郭 媛，吳 量，何 寬，陽宏聲

（1.廣西區(qū)防雷中心，南寧 530022；2.廣西河池市氣象局，廣西 河池 547000）

前言

廣西是全國雷電高發(fā)區(qū)之一。年平均雷暴日在沿海地帶一般為90d，桂西北內陸地區(qū)60d，最多的東興市為105d，最少的天峨縣也有54.5d。廣西同時也是雷電災害最嚴重的省區(qū)之一。據不完全統計，自1998－2017年，廣西全區(qū)發(fā)生雷電災害847起，造成嚴重經濟損失和人員傷亡。自1998年至今，廣西全區(qū)共發(fā)生405起雷擊人員傷亡事件，造成人員傷亡753人（死亡376人、傷377人）。

近些年來，雷電災害的科學防護越來越受到重視，許多地區(qū)紛紛開展雷電易發(fā)區(qū)域劃分和雷電災害風險區(qū)劃，國內的氣象科技工作者，諸如廣東、浙江、江西、江蘇、河北、河南、陜西、山東、吉林、四川、貴州、湖北在區(qū)域雷電災害易損性評估與風險區(qū)劃方面已經做了相關的研究。《國務院關于優(yōu)化建設工程防雷許可的決定》（國發(fā)〔2016〕39號），明確要求“氣象部門要加強對雷電災害防御工作的組織管理，做好雷電監(jiān)測、預報預警、雷電災害調查鑒定和防雷科普宣傳，劃分雷電易發(fā)區(qū)域及其防范等級并及時向社會公布”。經過相當長一段時間對資料的收集、統計、分析，在前期工作基礎上，充分考慮雷電災害的外動力作用以及廣西各地市的社會經濟指標，初探廣西雷電易發(fā)區(qū)域及危險防范等級劃分，以期為進一步廣西區(qū)市縣三級雷電防護及防雷監(jiān)管業(yè)務提供必要性參考。

1 雷災風險區(qū)劃流程（圖1）

圖1 雷災風險區(qū)劃流程

2 資料收集

（1）廣西區(qū)氣象信息中心提供廣西1960年～2013年的地面觀測雷暴資料；

（2）廣西區(qū)防雷中心提供2009年～2016年二維雷電監(jiān)測定位資料；

（3）廣西區(qū)統計局 2005－2016年年鑒。

3 采用方法

3.1 層次分析法

在對廣西全區(qū)雷電災害風險的計算過程中，選取了雷暴日（T）、地閃密度（N）、人口密度（L）、GDP生產均值（D）4個指標描述了雷電災害的外動力和承災體特征。其分析步驟如下：

（1）建立層次結構模型。根據實際情況，在雷電災害風險評估過程中，將層次分析模型分為3層：第1層是雷電災害危險度的目標層；第2層是雷電災害形成條件的準則層；第3層是影響因素的指標層。

（2）建立雷電災害風險評估指標權重的成對比較矩陣。從層次結構模型的第2層開始，對于從屬于（或影響）上一層每個因素的同一層諸因素，構造成對比較矩陣，直到最下層。依據選用的評估指標和層次模型，建立判斷矩陣T：

矩陣中各項Bij表示該項所對應的Bi相對于Bj的重要程度，常采用Saaty標度法，如表1所示。

表1 成對比較矩陣標度含義

（3）成對比較矩陣的一致性檢驗。對于每一個成對比較矩陣計算最大特征根及對應特征向量，利用一致性指標、隨機一致性指標和一致性比率做一致性檢驗。一致性指標 Ic＝（rmax－n）／（n－1），其中 n 為成對比較矩陣的階數，然后查找平均隨機一致性指標 Ir，最后計算一致性比例 Rc，Rc＝Ic／Ir，當 Rc＜0.1時，一般認為成對比較矩陣的一致性是可以接受的，否則，就要對成對比較矩陣做適當的修正。

（4）計算出各指標的權重值。對于構造出的成對比較矩陣用Matlab軟件求出最大特征根rmax和特征向量W，對特征向量進行歸一化后即為各指標的權重。

（5）雷電災害風險值計算。通過層次結構分析法，計算出各指標的權重系數，得到權重矩陣（R），結合風險評估歸一化指數X，得到風險評估的數學模型為W＝∑R·X。依據此公式，可計算出各市的雷電災害風險值。

3.2 自然斷點法

自然斷點法是一種地圖分級算法。該算法認為數據本身有斷點，可利用數據這一特點進行分級。算法原理是一個小聚類，聚類結束條件是組間方差最大，組內方差最小。計算方法見下式：

式中：SSD—方差；i，j—第 i，j個元素； 長度為 N的數組；k—i，j中間的數，表示A組中的第k個元素。

4 雷電災害風險評估指標分析

4.1 雷暴日指標

以各個氣象觀測站的記錄為依據，統計近50a（1960—2013年）的雷暴日觀測資料，得到各市多年平均雷暴日（表2）。

表2 廣西各市多年平均雷暴日

4.2 地閃密度指標

利用2009—2016年觀測到的閃電資料，根據廣西各市的行政區(qū)劃邊界，統計得到地閃密度值，地閃密度的空間分布如表3和圖2（見彩頁）所示。

表3 廣西各市地閃密度

4.3 人口密度指標

人口密度（L，單位：萬人／km2）能夠反映區(qū)域發(fā)生雷電災害時，單位面積上受危害的人數。統計廣西2005－2016年各市平均人口密度，如表4所示。

表4 廣西各市人口密度

4.4 單位面積的GDP指標

單位面積的GDP，可反映區(qū)域遭受雷擊后單位面積上可能的經濟損失，也可以間接反映各市抵御雷電災害的能力及災后恢復能力。其計算公式為D＝Ds／S，其中Ds為各市的GDP生產總值，S為各區(qū)縣的土地面積，統計得到廣西各市的GDP指標如表5所示。

表5 廣西各市GDP生產均值

5 雷電災害風險評估與區(qū)劃

5.1 建立風險評估模型

選取了雷暴日（T）、地閃密度（N）、人口密度（L）、GDP 生產均值（D）作為評估指標，按照 Saaty標度方法，建立雷電災害風險評估的成對比較矩陣及權重分布。

圖3 層次結構模型圖示

a為決策目標，b1為中間層要素，即雷災危險性；雷災造成的經濟影響b2、雷災造成的社會影響b3、二維閃電數據c1、雷暴日觀測數據c2為備選方案

考慮b1與b3比，十分重要，與b2比，比較重要；b3與b2比，稍微重要；c1與c2比，十分重要，采用層次分析法：

a判斷矩陣一致性比例為0.0825。

表6 決策目標a判斷矩陣

b1判斷矩陣一致性比例為0。

表7 中間層要素b1判斷矩陣

判斷矩陣一致性比例均＜0.1，說明成對比較矩陣具有較為滿意的一致性，由此得到最終權重，見表8。

表8 雷電災害風險評估參數最終權重

綜上所述，雷電災害風險評估模型為W＝0.1123T+0.5615N+0.2255L+0.1007D

5.2 雷災風險值計算

為了使各指標值取統一量綱，對指標進行歸一化處理，將值統一轉化到［0，1］范圍.本文采用歸一化函數對各指標進行無量綱化：

其中Ri是歸一化后的值，xi是各項指標的實際值，ximax是各項指標的最大值。利用指標歸一化結果及推算出的風險評估方程，計算出各市的風險值，如表9所示。

表9 廣西各市雷災風險值

5.3 雷災風險等級劃分

依據廣西雷電氣候分析，采用自然斷點法，將全區(qū)雷災風險劃分為極高風險等級 （雷電易發(fā)危險Ⅰ級）、高風險等級（雷電易發(fā)危險Ⅱ級）、中等風險等級（雷電易發(fā)危險Ⅲ級），表10和圖4（見彩頁）。

表10 廣西區(qū)級雷災風險等級區(qū)劃表

6 防雷安全防范等級及措施

6.1 防雷安全防范等級

根據所處區(qū)域的雷災風險區(qū)劃結果，將防雷安全防范等級對應劃分為一級、二級和三級（表11）。

表11 防雷安全防范等級

6.2 措施

防雷安全防范措施是被防范對象按照相關防雷標準，結合其所處雷電風險等級和雷電防范等級，應采取的工程性、非工程性措施（表12、表13）。

6.2.1 工程性措施

建（構）筑物的防雷措施應符合GB50057－2010的規(guī)定，電子信息系統防雷措施應符合GB50343－2012的規(guī)定。

表12 工程性措施附加措施

6.2.2 非工程性措施

（1）建立雷電安全管理制度，制定雷電災害應急預案，開展雷電防御知識培訓。

（2）按法律法規(guī)規(guī)定委托具有防雷檢測資質的機構進行定期檢測，并對防雷安全隱患及時整改。

（3）設立專門雷電安全管理員，組織防雷裝置自查，確保防雷裝置正常運行。

（4）設立警示標志，并在可觸及的部位采取隔離措施或做絕緣處理。

（5）遇雷雨天氣時必須停止戶外作業(yè)，提醒及時進入安全地帶，切斷重要設備的電源，防止雷擊損壞。

（6）根據雷電預警信息，做好相應防范措施，及時上報雷電災情。

表13 非工程性措施附加措施

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