张雪一 薛伟 李奇

摘 要：为合理评价兴安落叶松（Larix gmelinii）人工林采伐迹地火险等级，探究火险因素之间的相互影响作用，为兴安落叶松人工林区防火提供理论支撑，本文采用交叉影响法，结合马尔可夫预测模型，对影响火灾的17个因素进行交叉分析，并计算各因素的校正概率。通过对大兴安岭新林区落叶松林班的案例分析可知：在经过交叉影响后，该研究区域的温度、相对湿度、降水量、可燃物分布方式和伐根油脂含量造成火灾的可能性呈上升趋势;坡度、可燃物储量、伐根高度、消防安全意识和消防巡查监管造成火灾的可能性呈下降趋势。改进交叉影响分析法可以应用到兴安落叶松人工林采伐迹地的火险因素分析中，能够正确地分析各因素之间的相互影响关系，为兴安落叶松人工林区的消防风险决策提供了新的思路与方向。

关键词：兴安落叶松;采伐迹地;交叉影响法;火险因素;马尔可夫预测

中图分类号：S762.2 文献标识码：A 文章编号：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

興安落叶松（Larix gmelinii）人工林分布在大小兴安岭地区，是东北林区的主要树种，其蓄积量和采伐量都位居全国首位[1]。不同于杉木、桉树等树种，兴安落叶松在采伐过后，其伐根和枝干会残留大量的油脂，同时，由于采伐后上层乔木的消失，采伐迹地的郁闭度减小，光照强度会急剧提高，加上剩余的其他可燃物，以及各种人为参与的因素，发生森林火灾的可能性会显著提升[2-4]。因此，开展对兴安落叶松人工林采伐迹地火险因素的研究很有意义。

近年来，多名学者对落叶松人工林采伐迹地的火险因素进行了研究。刘春起等[5]采用层次分析法对影响兴安落叶松采伐林迹地火灾发生的14个主要因素进行了评估，制定了火灾危险等级评定表;赵洪阳等[6]基于模糊综合评价法，将各因素进行量化处理并加以修正，但存在着主观因素过高的缺点;王景巍等[7]验证了物元可拓法在长白山落叶松人工林采伐迹地的合理性，减少了主观因素对评价结果的影响，但是没有考虑到这些因素之间的相互影响。因此，单纯的对各风险因素进行权重评估，已经无法满足新型的消防安全管理要求。基于以上分析，本文采用改进交叉影响法，结合马尔可夫预测[8-9]，建立兴安落叶松人工林采伐迹地火灾因素体系，对各因素之间的相互影响关系进行研究，为兴安落叶松人工林区防火工作提供理论支撑。

1 改进交叉影响分析法

1.1 构建交叉影响矩阵模型

采用德尔菲法（Delphi）对相关专家进行问卷调查，得出各因素间的相互影响程度。构建影响因素指标集C，根据因素间的相互影响程度建立交叉影响矩阵A，见公式（1）。

1.2 计算交叉影响概率矩阵

交叉影响分析法是美国学者戈登创立的一种技术预测方法，将事件之间相互影响的方向与大小加以分析，并对原来的预测结果进行修正[10]，在1968年提出了计算交叉影响经验公式：

1.3 结合马尔可夫预测模型

马尔可夫预测模型的基本性质是在时间序列上有无记忆性，即事物在第n个时间的状态只与第n-1个时间的状态有关，且经过多次的转移后，这一马尔可夫链会趋于稳定状态[11]。在将马尔可夫与交叉影响分析相结合的过程中，首先要将考虑交叉影响之后的概率矩阵进行归一化处理，见公式（4）：

1.4 计算校正概率

2 建立交叉影响法模型

2.1 兴安落叶松人工林采伐迹地火险影响指标

根据2006—2020年兴安落叶松人工林采伐迹地的火灾特点，把其影响因素进行归纳总结，主要从地形因素、气候因素、可燃物因素和人为因素4个主要方面进行讨论，并对每一个因素进行细化分析[12-16]，如图1所示。

框图中各因素释义见表1。

2.2 影响关系矩阵确定

采用德尔菲法将因素间相互影响程度划分为5个等级，建立各因素相互之间的影响程度标度表，见表2。

运用专家调查法取各位专家给出的量值平均数以及影响方向，由公式（2）获取影响程度判断矩阵，见表3。

3 改进交叉影响法的实例分析

3.1 研究区域概况

研究区域处于黑龙江省大兴安岭地区新林林业局，地理坐标为123°41′～125°25′ E， 51°20′～52°10′ N。选用区域为新林区93—97林班，采伐迹地面积约为1 260 hm2，采伐方式为皆伐，境内地势平缓，平均海拔600 m，处于半阴坡，平均坡度小于等于10°，年平均降水量为480～510 mm，主要集中在6—8月份。道路网长度约为3 485 m，被询问林牧业人数76人，人员消防安全素质良好，消防设施完好，每间隔2 d进行一次巡查监管，每天人为活动时间4.5～5 h，少有非生产性用火行为，采伐剩余物选择堆积处理，伐根高度5 cm左右，通过抽样采集，检测出伐根油脂含量为0.8 kg/m2，可燃物总量为1.1 kg/m2。由相关统计得出该研究区域9月份某一天的天气情况为：3 d前降雨，风速为3级，空气相对湿度50%，最高温度22 ℃，最低温度7 ℃，可燃物含水量约为12.6%。

利用专家打分法确定研究当天每一个因素造成火灾发生的初始可能性P0，P0=（0.20.20.40.50.40.30.50.60.30.50.40.20.30.30.40.40.3）。

3.2 确定交叉影响程度

由交叉影响法公式（3）获得交叉概率矩阵Pn，见表4。由表4可知，在经过相互影响过后，火险因素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，变化为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）將交叉概率矩阵Pn中的元素归一化重组，算得马尔可夫转移概率矩阵P，见表5。

由公式（5）和公式（6）计算各因素的校正概率Pc、概率校正权重W和概率变化值ΔP，见表6。变化对比曲线如图2所示。

3.3 结果分析

由表6和图2可知，该区域兴安落叶松人工林采伐迹地火灾影响因素经过交叉影响分析后，地形因素、气候因素、可燃物因素和人为因素所占权重分别为5.9%，27.2%，37.2%和29.7%。其中可燃物含水率和相对湿度所占权重较大，为9.8%和8.6%;坡度和坡向所占权重较小，为2.8%和3.1%。

影响因素中坡度、可燃物储量、伐根高度、消防安全意识和消防巡查监管的校正概率显著降低，说明在各因素的交互作用下，上述5个因素造成火灾的可能性下降。这是因为当消防意识足够良好时，林区内活动人员会有意识减少人为活动时间并降低可燃物储量，有效避免由于人员疏忽造成的火灾。同时，良好的消防安全意识和完备的消防设施及安全制度会促进林区内工作人员对可燃物隐患的排查，降低引起火灾的概率。

温度、湿度、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，发生火灾的危险性增加。说明该区域应该进一步规范可燃物的分布方式，尽量采取移出迹地或堆积处理的方式;及时清理挖除伐根，降低伐根油脂含量;还应在制定消防安全决策时提高在高温干燥天气时的防火工作，这是因为高温干燥天气下，降雨量会有所减少，风速提高，土壤及可燃物的含水率降低，从而使油脂含量过高的伐根以及干枯的易燃物起火，引起火灾。

其他影响因素在经过交互作用后，引起火灾的概率也会发生一些轻微的变化，与单因素的影响概率有所不同。因此，在判断兴安落叶松人工林采伐迹地火险因素时，不仅要探究单个因素对发生火灾的影响，更要探究这些因素相互之间的共同作用，避免连锁反应。

4 结论

（1） 本文通过交叉影响分析法，建立了兴安落叶松人工林采伐迹地的火险因素相互影响关系的模型，并通过实例分析各因素在相互作用后的影响程度，探究了该区域防火工作的重点。主要因素中可燃物因素所占权重最大，为37.2%，其中又以可燃物含水率所占权重最大，为9.8%。改进交叉影响分析法可以应用于兴安落叶松人工林采伐迹地，为兴安落叶松人工林区防火工作提供了理论依据。