四川盆地雷電高發(fā)區(qū)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃方法研究

余海蓉，張遠(yuǎn)揚(yáng)，卜俊偉

(四川省防雷中心,四川 成都 610072)

0 引言

四川省的宜賓市位于四川盆地南緣,四川、云南、貴州三省結(jié)合部,地處27°50′～29°16′N、103°36′～105°20′E之間,屬中亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候兼有南亞熱帶的氣候?qū)傩裕凰拇ㄊ〉哪铣涫械靥?0°35′～31°51′N,105°27′～106°28′E之間,同屬中亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候區(qū),四季分明,雨熱同季；在川西高原這種獨(dú)特的地形下,南充、宜賓這兩個(gè)地區(qū)的天氣呈現(xiàn)出顯著的區(qū)域特征,容易形成對(duì)流天氣。這兩個(gè)地區(qū)在四川盆地不僅人口稠密,而且其周邊地勢(shì)起伏也比較大,經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況比較好,四川省氣象部門防雷安全監(jiān)管對(duì)象在這兩個(gè)地區(qū)也較為集中,所以選用這兩個(gè)地區(qū)作為盆地高發(fā)區(qū)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃的代表進(jìn)行研究。據(jù)2005—2014年四川省云地閃產(chǎn)品集資料[1],卜俊偉利用雷電強(qiáng)度、密度等資料開展的基于閃電定位資料的四川省雷電風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃分析[2],得出宜賓市、南充市屬于四川盆地雷電高發(fā)區(qū)域。僅在2005—2014年兩地因雷擊傷亡26人,經(jīng)濟(jì)損失達(dá)503.33萬元[1]。

由于經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,因雷電造成的損失也變得越來越嚴(yán)重。近年來,許多學(xué)者用了不同的方法對(duì)雷災(zāi)進(jìn)行了深入研究,也取得許多有意義的研究成果,為區(qū)域雷電防災(zāi)減災(zāi)提供了科學(xué)依據(jù)。本文采用2010—2016年雷電觀測資料及四川省統(tǒng)計(jì)局發(fā)布的人文經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)和四川省氣象局監(jiān)管對(duì)象的數(shù)據(jù),運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法,開展對(duì)四川盆地雷電高發(fā)區(qū)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃研究,以提升四川省綜合防災(zāi)減災(zāi)能力,減少因雷電災(zāi)害給人民群眾帶來的生命財(cái)產(chǎn)損失,對(duì)此開展了雷電高發(fā)區(qū)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃研究。

1 資料來源

本文選取了雷電密度、雷電日數(shù)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、人口指標(biāo)和氣象部門監(jiān)管對(duì)象等5個(gè)指標(biāo)作為雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃的指標(biāo)。其中：雷電密度、雷電日數(shù)來自四川省氣象部門2010—2016年雷電觀測資料；經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、人口指標(biāo)采用的是四川省統(tǒng)計(jì)局發(fā)布的2018年度四川省統(tǒng)計(jì)年鑒數(shù)據(jù)(http://tjj.sc.gov.cn/tjcbw/tjnj/2018/zk/indexch.htm),氣象部門監(jiān)管對(duì)象數(shù)據(jù)來源于四川省氣象局。

1.1 雷電密度

雷電密度是雷電分布特征的一個(gè)重要參數(shù),它可以反映一定范圍內(nèi)雷電的活動(dòng)情況,本文所指的雷電密度是指一定范圍內(nèi)觀測到雷電活動(dòng)的次數(shù)。雷電密度不僅表明了區(qū)域雷電的活動(dòng)情況,而且表明了可能造成雷電災(zāi)害的嚴(yán)重情況,是雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃的主要因子,屬于主導(dǎo)因子,對(duì)雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃具有最重要的影響。

1.2 雷電日數(shù)

雷電日數(shù)也是雷電分布特征的一個(gè)參數(shù),它主要反映的是在一個(gè)自然年度內(nèi)雷電活動(dòng)的頻度。雷電活動(dòng)過程從雷電發(fā)生的次數(shù)來說可以分為強(qiáng)雷電和弱雷電過程,強(qiáng)雷電過程中,雷電活動(dòng)頻繁,雷電密度較高,弱雷電過程中,雷電活動(dòng)較弱,雷電密度較低,但是所有的雷電過程都有可能引起雷電災(zāi)害的發(fā)生。因此雷電日數(shù)這一指標(biāo)能夠較客觀的反映一個(gè)地區(qū)雷電活動(dòng)的活躍度,它在雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃中屬于重要因子,對(duì)于雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃有重大影響。

1.3 人口指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

人口指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)采用的是四川省統(tǒng)計(jì)局發(fā)布的區(qū)縣一級(jí)的人口和GDP數(shù)據(jù),它反映了一定區(qū)域內(nèi)人口和經(jīng)濟(jì)的活躍指數(shù),是雷電災(zāi)害的承載體,它們?cè)诶纂姙?zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃中屬于重要因子,對(duì)雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃有著相同的顯著影響。

1.4 氣象部門監(jiān)管對(duì)象

根據(jù)《國務(wù)院關(guān)于第一批清理規(guī)范89項(xiàng)國務(wù)院部門行政審批中介服務(wù)事項(xiàng)的決定》(國發(fā)〔2015〕58號(hào))和《國務(wù)院關(guān)于優(yōu)化建設(shè)工程防雷許可的決定》(國發(fā)〔2016〕39號(hào))文件精神,氣象部門的防雷安全監(jiān)管對(duì)象主要包括油庫、氣庫、彈藥庫、化學(xué)品倉庫、煙花爆竹、石化等易燃易爆建設(shè)工程和場所,雷電易發(fā)區(qū)內(nèi)的礦區(qū)、旅游景點(diǎn)或者投入使用的建(構(gòu))筑物、設(shè)施等需要單獨(dú)安裝雷電防護(hù)裝置的場所,以及雷電風(fēng)險(xiǎn)高且沒有防雷標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、需要進(jìn)行特殊論證的大型項(xiàng)目,這些監(jiān)管對(duì)象是氣象部門的重點(diǎn)關(guān)注對(duì)象,雖然它們對(duì)于雷電災(zāi)害的發(fā)生沒有起到主導(dǎo)性作用,但從承災(zāi)體角度而言是我們關(guān)注的重要對(duì)象,因此在本課題的雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃中屬于一般因子,對(duì)于雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃具有較大影響。

2 分析方法

氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)由致災(zāi)因子危險(xiǎn)性和承載體易損性構(gòu)成[7-9]。根據(jù)四川省雷電探測網(wǎng)提供的地閃數(shù)據(jù),計(jì)算地閃密度,以地閃的發(fā)生頻次作為致災(zāi)因子指標(biāo),并結(jié)合雷電觀測資料,進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

承災(zāi)體易損性主要考慮雷電承災(zāi)體脆弱性,通過對(duì)南充、宜賓市轄區(qū)及所屬縣的國民生產(chǎn)總值和人口、四川省氣象部門的監(jiān)管對(duì)象等指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2.1 雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)分析

本文采用雷電觀測數(shù)據(jù)(如：雷電密度、雷暴日、地閃密度等)進(jìn)行分析,從圖1可以看出,南充市轄區(qū)、西充縣的部分區(qū)域雷電密度相對(duì)較大,年雷電密度高達(dá)5.51次·km-2·a-1,其余地區(qū)雷電密度相對(duì)較弱。

從圖2可以看出,敘州區(qū)的部分地區(qū)雷電密度相對(duì)較大,年雷電密度高達(dá)5.18次·km-2·a-1,其余地區(qū)雷電密度相對(duì)較弱。

圖1 2010—2016年南充市平均雷電密度分布Fig.1 Average Lightning Density Distribution of Nanchong City in Time Series(2010—2016)

圖2 2010—2016年宜賓市平均雷電密度分布Fig.2 Average Lightning Density Distribution of Yibin City in Time Series(2010—2016)

2010—2016年南充市、宜賓市年均雷暴日分布圖,如圖3。

圖3 南充市(a)、宜賓市(b)年均雷暴分布圖Fig.3 Annual Thunderstorm Distribution of Nanchong and Yibin

以2016年數(shù)據(jù)為例,通過對(duì)圖3分析得出,南充市轄區(qū)雷暴日數(shù)最高可達(dá)63 d/a,西充縣最低達(dá)42 d/a。宜賓的敘州區(qū)雷暴日數(shù)最高可達(dá)109 d/a,南溪區(qū)最低達(dá)53 d/a。

2010—2016年南充市、宜賓市云地閃平均密度分布圖,如圖4。

圖4 南充市(a)、宜賓市(b)云地閃平均密度Fig.4 Average Density of Lightning in Nanchong and Yibin

以2016年數(shù)據(jù)為例,通過對(duì)圖4分析得出,南充市轄區(qū)云地閃平均密度最高達(dá)4.28次/km2,閬中縣平均密度最低達(dá)1.72次/km2。宜賓市的筠連縣云地閃平均密度最高達(dá)7.84次/km2,屏山縣云地閃平均密度最低達(dá)2.18次/km2。

2.2 人文經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的數(shù)據(jù)分析

本文采用的人文經(jīng)濟(jì)指標(biāo)包括生命損失風(fēng)險(xiǎn)(用人口密度代替)、經(jīng)濟(jì)損失風(fēng)險(xiǎn)等指標(biāo)。

2010—2016年南充市、宜賓市生命損失風(fēng)險(xiǎn)如圖5。

圖5 南充市(a)、宜賓市(b)生命損失風(fēng)險(xiǎn)Fig.5 Risk of Life Loss in Nanchong and Yibin

以2016年數(shù)據(jù)為例,通過對(duì)圖5分析得出,南充市轄區(qū)由于人口密集,生命損失風(fēng)險(xiǎn)最高達(dá)0.08人/km2,南部縣、蓬安縣、閬中縣的生命損失風(fēng)險(xiǎn)最低達(dá)0.04人/km2。宜賓市的翠屏區(qū)生命損失風(fēng)險(xiǎn)值最高達(dá)0.08人/km2,屏山縣生命損失風(fēng)險(xiǎn)值最低達(dá)0.02人/km2。

2010—2016年南充市、宜賓市經(jīng)濟(jì)損失風(fēng)險(xiǎn)如圖6。

圖6 南充市(a)、宜賓市(b)經(jīng)濟(jì)損失風(fēng)險(xiǎn)Fig.6 Risk of Economic Loss in Nanchong and Yibin

以2016年數(shù)據(jù)為例,通過對(duì)圖6分析得出,南充市轄區(qū)經(jīng)濟(jì)損失風(fēng)險(xiǎn)最高達(dá)2 346萬元/km2,營山縣經(jīng)濟(jì)損失風(fēng)險(xiǎn)最低達(dá)949萬元/km2。宜賓市的翠屏區(qū)經(jīng)濟(jì)損失風(fēng)險(xiǎn)最高達(dá)4 817.46萬元/km2,屏山縣經(jīng)濟(jì)損失風(fēng)險(xiǎn)最低達(dá)289.16萬元/km2。

3 雷電風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃分析

本文的雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)從致災(zāi)因子、承災(zāi)體兩個(gè)方面選取5個(gè)指標(biāo),建立模型圖。

圖7 雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)模型Fig.7 Structural Model of Lightning Disaster Risk Assessment

經(jīng)計(jì)算,17個(gè)區(qū)縣的雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)因子如表1所示：

按照氣象學(xué)統(tǒng)計(jì)分析方法,對(duì)各等級(jí)的風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)進(jìn)行如下劃分：

Ri—代表各因子的風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)。

將各項(xiàng)因子按實(shí)際大小進(jìn)行無量綱化賦值,根據(jù)本文采取的風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃方法,將因子分為4組,每組分別對(duì)應(yīng)不同的Ri值,根據(jù)南充、宜賓的雷電災(zāi)害情況將各組評(píng)價(jià)指標(biāo)按從高到低分為4組,其中1組5個(gè)指標(biāo),其余3組為4個(gè)指標(biāo),對(duì)雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)因子進(jìn)行等級(jí)劃分,如表2所示：

雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)值R=(雷暴日+地閃密度+經(jīng)濟(jì)損失風(fēng)險(xiǎn)+生命損失風(fēng)險(xiǎn)+監(jiān)管對(duì)象)/5,由此公式計(jì)算各區(qū)縣的雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)值,如表3所示：

表1 雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)因子Tab.1 Risk Factors of lightning Disaster

表2 雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)因子等級(jí)劃分Tab.2 Grade of Lightning Disaster Risk Factors

表3 雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)值Tab.3 Risk Value of Lightning Disaster

同樣采用分級(jí)統(tǒng)計(jì)方法,對(duì)17個(gè)區(qū)縣的綜合雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)值進(jìn)行分級(jí)劃分,劃分為4個(gè)等級(jí) ：極高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)(R>0.63),高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)0.6≤R<0.63),一般風(fēng)險(xiǎn)區(qū)(0.47≤R<0.6),低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)(R<0.47),17個(gè)區(qū)縣的劃分情況如表4所示：

表4 雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃分布Tab.4 Result of Lightning Disaster Risk Division

4 結(jié)論

本文運(yùn)用雷電觀測資料、雷暴日數(shù)、人口數(shù)據(jù)、國民生產(chǎn)總值、四川省氣象部門監(jiān)管對(duì)象數(shù)據(jù),統(tǒng)計(jì)分析四川省雷電高發(fā)區(qū)的風(fēng)險(xiǎn),為提升四川省防災(zāi)減災(zāi)能力及減輕因雷電災(zāi)害帶給人民的生命和財(cái)產(chǎn)損失,提供了理論依據(jù)。研究結(jié)果表明：

①南充市的市轄區(qū)、南部縣、儀隴縣、閬中市、蓬安縣、營山縣和宜賓市的敘州區(qū)、高縣屬于四川盆地雷電高發(fā)區(qū)的極高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)；宜賓市的筠連縣屬于高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)；宜賓市的翠屏區(qū)、南溪區(qū)、興文縣屬于一般風(fēng)險(xiǎn)區(qū)；宜賓市的江安縣、長寧縣、珙縣、屏山縣和南充市的西充縣屬于低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。

②本文通過對(duì)南充、宜賓市及轄縣進(jìn)行了分層次分析,結(jié)果表明一些地方是低風(fēng)險(xiǎn)區(qū) ,但并不意味著這些地區(qū)可以不做雷電防護(hù),雷擊事故的發(fā)生通常跟大意、疏忽有關(guān),一旦遭受雷擊,后果不可估量,所以加強(qiáng)對(duì)人們防雷安全知識(shí)的宣傳和教育十分必要,這有利于提高安全意識(shí)和減少雷災(zāi)發(fā)生。