四川省雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)致災(zāi)性評(píng)估研究

張琨 余海蓉 卜俊偉

摘要 結(jié)合全國自然災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)普查實(shí)施技術(shù)方案要求，選取四川省金堂縣為例，綜合雷電災(zāi)害的致災(zāi)因子和孕災(zāi)環(huán)境因子，采用層次分析法和自然段點(diǎn)法對(duì)金堂縣1978—2019年進(jìn)行雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)致災(zāi)性分析。將地閃密度、雷電流強(qiáng)度、地形起伏、海拔高度和土壤電阻率進(jìn)行歸一化處理，計(jì)算得出致災(zāi)因子危險(xiǎn)性權(quán)重，繪制四川省金堂縣致災(zāi)因子危險(xiǎn)性分布圖，進(jìn)行致災(zāi)因子危險(xiǎn)性評(píng)估。

關(guān)鍵詞 風(fēng)險(xiǎn)普查，雷電災(zāi)害，致災(zāi)因子，評(píng)估

中圖分類號(hào)：P429 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：2095–3305（2021）04–0130–02

雷電災(zāi)害作為自然界中影響人類活動(dòng)的最重要災(zāi)害之一，已經(jīng)被聯(lián)合國列為“最嚴(yán)重的十種自然災(zāi)害之一”[1]。雷電災(zāi)害的危害包括直接的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失，還會(huì)給電力、交通運(yùn)輸、通訊行業(yè)等帶來極大的影響。近幾年，四川地區(qū)發(fā)生了幾起由雷擊引發(fā)的重大火災(zāi)，造成了大面積的森林大火和人員傷亡，雷災(zāi)的危險(xiǎn)性越來越受到人們的重視。

地閃頻次和電流幅值是導(dǎo)致氣象災(zāi)害發(fā)生的致災(zāi)因子，是自然發(fā)生和不可控的，其大小直接決定了雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的大小。結(jié)合發(fā)生地的地形起伏、海拔高度和土壤電阻率等孕災(zāi)環(huán)境因子綜合得到致災(zāi)因子權(quán)重，致災(zāi)因子危險(xiǎn)性評(píng)估。致災(zāi)因子危險(xiǎn)性分析的主要任務(wù)是研究界定地理區(qū)域內(nèi)雷電發(fā)生的可能性和危險(xiǎn)性，分析其致災(zāi)特征和分布規(guī)律[2]。一般致災(zāi)因子強(qiáng)度越大，頻次越高，危險(xiǎn)性就越高，雷電災(zāi)害發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)就越大，所造成的破壞和損失也就越嚴(yán)重。本文以四川省金堂市為例，開展1978—2019年的雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)致災(zāi)性評(píng)估。

1 主要資料來源

雷暴日資料：雷暴日資料來自四川省氣象局1978—2013年共35年金堂縣氣象觀測站的雷暴日觀測資料。閃電數(shù)據(jù)：雷電資料為2005—2019 年四川省地閃定位系統(tǒng)資料。雷電災(zāi)害資料：采用 2004—2019年中國氣象局雷電防護(hù)管理辦公室與中國氣象學(xué)會(huì)雷電防護(hù)研究會(huì)統(tǒng)計(jì)的四川省部分的雷電災(zāi)害。土壤電阻率：土壤電阻率數(shù)據(jù)由南京土壤所根據(jù)第二次全國土地調(diào)查結(jié)果制作發(fā)行的中國1∶100萬土壤柵格數(shù)據(jù)。

2 致災(zāi)因子的計(jì)算

根據(jù)實(shí)施細(xì)則要求剔除雷電流幅值范圍在0～2 kA和200 kA以上的雷電定位系統(tǒng)資料。然后按如下步驟加工形成柵格數(shù)據(jù)：

將區(qū)域劃分為3 km×3 km的網(wǎng)格，統(tǒng)計(jì)各網(wǎng)格內(nèi)地閃發(fā)生次數(shù)，除以資料年限時(shí)長，計(jì)算得到各網(wǎng)格內(nèi)的地閃密度[3]，并照公式（1）進(jìn)行歸一化處理，形成地閃密度柵格數(shù)據(jù)。

式中：

Dij為j站（格）點(diǎn)第i個(gè)指標(biāo)的歸一化值;Aij為j站（格）點(diǎn)第i個(gè)指標(biāo)值;imax、imin分別是第i個(gè)指標(biāo)值中的最小值和最大值。

去除雷電流強(qiáng)度為 0～2 kA 和 200 kA 以上的地閃定位系統(tǒng)資料，僅計(jì)算 2～200 kA 的雷電流分布情況，將區(qū)域劃分為3 km×3 km 的網(wǎng)格，統(tǒng)計(jì)各網(wǎng)格內(nèi)不同雷電流幅值等級(jí)的地閃頻次，并按照公式（1）進(jìn)行數(shù)據(jù)歸一化處理。雷電流幅值劃分為5個(gè)等級(jí)（表1）。

（3）按照公式（2）計(jì)算各網(wǎng)格內(nèi)的地閃強(qiáng)度，形成地閃強(qiáng)度柵格數(shù)據(jù)。

式中：Ln為地閃強(qiáng)度;i為雷電流幅值等級(jí);Fi為雷電流幅值為i等級(jí)的地閃頻次的歸一化值。

3 孕災(zāi)環(huán)境因子計(jì)算

（1）將區(qū)域劃分為3 km×3 km 的網(wǎng)格，對(duì)土壤電阻率資料按照公式（1）進(jìn)行歸一化處理，形成歸一化的土壤電阻率柵格數(shù)據(jù)。

（2）將區(qū)域劃分為3 km×3 km 的網(wǎng)格，對(duì)數(shù)字高程模型（DEM）資料按照公式（1）進(jìn)行歸一化處理，形成歸一化的海拔高度柵格數(shù)據(jù)。

（3）計(jì)算以目標(biāo)柵格為中心，大小為3 km×3 km柵格數(shù)據(jù)的正方形范圍內(nèi)高程的標(biāo)準(zhǔn)差，并按照公式（1）進(jìn)行歸一化處理，形成歸一化的地形起伏柵格數(shù)據(jù)。

4 致災(zāi)因子權(quán)重的計(jì)算

最終對(duì)各網(wǎng)格的地閃密度、雷電流強(qiáng)度、地形起伏、海拔高度和土壤電阻率加權(quán)綜合得到致災(zāi)因子指數(shù)。地閃密度、地閃強(qiáng)度、雷暴日、地形起伏、海拔高度和土壤電阻率的判斷矩陣按表2確定。通過計(jì)算獲取致災(zāi)因子權(quán)重，地閃密度、雷電流強(qiáng)度、地形起伏、海拔高度和土壤電阻率按相應(yīng)權(quán)重（0.3073、0.3691、0.1624、0.0988、0.0624）。

5 雷電災(zāi)害致災(zāi)因子危險(xiǎn)性分析

根據(jù)致災(zāi)因子和孕災(zāi)環(huán)境指數(shù)，按照實(shí)施細(xì)則的致災(zāi)危險(xiǎn)性指數(shù)RH模型（公式3）進(jìn)行計(jì)算。

式中：RH為致災(zāi)危險(xiǎn)性指數(shù);Ld為地閃密度，wd為地閃密度權(quán)重; Ln為雷電流強(qiáng)度，wn為雷電流強(qiáng)度權(quán)重; Sc為土壤電阻率，ws為土壤電阻率權(quán)重; Eh為海拔高度，we為海拔高度權(quán)重; Tr為地形起伏，wt為地形起伏權(quán)重。

根據(jù)致災(zāi)因子危險(xiǎn)性 RH 計(jì)算結(jié)果，按照自然斷點(diǎn)法將危險(xiǎn)性劃分為 3 級(jí)（一般、高、極高），并繪制致災(zāi)因子危險(xiǎn)性分布圖，完成致災(zāi)因子危險(xiǎn)性評(píng)估。

將地閃密度、雷電流強(qiáng)度、地形起伏、海拔高度和土壤電阻率按相應(yīng)權(quán)重（0.3073、0.3691、0.1624、0.0988、0.0624）進(jìn)行致災(zāi)危險(xiǎn)性評(píng)估，形成金堂縣雷電致災(zāi)危險(xiǎn)性圖，發(fā)現(xiàn)三星鎮(zhèn)、棲賢鄉(xiāng)、淮口鎮(zhèn)北部雷電致災(zāi)危險(xiǎn)為極高風(fēng)險(xiǎn)，趙鎮(zhèn)街道東、南部、官倉鎮(zhèn)南部、清江鎮(zhèn)東部、趙家鎮(zhèn)西部、淮口鎮(zhèn)中、南部、白果鎮(zhèn)中部、五鳳鎮(zhèn)中、北、西部、三溪鎮(zhèn)東部、高板鎮(zhèn)中、東部、隆盛鎮(zhèn)中、西、南、東部、平橋鄉(xiāng)東部、竹篙鎮(zhèn)、轉(zhuǎn)龍鎮(zhèn)西部、廣興鎮(zhèn)西部、南部、義信鎮(zhèn)西部、云合鎮(zhèn)北部、土橋鎮(zhèn)西北部雷電致災(zāi)危險(xiǎn)為高風(fēng)險(xiǎn)，余下地區(qū)雷電致災(zāi)危險(xiǎn)為一般風(fēng)險(xiǎn)（圖1）。

6 結(jié)語

對(duì)金堂縣雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了分析，為金堂縣有針對(duì)性地制定防災(zāi)避險(xiǎn)和風(fēng)險(xiǎn)管理措施提供了依據(jù)。在此基礎(chǔ)上，可采取有針對(duì)性的風(fēng)險(xiǎn)防范和風(fēng)險(xiǎn)管理措施，排除造成雷電災(zāi)害的安全隱患，降低災(zāi)害發(fā)生概率，最大程度地降低金堂縣區(qū)域的雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)。本研究以雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)理論為指導(dǎo)，建立了雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)模型，在雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃方面做了一些探索研究，但受資料、數(shù)據(jù)等條件限制，仍有大量工作有待深化，需進(jìn)一步完善指數(shù)模型。

參考文獻(xiàn)

[1] 張繼權(quán)，李寧.主要?dú)庀鬄?zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)與管理的數(shù)量化方法及其應(yīng)用[M].北京：北京師范大學(xué)出版社， 2007： 462-467.

[2] 王延慧，張建濤，葉文軍，等.基于Arc-GIS的新疆雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃研究[J].沙漠與綠洲氣象， 2019， 13（6）： 96-104.

[3] 中國氣象局. QX/T 405—2017雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃技術(shù)指南[S].北京：氣象出版社， 2018： 6-8.

責(zé)任編輯：黃艷飛