四川省雷电灾害风险致灾性评估研究

张琨 余海蓉 卜俊伟

摘要 结合全国自然灾害综合风险普查实施技术方案要求，选取四川省金堂县为例，综合雷电灾害的致灾因子和孕灾环境因子，采用层次分析法和自然段点法对金堂县1978—2019年进行雷电灾害风险致灾性分析。将地闪密度、雷电流强度、地形起伏、海拔高度和土壤电阻率进行归一化处理，计算得出致灾因子危险性权重，绘制四川省金堂县致灾因子危险性分布图，进行致灾因子危险性评估。

关键词 风险普查，雷电灾害，致灾因子，评估

中图分类号：P429 文献标识码：B 文章编号：2095–3305（2021）04–0130–02

雷电灾害作为自然界中影响人类活动的最重要灾害之一，已经被联合国列为“最严重的十种自然灾害之一”[1]。雷电灾害的危害包括直接的人员伤亡和经济损失，还会给电力、交通运输、通讯行业等带来极大的影响。近几年，四川地区发生了几起由雷击引发的重大火灾，造成了大面积的森林大火和人员伤亡，雷灾的危险性越来越受到人们的重视。

地闪频次和电流幅值是导致气象灾害发生的致灾因子，是自然发生和不可控的，其大小直接决定了雷电灾害风险的大小。结合发生地的地形起伏、海拔高度和土壤电阻率等孕灾环境因子综合得到致灾因子权重，致灾因子危险性评估。致灾因子危险性分析的主要任务是研究界定地理区域内雷电发生的可能性和危险性，分析其致灾特征和分布规律[2]。一般致灾因子强度越大，频次越高，危险性就越高，雷电灾害发生的风险就越大，所造成的破坏和损失也就越严重。本文以四川省金堂市为例，开展1978—2019年的雷电灾害风险致灾性评估。

1 主要资料来源

雷暴日资料：雷暴日资料来自四川省气象局1978—2013年共35年金堂县气象观测站的雷暴日观测资料。闪电数据：雷电资料为2005—2019 年四川省地闪定位系统资料。雷电灾害资料：采用 2004—2019年中国气象局雷电防护管理办公室与中国气象学会雷电防护研究会统计的四川省部分的雷电灾害。土壤电阻率：土壤电阻率数据由南京土壤所根据第二次全国土地调查结果制作发行的中国1∶100万土壤栅格数据。

2 致灾因子的计算

根据实施细则要求剔除雷电流幅值范围在0～2 kA和200 kA以上的雷电定位系统资料。然后按如下步骤加工形成栅格数据：

将区域划分为3 km×3 km的网格，统计各网格内地闪发生次数，除以资料年限时长，计算得到各网格内的地闪密度[3]，并照公式（1）进行归一化处理，形成地闪密度栅格数据。

式中：

Dij为j站（格）点第i个指标的归一化值;Aij为j站（格）点第i个指标值;imax、imin分别是第i个指标值中的最小值和最大值。

去除雷电流强度为 0～2 kA 和 200 kA 以上的地闪定位系统资料，仅计算 2～200 kA 的雷电流分布情况，将区域划分为3 km×3 km 的网格，统计各网格内不同雷电流幅值等级的地闪频次，并按照公式（1）进行数据归一化处理。雷电流幅值划分为5个等级（表1）。

（3）按照公式（2）计算各网格内的地闪强度，形成地闪强度栅格数据。

式中：Ln为地闪强度;i为雷电流幅值等级;Fi为雷电流幅值为i等级的地闪频次的归一化值。

3 孕灾环境因子计算

（1）将区域划分为3 km×3 km 的网格，对土壤电阻率资料按照公式（1）进行归一化处理，形成归一化的土壤电阻率栅格数据。

（2）将区域划分为3 km×3 km 的网格，对数字高程模型（DEM）资料按照公式（1）进行归一化处理，形成归一化的海拔高度栅格数据。

（3）计算以目标栅格为中心，大小为3 km×3 km栅格数据的正方形范围内高程的标准差，并按照公式（1）进行归一化处理，形成归一化的地形起伏栅格数据。

4 致灾因子权重的计算

最终对各网格的地闪密度、雷电流强度、地形起伏、海拔高度和土壤电阻率加权综合得到致灾因子指数。地闪密度、地闪强度、雷暴日、地形起伏、海拔高度和土壤电阻率的判断矩阵按表2确定。通过计算获取致灾因子权重，地闪密度、雷电流强度、地形起伏、海拔高度和土壤电阻率按相应权重（0.3073、0.3691、0.1624、0.0988、0.0624）。

5 雷电灾害致灾因子危险性分析

根据致灾因子和孕灾环境指数，按照实施细则的致灾危险性指数RH模型（公式3）进行计算。

式中：RH为致灾危险性指数;Ld为地闪密度，wd为地闪密度权重; Ln为雷电流强度，wn为雷电流强度权重; Sc为土壤电阻率，ws为土壤电阻率权重; Eh为海拔高度，we为海拔高度权重; Tr为地形起伏，wt为地形起伏权重。

根据致灾因子危险性 RH 计算结果，按照自然断点法将危险性划分为 3 级（一般、高、极高），并绘制致灾因子危险性分布图，完成致灾因子危险性评估。

将地闪密度、雷电流强度、地形起伏、海拔高度和土壤电阻率按相应权重（0.3073、0.3691、0.1624、0.0988、0.0624）进行致灾危险性评估，形成金堂县雷电致灾危险性图，发现三星镇、栖贤乡、淮口镇北部雷电致灾危险为极高风险，赵镇街道东、南部、官仓镇南部、清江镇东部、赵家镇西部、淮口镇中、南部、白果镇中部、五凤镇中、北、西部、三溪镇东部、高板镇中、东部、隆盛镇中、西、南、東部、平桥乡东部、竹篙镇、转龙镇西部、广兴镇西部、南部、义信镇西部、云合镇北部、土桥镇西北部雷电致灾危险为高风险，余下地区雷电致灾危险为一般风险（图1）。

6 结语

对金堂县雷电灾害风险进行了分析，为金堂县有针对性地制定防灾避险和风险管理措施提供了依据。在此基础上，可采取有针对性的风险防范和风险管理措施，排除造成雷电灾害的安全隐患，降低灾害发生概率，最大程度地降低金堂县区域的雷电灾害风险。本研究以雷电灾害风险理论为指导，建立了雷电灾害风险指数模型，在雷电灾害风险区划方面做了一些探索研究，但受资料、数据等条件限制，仍有大量工作有待深化，需进一步完善指数模型。

参考文献

[1] 张继权，李宁.主要气象灾害风险评价与管理的数量化方法及其应用[M].北京：北京师范大学出版社， 2007： 462-467.

[2] 王延慧，张建涛，叶文军，等.基于Arc-GIS的新疆雷电灾害风险区划研究[J].沙漠与绿洲气象， 2019， 13（6）： 96-104.

[3] 中国气象局. QX/T 405—2017雷电灾害风险区划技术指南[S].北京：气象出版社， 2018： 6-8.

责任编辑：黄艳飞