陳 兵 趙鳳君 范太云 吳莉娟 江智全 趙 爽 葉江霞

（1. 西南林業(yè)大學(xué) 昆明 650224；2. 中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院森林生態(tài)環(huán)境與自然保護(hù)研究所 國(guó)家林業(yè)和草原局森林保護(hù)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 北京 100091；3. 涼山彝族自治州林業(yè)和草原局 西昌 615000；4. 涼山彝族自治州氣象局 西昌 615000；5. 四川省林業(yè)和草原調(diào)查規(guī)劃院 成都 610081）

森林火災(zāi)是一種突發(fā)性強(qiáng)、破壞性大、處置救助較為困難的自然災(zāi)害，是森林最危險(xiǎn)的敵人（張國(guó)紅，2008）。近年來(lái)，受全球氣候變暖和林區(qū)頻繁人為活動(dòng)影響，森林火災(zāi)的發(fā)生頻度和危害呈上升且加重趨勢(shì)（廖俊煒等，2014），極大影響森林資源數(shù)量和質(zhì)量，給生態(tài)文明建設(shè)及生態(tài)安全帶來(lái)巨大威脅，對(duì)生物多樣性和人民生命財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)嚴(yán)重危害?，F(xiàn)行《全國(guó)森林防火規(guī)劃（2016—2025年）》提出堅(jiān)持預(yù)防為主，加大林火阻隔系統(tǒng)建設(shè)力度，提升防范森林大火能力的原則（國(guó)家林業(yè)局等, 2017），防止森林火災(zāi)蔓延，控制重特大森林火災(zāi)發(fā)生最有效的途徑是建立森林防火阻隔網(wǎng)絡(luò)（forest fire obstructing network），這不僅是建立防止森林火災(zāi)蔓延的隔離帶，也是控制林火和撲救隊(duì)伍快速反應(yīng)的重要通道（肖化順等，2010），其建設(shè)狀況對(duì)科學(xué)防控林區(qū)火災(zāi)和減少林火災(zāi)害損失具有重大意義。建立科學(xué)、完善的林火阻隔系統(tǒng)布局，能夠促進(jìn)充分發(fā)揮林火阻隔系統(tǒng)預(yù)防控制森林火災(zāi)的能力，特別是在山高坡陡的高山峽谷地區(qū)。

目前，針對(duì)林火阻隔網(wǎng)的研究主要集中在阻隔網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)方面，尤其側(cè)重林道網(wǎng)密度、配置方法及單一類(lèi)型阻隔網(wǎng)布局規(guī)劃等，對(duì)林火綜合阻隔網(wǎng)布局研究較少。如早期Bilici（2009）通過(guò)網(wǎng)絡(luò)分析法對(duì)加里波利國(guó)家公園進(jìn)行了防火帶、防火線及道路網(wǎng)的整合規(guī)劃建設(shè)研究；此后，徐高福（2009）利用林火阻隔網(wǎng)絡(luò)探究了千島湖林火阻隔網(wǎng)絡(luò)設(shè)置中的關(guān)鍵技術(shù)；王明玉等（2010）以北京西山魏家村林場(chǎng)為研究區(qū)，探索單一類(lèi)型阻隔網(wǎng)布局規(guī)劃，通過(guò)分析防火現(xiàn)狀，確定網(wǎng)絡(luò)最小控制面積和防火林帶的空間格局，規(guī)劃出3類(lèi)防火林帶并組成網(wǎng)絡(luò)。近年來(lái)，袁碩等（2020）基于前人研究理論基礎(chǔ)對(duì)將樂(lè)縣生物防火林帶阻隔網(wǎng)進(jìn)行了現(xiàn)狀優(yōu)化和綜合規(guī)劃。在林火綜合阻隔網(wǎng)布局研究方面，張立坤等（1994）針對(duì)大興安嶺林區(qū)不同立地條件，采用適宜阻隔措施，在我國(guó)首次實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用綜合措施布設(shè)森林防火阻隔網(wǎng)；而后，張炳南等（1995）在此基礎(chǔ)上充分利用河流、道路、水田及人工營(yíng)造防火林帶進(jìn)行了長(zhǎng)泰縣森林防火阻隔網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)。此外，也有學(xué)者針對(duì)一些火災(zāi)高發(fā)區(qū)域已有森林防火阻隔系統(tǒng)存在的問(wèn)題，探索性提出了建設(shè)綜合防火阻隔網(wǎng)的建議（區(qū)智等，2013；曹日紅等，2011；趙鳳君等，2012；Laschiet al., 2019）。綜上，現(xiàn)有林火阻隔網(wǎng)空間布局研究尚局限于單一類(lèi)型林火阻隔網(wǎng)或定性描述構(gòu)建，為有效發(fā)揮林火阻隔網(wǎng)的阻火效果，應(yīng)綜合影響森林火災(zāi)發(fā)生發(fā)展的因子，以定量化分析方法，從空間上確定適合構(gòu)建不同防火阻隔類(lèi)型的區(qū)域。

鑒于此，本研究以四川省涼山彝族自治州西昌市為研究區(qū)，根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、綜合影響森林火災(zāi)發(fā)生發(fā)展的區(qū)域自然地理要素及現(xiàn)有防火基礎(chǔ)設(shè)施，運(yùn)用GIS的空間分析和可視化表達(dá)功能，探究西昌市森林防火綜合阻隔網(wǎng)空間布局適宜區(qū)，以期為西昌市林火綜合阻隔網(wǎng)體系構(gòu)建提供空間位置指示，并為區(qū)域防火阻隔系統(tǒng)建設(shè)及防滅火組織和實(shí)施提供參考。

1 研究區(qū)概況

西昌市地處四川省西南部，為涼山彝族自治州州府，地理坐標(biāo)介于101°46′—102°25′ E、27°32′—28°10′ N，市域面積2 881.90 km2，常住人口95.5萬(wàn)人，以漢族和彝族為主（吳勝義等，2021；李濱希，2020）。西昌市山地占比大，森林覆蓋率達(dá)51.5%（陳曦等，2022），其中林地面積17.4萬(wàn)hm2，林木總蓄積量約1 611.66萬(wàn)m3，可燃物載量大，林火發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)高。屬中亞熱帶高原氣候，干燥多風(fēng)且全年干濕分明，11月至次年4月為干季，1—6月為防火期，火險(xiǎn)期較長(zhǎng)（彭博，2021）。據(jù)統(tǒng)計(jì)，西昌市2011—2020年共發(fā)生森林火災(zāi)60起（圖1），總過(guò)火面積3 709.76 hm2，僅2020年“3·30”森林火災(zāi)過(guò)火面積就高達(dá)3 047.8 hm2，造成大量森林資源損失。雖然近年來(lái)防火基礎(chǔ)設(shè)施得到保障和提升，特別是林火阻隔設(shè)施的建設(shè)有較大提高（顧林生等，2022），但綜合型的林火阻隔網(wǎng)建設(shè)體系尚未完善，仍面臨阻隔規(guī)劃與防火需求不協(xié)調(diào)的問(wèn)題，林火防控形勢(shì)依然嚴(yán)峻。

圖1 西昌市區(qū)位和火點(diǎn)分布Fig. 1 Location and fire point distribution of Xichang City

2 數(shù)據(jù)收集與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)收集與預(yù)處理

收集“西昌市2020年森林資源管理一張圖”數(shù)據(jù)、2011—2020年森林火災(zāi)統(tǒng)計(jì)資料、森林防火基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)及防火期氣象站點(diǎn)觀測(cè)統(tǒng)計(jì)資料，并獲取西昌市地形、遙感影像和多年防火期平均風(fēng)速?！耙粡垐D”數(shù)據(jù)包括全市森林資源情況、土地利用類(lèi)型等；火災(zāi)統(tǒng)計(jì)資料包括近10年的火災(zāi)次數(shù)、位置和過(guò)火面積；防火基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)據(jù)包括現(xiàn)有防火阻隔類(lèi)型、布局和長(zhǎng)度等；地形數(shù)據(jù)來(lái)自地理空間數(shù)據(jù)云（Geospatial Data Cloud）30 m ASTER GDEM的海拔；遙感數(shù)據(jù)來(lái)自哥白尼數(shù)據(jù)中心（Copernicus Open Access Hub）分辨率為10 m的2022年3月5日Sentinel 2A影像；多年防火期平均風(fēng)速源自全球氣候數(shù)據(jù)共享平臺(tái)（World Clim）分辨率為1 km的平均風(fēng)速柵格。對(duì)獲取的數(shù)字海拔和衛(wèi)星影像進(jìn)行拼接裁剪，并將空間參考處理為CGCS 2000 3 Degree GK CM 102E投影坐標(biāo)系。

2.2 火險(xiǎn)等級(jí)分析

參考《林火阻隔系統(tǒng)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》（LY/T 5007—2014）（國(guó)家林業(yè)局，2014），確定森林防火有效阻隔網(wǎng)密度和控制面積。阻隔網(wǎng)空間布局原則依據(jù)《森林防火工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（LYJ 127—1991）等相關(guān)技術(shù)規(guī)程（中華人民共和國(guó)林業(yè)部，1992），并參照現(xiàn)有相關(guān)文獻(xiàn)確定生物阻隔網(wǎng)布局（唐偉，2012）。森林火險(xiǎn)等級(jí)依據(jù)《全國(guó)森林火險(xiǎn)區(qū)劃等級(jí)》（LY/T 1063—2008）（國(guó)家林業(yè)局，2008）確定，即通過(guò)樹(shù)種燃燒類(lèi)別、人口密度、防火期月均降水量、氣溫和風(fēng)速、路網(wǎng)密度6個(gè)因子對(duì)應(yīng)的權(quán)值之和（表1），得到與火險(xiǎn)相關(guān)的3項(xiàng)指標(biāo)數(shù)量（表2），根據(jù)指標(biāo)對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的分級(jí)閾值確定防火期內(nèi)森林火險(xiǎn)等級(jí)。

表1 森林火險(xiǎn)因子權(quán)值Tab. 1 Weight of forest fire risk factors

表2 森林火險(xiǎn)等級(jí)閾值①Tab. 2 Threshold table of forest fire risk grade

2.3 林火綜合阻隔網(wǎng)密度與控制面積分析

林火綜合阻隔網(wǎng)指由多種阻隔類(lèi)型構(gòu)成的封閉、獨(dú)立且相互聯(lián)系的網(wǎng)絡(luò)，其密度和控制面積決定著阻隔網(wǎng)防火效能的發(fā)揮（王明玉等，2012）。本研究根據(jù)防火期森林火險(xiǎn)等級(jí)確定林火阻隔網(wǎng)的有效密度和控制面積，其中阻隔網(wǎng)密度計(jì)算公式如下：

式中：Vl為林火綜合阻隔網(wǎng)的長(zhǎng)度密度，m·hm-2；L為林火綜合阻隔網(wǎng)總長(zhǎng)度，m；S為研究區(qū)林地面積，hm2。

林火綜合阻隔網(wǎng)的控制面積指一個(gè)林火阻隔網(wǎng)格中的林地面積。本研究根據(jù)防火期所屬火險(xiǎn)等級(jí)確定研究區(qū)林火阻隔網(wǎng)的控制面積，依據(jù)《林火阻隔系統(tǒng)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》（LY/T 5007—2014），I、II、III級(jí)火險(xiǎn)等級(jí)的控制面積分別為＜500、501～1 000、1 000～5 000 hm2。

2.4 林火綜合阻隔網(wǎng)布局影響因子分析

森林火災(zāi)發(fā)生和蔓延與天氣、地形、可燃物等密切相關(guān)，林火綜合阻隔網(wǎng)布局應(yīng)考慮火險(xiǎn)等級(jí)、可燃物燃燒類(lèi)型、地形、氣象、成本等多種因素，進(jìn)行功能完善、布局合理的綜合阻隔網(wǎng)選址。結(jié)合西昌市自然地理要素實(shí)際，通過(guò)分析地形地貌、可燃物和氣象條件等對(duì)林火的影響，獲取地形、可燃物燃燒類(lèi)型分布、地類(lèi)、林緣和林中空地、風(fēng)向和風(fēng)速等影響因子。

2.4.1 地形因子 地形對(duì)林火綜合阻隔網(wǎng)布局具有決定性作用，其通過(guò)影響局地氣象條件與可燃物含水率和燃燒程度從而影響林火發(fā)生與發(fā)展（馬文苑，2019）。地形因子主要包括海拔、坡度和坡向地形類(lèi)別以及山脊和山谷地形特征線等，本研究基于DEM數(shù)據(jù)采用空間分析等方法進(jìn)行提取，并根據(jù)研究區(qū)自然地理?xiàng)l件以及防火阻隔建設(shè)難易程度（張曉麗，2018）對(duì)海拔、坡度、坡向進(jìn)行分類(lèi)。以ArcGIS表面分析提取坡度、坡向，并基于DEM水文分析和單流向算法提取山脊和山谷線（楊光義等，2022）（圖2），根據(jù)林火阻隔寬度要求，結(jié)合高分辨率衛(wèi)星影像目視判讀設(shè)置適當(dāng)閾值，確定山脊和山谷。

圖2 水文分析原理Fig. 2 Schematic diagram of hydrologic analysis

2.4.2 可燃物燃燒類(lèi)型和地類(lèi) 可燃物是林火行為的主要影響因子，是直接影響林火蔓延的物質(zhì)基礎(chǔ)，其分布連續(xù)性越大、燃燒性越強(qiáng)，火的蔓延速度和強(qiáng)度就越大。本研究基于《全國(guó)森林火險(xiǎn)區(qū)劃等級(jí)》（LY/T 1063—2008）中樹(shù)種的燃燒特性劃分樹(shù)種燃燒難易程度，通過(guò)“森林資源管理一張圖”中優(yōu)勢(shì)樹(shù)種確定可燃物燃燒類(lèi)型；同時(shí)結(jié)合林火阻隔系統(tǒng)建設(shè)要求對(duì)研究區(qū)地物進(jìn)行分類(lèi)，將全市土地類(lèi)型分為水域濕地、裸地、林地、農(nóng)用地和建設(shè)用地5類(lèi)。

2.4.3 林緣和林中空地 有林地面域的邊緣線（林緣）和林中空地對(duì)林火阻隔和減弱具有一定作用，是耐火樹(shù)種林分適宜布局的區(qū)域，能夠有效降低防火林帶布設(shè)成本。本研究基于Sentinel 2A影像以支持向量機(jī)（support vector machine，SVM）核函數(shù)的非線性分類(lèi)法提取有林地和林中空地（圖3），并通過(guò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化、映射和降維使樣本線性可分，從而獲得最優(yōu)決策效果（李蒼柏等，2020），最后去掉林中空地內(nèi)建設(shè)及農(nóng)用性質(zhì)的裸地，得到林緣和林中空地。

圖3 基于核函數(shù)的非線性SVM分類(lèi)原理Fig. 3 Schematic diagram of nonlinear SVM classification based on kernel functiona. 原始數(shù)據(jù)分布Raw data distribution. b. 數(shù)據(jù)映射到高維度空間中Data mapping to high dimensional space. c. 高維度空間中計(jì)算的決策平面Computed decision plane in high dimensional space. d. 降維后的決策邊界Decision boundary after dimension reduction.

2.4.4 氣象因子 氣象因子是林火行為的外在影響因素，特別是風(fēng)對(duì)林火的推進(jìn)速度、方向及阻隔網(wǎng)的布局具有重要影響（Cruzet al.，2019；趙亮等，2010）。本研究對(duì)區(qū)域風(fēng)向和風(fēng)速模擬進(jìn)行分析，風(fēng)向從2011—2020年防火期月主風(fēng)向和月均風(fēng)速的可視化統(tǒng)計(jì)中得到；風(fēng)速因World Clim數(shù)據(jù)時(shí)空精度不高，需進(jìn)行精細(xì)化處理，主要通過(guò)對(duì)海拔、坡度、地表粗糙程度、曲率、地形起伏度和地表溫度等影響風(fēng)速的因子進(jìn)行線性相關(guān)分析，得出其與風(fēng)速的相關(guān)性（張志斌等，2014），并結(jié)合World Clim 1 km×1 km多年防火期平均風(fēng)速與氣象站點(diǎn)最大風(fēng)速觀測(cè)數(shù)據(jù)，修正時(shí)間尺度為近年防火期的最大風(fēng)速時(shí)間基準(zhǔn)，得到研究區(qū)時(shí)空格局更精確、空間分辨率達(dá)30 m×30 m的防火期平均最大風(fēng)速，最后根據(jù)高仲亮等（2020）研究得出的風(fēng)速與林區(qū)防火道路阻隔功能的關(guān)系，將最大平均風(fēng)速大于4.5 m·s-1的區(qū)域定為阻隔功能失效區(qū)域。

2.5 林火綜合阻隔網(wǎng)布局分析

在綜合布局影響因子的基礎(chǔ)上，結(jié)合布局成本、防火效能、生態(tài)保護(hù)等多目標(biāo)原則，進(jìn)行功能完善、布局合理的自然、生物和工程阻隔網(wǎng)布局適宜區(qū)選址（鄭成忠等，2014）。

2.5.1 自然阻隔網(wǎng)布局分析 自然阻隔網(wǎng)指由自然障礙物組成的網(wǎng)狀阻火結(jié)構(gòu)，是林火阻隔網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)中應(yīng)積極利用的阻隔類(lèi)型，具有成本低、生態(tài)環(huán)境影響小等優(yōu)點(diǎn)（張國(guó)防等，1998）。研究區(qū)自然阻隔網(wǎng)布局根據(jù)《林火阻隔系統(tǒng)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》（LY/T 5007—2014）中的建設(shè)要求及地形地貌特征，基于對(duì)地形特征線和水域的利用，將自然阻隔網(wǎng)布局適宜區(qū)類(lèi)型設(shè)定為寬度大于15 m的山脊、溝谷、河流和水域濕地4種，并結(jié)合防火期主風(fēng)向和森林可燃物燃燒類(lèi)型，選取自然阻隔網(wǎng)布局的適宜區(qū)域。

2.5.2 生物阻隔網(wǎng)布局分析 生物阻隔網(wǎng)指由地表覆蓋難燃性植物的帶狀區(qū)域組成的網(wǎng)狀阻火結(jié)構(gòu)（韓煥金，2018），相比工程類(lèi)阻隔具有充分利用土地類(lèi)型、節(jié)省成本、生態(tài)環(huán)境影響小等優(yōu)點(diǎn)（王海暉，2015；Saharjo，1992），特別是林緣和林中空地所形成的生物阻隔能夠防止人為引起的初發(fā)火蔓延，并能充分利用林地資源和保護(hù)原有植被生境。為達(dá)到防火功效和生態(tài)保護(hù)原則，將生物阻隔利用類(lèi)型設(shè)定為林緣和林中空地2種布局適宜區(qū)，主要基于提取的林緣和林中空地，結(jié)合《林火阻隔系統(tǒng)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》（LY/T 5007—2014）中生物阻隔網(wǎng)的布局要求，參考造林適宜坡度選取合適的林中空地，并去除小面積、不連續(xù)等阻隔作用弱的林緣和林中空地，得到生物阻隔網(wǎng)布局的適宜區(qū)域。

2.5.3 工程阻隔網(wǎng)布局分析 工程阻隔網(wǎng)指由人工修建、無(wú)生命的能阻擋林火蔓延的網(wǎng)狀阻火結(jié)構(gòu)，是目前林火阻隔網(wǎng)防控效能較好和最常用的阻隔類(lèi)型，但建設(shè)成本偏高，應(yīng)將建設(shè)費(fèi)用和難度作為布局選址考慮的主要因素。將GIS的空間分析應(yīng)用到工程阻隔網(wǎng)布局中，通過(guò)對(duì)工程選線影響因子和因子分類(lèi)賦值（張曉麗，2018），確定地物類(lèi)型、坡度、坡向、海拔為林火阻隔網(wǎng)布局難易程度和費(fèi)用高低的主要因素并進(jìn)行屬性賦值（表3），運(yùn)用SPSS因子權(quán)重分析得到權(quán)值分別為29.798、25.168、20.527、24.507（表4）。最后，根據(jù)因子?xùn)鸥窈蜋?quán)值在ArcGIS中計(jì)算出綜合費(fèi)用模型并分級(jí)（圖4），選擇建設(shè)費(fèi)用低且處于低風(fēng)速的區(qū)域作為工程阻隔網(wǎng)布局的適宜區(qū)域。

表3 工程阻隔網(wǎng)影響因子分類(lèi)賦值Tab. 3 Factor classification assignment of engineering obstructing network

表4 因子總方差解釋Tab. 4 Explanation for total variance of factors

圖4 西昌市林火綜合阻隔網(wǎng)布局費(fèi)用Fig. 4 Layout of cost for comprehensive obstructing network of forest fire in Xichang City

2.5.4 綜合阻隔網(wǎng)布局分析 對(duì)自然、生物、工程3類(lèi)阻隔網(wǎng)布局適宜區(qū)域進(jìn)行綜合分析，即通過(guò)3類(lèi)阻隔網(wǎng)布局適宜區(qū)域的空間疊加，得到綜合阻隔網(wǎng)布局的適宜區(qū)及空間格局，并結(jié)合現(xiàn)有防火阻隔基礎(chǔ)設(shè)施和自然地理要素，分析林火阻隔網(wǎng)布局規(guī)律和建設(shè)潛力。

3 結(jié)果與分析

3.1 防火期森林最高火險(xiǎn)等級(jí)

通過(guò)森林火險(xiǎn)等級(jí)計(jì)算，西昌市各火險(xiǎn)因子權(quán)值如表5所示，權(quán)值之和為0.62。根據(jù)每項(xiàng)指標(biāo)的資源數(shù)量乘以權(quán)值之和得到3項(xiàng)指標(biāo)的綜合分值，第一、二、三項(xiàng)指標(biāo)分別屬于II、 I、 III級(jí)火險(xiǎn)等級(jí)（表6），參考《全國(guó)森林火險(xiǎn)區(qū)劃等級(jí)》（LY/T 1063—2008）中規(guī)定取其最高值對(duì)應(yīng)的等級(jí)為區(qū)域森林火險(xiǎn)等級(jí)，最終確定西昌市防火期最高森林火險(xiǎn)等級(jí)為I級(jí)。

表5 西昌市森林火險(xiǎn)因子權(quán)值①Tab. 5 Weight for forest fire risk factors in Xichang City

表6 西昌市森林火險(xiǎn)等級(jí)閾值①Tab. 6 Threshold for forest fire risk grade in Xichang City

3.2 林火綜合阻隔網(wǎng)密度和控制面積

分析現(xiàn)有森林防火基礎(chǔ)設(shè)施后發(fā)現(xiàn)，西昌市防火道路長(zhǎng)1 729.12 km，生物阻隔帶114.3 km，防火道路網(wǎng)密度9.94 m·hm-2，生物防火阻隔網(wǎng)密度0.66 m·hm-2，林火阻隔網(wǎng)總密度10.6 m·hm-2。雖然防火道路網(wǎng)密度遠(yuǎn)高于《全國(guó)森林防火規(guī)劃（2016—2025 年）》中3.1 m·hm-2標(biāo)準(zhǔn)，總密度也高于全國(guó)平均水平，但西昌市防火期內(nèi)屬I(mǎi)級(jí)火險(xiǎn)區(qū)，總密度低于標(biāo)準(zhǔn)17.88 m·hm-2。當(dāng)森林火險(xiǎn)最高為I級(jí)時(shí)，按照 《林火阻隔系統(tǒng)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》（LY/T 5007—2014）要求， 林火綜合阻隔網(wǎng)控制面積應(yīng)小于500 hm2。

3.3 林火綜合阻隔網(wǎng)布局因子格局

3.3.1 地形因子 通過(guò)自然間斷分類(lèi)，海拔分為1 134～1 450、1 451～1 570、1 571～2 190、2 191～2 630、2 631～3 030、3 031～3 430、3 431～4 136 m共7類(lèi)（圖5a）；坡度分為0°～3.0°、3.1°～6.0°、6.1°～9.0°、9.1°～12.0°、12.1°～16.0°、16.1°～30.0°、30.1°～45.0°、大于45.0°共8類(lèi)（圖5b）；坡向分為平面、陰坡、半陰半陽(yáng)坡、陽(yáng)坡4類(lèi)（圖5c）。從地形布局可見(jiàn)，西昌市整體屬于復(fù)雜山地地貌，地形具明顯空間異質(zhì)性，山高坡陡區(qū)域主要位于東西向外側(cè)，特別是西北部和東南側(cè)外圍，坡度基本在16°以上，整體地形破碎，全境分布有明顯山脊（圖5d）和山谷（圖5e），給森林火災(zāi)預(yù)防及防控帶來(lái)挑戰(zhàn)，同時(shí)也為林火阻隔提供了自然資源條件。

圖5 西昌市林火綜合阻隔網(wǎng)布局影響因子特征Fig. 5 Characteristic diagram of affecting factors for comprehensive obstructing network of forest fire in Xichang City

3.3.2 可燃物燃燒類(lèi)型和地類(lèi) 據(jù)“一張圖”森林植被資源信息統(tǒng)計(jì)，西昌市闊葉林地為8.21萬(wàn)hm2，針葉林地為8.43萬(wàn)hm2，各占林地總面積的47.18%和48.45%，針葉林占比大。難燃類(lèi)樹(shù)種有榿木（Alnus cremastogyne）、刺槐（Robinia pseudoacacia）、青岡（Quercus glauca）、忍冬（Lonicera japonica）等，分布面積僅占林地總面積的3.85%，而易燃類(lèi)樹(shù)種有云南松（Pinus yunnanensis）、櫟（Quercus）、栗（Castaneamollissima）等，占比達(dá)85.24%。從樹(shù)種可燃性布局（圖5g）可見(jiàn)，西昌市難燃類(lèi)樹(shù)種占比小，呈零星分布，林火防控能力弱；易燃類(lèi)樹(shù)種占比大，分布上集中連續(xù)且大多為純林，給林火防控帶來(lái)極大困難。從地物類(lèi)型布局（圖5f）可見(jiàn)，西昌市林地和農(nóng)用地占比大，裸地次之，林地主要分布于東西兩側(cè)區(qū)域，農(nóng)用地分布于中部河谷地帶，裸地分布較散，為林火阻隔布局提供了可利用的地類(lèi)條件。

3.3.3 林緣和林中空地 有林地林緣長(zhǎng)度2.87萬(wàn)km，去除林中空地內(nèi)非林地性質(zhì)區(qū)域，面積為4.31萬(wàn)hm2（圖5h）。西昌市林緣和林中空地分布較廣，林中空地總面積大但較為破碎，給林火阻隔提供了有利條件。

3.3.4 風(fēng)向和風(fēng)速 通過(guò)防火期風(fēng)向可視化（圖5j），可知西昌市在北（N）方向具有最大日數(shù)，故主風(fēng)向?yàn)楸保∟）。采用ArcGIS風(fēng)速計(jì)算并可視化30 m×30 m的防火期平均最大風(fēng)速（圖5i），得出西昌市最大平均風(fēng)速最低為3.79 m·s-1，最高為9.23 m·s-1。西昌市整體上高風(fēng)速區(qū)分布較廣，主要分布在中部河谷及西北和東南角高海拔地區(qū)，給林火阻隔網(wǎng)布局帶來(lái)了困難。

3.4 西昌市林火綜合阻隔網(wǎng)布局適宜區(qū)域

3.4.1 自然阻隔網(wǎng)布局 自然阻隔網(wǎng)布局受風(fēng)向和可燃物影響較大，通過(guò)對(duì)山脊、溝谷、河流適宜布局區(qū)域再選取，選擇垂直或與主風(fēng)向呈45°及以上夾角且位于可燃物內(nèi)的區(qū)域作為阻隔區(qū)域。統(tǒng)計(jì)得出，西昌市可利用的自然阻隔網(wǎng)線有88條，其中山脊線32條、山谷線34條、河流22條，適宜線路總長(zhǎng)880.65 km；可利用水域有276處，總面積3 133.24 hm2。從自然阻隔網(wǎng)布局適宜區(qū)域（圖6a）可見(jiàn)，西昌市自然阻隔網(wǎng)布局適宜線路主要位于東南、東北部和安寧河谷西側(cè)廣大山地，包括雞公山山脈、安寧河流域、雅礱江流域等；適宜布局的水域主要分布于瀘山周邊，包括邛海、四五水庫(kù)等，整體上為林火綜合阻隔網(wǎng)布局提供了天然條件。

圖6 西昌市林火自然阻隔網(wǎng)（a）、生物阻隔網(wǎng)（b）、工程阻隔網(wǎng)（c）和綜合阻隔網(wǎng)（d）布局適宜區(qū)域Fig. 6 Layout of suitable area for natural obstructing（a）, biological obstructing (b), engineering obstructing(c), and comprehensive obstructing(d) network of forest fire in Xichang City

3.4.2 生物阻隔網(wǎng)布局 西昌市特殊的自然地理環(huán)境導(dǎo)致林緣和林中空地分布破碎，給生物阻隔網(wǎng)布局提供了有利條件。通過(guò)對(duì)提取的林緣進(jìn)行過(guò)濾和選取，得到生物阻隔網(wǎng)可利用的林緣長(zhǎng)5 815.58 km。對(duì)于林中空地布局，為有效防止水土流失，在規(guī)定的25°造林坡度臨界值條件下，得到可利用的林中空地面積為9 561.52 hm2。從生物阻隔網(wǎng)布局適宜區(qū)域（圖6b）可見(jiàn)，西昌市生物阻隔布局適宜區(qū)域整體上分布均勻，覆蓋林地范圍廣，其中林緣布局區(qū)域主要分布在海拔和坡度較低的森林外圍，林中空地布局區(qū)域分布在海拔較高的森林內(nèi)部，二者為耐火樹(shù)種林分分布及生物防火林帶布局提供了保障。

3.4.3 工程阻隔網(wǎng)布局 基于布局成本，將費(fèi)用模型通過(guò)自然間斷分為低、較低、中、較高、高5類(lèi)，選取低和較低費(fèi)用區(qū)域?yàn)椴季诌m宜區(qū)，去掉高風(fēng)速區(qū)域后得到工程阻隔網(wǎng)布局適宜區(qū)面積為2.99萬(wàn)hm2。從布局適宜區(qū)域（圖6c）可見(jiàn)，西昌市工程阻隔布局適宜區(qū)域整體上較集中，主要分布于安寧河谷東西兩側(cè)及邛海周邊低海拔區(qū)域。通過(guò)疊加現(xiàn)有防火道路，發(fā)現(xiàn)其基本位于布局適宜區(qū)內(nèi)，直接為工程阻隔網(wǎng)的布局提供了可視化的空間指示。

3.4.4 綜合阻隔網(wǎng)布局 將自然、生物、工程阻隔網(wǎng)布局適宜區(qū)域與西昌市自然地理?xiàng)l件、現(xiàn)有林火阻隔及易燃植被分布區(qū)進(jìn)行綜合疊加分析，得出生物與工程阻隔網(wǎng)重合的適宜區(qū)面積為4 045.69 hm2，并得到綜合阻隔網(wǎng)布局適宜區(qū)域（圖6d）。西昌市綜合阻隔網(wǎng)布局適宜區(qū)總體分布均勻，能輻射西昌市各類(lèi)林地，具有布局完整性。自然阻隔網(wǎng)布局適宜區(qū)主要位于不宜進(jìn)行建設(shè)性活動(dòng)的山地區(qū)域；生物阻隔網(wǎng)布局適宜區(qū)主要在大面積森林內(nèi)部和外圍地帶以及林區(qū)居民點(diǎn)周邊，其破碎化和大面積的分布能有效阻隔集中連片的森林，而工程阻隔網(wǎng)布局適宜區(qū)主要在坡度小、海拔低的裸地等區(qū)域，有助于強(qiáng)化現(xiàn)有工程阻隔的作用。通過(guò)疊加現(xiàn)有林火阻隔和易燃植被區(qū)發(fā)現(xiàn)，西昌市易燃類(lèi)植被區(qū)面積大，現(xiàn)有阻隔切割林地面積過(guò)大，防火道路阻隔有斷頭現(xiàn)象，而西北和東南向區(qū)域因山高坡陡，致使現(xiàn)有林火阻隔布局薄弱，且該區(qū)位于易燃類(lèi)植被分布區(qū)，林火發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)大，應(yīng)加強(qiáng)林火綜合阻隔網(wǎng)的布局。

4 討論

4.1 影響因子及指標(biāo)選擇

西昌市作為全國(guó)森林火災(zāi)高危區(qū)，生物地理環(huán)境復(fù)雜，單一防火阻隔類(lèi)型不能有效阻隔林火發(fā)生與蔓延，也難以兼顧生態(tài)、功效、經(jīng)濟(jì)的原則，故應(yīng)從全面因子分析與指標(biāo)選取入手，進(jìn)行林火綜合阻隔網(wǎng)布局空間定量評(píng)估。通過(guò)充分考慮影響森林火災(zāi)的自然、生物、地理環(huán)境，確定選取海拔、坡度、坡向、山脊、山谷、地物類(lèi)型、樹(shù)種可燃性、林緣、林中空地、風(fēng)向和風(fēng)速11個(gè)因子。本研究與王明玉等（2010）和袁碩等（2020）進(jìn)行的單一類(lèi)型阻隔布局因子選取相比更為全面。選取的因子與林火及阻隔效果密切相關(guān)，其中海拔、坡度及坡向能影響林火的蔓延速度和防撲的難易程度，且對(duì)工程阻隔網(wǎng)建設(shè)難易度和布局選址有重要影響；山脊和山谷能減弱林火蔓延強(qiáng)度，充分利用自然設(shè)施可為林火防控提供天然阻隔；地物類(lèi)型因土地利用類(lèi)型及程度不同而影響工程阻隔網(wǎng)布局建設(shè)成本；樹(shù)種可燃性直接影響林火的引燃性及危害程度，且影響林火阻隔網(wǎng)布局格局；林緣和林中空地能切斷森林分布的連續(xù)性，并為生物阻隔網(wǎng)布局提供現(xiàn)成的耐火樹(shù)種林分分布界線和覆蓋區(qū)域；風(fēng)向和風(fēng)速能影響火的推進(jìn)方向和速度，對(duì)林火綜合阻隔網(wǎng)布局選址、朝向、寬度設(shè)置具有先導(dǎo)作用。本研究充分考慮各因子特征，并基于現(xiàn)狀條件，結(jié)合現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范確定各指標(biāo)值，能極大提高綜合阻隔網(wǎng)的布局功效。

4.2 防火阻隔網(wǎng)布局方法

本研究在充分選擇防火阻隔指標(biāo)的基礎(chǔ)上，借助GIS空間分析方法對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行定量化表達(dá)，為防火阻隔網(wǎng)適宜區(qū)域的科學(xué)布局提供了重要參考，這有別于張國(guó)紅（2008）和區(qū)智等（2013）對(duì)林火阻隔系統(tǒng)建設(shè)的經(jīng)驗(yàn)性和定性分析。本研究以空間可視化專(zhuān)題地圖對(duì)林火綜合阻隔網(wǎng)布局提供了具體的可布局區(qū)域位置及數(shù)量，研究結(jié)果對(duì)阻隔系統(tǒng)建設(shè)實(shí)踐更具有空間指示和參考價(jià)值。另一方面，本研究通過(guò)分析自然、生物、工程3類(lèi)阻隔網(wǎng)的適宜區(qū)域得到綜合阻隔網(wǎng)，與Laschi等（2019）針對(duì)的單一類(lèi)型阻隔布局相比，阻隔功效更科學(xué)、完善。本研究充分利用自然、生物與地理?xiàng)l件，考慮成本、功效和生態(tài)效益，與張曉麗（2018）主要考慮費(fèi)用成本進(jìn)行選線布局相比，更能體現(xiàn)多目標(biāo)效益。此外，從空間尺度上看，研究借助GIS空間分析和建模功能，進(jìn)行指標(biāo)因子空間30 m尺度的精細(xì)化表達(dá)，如模擬出的30 m×30 m最大平均風(fēng)速場(chǎng)更能表達(dá)山地環(huán)境下的氣象因子空間格局，為精確、科學(xué)的防火阻隔構(gòu)建提供了重要支撐。相比Bilici（2008）的方法，本研究采用更宏觀尺度變量進(jìn)行布局，效果有明顯改進(jìn)，這有助于提高防火綜合阻隔布局的科學(xué)性和有效性。

4.3 不足與展望

本研究采用GIS定量分析、可視化疊加方法探究基于自然、生物、工程阻隔網(wǎng)適宜區(qū)的森林防火綜合阻隔網(wǎng)空間布局方法，對(duì)西昌市森林防火阻隔系統(tǒng)建設(shè)具有一定參考價(jià)值，但整個(gè)阻隔網(wǎng)的構(gòu)建未進(jìn)行深入的網(wǎng)絡(luò)路徑規(guī)劃，將來(lái)需進(jìn)行綜合多種因子的定量分析，如通過(guò)聚類(lèi)分析等進(jìn)行完整的防火阻隔網(wǎng)體系構(gòu)建研究。而且在選擇影響因子時(shí)，雖盡量考慮影響林火發(fā)生和發(fā)展的因子，但在西昌市這類(lèi)森林火災(zāi)高危地區(qū)影響林火和阻隔網(wǎng)布局的因素很多，比如局部溫度和濕度等氣候條件及動(dòng)態(tài)，值得進(jìn)一步補(bǔ)充完善。此外，本研究布局的綜合防火阻隔網(wǎng)適宜區(qū)域旨在為基層防火阻隔體系建設(shè)提供選址參考，主要基于防火功效并考慮建設(shè)成本和對(duì)生態(tài)的影響，而對(duì)建成后的區(qū)域景觀格局、生物多樣性保護(hù)等作用及影響還需深入探討。在防火阻隔網(wǎng)建設(shè)行動(dòng)前，應(yīng)充分評(píng)估規(guī)劃布局效果，真正發(fā)揮綜合防火阻隔網(wǎng)及系統(tǒng)的多功能效益。

5 結(jié)論

本研究通過(guò)定量分析林火綜合阻隔網(wǎng)布局的影響因子及作用，指出自然、生物、工程類(lèi)阻隔網(wǎng)的適宜布局線路及分布區(qū)，可對(duì)西昌市林火阻隔布局與規(guī)劃提供借鑒。

1） 西昌市林火綜合阻隔網(wǎng)布局適宜區(qū)域整體分布均勻，特別是生物阻隔網(wǎng)布局適宜區(qū)可分布至其他阻隔類(lèi)型不適合的區(qū)域，且整體布局上呈現(xiàn)出3類(lèi)阻隔網(wǎng)適宜區(qū)相互補(bǔ)充、相互聯(lián)接的特點(diǎn)，有利于保證布局整體效益的發(fā)揮。

2） 西昌市現(xiàn)有林火阻隔未能達(dá)到相應(yīng)火險(xiǎn)等級(jí)要求的密度和控制面積，林火綜合阻隔網(wǎng)后期建設(shè)應(yīng)重點(diǎn)加強(qiáng)西北和東南向布局薄弱的林區(qū)，充分利用生物地理等條件，強(qiáng)化自然和生物阻隔網(wǎng)建設(shè)，并進(jìn)行現(xiàn)有防火道路阻隔斷頭的連通，從成本、功能、生態(tài)方面進(jìn)行林火阻隔網(wǎng)的綜合布局。

3） 林火綜合阻隔網(wǎng)的具體規(guī)劃取決于適宜的空間布局選址，本研究得出的定量化結(jié)果將對(duì)西昌市未來(lái)林火阻隔網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)提供一定參考。同時(shí)，本研究采用的林火綜合阻隔網(wǎng)布局方法具有普適性，對(duì)其他地區(qū)相關(guān)類(lèi)型阻隔網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃具有參考價(jià)值。