重慶市區(qū)域性雷電防護(hù)等級(jí)劃分研究

李宗健 余蜀豫 李向保

摘要：根據(jù)重慶閃電的時(shí)空分布特征，下墊面情況，各區(qū)域間的特點(diǎn)分別對(duì)致災(zāi)因子、孕災(zāi)環(huán)境因子、承災(zāi)體因子和防御能力等相關(guān)資料進(jìn)行收集、統(tǒng)計(jì)，應(yīng)用數(shù)學(xué)方法研究致災(zāi)因子、孕災(zāi)環(huán)境因子、承災(zāi)體因、防御能力等各因子及其子因子之間的權(quán)重系數(shù)，建立重慶地區(qū)雷電災(zāi)害敏感區(qū)劃模型，確定雷電災(zāi)害敏感區(qū)劃等級(jí)，生成重慶地區(qū)雷電災(zāi)害敏感區(qū)劃圖，提出區(qū)域性的防雷保護(hù)技術(shù)，為雷電災(zāi)害防御及雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)? 區(qū)域性雷電防護(hù)技術(shù)

1 概述

我國(guó)氣象災(zāi)害種類多、強(qiáng)度大、頻率高，嚴(yán)重威脅人民的生命和財(cái)產(chǎn)安全，影響著國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展。其中雷電災(zāi)害造成的損失僅次于暴雨洪澇災(zāi)害和干旱災(zāi)害，目前已有十種自然災(zāi)害已被聯(lián)合國(guó)的相關(guān)部門列為最為嚴(yán)重的，而雷電災(zāi)害則就是其一。中國(guó)以重慶的西南部、長(zhǎng)江上游地區(qū)，地勢(shì)以丘陵和高山為主，素有“山城”之稱，由于獨(dú)特的地理位置和環(huán)境因素，使重慶的氣候具有夏天高溫高熱高濕度的特點(diǎn)，春、夏季成為雷雨天氣的高發(fā)區(qū)。隨著重慶直轄以后，經(jīng)濟(jì)建設(shè)高速發(fā)展，每年因雷擊給航空航天、國(guó)防、通訊、計(jì)算機(jī)、電子工業(yè)、石油化工、郵電、軌道交通、森林等國(guó)民經(jīng)濟(jì)造成數(shù)以萬(wàn)計(jì)的損失，直接經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)數(shù)億元，人員傷亡達(dá)數(shù)十人。為保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全和國(guó)民經(jīng)濟(jì)穩(wěn)步發(fā)展，加強(qiáng)和提高防雷減災(zāi)工作已刻不容緩。通過(guò)開展區(qū)域性雷電防護(hù)技術(shù)研究，確定各區(qū)域劃分等級(jí)，繪制雷電災(zāi)害敏感區(qū)劃圖，研究和完善分區(qū)防雷新技術(shù)將有助于了解和掌握重慶各區(qū)域雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)特征，為其科學(xué)有效的采取經(jīng)濟(jì)、合理的防雷措施，減低雷電災(zāi)害損失提供科學(xué)依據(jù)。

2區(qū)域性雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算方法

關(guān)于區(qū)域雷擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的影響因素有很多，權(quán)衡眾多因素中的主要因素并對(duì)此進(jìn)行合理的科學(xué)數(shù)學(xué)化處理也是至關(guān)重要的，同時(shí)還要兼顧其他影響因素?cái)?shù)據(jù)的可靠性、可獲得性。利用歷史氣象災(zāi)害統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，采用模糊數(shù)學(xué)方法、灰色系統(tǒng)法、層次分析法等數(shù)學(xué)方法對(duì)致災(zāi)主要因素進(jìn)行合理數(shù)據(jù)處理并對(duì)雷電風(fēng)險(xiǎn)做出一個(gè)預(yù)測(cè)，不過(guò)由于孕災(zāi)環(huán)境的變化，僅利用歷史數(shù)據(jù)不能保證評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性。人間生存環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法（LEC評(píng)價(jià)法），是一種評(píng)價(jià)具有潛在危險(xiǎn)性環(huán)境中作業(yè)的危險(xiǎn)性半定量評(píng)價(jià)方法。同一區(qū)域內(nèi)，雷電風(fēng)險(xiǎn)的成災(zāi)機(jī)制大致相同，孕災(zāi)環(huán)境也差別不大，可以使用同一種風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法反映這個(gè)區(qū)域內(nèi)雷電風(fēng)險(xiǎn)的大小和對(duì)比關(guān)系。IEC62305-2即采用的此類方法，為了達(dá)到定量化，其中包含大量參數(shù)和經(jīng)驗(yàn)取值，操作性不好。雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)同其他自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)相同，是多種因素相互作用的產(chǎn)物，它受到一個(gè)區(qū)域自然系統(tǒng)、社會(huì)系統(tǒng)及其組合關(guān)系的影響。

區(qū)域雷擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估包括：雷電風(fēng)險(xiǎn)、地域風(fēng)險(xiǎn)、承災(zāi)體風(fēng)險(xiǎn)。其中雷電風(fēng)險(xiǎn)又包括：雷暴日、雷暴路徑、雷擊密度、雷電流強(qiáng)度等;地域風(fēng)險(xiǎn)又包括：土壤結(jié)構(gòu)、地形地貌、周邊環(huán)境等;承災(zāi)體風(fēng)險(xiǎn)又包括：項(xiàng)目屬性、建構(gòu)筑特征、電子電氣系統(tǒng)等。通過(guò)對(duì)重慶市閃電統(tǒng)計(jì)資料的分析，結(jié)合雷暴孕災(zāi)環(huán)境和成災(zāi)機(jī)制，量化R=H·E·V·C的各個(gè)參數(shù)，對(duì)重慶市雷電災(zāi)害進(jìn)行全面分析。其結(jié)果能在一定程度上反映重慶市雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的分布情況，從而指導(dǎo)防雷減災(zāi)規(guī)劃，最大程度減少雷災(zāi)造成的損失和影響。

根據(jù)目前比較公認(rèn)的自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)形成機(jī)制，一定區(qū)域自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)是由自然災(zāi)害危險(xiǎn)性（H）、暴露（E）、承災(zāi)體的易損性（V）、防災(zāi)減災(zāi)能力（C）4個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因素相互交鏈形成，用公式表達(dá)：R=H·E·V·C。由于4個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因素為比較籠統(tǒng)的抽象概念，需要結(jié)合雷電災(zāi)害的成災(zāi)機(jī)制，利用一些數(shù)學(xué)方法對(duì)其量化（多元統(tǒng)計(jì)或者層次分析法），然后得到這個(gè)區(qū)域雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的計(jì)算公式[1]。這種針對(duì)某一區(qū)域雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)方法，更加準(zhǔn)確，而且更具有操作性。雷暴災(zāi)害的形成受到一個(gè)區(qū)域多種因素的影響，每種因素又包含眾多的表現(xiàn)形式，從而使得間層次關(guān)系導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)部因素不明確[2]。

3數(shù)據(jù)來(lái)源

數(shù)據(jù)來(lái)源于重慶市統(tǒng)計(jì)年鑒和重慶市氣象局ADTD觀測(cè)數(shù)據(jù)，選取閃電密度、總?cè)丝?、總戶?shù)、非農(nóng)人口、GDP因子進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

4雷電災(zāi)害的評(píng)估指標(biāo)以及風(fēng)險(xiǎn)因素

4.1 危險(xiǎn)性

危險(xiǎn)性，是指造成災(zāi)害的自然變異程度，主要是由災(zāi)變活動(dòng)規(guī)模和活動(dòng)頻次決定的。一般災(zāi)變強(qiáng)度越大，頻率越高，災(zāi)害所造成的破壞損失也越嚴(yán)重，災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)也越大。

對(duì)于雷電災(zāi)害來(lái)說(shuō)，其危險(xiǎn)性表現(xiàn)在閃電的發(fā)生次數(shù)、閃電的幅值大小以及閃電發(fā)生的極性、高度和位置。一般情況下雷暴日數(shù)能代表一個(gè)區(qū)域內(nèi)雷暴活動(dòng)的頻繁程度，但對(duì)于中小尺度的雷暴天氣系統(tǒng)而言，以雷暴日為主的氣候氣象資料在反映雷電活動(dòng)分布特征的代表性值得討論。閃電定位儀的資料具有更好的代表性，危險(xiǎn)性因子是提取地閃密度，利用重慶地區(qū)閃電定位系統(tǒng)的資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)出來(lái)的。

4.2 暴露

暴露又稱為承災(zāi)體，是指可能受到危險(xiǎn)因素威脅的所有人和財(cái)產(chǎn)。一個(gè)地區(qū)暴露于各種危險(xiǎn)因素的人和財(cái)產(chǎn)越多，或者受災(zāi)財(cái)產(chǎn)值密度越高可能遭受潛在損失也就越大，災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)越大。

人口數(shù)量能很好地反映人身傷亡雷災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)的暴露，此外總戶數(shù)能作為人口數(shù)量的補(bǔ)充因子。同時(shí)GDP也是暴露性的重要描述因子。這里選取人口數(shù)量、總戶數(shù)、GDP作為暴露性的參數(shù)因子。

4.3 易損性

承災(zāi)體的易損性是指自然災(zāi)害時(shí)所造成的傷害或損失程度，承災(zāi)體的易損性大小，既與物質(zhì)成分、結(jié)構(gòu)、雷擊密度、雷電災(zāi)害頻數(shù)、經(jīng)濟(jì)損失模數(shù)、生命易損模數(shù)有關(guān)，也與孕災(zāi)環(huán)境有關(guān)。一般承災(zāi)體的脆弱性越低，災(zāi)害損失越小。

局地的熱力條件和雷暴的地貌、地形、以及空氣的成分密切相關(guān)，不過(guò)這些因子大多很難量化描述。人員活動(dòng)情況是人身傷亡雷災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)需要考慮的一個(gè)重要因子。通過(guò)對(duì)幾十年雷電災(zāi)害統(tǒng)計(jì)分析可以看出，由于城市建筑結(jié)構(gòu)和高度的影響，雷電造成人員傷亡的風(fēng)險(xiǎn)概率很低，大部分雷電造成的人員傷亡事件都出現(xiàn)在開闊且較落后的地區(qū)，利用的農(nóng)業(yè)GDP能較好地反映因雷電災(zāi)害易損性。

5因子權(quán)重及綜合評(píng)價(jià)

一般的“經(jīng)驗(yàn)法”、“專家打分法”操作簡(jiǎn)便，但實(shí)用性可靠性差。綜合評(píng)價(jià)的關(guān)鍵是采用定量指標(biāo)與定性指標(biāo)相結(jié)合的方法。Saaty提出的層次分析法[3]對(duì)多層指標(biāo)的權(quán)重按對(duì)比矩陣的特征向量收斂，可靠性強(qiáng)，適合于量化分析。本文使用層次分析法，統(tǒng)計(jì)計(jì)算各因子后，利用氣象學(xué)統(tǒng)計(jì)分析中的分級(jí)統(tǒng)計(jì)方法，把風(fēng)險(xiǎn)設(shè)定為很高、高、一般、低、很低五個(gè)等級(jí)，將計(jì)算結(jié)果依次歸類，最后重慶市的雷電風(fēng)險(xiǎn)分布分別為：萬(wàn)州區(qū)雷電風(fēng)險(xiǎn)大小為0.667477，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)高;萬(wàn)盛區(qū)雷電風(fēng)險(xiǎn)大小為0.307724，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)低;豐都縣雷電風(fēng)險(xiǎn)大小為0.500199，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)一般;九龍坡區(qū)雷電風(fēng)險(xiǎn)大小為0.476748，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)一般;云陽(yáng)縣雷電風(fēng)險(xiǎn)大小為0.586242，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)一般;北碚區(qū)雷電風(fēng)險(xiǎn)大小為0.390423，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)低;南岸區(qū)雷電風(fēng)險(xiǎn)大小為0.487551，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)一般;南川區(qū)雷電風(fēng)險(xiǎn)大小為0.486362，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)一般;雙橋區(qū)雷電風(fēng)險(xiǎn)大小為0.307724，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)低;合川區(qū)雷電風(fēng)險(xiǎn)大小為0.627486，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)高;墊江縣雷電風(fēng)險(xiǎn)大小為0.55177，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)一般;城口縣雷電風(fēng)險(xiǎn)大小為0.360647，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)低;大渡口區(qū)雷電風(fēng)險(xiǎn)大小為0.182719，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)很低;大足區(qū)雷電風(fēng)險(xiǎn)大小0.566675，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)一般;奉節(jié)縣雷電風(fēng)險(xiǎn)大小為0.552584，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)一般;巫山縣雷電風(fēng)險(xiǎn)大小為0.454967，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)一般;巫溪縣雷電風(fēng)險(xiǎn)大小為0.428389，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)一般;巴南區(qū)雷電風(fēng)險(xiǎn)大小0.519282，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)一般;開州區(qū)雷電風(fēng)險(xiǎn)大小為0.615536，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)高;彭水苗族土家族自治縣雷電風(fēng)險(xiǎn)大小為0.469984，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)一般;忠縣雷電風(fēng)險(xiǎn)大小為0.562885，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)一般;梁平區(qū)雷電風(fēng)險(xiǎn)大小為0.551037，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)一般;武隆區(qū)雷電風(fēng)險(xiǎn)大小為0.419304，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)一般;永川區(qū)雷電風(fēng)險(xiǎn)大小為0.595814，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)一般;江北區(qū)雷電風(fēng)險(xiǎn)大小0.516344，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)一般;江津區(qū)雷電風(fēng)險(xiǎn)大小為0.650394，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)高;沙坪壩區(qū)雷電風(fēng)險(xiǎn)大小為0.414053，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)一般;涪陵區(qū)雷電風(fēng)險(xiǎn)大小為0.574858，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)一般;渝中區(qū)雷電風(fēng)險(xiǎn)大小為0.276353，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)低;渝北區(qū)雷電風(fēng)險(xiǎn)大小為0.542088，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)一般;潼南區(qū)雷電風(fēng)險(xiǎn)大小為0.56601，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)一般;璧山區(qū)雷電風(fēng)險(xiǎn)大小為0.487737，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)一般;石柱土家族自治縣雷電風(fēng)險(xiǎn)大小為0.457269，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)一般;秀山土家族苗族自治縣雷電風(fēng)險(xiǎn)大小為0.402993，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)一般;綦江區(qū)雷電風(fēng)險(xiǎn)大小為0.511351，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)一般;榮昌區(qū)雷電風(fēng)險(xiǎn)大小為0.512938，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)一般;酉陽(yáng)土家族苗族自治縣雷電風(fēng)險(xiǎn)大小為0.481498，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)一般;銅梁區(qū)雷電風(fēng)險(xiǎn)大小為0.536645，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)一般;長(zhǎng)壽區(qū)雷電風(fēng)險(xiǎn)大小為0.512901，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)一般;黔江區(qū)雷電風(fēng)險(xiǎn)大小為0.401336，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)一般。

6結(jié)論

從圖上可以看出萬(wàn)州區(qū)、合川區(qū)、開州區(qū)、江津區(qū)屬于雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)高地區(qū)，相應(yīng)的人身傷亡概率也偏高，為了進(jìn)一步提高雷電災(zāi)害防御能力，保障防雷安全，最大限度的減少雷電災(zāi)害損失，對(duì)雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)高的區(qū)域應(yīng)該提高防雷措施級(jí)別，同時(shí)采取相應(yīng)的非工程防雷措施。

6.1 工程性措施

（1）雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)屬于高及以上的區(qū)域內(nèi)凡有人活動(dòng)的建構(gòu)筑物必須安裝防直擊雷措施，且符合第三類防雷建筑物的要求。

（2）雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)屬于高及以上的區(qū)域內(nèi)空曠場(chǎng)所（農(nóng)田、林場(chǎng)等）宜設(shè)置可以臨時(shí)避雷的地方，宜使用既有建筑物加裝符合要求的防雷措施。

（3）雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)屬于一般及以上的區(qū)域應(yīng)采取非工程防雷措施。

（4）雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)屬于低及以下的區(qū)域內(nèi)的雷電災(zāi)害敏感單位應(yīng)采取相應(yīng)的非工程防雷措施，其他宜采取相應(yīng)的非工程防雷措施。

6.2 非工程防雷措施

（1）單位、建筑物的管理方（如物管公司）、或安全主管部門（如鄉(xiāng)鎮(zhèn)街道社區(qū)辦事處）應(yīng)明確雷電災(zāi)害防御工作的職責(zé);

（2）宜每?jī)赡杲M織開展一次雷電災(zāi)害防御的科普宣傳，普及防雷減災(zāi)知識(shí)和避險(xiǎn)自救技能;

（3）應(yīng)建立手機(jī)雷電監(jiān)測(cè)預(yù)警預(yù)報(bào)信息接收終端，收到雷電災(zāi)害預(yù)警信息后，根據(jù)預(yù)警信號(hào)等級(jí)，及時(shí)采取有效措施;

（4）應(yīng)每?jī)赡杲M織相關(guān)防雷安全工作人員（兼職）參加一次防雷安全保障技術(shù)培訓(xùn);

（5）宜建立防御雷電災(zāi)害工作定期檢查制度，定期開展防雷裝置安全檢測(cè)和防雷隱患定期排查，宜建立防御雷電災(zāi)害專項(xiàng)工作檔案。

（6）雷電災(zāi)害敏感單位應(yīng)制定雷電災(zāi)害應(yīng)急預(yù)案，宜組建兼職應(yīng)急隊(duì)伍，按照事先制定的雷電災(zāi)害應(yīng)急預(yù)案進(jìn)行定期演練，分析總結(jié)每次演練中的不足，總結(jié)經(jīng)營(yíng)不斷完善應(yīng)急預(yù)案。

參考文獻(xiàn)：

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