海洋牧場(chǎng)的雷電災(zāi)害防護(hù)研究

摘 要：海洋漁業(yè)是保護(hù)我國(guó)食品安全的關(guān)鍵一環(huán)，而實(shí)現(xiàn)海洋生物資源的可持續(xù)利用是推進(jìn)國(guó)家海洋強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略實(shí)施的核心所在。構(gòu)建現(xiàn)代化的海洋牧場(chǎng)體系，不僅是踐行生態(tài)文明理念的具體行動(dòng)，還是推動(dòng)海洋經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展的重要步驟。然而，雷電活動(dòng)對(duì)海洋牧場(chǎng)的發(fā)展造成了一定的威脅。根據(jù)海洋牧場(chǎng)的特點(diǎn)和發(fā)展?fàn)顩r，揭示了雷電對(duì)漁業(yè)的影響，并提出了有效的防護(hù)措施，以減輕雷電的負(fù)面影響，保護(hù)海洋生態(tài)系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)生態(tài)漁業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：海洋牧場(chǎng)；雷電災(zāi)害；漁業(yè)；災(zāi)害防護(hù)

中圖分類號(hào)：P427.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：2095–3305（2024）12–0-03

在全球氣候變化的背景下，極端天氣事件頻發(fā)，雷電災(zāi)害的影響不容小覷。隨著生態(tài)農(nóng)業(yè)的不斷發(fā)展，相關(guān)部門采取了一系列雷電災(zāi)害的防護(hù)措施。針對(duì)農(nóng)業(yè)，我國(guó)已經(jīng)實(shí)行了相應(yīng)的防雷措施。例如：在農(nóng)田覆蓋物（大棚、農(nóng)田設(shè)施等）上安裝導(dǎo)電材料進(jìn)行防雷，減少電荷積累和雷擊損害；在農(nóng)田周邊設(shè)置地面接閃帶，提供一條低阻抗、方便電流釋放的路徑，將雷電電流有效引入地下，減少雷電對(duì)農(nóng)田的直接損害；在雷電災(zāi)害頻發(fā)的農(nóng)村地區(qū)建設(shè)避雷亭等防雷設(shè)施，為農(nóng)民提供安全的避雷場(chǎng)所。在漁業(yè)防雷方面，根據(jù)SC/T 8095—2009標(biāo)準(zhǔn)，非金屬漁業(yè)船舶需要配備防雷裝置和電氣設(shè)備接地，該舉措適用于帶有桅桿的非金屬漁業(yè)船舶，具體要求包括確保電氣設(shè)備和主要金屬構(gòu)件擁有良好的接地系統(tǒng)，以防止雷電通過這些部件造成損害[1]。此外，政府提供了資金補(bǔ)貼和政策支持，推動(dòng)漁業(yè)防雷設(shè)施的建設(shè)與升級(jí)。然而，我國(guó)在海洋牧場(chǎng)方面所開展的雷電災(zāi)害研究和防雷工作仍較為有限。雷電產(chǎn)生的強(qiáng)大電流能夠破壞海洋牧場(chǎng)的各種基礎(chǔ)設(shè)施，并對(duì)海洋生物等產(chǎn)生一定的危害，影響我國(guó)漁業(yè)生產(chǎn)的健康發(fā)展[2-3]。相較于傳統(tǒng)氣象、通信、電力等領(lǐng)域，海洋牧場(chǎng)作為近年來興起的海洋資源利用方式，其雷電災(zāi)害的研究尚未形成完善的體系。因此，開展海洋牧場(chǎng)的雷電災(zāi)害防護(hù)研究極具意義。

結(jié)合海洋牧場(chǎng)自身的特征，綜合分析了雷電的自然成因及雷電活動(dòng)對(duì)海洋牧場(chǎng)設(shè)施、生態(tài)系統(tǒng)及人員安全的潛在威脅，并提出了相應(yīng)的防御措施，旨在通過定期檢查并優(yōu)化防雷設(shè)施、加強(qiáng)防雷專業(yè)隊(duì)伍建設(shè)、積極開展防雷減災(zāi)知識(shí)的教育宣傳等措施，為海洋牧場(chǎng)的防雷基礎(chǔ)建設(shè)提供科學(xué)、可行的指導(dǎo)方案，確保其安全、穩(wěn)定、高效地運(yùn)營(yíng)，進(jìn)而推動(dòng)海洋牧場(chǎng)的可持續(xù)發(fā)展，并有效維護(hù)生態(tài)平衡。

1 海洋牧場(chǎng)的特點(diǎn)及發(fā)展?fàn)顩r

海洋牧場(chǎng)是在選定海域內(nèi)，結(jié)合該區(qū)域海洋生態(tài)系統(tǒng)的獨(dú)特屬性，運(yùn)用生物棲息地修復(fù)與增強(qiáng)技術(shù)，巧妙融合增殖放流與水產(chǎn)養(yǎng)殖等漁業(yè)生產(chǎn)手段，構(gòu)建的一個(gè)促進(jìn)環(huán)境與產(chǎn)業(yè)和諧共生的生態(tài)—經(jīng)濟(jì)綜合系統(tǒng)。海洋牧場(chǎng)分為5種類型：漁業(yè)增殖型、休閑觀光型、生態(tài)修復(fù)型、種質(zhì)保護(hù)型和綜合型（圖1）。作為一種新興的海洋產(chǎn)業(yè)模式，海洋牧場(chǎng)秉承環(huán)境友好的原則，引領(lǐng)著生態(tài)漁業(yè)的前進(jìn)方向，旨在有效保護(hù)與恢復(fù)漁業(yè)資源，促進(jìn)漁業(yè)的可持續(xù)發(fā)展、提高漁業(yè)產(chǎn)出、保護(hù)海洋生態(tài)環(huán)境，也是發(fā)展現(xiàn)代漁業(yè)、建設(shè)漁業(yè)強(qiáng)國(guó)的重要載體[4]。這種生態(tài)化、高質(zhì)化的漁業(yè)模式對(duì)有效利用海洋資源、保護(hù)海洋生態(tài)環(huán)境具有重要的意義。

我國(guó)當(dāng)前實(shí)施的漁業(yè)資源保護(hù)措施主要有兩大類：一是減少捕撈，包括減船減產(chǎn)，設(shè)立禁漁區(qū)和禁漁期等；二是通過人為手段促進(jìn)漁業(yè)資源恢復(fù)，如開展增殖放流等。海洋牧場(chǎng)旨在增殖水生生物資源并修復(fù)海洋生態(tài)環(huán)境。它通過高效整合漁業(yè)資源要素，實(shí)現(xiàn)了對(duì)海洋生態(tài)的積極干預(yù)與促進(jìn)[5]。早在1965年，曾呈奎等[6]提出在海洋中通過人工控制種植或養(yǎng)殖海洋生物的理念以及建設(shè)海洋牧場(chǎng)的戰(zhàn)略構(gòu)想。20世紀(jì)80年代，我國(guó)初步探索海洋牧場(chǎng)建設(shè)，初期多為自發(fā)性和實(shí)驗(yàn)性質(zhì)，當(dāng)時(shí)海洋牧場(chǎng)的規(guī)模有限。2002年后，我國(guó)對(duì)海洋漁業(yè)政策進(jìn)行了調(diào)整，沿海區(qū)域廣泛推行漁民轉(zhuǎn)產(chǎn)轉(zhuǎn)業(yè)計(jì)劃，并專門劃撥資金用于推動(dòng)海洋牧場(chǎng)實(shí)現(xiàn)規(guī)模化、系統(tǒng)性發(fā)展。從2015年至今，共九批國(guó)家級(jí)海洋牧場(chǎng)示范區(qū)累計(jì)數(shù)量逐年增加，海洋生態(tài)產(chǎn)業(yè)不斷進(jìn)步和發(fā)展（圖2）。

2 雷電的成因分析

雷電的產(chǎn)生通常是因?yàn)榉e雨云中底層產(chǎn)生負(fù)電荷、頂層產(chǎn)生正電荷，地面也會(huì)產(chǎn)生正電荷。由于空氣是不良導(dǎo)體，會(huì)抑制正負(fù)電荷的直接接觸，從而在云層底部與地面之間形成一個(gè)顯著的電場(chǎng)區(qū)域。隨著電荷的累積，直至云底的大氣被強(qiáng)大的電場(chǎng)激發(fā)，發(fā)生電離現(xiàn)象，即發(fā)生跳躍式的下行先導(dǎo)過程。這一電離過程形成的氣柱會(huì)緩緩地向地面方向擴(kuò)展，被強(qiáng)烈電離的正、負(fù)電荷相互吸引，最終穿透空氣阻力，實(shí)現(xiàn)連接。隨后強(qiáng)電流沿著導(dǎo)電通道迅速?gòu)牡孛鏇_向云層，產(chǎn)生一道光芒，即形成一次閃擊。3～4次閃擊構(gòu)成一次閃電過程，其電場(chǎng)強(qiáng)度可達(dá)每厘米數(shù)千伏，電流達(dá)數(shù)萬安培，雷電通道處電壓達(dá)數(shù)千千伏，其瞬時(shí)功率極大，可達(dá)幾十太瓦，破壞性也極大（圖3）。

3 雷電災(zāi)害的影響

3.1 雷電對(duì)生物造成的災(zāi)害

雷電出現(xiàn)時(shí)常伴隨強(qiáng)降水，降低養(yǎng)殖塘表層水溫，

造成水溫分層，影響魚類等的代謝和生長(zhǎng)，水溫差異過大極易使其產(chǎn)生應(yīng)激反應(yīng)，甚至死亡。雨水會(huì)稀釋養(yǎng)殖塘中的溶解氧，暴雨降下時(shí)水體上下對(duì)流強(qiáng)烈，從而引起溶解氧水平急速下降，導(dǎo)致魚蝦等缺氧；暴雨沖刷力較強(qiáng)，攜帶地表的污染物，如農(nóng)藥、化肥等，進(jìn)入養(yǎng)殖塘，污染水質(zhì)，提高海洋生物感染病害的風(fēng)險(xiǎn)。此外，雷電活動(dòng)還會(huì)引發(fā)電磁輻射和電擊現(xiàn)象，電磁輻射可能會(huì)干擾生物細(xì)胞的正常功能，削弱其免疫力，使其更易受到病原體的侵襲。

3.2 雷電對(duì)設(shè)備造成的災(zāi)害

雷電具有高電流、過電壓的強(qiáng)破壞力，會(huì)直擊養(yǎng)殖塘的增氧泵、溫控系統(tǒng)、照明設(shè)備等，嚴(yán)重?fù)p壞關(guān)鍵設(shè)備，甚至使其完全報(bào)廢，帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失。同時(shí)，會(huì)導(dǎo)致海洋牧場(chǎng)生態(tài)系統(tǒng)失衡，影響魚類的生長(zhǎng)。例如，雷電擊中養(yǎng)殖塘的電路系統(tǒng)，造成供電故障，進(jìn)而影響魚塘的增氧、循環(huán)水等設(shè)備的正常運(yùn)行，最終導(dǎo)致魚塘里的生物因缺氧而死亡。

3.3 雷電對(duì)經(jīng)濟(jì)造成的災(zāi)害

魚類是養(yǎng)殖塘的主要產(chǎn)品，魚類大量死亡會(huì)降低養(yǎng)殖戶的收入。同時(shí)，由于魚類死亡和設(shè)施損壞，養(yǎng)殖戶需要投入更多的資金補(bǔ)充魚苗、修復(fù)或更換設(shè)施等，這進(jìn)一步加重了養(yǎng)殖戶的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。重新補(bǔ)充魚苗，會(huì)延長(zhǎng)生產(chǎn)周期，致使養(yǎng)殖戶收回成本和再次投資的能力會(huì)受到一定的影響。

3.4 雷電活動(dòng)存在的安全隱患

雷電擊中易燃物質(zhì)（如養(yǎng)殖塘邊的建筑物、堆放的飼料等）時(shí)可能會(huì)引發(fā)火災(zāi)，對(duì)養(yǎng)殖塘的生物和設(shè)備造成危害，對(duì)人員和財(cái)產(chǎn)構(gòu)成威脅。此外，在雷電天氣，養(yǎng)殖塘內(nèi)的海水和周邊設(shè)施可能帶電，提高人員觸電的風(fēng)險(xiǎn)。

4 雷電防御措施

4.1 外部設(shè)施防雷

第一，安裝避雷帶。若養(yǎng)殖場(chǎng)所的建筑物頂部為金屬結(jié)構(gòu)，則將屋頂作為接閃器；若不為金屬結(jié)構(gòu)，則參考《露天設(shè)施和堆場(chǎng)的防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》安裝避雷帶，將雷電流導(dǎo)入海水中，有效防止養(yǎng)殖區(qū)域遭受雷擊威脅。

第二，建設(shè)接地系統(tǒng)。建設(shè)及完善魚塘及其周邊設(shè)施的接地系統(tǒng)。海水具有較好的導(dǎo)電性能，引入海水作為輔助，建設(shè)接地系統(tǒng)，確保接地電阻符合規(guī)范要求，一般在20 Ω以下。

第三，檢修排水系統(tǒng)。定期檢查并清理排水渠和管道，保持排水暢通，防止雷電引起的強(qiáng)降水對(duì)養(yǎng)殖塘造成損害。加固養(yǎng)殖塘堤壩，增強(qiáng)堤壩的承載能力與結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，減少雷電等自然災(zāi)害可能引發(fā)的次生災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)，如暴雨、大風(fēng)等。

第四，建立并完善硬件防雷設(shè)施。按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范設(shè)計(jì)，在水泵、增氧機(jī)等設(shè)備處安裝屏蔽層，有效抵御雷電等電磁干擾，保障設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行。針對(duì)雷電災(zāi)害高發(fā)的重點(diǎn)區(qū)域，建筑、通信及電力等相關(guān)部門應(yīng)加強(qiáng)排查與檢測(cè)工作，重點(diǎn)檢查如養(yǎng)殖管理用房、育苗大棚等設(shè)施的避雷裝置安裝是否符合標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)安裝不合格的裝置進(jìn)行完善，確保其有效性和安全性。同時(shí)，完善雷電監(jiān)測(cè)網(wǎng)，通過應(yīng)用先進(jìn)的監(jiān)測(cè)設(shè)備和技術(shù)手段，實(shí)時(shí)開展雷電監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)預(yù)警業(yè)務(wù)，及時(shí)發(fā)布雷電預(yù)警信號(hào)。

4.2 內(nèi)部設(shè)備防雷

第一，電源防雷。在養(yǎng)殖塘的電源進(jìn)線處安裝電源避雷器，防止雷電過電壓損壞電源系統(tǒng)。同時(shí)，在增氧機(jī)、水泵等關(guān)鍵設(shè)備的電源輸入端安裝避雷器，確保重要設(shè)備在雷電天氣下能安全運(yùn)行。選擇具有10/350 μs

波形的一級(jí)試驗(yàn)限壓式電源避雷器，其沖擊電流容量Iimp=50 kA。

第二，信號(hào)防雷。在養(yǎng)殖塘的通信和控制信號(hào)線的入口處安裝信號(hào)避雷器，防止雷電通過信號(hào)線侵入設(shè)備。選擇8/20 μs波形的二級(jí)試驗(yàn)的信號(hào)避雷器，其標(biāo)稱放電電流IN=10 kA。針對(duì)高度集成化的養(yǎng)殖場(chǎng)，建議在控制器模塊內(nèi)部的電子組件he1信號(hào)電纜的終端節(jié)點(diǎn)等重要位置，增設(shè)信號(hào)浪涌保護(hù)設(shè)備，從而有效抵御雷電等瞬態(tài)過電壓對(duì)信號(hào)傳輸系統(tǒng)的潛在威脅。

第三，等電位連接。在養(yǎng)殖塘內(nèi)部的關(guān)鍵位置（如控制器模塊、電子組件、信號(hào)電纜終端等）放置等電位連接端子板，將金屬構(gòu)件、電氣設(shè)備和管道等相互連接并接地，從而消除或減少它們之間的電位差，防止雷電感應(yīng)過電壓引起設(shè)備損壞和人身傷害。

第四，金屬物跨接。針對(duì)養(yǎng)殖塘內(nèi)位置相近的平行或相交的大型金屬物件，應(yīng)采取均勻的、多點(diǎn)位的跨接接地處理措施，以消除或減少雷電在這些金屬物之間產(chǎn)生的電位差，防止電擊事故的發(fā)生。

4.3 定期檢查與維護(hù)設(shè)施

定期檢查和維護(hù)人工魚塘的防雷設(shè)施，及時(shí)修復(fù)、更換損壞或老化的設(shè)備，確保防雷系統(tǒng)的有效性，最大限度地減少雷電對(duì)人工養(yǎng)殖塘和養(yǎng)殖戶造成的潛在威脅。

4.4 制定應(yīng)急預(yù)案

制定詳細(xì)的雷電災(zāi)害應(yīng)急預(yù)案，包括人員疏散、設(shè)備保護(hù)、救援措施和應(yīng)急物資儲(chǔ)備等。面對(duì)突發(fā)的雷電災(zāi)害，防雷隊(duì)伍應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況迅速而有序地采取應(yīng)對(duì)措施，盡可能將災(zāi)害的影響降至最低，減少養(yǎng)殖戶的經(jīng)濟(jì)損失，保障養(yǎng)殖戶的切身利益和人身安全。同時(shí)，防雷隊(duì)伍還應(yīng)定期組織養(yǎng)殖戶開展雷電災(zāi)害應(yīng)急演練，模擬雷電災(zāi)害發(fā)生時(shí)的場(chǎng)景和應(yīng)對(duì)措施。通過演練，檢驗(yàn)應(yīng)急預(yù)案的可行性和有效性，提高養(yǎng)殖戶的應(yīng)急處理能力和自救互救能力。

4.5 加強(qiáng)防雷專業(yè)隊(duì)伍建設(shè)

綜合、全面培養(yǎng)氣象專業(yè)人才，著力提升防雷專業(yè)隊(duì)伍的工作能力。收到雷電預(yù)警信息或發(fā)現(xiàn)雷電活動(dòng)時(shí)，防雷隊(duì)伍應(yīng)立即啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案，通知所有相關(guān)人員進(jìn)入應(yīng)急狀態(tài)，組織養(yǎng)殖塘內(nèi)的人員迅速疏散至安全地帶，避免在露天場(chǎng)所停留。同時(shí)，為人員提供必要的防雷防護(hù)裝備和藥品。切斷養(yǎng)殖塘內(nèi)非必要的電源，尤其是電器設(shè)備和照明設(shè)備，以減少雷電可能造成的損害。雷電過后，組織隊(duì)伍中的技術(shù)人員對(duì)養(yǎng)殖塘及其設(shè)施進(jìn)行全面評(píng)估，確定損失情況并制訂恢復(fù)計(jì)劃。

4.6 加強(qiáng)防雷減災(zāi)的教育宣傳

加大對(duì)養(yǎng)殖戶的安全教育引導(dǎo)，組織防雷減災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)宣傳活動(dòng)，邀請(qǐng)氣象專家、防雷技術(shù)人員等現(xiàn)場(chǎng)解答養(yǎng)殖戶的問題，演示防雷設(shè)施的使用方法和應(yīng)急疏散技巧。教授基礎(chǔ)性的應(yīng)對(duì)防護(hù)措施，如定期檢查防雷設(shè)施，增強(qiáng)房屋及養(yǎng)殖場(chǎng)所的結(jié)構(gòu)穩(wěn)固性，并提高建筑物抵御雷擊災(zāi)害的能力，確保其安全性能的提升。同時(shí)，將防雷減災(zāi)教育宣傳納入養(yǎng)殖場(chǎng)的日常管理工作中，構(gòu)建常態(tài)化、制度化的宣傳機(jī)制。通過持續(xù)不斷的宣傳教育，提高養(yǎng)殖戶的防雷減災(zāi)能力。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過綜合分析海洋牧場(chǎng)的特點(diǎn)和雷電成因，明確了雷電會(huì)對(duì)漁業(yè)發(fā)展造成嚴(yán)重的影響，如海洋生物死亡、養(yǎng)殖設(shè)備損毀和漁民經(jīng)濟(jì)損失等。為減少雷電造成的災(zāi)害，需對(duì)外部和內(nèi)部的設(shè)施進(jìn)行防雷，如建立接地系統(tǒng)、定期檢修排水系統(tǒng)、加固養(yǎng)殖塘的堤壩，同時(shí)制定應(yīng)急預(yù)案、完善避雷系統(tǒng)和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并定期檢查和維護(hù)設(shè)施。此外，還需要加強(qiáng)雷電防護(hù)專業(yè)隊(duì)伍的培養(yǎng)，加大宣傳力度，從而增強(qiáng)從業(yè)者的防雷意識(shí)。根據(jù)雷電的特點(diǎn)及造成的災(zāi)害，制定相應(yīng)的防災(zāi)對(duì)策，不僅能有效減輕雷電災(zāi)害對(duì)海洋牧場(chǎng)的直接損害，確保漁業(yè)生產(chǎn)的平穩(wěn)進(jìn)行，保護(hù)養(yǎng)殖戶的生命財(cái)產(chǎn)安全，還可以進(jìn)一步推動(dòng)海洋牧場(chǎng)的可持續(xù)發(fā)展。

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收稿日期：2024-09-19

作者簡(jiǎn)介：趙鍇晶（2004—），女，云南劍川人，研究方向?yàn)榇髿饪茖W(xué)。#通信作者：冷丁丁（1970—），男，講師，研究方向?yàn)槔纂姺雷o(hù)，E-mail：lengdingding@163.com。