四川盆地雷電高發(fā)區(qū)風(fēng)險區(qū)劃方法研究

余海蓉，張遠揚，卜俊偉

(四川省防雷中心,四川 成都 610072)

0 引言

四川省的宜賓市位于四川盆地南緣,四川、云南、貴州三省結(jié)合部,地處27°50′～29°16′N、103°36′～105°20′E之間,屬中亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候兼有南亞熱帶的氣候?qū)傩?；四川省的南充市地?0°35′～31°51′N,105°27′～106°28′E之間,同屬中亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候區(qū),四季分明,雨熱同季；在川西高原這種獨特的地形下,南充、宜賓這兩個地區(qū)的天氣呈現(xiàn)出顯著的區(qū)域特征,容易形成對流天氣。這兩個地區(qū)在四川盆地不僅人口稠密,而且其周邊地勢起伏也比較大,經(jīng)濟發(fā)展情況比較好,四川省氣象部門防雷安全監(jiān)管對象在這兩個地區(qū)也較為集中,所以選用這兩個地區(qū)作為盆地高發(fā)區(qū)風(fēng)險區(qū)劃的代表進行研究。據(jù)2005—2014年四川省云地閃產(chǎn)品集資料[1],卜俊偉利用雷電強度、密度等資料開展的基于閃電定位資料的四川省雷電風(fēng)險區(qū)劃分析[2],得出宜賓市、南充市屬于四川盆地雷電高發(fā)區(qū)域。僅在2005—2014年兩地因雷擊傷亡26人,經(jīng)濟損失達503.33萬元[1]。

由于經(jīng)濟的快速發(fā)展,因雷電造成的損失也變得越來越嚴重。近年來,許多學(xué)者用了不同的方法對雷災(zāi)進行了深入研究,也取得許多有意義的研究成果,為區(qū)域雷電防災(zāi)減災(zāi)提供了科學(xué)依據(jù)。本文采用2010—2016年雷電觀測資料及四川省統(tǒng)計局發(fā)布的人文經(jīng)濟數(shù)據(jù)和四川省氣象局監(jiān)管對象的數(shù)據(jù),運用數(shù)理統(tǒng)計方法,開展對四川盆地雷電高發(fā)區(qū)風(fēng)險區(qū)劃研究,以提升四川省綜合防災(zāi)減災(zāi)能力,減少因雷電災(zāi)害給人民群眾帶來的生命財產(chǎn)損失,對此開展了雷電高發(fā)區(qū)風(fēng)險區(qū)劃研究。

1 資料來源

本文選取了雷電密度、雷電日數(shù)、經(jīng)濟指標(biāo)、人口指標(biāo)和氣象部門監(jiān)管對象等5個指標(biāo)作為雷電災(zāi)害風(fēng)險區(qū)劃的指標(biāo)。其中：雷電密度、雷電日數(shù)來自四川省氣象部門2010—2016年雷電觀測資料；經(jīng)濟指標(biāo)、人口指標(biāo)采用的是四川省統(tǒng)計局發(fā)布的2018年度四川省統(tǒng)計年鑒數(shù)據(jù)(http://tjj.sc.gov.cn/tjcbw/tjnj/2018/zk/indexch.htm),氣象部門監(jiān)管對象數(shù)據(jù)來源于四川省氣象局。

1.1 雷電密度

雷電密度是雷電分布特征的一個重要參數(shù),它可以反映一定范圍內(nèi)雷電的活動情況,本文所指的雷電密度是指一定范圍內(nèi)觀測到雷電活動的次數(shù)。雷電密度不僅表明了區(qū)域雷電的活動情況,而且表明了可能造成雷電災(zāi)害的嚴重情況,是雷電災(zāi)害風(fēng)險區(qū)劃的主要因子,屬于主導(dǎo)因子,對雷電災(zāi)害風(fēng)險區(qū)劃具有最重要的影響。

1.2 雷電日數(shù)

雷電日數(shù)也是雷電分布特征的一個參數(shù),它主要反映的是在一個自然年度內(nèi)雷電活動的頻度。雷電活動過程從雷電發(fā)生的次數(shù)來說可以分為強雷電和弱雷電過程,強雷電過程中,雷電活動頻繁,雷電密度較高,弱雷電過程中,雷電活動較弱,雷電密度較低,但是所有的雷電過程都有可能引起雷電災(zāi)害的發(fā)生。因此雷電日數(shù)這一指標(biāo)能夠較客觀的反映一個地區(qū)雷電活動的活躍度,它在雷電災(zāi)害風(fēng)險區(qū)劃中屬于重要因子,對于雷電災(zāi)害風(fēng)險區(qū)劃有重大影響。

1.3 人口指標(biāo)和經(jīng)濟指標(biāo)

人口指標(biāo)和經(jīng)濟指標(biāo)采用的是四川省統(tǒng)計局發(fā)布的區(qū)縣一級的人口和GDP數(shù)據(jù),它反映了一定區(qū)域內(nèi)人口和經(jīng)濟的活躍指數(shù),是雷電災(zāi)害的承載體,它們在雷電災(zāi)害風(fēng)險區(qū)劃中屬于重要因子,對雷電災(zāi)害風(fēng)險區(qū)劃有著相同的顯著影響。

1.4 氣象部門監(jiān)管對象

根據(jù)《國務(wù)院關(guān)于第一批清理規(guī)范89項國務(wù)院部門行政審批中介服務(wù)事項的決定》(國發(fā)〔2015〕58號)和《國務(wù)院關(guān)于優(yōu)化建設(shè)工程防雷許可的決定》(國發(fā)〔2016〕39號)文件精神,氣象部門的防雷安全監(jiān)管對象主要包括油庫、氣庫、彈藥庫、化學(xué)品倉庫、煙花爆竹、石化等易燃易爆建設(shè)工程和場所,雷電易發(fā)區(qū)內(nèi)的礦區(qū)、旅游景點或者投入使用的建(構(gòu))筑物、設(shè)施等需要單獨安裝雷電防護裝置的場所,以及雷電風(fēng)險高且沒有防雷標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、需要進行特殊論證的大型項目,這些監(jiān)管對象是氣象部門的重點關(guān)注對象,雖然它們對于雷電災(zāi)害的發(fā)生沒有起到主導(dǎo)性作用,但從承災(zāi)體角度而言是我們關(guān)注的重要對象,因此在本課題的雷電災(zāi)害風(fēng)險區(qū)劃中屬于一般因子,對于雷電災(zāi)害風(fēng)險區(qū)劃具有較大影響。

2 分析方法

氣象災(zāi)害風(fēng)險由致災(zāi)因子危險性和承載體易損性構(gòu)成[7-9]。根據(jù)四川省雷電探測網(wǎng)提供的地閃數(shù)據(jù),計算地閃密度,以地閃的發(fā)生頻次作為致災(zāi)因子指標(biāo),并結(jié)合雷電觀測資料,進行統(tǒng)計分析。

承災(zāi)體易損性主要考慮雷電承災(zāi)體脆弱性,通過對南充、宜賓市轄區(qū)及所屬縣的國民生產(chǎn)總值和人口、四川省氣象部門的監(jiān)管對象等指標(biāo)進行統(tǒng)計分析。

2.1 雷電災(zāi)害風(fēng)險評估指標(biāo)分析

本文采用雷電觀測數(shù)據(jù)(如：雷電密度、雷暴日、地閃密度等)進行分析,從圖1可以看出,南充市轄區(qū)、西充縣的部分區(qū)域雷電密度相對較大,年雷電密度高達5.51次·km-2·a-1,其余地區(qū)雷電密度相對較弱。

從圖2可以看出,敘州區(qū)的部分地區(qū)雷電密度相對較大,年雷電密度高達5.18次·km-2·a-1,其余地區(qū)雷電密度相對較弱。

圖1 2010—2016年南充市平均雷電密度分布Fig.1 Average Lightning Density Distribution of Nanchong City in Time Series(2010—2016)

圖2 2010—2016年宜賓市平均雷電密度分布Fig.2 Average Lightning Density Distribution of Yibin City in Time Series(2010—2016)

2010—2016年南充市、宜賓市年均雷暴日分布圖,如圖3。

圖3 南充市(a)、宜賓市(b)年均雷暴分布圖Fig.3 Annual Thunderstorm Distribution of Nanchong and Yibin

以2016年數(shù)據(jù)為例,通過對圖3分析得出,南充市轄區(qū)雷暴日數(shù)最高可達63 d/a,西充縣最低達42 d/a。宜賓的敘州區(qū)雷暴日數(shù)最高可達109 d/a,南溪區(qū)最低達53 d/a。

2010—2016年南充市、宜賓市云地閃平均密度分布圖,如圖4。

圖4 南充市(a)、宜賓市(b)云地閃平均密度Fig.4 Average Density of Lightning in Nanchong and Yibin

以2016年數(shù)據(jù)為例,通過對圖4分析得出,南充市轄區(qū)云地閃平均密度最高達4.28次/km2,閬中縣平均密度最低達1.72次/km2。宜賓市的筠連縣云地閃平均密度最高達7.84次/km2,屏山縣云地閃平均密度最低達2.18次/km2。

2.2 人文經(jīng)濟指標(biāo)的數(shù)據(jù)分析

本文采用的人文經(jīng)濟指標(biāo)包括生命損失風(fēng)險(用人口密度代替)、經(jīng)濟損失風(fēng)險等指標(biāo)。

2010—2016年南充市、宜賓市生命損失風(fēng)險如圖5。

圖5 南充市(a)、宜賓市(b)生命損失風(fēng)險Fig.5 Risk of Life Loss in Nanchong and Yibin

以2016年數(shù)據(jù)為例,通過對圖5分析得出,南充市轄區(qū)由于人口密集,生命損失風(fēng)險最高達0.08人/km2,南部縣、蓬安縣、閬中縣的生命損失風(fēng)險最低達0.04人/km2。宜賓市的翠屏區(qū)生命損失風(fēng)險值最高達0.08人/km2,屏山縣生命損失風(fēng)險值最低達0.02人/km2。

2010—2016年南充市、宜賓市經(jīng)濟損失風(fēng)險如圖6。

圖6 南充市(a)、宜賓市(b)經(jīng)濟損失風(fēng)險Fig.6 Risk of Economic Loss in Nanchong and Yibin

以2016年數(shù)據(jù)為例,通過對圖6分析得出,南充市轄區(qū)經(jīng)濟損失風(fēng)險最高達2 346萬元/km2,營山縣經(jīng)濟損失風(fēng)險最低達949萬元/km2。宜賓市的翠屏區(qū)經(jīng)濟損失風(fēng)險最高達4 817.46萬元/km2,屏山縣經(jīng)濟損失風(fēng)險最低達289.16萬元/km2。

3 雷電風(fēng)險區(qū)劃分析

本文的雷電災(zāi)害風(fēng)險評價從致災(zāi)因子、承災(zāi)體兩個方面選取5個指標(biāo),建立模型圖。

圖7 雷電災(zāi)害風(fēng)險評價結(jié)構(gòu)模型Fig.7 Structural Model of Lightning Disaster Risk Assessment

經(jīng)計算,17個區(qū)縣的雷電災(zāi)害風(fēng)險因子如表1所示：

按照氣象學(xué)統(tǒng)計分析方法,對各等級的風(fēng)險指數(shù)進行如下劃分：

Ri—代表各因子的風(fēng)險指數(shù)。

將各項因子按實際大小進行無量綱化賦值,根據(jù)本文采取的風(fēng)險區(qū)劃方法,將因子分為4組,每組分別對應(yīng)不同的Ri值,根據(jù)南充、宜賓的雷電災(zāi)害情況將各組評價指標(biāo)按從高到低分為4組,其中1組5個指標(biāo),其余3組為4個指標(biāo),對雷電災(zāi)害風(fēng)險因子進行等級劃分,如表2所示：

雷電災(zāi)害風(fēng)險值R=(雷暴日+地閃密度+經(jīng)濟損失風(fēng)險+生命損失風(fēng)險+監(jiān)管對象)/5,由此公式計算各區(qū)縣的雷電災(zāi)害風(fēng)險值,如表3所示：

表1 雷電災(zāi)害風(fēng)險因子Tab.1 Risk Factors of lightning Disaster

表2 雷電災(zāi)害風(fēng)險因子等級劃分Tab.2 Grade of Lightning Disaster Risk Factors

表3 雷電災(zāi)害風(fēng)險值Tab.3 Risk Value of Lightning Disaster

同樣采用分級統(tǒng)計方法,對17個區(qū)縣的綜合雷電災(zāi)害風(fēng)險值進行分級劃分,劃分為4個等級 ：極高風(fēng)險區(qū)(R>0.63),高風(fēng)險區(qū)0.6≤R<0.63),一般風(fēng)險區(qū)(0.47≤R<0.6),低風(fēng)險區(qū)(R<0.47),17個區(qū)縣的劃分情況如表4所示：

表4 雷電災(zāi)害風(fēng)險區(qū)劃分布Tab.4 Result of Lightning Disaster Risk Division

4 結(jié)論

本文運用雷電觀測資料、雷暴日數(shù)、人口數(shù)據(jù)、國民生產(chǎn)總值、四川省氣象部門監(jiān)管對象數(shù)據(jù),統(tǒng)計分析四川省雷電高發(fā)區(qū)的風(fēng)險,為提升四川省防災(zāi)減災(zāi)能力及減輕因雷電災(zāi)害帶給人民的生命和財產(chǎn)損失,提供了理論依據(jù)。研究結(jié)果表明：

①南充市的市轄區(qū)、南部縣、儀隴縣、閬中市、蓬安縣、營山縣和宜賓市的敘州區(qū)、高縣屬于四川盆地雷電高發(fā)區(qū)的極高風(fēng)險區(qū)；宜賓市的筠連縣屬于高風(fēng)險區(qū)；宜賓市的翠屏區(qū)、南溪區(qū)、興文縣屬于一般風(fēng)險區(qū)；宜賓市的江安縣、長寧縣、珙縣、屏山縣和南充市的西充縣屬于低風(fēng)險區(qū)。

②本文通過對南充、宜賓市及轄縣進行了分層次分析,結(jié)果表明一些地方是低風(fēng)險區(qū) ,但并不意味著這些地區(qū)可以不做雷電防護,雷擊事故的發(fā)生通常跟大意、疏忽有關(guān),一旦遭受雷擊,后果不可估量,所以加強對人們防雷安全知識的宣傳和教育十分必要,這有利于提高安全意識和減少雷災(zāi)發(fā)生。