安嶺地區(qū)新林林業(yè)局，地理坐標(biāo)為123°41′～125°25′ E， 51°20′～52°10′ N。選用區(qū)域?yàn)樾铝謪^(qū)93—97林班，采伐跡地面積約為1 260 hm2，采伐方式為皆伐，境內(nèi)地勢(shì)平緩，平均海拔600 m，處于半陰坡，平均坡度小于等于10°，年平均降水量為480～510 mm，主要集中在6—8月份。道路網(wǎng)長(zhǎng)度約為3 485 m，被詢問(wèn)林牧業(yè)人數(shù)76人，人員消防安全素質(zhì)良好，消防設(shè)施完好，每間隔2 d進(jìn)行一次巡查監(jiān)管，每天人為活動(dòng)時(shí)間4.5～5 h，少有非生產(chǎn)性用火行為，采伐剩余物選擇堆積處理，伐根高度5 cm左右，通過(guò)抽樣采集，檢測(cè)出伐根油脂含量為0.8 kg/m2，可燃物總量為1.1 kg/m2。由相關(guān)統(tǒng)計(jì)得出該研究區(qū)域9月份某一天的天氣情況為：3 d前降雨，風(fēng)速為3級(jí)，空氣相對(duì)濕度50%，最高溫度22 ℃，最低溫度7 ℃，可燃物含水量約為12.6%。

利用專家打分法確定研究當(dāng)天每一個(gè)因素造成火災(zāi)發(fā)生的初始可能性P0，P0=（0.20.20.40.50.40.30.50.60.30.50.40.20.30.30.40.40.3）。

3.2?確定交叉影響程度

由交叉影響法公式（3）獲得交叉概率矩陣Pn，見表4。由表4可知，在經(jīng)過(guò)相互影響過(guò)后，火險(xiǎn)因素C1—C17由最初的0.2、0.2、0.4、0.5、0.4、0.3、0.5、0.6、0.3、0.5、0.4、0.2、0.3、0.3、0.4、0.4、0.3，變化為0.14～0.23（C1）、0.17～0.22（C2）、0.30～0.54（C3）、0.45～0.70（C4）、0.40～0.59（C5）、0.20～0.43（C6）、0.40～0.65（C7）、0.55～0.77（C8）、0.22～0.45（C9）、0.43～0.63（C10）、0.33～0.57（C11）、0.15～0.33（C12）、0.13～0.43（C13）、0.20～0.47（C14）、0.26～0.54（C15）、0.23～0.62（C16）、0.22～0.47（C17）。

由公式（4）將交叉概率矩陣Pn中的元素歸一化重組，算得馬爾可夫轉(zhuǎn)移概率矩陣P，見表5。

由公式（5）和公式（6）計(jì)算各因素的校正概率Pc、概率校正權(quán)重W和概率變化值ΔP，見表6。變化對(duì)比曲線如圖2所示。

3.3?結(jié)果分析

由表6和圖2可知，該區(qū)域興安落葉松人工林采伐跡地火災(zāi)影響因素經(jīng)過(guò)交叉影響分析后，地形因素、氣候因素、可燃物因素和人為因素所占權(quán)重分別為5.9%，27.2%，37.2%和29.7%。其中可燃物含水率和相對(duì)濕度所占權(quán)重較大，為9.8%和8.6%;坡度和坡向所占權(quán)重較小，為2.8%和3.1%。

影響因素中坡度、可燃物儲(chǔ)量、伐根高度、消防安全意識(shí)和消防巡查監(jiān)管的校正概率顯著降低，說(shuō)明在各因素的交互作用下，上述5個(gè)因素造成火災(zāi)的可能性下降。這是因?yàn)楫?dāng)消防意識(shí)足夠良好時(shí)，林區(qū)內(nèi)活動(dòng)人員會(huì)有意識(shí)減少人為活動(dòng)時(shí)間并降低可燃物儲(chǔ)量，有效避免由于人員疏忽造成的火災(zāi)。同時(shí)，良好的消防安全意識(shí)和完備的消防設(shè)施及安全制度會(huì)促進(jìn)林區(qū)內(nèi)工作人員對(duì)可燃物隱患的排查，降低引起火災(zāi)的概率。

溫度、濕度、降水量、可燃物分布方式和伐根油脂含量的校正概率有所上升，發(fā)生火災(zāi)的危險(xiǎn)性增加。說(shuō)明該區(qū)域應(yīng)該進(jìn)一步規(guī)范可燃物的分布方式，盡量采取移出跡地或堆積處理的方式;及時(shí)清理挖除伐根，降低伐根油脂含量;還應(yīng)在制定消防安全決策時(shí)提高在高溫干燥天氣時(shí)的防火工作，這是因?yàn)楦邷馗稍锾鞖庀?，降雨量?huì)有所減少，風(fēng)速提高，土壤及可燃物的含水率降低，從而使油脂含量過(guò)高的伐根以及干枯的易燃物起火，引起火災(zāi)。

其他影響因素在經(jīng)過(guò)交互作用后，引起火災(zāi)的概率也會(huì)發(fā)生一些輕微的變化，與單因素的影響概率有所不同。因此，在判斷興安落葉松人工林采伐跡地火險(xiǎn)因素時(shí)，不僅要探究單個(gè)因素對(duì)發(fā)生火災(zāi)的影響，更要探究這些因素相互之間的共同作用，避免連鎖反應(yīng)。

4?結(jié)論

（1） 本文通過(guò)交叉影響分析法，建立了興安落葉松人工林采伐跡地的火險(xiǎn)因素相互影響關(guān)系的模型，并通過(guò)實(shí)例分析各因素在相互作用后的影響程度，探究了該區(qū)域防火工作的重點(diǎn)。主要因素中可燃物因素所占權(quán)重最大，為37.2%，其中又以可燃物含水率所占權(quán)重最大，為9.8%。改進(jìn)交叉影響分析法可以應(yīng)用于興安落葉松人工林采伐跡地，為興安落葉松人工林區(qū)防火工作提供了理論依據(jù)。