重庆市区域性雷电防护等级划分研究

李宗健 余蜀豫 李向保

摘要：根据重庆闪电的时空分布特征，下垫面情况，各区域间的特点分别对致灾因子、孕灾环境因子、承灾体因子和防御能力等相关资料进行收集、统计，应用数学方法研究致灾因子、孕灾环境因子、承灾体因、防御能力等各因子及其子因子之间的权重系数，建立重庆地区雷电灾害敏感区划模型，确定雷电灾害敏感区划等级，生成重庆地区雷电灾害敏感区划图，提出区域性的防雷保护技术，为雷电灾害防御及雷电灾害风险评估提供依据。

关键词：雷电灾害风险  区域性雷电防护技术

1 概述

我国气象灾害种类多、强度大、频率高，严重威胁人民的生命和财产安全，影响着国民经济和社会发展。其中雷电灾害造成的损失仅次于暴雨洪涝灾害和干旱灾害，目前已有十种自然灾害已被联合国的相关部门列为最为严重的，而雷电灾害则就是其一。中国以重庆的西南部、长江上游地区，地势以丘陵和高山为主，素有“山城”之称，由于独特的地理位置和环境因素，使重庆的气候具有夏天高温高热高湿度的特点，春、夏季成为雷雨天气的高发区。随着重庆直辖以后，经济建设高速发展，每年因雷击给航空航天、国防、通讯、计算机、电子工业、石油化工、邮电、轨道交通、森林等国民经济造成数以万计的损失，直接经济损失高达数亿元，人员伤亡达数十人。为保障人民生命财产安全和国民经济稳步发展，加强和提高防雷减灾工作已刻不容缓。通过开展区域性雷电防护技术研究，确定各区域划分等级，绘制雷电灾害敏感区划图，研究和完善分区防雷新技术将有助于了解和掌握重庆各区域雷电灾害风险特征，为其科学有效的采取经济、合理的防雷措施，减低雷电灾害损失提供科学依据。

2区域性雷电灾害风险计算方法

关于区域雷击风险评估的影响因素有很多，权衡众多因素中的主要因素并对此进行合理的科学数学化处理也是至关重要的，同时还要兼顾其他影响因素数据的可靠性、可获得性。利用历史气象灾害统计数据，采用模糊数学方法、灰色系统法、层次分析法等数学方法对致灾主要因素进行合理数据处理并对雷电风险做出一个预测，不过由于孕灾环境的变化，仅利用历史数据不能保证评价的准确性。人间生存环境风险评价方法（LEC评价法），是一种评价具有潜在危险性环境中作业的危险性半定量评价方法。同一区域内，雷电风险的成灾机制大致相同，孕灾环境也差别不大，可以使用同一种风险评价方法反映这个区域内雷电风险的大小和对比关系。IEC62305-2即采用的此类方法，为了达到定量化，其中包含大量参数和经验取值，操作性不好。雷电灾害风险同其他自然灾害风险相同，是多种因素相互作用的产物，它受到一个区域自然系统、社会系统及其组合关系的影响。

区域雷击风险评估包括：雷电风险、地域风险、承灾体风险。其中雷电风险又包括：雷暴日、雷暴路径、雷击密度、雷电流强度等;地域风险又包括：土壤结构、地形地貌、周边环境等;承灾体风险又包括：项目属性、建构筑特征、电子电气系统等。通过对重庆市闪电统计资料的分析，结合雷暴孕灾环境和成灾机制，量化R=H·E·V·C的各个参数，对重庆市雷电灾害进行全面分析。其结果能在一定程度上反映重庆市雷电灾害风险的分布情况，从而指导防雷减灾规划，最大程度减少雷灾造成的损失和影响。

根据目前比较公认的自然灾害风险形成机制，一定区域自然灾害风险是由自然灾害危险性（H）、暴露（E）、承灾体的易损性（V）、防灾减灾能力（C）4个风险因素相互交链形成，用公式表达：R=H·E·V·C。由于4个风险因素为比较笼统的抽象概念，需要结合雷电灾害的成灾机制，利用一些数学方法对其量化（多元统计或者层次分析法），然后得到这个区域雷电灾害风险评估的计算公式[1]。这种针对某一区域雷电灾害风险的评价方法，更加准确，而且更具有操作性。雷暴灾害的形成受到一个区域多种因素的影响，每种因素又包含众多的表现形式，从而使得间层次关系导致系统内部因素不明确[2]。

3数据来源

数据来源于重庆市统计年鉴和重庆市气象局ADTD观测数据，选取闪电密度、总人口、总户数、非农人口、GDP因子进行统计。

4雷电灾害的评估指标以及风险因素

4.1 危险性

危險性，是指造成灾害的自然变异程度，主要是由灾变活动规模和活动频次决定的。一般灾变强度越大，频率越高，灾害所造成的破坏损失也越严重，灾害风险也越大。

对于雷电灾害来说，其危险性表现在闪电的发生次数、闪电的幅值大小以及闪电发生的极性、高度和位置。一般情况下雷暴日数能代表一个区域内雷暴活动的频繁程度，但对于中小尺度的雷暴天气系统而言，以雷暴日为主的气候气象资料在反映雷电活动分布特征的代表性值得讨论。闪电定位仪的资料具有更好的代表性，危险性因子是提取地闪密度，利用重庆地区闪电定位系统的资料进行统计出来的。

4.2 暴露

暴露又称为承灾体，是指可能受到危险因素威胁的所有人和财产。一个地区暴露于各种危险因素的人和财产越多，或者受灾财产值密度越高可能遭受潜在损失也就越大，灾害风险越大。

人口数量能很好地反映人身伤亡雷灾风险的暴露，此外总户数能作为人口数量的补充因子。同时GDP也是暴露性的重要描述因子。这里选取人口数量、总户数、GDP作为暴露性的参数因子。

4.3 易损性

承灾体的易损性是指自然灾害时所造成的伤害或损失程度，承灾体的易损性大小，既与物质成分、结构、雷击密度、雷电灾害频数、经济损失模数、生命易损模数有关，也与孕灾环境有关。一般承灾体的脆弱性越低，灾害损失越小。

局地的热力条件和雷暴的地貌、地形、以及空气的成分密切相关，不过这些因子大多很难量化描述。人员活动情况是人身伤亡雷灾风险需要考虑的一个重要因子。通过对几十年雷电灾害统计分析可以看出，由于城市建筑结构和高度的影响，雷电造成人员伤亡的风险概率很低，大部分雷电造成的人员伤亡事件都出现在开阔且较落后的地区，利用的农业GDP能较好地反映因雷电灾害易损性。

5因子权重及综合评价

一般的“经验法”、“专家打分法”操作简便，但实用性可靠性差。综合评价的关键是采用定量指标与定性指标相结合的方法。Saaty提出的层次分析法[3]对多层指标的权重按对比矩阵的特征向量收敛，可靠性强，适合于量化分析。本文使用层次分析法，统计计算各因子后，利用气象学统计分析中的分级统计方法，把风险设定为很高、高、一般、低、很低五个等级，将计算结果依次归类，最后重庆市的雷电风险分布分别为：万州区雷电风险大小为0.667477，风险等级高;万盛区雷电风险大小为0.307724，风险等级低;丰都县雷电风险大小为0.500199，风险等级一般;九龙坡区雷电风险大小为0.476748，风险等级一般;云阳县雷电风险大小为0.586242，风险等级一般;北碚区雷电风险大小为0.390423，风险等级低;南岸区雷电风险大小为0.487551，风险等级一般;南川区雷电风险大小为0.486362，风险等级一般;双桥区雷电风险大小为0.307724，风险等级低;合川区雷电风险大小为0.627486，风险等级高;垫江县雷电风险大小为0.55177，风险等级一般;城口县雷电风险大小为0.360647，风险等级低;大渡口区雷电风险大小为0.182719，风险等级很低;大足区雷电风险大小0.566675，风险等级一般;奉节县雷电风险大小为0.552584，风险等级一般;巫山县雷电风险大小为0.454967，风险等级一般;巫溪县雷电风险大小为0.428389，风险等级一般;巴南区雷电风险大小0.519282，风险等级一般;开州区雷电风险大小为0.615536，风险等级高;彭水苗族土家族自治县雷电风险大小为0.469984，风险等级一般;忠县雷电风险大小为0.562885，风险等级一般;梁平区雷电风险大小为0.551037，风险等级一般;武隆区雷电风险大小为0.419304，风险等级一般;永川区雷电风险大小为0.595814，风险等级一般;江北区雷电风险大小0.516344，风险等级一般;江津区雷电风险大小为0.650394，风险等级高;沙坪坝区雷电风险大小为0.414053，风险等级一般;涪陵区雷电风险大小为0.574858，风险等级一般;渝中区雷电风险大小为0.276353，风险等级低;渝北区雷电风险大小为0.542088，风险等级一般;潼南区雷电风险大小为0.56601，风险等级一般;璧山区雷电风险大小为0.487737，风险等级一般;石柱土家族自治县雷电风险大小为0.457269，风险等级一般;秀山土家族苗族自治县雷电风险大小为0.402993，风险等级一般;綦江区雷电风险大小为0.511351，风险等级一般;荣昌区雷电风险大小为0.512938，风险等级一般;酉阳土家族苗族自治县雷电风险大小为0.481498，风险等级一般;铜梁区雷电风险大小为0.536645，风险等级一般;长寿区雷电风险大小为0.512901，风险等级一般;黔江区雷电风险大小为0.401336，风险等级一般。

6结论

从图上可以看出万州区、合川区、开州区、江津区属于雷电灾害风险高地区，相应的人身伤亡概率也偏高，为了进一步提高雷电灾害防御能力，保障防雷安全，最大限度的减少雷电灾害损失，对雷电灾害风险高的区域应该提高防雷措施级别，同时采取相应的非工程防雷措施。

6.1 工程性措施

（1）雷电灾害风险属于高及以上的区域内凡有人活动的建构筑物必须安装防直击雷措施，且符合第三类防雷建筑物的要求。

（2）雷电灾害风险属于高及以上的区域内空旷场所（农田、林场等）宜设置可以临时避雷的地方，宜使用既有建筑物加装符合要求的防雷措施。

（3）雷电灾害风险属于一般及以上的區域应采取非工程防雷措施。

（4）雷电灾害风险属于低及以下的区域内的雷电灾害敏感单位应采取相应的非工程防雷措施，其他宜采取相应的非工程防雷措施。

6.2 非工程防雷措施

（1）单位、建筑物的管理方（如物管公司）、或安全主管部门（如乡镇街道社区办事处）应明确雷电灾害防御工作的职责;

（2）宜每两年组织开展一次雷电灾害防御的科普宣传，普及防雷减灾知识和避险自救技能;

（3）应建立手机雷电监测预警预报信息接收终端，收到雷电灾害预警信息后，根据预警信号等级，及时采取有效措施;

（4）应每两年组织相关防雷安全工作人员（兼职）参加一次防雷安全保障技术培训;

（5）宜建立防御雷电灾害工作定期检查制度，定期开展防雷装置安全检测和防雷隐患定期排查，宜建立防御雷电灾害专项工作档案。

（6）雷电灾害敏感单位应制定雷电灾害应急预案，宜组建兼职应急队伍，按照事先制定的雷电灾害应急预案进行定期演练，分析总结每次演练中的不足，总结经营不断完善应急预案。

参考文献：

[1]余蜀豫.雷电风险评估方法和参数研究及实践.南京：南京信息工程大学，2012.

[2]张继权，李宁.主要气象灾害风险评价与管理的数量化方法及其应用[M].北京：北京师范大学出版社.

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