设施农业雷电灾害的发生与防雷对策研究

刘嘉欣?任菲莹?樊嘉璐?刘洋

摘 要：随着我国农业产业现代化建设步伐的不断加快，设施农业在农业生产领域占据着越来越重要的地位，是我国农业未来发展的主流趋势。在我国设施农业开展全面建设的过程中，雷电灾害是影响设施农业高质量发展的主要因素。基于此，对设施农业雷电灾害的產生与防雷对策进行深入研究，结合设施农业雷电灾害的类型和成因分析，有针对性地提出雷电灾害的防御策略，为促进我国农业产业健康发展，提高设施农业建设水平提供参考。

关键词：设施农业；雷电灾害；类型和成因

中图分类号：S429 文献标志码：B文章编号：2095–3305（2024）01–0-03

设施农业指的是通过应用现代科技和工程技术，结合农业生产的特点和需求，以提高农作物和畜禽养殖的生产效率为目标的一种农业经营模式。它以建筑设施、环境控制、自动化设备和先进管理技术为支撑，将农业生产与现代工业化紧密结合，通过优化资源配置，提高土地利用率，减少对自然环境的依赖，实现农业生产的可持续发展。

在设施农业中，建筑设施是核心要素之一。温室大棚、日光温室、鱼塘等不同类型的建筑设施为种植作物和养殖动物提供了理想的生长环境。这些设施的设计充分考虑了光照、温度、湿度、通风等因素，最大限度地满足农作物和畜禽的需求并促进其生长发育。同时，自动化设备的应用也是设施农业的重要组成部分。自动播种机、自动灌溉设备、自动施肥机器人等先进设备的使用，大大提高了生产效率和劳动力利用率。通过计算机控制和智能化技术的应用，实现各项操作自动化和远程监控，不仅减轻了农民的劳动强度，还提高了农业生产效益[1]。

设施农业还依靠先进的管理技术实现高效的农业生产。科学、合理的种植结构设计、精细化的管理模式和信息化管理系统的应用，能够提高生产计划的准确性和决策的科学性。通过数据分析和决策支持系统的建立，农民可以及时获取生产过程中的各项指标和信息，以便做出合理的调整和决策，进一步提高农业生产效益。

1 雷电灾害对设施农业的影响

雷电灾害给设施农业带来的巨大影响是不可忽视的，这种自然灾害不仅给农作物的生长和产量带来了巨大的损失，还对农业基础设施的稳定性和安全性造成了威胁。第一，雷电灾害会严重破坏设施农业中的温室和大棚等建筑物。农业设施建设需要投入大量的人力、物力和财力，并承担着促进农作物生长的任务。然而，雷电灾害可能会引起火灾，损毁温室和大棚，不仅会增加农民的经济负担，还会延误农作物的生产周期，对粮食供应和农产品市场稳定产生不利影响。第二，雷电灾害对设施农业中的电力供应和自动化农业设备造成巨大的威胁。现代设施农业依赖于稳定的电力供应来维持灌溉系统、温度调控、照明和其他关键功能的运行。然而，雷电灾害可能导致电力线路损坏和设备故障，使得农业生产无法正常进行。在雷电频发区域，农民需要采取额外的防雷措施来保护农业设备和电力设施，这增加了他们的工作负担和经济成本[2]。

2 设施农业雷电灾害的类型

2.1 直击雷电

直击雷电是指当雷云中的电荷达到一定值时，在空气中形成闪电通道，并直接击中建筑物、构筑物等可以导电的材料，最终将电荷引入地面。直击雷电对农业设施造成严重影响。根据布置要求将农业设施分为户内和户外两种类型，无论是哪种设施，都对过电压和过电流具有极高的敏感性。当设施突然受到高电压的影响，超过其自身的耐压等级时，会发生电磁扰动，进而干扰设施的正常运行。当直击雷电击中设施农业设备以后，所产生的电效应、热效应和机械效应会释放出大量的能量，导致设备内部发生火灾，进而影响设备的正常运行，严重情况下可能造成人员伤亡。

2.2 雷电电磁脉冲

雷电电磁脉冲（LEMP）在21世纪被视为对弱电控制系统和线路的一种严重威胁。随着科技的不断进步，弱电控制系统已广泛应用于各种设施，包括农业设施。然而，这些系统的脆弱性使它们容易受到雷电电磁脉冲的侵害。

当雷电天气发生时，大气中的电荷放电会在极短的时间内产生高电流，导致周围空间出现高频率且变化不定的电磁场。这种急剧变化的电磁场具有强大的能量，会对附近的电气和电子设备产生显著的影响。金属导体材料，如电线和电缆，在这种电磁场中会感应到电动势的变化。若供电系统的线路形成闭合环路，或存在通路不畅、接触不良等问题，这些感应电动势就可能在线路中产生过高的电压和电流。在这种情况下，很容易发生击穿放电的现象，即电气设备的绝缘材料被破坏，导致电流直接通过设备，从而造成设备损坏甚至引发火灾。农业设施，尤其是那些依赖弱电控制系统的设施，特别容易受到雷电电磁脉冲的影响。当雷击农业设施或附近的导电物时，高电流会通过电源线路进入配电装置。由于农业设施的电源线路和电气设备往往没有设计承受如此高的电流的装置，因此它们会受到严重损坏。这种损坏不仅会导致设施的正常运行中断，还可能造成长时间的停产和重大的经济损失。

2.3 闪电感应

一方面，静电感应是指在雷雨天气中，雷云下方的地面和建筑物会因为静电感应产生与雷云相反的电荷，也被称为闪电静电感应[3]。当雷电发生和发展时，周围的电荷场会受到影响，导致金属物体上积聚感应电荷，从而产生感应电流。静电感应会在农业设施的外部结构管线和设备外壳上产生相反的电荷。当雷电发生时，通过云地放电通道，这些电荷在较短时间内会被释放掉。但由于大地电阻比周围农业设施和设备的电阻高，感应电荷无法在短时间内释放到大地上，因此会在管线和设备之间发生放电，对设施内的农业高灵敏度设备和弱电控制线路造成严重损坏。

另一方面，电磁感应是雷电放电时在周围产生较大电磁场，使金属构件上产生感应电动势，形成电生磁和磁生电的电磁感应现象。高频变化的电磁场会影响设施农业中的电磁控制设备，如电磁阀和磁控开关，导致这些设备无法正常启动或受损。

3 造成设施农业产生雷电灾害的成因

3.1 缺乏防雷知识，防雷意识薄弱

农民防雷意识的薄弱和缺乏防雷知识，会给设施农业带来雷电灾害的风险。第一，农民对雷电的认识不足，对雷电的形成原理和危害的了解不够深入，会忽视雷电对农作物和设施的潜在危害，从而无法采取及时有效的防护措施。第二，农民缺乏防雷知识，无法正确判断雷电天气的迹象和预警信号，可能会天空中的乌云密布、大风骤起和电闪雷鸣等明显的预警信号，进而错过及时撤离或采取其他必要的防护措施的机会。这不仅会给设施农业带来直接的损失，还有可能危及农民的生命安全。此外，农民无法正确使用防雷设备和器材，无法正确安装避雷针或接地装置，对维护和检修设备不够了解。这样即使安装了防雷设备，也无法发挥其应有的作用[4]。

3.2 雷电预警体系响应不及时

雷电预警体系响应不及时是设施农业产生雷电灾害的一个重要因素。第一，雷电是一种突发性天气现象，其发展和演变速度极快。若雷电预警体系不能及时捕捉到雷电的迹象并发出预警，农民将无法在雷电来临前采取相应的防护措施，从而导致设施农业受到严重破坏。第二，雷电灾害常常伴随着强风、暴雨等恶劣天气条件。这些恶劣天气会给设施农业带来巨大的损失，如破坏温室大棚、冲刷土壤、倒伏作物等。若雷电预警体系响应不及时，农民无法提前获取天气信息，无法采取紧急措施保护设施农业的设备和农作物，从而使灾害的影响进一步扩大。

3.3 雷电防护装置和技术相对落后

雷电释放的强大能量对人类社会，尤其是农业设施，构成了不容忽视的威胁。雷电的产生伴随着电荷的急剧分离和中和，在这一过程中所释放的能量具有极强的破坏力。对于农业设施而言，这种能量的释放可能造成严重的后果，包括设施直接被物理损坏或引发火灾，以及农作物和牲畜被伤害甚至死亡。在现代农业中，设施农业的发展使得农业生产更高效和可控，也带来了新的问题，如何有效地抵御雷电灾害。若雷电防护装置和技术落后，意味着设施农业在面对雷击时缺乏充分的保护。在这种情况下，设施农业更容易受到雷电的影响，因为现有的防护措施无法有效吸收或分散雷电的能量。缺乏有效的防护装置和技术还意味着设施农业无法及时检测到雷电活动。在现代防雷技术中，雷电监测系统可以实时监测雷电活动，并在雷电即将击中目标前发出警告。然而，若设施农业没有配备这样的系统，就无法提前获知雷电的威胁，也无法及时采取必要的措施来降低雷击风险。此外，雷电防护装置和技术的落后还反映在设施农业工作者应对雷电灾害的知识和技能不足上。防雷不仅仅是一项技术工作，还需要人们的积极参与和正确应对。若设施农业工作者没有接受过相关的专业培训，他们在遭受雷击时就可能无法进行正确的处理，如及时疏散人员、保护农作物和设备等，会增加人员伤亡和经济损失的风险。

4 设施农业防御雷电灾害的策略

4.1 加强防雷知识宣传，增强农民防雷意识

设施农业发展要想有效规避雷电灾害就需要不断加强防雷知识宣传工作，增强农民和设施农业工作者的防雷意识，提高他们应对雷击灾害的能力和避免灾害的发生。第一，必须充分重视设施农业发展中的防雷措施的重要性。针对农民和设施农业工作人员，政府和相关部门可以组织专门的培训和教育活动，向他们传授防雷知识和技能。这些培训包括雷电基本知识、防雷设备的使用方法和注意事项等内容，使他们更好地理解和应对雷电灾害[5]。第二，建立健全设施农业防雷的制度和规范至关重要。相关部门可以制定和完善设施农业防雷的相关标准与规范，确保农业设施的防雷设备符合安全要求，并进行定期检查和维护。

4.2 构建科学完善的防雷体系和预警机制

要提高农业设施的抵御雷电灾害能力，设施农业建设需要构建科学完善的防雷工作体系和防雷预警机制，这不仅需要政府部门和专业机构的支持，还需要农民积极参与和科研人员的技术支持。第一，科学完善的防雷工作体系是提高农业抵御雷电灾害能力的关键。这一体系应包括雷电监测、预警、应急处置等环节。通过合理布设雷电监测设备，及时掌握雷电频率和分布规律，有助于提前预警和采取相应的防护措施。第二，在预警方面，可以利用现代化技术手段，如气象卫星、雷达系统等，提供准确的气象信息和雷电预警提示，帮助农民做出应对决策。政府部门和专业机构应与农民建立紧密的沟通与合作关系，定期组织培训和宣传活动，提高农民对雷电灾害的认知和应对能力。同时，建立健全的信息发布与传递机制，确保预警信息能够及时、准确地传达给农民，使他们能够及时采取相应的防护措施。

4.3 提高设施农业雷电灾害防御基础设施和技术水平

4.3.1 直击雷防护策略

在设施农业中，建立高效的避雷系统是抵御直击雷的首要任务。这可通过在温室或大棚顶部安装避雷针，将雷电引导到地下进行安全释放。避雷系统的设计应考虑农业设施的特殊需求，充分结合设施农业的特点和结构，确保其可靠性和稳定性。通常情况下，设施农业抵御直击雷的防护技术主要应用接闪器、引下线、接地装置等，在设计和施工防雷装置时，必须考虑接触电压和跨步电压的保护，以确保工作人员的生命安全。为预防接触电压的危险，需要在大棚钢柱或钢架自然引下线周围设置明显的警示标志，并在适当的位置采取绝缘措施，以防人员碰触。为预防跨步电压的危险，在防雷装置附近设置明显的警示标志，提示人们在雷雨天气时不要靠近，并提醒他们缩小步间距等注意事项。同时，应增加接地装置的埋设深度，缩小接地装置的间距，降低接地电阻值。通过这些措施可以有效預防接触电压和跨步电压带来的安全风险。

4.3.2 闪电电涌防护策略

为了解决设施农业大棚在雷电季节面临的闪电电涌问题，应采取措施包括安装高压避雷器和电涌保护器。这些措施能够有效地将雷电流导向地下，减少对电源设备的破坏，并确保设备在雷电高发季节的正常运行。这些设备的主要功能是将雷电流引导到地下，确保其安全释放。在室内电源线路上安装电涌保护器也是必要的。电涌保护器的作用是迅速将电涌过流引导到地下，从而保护设备免受雷电冲击。不同于高压避雷器，电涌保护器的主要功能是屏蔽雷电流，防止其进入设备内部。因此，在选择电涌保护器时，需要考虑其泄放能力和设备的耐压能力。根据多级释放的原理，可以分级屏蔽雷电流，确保设备在雷电高发季节能够正常运行。

4.3.3 综合布线防护策略

设施农业在抵御雷电灾害的过程中可以采用综合布线的防护策略，以提高农业设施的雷电防护能力。第一，设施农业建设需要合理规划布局，应根据地形、气候和农作物类型等因素，合理规划设施的布局。将农田、大棚、仓库等设施分散布置，避免集中在一个区域，以降低雷击风险。第二，构建科学完善的接地系统电路，设施农业区域的设备、管道等都应建立良好的接地系统。通过将设备与大地连接，及时将雷电的电荷导入地下，减轻雷击的影响，并保护设施内的农作物和人员安全。此外，设施农业还要规划布线的引导雷电路径设施农业区域的建筑物、大棚等应设计合理的屋顶和墙体结构，以引导雷电流经过安全路径。例如，在大棚顶部设置金属导线网，将雷电流引导到地下，减少对农作物的伤害。同时，还要做好线路的定期检查维护工作，检查避雷设施的完好性，保证接地系统的正常运作，并及时修复或更换受损的部件，以提升设施农业电气设备和线路防雷体系的稳定性。

参考文献

[1] 刘建伟，李云杰.设施农业雷电灾害影响及防雷对策[J].农村实用技术，2021（9）：133-134.

[2] 于洋洋，吴福杰，张涛，等.设施农业雷电灾害影响途径及防雷对策探究[J].农村实用技术，2020（5）：167.

[3] 朱加红.设施农业雷电灾害成因途径及防雷对策分析研究[J].农业开发与装备，2020（12）：105-106.

[4] 张原瑞.设施农业雷电灾害类型及防御措施[J].现代农业科技，2023（3）：170-173.