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        揭陽市“一城兩園”雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃

        2024-03-13 13:49:16黃揚(yáng)東劉三梅張漫霞夏云黃躍昭謝斌周炯斌
        廣東氣象 2024年1期
        關(guān)鍵詞:揭陽市雷暴區(qū)劃

        黃揚(yáng)東,劉三梅,張漫霞,夏云,黃躍昭,謝斌,周炯斌

        (1.揭西縣氣象局,廣東揭西 515400;2.廣東省氣候中心,廣東廣州 510640;3.惠來縣氣象局,廣東惠來 515200;4.揭陽市氣象局,廣東揭陽 515500)

        雷電災(zāi)害屬于聯(lián)合國公布的10大最嚴(yán)重的災(zāi)害之一。長(zhǎng)期以來,揭陽市雷電防御工作只側(cè)重于工程防護(hù),而對(duì)于雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分布研究工作比較滯后。揭陽市“一城兩園”位于廣東省惠來縣,規(guī)劃總面積146.6 km2,其中“一城”由惠來老城、粵東新城組成,面積78.9 km2,“兩園”包括大南海石化工業(yè)區(qū)42.4 km2、惠來臨港產(chǎn)業(yè)園25.3 km2,同時(shí)還包括高鐵、高速、高校、石化、海上風(fēng)電、LNG天然氣等一大批重要重點(diǎn)項(xiàng)目。揭陽市并未做過雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃的研究,所以非常有必要進(jìn)行該方面的研究。

        對(duì)于雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃的研究,國內(nèi)外專家學(xué)者從雷電機(jī)理、雷電活動(dòng)特征、雷災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃與評(píng)估、雷災(zāi)監(jiān)測(cè)與預(yù)警和防雷工程等方面進(jìn)行卓有成效的研究[1-2],如劉三梅等[3]對(duì)廣東省雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃研究;程麗丹等[4]對(duì)河南省雷電災(zāi)害易損性分析及風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃研究;程萌等[5]對(duì)菏澤市雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃研究;呂海勇等[6]對(duì)廣東省雷電災(zāi)害易損性分析與風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃研究。揭陽在雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃方面研究較少,本研究也算填補(bǔ)揭陽在雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃研究方面的空白。

        以往關(guān)于雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃的研究多以雷暴日資料為基礎(chǔ),僅考慮致災(zāi)因子與承載體的影響對(duì)區(qū)域雷電災(zāi)害進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃。本研究將以閃電定位儀資料為基礎(chǔ),從孕災(zāi)環(huán)境、致災(zāi)因子、承災(zāi)體和防災(zāi)能力4個(gè)方面全面分析區(qū)域雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn);選取適當(dāng)?shù)睦纂姙?zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo),采用GIS技術(shù)繪制“一城兩園”地區(qū)雷電密度和強(qiáng)度分布圖,并繪制揭陽市“一城兩園”雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃圖,旨在充實(shí)揭陽氣象災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃內(nèi)容,為揭陽氣象災(zāi)害防御規(guī)劃的編制奠定基礎(chǔ),為揭陽市雷電風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和雷電預(yù)報(bào)預(yù)警提供技術(shù)支撐和科學(xué)依據(jù)。

        1 資料與方法

        1.1 資料

        本研究主要采用雷暴日數(shù)據(jù)、雷電數(shù)據(jù)、雷電災(zāi)害數(shù)據(jù)和經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù),其中雷暴日數(shù)據(jù)來自惠來國家氣象站1956—2013年的數(shù)據(jù);雷電數(shù)據(jù)來自廣東省雷電監(jiān)測(cè)定位系統(tǒng)(2011—2020年)[7];雷電災(zāi)害數(shù)據(jù)來自于廣東省雷電災(zāi)害實(shí)例匯編(2011—2020年),包括雷災(zāi)起數(shù)、人身事故、建筑物受損、經(jīng)濟(jì)損失等;經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)來自惠來統(tǒng)計(jì)局年鑒2020年數(shù)據(jù)。

        1.2 方法

        本研究利用地閃定位數(shù)據(jù),提取近10年的揭陽市雷電監(jiān)測(cè)定位數(shù)據(jù),采用歸一處理法[8]、層次分析法[6],結(jié)合揭陽市“一城兩園”地區(qū)地形地貌、雷暴日分布、雷電災(zāi)害分布、城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展等相關(guān)因素,探討相互之間的影響關(guān)系;選擇評(píng)價(jià)指標(biāo),根據(jù)指標(biāo)確定權(quán)重比例因子,建立雷電風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域劃分模型[9],并把模型進(jìn)行數(shù)學(xué)公式化,形成一個(gè)加權(quán)函數(shù)的數(shù)學(xué)公式,借助GIS中的空間分析模塊和插值原理,按照氣象等級(jí)分類進(jìn)行分層設(shè)色,并制作揭陽市“一城兩園”地區(qū)雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分布圖,得出低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、次低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、中等風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、次高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)和高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 雷電活動(dòng)時(shí)空分布

        1)雷暴日分布。

        雷暴日表征不同地區(qū)雷電活動(dòng)的頻繁程度,是在指定區(qū)域內(nèi)一年四季所發(fā)生雷電放電的天數(shù),用td表示。不同年份雷暴日數(shù)也是不同,可能變化較大,因此采用多年的平均值。相對(duì)雷暴日多的地區(qū),遭受雷擊的可能性也較大。

        地區(qū)雷暴日等級(jí)根據(jù)年平均雷暴日數(shù)劃分為少雷區(qū)、中雷區(qū)、多雷區(qū)和強(qiáng)雷區(qū)。根據(jù)惠來縣1956—2013年雷暴日數(shù)資料統(tǒng)計(jì)可知,惠來縣年平均雷暴日數(shù)為55.1 d,屬于多雷區(qū)。

        2)雷電空間分布。

        (1)地閃密度分布。

        地閃密度指每平方公里年地面落雷次數(shù),用Ng表示。地閃密度直接體現(xiàn)了該地區(qū)雷電分布情況,值越大,分布越密集;值越小,分布越稀疏[3]。地閃密度還體現(xiàn)了地區(qū)遭受雷擊的可能性,值越大,遭受雷擊的可能性越大,存在的雷電風(fēng)險(xiǎn)就越大。

        圖1為惠來縣2011—2020年地閃密度空間分布情況。

        圖1 惠來縣2011—2020年地閃密度空間分布

        由圖1可知,惠來縣粵東新城地閃密度大部分在6.6~7.9次/(km2·年)區(qū)域,少部分處在8.0~9.3次/(km2·年)區(qū)域,大南海石化區(qū)地閃密度相對(duì)較高,有部分地閃密度在10.8~12.1次/(km2·年)范圍內(nèi),臨港產(chǎn)業(yè)園地閃密度則相對(duì)較低。

        (2)雷電流分布。

        95%雷電流處于0~50 kA之間,多年來,雷電流均值處于比較平穩(wěn)階段,沒有明顯增強(qiáng)趨勢(shì)。在雷電活動(dòng)特征分析時(shí),它是一個(gè)重要參數(shù),雷電流越大,造成的危險(xiǎn)越嚴(yán)重,特別是極大值,一些重大雷災(zāi)事故發(fā)生都由極大值造成。

        由圖2可知,揭陽“一城兩園”平均雷電流大多在30 kA左右,其中粵東新城達(dá)到35 kA以上,雷電流相對(duì)較大,造成的危險(xiǎn)也較為嚴(yán)重,所以更要重視。

        圖2 惠來縣2011—2020年平均雷電流分布

        2.2 雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃及分析

        1)雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)形成機(jī)制。

        從災(zāi)害學(xué)的角度出發(fā),形成雷電災(zāi)害必須具有以下條件:(1)形成雷電災(zāi)害的環(huán)境(孕災(zāi)環(huán)境);(2)存在誘發(fā)雷電災(zāi)害的因素(致災(zāi)因子);(3)雷電災(zāi)害的作用對(duì)象(承災(zāi)體);(4)致災(zāi)因子與承災(zāi)體的相互作用。雷電的作用方式主要是通過直擊雷、雷電感應(yīng)、雷電波侵入和雷擊電磁脈沖4種形式來對(duì)承災(zāi)體產(chǎn)生直接或者間接影響。

        2)雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃。

        氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃是指在孕災(zāi)環(huán)境敏感性、致災(zāi)因子危險(xiǎn)性、承災(zāi)體易損性、防災(zāi)減災(zāi)能力等因子進(jìn)行定量分析評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上,為了反映氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分布的地區(qū)差異,根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)度指數(shù)的大小,對(duì)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃分為若干個(gè)等級(jí)??紤]到各評(píng)價(jià)因子對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的構(gòu)成起作用并不完全相同,本研究采納氣象、氣候、電力等相關(guān)專家的建議,將雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)所涉及的因子權(quán)重系數(shù)加以匯總,如圖3所示,然后根據(jù)雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)公式求算雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)指數(shù),具體計(jì)算公式為

        圖3 揭陽市“一城兩園”雷電風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃?rùn)?quán)重分布示意圖(括號(hào)中數(shù)據(jù)為權(quán)重)

        其中,TRI(typhoon risk index)為雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)指數(shù),用于表示風(fēng)險(xiǎn)程度,其值越大,則災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)程度越大;H、S、V、R分別表示風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型中的致災(zāi)因子的危險(xiǎn)性、孕災(zāi)環(huán)境的敏感性、承災(zāi)體的易損性和防災(zāi)抗災(zāi)能力各評(píng)價(jià)因子指數(shù);α、β、δ、γ分別是各評(píng)價(jià)因子的權(quán)重系數(shù),α+β+δ+γ=1,權(quán)重系數(shù)的大小依據(jù)各因子對(duì)雷電災(zāi)害的影響程度大小,主要采取層次分析法取得,適當(dāng)根據(jù)專家建議,結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況討論確定。

        對(duì)于危險(xiǎn)性,由于雷電密度和雷電流對(duì)雷電風(fēng)險(xiǎn)影響最大,賦值0.35;雷暴日對(duì)雷電風(fēng)險(xiǎn)有一定的影響,賦值0.20;雷電災(zāi)害頻次相對(duì)來說,對(duì)雷電風(fēng)險(xiǎn)的影響小一些,賦值0.10。

        從雷電災(zāi)害形成的原因和數(shù)據(jù)的可得性,雷電災(zāi)害孕災(zāi)環(huán)境主要考慮地形等因子對(duì)雷電災(zāi)害形成的綜合影響。地勢(shì)高,其雷電災(zāi)害孕災(zāi)環(huán)境敏感性越高。同時(shí),雷擊區(qū)與該地區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)有關(guān),在電阻率小的地區(qū),雷擊的幾率較大,一般水的電阻率比陸地要小,因此離水體越近的地區(qū)越是容易出現(xiàn)雷擊。選擇地形地貌和水體密度作為雷電災(zāi)害孕災(zāi)環(huán)境敏感性指標(biāo),分別給予權(quán)重為0.7和0.3。

        承災(zāi)體的易損性包括物理暴露度和脆弱性,而暴露度和脆弱性通過地均人口、地均GDP和耕地比重等體現(xiàn),分別給予權(quán)重為0.40、0.20和0.40。

        防災(zāi)抗災(zāi)能力是受災(zāi)區(qū)對(duì)氣象災(zāi)害的抵御和恢復(fù)程度,是為應(yīng)對(duì)雷電災(zāi)害所造成的損害而進(jìn)行的工程和非工程措施??紤]到這些措施和工程的建設(shè)必須要有當(dāng)?shù)卣慕?jīng)濟(jì)支持,主要考慮了人均GDP和防雷面積比例,權(quán)重分別為0.40和0.60。

        各風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)和評(píng)價(jià)因子的確定如圖3所示的有關(guān)雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)權(quán)重分布系數(shù)。

        采用雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型計(jì)算各地雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)指數(shù),利用GIS中自然斷點(diǎn)分級(jí)法將雷電風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)按5個(gè)等級(jí)分區(qū)劃分(高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、次高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、中等風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、次低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)和低風(fēng)險(xiǎn)區(qū))[10],并基于GIS繪制揭陽市“一城兩園”雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃圖(圖4)。

        圖4 揭陽市“一城兩園”雷電風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃圖

        正確合理地劃分揭陽市“一城兩園”雷電風(fēng)險(xiǎn)分布圖,需要做到幾點(diǎn):①空間上要求區(qū)域單元格式合理、面積大小合適,與地圖及雷電定位系統(tǒng)的精度相符合;②等級(jí)劃分上,范圍覆蓋完整,能包括揭陽市“一城兩園”的雷電密度,界限分明,并具有可操作性;③風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃分布圖層次清晰,可在地圖上明確標(biāo)出,且直觀明了便于使用。5種顏色代表著5個(gè)風(fēng)險(xiǎn)區(qū):低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、次低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、中等風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、次高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)和高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。

        3 結(jié)論

        通過以上分析可以看出,惠來縣粵東新城雷電風(fēng)險(xiǎn)處于高風(fēng)險(xiǎn)區(qū),是雷電災(zāi)害防御的重點(diǎn)區(qū)域,所以應(yīng)該重視和加強(qiáng)防雷減災(zāi)工作;惠來臨港產(chǎn)業(yè)園處于中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)及以上,大南海石化區(qū)風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)低點(diǎn),但是大部分也處于次低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)以上,有部分地方也處于高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)內(nèi),所以在進(jìn)行雷電災(zāi)害防御時(shí)應(yīng)采取科學(xué)、合理的預(yù)防措施,避免和減輕雷災(zāi)事故的發(fā)生。

        本研究得出的揭陽市“一城兩園”雷電風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃圖,給揭陽市雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和雷電預(yù)報(bào)預(yù)警提供技術(shù)支持,也給主管部門決策提供依據(jù)。而雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃最為關(guān)鍵的是選取合理的評(píng)估指標(biāo)及確定權(quán)重。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,影響指標(biāo)和權(quán)重也是動(dòng)態(tài)變化的,但是受資料和數(shù)據(jù)等條件限制,本研究選取的指標(biāo)及確定的權(quán)重可能有一定局限性,還需要進(jìn)一步探討和研究,以期為社會(huì)提供更準(zhǔn)確的決策防雷服務(wù)和公眾防雷服務(wù)。

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