謝今范，石大明，胡軼鑫，李欽偉

(1.吉林省氣候中心，吉林長春130062;2.吉林省電力勘測設計院，吉林長春130062)

吉林省位于我國東北地區(qū)，轄19市、51縣，面積18.74萬km2。吉林省為溫帶季風氣候，四季分明，降水較豐沛，氣象災害頻繁，對電網危害較大的災害主要為暴雨洪澇、大風、冰凍等，嚴重時會造成斷電、區(qū)域電網癱瘓以及修復工作難以開展等事故。其中暴雨是影響吉林電網安全的主要氣象災害，其對電網安全的影響主要是電站進水引起跳閘，沖毀電線路基甚至電站，造成電桿倒伏等，致使局部電網供電中斷。如1986年7月25日洮南因暴雨損失輸電線路241 km，變電器258臺，電桿10 551根;1995年8月7日白山出現(xiàn)暴雨，供電線路中斷57條，輸電線路倒桿622根196 km，小水電站30座，受損2.9萬kW。社會經濟的快速發(fā)展和人們生活水平的提高，用電量大幅增加，電網經常超負荷運行，其對災害的承載力也有顯著下降。

關于氣象災害對電網的影響，韓昌［1］分析了影響電網的主要氣象災害是臺風、暴雨、暴潮、雷暴、龍卷風、高溫、大霧等，提出了相應的應對策略和建議;常海［2］分析了內蒙古地區(qū)大風、沙塵、雷暴、暴雨、雪災等氣象災害對電網的影響，并提出了一些防御措施和合理性意見;林建勤［3］重點分析了臺風、暴雨災害對我國東南沿海地區(qū)電網的危害和可能引發(fā)的電網及設備事故，提出應該高度重視電網的防災工作。為了做好氣象災害防御工作，近年來人們開始關注氣象災害風險評估方面的研究。黃崇福、王博等［4－5］對災害區(qū)劃分析方法進行了總結;張麗娟［6］等提出了基于信息擴散理論直接估計低溫冷害、干旱和洪澇的風險評估方法;張繼權等［7］提出了災害風險指數(shù)法;史培軍等［8－11］從災害系統(tǒng)角度提出，洪澇災害風險是洪災致災因子危險度、承災體脆弱性、孕災環(huán)境穩(wěn)定性三者的交集;蔣新宇等［12－14］在GIS空間分析基礎上，通過對暴雨洪澇災害的危險性、承災體的暴露性、脆弱性以及區(qū)域防災減災能力分析進行災害風險評估。

本研究將根據(jù)風險評估方法，對吉林省暴雨洪澇對電網安全的影響進行單項及綜合風險評估，以指導電網的規(guī)劃設計和建設運行，最大限度保證電網安全。

1 資料與方法

1.1 資料:

(1)災情資料:根據(jù)《中國氣象災害大典:吉林卷》［15］收集到全省1976－2002年間100次電網氣象災害，其中暴雨59條，大風18條，冰凍23條，雷擊1條。多災并重時，選取影響最大的災害。并統(tǒng)計了以縣(區(qū))為單元的電力災情頻次。

(2)暴雨資料:根據(jù)吉林省50個氣象站1961－2008年逐日降水量統(tǒng)計。

(3)社會經濟資料:2008年出版的《吉林統(tǒng)計年鑒》［16］中以縣(區(qū))為單元的行政區(qū)土地面積、地區(qū)發(fā)電量、地區(qū)耗電量、國民生產總值(GDP)等數(shù)據(jù)。

(4)基礎地理信息:吉林省1:5萬GIS數(shù)據(jù)中的DEM和水系數(shù)據(jù)。

(5)電網分布情況(圖1)。

圖1 2011年吉林省220 kV及以上電網分布圖

1.2 方法

(1)風險評估方法:從風險評估四要素出發(fā)，充分考慮致災因子危險性、孕災環(huán)境敏感性、承災體易損性和防災減災能力(即暴雨頻率、相對高差和水網密度、電網密度、國民生產總值)的空間差異和權重差異(圖2)，進行了暴雨對電網安全影響的等級劃分、區(qū)劃和分區(qū)評價。

(2)致災因子程度算法:先統(tǒng)計吉林省各站每年1、2、3、……7 d(含7 d以上)的暴雨過程降水量(至少有一天降水量≥50 mm)，分別建立降水過程序列，計算不同序列的第60、80、90、95、98百分位數(shù)的降水量值，即劃分為1～5個等級(表1)。根據(jù)暴雨強度等級越高，對洪澇形成所起的作用越大的原則，確定降水致災因子權重，將暴雨強度5、4、3、2、1級分別取作權重，并進行5級劃分。

圖2 吉林省暴雨洪澇電力災害風險區(qū)劃權重

(3)孕災環(huán)境算法

高程:從吉林省1:5萬GIS數(shù)據(jù)中提取高程數(shù)據(jù)，劃分100 m×100 m的網格，采用周圍8個格點高程標準差表示地形起伏變化，作為地形影響指數(shù)。高程越低、標準差越小，表示越有利于形成澇災，影響值就越大(表2)。

水系:主要包括河網密度和距離水體的遠近。在1:5萬GIS中采用100 m×100 m的網格計算河網密度。距離水體遠近的影響則用GIS中的計算緩沖區(qū)功能實現(xiàn)，其中河流應按照一級河流和二級河流、湖泊水庫按照水域面積來分別考慮，分為一級緩沖區(qū)和二級緩沖區(qū)，給予0～1之間適當?shù)挠绊懸蜃又?，原則是一級河流和大型水體的一級緩沖區(qū)內賦值最大，二級河流和小型水體的二級緩沖區(qū)賦值最小，表3和表4給出了參考值。河網密度和緩沖區(qū)影響經規(guī)范化處理后，各取權重0.5，采用加權綜合評價法求得水系影響指數(shù)。

考慮到孕災環(huán)境中地形與水系對暴雨洪澇的影響程度相近，賦權重值相同，由此可以得到吉林省暴雨洪澇災害孕災環(huán)境敏感性指數(shù)，采用自然斷點法，將吉林省暴雨洪澇災害敏感性劃分為5個等級。

表1 不同等級暴雨強度雨量范圍mm

表2 地形高程及高程標準差的組合賦值

表3 湖泊和水庫緩沖區(qū)等級和寬度的劃分標準

表4 河流緩沖區(qū)等級和寬度的劃分標準

(4)承災體易損性:從發(fā)電量和耗電量兩方面分析，考慮二者重要程度基本相同，因此在計算綜合承災體的易損性時考慮兩個評價指標的權重相同。利用GIS中自然斷點分級法將綜合承災體易損性指數(shù)按5個等級分區(qū)劃分，并基于GIS繪制綜合承災體易損性指數(shù)區(qū)劃圖。

(5)防災抗災能力:防災抗災能力是受災區(qū)對氣象災害的抵御和恢復程度，是為應對暴雨洪澇災害所造成的損害而進行的工程和非工程措施，主要考慮人均GDP。對吉林省人均GDP規(guī)范化后，利用自然斷點分級法，并基于GIS繪制吉林省暴雨洪澇災害防災抗災能力區(qū)劃圖。

(6)暴雨洪澇電力災害風險區(qū)劃:在以上因子定量分析評價基礎上，暴雨洪澇災害風險指數(shù)計算公式如下:

式中:byhl為暴雨洪澇災害風險指數(shù)，用于表示風險程度，其值越大，則災害風險程度越大，by、yz、czt、fznl的值分別表示風險評價模型中的致災因子的危險性、孕災環(huán)境的敏感性、承災體的易損性和防災減災能力各評價因子指數(shù);we、wh、ws、wr是各評價因子的權重，系通過專家評分確定。

最后利用GIS中自然斷點分級法將暴雨洪澇電力災害風險指數(shù)按5個等級分區(qū)劃分(高、次高、中等、次低和低風險區(qū))，并基于 GIS繪制區(qū)劃圖。

2 結果分析

2.1 暴雨洪澇致災因子危險性分析

先計算各臺站在不同暴雨等級中的暴雨過程頻次，得到吉林省1～5級(圖略)及綜合的暴雨強度頻次分布圖(圖2)。可見:各級暴雨頻次最大的地區(qū)在通化地區(qū)南部;通化地區(qū)北部、長春地區(qū)南部、遼源、吉林地區(qū)南部、延邊的琿春地區(qū)頻次較大;延邊大部分地區(qū)頻次最小。綜合的暴雨洪澇致災因子危險性較強的地區(qū)分布在長春部分地區(qū)、通化地區(qū)和延邊的琿春;其他大部暴雨洪澇致災因子危險性弱，其中延邊地區(qū)大部最弱。

圖2 吉林省暴雨洪澇災害致災因子危險性區(qū)劃圖

2.2 暴雨洪澇孕災環(huán)境敏感性分析

圖3所示為吉林省地形影響指數(shù)、水系影響指數(shù)，圖4為綜合影響指數(shù)分布圖。可見:地形影響指數(shù)以中西部地區(qū)較大，在0.8以上，洪水危險程度較高;東南部山區(qū)的通化部分地區(qū)、白山地區(qū)、延邊大部分地區(qū)綜合地形影響度相對較小，一般在0.6以下，洪水發(fā)生時危險程度也相對較低。水系影響指數(shù)以松花江、鴨綠江等主要流域地區(qū)為大，而在西部的白城、松原一帶，河網密度相對較小，遭遇到洪水的可能性相對也較小。綜合二者，對暴雨洪澇災害最敏感的地區(qū)分布在吉林的中西部地區(qū)即白城、松原、長春、吉林等地區(qū)的松花江流域附近，而吉林省東南部山區(qū)敏感性普遍較低。

2.3 承災體易損性分析

圖5為2007年吉林省發(fā)電量、耗電量分布圖，可見吉林省發(fā)電量較多的地區(qū)分布在中部和東部半山區(qū)，年發(fā)電量在14億kW·h以上;白城地區(qū)發(fā)電量最小，在4.4億kW·h以下，其他地方發(fā)電量在4.4～14億kW·h之間。吉林省耗電量比較集中，主要分布在經濟發(fā)達的大城市群附近，即長春市轄區(qū)、四平市轄區(qū)和吉林市轄區(qū);其它大部耗電量較小。

圖3 吉林省暴雨洪澇災害地形和水系影響指數(shù)分布圖

圖4 吉林省暴雨洪澇災害孕災環(huán)境敏感性區(qū)劃圖

圖5 2007年吉林省發(fā)電量和耗電量分布圖(億kW·h)

吉林省承災體綜合易損性區(qū)劃圖(圖6)，可見長春大部分地區(qū)、四平部分地區(qū)和吉林大部分地區(qū)發(fā)電量和耗電量均較大，承載體易損性也最高;通化、白山和延邊大部分地區(qū)較低，白城地區(qū)由于發(fā)電量和耗電量均很小，易損性也最低。

2.4 防災抗災能力

由吉林省人均GDP分布圖(圖7)、防災抗災分布圖(圖8)可見，松原市轄區(qū)、長春市轄區(qū)、四平市轄區(qū)、吉林市轄區(qū)和通化市轄區(qū)人均GDP較高，其防災抗災能力較強;其它地區(qū)人均GDP較低，抗災能力相對較低。

2.5 暴雨洪澇電力災害風險評估及區(qū)劃

由圖9可見，吉林省暴雨洪澇電力災害風險最高的地區(qū)分布在吉林省的長春部分地區(qū)、吉林市轄區(qū)和通化的集安地區(qū);其次是長春大部分地區(qū)、四平大部分地區(qū)、吉林部分地區(qū)和延邊州的琿春部分地區(qū);風險最低的地區(qū)主要在白城部分地區(qū)、白山部分地區(qū)及延邊大部分地區(qū)。2010年吉林省電網計劃新建500 kV線路640 km、220 kV線路980 km，其設計標準應用了本研究成果，結果比原設計方案節(jié)約了1 094萬元。

3 結論及對策建議

分析表明，高風險區(qū)和中風險區(qū)主要分布在長春市、四平市、吉林市、通化市南部和延邊州東部近海區(qū)，從風險區(qū)劃各指標的分析來看，通化地區(qū)南部的高風險性是由致災因子的高危險性起主要作用，而吉林省中部地區(qū)的高、中風險性是由其孕災環(huán)境的高敏感性及承災體的高易損性引起的，需重點防范，并提出以下對策建議:

(1)加強暴雨的監(jiān)測和預警工作，適當加密降水監(jiān)測站點;

(2)建立科學的暴雨應急機制，減少暴雨洪澇對電網造成的災害和損失;

(3)在線路設計階段，適當選用高強度的導、地線等設備，增強抵御暴雨洪澇災害的能力，這樣既保證在最惡劣氣象條件下不發(fā)生電網事故和大面積停電，也不會因普遍加強設計導致建設和改造成本過高，在技術經濟上較為合理。

(4)每年定期進行線路防災檢查，發(fā)現(xiàn)問題，及時維修解決。

(5)及時收聽收看天氣預報信息，根據(jù)預報情況及時采取防范措施。

(6)加強建設高、中危險區(qū)電力設施的防洪排水工作，加強雷電防護工作。

圖6 吉林省承災體綜合易損性區(qū)劃圖

圖7 吉林省人均GDP分布圖(萬元)

圖8 吉林省抗災能力區(qū)劃圖

圖9 吉林省暴雨洪澇電力災害風險區(qū)劃圖

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