蒙阴“7.30”雷击事故分析

耿长友， 裴洪芹， 林建民， 栾永卫(．蒙阴县气象局，山东 蒙阴 7600；．临沂市气象局，山东 临沂 76004；．莒县气象局，山东 莒县 76500 )

蒙阴“7.30”雷击事故分析

耿长友1， 裴洪芹2， 林建民3， 栾永卫1
(1．蒙阴县气象局，山东 蒙阴 276200；2．临沂市气象局，山东 临沂 276004；3．莒县气象局，山东 莒县 276500 )

摘要：利用天气形势图、雷达资料和闪电定位系统资料, 对2012年7月30日下午蒙阴县联城镇沙沟峪村发生的雷击事故的天气条件和成因进行分析，结果表明，造成此次雷击事故的强对流天气是由于地面倒槽和高空槽的激发而引起的；山区孤立建筑物遭受雷击后，雷电流下泄时产生的闪络和击穿，导致了雷击事故的发生。

关键词：雷击事故；天气形势；雷达资料；闪电定位；雷电反击

资助项目：山东省临沂市气象局重点课题（2014lyqx06）资助

引言

雷电为积雨云云中、云间、云地之间产生的放电现象，常出现在强对流天气中，并伴有狂风、暴雨、冰雹等天气现象，是一种危害性极大的自然灾害，直接威胁人类生命财产的安全。雷电灾害已经被联合国列为最严重的十种自然灾害之一，每年因雷电灾害造成的人员伤亡和经济损失常有发生[1-2]。许多雷击事故造成大量人员伤亡、设备损坏，其原因并不是雷电直接击中人或设备，而是由于雷击电磁脉冲所引起的。雷击电磁脉冲现象在雷击灾害中占有很大的比例[3]。中国雷击灾害呈上升趋势，在城镇雷击主要造成电子设备损坏，而雷击致人伤亡事故多发生在农村和偏远山区。文章对发生在山区农村的一次雷击人身伤亡事故和灾害发生时段的气象条件进行分析，并提出相应的对策建议，以便吸取经验教训，更好地进行雷电灾害的监测和预防服务工作。

1 事故调查

1.1 事故介绍

据当地群众介绍，事故发生在2012年7月 30日16：40左右， 4名农村妇女在野外孤立建筑物内避雨时遭受雷击。一农妇当场死亡，另一名在送往医院的途中死亡；另两名经医院诊断为耳膜破裂、头部轻微脑震荡，无生命危险。当场死亡妇女（以下称A妇女），56岁，头发被烧焦，头皮破裂，上衣收缩，裤子裆处呈条纹状卷曲收缩；送医途中死亡妇女（以下称D妇女），46岁，只有头发被烧焦，没有其他特征；另两名农妇（以下称B和C妇女）表面无任何雷击特征。由于当地对雷击致死较忌讳，又是女性，皮肤特征无法看到。该平房向南开门，雷击点位于房子东北角上，受害人处于A，B，C，D四个位置（图1）。

图1　平房雷击点位置及受害者位置图

1.2 现场勘查情况

（1）周边环境及地理地质情况

发生事故的地点为野外孤立的一座小平房，位于向阳小山坡上坐北面南，距山顶约1500m，距山沟约100m。在小山左侧1500m是一条河。平房东侧60m为一小塘坝，塘坝内有水，南部为一条水沟。平房处于东高西凹、北高南凹相对较平的小面上。平房周边50m范围内无高压线路、无建筑物与构筑物、无较高树木、庄稼。利用GPS定位仪进行测试，测得平房位置为：经度117.78747ºE，纬度35.783111ºN。

该处地质为风化土、黄粘土交界处。平房北面为风化岩与黄土的混合土，北侧为半风化岩土，再向北由于水土流失，岩石已经裸露。南面和西面为黄土，东面为风化岩与黄土的混合土，且含土量高。采用接地电阻综合测量仪对事发地建筑物周边土壤电阻率进行测量，平房方圆20m处的土壤电阻率：北侧的土壤电阻率为800Ω·m，东西两侧的土壤电阻率为340Ω·m，南侧的土壤电阻率为180Ω·m。

（2）建筑物勘查情况

该平房高2.3m，面积16m2。四周墙体为毛石砌墙，东、西、北三面开有窗户，窗棂为圆钢，屋面为钢筋混凝土预制板。屋面预制板内钢筋和窗户钢筋为分别独立设置，相互间未连接，也未接地。整座平房未采取防雷和接地措施。

事故造成平房钢筋混凝土预制屋面出现破损，破损处裸露钢筋（图2）。其中，在屋面外表面东北角处发现一倾斜内凹槽，凹槽表面光滑，成灰白色，且有裸露钢筋（图2a）。内屋顶出现裂痕，且裸露钢筋（图2b），钢筋金相无明显变化，其表面混凝土脱落。采用剩磁测量仪对两处的钢筋分别进行测量，测量结果为：平房屋面东北角处钢筋的剩磁量为17.8mT，内屋顶处的钢筋剩磁量为13.3mT，两者的剩磁相差5.5mT。 内屋顶处只是混凝土脱落，说明此处可能受冲击波所致，雷电流直接击中平房屋面角处的钢筋[4]。另外，内墙出现多处破损，部分外墙也出现破损现象，墙皮大面积脱落。

图2　雷击点屋面（a）和内屋顶（b）

2 气象资料调查分析

2.1 天气状况调查

经查询蒙阴县气象局气象观测资料。2012年7月30日15：08，蒙阴县境内出现雷雨天气，雷暴时间为15：08─17：16，方向为NW—SE ，降水时间为15：18─17：58，降水量为16.8mm。据此，可以确定事故发生时有较强的雷暴天气过程发生。

2.2 闪电定位资料调查

经查询山东省气象局闪电定位资料，2012 年7月30日16：30─16：51，沙沟峪村附近雷电活动情况见表1。根据事故发生时间和现场地理位置信息，可以确定编号3的闪电为造成此次雷击事故的罪魁祸首，其电流强度达到了-33.6kA。

表1　沙沟峪村雷电数据（2012年07月30日16：30─16：51）

3 天气背景分析

3.1 环流背景和影响系统

7月29日08时500hPa（图3a）副高脊线位于33°N，西伸脊点达114°E，在华北东北部有低涡活动；29日20时，副高减弱东撤，低涡底部低槽移动缓慢，低涡中心东移北收；30日08时，副高迅速减弱东退到日本海，低槽东移入海，在河套东部又有短波槽东移，蒙阴持续处于副高边缘暖湿气流控制。925hPa底层切变线幅合抬升（图略），触发了强对流天气。30日14时地面形势（图3b）图上，西南地区有倒槽向东北方向伸展，河套地区、华北及山东大部分地区处于倒槽顶端，出现了雷雨或阵雨天气过程，整个蒙阴处于倒槽顶端右前侧，幅合上升强烈，在午后触发了强对流天气。

3.2 雷达回波特征

从临沂市多普勒天气雷达图上可以看出：7 月30日早晨10时开始，联城镇不断受这次较零散的局地对流回波影响，产生了多次对流强度不同的局地雷阵雨天气，其中以16：21─16：50时段内对流发展最为剧烈。这个时段内，回波以30～35km/h的速度自南向北影响联城，回波顶高大部分在10km左右。16：35分，回波顶高达到16km（图4a）， VIL值最大达到了49 kg/m2（图4b），雷击事件正是发生在这个时段内。

图4　2012年07月30日回波顶高图（a）和液态水含量图（b）

4 事故原因分析

通过前述分析，可以基本确定造成此次事故的原因是由雷击造成的。

4.1 固体电介质击穿

导致击穿的最低临界电压称为击穿电压。均匀电场中，击穿电压与介质厚度之比称为击穿电场强度。它反映固体电介质自身的耐电强度。不均匀电场中，击穿电压与击穿处介质厚度之比称为平均击穿场强，它低于均匀电场中固体介质的介电强度。固体介质击穿后，由于有巨大电流通过，介质中会出现溶化或烧焦的通道，或出现裂纹。

4.2 雷电反击

雷电击中建筑物时，雷电流会沿着引下线向大地泄放电流，如果没有引下线，雷电流会击穿绝缘层泄放电流。雷电流足够大时，它能够击穿空气，把原有的绝缘空气变为通道，对附近的物体进行反击，不同介质的绝缘击穿强度见表2[5]。

表2　4种介质的绝缘击穿强度 kV/m

为防止反击的发生，一般防雷装置与建筑物金属体要间隔一定距离，它们之间的关系大于反击电压。即：

式中：E取250kV/m（因小平房的墙体用砖石砌成）；S为绝缘距离，墙体厚度为0.4m；反击电压为100kV。

4.3 雷电伤亡事故分析

根据剩磁测量，平房屋面内的钢筋剩磁量非常高，表明平房遭受到雷击，雷击点位于东北角处，造成东北角破损。雷电流在击中屋顶后，沿屋顶内钢筋向四周墙体泄放。在此过程中，受雷电冲击波作用和热效应，造成内屋顶处部分混凝土脱落。在雷电流沿墙体入地泄放过程中，受雷电热效应作用，造成内墙和外墙出现多处破损，墙皮大面积脱落。由于窗户处为钢筋窗棂，电阻率较低，雷电流绝大部分通过窗户处的钢筋泄放入地。从死者A和D所处位置也证明了此点。

根据前述现场勘查情况，死者A和D距离窗户较近，且头部有明显雷击痕迹（头发烧焦），说明雷击屋面钢筋混凝土后，雷电流沿钢筋泄放，破坏部分墙体后流入窗户钢筋处，由于死者距离钢筋较近，雷电击穿空气向死者放电，造成头部明显击痕，雷电流沿人体对地泄放过程中造成死亡。

影响雷击事故的因素很多，主要有雷电流、人体电阻、雷击时间、雷击接地路径、土壤电阻率、人体健康程度等。人体电阻不是一成不变的，人体干燥时安全电压是36V，安全电流为10mA。当流入人体电流大于10mA时，人的肌肉就会发生痉挛，时间一长就有生命危险。一次雷击时间一般在微秒级（长时雷击除外）。电击对人体的危害程度，主要取决于通过人体电流的大小和通电时间长短。电流强度越大，致命危险越大；持续时间越长，死亡的可能性越大。人体能感觉到的最小电流值称为感知电流，交流为1mA；人触电后能自己摆脱的最大电流称为摆脱电流，交流为10mA，在较短的时间内危及生命的电流称为致命电流，如30mA的电流通过人体1s，可足以使人致命，国际上，触电时间与流入人体的电流乘积如果超过30mA.s就会出现触电致死事故。

图5为电流对人体伤害程度各效应区域。一区（0.5mA以下）为安全区，电流通过人体时感觉不明显；二区（a-b区间），有感觉，肌肉会不由自主地收缩，属安全无害的电生理效应（此电流可做电疗）。三区为非致命纤维性心室颤动区，在此区人体发生痉挛，呼吸困难，摆脱电源能力较差。四区，无法摆脱电源，使人停止呼吸、心脏停止跳动[6]。

闪电击中人体后，可导致纤维性心脏颤动和心室纤维颤动直接导致心脏停止跳动，心脏停止供血是导致雷击死亡的原因之一。致使停止呼吸是闪电的另一生理效应。造成人身死亡是雷电流

通过脑下部的呼吸中枢，使人长期停止呼吸，导致血液停止循环。B和C妇女由于离窗户较远，容抗较大，通过的雷电流较小，造成耳膜破裂、头部轻微脑震荡等轻伤。同时，也不排除遭受跨步电压的危害。由于当时B和C妇女静站，遭受跨步电压的威胁较小。

5 结论

从平房的四周土壤来看，此处处于土壤交界处，属雷电易发生区域。雷电击中平房后，由于墙体窗户处钢筋的电阻率较低，雷电流绝大部分沿窗户处的钢筋泄放，产生高电位，对周围的物体发生闪络放电，从而造成靠近窗户的A和D妇女死亡。因而，雷雨天不宜在无任何防雷措施的旷野孤立建筑物内避雨。即使位于建筑物内，也应远离窗户和屋顶，双脚并拢蹲下，待雷暴过程结束后再离开。

参考文献：

[1] 赵贤产，吴剑强，马宁，等．一次强雷击空气冲击波引发灾害过程分析[J]．气象科技，2012，40（6）：1025-1029．

[2] 孟祥非，章兴旺，金春帆.“剩磁测试法”雷电灾害鉴定技术[J]．气象科技，2010，38（6）：790-793．

[3] 肖稳安，李霞，陈红兵.防雷专业技术知识问答[M]．北京：气象出版社，2010：27-28．

[4] 中华人民共和国住房和城乡建设部，中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局．（GB50057-2010）建筑物防雷设计规范[S]．北京：中国计划出版社，2010：47.

[5] 吴建欣，燕荣江，吴宏.雷电反击的分析与探讨[J]．现代科技，2010,（5）：27-29．

[6] 唐定曾，唐海．建筑电气技术[M]．北京：机械工业出版社，1997：283-285．

作者简介：耿长友（1964─），男，山东蒙阴人，工程师，主要从事防雷及专业气象服务工作。

收稿日期：2014-07-11

中图分类号：S429

文献标识码：B

文章编号：1005–0582（2015）01–0036–04