牯牛降景區(qū)棧道雷電防護(hù)實(shí)踐與研究

◎文/王強(qiáng)生 蔡茶花 劉玉林 侍瑞（安徽省池州市氣象局）

我國(guó)具有豐富的旅游資源，隨著社會(huì)的不斷發(fā)展、人民生活水平的穩(wěn)步提高，各地的旅游業(yè)也得到了蓬勃發(fā)展。游步棧道就像旅游景區(qū)的血脈，為游客更舒心地游覽提供了便利，游客通過(guò)各式各樣的棧道可以到達(dá)景區(qū)內(nèi)的每一個(gè)景點(diǎn)。據(jù)相關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，國(guó)內(nèi)許多旅游景區(qū)均發(fā)生過(guò)游客在棧道或觀景臺(tái)遭受雷擊的事件，因此，景區(qū)棧道的防雷工作就顯得尤為重要。景區(qū)的棧道雷電防護(hù)具有特殊性，和普通建筑物及電子信息系統(tǒng)的雷電防護(hù)有所不同。本文通過(guò)介紹牯牛降棧道防雷工程的實(shí)施，為其他景區(qū)棧道或棧閣雷電防護(hù)設(shè)計(jì)、研究工作提供參考。

一、牯牛降景區(qū)基本概況

1.地理和氣候環(huán)境

牯牛降國(guó)家自然保護(hù)區(qū)鑲嵌在皖南山區(qū)，自東向西橫臥，秋浦河和閶江以此為分水嶺。牯牛降最高峰“牯牛大崗”地處石臺(tái)縣，離縣城約20km左右，擁有超過(guò)10萬(wàn)畝的核心區(qū)，海拔高度為1727.6m，相對(duì)高差近1700m。在特殊地理、氣候的共同影響下，形成了牯牛降獨(dú)特的亞熱帶季風(fēng)和山地氣候垂直變化大的雙重氣候特征。牯牛降1300m高度以上終年沒(méi)有夏季，只有冷暖兩季，牯牛降的年平均溫度11.9℃，年平均降水量為1973.2mm，年降水日數(shù)多達(dá)189天，暴雨日平均為9天。

2.周圍的地形及氣候

石臺(tái)縣地形以山嶺分布最廣，超過(guò)全縣總面積的五分之四，境內(nèi)千巖萬(wàn)壑，極其陡峭。牯牛降風(fēng)景區(qū)周邊地形復(fù)雜，地勢(shì)起伏非常大，雨水充沛，河系非常發(fā)達(dá)，是閶江、秋浦河的最高分水嶺。牯牛降地區(qū)大氣的水汽來(lái)源于太平洋和印度洋的孟加拉灣，4—8月大量水汽隨東南和西南季風(fēng)進(jìn)入牯牛降地區(qū)上空，與北方冷空氣相遇，常常形成暴雨。牯牛降土壤母巖主要是花崗巖，風(fēng)化物中含石英、長(zhǎng)石等粗粒礦物較多，土質(zhì)粗松，膠結(jié)力低，抗侵蝕力差。

二、牯牛降景區(qū)雷暴日特征分析

圖1 石臺(tái)1967—2010年年雷暴日曲線

牯牛降景區(qū)位于北緯30度附近，地形復(fù)雜，是氣象災(zāi)害的重災(zāi)區(qū)，4—8月份是雷暴、龍卷風(fēng)、颮線等強(qiáng)對(duì)流天氣高發(fā)期，加之受地形、地理位置和特殊地質(zhì)的共同影響，景區(qū)內(nèi)極易產(chǎn)生暴雨、大風(fēng)、冰雹、龍卷風(fēng)、雷電等災(zāi)害性天氣，經(jīng)常表現(xiàn)為突發(fā)性和局地性，而且強(qiáng)度大、次數(shù)多，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。達(dá)37天。石臺(tái)縣年內(nèi)各月均有雷暴出現(xiàn)，即使在隆冬季節(jié)(12月—翌年1月)亦會(huì)出現(xiàn)，但月雷暴日數(shù)季節(jié)變化很大。據(jù)分析（見(jiàn)圖2），雷暴日最多出現(xiàn)在夏季(6—8月)，占全年的61.4%，而冬季(12月—翌年2月)只有3.1%。這表明石臺(tái)縣的雷暴天氣主要集中在雨季，占全年的95.5%，其中出現(xiàn)最多的是7月，其次是8月。

三、牯牛降棧道的防雷措施

牯牛降自然保護(hù)區(qū)不但森林覆蓋率高，年降水量大，氣候非常濕潤(rùn)，且地下有豐富的金屬礦藏，屬于雷暴多發(fā)區(qū)。景區(qū)棧道全長(zhǎng)2.78km，寬度在1.8～2m，旅游旺季游客多而集中，如果棧道的雷電防護(hù)措施缺位，游客極易遭受雷擊。需要依據(jù)棧道所處的地理環(huán)境、氣候特征和雷電活動(dòng)特點(diǎn)，設(shè)置有效的雷電防護(hù)，才能做好棧道防雷工作，有效地防止和減少雷擊災(zāi)害造成的損失，保障景區(qū)游客、工作人員和棧道設(shè)施的安全。牯牛降景區(qū)主峰棧道雷電防護(hù)工程分為兩部分，第一部分為直擊雷防護(hù)措施，讓雷電流通過(guò)防直擊雷裝置泄放進(jìn)入大地，起到對(duì)人員和棧道的保護(hù)作用；第二部分為非工程性措施，通過(guò)宣傳、警示等途徑減少雷擊造成的損失。

1.直擊雷防護(hù)措施

根據(jù)《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》定義，直擊雷是雷電直接擊于建筑物、其他物體、大地或外部防雷裝置上，產(chǎn)生的電效應(yīng)、熱效應(yīng)或機(jī)械力放電現(xiàn)象。其電壓峰值能夠達(dá)到數(shù)百萬(wàn)伏，電流峰值也能達(dá)到數(shù)百千安，具有極強(qiáng)的破壞性。棧道基本位于山腰、山脊等突出部位，很容易遭受直接雷擊?！耙兹氲亍睘榉雷o(hù)直擊雷的主要措施，其防雷

根據(jù)石臺(tái)縣 (1967—2013年)年雷暴日數(shù)統(tǒng)計(jì)分析（見(jiàn)圖1），石臺(tái)縣平均年雷暴日數(shù)為46天，年際間波動(dòng)非常大，年雷暴日數(shù)最多的是1973年，有65天，雷暴日最少的是1988年，只有28天，最多與最少的年份相差多裝置由接閃器、引下線、接地裝置構(gòu)成。接閃器是指直接接受雷擊的接閃針、接閃帶（線）、接閃網(wǎng)，以及作接閃用的金屬屋面與金屬構(gòu)件，一般由其中一種或多種組成。

圖2 石臺(tái)1967—2010年月雷暴日統(tǒng)計(jì)

鑒于本次防雷工程涉及的各點(diǎn)周邊雷電環(huán)境的復(fù)雜性、特殊性，以及本次防雷工程涉及的各點(diǎn)本身的重要性和使用性質(zhì)，綜合對(duì)各點(diǎn)發(fā)生雷擊事故的概率（預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)遠(yuǎn)超過(guò)0.3次/年）和可能產(chǎn)生的后果的分析，參照國(guó)標(biāo)GB50057-2010，本次按照第二類防雷建（構(gòu)）筑物設(shè)計(jì)，獨(dú)立接閃針的保護(hù)范圍的滾球半徑取45m，對(duì)大面積的露天場(chǎng)所，獨(dú)立接閃針的滾球半徑則可取100m。

土壤的電阻率直接影響著防雷裝置的接地電阻值，由于棧道所處位置一般地理?xiàng)l件都不好，土壤電阻率大多很高，因此必須根據(jù)土壤中沙、石、泥土的比重，在接地體的土壤中選擇加食鹽等化學(xué)降阻劑，以達(dá)到提高土壤導(dǎo)電性的目的。例如，在土壤中混合食鹽后，砂質(zhì)黏土電阻率可以減少將近一半，砂土可以減少6～7成，多巖土壤可以增加6成?；蛘吒鼡Q電阻率相對(duì)較低的土壤，以確保接地電阻符合有關(guān)防雷要求。

牯牛降棧道的防雷有其特殊性，棧道依山蜿蜒數(shù)公里，在棧道上空架設(shè)接閃線工程量巨大，故不可能對(duì)棧道全程進(jìn)行防護(hù)。本次防雷工程舍棄了在棧道上空架設(shè)接閃線的設(shè)計(jì)思路，從人員逗留時(shí)間、人員密集情況、易引雷擊及經(jīng)濟(jì)情況等方面進(jìn)行綜合分析，選取了十余個(gè)重點(diǎn)防護(hù)區(qū)域以設(shè)置接閃針的方式進(jìn)行防護(hù)。以下為其中具有代表性的兩處直擊雷防護(hù)的具體設(shè)計(jì)。

圖3 “三號(hào)觀景臺(tái)”接閃針效果圖

圖4 “一號(hào)消防水池”接閃針效果圖

一是“三號(hào)觀景臺(tái)”?！叭?hào)觀景臺(tái)”位于山腰突出部位的大石頭上，此處視野開(kāi)闊，為觀景、留影的極佳選擇，游客逗留較多。觀景臺(tái)地勢(shì)突出，且圍欄為金屬材質(zhì)易引雷，故選定此處為重點(diǎn)防護(hù)區(qū)域。接閃器的設(shè)計(jì)：在觀景臺(tái)右側(cè)松樹(shù)的南面中底部凸出的大石上設(shè)一根6m高OMEGA接閃針（結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工情況決定），底部仿倒地枯松樹(shù)狀，其外形如圖3所示。引下線的設(shè)計(jì)：利用金屬支撐桿作為接閃器引下線。人工接地體的設(shè)計(jì)：在位于接閃針右側(cè)土壤電阻率較低的土壤層設(shè)一組人工接地體，分別挖溝深埋150m水平接地極、埋設(shè)30塊接地模塊，水平接地體的連接采用40×4熱鍍鋅扁鋼，具體敷設(shè)路徑現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)土壤狀況定制，并根據(jù)土壤狀況分別添加物理降阻劑。

二是“一號(hào)消防水池”?！耙惶?hào)消防水池”位于山腰中部棧道附近的一小塊開(kāi)闊地，此處是棧道轉(zhuǎn)彎處，游客經(jīng)常逗留，且“一號(hào)消防水池”地勢(shì)突出，為重要的消防設(shè)施，經(jīng)常有工作人員在此作業(yè)或取水，故選定此處為重點(diǎn)防護(hù)區(qū)域。接閃器的設(shè)計(jì)：在棧道右側(cè)松樹(shù)位置設(shè)一根OMGEA接閃針，支撐桿高暫定3m（結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工情況決定），采用仿迷彩松樹(shù)皮狀，基礎(chǔ)部分仿巖石體，其外形如圖4所示。引下線的設(shè)計(jì)：利用金屬支撐桿作為接閃針引下線。人工接地體的設(shè)計(jì)：在左側(cè)土壤電阻率較低的土壤層設(shè)一組人工接地體，挖溝、深埋水平接地極100m，埋設(shè)石墨接地模塊18塊，水平接地體的連接采用40×4熱鍍鋅扁鋼，具體敷設(shè)路徑現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)土壤狀況定制，并添加物理降阻劑。

2.非工程性措施

在牯牛降景區(qū)主峰棧道旁適當(dāng)位置設(shè)立雷電防護(hù)警示牌，并在每根接閃針處設(shè)一組雷電預(yù)警設(shè)備，告知游客雷雨天氣來(lái)臨時(shí)的防雷措施；建立雷電預(yù)警應(yīng)急機(jī)制，和當(dāng)?shù)貧庀蟛块T保持密切聯(lián)系，在雷雨天氣到來(lái)前半小時(shí)，氣象部門通過(guò)預(yù)警發(fā)布平臺(tái)等途徑及時(shí)通知景區(qū)管理人員迅速安置游客，保證游客在安全地點(diǎn)躲避雷雨。

四、結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)安徽省石臺(tái)縣牯牛降景區(qū)雷電特征以及對(duì)牯牛降棧道可能遭受雷擊的途徑的分析，并根據(jù)該景區(qū)棧道的具體特點(diǎn)，提出了有針對(duì)性的雷電防護(hù)措施和具體實(shí)施方案設(shè)計(jì)思路，希望為其他景區(qū)棧道或棧閣雷電防護(hù)設(shè)計(jì)、研究工作提供參考。