牯牛降景区栈道雷电防护实践与研究

◎文/王强生 蔡茶花 刘玉林 侍瑞（安徽省池州市气象局）

我国具有丰富的旅游资源，随着社会的不断发展、人民生活水平的稳步提高，各地的旅游业也得到了蓬勃发展。游步栈道就像旅游景区的血脉，为游客更舒心地游览提供了便利，游客通过各式各样的栈道可以到达景区内的每一个景点。据相关资料统计，国内许多旅游景区均发生过游客在栈道或观景台遭受雷击的事件，因此，景区栈道的防雷工作就显得尤为重要。景区的栈道雷电防护具有特殊性，和普通建筑物及电子信息系统的雷电防护有所不同。本文通过介绍牯牛降栈道防雷工程的实施，为其他景区栈道或栈阁雷电防护设计、研究工作提供参考。

一、牯牛降景区基本概况

1.地理和气候环境

牯牛降国家自然保护区镶嵌在皖南山区，自东向西横卧，秋浦河和阊江以此为分水岭。牯牛降最高峰“牯牛大岗”地处石台县，离县城约20km左右，拥有超过10万亩的核心区，海拔高度为1727.6m，相对高差近1700m。在特殊地理、气候的共同影响下，形成了牯牛降独特的亚热带季风和山地气候垂直变化大的双重气候特征。牯牛降1300m高度以上终年没有夏季，只有冷暖两季，牯牛降的年平均温度11.9℃，年平均降水量为1973.2mm，年降水日数多达189天，暴雨日平均为9天。

2.周围的地形及气候

石台县地形以山岭分布最广，超过全县总面积的五分之四，境内千岩万壑，极其陡峭。牯牛降风景区周边地形复杂，地势起伏非常大，雨水充沛，河系非常发达，是阊江、秋浦河的最高分水岭。牯牛降地区大气的水汽来源于太平洋和印度洋的孟加拉湾，4—8月大量水汽随东南和西南季风进入牯牛降地区上空，与北方冷空气相遇，常常形成暴雨。牯牛降土壤母岩主要是花岗岩，风化物中含石英、长石等粗粒矿物较多，土质粗松，胶结力低，抗侵蚀力差。

二、牯牛降景区雷暴日特征分析

图1 石台1967—2010年年雷暴日曲线

牯牛降景区位于北纬30度附近，地形复杂，是气象灾害的重灾区，4—8月份是雷暴、龙卷风、飑线等强对流天气高发期，加之受地形、地理位置和特殊地质的共同影响，景区内极易产生暴雨、大风、冰雹、龙卷风、雷电等灾害性天气，经常表现为突发性和局地性，而且强度大、次数多，持续时间长。达37天。石台县年内各月均有雷暴出现，即使在隆冬季节(12月—翌年1月)亦会出现，但月雷暴日数季节变化很大。据分析（见图2），雷暴日最多出现在夏季(6—8月)，占全年的61.4%，而冬季(12月—翌年2月)只有3.1%。这表明石台县的雷暴天气主要集中在雨季，占全年的95.5%，其中出现最多的是7月，其次是8月。

三、牯牛降栈道的防雷措施

牯牛降自然保护区不但森林覆盖率高，年降水量大，气候非常湿润，且地下有丰富的金属矿藏，属于雷暴多发区。景区栈道全长2.78km，宽度在1.8～2m，旅游旺季游客多而集中，如果栈道的雷电防护措施缺位，游客极易遭受雷击。需要依据栈道所处的地理环境、气候特征和雷电活动特点，设置有效的雷电防护，才能做好栈道防雷工作，有效地防止和减少雷击灾害造成的损失，保障景区游客、工作人员和栈道设施的安全。牯牛降景区主峰栈道雷电防护工程分为两部分，第一部分为直击雷防护措施，让雷电流通过防直击雷装置泄放进入大地，起到对人员和栈道的保护作用；第二部分为非工程性措施，通过宣传、警示等途径减少雷击造成的损失。

1.直击雷防护措施

根据《建筑物防雷设计规范》定义，直击雷是雷电直接击于建筑物、其他物体、大地或外部防雷装置上，产生的电效应、热效应或机械力放电现象。其电压峰值能够达到数百万伏，电流峰值也能达到数百千安，具有极强的破坏性。栈道基本位于山腰、山脊等突出部位，很容易遭受直接雷击。“引雷入地”为防护直击雷的主要措施，其防雷

根据石台县 (1967—2013年)年雷暴日数统计分析（见图1），石台县平均年雷暴日数为46天，年际间波动非常大，年雷暴日数最多的是1973年，有65天，雷暴日最少的是1988年，只有28天，最多与最少的年份相差多装置由接闪器、引下线、接地装置构成。接闪器是指直接接受雷击的接闪针、接闪带（线）、接闪网，以及作接闪用的金属屋面与金属构件，一般由其中一种或多种组成。

图2 石台1967—2010年月雷暴日统计

鉴于本次防雷工程涉及的各点周边雷电环境的复杂性、特殊性，以及本次防雷工程涉及的各点本身的重要性和使用性质，综合对各点发生雷击事故的概率（预计雷击次数远超过0.3次/年）和可能产生的后果的分析，参照国标GB50057-2010，本次按照第二类防雷建（构）筑物设计，独立接闪针的保护范围的滚球半径取45m，对大面积的露天场所，独立接闪针的滚球半径则可取100m。

土壤的电阻率直接影响着防雷装置的接地电阻值，由于栈道所处位置一般地理条件都不好，土壤电阻率大多很高，因此必须根据土壤中沙、石、泥土的比重，在接地体的土壤中选择加食盐等化学降阻剂，以达到提高土壤导电性的目的。例如，在土壤中混合食盐后，砂质黏土电阻率可以减少将近一半，砂土可以减少6～7成，多岩土壤可以增加6成。或者更换电阻率相对较低的土壤，以确保接地电阻符合有关防雷要求。

牯牛降栈道的防雷有其特殊性，栈道依山蜿蜒数公里，在栈道上空架设接闪线工程量巨大，故不可能对栈道全程进行防护。本次防雷工程舍弃了在栈道上空架设接闪线的设计思路，从人员逗留时间、人员密集情况、易引雷击及经济情况等方面进行综合分析，选取了十余个重点防护区域以设置接闪针的方式进行防护。以下为其中具有代表性的两处直击雷防护的具体设计。

图3 “三号观景台”接闪针效果图

图4 “一号消防水池”接闪针效果图

一是“三号观景台”。“三号观景台”位于山腰突出部位的大石头上，此处视野开阔，为观景、留影的极佳选择，游客逗留较多。观景台地势突出，且围栏为金属材质易引雷，故选定此处为重点防护区域。接闪器的设计：在观景台右侧松树的南面中底部凸出的大石上设一根6m高OMEGA接闪针（结合现场施工情况决定），底部仿倒地枯松树状，其外形如图3所示。引下线的设计：利用金属支撑杆作为接闪器引下线。人工接地体的设计：在位于接闪针右侧土壤电阻率较低的土壤层设一组人工接地体，分别挖沟深埋150m水平接地极、埋设30块接地模块，水平接地体的连接采用40×4热镀锌扁钢，具体敷设路径现场根据土壤状况定制，并根据土壤状况分别添加物理降阻剂。

二是“一号消防水池”。“一号消防水池”位于山腰中部栈道附近的一小块开阔地，此处是栈道转弯处，游客经常逗留，且“一号消防水池”地势突出，为重要的消防设施，经常有工作人员在此作业或取水，故选定此处为重点防护区域。接闪器的设计：在栈道右侧松树位置设一根OMGEA接闪针，支撑杆高暂定3m（结合现场施工情况决定），采用仿迷彩松树皮状，基础部分仿岩石体，其外形如图4所示。引下线的设计：利用金属支撑杆作为接闪针引下线。人工接地体的设计：在左侧土壤电阻率较低的土壤层设一组人工接地体，挖沟、深埋水平接地极100m，埋设石墨接地模块18块，水平接地体的连接采用40×4热镀锌扁钢，具体敷设路径现场根据土壤状况定制，并添加物理降阻剂。

2.非工程性措施

在牯牛降景区主峰栈道旁适当位置设立雷电防护警示牌，并在每根接闪针处设一组雷电预警设备，告知游客雷雨天气来临时的防雷措施；建立雷电预警应急机制，和当地气象部门保持密切联系，在雷雨天气到来前半小时，气象部门通过预警发布平台等途径及时通知景区管理人员迅速安置游客，保证游客在安全地点躲避雷雨。

四、结束语

本文通过对安徽省石台县牯牛降景区雷电特征以及对牯牛降栈道可能遭受雷击的途径的分析，并根据该景区栈道的具体特点，提出了有针对性的雷电防护措施和具体实施方案设计思路，希望为其他景区栈道或栈阁雷电防护设计、研究工作提供参考。