農(nóng)村防雷工程技術(shù)對(duì)策

姜 榮，李 迪，李舟鑫，周道剛

(1.貴州省貞豐縣氣象局，貴州 貞豐 562200;2.成都信息工程學(xué)院電子工程學(xué)院雷電081班;四川 成都 610000 3.貴州省黔西南自治州防雷減災(zāi)中心，貴州 興義 562400;4.貴州省防雷減災(zāi)中心，貴州 貴陽(yáng) 550002)

農(nóng)村防雷工程技術(shù)對(duì)策

姜 榮1，李 迪2，李舟鑫3，周道剛4

(1.貴州省貞豐縣氣象局，貴州 貞豐 562200;2.成都信息工程學(xué)院電子工程學(xué)院雷電081班;四川 成都 610000 3.貴州省黔西南自治州防雷減災(zāi)中心，貴州 興義 562400;4.貴州省防雷減災(zāi)中心，貴州 貴陽(yáng) 550002)

根據(jù)中國(guó)氣象局安排，2010年貴州省防雷減災(zāi)中心組織完成了5個(gè)農(nóng)村防雷示范工程項(xiàng)目，并通過(guò)省局組織的工程驗(yàn)收。為了今后貴州省農(nóng)村防雷減災(zāi)工程建設(shè)達(dá)到預(yù)期的雷電防護(hù)效果，該文從一起典型案例分析入手，通過(guò)示范工程基本情況介紹，指出貴州省農(nóng)村防雷的技術(shù)難點(diǎn)，根據(jù)農(nóng)村防雷實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，提出農(nóng)村防雷工程實(shí)施應(yīng)注意的問(wèn)題及技術(shù)對(duì)策。

雷擊事故;農(nóng)村防雷;減災(zāi)示范;技術(shù)對(duì)策

1 前言

雷電是大氣中的一種放電現(xiàn)象。雷電災(zāi)害是“國(guó)際減災(zāi)十年”公布的最嚴(yán)重的十種自然災(zāi)害之一，我國(guó)每年因雷電災(zāi)害造成人員傷亡為3 000～5 000人，財(cái)產(chǎn)經(jīng)濟(jì)損失達(dá)70～100億元。貴州省也是一個(gè)雷電災(zāi)害比較嚴(yán)重的省份，據(jù)省防雷減災(zāi)辦公室不完全統(tǒng)計(jì)，2000年以來(lái)，全省發(fā)生雷擊災(zāi)害事故1 016起，人員傷亡617人，直接經(jīng)濟(jì)損失數(shù)億元。其中，雷擊死亡人員90% 以上在農(nóng)村，城市以設(shè)備損失為主。

為了強(qiáng)化氣象為農(nóng)服務(wù)，更好地發(fā)揮氣象部門防災(zāi)減災(zāi)社會(huì)管理職能，支持西部貧困山區(qū)農(nóng)村防雷減災(zāi)工作，中國(guó)氣象局2010年在河北、浙江、重慶、江西、湖南、廣西、四川、貴州、云南、陜西等10省進(jìn)行了農(nóng)村防雷減災(zāi)示范工程建設(shè)［6］，隨后還將陸續(xù)增加示范工程項(xiàng)目。為了使今后我省農(nóng)村防雷減災(zāi)工程建設(shè)達(dá)到預(yù)期的雷電防護(hù)效果，本文從一起典型案例分析入手，通過(guò)示范工程基本情況介紹，指出我省農(nóng)村防雷的技術(shù)難點(diǎn)，根據(jù)農(nóng)村防雷實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，提出農(nóng)村防雷工程技術(shù)措施，為山區(qū)防雷技術(shù)人員提供參考。

2 典型案例

2.1 事故概況

2007-07-05 T 17：30左右，貴州省某縣發(fā)生一起農(nóng)戶人家遭受一死一傷的雷擊傷亡事故，據(jù)傷者事后敘述：兩人種地過(guò)程中遇到雷雨天氣，即回家做飯，事故發(fā)生時(shí)，死者站立在堂屋門口，傷者站靠在廚房門口(圖1);一道閃電后兩人隨即倒地，約半小時(shí)后傷者蘇醒，感覺(jué)全身遭受電擊一般不能動(dòng)彈，稍事手可以活動(dòng)后，找出手機(jī)告知家人“遭受雷擊”，家人及村支書(shū)當(dāng)即帶人到現(xiàn)場(chǎng)，并報(bào)請(qǐng)縣氣象局、縣公安局現(xiàn)場(chǎng)勘查，經(jīng)縣公安局法醫(yī)現(xiàn)場(chǎng)堪驗(yàn)，死者前胸、后背各有一個(gè)圓形黑印，胸部黑印比后背大，直徑約30cm，黑印外沿呈樹(shù)枝狀，為典型雷擊死亡特征，當(dāng)即判定死者死亡原因?yàn)槔讚簟?/p>

圖1 事故發(fā)生時(shí)人員相對(duì)位置示意

2.2 現(xiàn)場(chǎng)基本情況

在接到事故情況通報(bào)后，省防雷減災(zāi)中心即派出技術(shù)人員到現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查了解情況：該戶人家居住在山坡上，距離山頂約10 m，整個(gè)房屋長(zhǎng)約10m，寬7m，高3 m(平面圖如圖2所示)，屋頂中間有一枝高5 m的避雷針，避雷針引下線(φ12圓鋼)由屋后沿墻接入地(實(shí)測(cè)接地電阻8Ω)，避雷針針旁邊3 m放置有1.5 m口徑的電視衛(wèi)星接收天線，衛(wèi)星信號(hào)線綁扎在天線后，由死者位置門框上進(jìn)入室內(nèi);該戶人家四周樹(shù)木較多，電源由廚房旁邊木質(zhì)樹(shù)干架空送到房屋屋檐下(圖3)。通過(guò)技術(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)，衛(wèi)星天線高頻頭、衛(wèi)星接收機(jī)、電視機(jī)已經(jīng)損壞，避雷針針尖有電擊痕跡。

2.3 原因簡(jiǎn)析

從事故現(xiàn)場(chǎng)勘查及傷者講述情況分析：此次事故應(yīng)是一起典型直擊雷擊事故，雷電直接擊在屋面避雷針上，由于衛(wèi)星信號(hào)線綁扎在避雷針腳(距針腳0.5 m)，雷電流在入地過(guò)程中產(chǎn)生的高電位通過(guò)衛(wèi)星信號(hào)線進(jìn)入室內(nèi)，將衛(wèi)星接收機(jī)、電視機(jī)一并擊壞;死者(身高約1.7 m)站立在信號(hào)線下，頭部距離信號(hào)線約20 cm，傷者頭部距離信號(hào)線約1 m，該高電位對(duì)兩人產(chǎn)生旁側(cè)閃擊，造成一死一傷。

查詢當(dāng)日雷達(dá)回波及閃電定位資料，發(fā)生事故前后10 min時(shí)段，當(dāng)?shù)?0 km范圍內(nèi)出現(xiàn)過(guò)一次最高強(qiáng)度在50dBz的雷雨天氣過(guò)程，閃電定位資料顯示，在事故地點(diǎn)5 km范圍內(nèi)出現(xiàn)130次閃電記錄，最大雷電流強(qiáng)度58kA。

從地形方面看，該戶人家坐落在靠近山頂位置，處于雷雨路徑的迎風(fēng)面，地面為貴州典型黃粘土，土壤電阻率低，屬于易遭受雷擊部位，也是造成本次雷擊事故的因素之一，加之屋面避雷針安裝不規(guī)范，出現(xiàn)雷擊傷亡事故在情理之中。

3 貴州山區(qū)農(nóng)村特點(diǎn)概述

3.1 地形地貌特點(diǎn)

貴州全省東西長(zhǎng)約595km，南北相距約509km，總面積為17.6萬(wàn)km2，占全國(guó)國(guó)土面積的1.8%。地形上，全省地勢(shì)西高東低，自中部向北、東、南三面傾斜，平均海拔1 100m左右;境內(nèi)山脈眾多，重巒疊峰，綿延起伏，山高谷深，山頂?shù)缴侥_落差最高達(dá)400 m;地勢(shì)地貌方面，貴州屬于典型喀斯特地貌，土層薄、石頭多，風(fēng)化石、風(fēng)化土、土夾石(石多于土)情況比較普遍;農(nóng)村居住點(diǎn)土質(zhì)較好的地方，四周地形基本是呈馬蹄形且位于山谷的半山腰，北面是進(jìn)風(fēng)口，南面是出風(fēng)口，這種特殊地形使得貴州農(nóng)村雷擊事故率高。

3.2 雷電氣候特點(diǎn)

貴州是受印度洋暖濕氣流影響的省份，氣候在不同地區(qū)和高度的差異比較明顯，具有“一山分四季，十里不同天”的氣候特征，山高谷深，積雨云順山谷移動(dòng)、沿坡而上，云層低、地閃多。根據(jù)貴州省雷電監(jiān)測(cè)網(wǎng)2006—2009年監(jiān)測(cè)資料統(tǒng)計(jì)，全省年平均地閃次數(shù)達(dá)60多萬(wàn)次［1］，年平均地閃密度10.4次/(a·km2)，年平均雷暴日51.9 d，屬于典型高雷暴省份，也是雷電災(zāi)害嚴(yán)重區(qū)域，根據(jù)省防雷減災(zāi)中心不完全統(tǒng)計(jì)，全省平均每年雷擊傷亡人數(shù)在2人以上的農(nóng)村村莊不少于20個(gè)。

3.3 農(nóng)村住宅特點(diǎn)

受歷史原因及貴州經(jīng)濟(jì)落后因素影響，我省農(nóng)村村莊多數(shù)駐扎在半山腰馬蹄形地方，有土、有水、有樹(shù)，適宜耕種，但交通不便，村民住宅多以木質(zhì)結(jié)構(gòu)瓦房為主，其次是磚混結(jié)構(gòu)住宅(如本次事故住宅)，電源線路都是通過(guò)木質(zhì)樹(shù)干架空入戶，電視信號(hào)通過(guò)衛(wèi)星天線直接入戶到接收機(jī)，即是磚混結(jié)構(gòu)住宅也沒(méi)有任何防雷裝置，磚混結(jié)構(gòu)柱筋也僅有4根φ8鋼筋，且為綁扎澆注，房屋基礎(chǔ)也沒(méi)有鋼筋等接地體。本次我省的5個(gè)防雷工程示范點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)的地形、地貌、建筑、設(shè)施等均是這種情況，給工程設(shè)計(jì)施工帶來(lái)較大的困難。

4 農(nóng)村防雷工程應(yīng)注意的問(wèn)題

4.1 地形地貌

建設(shè)完成的農(nóng)村防雷工程示范點(diǎn)均是具有貴州山區(qū)農(nóng)村氣候、環(huán)境、地形、地貌特點(diǎn)的村莊，地形呈馬蹄形、四周是山、積雨云從風(fēng)口進(jìn)入穿村莊而過(guò)，土質(zhì)較好且土壤電阻率低，雷電災(zāi)害嚴(yán)重。

4.2 村民住宅

從現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查的情況統(tǒng)計(jì)分析，示范工程項(xiàng)目村莊木質(zhì)結(jié)構(gòu)住房約占60%，30%是新建磚混結(jié)構(gòu)預(yù)制板房，10%為舊磚混結(jié)構(gòu)預(yù)制板房(類似事故案例)，所有建筑物沒(méi)有任何防雷裝置，電源線路均是架空入戶，電視信號(hào)多為衛(wèi)星接收天線信號(hào)。

4.3 存在的技術(shù)難點(diǎn)

按照GB50057-94(2000)《建筑物防雷技術(shù)規(guī)范》，類似村莊村民住宅屬于第三類防雷建筑物，住宅密集地方家家相連，磚混結(jié)構(gòu)、木質(zhì)結(jié)構(gòu)住房均無(wú)法按照GB50057-94(2000)安裝防直擊雷擊裝置，特別是木質(zhì)結(jié)構(gòu)住房，在住房上安裝防直擊雷擊裝置后反而可能出現(xiàn)雷電反擊傷人安全事故。作為電源、衛(wèi)星信號(hào)線路，架空路徑較長(zhǎng)，布線不規(guī)范，安裝電涌保護(hù)器十分困難，而且整體經(jīng)費(fèi)也不允許。

5 技術(shù)對(duì)策

通常情況下，防雷工程設(shè)計(jì)思路是：按照GB50057-94(2000)《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》技術(shù)規(guī)定，為建筑物設(shè)計(jì)安裝防雷裝置。但對(duì)貴州農(nóng)村山區(qū)這種特殊地形、地貌、氣候特點(diǎn)，經(jīng)濟(jì)落后情況下的村民簡(jiǎn)陋住宅，基本無(wú)法進(jìn)行設(shè)計(jì)安裝，甚至安裝后可能帶來(lái)新的雷擊事故隱患，因此，經(jīng)過(guò)農(nóng)村防雷實(shí)踐的成功經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合參考文獻(xiàn)［2-5］介紹，認(rèn)為我省農(nóng)村山區(qū)采用區(qū)域防雷技術(shù)，才能達(dá)到良好的預(yù)期防護(hù)效果，即：

①不使用保護(hù)范圍的概念進(jìn)行直擊雷防護(hù)設(shè)計(jì)，而是根據(jù)當(dāng)?shù)乩妆┗顒?dòng)的路徑規(guī)律和雷擊選擇性，在適當(dāng)?shù)奈恢冒惭b避雷針，利用避雷針引雷入地。

②在村民居住區(qū)域進(jìn)風(fēng)口高處安裝獨(dú)立避雷針，提高其引發(fā)上行雷和截?fù)粝滦欣?在區(qū)域住宅區(qū)周圍、雷暴活動(dòng)的路徑上適當(dāng)位置、下風(fēng)區(qū)安裝一定數(shù)量的避雷針。

③安裝的獨(dú)立避雷針作用是引雷，因此，高度20 m即可，不必裝得很高。

6 農(nóng)村防雷成功案例

貴州省遵義市習(xí)水縣桃林鄉(xiāng)，地形、地貌屬于典型高原盆地地形(鄉(xiāng)民居住在盆地中心山包上)，帶電雷雨云進(jìn)入后滯留時(shí)間長(zhǎng)，并不斷閃擊放電，除鄉(xiāng)政府辦公大樓有一枝避雷針外，全鄉(xiāng)沒(méi)有任何防雷裝置。從1985—2000年15 a間，全鄉(xiāng)雷擊死亡共35人，平均每年死亡2人以上;雷聲一響，家家關(guān)門閉戶，街道上空無(wú)一人，當(dāng)?shù)厝罕妿缀醯搅苏劇袄住鄙兊某潭取?001年7月，貴州省防雷減災(zāi)辦公室技術(shù)人員經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘查，根據(jù)該鄉(xiāng)地形和氣象環(huán)境特點(diǎn)，采用區(qū)域防雷技術(shù)方法，為該鄉(xiāng)設(shè)計(jì)并安裝了14座避雷塔，到2009年止該鄉(xiāng)未出現(xiàn)人員雷擊傷亡事故，不僅消除了當(dāng)?shù)鼐用窭纂娍謶中睦恚渤醪将@得了貴州農(nóng)村山區(qū)區(qū)域防雷技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，為目前新農(nóng)村防雷示范工程打下良好的技術(shù)基礎(chǔ)。

7 結(jié)論

實(shí)施農(nóng)村防雷減災(zāi)工程建設(shè)，提高農(nóng)村雷電災(zāi)害防御能力，充分體現(xiàn)了以人為本的發(fā)展理念，對(duì)推動(dòng)社會(huì)主義新農(nóng)村建設(shè)具有十分重要的意義。但在實(shí)施過(guò)程中應(yīng)因地制宜，特別是貴州山區(qū)，要根據(jù)所在地具體情況及雷電活動(dòng)特殊的規(guī)律(積雨云低，有一定的雷暴路徑)采取區(qū)域性防雷技術(shù)方法，在山區(qū)雷暴活動(dòng)的路徑上適當(dāng)位置裝設(shè)避雷針，將雷電引向避雷針，最大程度減小雷擊建筑物的機(jī)率，才能達(dá)到較好的雷電防護(hù)效果。

［1］ 貴州省防雷減災(zāi)中心，2006-2009全省雷電活動(dòng)綜述.

［2］ 馬宏達(dá).論山區(qū)建筑物防雷與區(qū)域性防雷［J］.建筑電氣，1995，03.

［3］ 王時(shí)煦.綜論建筑物防雷［J］：中國(guó)雷電與防護(hù)，2005，3.

［4］ 馬宏達(dá).山區(qū)電網(wǎng)防雷的新概念——區(qū)域性防雷［J］.1995，7，43-46.

［5］ 濮方正.論區(qū)域防雷.第三屆中國(guó)防雷論壇論文集，2004年.

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1003-6598(2011)02-0055-03

2011-03-12

姜榮(1968-)，男，工程師，長(zhǎng)期從事雷電防護(hù)管理、農(nóng)村防雷技術(shù)推廣應(yīng)用工作。