李衣長(zhǎng) 龔偉 張泉鋒 陳連新 巫圣燦

(福建省三明市氣象局 福建三明 365000)

農(nóng)村一次典型雷擊事件的災(zāi)害調(diào)查與研究

李衣長(zhǎng) 龔偉 張泉鋒 陳連新 巫圣燦

(福建省三明市氣象局 福建三明 365000)

針對(duì)農(nóng)民防雷安全意識(shí)淡薄，農(nóng)村防雷設(shè)施建設(shè)薄弱，雷電災(zāi)害頻繁造成農(nóng)村人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失事件，為提高農(nóng)村農(nóng)民自建房的雷電災(zāi)害防御能力，對(duì)農(nóng)村一次典型雷擊事件的災(zāi)害調(diào)查，分析受災(zāi)點(diǎn)所在農(nóng)村的雷電活動(dòng)情況，對(duì)雷擊受災(zāi)點(diǎn)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)勘察、測(cè)量、分析。其次，通過統(tǒng)計(jì)學(xué)分析法、災(zāi)情解析法和層次分析法，找出雷擊路徑和引發(fā)雷擊的原因，提出農(nóng)村自建房應(yīng)充分利用建筑本身結(jié)構(gòu)鋼筋因地制宜地設(shè)計(jì)防雷措施，以有效防護(hù)直擊雷、閃電電涌侵入和閃電感應(yīng)危害，經(jīng)濟(jì)合理地安裝雷電防護(hù)措施，增強(qiáng)農(nóng)村雷電災(zāi)害防御能力，避免或減少農(nóng)村雷擊災(zāi)害事件的發(fā)生。

雷擊事件；災(zāi)害調(diào)查；雷電防護(hù)

0 引言

近年來，隨著氣候變化異常，雷電現(xiàn)象頻發(fā)。雷電是自然界中一種極為壯觀的聲、光、電現(xiàn)象，是“聯(lián)合國(guó)國(guó)際減災(zāi)十年”公布的10種最嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一。雷電以其巨大的破壞力給人類社會(huì)帶來慘重的災(zāi)難，我國(guó)每年因雷電災(zāi)害造成人員傷亡約為3000人～5000人，財(cái)產(chǎn)損失估計(jì)為70億元～100億元。雷電的破壞作用，主要表現(xiàn)在熱效應(yīng)、機(jī)械效應(yīng)、沖擊波效應(yīng)、靜電感應(yīng)、電磁感應(yīng)、電磁脈沖與雷電反擊等。雷電發(fā)生時(shí)，具有強(qiáng)大的電流、熾熱的高溫、猛烈的沖擊波、巨變的電磁場(chǎng)及電磁輻射等物理效應(yīng)，給人類帶來極大的危害，由于農(nóng)村缺乏雷電防護(hù)知識(shí)，防雷安全設(shè)施薄弱，因此農(nóng)村成為了雷電災(zāi)害的多發(fā)區(qū)。

為了加強(qiáng)農(nóng)村防雷安全工作，本文對(duì)農(nóng)村一次典型雷擊事件開展災(zāi)害調(diào)查研究，并通過對(duì)2008年～2017年雷電監(jiān)測(cè)網(wǎng)數(shù)據(jù)分析，探尋受災(zāi)點(diǎn)農(nóng)村雷電活動(dòng)規(guī)律，隨后，分析雷電災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)勘查的雷電災(zāi)害資料，從三維空間探尋雷擊入侵途徑，探索引發(fā)雷擊原因，從中找出解決辦法，以改善農(nóng)村防雷安全措施，提升農(nóng)村防御雷電災(zāi)害能力。

1 資料來源和方法

閃電定位數(shù)據(jù)來源于福建省氣象局2008年～2017年雷電監(jiān)測(cè)網(wǎng)數(shù)據(jù)，雷電災(zāi)害資料從雷電災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)勘查獲得。

1.1資料

(1)雷電監(jiān)測(cè)資料

通過對(duì)福建省氣象局2008年～2017年閃電定位監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，得出近10年受災(zāi)點(diǎn)2008～2017年的閃電定位儀觀測(cè)資料。

(2)雷電災(zāi)害情況

2017年5月11日，三明市梅列區(qū)洋溪鎮(zhèn)某村周某新建樓房遭受雷擊，造成大量電氣、電子設(shè)備損壞。2017年6月9日，三明市氣象局組織技術(shù)人員對(duì)雷災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行勘察，雷電災(zāi)害資料為現(xiàn)場(chǎng)勘察所采集數(shù)據(jù)。

(4)雷電災(zāi)害易損度區(qū)劃結(jié)果

參考利用雷擊密度、雷電災(zāi)害頻度、經(jīng)濟(jì)損失模數(shù)和生命受損模數(shù)作為劃分雷電災(zāi)害易損度指標(biāo)參數(shù),引用已完成的三明市雷電災(zāi)害易損度區(qū)劃結(jié)果數(shù)據(jù)。

1.2方法

(1)統(tǒng)計(jì)學(xué)分析法

對(duì)受災(zāi)點(diǎn)附近近10年雷電監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采用統(tǒng)計(jì)學(xué)法，分析近10年雷電月、時(shí)變化情況及雷電密度分布情況，從中了解受災(zāi)點(diǎn)附近雷電活動(dòng)規(guī)律。

(2)災(zāi)情解析法

通過災(zāi)情解析法對(duì)受災(zāi)點(diǎn)附近的地理、地質(zhì)、土壤、氣象、雷電活動(dòng)情況，以及受災(zāi)建筑物防雷裝置的安裝情況進(jìn)行分析。

(3)層次分析法

分析建筑物遭受雷擊的各種可能途徑，從外部的直接雷擊到內(nèi)部的閃電感應(yīng)，以及由建筑物外部引入內(nèi)部的閃電電涌侵入，分析此次雷擊災(zāi)害發(fā)生的入侵途徑。

2 雷電災(zāi)害概況

2017年5月11日6:00左右，三明市梅列區(qū)洋溪鎮(zhèn)某村上空，烏云密布，電閃雷鳴，一聲驚雷掠過，周某家新建樓房因雷擊造成屋面墻角炸裂，并造成其及鄰居幾戶村民的配電箱燒毀、電視機(jī)等電氣、電子設(shè)備遭受不同程度損壞，直接經(jīng)濟(jì)損失近萬元，受災(zāi)點(diǎn)附近村民對(duì)雷雨天氣出現(xiàn)恐懼情緒，所幸無人員傷亡情況。

3 受災(zāi)地點(diǎn)雷電活動(dòng)氣候特征分析

以受災(zāi)地點(diǎn)為圓心，以10km為半徑范圍，通過對(duì)福建省氣象局2008年～2017年雷電監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的應(yīng)用分析，得出受災(zāi)點(diǎn)附近雷電月、時(shí)變化情況及雷電密度分布規(guī)律。

3.1雷電活動(dòng)月變化

以2008年～2017年雷電監(jiān)測(cè)網(wǎng)數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，通過統(tǒng)計(jì)分析值繪制出受災(zāi)點(diǎn)10km范圍內(nèi)近10年的雷電月變化圖，如圖1所示。

圖1 2008年～2017年受災(zāi)點(diǎn)附近雷電活動(dòng)月變化圖

由圖1可知，該受災(zāi)地點(diǎn)10km范圍內(nèi)雷電活動(dòng)出現(xiàn)在2月～11月，主要集中在3月～9月，而在春季與冬季節(jié)雷電活動(dòng)相對(duì)比較弱，6月～8月為雷電活動(dòng)的高發(fā)期，也就是夏季、秋季是該地雷電活動(dòng)的多發(fā)季節(jié)，該3個(gè)月年平均閃電次數(shù)達(dá)833.4次，約占全年雷電次數(shù)的72.5%，是農(nóng)村需防御雷電災(zāi)害的重要季節(jié)。

3.2雷電活動(dòng)時(shí)變化

為了更好地了解受災(zāi)點(diǎn)處雷電活動(dòng)規(guī)律，通過對(duì)受災(zāi)點(diǎn)附近2008年～2017年雷電監(jiān)測(cè)網(wǎng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析值，繪制出受災(zāi)點(diǎn)10km范圍內(nèi)近10年的雷電活動(dòng)時(shí)間分布圖，如圖2所示。

圖2 2008年～2017年受災(zāi)點(diǎn)附近雷電活動(dòng)時(shí)分布圖

由圖2可知，該受災(zāi)點(diǎn)附近雷電活動(dòng)可能出現(xiàn)在一天中任何時(shí)刻，閃電高峰時(shí)段主要集中在14:00～23:00，年平均值達(dá)到101.7次，占全天雷電次數(shù)的88.5%，也就是午后到傍晚時(shí)段雷電活動(dòng)非常活躍，是防范雷電災(zāi)害的重要時(shí)段。

3.3受災(zāi)區(qū)域閃電密度分布

以2008年～2017年雷電監(jiān)測(cè)網(wǎng)數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，通過統(tǒng)計(jì)分析值繪制出受災(zāi)點(diǎn)10km范圍內(nèi)近10年的閃電密度分布圖可知，近該受災(zāi)地點(diǎn)周邊雷電活動(dòng)較活躍，主要以負(fù)地閃為主，也有出現(xiàn)過幾次雷電流強(qiáng)度較大的正地閃情況，年平均雷暴密度分布3.66次/km2·a，雷電活動(dòng)比較活躍。

3.4受災(zāi)區(qū)域雷電災(zāi)害易損度區(qū)劃

根據(jù)自然災(zāi)害系統(tǒng)理論和自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估理論，以雷擊密度、雷電災(zāi)害頻度、經(jīng)濟(jì)損失模數(shù)和生命受損模數(shù)作為分析雷電災(zāi)害易損度指標(biāo)參數(shù),計(jì)算出三明市雷電災(zāi)害易損性風(fēng)險(xiǎn)值, 確定雷電災(zāi)害易損度區(qū)劃分級(jí)指標(biāo)，完成三明市雷電災(zāi)害易損度區(qū)劃[1]，從區(qū)劃結(jié)果可知，該受災(zāi)地點(diǎn)周邊雷電災(zāi)害易損度區(qū)劃為高值區(qū)，雷電活動(dòng)較活躍，雷電引發(fā)災(zāi)害的易險(xiǎn)度高，所以這一帶農(nóng)村需注意加強(qiáng)防范雷電災(zāi)害。

4 雷災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)勘查

筆者于2017年6月9日對(duì)雷災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行勘查，認(rèn)真調(diào)查雷電災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)的地理、地質(zhì)、土壤、氣象及雷電活動(dòng)情況，以及受災(zāi)建筑物防雷裝置的安裝情況[2]。

4.1受災(zāi)建筑物地理位置

受災(zāi)建筑物為村民2016年12月建成的自建房，房屋為框架結(jié)構(gòu)，此次受雷災(zāi)的幾戶村民房屋位于山邊孤立曠野，所處位置地勢(shì)較高，東面為山坡，山上有茂密樹林，屬于雷電多發(fā)區(qū)域。

4.2受災(zāi)點(diǎn)地質(zhì)土壤情況

受災(zāi)點(diǎn)處土質(zhì)為含砂粘土，土壤電阻率低，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)土壤電阻率值[3]，如表1所示。

表1 受災(zāi)點(diǎn)土壤電阻率測(cè)試值

由表1可知：該受災(zāi)點(diǎn)處土壤電阻率測(cè)試平均值為140.7Ω·m，結(jié)果為地下-15m～-6m土壤層平均土壤電阻率，說明土壤泄流能力強(qiáng)。

4.3受災(zāi)建筑物防雷裝置安裝情況

(1)受災(zāi)建筑物均未采取任何雷電防護(hù)措施。

(2)受災(zāi)建筑物內(nèi)電源線路、信號(hào)線路均以架空線形式引入，再引到各用電設(shè)備處，一旦配電線路或信號(hào)線路遭雷擊，雷電流就會(huì)沿著架空線直接引到室內(nèi)，再侵入到與電源線路或信號(hào)線路相連的電氣、電子設(shè)備，導(dǎo)致雷擊損壞。

(3)電源線路入戶配電箱處未安裝SPD保護(hù)，建筑物內(nèi)電氣、電子設(shè)備無任何防護(hù)閃電電涌侵入措施。

5 雷電入侵途徑分析

通過以上對(duì)雷災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)勘查和檢測(cè)結(jié)論分析，結(jié)合對(duì)雷電活動(dòng)規(guī)律的研究，分析此次雷擊災(zāi)害事件的雷電入侵途徑可能有3種：直擊雷、閃電電涌侵入和閃電感應(yīng)。雷電入侵途徑及危害分析如下。

5.1雷電直擊建筑物頂部

直擊雷是指閃擊直接擊在建(構(gòu))筑物、其它物體、大地或外部防雷裝置上，產(chǎn)生電效應(yīng)、熱效應(yīng)和機(jī)械力者，往往會(huì)造成建筑物的爆炸、火災(zāi)或嚴(yán)重物理損壞。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘察發(fā)現(xiàn)，該安置房未采取直擊雷防護(hù)措施，當(dāng)有強(qiáng)雷暴出現(xiàn)且移動(dòng)到接近地面建筑物時(shí)，因雷暴云內(nèi)部含有大量的電荷，與底部的受災(zāi)建筑物之間產(chǎn)生靜電感應(yīng)，使地面建筑物表面產(chǎn)生異性電荷。隨著電荷量的不斷積聚，當(dāng)兩者之間電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到一定程度(一般為3000V/cm～10 000V/cm)時(shí)就會(huì)發(fā)生空氣擊穿，引起放電，產(chǎn)生強(qiáng)大的雷電流，受災(zāi)建筑物屋面墻角處水泥塊內(nèi)部因受到強(qiáng)大的雷電流，瞬時(shí)溫度急劇升高，使周圍空氣急劇膨脹從而引起炸裂。

5.2閃電感應(yīng)，造成建筑物內(nèi)電源線、信號(hào)線上出現(xiàn)感應(yīng)雷電流

該安置房的用電是以架空線形式引入，且相鄰幾戶居民共用一路電源，當(dāng)受災(zāi)建筑物房屋遭受雷擊時(shí)，雷電在周邊產(chǎn)生瞬變的強(qiáng)電磁場(chǎng)，隨即在線路上感應(yīng)出強(qiáng)大的雷電流，雷電流沿著低壓架空線、信號(hào)線引入到室內(nèi)，再通過線路引到電氣、電子設(shè)備，造成設(shè)備損毀。此次雷災(zāi)造成的燈管炸裂，配電箱燒毀、機(jī)頂盒、電視接收器、浴霸、開關(guān)、插座、線路等不同程度的燒毀和損壞，就是由于閃電感應(yīng)現(xiàn)象，造成電源線、信號(hào)線路感應(yīng)出的雷電流沿著線路侵入到建筑物內(nèi)，引發(fā)建筑物內(nèi)電氣、電子設(shè)備損毀。閃電感應(yīng)現(xiàn)象雖然出現(xiàn)的頻率高，但其破壞性較直擊雷小，不太可能造成嚴(yán)重的線路燒毀、火災(zāi)等現(xiàn)象，往往是通過閃電電涌侵入方式造成建筑物內(nèi)電氣、電子設(shè)備一些部件的損壞。

5.3閃電電涌侵入，使建筑物內(nèi)電源線、信號(hào)線感應(yīng)雷電流沿線路侵入建筑物內(nèi)，造成電氣、電子設(shè)備損毀

受災(zāi)村民樓房頂部遭直接雷擊后，由于該房屋為框架結(jié)構(gòu)，雷電流沿建筑物梁、柱等鋼筋將雷電流瀉放入地。同時(shí)，由于閃電感應(yīng)現(xiàn)象，使建筑物內(nèi)部埋設(shè)的電源線、信號(hào)線感應(yīng)雷電流，并沿這些線路侵入室內(nèi)，即閃電電涌侵入，閃電電涌沿著這些管線侵入屋內(nèi)，危及人身安全，造成電氣、電子損壞設(shè)備[4]。此次雷災(zāi)造成的燈管炸裂，配電箱燒毀、機(jī)頂盒、電視接收器、浴霸、開關(guān)、插座、線路等不同程度的燒毀和損壞，極有可能就是由于閃電電涌侵入而造成的。

5.4雷電入侵途徑分析結(jié)論

(1)鑒于周某新建樓房遭雷擊后屋角磚頭破裂嚴(yán)重，可以確定此處就是雷擊點(diǎn)。故認(rèn)定此次雷擊事件首先是因受災(zāi)建筑物遭受直接雷擊引發(fā)的。

(2)鑒于該受災(zāi)樓房?jī)?nèi)電氣線路和配電箱燒毀程度較輕，并未出現(xiàn)燒毀或引發(fā)線路火災(zāi)現(xiàn)象，可以認(rèn)定在屋頂發(fā)生直擊雷后，建筑物內(nèi)的電源線、信號(hào)線上發(fā)生了閃電感應(yīng)現(xiàn)象，感應(yīng)雷電流沿著電源線、信號(hào)線引入到室內(nèi)。

(3)受災(zāi)業(yè)主反映：“遭雷擊電氣、電子設(shè)備均為部分元件損壞，已修復(fù)”，鑒于該受災(zāi)建筑物內(nèi)電視機(jī)等電氣、電子設(shè)備損壞程度較輕，并未發(fā)生燒毀或炸裂現(xiàn)象，可以認(rèn)定是因電源線、信號(hào)線上出現(xiàn)了閃電感應(yīng)雷電流，因閃電電涌侵入，造成建筑物內(nèi)電氣、電子損壞設(shè)備遭受不同程度損毀。

綜上分析，此次雷擊事件的雷電入侵途徑為：直擊雷、閃電感應(yīng)和閃電電涌侵入等3種雷電入侵方式同時(shí)出現(xiàn)、共同作用造成的。

6 農(nóng)村自建房防雷裝置安裝要求

通過對(duì)農(nóng)村這一典型雷擊事件的調(diào)查鑒定與分析，結(jié)合當(dāng)?shù)乩纂娀顒?dòng)規(guī)律和雷電災(zāi)害易損度區(qū)劃結(jié)果，對(duì)此類農(nóng)村自建房防雷裝置安裝提出以下建議和意見[5]。

(1) 農(nóng)村自建房需安裝直擊雷防護(hù)措施，可利用建筑本身的結(jié)構(gòu)鋼筋通過焊接或綁扎作為防雷裝置，既節(jié)省成本，又能發(fā)揮雷電災(zāi)害防御作用。

(2)引入農(nóng)村自建房的電源線、信號(hào)線應(yīng)盡量穿金屬管屏蔽并埋地引入，金屬屏蔽管道連接處應(yīng)采用金屬線跨接，埋地長(zhǎng)度不小于15m。當(dāng)受條件限制只能架空引入時(shí)，應(yīng)在架空引入處安裝電源電涌保護(hù)器，可較好地保護(hù)室內(nèi)電氣、電子設(shè)備的安全。

(3)應(yīng)將自建房的防雷裝置與電氣、電子設(shè)備保護(hù)接地裝置共用，減少和避免因雷擊引發(fā)極高的電位差所造成的安全威脅。

7 結(jié)語

農(nóng)村自建房大都位于山邊或水田邊，地處孤立曠野地帶，雖然高度不高，但極易發(fā)生因直擊雷、閃電感應(yīng)和閃電電涌侵入等方式引發(fā)的雷擊事件，所以需提高防雷安全意識(shí)。項(xiàng)目建設(shè)前，應(yīng)考慮充分利用建筑本身結(jié)構(gòu)鋼筋因地制宜地設(shè)計(jì)防雷措施，按照農(nóng)村自建房防雷裝置安裝要求，安裝簡(jiǎn)易的屋面接閃帶、防雷引下線和防雷接地裝置，有效防護(hù)直擊雷的危害。電源線、信號(hào)線應(yīng)盡量采用穿金屬管屏蔽埋地引入建筑物內(nèi)，對(duì)于架空線引入建筑物的應(yīng)在入戶處安裝電涌保護(hù)器，以防御閃電電涌侵入對(duì)建筑物內(nèi)人員與電氣、電子設(shè)備的危害。建筑物內(nèi)各種金屬裝置、金屬設(shè)備應(yīng)就近采取等電位接地保護(hù)措施，電源線、信號(hào)線應(yīng)避免環(huán)形敷設(shè)，并采用穿金屬管屏蔽措施，以防御閃電感應(yīng)的危害，經(jīng)濟(jì)合理地安裝防雷裝置，以最小的成本達(dá)到較好的雷電災(zāi)害防御能力，努力消除和減少雷擊安全隱患，最大限度減少雷擊災(zāi)害威脅，以確保農(nóng)村建筑物內(nèi)人員和電氣、電子設(shè)備的安全。

[1] 李衣長(zhǎng)，吳林峰， 余春華，等.三明市雷電氣候特征與雷電災(zāi)害易損度區(qū)劃研究[J].南京信息工程大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2017,48(2): 220-226.

[2] GB50057-2010 建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國(guó)計(jì)劃出版社，2010.

[3] GB/T17949.1-2000 接地系統(tǒng)的土壤電阻率、接低阻抗和地面點(diǎn)位測(cè)量導(dǎo)則 第1部分:常規(guī)測(cè)量[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2000.

[4] GB50343-2012 建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范[S].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2010.

[5] 肖穩(wěn)安.雷電和防護(hù)及防雷工程管理[M].北京：氣象出版社,2009.

Disasterinvestigationandstudyofatypicallightningstrikeinthecountryside

LIYichangGONGWeiZHANGQuanfengCHENlianxinWUshengcan

(Sanming City Province Meteorological Bureau，Sanming 365000)

According to the lightning safety consciousness of rural farmers and weak construction of lightning protection facilities, lightning disasters frequently cause rural casualties and property losses, in order to improve the defense capability of lightning disaster, paper through the adjustment of rural disaster of a typical lightning incidents investigation, analysis of lightning activity affected points in rural areas, the lightning disaster by field investigation, detection, through statistical analysis, disaster analysis analytic method and AHP method to find out the lightning path and triggered lightning causes, put forward rural self built room should be fully utilize the building structure reinforcement according to the design of lightning protection measures, effective protection of lightning, lightning and lightning surge invasion induced hazards, installation of lightning protection measures of economic reasonably, enhance the ability of rural disaster prevention to avoid or reduce the lightning disaster happened in rural farmers Piece.

Lightning events; Disaster survey; Lightning protection

TU856

A

1004-6135(2017)10-0104-04

李衣長(zhǎng)(1973.1- )，男，工程師。

E-mail:449220703@qq.com

2017-08-15