内江市雷电灾害风险评估与区划

吴 彬 ,徐祥峰

（1.四川省内江市气象局，内江 641000；2.四川省隆昌市气象局，隆昌 642150）

引言

雷电灾害是一种严重的自然灾害，能够造成人畜伤亡、建筑物损坏和电子设备受损，还可能诱发火灾和爆炸等次生灾害[1]。雷电灾害风险区划是通过科学、系统的评估计算，利用雷电风险指数大小而形成的风险区划[2]，是降低雷电灾害发生或损失的有效办法。目前，国内气象科技工作者已在雷电灾害风险区划研究方面取得了许多成果。刘垚等[3]利用层次分析法计算各要素权重，对杭州市雷电灾害风险进行分析，形成区划图。李韬等[4]利用GIS技术和自然灾害风险评估方法对贺州市进行雷电灾害风险区划及防御研究。黎梓华等[5]对桂林市雷电灾害风险各要素等级指标进行综合评估。内江市属于四川省雷电灾害发生的极高风险区，其雷电密度为6.2个/年·km2[6]。随着内江经济的快速发展，人口和经济的密集程度越来越高，雷电灾害的频繁发生严重威胁着人民生命财产安全和社会公共安全，愈发引起社会各界的广泛关注。因此，为提升内江市雷电灾害主动防护能力，本文针对内江市乡镇、街道一级为单元的行政区域开展雷电灾害风险评估与区划，这对降低因雷电灾害带来的损失和保障人民生命财产安全具有极其重要的意义。

1 地域环境

四川省内江市位于四川盆地东南部、沱江下游中段，地跨东经104°15′～105°26′、北纬29°11′～30°2′，东西长121.5km，南北宽94.7km，东邻重庆，南界泸州，西接自贡，西北连眉山市，北与资阳市相邻。现辖市中区（含经开区）、东兴区（含高新区）、资中县、威远县，代管1个县级市隆昌市，107个乡镇，1609个行政村，14个街道办事处，348个社区，幅员面积5385km2，总人口430万。内江市地处四川省盆地中部丘陵地区，其地形以丘陵为主，东南、西南面有低山环绕。海拔高度350～450m间的丘陵约占90%，地质构造属新华夏系沉降带的一部分，褶断规模小，地表由较平缓的紫色砂岩组成。属亚热带湿润季风气候，年平均温度为15～28°C，年降雨量约1000mm，夏季降雨量约占全年雨量的60%，年总日照时数为1100～1300h，无霜期达330d。年内灾害性天气雷暴、大风、暴雨、洪涝、干旱、低温冰冻等气象灾害频繁发生。

2 资料和标准

雷电资料：采用2009～2018年内江市闪电监测数据，来源于四川省三维闪电监测定位系统。

社会经济资料：采用以各乡镇、街道为单元行政区域内的土地面积、年末总人口、国民生产总值（GDP）数据，来源于内江市各县（市、区）2009～2018年发布的统计年鉴。

基础地理信息资料：采用源于国家基础地理信息数据库1：5万GIS数据。

雷电灾害区划标准：按照中国气象标准雷电灾害风险区划技术指南QX/T405-2017[7]。

3 研究方法

本区划主要根据气象与气候学、自然地理学、灾害学、自然灾害风险管理等基本理论，采用风险指数法、GIS自然断点法、加权综合评价法等数量化方法，在GIS技术的支持下对内江市雷电灾害风险进行分析和评估，并编制雷电灾害风险区划图。图1给出了雷电风险区划的技术流程图。

图1 雷电灾害风险区划流程

3.1 区划技术流程

3.2 指数权重

对原始数据归一化处理后，根据专家打分的方法确定指数权重。

设m个评价指标i、n个被评价对象j，构成原始数据矩阵对其归一化处理后，对大者为优的评价指标值，具体公式如下：

对小者为优的评价指标值，具体公式如下：

4 内江市雷电灾害风险分析和区划

根据文中使用的风险区划原则和方法，在GIS技术支持下，雷电灾害的风险区划主要从致灾因子危险性、承灾体暴露度、承灾体脆弱性三个方面进行综合分析。其中，致灾因子危险性主要考虑不同等级闪电强度、海拔高度及地形起伏的影响；承灾体暴露度主要考虑各乡镇、街道单位土地面积人口密度和单位土地面积GDP密度比重；承灾体脆弱性主要分析受灾区域发生雷电灾害的抵御和恢复程度，考虑生命损失指数、经济损失指数、防护能力三个方面因素。对文中数据进行归一化处理后，通过专家打分确定了致灾因子危险性、承灾体暴露度、承灾体脆弱性三个方面的各项指数权重，如表1所示。最后，对致灾因子危险性、承灾体暴露度、承灾体脆弱性利用加权综合与GIS自然断点法，分析得出内江市雷电灾害风险区划。

表1 雷电灾害风险区划指数权重

4.1 致灾因子危险性分析

闪电强度分布特征：不同雷电流幅值大小的地闪频次是雷电灾害的主要影响因子。通过对内江市现辖市中区（经开区）、东兴区（高新区）、资中县、威远县、隆昌市近10a（2009～2018年）的闪电监测数据，统计出各县（市、区）不同雷电流幅值大小的地闪频次，进行归一化处理后，利用反距离权重插值法和规范化处理得出内江市闪电强度分布（图2）。如图所示，资中县西北部和威远县穹窿山区闪电强度值为15.62～16.66kA，相对强度最大，表示该区域雷电释放能量较大，造成的损失相对较大；东兴区东北部和隆昌市大部分区域闪电强度相对最小，其值为11.98～13.08KA，表示造成的损失相对较小；整个内江市闪电强度分布特征由西向东呈递减趋势，闪电强度分为5个等级，分别是11.98～13.08KA、13.08～13.9KA、13.94～14.79KA、14.79～15.62KA、15.62～16.66KA。

图2 内江市闪电强度分布（单位：KA）

海拔高度分布特征：对内江市基础地理信息资料高程和水系1:5万GIS数据进行归一化处理后，得出内江市海拔高度分布（图3）；其海拔高度分为5个等级，分别是275～360m、360～434m、434～535m、535～645m、645～900m；该地区海拔高度分布呈西部穹窿山区海拔高、中部和南部海拔低的分布特征。

图3 内江市海拔高度分布（单位：m）

地形起伏分布特征：通过对内江市各乡镇、街道的高程数据计算标准差，形成内江市地形标准差分布（图4）；地形标准差分为5个等级，分别是0～2.80、2.80～5.15、5.15～8.10、8.10～13.11、13.11～37.58。

图4 内江市地形标准差分布

致灾因子危险性分布特征：根据专家打分，指数权重分别取值为闪电强度0.6、海拔高度0.3、地形起伏0.1，基于GIS计算雷电致灾因子危险性，采用自然断点法将其分为5个等级，雷电致灾因子危险性计算公式如下：

式中：RH为致灾因子危险性，Ln为闪电强度，Eh为海拔高度，Tr为地形起伏，wn、we和wt分别为闪电强度权重、海拔高度权重和地形起伏权重。

图5为内江市致灾因子危险性分布。综合图2～5的分布特征发现，内江市闪电强度越强、海拔高度越高、地形起伏越大的乡镇、街道，其雷电致灾因子危险性风险越高，反之风险越低。高风险区及次高风险区分别是威远县西北、西南区域和资中县西北、西南区域，其他乡镇为中等风险区；市中区（经开区）、东兴区（高新区）、隆昌市为次低风险区和低风险区。

图5 内江市雷电致灾因子危险性分布

4.2 承灾体暴露度分析

雷电承灾体暴露度主要考虑各乡镇、街道的单位土地面积人口密度和单位土地面积GDP密度比重两个评价指标。

人口密度分布特征（图6）：内江市人口密度主要集中在市中区（经开区）各街道、东兴区（高新区）各街道、隆昌市金鹅街道城区范围内，及威远县严陵镇、资中县重龙镇和水南镇人口密度最大，为2058～4491人/km2。威远县西北部和东兴区北部人口密度最小，为251～480人/km2，其他乡镇人口密度分别是：480～726人/km2；726～1055人/km2；1055～2058人/km2。

图6 内江市人口密度分布（单位：人/km2）

GDP密度分布特征：内江市单位土地面积GDP密度分布如图7所示。

图7 内江市GDP密度分布

承灾体暴露度分布特征：根据专家打分，指数权重分别取值为人口密度0.6、GDP密度0.4，基于GIS计算雷电承灾体暴露度，采用自然断点法将其分为5个等级，得出内江市各乡镇、街道的雷电承灾体暴露度，如图8所示。高暴露度和次高暴露度区域包括市中区（经开区）城区、交通镇、四合镇、白马镇，东兴区（高新区）城区、椑木镇，隆昌市金鹅街道、桂花井镇，威远县严陵镇、向义镇，资中县重龙镇、水南镇、明心寺镇、球溪镇；其他区域为中等、次低、低暴露度。

图8 内江市雷电承灾体暴露度分布

承灾体暴露度计算公式如下：

式中：RE为承灾体暴露度；Pd、Gd、wp和wg分别指人口密度、GDP密度、人口密度权重和GDP密度权重。

4.3 承灾体脆弱性分析

承灾体脆弱性表示受灾区域发生雷电灾害的抵御能力和恢复程度，主要考虑生命损失指数、经济损失指数、防护能力三个方面因素。

生命损失指数分布特征：生命损失指数是指受灾区域发生雷电灾害时单位面积内受危害人口数量，单位为人/km2，该指标客观反映区域内生命对灾害的敏感性，也间接反映区域防御和抵抗雷电灾害的能力。通过归一化处理，得出内江市雷电承灾体生命损失指数分布（图9）。内江市单位面积内人口最多的乡镇、街道雷电承受生命损失指数最大，反之最小。生命损失指数最大的地区包括市中区（经开区）城区、交通镇、四合镇，东兴区（高新区）城区，隆昌市金鹅街道，威远县严陵镇、镇西镇、连界镇，资中县重龙镇、水南镇、银山镇、球溪镇、龙江镇、孟塘镇；其他区域生命损失指数均低于0.56。

图9 内江市雷电承灾体生命损失指数分布（单位：人/km2）

经济损失指数分布特征：经济损失指数是指区域内发生雷电灾害时单位面积上的经济损失，单位为万元/km2，主要反映区域单位面积上的经济损失，抵抗雷电灾害能力和可迅速恢复能力。对其进行归一化处理，形成归一化的雷电承灾体经济损失指数分布（图10）。

图10 内江市雷电承灾体经济损失指数分布（单位：万元/km2）

防护能力分布特征：将内江市土地利用分为建设用地、农用地、未利用地进行赋值，统一归一化处理，形成内江市雷电承灾体防护能力分布（图11）。如图所示，雷电承灾体防护能力为1.00～0.59的地区包括市中区（经开区）城区、交通镇、白马镇，东兴区（高新区）城区、椑木镇，隆昌市金鹅街道、山川镇，资中县重龙镇、水南镇，威远县严陵镇、向义镇；其他区域雷电承灾体防护能力为0.59～0.50。

图11 内江市雷电承灾体防护能力分布

承灾体脆弱性分布特征：根据专家打分，指数权重分别取值为生命损失指数0.3、经济损失指数0.3、防护能力0.4。基于GIS计算内江市雷电承灾体脆弱性，采用自然断点法将其分为5个等级，得出内江市雷电承灾体脆弱性分布（图12）。如图所示，内江市大部分区域是雷电承灾体高脆弱性和次高脆弱性；次低脆弱性和低脆弱性地区包括市中区（经开区）城区、交通镇，东兴区（高新区）城区，隆昌市金鹅街道，资中县重龙镇、水南镇。

图12 内江市雷电承灾体脆弱性分布

承灾体脆弱性计算公式如下：

式中：RF为承灾体脆弱性；Cl为生命损失指数；Ml为经济损失指数；Pc为防护能力指数权重；wc、wm、wp分别是指生命损失指数权重、经济损失指数权重和防护能力指数权重。

4.4 内江市雷电灾害风险评估与区划

内江市雷电灾害风险指数计算公式如下：

式中LDRI为雷电灾害风险指数，RH、RE、RF分别表示风险评价模型中的致灾因子危险性、承灾体暴露度和承灾体脆弱性各评价因子指数扩大10倍后的数值；wh、we、wf对应各评价因子的权重。根据专家打分，指数权重分别取值为致灾因子危险性0.5、承灾体暴露度0.3、承灾体脆弱性0.2。基于GIS计算雷电灾害风险指数，采用自然断点法将其分为5个等级，等级划分如表2可见。最终形成内江市雷电灾害风险区划（图13）。

表2 内江市雷电灾害风险等级划分

图13 内江市雷电灾害风险区划

5 结论与讨论

本文利用2009～2018年内江市5个县（市、区）的闪电定位资料，结合社会经济资料和基础地理信息资料，在GIS技术支持下，开展了内江市雷电灾害风险分析和评估，编制了内江市雷电灾害风险区划，其主要结论为：内江市雷电灾害风险西部高于东部，整体呈现由西向东递减；高风险区及次高风险区集中在内江市城区、威远县中部和穹窿山区一带、资中县中部和西北部区域；中等风险区位于经开区四合镇，市中区史家镇、全安镇、朝阳镇、凌家镇，东兴区椑木镇，资中县银山镇、明心寺镇，隆昌市黄家镇、桂花井镇、双凤镇；低风险区及次低风险区则集中在市中区龙门镇、伏龙镇、永安镇、靖民镇、龚家镇，东兴区中部、东北部、东南部，资中县水南镇，隆昌市大部分乡镇。

虽然本文利用2009～2018年近10年内江市5个县（市、区）的有关资料，对内江市雷电灾害风险进行了综合分析和评价，完成了内江市雷电灾害风险区划，基本达到了预期的目标。但是，雷电灾害风险因子还有待完善，由于许多受灾单位和个人发生雷击灾害事故后未能及时向当地气象主管部门报备，导致这个因子难以准确使用，今后，应加强对雷电灾害的统计，尽量准确使用这一重要因子，做到更精准的雷电灾害风险区划。