农村一次典型雷击事件的灾害调查与研究

李衣长 龚伟 张泉锋 陈连新 巫圣灿

(福建省三明市气象局 福建三明 365000)

农村一次典型雷击事件的灾害调查与研究

李衣长 龚伟 张泉锋 陈连新 巫圣灿

(福建省三明市气象局 福建三明 365000)

针对农民防雷安全意识淡薄，农村防雷设施建设薄弱，雷电灾害频繁造成农村人员伤亡和财产损失事件，为提高农村农民自建房的雷电灾害防御能力，对农村一次典型雷击事件的灾害调查，分析受灾点所在农村的雷电活动情况，对雷击受灾点进行现场勘察、测量、分析。其次，通过统计学分析法、灾情解析法和层次分析法，找出雷击路径和引发雷击的原因，提出农村自建房应充分利用建筑本身结构钢筋因地制宜地设计防雷措施，以有效防护直击雷、闪电电涌侵入和闪电感应危害，经济合理地安装雷电防护措施，增强农村雷电灾害防御能力，避免或减少农村雷击灾害事件的发生。

雷击事件；灾害调查；雷电防护

0 引言

近年来，随着气候变化异常，雷电现象频发。雷电是自然界中一种极为壮观的声、光、电现象，是“联合国国际减灾十年”公布的10种最严重的自然灾害之一。雷电以其巨大的破坏力给人类社会带来惨重的灾难，我国每年因雷电灾害造成人员伤亡约为3000人～5000人，财产损失估计为70亿元～100亿元。雷电的破坏作用，主要表现在热效应、机械效应、冲击波效应、静电感应、电磁感应、电磁脉冲与雷电反击等。雷电发生时，具有强大的电流、炽热的高温、猛烈的冲击波、巨变的电磁场及电磁辐射等物理效应，给人类带来极大的危害，由于农村缺乏雷电防护知识，防雷安全设施薄弱，因此农村成为了雷电灾害的多发区。

为了加强农村防雷安全工作，本文对农村一次典型雷击事件开展灾害调查研究，并通过对2008年～2017年雷电监测网数据分析，探寻受灾点农村雷电活动规律，随后，分析雷电灾害现场勘查的雷电灾害资料，从三维空间探寻雷击入侵途径，探索引发雷击原因，从中找出解决办法，以改善农村防雷安全措施，提升农村防御雷电灾害能力。

1 资料来源和方法

闪电定位数据来源于福建省气象局2008年～2017年雷电监测网数据，雷电灾害资料从雷电灾害现场勘查获得。

1.1资料

(1)雷电监测资料

通过对福建省气象局2008年～2017年闪电定位监测数据统计分析，得出近10年受灾点2008～2017年的闪电定位仪观测资料。

(2)雷电灾害情况

2017年5月11日，三明市梅列区洋溪镇某村周某新建楼房遭受雷击，造成大量电气、电子设备损坏。2017年6月9日，三明市气象局组织技术人员对雷灾现场进行勘察，雷电灾害资料为现场勘察所采集数据。

(4)雷电灾害易损度区划结果

参考利用雷击密度、雷电灾害频度、经济损失模数和生命受损模数作为划分雷电灾害易损度指标参数,引用已完成的三明市雷电灾害易损度区划结果数据。

1.2方法

(1)统计学分析法

对受灾点附近近10年雷电监测数据采用统计学法，分析近10年雷电月、时变化情况及雷电密度分布情况，从中了解受灾点附近雷电活动规律。

(2)灾情解析法

通过灾情解析法对受灾点附近的地理、地质、土壤、气象、雷电活动情况，以及受灾建筑物防雷装置的安装情况进行分析。

(3)层次分析法

分析建筑物遭受雷击的各种可能途径，从外部的直接雷击到内部的闪电感应，以及由建筑物外部引入内部的闪电电涌侵入，分析此次雷击灾害发生的入侵途径。

2 雷电灾害概况

2017年5月11日6:00左右，三明市梅列区洋溪镇某村上空，乌云密布，电闪雷鸣，一声惊雷掠过，周某家新建楼房因雷击造成屋面墙角炸裂，并造成其及邻居几户村民的配电箱烧毁、电视机等电气、电子设备遭受不同程度损坏，直接经济损失近万元，受灾点附近村民对雷雨天气出现恐惧情绪，所幸无人员伤亡情况。

3 受灾地点雷电活动气候特征分析

以受灾地点为圆心，以10km为半径范围，通过对福建省气象局2008年～2017年雷电监测数据的应用分析，得出受灾点附近雷电月、时变化情况及雷电密度分布规律。

3.1雷电活动月变化

以2008年～2017年雷电监测网数据为数据基础，通过统计分析值绘制出受灾点10km范围内近10年的雷电月变化图，如图1所示。

图1 2008年～2017年受灾点附近雷电活动月变化图

由图1可知，该受灾地点10km范围内雷电活动出现在2月～11月，主要集中在3月～9月，而在春季与冬季节雷电活动相对比较弱，6月～8月为雷电活动的高发期，也就是夏季、秋季是该地雷电活动的多发季节，该3个月年平均闪电次数达833.4次，约占全年雷电次数的72.5%，是农村需防御雷电灾害的重要季节。

3.2雷电活动时变化

为了更好地了解受灾点处雷电活动规律，通过对受灾点附近2008年～2017年雷电监测网数据统计分析值，绘制出受灾点10km范围内近10年的雷电活动时间分布图，如图2所示。

图2 2008年～2017年受灾点附近雷电活动时分布图

由图2可知，该受灾点附近雷电活动可能出现在一天中任何时刻，闪电高峰时段主要集中在14:00～23:00，年平均值达到101.7次，占全天雷电次数的88.5%，也就是午后到傍晚时段雷电活动非常活跃，是防范雷电灾害的重要时段。

3.3受灾区域闪电密度分布

以2008年～2017年雷电监测网数据为数据基础，通过统计分析值绘制出受灾点10km范围内近10年的闪电密度分布图可知，近该受灾地点周边雷电活动较活跃，主要以负地闪为主，也有出现过几次雷电流强度较大的正地闪情况，年平均雷暴密度分布3.66次/km2·a，雷电活动比较活跃。

3.4受灾区域雷电灾害易损度区划

根据自然灾害系统理论和自然灾害风险评估理论，以雷击密度、雷电灾害频度、经济损失模数和生命受损模数作为分析雷电灾害易损度指标参数,计算出三明市雷电灾害易损性风险值, 确定雷电灾害易损度区划分级指标，完成三明市雷电灾害易损度区划[1]，从区划结果可知，该受灾地点周边雷电灾害易损度区划为高值区，雷电活动较活跃，雷电引发灾害的易险度高，所以这一带农村需注意加强防范雷电灾害。

4 雷灾现场勘查

笔者于2017年6月9日对雷灾现场进行勘查，认真调查雷电灾害现场的地理、地质、土壤、气象及雷电活动情况，以及受灾建筑物防雷装置的安装情况[2]。

4.1受灾建筑物地理位置

受灾建筑物为村民2016年12月建成的自建房，房屋为框架结构，此次受雷灾的几户村民房屋位于山边孤立旷野，所处位置地势较高，东面为山坡，山上有茂密树林，属于雷电多发区域。

4.2受灾点地质土壤情况

受灾点处土质为含砂粘土，土壤电阻率低，经现场检测土壤电阻率值[3]，如表1所示。

表1 受灾点土壤电阻率测试值

由表1可知：该受灾点处土壤电阻率测试平均值为140.7Ω·m，结果为地下-15m～-6m土壤层平均土壤电阻率，说明土壤泄流能力强。

4.3受灾建筑物防雷装置安装情况

(1)受灾建筑物均未采取任何雷电防护措施。

(2)受灾建筑物内电源线路、信号线路均以架空线形式引入，再引到各用电设备处，一旦配电线路或信号线路遭雷击，雷电流就会沿着架空线直接引到室内，再侵入到与电源线路或信号线路相连的电气、电子设备，导致雷击损坏。

(3)电源线路入户配电箱处未安装SPD保护，建筑物内电气、电子设备无任何防护闪电电涌侵入措施。

5 雷电入侵途径分析

通过以上对雷灾现场勘查和检测结论分析，结合对雷电活动规律的研究，分析此次雷击灾害事件的雷电入侵途径可能有3种：直击雷、闪电电涌侵入和闪电感应。雷电入侵途径及危害分析如下。

5.1雷电直击建筑物顶部

直击雷是指闪击直接击在建(构)筑物、其它物体、大地或外部防雷装置上，产生电效应、热效应和机械力者，往往会造成建筑物的爆炸、火灾或严重物理损坏。据现场勘察发现，该安置房未采取直击雷防护措施，当有强雷暴出现且移动到接近地面建筑物时，因雷暴云内部含有大量的电荷，与底部的受灾建筑物之间产生静电感应，使地面建筑物表面产生异性电荷。随着电荷量的不断积聚，当两者之间电场强度达到一定程度(一般为3000V/cm～10 000V/cm)时就会发生空气击穿，引起放电，产生强大的雷电流，受灾建筑物屋面墙角处水泥块内部因受到强大的雷电流，瞬时温度急剧升高，使周围空气急剧膨胀从而引起炸裂。

5.2闪电感应，造成建筑物内电源线、信号线上出现感应雷电流

该安置房的用电是以架空线形式引入，且相邻几户居民共用一路电源，当受灾建筑物房屋遭受雷击时，雷电在周边产生瞬变的强电磁场，随即在线路上感应出强大的雷电流，雷电流沿着低压架空线、信号线引入到室内，再通过线路引到电气、电子设备，造成设备损毁。此次雷灾造成的灯管炸裂，配电箱烧毁、机顶盒、电视接收器、浴霸、开关、插座、线路等不同程度的烧毁和损坏，就是由于闪电感应现象，造成电源线、信号线路感应出的雷电流沿着线路侵入到建筑物内，引发建筑物内电气、电子设备损毁。闪电感应现象虽然出现的频率高，但其破坏性较直击雷小，不太可能造成严重的线路烧毁、火灾等现象，往往是通过闪电电涌侵入方式造成建筑物内电气、电子设备一些部件的损坏。

5.3闪电电涌侵入，使建筑物内电源线、信号线感应雷电流沿线路侵入建筑物内，造成电气、电子设备损毁

受灾村民楼房顶部遭直接雷击后，由于该房屋为框架结构，雷电流沿建筑物梁、柱等钢筋将雷电流泻放入地。同时，由于闪电感应现象，使建筑物内部埋设的电源线、信号线感应雷电流，并沿这些线路侵入室内，即闪电电涌侵入，闪电电涌沿着这些管线侵入屋内，危及人身安全，造成电气、电子损坏设备[4]。此次雷灾造成的灯管炸裂，配电箱烧毁、机顶盒、电视接收器、浴霸、开关、插座、线路等不同程度的烧毁和损坏，极有可能就是由于闪电电涌侵入而造成的。

5.4雷电入侵途径分析结论

(1)鉴于周某新建楼房遭雷击后屋角砖头破裂严重，可以确定此处就是雷击点。故认定此次雷击事件首先是因受灾建筑物遭受直接雷击引发的。

(2)鉴于该受灾楼房内电气线路和配电箱烧毁程度较轻，并未出现烧毁或引发线路火灾现象，可以认定在屋顶发生直击雷后，建筑物内的电源线、信号线上发生了闪电感应现象，感应雷电流沿着电源线、信号线引入到室内。

(3)受灾业主反映：“遭雷击电气、电子设备均为部分元件损坏，已修复”，鉴于该受灾建筑物内电视机等电气、电子设备损坏程度较轻，并未发生烧毁或炸裂现象，可以认定是因电源线、信号线上出现了闪电感应雷电流，因闪电电涌侵入，造成建筑物内电气、电子损坏设备遭受不同程度损毁。

综上分析，此次雷击事件的雷电入侵途径为：直击雷、闪电感应和闪电电涌侵入等3种雷电入侵方式同时出现、共同作用造成的。

6 农村自建房防雷装置安装要求

通过对农村这一典型雷击事件的调查鉴定与分析，结合当地雷电活动规律和雷电灾害易损度区划结果，对此类农村自建房防雷装置安装提出以下建议和意见[5]。

(1) 农村自建房需安装直击雷防护措施，可利用建筑本身的结构钢筋通过焊接或绑扎作为防雷装置，既节省成本，又能发挥雷电灾害防御作用。

(2)引入农村自建房的电源线、信号线应尽量穿金属管屏蔽并埋地引入，金属屏蔽管道连接处应采用金属线跨接，埋地长度不小于15m。当受条件限制只能架空引入时，应在架空引入处安装电源电涌保护器，可较好地保护室内电气、电子设备的安全。

(3)应将自建房的防雷装置与电气、电子设备保护接地装置共用，减少和避免因雷击引发极高的电位差所造成的安全威胁。

7 结语

农村自建房大都位于山边或水田边，地处孤立旷野地带，虽然高度不高，但极易发生因直击雷、闪电感应和闪电电涌侵入等方式引发的雷击事件，所以需提高防雷安全意识。项目建设前，应考虑充分利用建筑本身结构钢筋因地制宜地设计防雷措施，按照农村自建房防雷装置安装要求，安装简易的屋面接闪带、防雷引下线和防雷接地装置，有效防护直击雷的危害。电源线、信号线应尽量采用穿金属管屏蔽埋地引入建筑物内，对于架空线引入建筑物的应在入户处安装电涌保护器，以防御闪电电涌侵入对建筑物内人员与电气、电子设备的危害。建筑物内各种金属装置、金属设备应就近采取等电位接地保护措施，电源线、信号线应避免环形敷设，并采用穿金属管屏蔽措施，以防御闪电感应的危害，经济合理地安装防雷装置，以最小的成本达到较好的雷电灾害防御能力，努力消除和减少雷击安全隐患，最大限度减少雷击灾害威胁，以确保农村建筑物内人员和电气、电子设备的安全。

[1] 李衣长，吴林峰， 余春华，等.三明市雷电气候特征与雷电灾害易损度区划研究[J].南京信息工程大学学报:自然科学版,2017,48(2): 220-226.

[2] GB50057-2010 建筑物防雷设计规范[S].北京:中国计划出版社，2010.

[3] GB/T17949.1-2000 接地系统的土壤电阻率、接低阻抗和地面点位测量导则 第1部分:常规测量[S].北京：中国标准出版社，2000.

[4] GB50343-2012 建筑物电子信息系统防雷技术规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2010.

[5] 肖稳安.雷电和防护及防雷工程管理[M].北京：气象出版社,2009.

Disasterinvestigationandstudyofatypicallightningstrikeinthecountryside

LIYichangGONGWeiZHANGQuanfengCHENlianxinWUshengcan

(Sanming City Province Meteorological Bureau，Sanming 365000)

According to the lightning safety consciousness of rural farmers and weak construction of lightning protection facilities, lightning disasters frequently cause rural casualties and property losses, in order to improve the defense capability of lightning disaster, paper through the adjustment of rural disaster of a typical lightning incidents investigation, analysis of lightning activity affected points in rural areas, the lightning disaster by field investigation, detection, through statistical analysis, disaster analysis analytic method and AHP method to find out the lightning path and triggered lightning causes, put forward rural self built room should be fully utilize the building structure reinforcement according to the design of lightning protection measures, effective protection of lightning, lightning and lightning surge invasion induced hazards, installation of lightning protection measures of economic reasonably, enhance the ability of rural disaster prevention to avoid or reduce the lightning disaster happened in rural farmers Piece.

Lightning events; Disaster survey; Lightning protection

TU856

A

1004-6135(2017)10-0104-04

李衣长(1973.1- )，男，工程师。

E-mail:449220703@qq.com

2017-08-15