賀州市雷電災害風險區(qū)劃及防御研究

李韜，奚廣平，黃遠盼

（賀州市氣象局，廣西賀州　542800）

賀州市雷電災害風險區(qū)劃及防御研究

李韜，奚廣平，黃遠盼

（賀州市氣象局，廣西賀州542800）

通過對賀州市1998—2014年雷電監(jiān)測資料的分析，找出賀州雷電災害特征，建立賀州雷電災害風險模式，進行了區(qū)域劃分。

雷電災害；區(qū)劃；防御

1　資料來源

文中所采用的雷電監(jiān)測數(shù)據(jù)是2006年1月1日至2014年12月31日廣西閃電監(jiān)測定位系統(tǒng)實時監(jiān)測定位的數(shù)據(jù)和賀州地面1951～2011年南寧站雷電日觀測資料。2009—2014年賀州雷電災害資料來自全市各級防雷中心的統(tǒng)計調(diào)查資料匯總。

2　研究方法

以賀州市各縣（市）區(qū)為研究對象，基于GIS技術和自然災害風險評估方法，從氣象學、雷電物理、災害科學等學科理論出發(fā)，建立雷電災害數(shù)據(jù)庫，通過該區(qū)劃技術實現(xiàn)賀州市及其周邊地區(qū)雷災資料和基礎地理信息數(shù)據(jù)的整合；結合GIS技術分別對形成雷電災害的因子——危險性、暴露性、脆弱性以及防災減災能力進行評估，得出各因子對雷災風險的貢獻；利用加權綜合評價法（WCA）和層次分析法（AHP），建立雷電災害風險評估指數(shù)模型；繪制賀州市雷電災害風險區(qū)劃圖。

3　雷電災害特征分析

3.1雷電的空間分布特征

雷電日（雷暴日）——在指定區(qū)域內(nèi)一年四季所有發(fā)生雷電放電的天數(shù)，用Td表示，一天內(nèi)只要聽到或看到一次或一次以上的雷聲就算是一個雷電日。通過年雷暴日數(shù)的年際變化和距平變化、季月變化、平均初終日、空間分布等特征分析：

（1）賀州市近45年來年平均雷暴日數(shù)為72.7天，年平均雷暴日數(shù)總體呈現(xiàn)下降趨勢，線性變化為（y為年雷暴日數(shù)，x為年），即年平均雷暴日數(shù)以每10年減少5.4天的速度在下降。

（2）賀州市的季、月平均雷暴日數(shù)主要呈“單峰”分布，高峰值出現(xiàn)在6-8月。夏季最多，其次是春季、秋季，冬季最少。

（3）賀州市各縣區(qū)初雷和終雷出現(xiàn)的時間差異較大。雷暴平均初雷日最早為賀州城區(qū)，最晚為鐘山縣；平均終雷日最早為富川縣，最晚為賀州城區(qū)。昭平、富川、鐘山、賀州4個站點雷暴平均初終間日數(shù)分別為225天、222天、218天、247天。

（4）賀州雷暴發(fā)生區(qū)域差異較大，昭平最多，其次是賀州城區(qū)、鐘山縣，富川最少，南部多于北部，盆地地形較易發(fā)生雷暴。

3.2閃電特征

3.2.1雷電綜述

據(jù)廣西雷電定位系統(tǒng)監(jiān)測顯示，2006年3月～2014年3月，賀州市共發(fā)生閃電188115次，其中正閃電11346次，占5.18%；負閃電145024次，占94.82%。閃電發(fā)生的季節(jié)性和時間性特征明顯，夏季（6～8月）最為活躍，春季（3～5月），秋季（9～11月）次之，冬季（12～2月）最弱。從月分布上看，5～8月份是閃電高發(fā)期，約占全年總閃數(shù)的76%，其中6、7、8月份是高峰期（主雷期）。一天中，雷電頻繁時段：春季為午夜0時至凌晨6時，夏季多在午后到傍晚。統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，賀州市雷電電流強度主要集中在20-50kA，占52%，超過100kA以上的強閃電則極少，占3%。

3.2.2地閃密度分析

地閃密度——每平方公里年平均落雷次數(shù)，是表征雷云對地放電的頻繁程度的量，是估算建筑物年預計雷擊次數(shù)時重要的參數(shù)。從圖1可得到賀州市8年（2006～2013）平均地閃密度約為：2.0次/km2·a。

3.2.3賀州市雷電流強度分析

雷電流幅值表征雷云對大地放電電流的大小，雷電流幅值越大，閃電的破壞力就越強。據(jù)廣西雷電定位系統(tǒng)監(jiān)測8年（2006～2013年）地閃數(shù)據(jù)統(tǒng)計，得出賀州市雷電流強度曲線圖，雷電流強度最大值主要集中在25kA左右，強度小于5kA的極少，平均值：27.8kA。通過EXCEL數(shù)據(jù)分析廣西雷電實時監(jiān)測定位系統(tǒng)數(shù)據(jù)，得出各區(qū)域的平均雷電強度。

3.3雷災特征

表3是2003-2014年賀州市各縣區(qū)雷電災害匯總，每年發(fā)生雷災的宗數(shù)、經(jīng)濟損失、死亡人數(shù)、受傷人數(shù)、電器設備損傷和火災爆炸等。這些災害分布是雷電風險區(qū)域劃分的重要指標。

3.4人口特征

賀州市是人口密度較高的地區(qū)最高為市轄區(qū)（3481人/km2），其次是西灣街道、古城鎮(zhèn)、鐘山鎮(zhèn)（504人/km2、333人/km2、308人/km2），再次是回龍鎮(zhèn)、蓮塘鎮(zhèn)、石龍鎮(zhèn)（297人/km2、290人/km2、280人/km2），人口高密度地區(qū)集中在蓮塘鐘山鎮(zhèn)一線、各縣區(qū)縣城所在地、以及鋪門信都一帶；人口密度較低地區(qū)主要各遠離市區(qū)和縣城的鄉(xiāng)鎮(zhèn)，如圖11所示。農(nóng)村人口密度較高的地區(qū)為沙田鎮(zhèn)、蓮塘鎮(zhèn)、鋪門鎮(zhèn)、公會鎮(zhèn)、回龍鎮(zhèn)、石龍鎮(zhèn)、鋪門鎮(zhèn)、桂嶺鎮(zhèn)等人口大鎮(zhèn)，達150人/km2以上。

3.5經(jīng)濟特征

為全面反映我市各鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）在經(jīng)濟建設和社會發(fā)展狀況按照定量和定性相結合的原則，從鄉(xiāng)鎮(zhèn)的資源環(huán)境、基礎設施、經(jīng)濟規(guī)模、產(chǎn)業(yè)結構、經(jīng)濟發(fā)展水平、生產(chǎn)效益、文化衛(wèi)生教育科技、社會福利等方面確定評價指標體系，根據(jù)有關統(tǒng)計資料，對全市61個鄉(xiāng)鎮(zhèn)（含街道）的經(jīng)濟社會綜合發(fā)展水平進行評價。大體分為26個指標：①資源環(huán)境類，包括行政區(qū)域面積、耕地面積、鄉(xiāng)鎮(zhèn)總?cè)丝?、外來人口、金融儲蓄所個數(shù)、公路里程個數(shù)6個指標；②產(chǎn)業(yè)結構類，包括第二三產(chǎn)業(yè)比重和工業(yè)企業(yè)從業(yè)人員比重2個指標；③經(jīng)濟發(fā)展水平類，包括農(nóng)民人均純收入、財政總收入2個反映居民和政府收入水平的指標和農(nóng)業(yè)發(fā)展水平指標；④生產(chǎn)效益類，主要以1個鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)實交稅金總額指標反映；⑤文化衛(wèi)生教育科技類，包括學?？倲?shù)、中小學在校生數(shù)、專任教師數(shù)（以上為均為中小學）、幼兒園數(shù)、圖書館（文化站）、醫(yī)院衛(wèi)生院數(shù)、執(zhí)業(yè)（助理）醫(yī)師數(shù)、病床數(shù)、農(nóng)業(yè)推廣服務機構數(shù)、農(nóng)技人員數(shù)等13個指標；⑥社會福利類，包括醫(yī)療參保人數(shù)比例、養(yǎng)老參保人數(shù)比例、敬老院福利院個數(shù)等3個指標。其中，涉及經(jīng)濟發(fā)展、面積、人口、產(chǎn)業(yè)結構等指標賦予較高的權重，其他指標賦予較低的權重。

本文采用綜合評價方法，通過功效系數(shù)法對26個指標進行同度量處理，賦予各指標相應的權重，通過功效系數(shù)法計算出總得分。（總分為100分）

其公式為：

式中：di為第i個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的某項評價指標功效系數(shù)（同度量值），xi為第i個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的某項評價指標實際值，x0為該項評價指標中實際值最低的鄉(xiāng)鎮(zhèn)，x1為該項評價指標中實際值最高的鄉(xiāng)鎮(zhèn)。fi為該項指標的權重。

根據(jù)以上方法進行測算，全市61個鄉(xiāng)鎮(zhèn)經(jīng)濟社會綜合發(fā)展指數(shù)平均達到71.6分，高于平均分以上的有24個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，低于平均分的有37個，其中最大值為90.1分，最小值為62.1分，最大和最小值相差28分。

3.6下墊面特征

雷電產(chǎn)生于強烈發(fā)展的雷雨云之中，而雷雨云的發(fā)展必需具備兩個條件：一是充足的水氣，二是強烈的對流運動。對賀州而言，有桂江和賀江等較大河流，支流更是縱橫交錯，水汽來源豐富，利于雷雨云的發(fā)生及發(fā)展，雷電活動居中對賀州市所有流域建立一個流域300米范圍內(nèi)的密度，增加水域?qū)讚麸L險的權重貢獻。

賀州市總面積11855平方公里，約占廣西壯族自治區(qū)總面積5.01%。其中山地面積4062平方公里，平原面積1420平方公里，丘陵面積6373平方公里。山地和丘陵占據(jù)絕大多數(shù)面積。由于地理環(huán)境的差異，致使賀州各地的雷電日數(shù)有明顯的地域性分布特征，在較大山體南側(cè)雷擊風險將變大，因此增加該區(qū)域的風險地形權重系數(shù)，地形因素中的坡度是根據(jù)賀州市電子地圖中的等高線生成TIN并轉(zhuǎn)為GRID數(shù)據(jù)，然后進行坡度計算而得。

3.7雷電災害風險區(qū)劃的建立

3.7.1建立指標體系模型

影響雷電災害風險的因子是多方面的，在眾多因子中，雖然無法面面俱到，也要避免龐大的指標體系沖淡主要指標，需根據(jù)研究區(qū)域特征和評價的角度抓主要矛盾，兼顧可操作性和簡練性，選取其中關鍵性因素用于評價，將賀州地區(qū)雷電災害危險性（H）、暴露性（E）、脆弱性（V）和防災減災能力（R）評價指標體系分為目標層、因子層、子因子層及指標層，利用層次分析法（AHP），將各指標按照相對重要程度進行九分位打分從而得到各項指標的權重值。為了消除各個指標因單位的不同給計算帶來的不便，本項目對各個指標按其對脆弱性影響作用進行了分級賦值。

利用綜合評價法（WCA）和層次分析法（AHP），建立如下賀州市雷電災害風險指數(shù)模型：

其中，Xi是指標i量化后的值，Wi是指標i的權重值，表示各指標對雷電災害風險的相對重要性。

3.7.2雷電風險區(qū)劃

以GIS軟件平臺，建立1km×1km的柵格，進行空間交叉分析，根據(jù)賀州市雷電災害風險指數(shù)模型，計算出11855個雷電風險值，對這些值，借助ArcGIS中的空間分析模塊，采用空間分析方法和克里金插值法，進行平均運行獲得內(nèi)插單元，制作賀州雷電災害風險區(qū)劃圖（圖略）。該風險區(qū)劃圖依據(jù)顏色梯度分為5個風險區(qū)：1級風險區(qū)、2級風險區(qū)、3級風險區(qū)、4級風險區(qū)和5級風險區(qū)。

4　結果分析

4.1雷電災害風險等級南強被弱

5級風險區(qū)（即最高等級風險區(qū)）面積約在全市面積的9.2%，主要集中在賀州市南部的信都、鋪門、仁義、靈峰、大平、富羅等鄉(xiāng)鎮(zhèn)；4級風險區(qū)面積約在全市面積的18.3%，主要集中在賀州市中南部的馬江、樟木林、鳳凰、公會、石龍、沙田、步頭、賀街、步頭等鄉(xiāng)鎮(zhèn)；3級風險區(qū)面積約在全市面積的16.6%，主要集中在4級風險區(qū)外圍地區(qū)，包括北陀、黃姚、同古、回龍、鳳翔、珊瑚、鵝塘、蓮塘、黃田、文竹等鄉(xiāng)鎮(zhèn)及市轄區(qū)的東南部；2級風險區(qū)面積約在全市面積的25.3%，主要集中在賀州市中部鄉(xiāng)鎮(zhèn)及市轄區(qū)的西北部；1級風險區(qū)面積約在全市面積的30.6%，主要集中在八步區(qū)北部鄉(xiāng)鎮(zhèn)、鐘山西北部鄉(xiāng)鎮(zhèn)及富川縣的大部鄉(xiāng)鎮(zhèn)。

4.2雷電災害風險城區(qū)與農(nóng)村區(qū)別明顯

市轄區(qū)及個縣城城區(qū)雖然近幾年得到了日新月異的發(fā)展，但與之配套的防雷裝置安裝并未得到同步發(fā)展，特別是線路防雷電波入侵措施方面依然薄弱，造成了雷災的經(jīng)濟損失指標分項在人口密集區(qū)較高。農(nóng)村雖然經(jīng)濟相對落后，且人員密度相對較低，但出現(xiàn)重大傷亡的雷災往往發(fā)生在農(nóng)村。這與農(nóng)村防雷設施的嚴重缺乏，以及村民防雷安全知識匱乏與意識淡薄有著很大的關系。

4.3雷電災害風險受下墊面影響明顯

賀州市南部地區(qū)為大瑤山脈山地地形的南麓，其中八步區(qū)仁義鎮(zhèn)、信都鎮(zhèn)和鋪門鎮(zhèn)一帶地處大桂山南側(cè)，富羅鎮(zhèn)到大平鎮(zhèn)一帶為大桂山主峰犁頭頂（海拔1253米）附近。夏季賀州市盛行西南季風，西南暖濕氣流容易在賀州市南部受地形作用強迫抬升，觸發(fā)或加強雷暴天氣系統(tǒng)。同時山地地形的下墊面容易產(chǎn)生局地受熱不均，容易觸發(fā)強對流天氣的產(chǎn)生。并且賀州市南部多賀江水系和桂江水系支流，河網(wǎng)密集，對雷電天氣的產(chǎn)生非常有利。因此賀州市南部雷電災害風險等級較高。

4.4雷電日周期長，單峰型明顯

賀州雷電主要發(fā)生在5-9月份，月平均雷電日數(shù)超過14天，最高可達25.9天，一年中6、7、8月雷電日最多，3、4、5、9、10次之，11至2月最少，依據(jù)賀州平均每月的雷電日數(shù)的多少，把一年內(nèi)劃為三個雷電時期。即10、11、12、1、2月為少雷電期，月平雷電日數(shù)小于等于3天；4、5、9、10為雷電多發(fā)期，月平均雷電日數(shù)超過5天；6、7、8為強雷電期，月平均雷電日數(shù)超過20天。此外，賀州市一年四季各月均可發(fā)生雷電現(xiàn)象，賀州市8年（2006-2013年）雷暴日月平均變化曲線圖可以看出賀州市雷暴日從1月上升到一定高峰后下降，雷電日數(shù)的月變化呈單峰型特性，主峰在7月，最多時當月雷電日可高達30天，次峰在6、8月。統(tǒng)計歷年雷電日數(shù)發(fā)現(xiàn)，賀州年雷電日呈整體增加趨勢。

5　結束語

本文提供了賀州市賀州雷電災害風險區(qū)劃圖，區(qū)劃圖具有直觀、明、操作可行的優(yōu)點，根據(jù)項目坐標可直接判定其所處地的雷電災害風險等級，并可以了解到該地的雷暴日、雷電密度、雷電流平均強度，人員密度等情況。因此可為城市規(guī)劃和重點區(qū)域建設方面的自然雷電災害風險，重點產(chǎn)業(yè)園區(qū)建設項目雷電災害風險評估，工程選址提供科學依據(jù)和指引。

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Lightning disaster risk z oning and defense in Hezhou

Li Tao，Xi Guang-ping，Huang Yuan-pan
（Hezhou Municipal Meteorological Service，Hezhou Guangxi 542800）

Based on the analysis of lightning monitoring datain hezhou from 1998 to 2014，characteristics of lightning disasters were found out to establish lightning disaster risk model and carry on the division.

lighting disaster；regionalization；defense

P49

A

1673-8411（2016）02-0096-04

2016-01-25

李韜，工程師，畢業(yè)于南京信息工程大學，主要在防雷檢測機構從事防雷技術服務工作。