基于危化品场所脆弱性分析的雷灾风险区划

张 健 李翠玉 张彦勇 杨 敏

（1.河北省衡水市气象局，河北 衡水 053000；2.河北省气象行政技术服务中心，河北 石家庄 050000）

0 引言

2019 年初，中国气象局办公室就进一步加强防雷安全监管工作印发通知，要求各省（自治区、直辖市）气象局切实做好雷电灾害防御工作，防范化解重大风险，全面落实防雷安全监管责任，最大限度地减少或者避免雷电灾害事故的发生。雷电灾害风险区划对于防雷减灾具有十分重要的指导意义。多年来，国内外在雷电灾害的风险评估和区划方面，取得了许多有意义的研究成果[1-4]。随着区划方法的不断完善、地闪等资料的更新以及GIS 技术的应用，雷电灾害风险区划技术趋近成熟，并形成了《雷电灾害风险区划技术指南（QX/T 405—2017）》（以下简称《指南》）[5]。目前，雷电灾害风险区划研究在多个省级、地市级，甚至区县级气象部门已经开展。

危化品场所发生雷灾不仅可能造成人员伤亡和巨大的直接经济损失，引起的二次灾害环境污染还可能造成巨大的间接经济损失，甚至会引起社会问题[6]。《指南》在承灾体脆弱性分析中，未考虑不同危化品场所发生雷电灾害的危害性和雷电防护能力的差别，因此，对危化品场所防雷减灾的指导意义不强。在全国进行防范化解重大风险攻坚战，且气象服务日趋精细化、专业化要求的形势下，对危化品场所进行雷电灾害风险区划研究具有十分重要的意义。该文以衡水市为例，开展基于危化品场所脆弱性分析的雷电灾害风险区划，并与按照《指南》完成的区划结果作对比。

1 资料收集与处理

1.1 资料收集

该文采用了衡水市2009～2018年ADTD地闪定位资料；以行政区划县（区）为单位的2016 年各县土地面积、GDP和总人口（常住人口）等社会经济资料；衡水市数字高程模型（DEM）数据（水平精度为90 m）、2015 年的1 ∶100万土地利用数据（精度为300 m）和2010 年的1 ∶100 万土壤电导率数据（精度为1 000 m）等地理信息资料；以及对衡水市100 家危化品场所调查所得资料，包括经度、纬度、场所类型（生产、储存、运输、销售等）、危险化学品的品种与规模、场所防雷装置现状和近3 年年检与整改情况、雷灾历史等。

因衡水地区2016～2018 年雷灾收集数据仅4 起，数据量较少且数据准确性不满足要求[7]，该文区划不考虑雷灾资料参与计算。

1.2 资料处理

地闪定位资料、社会经济资料和地理信息资料的处理方法参照《指南》5.2 节。归一化处理后，所有资料处理成相同的空间分辨率和空间投影坐标系统，建立地理信息系统（GIS）数据库。

根据对危化品场所调查资料的分析，按照场所类型（生产、储存、运输、销售等）、危险化学品的品种与规模等资料，划分危害级别，并对雷灾危害性指数赋值。按照场所防雷装置现状和近3 年防雷装置年检与整改情况、雷灾历史等资料，划分防护能力，并对雷电防护能力指数赋值。赋值标准见表1。然后分别进行归一化处理，形成归一化的雷灾危害性指数栅格数据和雷电防护能力指数栅格数据。

表1 危化品场所雷灾危害性指数和雷电防护能力指数赋值

2 区划模型

在承灾体脆弱性分析中，该文采用危化品场所雷电防护能力指数P'c和雷灾危害性指数N1两个区划指标，与地闪密度Ld、地闪强度Ln、土壤电导率Sc、海拔Eh、地形起伏Tr、人口密度Pd和GDP 密度Gd组成9 个区划指标，建立区划模型如图1 所示。

图1 基于危化品场所脆弱性分析的雷电灾害风险区划模型

3 衡水市雷电灾害风险区划

3.1 各指标权重分析

进行风险区划的关键是要确定评估指标的权重[8]。该文运用熵值法计算各指标权重，结果见表2。

表2 雷电灾害风险区划各指标权重值

3.2 致灾因子危险性分析

致灾因子危险性RH 按《指南》6.2.2 节式（5）计算。通过模型计算，致灾因子危险性引起的风险划分为5 个等级：一般风险等级（Ⅰ级，5.19 ≤LDRI ≤5.30）、低风险等级（Ⅱ级，5.30 ＜LDRI ≤5.34、较高风险等级（Ⅲ级，5.34＜LDRI≤5.38）、高风险等级（Ⅳ级，5.38＜LDRI≤5.43）和极高风险等级（Ⅴ级，5.43 ＜LDRI ≤5.56），LDRI 是指根据相关指标计算得到的雷电灾害风险指数。用GIS 处理得到衡水市致灾因子危险性RH 风险等级划分图，如图2 所示。

图2 衡水市致灾因子危险性RH 风险等级划分图

由图2 可以看出，衡水市致灾因子危险性风险极大值主要分布在桃城区大部、深州市西北部和西南部、安平县南部以及故城县中部；极小值分散在衡水东北部和西南部。

3.3 危化品场所脆弱性RF 分析

承灾体脆弱性RF 与承灾体暴露度RE（分析略）组成承灾体易损性RV。危化品场所脆弱性RF 按式（1）计算：

式中：

N1—雷灾危害性指数。

wn—雷灾危害性指数权重。

P'c—雷电防护能力指数。

wp—雷电防护能力指数权重。

通过模型计算，危化品场所脆弱性RF 引起的风险划分为5 个等级：一般风险等级（Ⅰ级，0.95 ≤LDRI ≤1.04）、低风险等级（Ⅱ级，1.04 ＜LDRI ≤1.21）、较高风险等级（Ⅲ级，1.21 ＜LDRI ≤1.41）、高风险等级（Ⅳ级，1.41 ＜LDRI ≤1.63）和极高风险等级（Ⅴ级，1.63 ＜LDRI ≤1.94）。用GIS 处理得到衡水市危化品场所脆弱性RF 风险等级划分图，如图3 所示。

图3 显示，危化品场所脆弱性风险极大值较为分散，且每个县（区）内均有出现极大值，这与危化品场所的地理分布基本对应。雷灾危害性指数越大、雷电防护能力指数越小，对应区域承灾体脆弱性风险等级越高。

图3 衡水市危化品场所脆弱性风险等级划分图

3.4 基于危化品场所脆弱性分析的衡水市雷电灾害风险区划

雷电灾害风险指数LDRI 按照《指南》6.2.1 节式（4）计算，并利用自然断点法，划分为5 个等级：一般风险等级（Ⅰ级，3.37 ≤LDRI ≤3.45）、低风险等级（Ⅱ级，3.45 ＜LDRI ≤3.50）、较高风险等级（Ⅲ级，3.50＜LDRI ≤3.57）、高风险等级（Ⅳ级，3.57 ＜LDRI ≤3.66）和极高风险等级（Ⅴ级，3.66 ＜LDRI ≤3.87）。用GIS 处理得到基于危化品场所脆弱性分析的衡水市雷电灾害风险区划图，如图4 所示。

图4 显示，雷电灾害风险指数LDRI 极大值分布较为分散，且各县（区）均或多或少出现极大值。桃城区、安平县西部属于高风险区。

3.5 适用一般情况的衡水市雷电灾害风险区划

如果承灾体脆弱性RF 只考虑根据土地利用类型确定的防护能力指数Pc（见《指南》5.2.5 节表2）这1 个指标，用GIS 处理得到衡水市雷电灾害风险区划图（分析过程略），如图5 所示。

图4 基于危化品场所脆弱性分析的衡水市雷电灾害风险区划图

图5 显示，雷电灾害风险指数LDRI 极大值主要分布在安平西部、桃城区。西北部和东南部也属于高风险区。其余县（区）属于低风险区或一般风险区。

4 结论

2 种区划结果都显示，桃城区平均风险值相对最高，安平县、深州市西部和故城县中部次之，其余县（区）平均风险值较低。整体上来说，2 种区划结果相互验证，基本符合事实。而基于危化品场所脆弱性分析的雷电灾害风险区划结果显示，雷电灾害风险指数极大值不再集中于一个或几个县（区）内，且风险值在单个县（区）内层次感更强，更能满足当下气象服务精细化、专业化需求。

该文的研究能为气象部门开展雷电监测预警、雷电灾害风险评估提供一定技术依据和参考，有助于提高对危化品场所的防雷安全监管水平和防雷技术服务水平，进而提高防雷减灾能力。同时，该文研究方法对于其他地区或学校、景区等特定场所的雷电灾害风险区划研究有一定的指导意义。

由于实地调查工作量大，展开调查的危化品场所数量不够多，脆弱性分析数据相对较少，运用熵值法计算指标权重时，易造成对应指标权重较大，对区划结果有一定影响。如何更加合理地划分指标权重有待进一步研究。

图5 适用一般情况的衡水市雷电灾害风险区划图