基于AHP和GIS的日照市雷电灾害特征及灾度区划评估

陈乐奇，刘向科，蔚立存，秦泗伟

(1.山东省气象防灾减灾重点实验室，济南 250031；2.山东省气象灾害防御技术中心，济南 250031；3.济南市气象局，济南 250102；4.山东省第八地质矿产勘察院，日照 276800)

0 引言

日照市属于低山丘陵区，地形呈西北(高)—东南(低)走向。境内山脉呈“X”形分布，大部分位于五莲县和莒县境内。日照市背山面海，气候特征明显，是典型的温带大陆性季风气候。特殊的地形地貌和明显的气候特征导致该地区遭受雷电灾害具有显著的时空分布特点。

马明[1]等分析了雷电灾害及相关因素的特征，指出重大雷灾伤亡事件直接与承灾体的脆弱性有关；张旭晖[2]等、张祎[3]等、陈雷文[4]等、丁旻[5]等、殷娴[6]等、夏一楠[7]等、王鑫森[8]等分别对江苏省、浙江省、东莞市、云南省、山东省的雷电灾害特征进行了统计分析，开展了雷电灾害易损性及风险区划分析，建立了雷电灾害易损性评估模型。

文章利用数理统计方法分析了日照市雷电灾害的损害类型及行业分布；运用层次分析法，构建雷电灾害灾度区划评估层次模型[9]，计算合成权重，确定雷灾灾度等级；在科学研究的基础上对雷电灾害进行灾度区划分析，实现雷电灾害指标风险化管理[10]。文中所有数据已应用于日照岚山“大会战”气象灾害综合风险普查，推动了日照市雷电灾害风险普查工作的开展，为防雷减灾政策的制定提供科学参考，提升防灾减灾的能力建设。

1 日照市雷电灾害特征分析

1.1 雷电灾害的损害类型分布

GB/T 21714.2-2015《雷电防护 第2部分：风险管理》中明确了雷击的基本损害类型为人畜伤害、物理损害及电气和电子系统故障3种。雷电灾害导致电气和电子系统故障占比最高，达到95.9%；其中以五莲县的雷电灾害次数和损害类型最多；雷电造成的人畜伤害主要发生在莒县和东港区；电气和电子系统故障的具体分类中，办公电子设备、家用电子电器和电力设备最易受损，占比分别为41.7%，31.5%和18.6%。

1.2 雷电灾害的行业分布

日照市的电力行业、通信行业、生产企业和居户遭受的雷电灾害次数较多，分布区域较广。其中电力行业遭受雷电灾害主要分布于五莲县，县城西侧附近遭受雷电灾害次数达16～19次，属于高值区；通信行业和生产企业遭受雷电灾害也是以五莲县为主，在莒县和东港区有少量分布；居户遭受雷电灾害以五莲县为主，在0.02°×0.02°的区域范围内，最高遭受过5次雷电灾害，东港区其次，莒县和岚山区有少量分布。经过统计，五莲县在各行业及居户中遭受雷电灾害次数最多，分布最广，五莲县在防范雷击灾害方面有较大压力。

2 日照市雷电灾害灾度区划评估

2.1 日照市雷电灾害灾度区划评估及指标确定

2.1.1 雷电灾害灾度区划评估的理论与方法

将灾度区划评估所包含的因素分层。其中雷电灾害灾度区划评估的目标为最高层；生命损失指数、经济影响指数和其包含的要素作为实现区划评估而采取的手段、措施和指标等，列为中间层；通过AHP法最终得出的雷电灾害的灾度值，作为用于解决日照市雷电灾害灾度区划评估的方案，列为最底层。

图1为雷电灾害灾度区划评估的层次模型，共建立了4个判断矩阵，分别是A-B二阶矩阵、B1-C四阶矩阵、B2-C二阶矩阵和C6-D七阶矩阵。在A-B二阶矩阵中，规定B1生命损失指数比B2经济影响指数的权重略高，分别为0.55和0.45；为了消除量纲，在B2-C二阶矩阵中C5直接经济损失(722.51万元)和C6间接经济损失(723.7万元)的数据指标将采用归一化处理。结合2004—2018年日照市雷电灾害实例，构建雷电灾害灾度区划评估层次模型。

图1 雷电灾害灾度区划评估层次模型

2.1.2 构建判断矩阵及一致性检验

层次模型建立后，利用一致矩阵法，将上下层之间的所有因素两两比较；采用相对尺度，尽量减少性质不同因素之间的比较，提高精准度。

文章采用了美国匹兹堡大学教授A.L.Saaty在20世纪70年代中期提出的1～9标度法。该标度法在层析分析法中用于量化过程，对建立矩阵后进一步求矩阵标准化特征向量、最大特征值、一致性检验指标和一致性比例起到重要的作用。

生命损失指数层判断矩阵B1-C及其一致性检验结果如表1所示。其中一致性比率C.R.=0.0779(<0.1)，表明该判断矩阵通过一致性检验。

表1 生命损失指数B1-C层矩阵标准化特征向量及其一致性检验结果

直接经济损失层判断矩阵C5-D及其一致性检验结果如表2所示。其中一致性比率C.R.=0.0245(<0.1)，表明该判断矩阵通过一致性检验。

表2 直接经济损失C5-D层矩阵标准化特征向量及其一致性检验结果

2.1.3 层次总排序及各指标权重的计算

A-C层各因素指标在总评估中的权重值如表3所示。直接经济损失C5-D层各因素指标在总评估中的权重值如表4所示。权重突出了各因素指标在总评估中的重要性。

表3 A-C层各因素指标在总评估中的权重

表4 C5-D层各因素指标在总评估中的权重

2.2 日照市雷电灾害灾度的计算

通过对日照市雷电灾害灾度区划评估层次模型的分析，确定了各指标的权重，建立了雷电灾害灾度方程公式：

(1)

式中，G代表雷电灾害灾度；H亡为死亡人数；H重为重伤人数；H轻为轻伤人数；H精为精神损害人数；M火为火灾或爆炸；M建为建筑物受损；M通为通信设备受损；M电为电力设备受损；M石为石化设备受损；M办为办公电子设备受损；M家为家用电子电器受损；E间为间接经济损失(万元)。

2.3 日照市雷电灾害灾度的等级划分

根据雷电灾害灾度公式(1)，对日照市2004—2018年记录的204例雷电灾害资料进行灾度值计算，确定每一次雷灾的G值。为充分反映雷电灾害灾情客观存在的区域分布规律，体现对灾度等级的明确划分，以及灾度与等级的密切融合，对数据进行归一化处理，利用等差分级法，确定雷电灾害灾度等级(表5)。

表5 日照市雷灾灾度值等级划分表

按照灾度等级，对灾度G值进行分类处理，将日照市各区县的雷电灾害灾度值分成5个等级。通过分析各区县的雷电灾害灾度等级分布可知：五莲县雷电灾害灾度值从轻微灾害到特别严重灾害均有分布，占全部灾害的84.8%；重大灾害及特别严重灾害占比达4.4%。

利用GIS对日照市各灾度值进行反距离权重法插值，采用自然间断点分级法，形成日照市雷电灾害灾度区划图。从区划图中雷电灾害分布情况可知：日照市雷电灾害灾度的高值区位于五莲县城的东北部和东南部，是马耳山、五莲山、九仙山等所在区域；莒县大部、岚山区西南部、五莲县城西北部和东港区中部区域位于雷电灾害灾度的低值区；山间平原和低山等下垫面的不同类型，影响了日照市区域范围内不同雷灾灾度值的分布。

3 结束语

文章利用数理统计方法分析了日照市4个区县雷电灾害的损害类型及行业分布，以五莲县的雷灾次数和损害类型最典型。选取生命损失指数和经济影响指数等13个指数作为雷电灾害灾度区划指标集，采用各种统计方法，将日照市雷电灾害灾度划分为5个等级。

由于雷电灾害数据上报模式的局限性，目前的数据不能完全真实反映社会雷电灾害受损情况，存在一定的分析偏差。随着社会对防雷减灾工作的重视，以及气象部门不断规范完善雷电灾害的调查收集工作，对区域的雷电灾害灾度区划分析的结果将更加客观合理。