四川省雷電災害風險致災性評估研究

張琨 余海蓉 卜俊偉

摘要 結合全國自然災害綜合風險普查實施技術方案要求，選取四川省金堂縣為例，綜合雷電災害的致災因子和孕災環境因子，采用層次分析法和自然段點法對金堂縣1978—2019年進行雷電災害風險致災性分析。將地閃密度、雷電流強度、地形起伏、海拔高度和土壤電阻率進行歸一化處理，計算得出致災因子危險性權重，繪制四川省金堂縣致災因子危險性分布圖，進行致災因子危險性評估。

關鍵詞 風險普查，雷電災害，致災因子，評估

中圖分類號：P429 文獻標識碼：B 文章編號：2095–3305（2021）04–0130–02

雷電災害作為自然界中影響人類活動的最重要災害之一，已經被聯合國列為“最嚴重的十種自然災害之一”[1]。雷電災害的危害包括直接的人員傷亡和經濟損失，還會給電力、交通運輸、通訊行業等帶來極大的影響。近幾年，四川地區發生了幾起由雷擊引發的重大火災，造成了大面積的森林大火和人員傷亡，雷災的危險性越來越受到人們的重視。

地閃頻次和電流幅值是導致氣象災害發生的致災因子，是自然發生和不可控的，其大小直接決定了雷電災害風險的大小。結合發生地的地形起伏、海拔高度和土壤電阻率等孕災環境因子綜合得到致災因子權重，致災因子危險性評估。致災因子危險性分析的主要任務是研究界定地理區域內雷電發生的可能性和危險性，分析其致災特征和分布規律[2]。一般致災因子強度越大，頻次越高，危險性就越高，雷電災害發生的風險就越大，所造成的破壞和損失也就越嚴重。本文以四川省金堂市為例，開展1978—2019年的雷電災害風險致災性評估。

1 主要資料來源

雷暴日資料：雷暴日資料來自四川省氣象局1978—2013年共35年金堂縣氣象觀測站的雷暴日觀測資料。閃電數據：雷電資料為2005—2019 年四川省地閃定位系統資料。雷電災害資料：采用 2004—2019年中國氣象局雷電防護管理辦公室與中國氣象學會雷電防護研究會統計的四川省部分的雷電災害。土壤電阻率：土壤電阻率數據由南京土壤所根據第二次全國土地調查結果制作發行的中國1∶100萬土壤柵格數據。

2 致災因子的計算

根據實施細則要求剔除雷電流幅值范圍在0～2 kA和200 kA以上的雷電定位系統資料。然后按如下步驟加工形成柵格數據：

將區域劃分為3 km×3 km的網格，統計各網格內地閃發生次數，除以資料年限時長，計算得到各網格內的地閃密度[3]，并照公式（1）進行歸一化處理，形成地閃密度柵格數據。

式中：

Dij為j站（格）點第i個指標的歸一化值;Aij為j站（格）點第i個指標值;imax、imin分別是第i個指標值中的最小值和最大值。

去除雷電流強度為 0～2 kA 和 200 kA 以上的地閃定位系統資料，僅計算 2～200 kA 的雷電流分布情況，將區域劃分為3 km×3 km 的網格，統計各網格內不同雷電流幅值等級的地閃頻次，并按照公式（1）進行數據歸一化處理。雷電流幅值劃分為5個等級（表1）。

（3）按照公式（2）計算各網格內的地閃強度，形成地閃強度柵格數據。

式中：Ln為地閃強度;i為雷電流幅值等級;Fi為雷電流幅值為i等級的地閃頻次的歸一化值。

3 孕災環境因子計算

（1）將區域劃分為3 km×3 km 的網格，對土壤電阻率資料按照公式（1）進行歸一化處理，形成歸一化的土壤電阻率柵格數據。

（2）將區域劃分為3 km×3 km 的網格，對數字高程模型（DEM）資料按照公式（1）進行歸一化處理，形成歸一化的海拔高度柵格數據。

（3）計算以目標柵格為中心，大小為3 km×3 km柵格數據的正方形范圍內高程的標準差，并按照公式（1）進行歸一化處理，形成歸一化的地形起伏柵格數據。

4 致災因子權重的計算

最終對各網格的地閃密度、雷電流強度、地形起伏、海拔高度和土壤電阻率加權綜合得到致災因子指數。地閃密度、地閃強度、雷暴日、地形起伏、海拔高度和土壤電阻率的判斷矩陣按表2確定。通過計算獲取致災因子權重，地閃密度、雷電流強度、地形起伏、海拔高度和土壤電阻率按相應權重（0.3073、0.3691、0.1624、0.0988、0.0624）。

5 雷電災害致災因子危險性分析

根據致災因子和孕災環境指數，按照實施細則的致災危險性指數RH模型（公式3）進行計算。

式中：RH為致災危險性指數;Ld為地閃密度，wd為地閃密度權重; Ln為雷電流強度，wn為雷電流強度權重; Sc為土壤電阻率，ws為土壤電阻率權重; Eh為海拔高度，we為海拔高度權重; Tr為地形起伏，wt為地形起伏權重。

根據致災因子危險性 RH 計算結果，按照自然斷點法將危險性劃分為 3 級（一般、高、極高），并繪制致災因子危險性分布圖，完成致災因子危險性評估。

將地閃密度、雷電流強度、地形起伏、海拔高度和土壤電阻率按相應權重（0.3073、0.3691、0.1624、0.0988、0.0624）進行致災危險性評估，形成金堂縣雷電致災危險性圖，發現三星鎮、棲賢鄉、淮口鎮北部雷電致災危險為極高風險，趙鎮街道東、南部、官倉鎮南部、清江鎮東部、趙家鎮西部、淮口鎮中、南部、白果鎮中部、五鳳鎮中、北、西部、三溪鎮東部、高板鎮中、東部、隆盛鎮中、西、南、東部、平橋鄉東部、竹篙鎮、轉龍鎮西部、廣興鎮西部、南部、義信鎮西部、云合鎮北部、土橋鎮西北部雷電致災危險為高風險，余下地區雷電致災危險為一般風險（圖1）。

6 結語

對金堂縣雷電災害風險進行了分析，為金堂縣有針對性地制定防災避險和風險管理措施提供了依據。在此基礎上，可采取有針對性的風險防范和風險管理措施，排除造成雷電災害的安全隱患，降低災害發生概率，最大程度地降低金堂縣區域的雷電災害風險。本研究以雷電災害風險理論為指導，建立了雷電災害風險指數模型，在雷電災害風險區劃方面做了一些探索研究，但受資料、數據等條件限制，仍有大量工作有待深化，需進一步完善指數模型。

參考文獻

[1] 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， 2007： 462-467.

[2] 王延慧，張建濤，葉文軍，等.基于Arc-GIS的新疆雷電災害風險區劃研究[J].沙漠與綠洲氣象， 2019， 13（6）： 96-104.

[3] 中國氣象局. QX/T 405—2017雷電災害風險區劃技術指南[S].北京：氣象出版社， 2018： 6-8.

責任編輯：黃艷飛