一次農(nóng)村雷擊傷亡事故的原因分析及對策

孫自勝 張坤 程虎 江亮

摘 要：2018年5月18日，霍邱縣曹廟鄉(xiāng)胡臺村發(fā)生了一起雷擊事故，共造成1死5傷的重大事故。根據(jù)事故現(xiàn)場調(diào)查分析得知：雷擊大樹時跨步電壓反擊處于躲雨的農(nóng)民所致。該文分析了當(dāng)天的天氣資料以及閃電資料，得出雷擊事故點附近的強對流發(fā)生時的環(huán)境和雷電參數(shù)。結(jié)合雷電參數(shù)的特征，建立相關(guān)雷擊模型，對雷擊點附近的跨步電壓進(jìn)行仿真，得出雷擊點地表處跨步電壓約為4400V，為此次造成雷擊事故的直接原因。同時，結(jié)合六安農(nóng)村目前的防雷現(xiàn)狀，針對存在防雷安全隱患問題進(jìn)行了分析，提出了系列解決方案，為后續(xù)農(nóng)村地區(qū)防雷提供參考。

關(guān)鍵詞：雷擊傷亡;農(nóng)村雷電;閃電數(shù)據(jù);安全隱患

中圖分類號? P429 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-7731（2022）04-0135-04

Abstract： On May 18 2018， a lightning strike occurred in Hutai Village， Caomiao Tounship， Huoqiu County， which caused a major disaster of 1 death and 5 injuries. According to the investigation and analysis of the accident site：the step voltage counterattacked the farmers who were sheltering from the rain when the tree was struck by lightning. This paper firstly analyzes the weather data and lightning data of the day to obtain the environment and lightning parameters when strong convection occurs near the lightning accident point. Secondly， combined with the characteristics of the lightning parameters mentioned above， a related lightning strike model is established and the step voltage near the lightning strike point is simulated， the lightning strike point is about 4400v， which is the direct cause of the lightning strike accident. Finally， combined with the current status of lightning protection in Lu′an rural areas， this paper analyzes the potential safety hazards of lightning protection and proposes a series of solutions to provide a certain reference for subsequent lightning protection in rural areas.

Key words： Lightning accidents; Rural lightning; Lightning data; Potential risk

雷電災(zāi)害被聯(lián)合國公認(rèn)為十大最嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一[1]。近年來，隨著城市規(guī)劃的不斷完善，城市防雷設(shè)施在前期設(shè)計施工基本趨于完善。歷史上的皋城特指六安，地處江淮之間、大別山腹地，是南北氣候過渡帶，充足的水汽輸送給強對流的產(chǎn)生提供了充分的條件。每年的5—9月份對流天氣增多，雷電災(zāi)害頻發(fā)，對于正處于戶外農(nóng)忙時節(jié)的農(nóng)民更是極大的安全隱患?；羟窨h是六安的農(nóng)業(yè)大縣，素有“魚米之鄉(xiāng)”的美譽，西邊有城西湖、東有城東湖，充足的水汽條件，為雷雨季節(jié)雷電的產(chǎn)生提供了充分條件。不少國內(nèi)學(xué)者對農(nóng)村雷擊事故進(jìn)行了研究，如楊紹緒[2]等闡述了由一次雷災(zāi)事故引發(fā)對農(nóng)村防雷的思考;朱明[3]等分析了一次雷擊事故成因分析及其防御措施;黃海平[4]等分析了防雷管理工作對雷擊事故的重要性。雖然上述學(xué)者從不同方面對農(nóng)村雷擊事故進(jìn)行了分析，但是很少利用雷電參數(shù)對雷擊點附近的跨步電壓進(jìn)行仿真模擬，得出具體跨步電壓數(shù)值。為此，本文依據(jù)雷擊事故調(diào)查的原因，利用進(jìn)閃電數(shù)據(jù)和相關(guān)的雷擊模型[5-10]，對雷擊點的大樹進(jìn)行了閃電跨步電壓的仿真模擬，為后續(xù)雷擊災(zāi)害調(diào)查研究提供科學(xué)依據(jù)。

1 雷擊事故現(xiàn)場調(diào)查

2018年5月18日下午，霍邱縣曹廟鄉(xiāng)胡臺村發(fā)生了一次雷擊傷亡事故，造成1人死亡、5人遭受重傷的悲劇。事故現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)：雷電擊中稻田邊的大樹，強大的雷電流釋放的高溫瞬間造成樹干炸裂，樹身遭到了嚴(yán)重的破壞。雷擊瞬間過電壓沒有及時得到泄放，在附近的區(qū)域產(chǎn)生了很大的跨步電壓。當(dāng)時插秧的農(nóng)民正準(zhǔn)備靠近大樹躲雨，靠近大樹時造成了上述的悲劇。

2 雷擊事故原因分析

2.1 雷擊事故點天氣形勢 通過查閱當(dāng)天的氣象資料分析此次雷暴的天氣形勢。從圖1可以看出：在500hPa天氣形勢等壓面上副高呈東西帶狀分布，形態(tài)較為穩(wěn)定而強盛，120°E位置的副高脊線在32°N，在安徽東部地區(qū)有一低槽東移，與低槽配合的在850hPa等壓面上該區(qū)有一條穩(wěn)定的切變線;在850hPa等壓面上安徽境內(nèi)平均溫度高達(dá)23～24℃，大氣中積累大量不穩(wěn)定能量。切變線輻合抬升和大氣高不穩(wěn)定能量的背景為當(dāng)天安徽出現(xiàn)強對流天氣提供了有利條件。顯然，在天氣背景上，由于副高邊緣低層維持高溫、高濕，而高層溫、濕度較低，積累較強的大氣不穩(wěn)定能量，同時在副高邊緣上，有切變線輻合抬升作用觸發(fā)不穩(wěn)定能量釋放，為在副高邊緣上的安徽境內(nèi)產(chǎn)生強雷暴天氣提供形勢背景與條件。其次，根據(jù)當(dāng)天霍邱縣氣象局當(dāng)天也預(yù)報了該縣東南方向有對流云團(tuán)交匯，將有雷暴產(chǎn)生，注意防范雷電災(zāi)害的發(fā)生。

2.2 雷擊點附近雷電監(jiān)測數(shù)據(jù) 根據(jù)當(dāng)天雷擊點的經(jīng)緯度，查閱了安徽省氣象局提供的閃電定位監(jiān)測資料，得到表1的閃電定位監(jiān)測數(shù)據(jù)。表1可以看出當(dāng)天下午雷擊點附近發(fā)生了5次對地閃擊，3次定位無誤差，2次出現(xiàn)誤差，雷擊點附近最大的雷電流強度為76.3kA，最大陡度為12.47kA/us。

3 雷擊點地表附近暫態(tài)地電位仿真

3.1 土壤、大樹“接地”模型的建立 為了更清楚地了解雷擊點附近的跨步電壓的規(guī)律，本文結(jié)合雷擊點的閃電參數(shù)和相關(guān)模型對雷擊點附近暫態(tài)地點位進(jìn)行仿真模擬。采用文納四極法對雷擊點周圍的土壤電阻率進(jìn)行測量，通過深度建立與土壤電阻率關(guān)聯(lián)（見圖2）。再利用CDEGS軟件建立了表2所示的土壤分層結(jié)構(gòu)模型。

通過雷擊現(xiàn)場勘察得知被雷電擊中的大樹高約20m，在周圍樹木屬于“最高者”，根據(jù)尖端放電原理，自然其更容易遭受雷電的襲擊。為了更好地研究雷電擊中大樹時電表處跨步電壓的分布情況，使用“半球模型”來簡化大樹的根基模型[11-15]（見圖3）。同時方便后續(xù)仿真模擬，現(xiàn)對半球模型結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分段編號，序號為1～100。通過前述對雷擊點附近雷電參數(shù)的分析，得知現(xiàn)場雷電流取觀測最大值76kA，以此作為雷擊仿真的電流源的激勵，雷電波采用2.6/50us通用波形，通過正向傅里葉變化將時域轉(zhuǎn)化為頻域（如圖4所示）。仿真得出雷擊點跨步電壓的分布圖（圖5、6）。從圖5可以看出：跨步電壓在中間出現(xiàn)極大值，呈現(xiàn)“井噴式”分布，在雷擊大樹中心點出電壓處于最高值，約為4400V，如此高的電壓相當(dāng)于高壓線對地短路，因而造成了1死5傷的悲劇。從圖6可以看出：跨步電壓梯度沿雷擊中心點向四周衰減，每一方向的變化規(guī)律類似圖5。因此，雷雨天氣不僅不能貼著大樹，也不能靠近大樹，跨步電壓的危害范圍甚至更大。

4 六安地區(qū)農(nóng)村防雷安全現(xiàn)狀分析與對策

4.1 防控安全現(xiàn)狀 經(jīng)過對六安農(nóng)村地區(qū)的走訪和調(diào)查，發(fā)現(xiàn)目前六安農(nóng)村主要以自建房為主，屋面主要有為平面和起脊兩大類。而大多數(shù)建筑年齡都超過了10年，基本無任何防雷設(shè)施，在雷雨季節(jié)存在較大的安全隱患。主要原因在于：

4.1.1 缺乏科學(xué)防雷安全意識 目前，農(nóng)村農(nóng)民相對文化程度較低，束縛，常誤認(rèn)為雷擊是“上天所為”，人類無法抵制和防御，只能“坐以待斃”，往往造成了雷擊災(zāi)害的發(fā)生[16]。

4.1.2 農(nóng)村老舊建筑基本無設(shè)計圖紙 六安農(nóng)村老舊建筑包括公共設(shè)施形式單一化，建設(shè)初期無任何設(shè)計圖紙，大多數(shù)都是農(nóng)村的“建筑大師傅”出謀劃策、人云亦云，圖紙未經(jīng)過嚴(yán)格的審查和最終的竣工驗收，當(dāng)然更不存在有防雷設(shè)施的建設(shè)。另外，由于太陽能在農(nóng)村[14]的逐步普及使用，在雷雨季節(jié)，經(jīng)常發(fā)生電器損壞、甚至雷擊傷人事件[17-18]。

4.1.3 農(nóng)村電力、通信網(wǎng)絡(luò)防雷設(shè)施不完善 由于六安地區(qū)農(nóng)村建筑分散，電網(wǎng)布線很混亂，很多都是架空入戶，入戶前的電表箱無任何接地措施，也未安裝相應(yīng)規(guī)格的浪涌保護(hù)器;通信網(wǎng)絡(luò)防雷設(shè)施的國內(nèi)一直處于盲區(qū)，即使城市很多場所都未加裝信息浪涌保護(hù)器，農(nóng)村就更談不上通信網(wǎng)絡(luò)的防雷。但是農(nóng)村的通信、有線電視是架空引入農(nóng)戶，而非城市的地下管網(wǎng)引入，從而大大增加了雷擊的風(fēng)險。

4.1.4 農(nóng)村公共避雷設(shè)施處于空白 雷雨季節(jié)往往也是農(nóng)忙時節(jié)，農(nóng)活基本上都在野外完成。田野空曠，強對流時有發(fā)生，很難尋求躲避雷電襲擊的地方，很多就近躲在大樹底下，釀成雷擊事故的悲劇。

4.2 對策 針對以上現(xiàn)象，結(jié)合筆者對防雷檢測的多年經(jīng)驗，提出以下2點應(yīng)對策略：一是加強農(nóng)村氣象科普宣傳，必要時可定期舉辦防雷技術(shù)培訓(xùn)班?？刹扇∽哌M(jìn)鄉(xiāng)村方式和農(nóng)民朋友互動方式、也可以通過公共電視節(jié)目播放雷電科學(xué)防御技術(shù)等。二是針對農(nóng)村老舊房屋設(shè)施實施補救防雷設(shè)施?？梢圆捎卯?dāng)?shù)卣鲗?dǎo)、行業(yè)參與的方式，把農(nóng)村防雷設(shè)施經(jīng)費納入財政公共預(yù)算和農(nóng)民自費等方式，促進(jìn)農(nóng)村防雷行業(yè)的健康發(fā)展。

5 結(jié)論

通過對雷擊現(xiàn)場的調(diào)查、閃電監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析以及暫態(tài)跨步電壓的仿真，得出以下結(jié)論：

（1）本次雷擊事故的直接原因時雷電擊中大樹，跨步電壓所致;（2）通過查閱閃電資料得知：雷擊事故點附近的雷電流幅值為76kA，以此作為雷擊仿真的電流源的激勵;（3）跨步電壓極大值出現(xiàn)在中間位置，呈現(xiàn)“井噴式”分布，最高值約為4400V左右。

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（責(zé)編：張宏民）

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