重慶市區域性雷電防護等級劃分研究

李宗健 余蜀豫 李向保

摘要：根據重慶閃電的時空分布特征，下墊面情況，各區域間的特點分別對致災因子、孕災環境因子、承災體因子和防御能力等相關資料進行收集、統計，應用數學方法研究致災因子、孕災環境因子、承災體因、防御能力等各因子及其子因子之間的權重系數，建立重慶地區雷電災害敏感區劃模型，確定雷電災害敏感區劃等級，生成重慶地區雷電災害敏感區劃圖，提出區域性的防雷保護技術，為雷電災害防御及雷電災害風險評估提供依據。

關鍵詞：雷電災害風險? 區域性雷電防護技術

1 概述

我國氣象災害種類多、強度大、頻率高，嚴重威脅人民的生命和財產安全，影響著國民經濟和社會發展。其中雷電災害造成的損失僅次于暴雨洪澇災害和干旱災害，目前已有十種自然災害已被聯合國的相關部門列為最為嚴重的，而雷電災害則就是其一。中國以重慶的西南部、長江上游地區，地勢以丘陵和高山為主，素有“山城”之稱，由于獨特的地理位置和環境因素，使重慶的氣候具有夏天高溫高熱高濕度的特點，春、夏季成為雷雨天氣的高發區。隨著重慶直轄以后，經濟建設高速發展，每年因雷擊給航空航天、國防、通訊、計算機、電子工業、石油化工、郵電、軌道交通、森林等國民經濟造成數以萬計的損失，直接經濟損失高達數億元，人員傷亡達數十人。為保障人民生命財產安全和國民經濟穩步發展，加強和提高防雷減災工作已刻不容緩。通過開展區域性雷電防護技術研究，確定各區域劃分等級，繪制雷電災害敏感區劃圖，研究和完善分區防雷新技術將有助于了解和掌握重慶各區域雷電災害風險特征，為其科學有效的采取經濟、合理的防雷措施，減低雷電災害損失提供科學依據。

2區域性雷電災害風險計算方法

關于區域雷擊風險評估的影響因素有很多，權衡眾多因素中的主要因素并對此進行合理的科學數學化處理也是至關重要的，同時還要兼顧其他影響因素數據的可靠性、可獲得性。利用歷史氣象災害統計數據，采用模糊數學方法、灰色系統法、層次分析法等數學方法對致災主要因素進行合理數據處理并對雷電風險做出一個預測，不過由于孕災環境的變化，僅利用歷史數據不能保證評價的準確性。人間生存環境風險評價方法（LEC評價法），是一種評價具有潛在危險性環境中作業的危險性半定量評價方法。同一區域內，雷電風險的成災機制大致相同，孕災環境也差別不大，可以使用同一種風險評價方法反映這個區域內雷電風險的大小和對比關系。IEC62305-2即采用的此類方法，為了達到定量化，其中包含大量參數和經驗取值，操作性不好。雷電災害風險同其他自然災害風險相同，是多種因素相互作用的產物，它受到一個區域自然系統、社會系統及其組合關系的影響。

區域雷擊風險評估包括：雷電風險、地域風險、承災體風險。其中雷電風險又包括：雷暴日、雷暴路徑、雷擊密度、雷電流強度等;地域風險又包括：土壤結構、地形地貌、周邊環境等;承災體風險又包括：項目屬性、建構筑特征、電子電氣系統等。通過對重慶市閃電統計資料的分析，結合雷暴孕災環境和成災機制，量化R=H·E·V·C的各個參數，對重慶市雷電災害進行全面分析。其結果能在一定程度上反映重慶市雷電災害風險的分布情況，從而指導防雷減災規劃，最大程度減少雷災造成的損失和影響。

根據目前比較公認的自然災害風險形成機制，一定區域自然災害風險是由自然災害危險性（H）、暴露（E）、承災體的易損性（V）、防災減災能力（C）4個風險因素相互交鏈形成，用公式表達：R=H·E·V·C。由于4個風險因素為比較籠統的抽象概念，需要結合雷電災害的成災機制，利用一些數學方法對其量化（多元統計或者層次分析法），然后得到這個區域雷電災害風險評估的計算公式[1]。這種針對某一區域雷電災害風險的評價方法，更加準確，而且更具有操作性。雷暴災害的形成受到一個區域多種因素的影響，每種因素又包含眾多的表現形式，從而使得間層次關系導致系統內部因素不明確[2]。

3數據來源

數據來源于重慶市統計年鑒和重慶市氣象局ADTD觀測數據，選取閃電密度、總人口、總戶數、非農人口、GDP因子進行統計。

4雷電災害的評估指標以及風險因素

4.1 危險性

危險性，是指造成災害的自然變異程度，主要是由災變活動規模和活動頻次決定的。一般災變強度越大，頻率越高，災害所造成的破壞損失也越嚴重，災害風險也越大。

對于雷電災害來說，其危險性表現在閃電的發生次數、閃電的幅值大小以及閃電發生的極性、高度和位置。一般情況下雷暴日數能代表一個區域內雷暴活動的頻繁程度，但對于中小尺度的雷暴天氣系統而言，以雷暴日為主的氣候氣象資料在反映雷電活動分布特征的代表性值得討論。閃電定位儀的資料具有更好的代表性，危險性因子是提取地閃密度，利用重慶地區閃電定位系統的資料進行統計出來的。

4.2 暴露

暴露又稱為承災體，是指可能受到危險因素威脅的所有人和財產。一個地區暴露于各種危險因素的人和財產越多，或者受災財產值密度越高可能遭受潛在損失也就越大，災害風險越大。

人口數量能很好地反映人身傷亡雷災風險的暴露，此外總戶數能作為人口數量的補充因子。同時GDP也是暴露性的重要描述因子。這里選取人口數量、總戶數、GDP作為暴露性的參數因子。

4.3 易損性

承災體的易損性是指自然災害時所造成的傷害或損失程度，承災體的易損性大小，既與物質成分、結構、雷擊密度、雷電災害頻數、經濟損失模數、生命易損模數有關，也與孕災環境有關。一般承災體的脆弱性越低，災害損失越小。

局地的熱力條件和雷暴的地貌、地形、以及空氣的成分密切相關，不過這些因子大多很難量化描述。人員活動情況是人身傷亡雷災風險需要考慮的一個重要因子。通過對幾十年雷電災害統計分析可以看出，由于城市建筑結構和高度的影響，雷電造成人員傷亡的風險概率很低，大部分雷電造成的人員傷亡事件都出現在開闊且較落后的地區，利用的農業GDP能較好地反映因雷電災害易損性。

5因子權重及綜合評價

一般的“經驗法”、“專家打分法”操作簡便，但實用性可靠性差。綜合評價的關鍵是采用定量指標與定性指標相結合的方法。Saaty提出的層次分析法[3]對多層指標的權重按對比矩陣的特征向量收斂，可靠性強，適合于量化分析。本文使用層次分析法，統計計算各因子后，利用氣象學統計分析中的分級統計方法，把風險設定為很高、高、一般、低、很低五個等級，將計算結果依次歸類，最后重慶市的雷電風險分布分別為：萬州區雷電風險大小為0.667477，風險等級高;萬盛區雷電風險大小為0.307724，風險等級低;豐都縣雷電風險大小為0.500199，風險等級一般;九龍坡區雷電風險大小為0.476748，風險等級一般;云陽縣雷電風險大小為0.586242，風險等級一般;北碚區雷電風險大小為0.390423，風險等級低;南岸區雷電風險大小為0.487551，風險等級一般;南川區雷電風險大小為0.486362，風險等級一般;雙橋區雷電風險大小為0.307724，風險等級低;合川區雷電風險大小為0.627486，風險等級高;墊江縣雷電風險大小為0.55177，風險等級一般;城口縣雷電風險大小為0.360647，風險等級低;大渡口區雷電風險大小為0.182719，風險等級很低;大足區雷電風險大小0.566675，風險等級一般;奉節縣雷電風險大小為0.552584，風險等級一般;巫山縣雷電風險大小為0.454967，風險等級一般;巫溪縣雷電風險大小為0.428389，風險等級一般;巴南區雷電風險大小0.519282，風險等級一般;開州區雷電風險大小為0.615536，風險等級高;彭水苗族土家族自治縣雷電風險大小為0.469984，風險等級一般;忠縣雷電風險大小為0.562885，風險等級一般;梁平區雷電風險大小為0.551037，風險等級一般;武隆區雷電風險大小為0.419304，風險等級一般;永川區雷電風險大小為0.595814，風險等級一般;江北區雷電風險大小0.516344，風險等級一般;江津區雷電風險大小為0.650394，風險等級高;沙坪壩區雷電風險大小為0.414053，風險等級一般;涪陵區雷電風險大小為0.574858，風險等級一般;渝中區雷電風險大小為0.276353，風險等級低;渝北區雷電風險大小為0.542088，風險等級一般;潼南區雷電風險大小為0.56601，風險等級一般;璧山區雷電風險大小為0.487737，風險等級一般;石柱土家族自治縣雷電風險大小為0.457269，風險等級一般;秀山土家族苗族自治縣雷電風險大小為0.402993，風險等級一般;綦江區雷電風險大小為0.511351，風險等級一般;榮昌區雷電風險大小為0.512938，風險等級一般;酉陽土家族苗族自治縣雷電風險大小為0.481498，風險等級一般;銅梁區雷電風險大小為0.536645，風險等級一般;長壽區雷電風險大小為0.512901，風險等級一般;黔江區雷電風險大小為0.401336，風險等級一般。

6結論

從圖上可以看出萬州區、合川區、開州區、江津區屬于雷電災害風險高地區，相應的人身傷亡概率也偏高，為了進一步提高雷電災害防御能力，保障防雷安全，最大限度的減少雷電災害損失，對雷電災害風險高的區域應該提高防雷措施級別，同時采取相應的非工程防雷措施。

6.1 工程性措施

（1）雷電災害風險屬于高及以上的區域內凡有人活動的建構筑物必須安裝防直擊雷措施，且符合第三類防雷建筑物的要求。

（2）雷電災害風險屬于高及以上的區域內空曠場所（農田、林場等）宜設置可以臨時避雷的地方，宜使用既有建筑物加裝符合要求的防雷措施。

（3）雷電災害風險屬于一般及以上的區域應采取非工程防雷措施。

（4）雷電災害風險屬于低及以下的區域內的雷電災害敏感單位應采取相應的非工程防雷措施，其他宜采取相應的非工程防雷措施。

6.2 非工程防雷措施

（1）單位、建筑物的管理方（如物管公司）、或安全主管部門（如鄉鎮街道社區辦事處）應明確雷電災害防御工作的職責;

（2）宜每兩年組織開展一次雷電災害防御的科普宣傳，普及防雷減災知識和避險自救技能;

（3）應建立手機雷電監測預警預報信息接收終端，收到雷電災害預警信息后，根據預警信號等級，及時采取有效措施;

（4）應每兩年組織相關防雷安全工作人員（兼職）參加一次防雷安全保障技術培訓;

（5）宜建立防御雷電災害工作定期檢查制度，定期開展防雷裝置安全檢測和防雷隱患定期排查，宜建立防御雷電災害專項工作檔案。

（6）雷電災害敏感單位應制定雷電災害應急預案，宜組建兼職應急隊伍，按照事先制定的雷電災害應急預案進行定期演練，分析總結每次演練中的不足，總結經營不斷完善應急預案。

參考文獻：

[1]余蜀豫.雷電風險評估方法和參數研究及實踐.南京：南京信息工程大學，2012.

[2]張繼權，李寧.主要氣象災害風險評價與管理的數量化方法及其應用[M].北京：北京師范大學出版社.

[3] Saaty T L. The Analytic Hierarchy Process[M].New York： Megraw Hill，1980.