農村一次典型雷擊事件的災害調查與研究

李衣長 龔偉 張泉鋒 陳連新 巫圣燦

(福建省三明市氣象局 福建三明 365000)

農村一次典型雷擊事件的災害調查與研究

李衣長 龔偉 張泉鋒 陳連新 巫圣燦

(福建省三明市氣象局 福建三明 365000)

針對農民防雷安全意識淡薄，農村防雷設施建設薄弱，雷電災害頻繁造成農村人員傷亡和財產損失事件，為提高農村農民自建房的雷電災害防御能力，對農村一次典型雷擊事件的災害調查，分析受災點所在農村的雷電活動情況，對雷擊受災點進行現場勘察、測量、分析。其次，通過統計學分析法、災情解析法和層次分析法，找出雷擊路徑和引發雷擊的原因，提出農村自建房應充分利用建筑本身結構鋼筋因地制宜地設計防雷措施，以有效防護直擊雷、閃電電涌侵入和閃電感應危害，經濟合理地安裝雷電防護措施，增強農村雷電災害防御能力，避免或減少農村雷擊災害事件的發生。

雷擊事件；災害調查；雷電防護

0 引言

近年來，隨著氣候變化異常，雷電現象頻發。雷電是自然界中一種極為壯觀的聲、光、電現象，是“聯合國國際減災十年”公布的10種最嚴重的自然災害之一。雷電以其巨大的破壞力給人類社會帶來慘重的災難，我國每年因雷電災害造成人員傷亡約為3000人～5000人，財產損失估計為70億元～100億元。雷電的破壞作用，主要表現在熱效應、機械效應、沖擊波效應、靜電感應、電磁感應、電磁脈沖與雷電反擊等。雷電發生時，具有強大的電流、熾熱的高溫、猛烈的沖擊波、巨變的電磁場及電磁輻射等物理效應，給人類帶來極大的危害，由于農村缺乏雷電防護知識，防雷安全設施薄弱，因此農村成為了雷電災害的多發區。

為了加強農村防雷安全工作，本文對農村一次典型雷擊事件開展災害調查研究，并通過對2008年～2017年雷電監測網數據分析，探尋受災點農村雷電活動規律，隨后，分析雷電災害現場勘查的雷電災害資料，從三維空間探尋雷擊入侵途徑，探索引發雷擊原因，從中找出解決辦法，以改善農村防雷安全措施，提升農村防御雷電災害能力。

1 資料來源和方法

閃電定位數據來源于福建省氣象局2008年～2017年雷電監測網數據，雷電災害資料從雷電災害現場勘查獲得。

1.1資料

(1)雷電監測資料

通過對福建省氣象局2008年～2017年閃電定位監測數據統計分析，得出近10年受災點2008～2017年的閃電定位儀觀測資料。

(2)雷電災害情況

2017年5月11日，三明市梅列區洋溪鎮某村周某新建樓房遭受雷擊，造成大量電氣、電子設備損壞。2017年6月9日，三明市氣象局組織技術人員對雷災現場進行勘察，雷電災害資料為現場勘察所采集數據。

(4)雷電災害易損度區劃結果

參考利用雷擊密度、雷電災害頻度、經濟損失模數和生命受損模數作為劃分雷電災害易損度指標參數,引用已完成的三明市雷電災害易損度區劃結果數據。

1.2方法

(1)統計學分析法

對受災點附近近10年雷電監測數據采用統計學法，分析近10年雷電月、時變化情況及雷電密度分布情況，從中了解受災點附近雷電活動規律。

(2)災情解析法

通過災情解析法對受災點附近的地理、地質、土壤、氣象、雷電活動情況，以及受災建筑物防雷裝置的安裝情況進行分析。

(3)層次分析法

分析建筑物遭受雷擊的各種可能途徑，從外部的直接雷擊到內部的閃電感應，以及由建筑物外部引入內部的閃電電涌侵入，分析此次雷擊災害發生的入侵途徑。

2 雷電災害概況

2017年5月11日6:00左右，三明市梅列區洋溪鎮某村上空，烏云密布，電閃雷鳴，一聲驚雷掠過，周某家新建樓房因雷擊造成屋面墻角炸裂，并造成其及鄰居幾戶村民的配電箱燒毀、電視機等電氣、電子設備遭受不同程度損壞，直接經濟損失近萬元，受災點附近村民對雷雨天氣出現恐懼情緒，所幸無人員傷亡情況。

3 受災地點雷電活動氣候特征分析

以受災地點為圓心，以10km為半徑范圍，通過對福建省氣象局2008年～2017年雷電監測數據的應用分析，得出受災點附近雷電月、時變化情況及雷電密度分布規律。

3.1雷電活動月變化

以2008年～2017年雷電監測網數據為數據基礎，通過統計分析值繪制出受災點10km范圍內近10年的雷電月變化圖，如圖1所示。

圖1 2008年～2017年受災點附近雷電活動月變化圖

由圖1可知，該受災地點10km范圍內雷電活動出現在2月～11月，主要集中在3月～9月，而在春季與冬季節雷電活動相對比較弱，6月～8月為雷電活動的高發期，也就是夏季、秋季是該地雷電活動的多發季節，該3個月年平均閃電次數達833.4次，約占全年雷電次數的72.5%，是農村需防御雷電災害的重要季節。

3.2雷電活動時變化

為了更好地了解受災點處雷電活動規律，通過對受災點附近2008年～2017年雷電監測網數據統計分析值，繪制出受災點10km范圍內近10年的雷電活動時間分布圖，如圖2所示。

圖2 2008年～2017年受災點附近雷電活動時分布圖

由圖2可知，該受災點附近雷電活動可能出現在一天中任何時刻，閃電高峰時段主要集中在14:00～23:00，年平均值達到101.7次，占全天雷電次數的88.5%，也就是午后到傍晚時段雷電活動非常活躍，是防范雷電災害的重要時段。

3.3受災區域閃電密度分布

以2008年～2017年雷電監測網數據為數據基礎，通過統計分析值繪制出受災點10km范圍內近10年的閃電密度分布圖可知，近該受災地點周邊雷電活動較活躍，主要以負地閃為主，也有出現過幾次雷電流強度較大的正地閃情況，年平均雷暴密度分布3.66次/km2·a，雷電活動比較活躍。

3.4受災區域雷電災害易損度區劃

根據自然災害系統理論和自然災害風險評估理論，以雷擊密度、雷電災害頻度、經濟損失模數和生命受損模數作為分析雷電災害易損度指標參數,計算出三明市雷電災害易損性風險值, 確定雷電災害易損度區劃分級指標，完成三明市雷電災害易損度區劃[1]，從區劃結果可知，該受災地點周邊雷電災害易損度區劃為高值區，雷電活動較活躍，雷電引發災害的易險度高，所以這一帶農村需注意加強防范雷電災害。

4 雷災現場勘查

筆者于2017年6月9日對雷災現場進行勘查，認真調查雷電災害現場的地理、地質、土壤、氣象及雷電活動情況，以及受災建筑物防雷裝置的安裝情況[2]。

4.1受災建筑物地理位置

受災建筑物為村民2016年12月建成的自建房，房屋為框架結構，此次受雷災的幾戶村民房屋位于山邊孤立曠野，所處位置地勢較高，東面為山坡，山上有茂密樹林，屬于雷電多發區域。

4.2受災點地質土壤情況

受災點處土質為含砂粘土，土壤電阻率低，經現場檢測土壤電阻率值[3]，如表1所示。

表1 受災點土壤電阻率測試值

由表1可知：該受災點處土壤電阻率測試平均值為140.7Ω·m，結果為地下-15m～-6m土壤層平均土壤電阻率，說明土壤泄流能力強。

4.3受災建筑物防雷裝置安裝情況

(1)受災建筑物均未采取任何雷電防護措施。

(2)受災建筑物內電源線路、信號線路均以架空線形式引入，再引到各用電設備處，一旦配電線路或信號線路遭雷擊，雷電流就會沿著架空線直接引到室內，再侵入到與電源線路或信號線路相連的電氣、電子設備，導致雷擊損壞。

(3)電源線路入戶配電箱處未安裝SPD保護，建筑物內電氣、電子設備無任何防護閃電電涌侵入措施。

5 雷電入侵途徑分析

通過以上對雷災現場勘查和檢測結論分析，結合對雷電活動規律的研究，分析此次雷擊災害事件的雷電入侵途徑可能有3種：直擊雷、閃電電涌侵入和閃電感應。雷電入侵途徑及危害分析如下。

5.1雷電直擊建筑物頂部

直擊雷是指閃擊直接擊在建(構)筑物、其它物體、大地或外部防雷裝置上，產生電效應、熱效應和機械力者，往往會造成建筑物的爆炸、火災或嚴重物理損壞。據現場勘察發現，該安置房未采取直擊雷防護措施，當有強雷暴出現且移動到接近地面建筑物時，因雷暴云內部含有大量的電荷，與底部的受災建筑物之間產生靜電感應，使地面建筑物表面產生異性電荷。隨著電荷量的不斷積聚，當兩者之間電場強度達到一定程度(一般為3000V/cm～10 000V/cm)時就會發生空氣擊穿，引起放電，產生強大的雷電流，受災建筑物屋面墻角處水泥塊內部因受到強大的雷電流，瞬時溫度急劇升高，使周圍空氣急劇膨脹從而引起炸裂。

5.2閃電感應，造成建筑物內電源線、信號線上出現感應雷電流

該安置房的用電是以架空線形式引入，且相鄰幾戶居民共用一路電源，當受災建筑物房屋遭受雷擊時，雷電在周邊產生瞬變的強電磁場，隨即在線路上感應出強大的雷電流，雷電流沿著低壓架空線、信號線引入到室內，再通過線路引到電氣、電子設備，造成設備損毀。此次雷災造成的燈管炸裂，配電箱燒毀、機頂盒、電視接收器、浴霸、開關、插座、線路等不同程度的燒毀和損壞，就是由于閃電感應現象，造成電源線、信號線路感應出的雷電流沿著線路侵入到建筑物內，引發建筑物內電氣、電子設備損毀。閃電感應現象雖然出現的頻率高，但其破壞性較直擊雷小，不太可能造成嚴重的線路燒毀、火災等現象，往往是通過閃電電涌侵入方式造成建筑物內電氣、電子設備一些部件的損壞。

5.3閃電電涌侵入，使建筑物內電源線、信號線感應雷電流沿線路侵入建筑物內，造成電氣、電子設備損毀

受災村民樓房頂部遭直接雷擊后，由于該房屋為框架結構，雷電流沿建筑物梁、柱等鋼筋將雷電流瀉放入地。同時，由于閃電感應現象，使建筑物內部埋設的電源線、信號線感應雷電流，并沿這些線路侵入室內，即閃電電涌侵入，閃電電涌沿著這些管線侵入屋內，危及人身安全，造成電氣、電子損壞設備[4]。此次雷災造成的燈管炸裂，配電箱燒毀、機頂盒、電視接收器、浴霸、開關、插座、線路等不同程度的燒毀和損壞，極有可能就是由于閃電電涌侵入而造成的。

5.4雷電入侵途徑分析結論

(1)鑒于周某新建樓房遭雷擊后屋角磚頭破裂嚴重，可以確定此處就是雷擊點。故認定此次雷擊事件首先是因受災建筑物遭受直接雷擊引發的。

(2)鑒于該受災樓房內電氣線路和配電箱燒毀程度較輕，并未出現燒毀或引發線路火災現象，可以認定在屋頂發生直擊雷后，建筑物內的電源線、信號線上發生了閃電感應現象，感應雷電流沿著電源線、信號線引入到室內。

(3)受災業主反映：“遭雷擊電氣、電子設備均為部分元件損壞，已修復”，鑒于該受災建筑物內電視機等電氣、電子設備損壞程度較輕，并未發生燒毀或炸裂現象，可以認定是因電源線、信號線上出現了閃電感應雷電流，因閃電電涌侵入，造成建筑物內電氣、電子損壞設備遭受不同程度損毀。

綜上分析，此次雷擊事件的雷電入侵途徑為：直擊雷、閃電感應和閃電電涌侵入等3種雷電入侵方式同時出現、共同作用造成的。

6 農村自建房防雷裝置安裝要求

通過對農村這一典型雷擊事件的調查鑒定與分析，結合當地雷電活動規律和雷電災害易損度區劃結果，對此類農村自建房防雷裝置安裝提出以下建議和意見[5]。

(1) 農村自建房需安裝直擊雷防護措施，可利用建筑本身的結構鋼筋通過焊接或綁扎作為防雷裝置，既節省成本，又能發揮雷電災害防御作用。

(2)引入農村自建房的電源線、信號線應盡量穿金屬管屏蔽并埋地引入，金屬屏蔽管道連接處應采用金屬線跨接，埋地長度不小于15m。當受條件限制只能架空引入時，應在架空引入處安裝電源電涌保護器，可較好地保護室內電氣、電子設備的安全。

(3)應將自建房的防雷裝置與電氣、電子設備保護接地裝置共用，減少和避免因雷擊引發極高的電位差所造成的安全威脅。

7 結語

農村自建房大都位于山邊或水田邊，地處孤立曠野地帶，雖然高度不高，但極易發生因直擊雷、閃電感應和閃電電涌侵入等方式引發的雷擊事件，所以需提高防雷安全意識。項目建設前，應考慮充分利用建筑本身結構鋼筋因地制宜地設計防雷措施，按照農村自建房防雷裝置安裝要求，安裝簡易的屋面接閃帶、防雷引下線和防雷接地裝置，有效防護直擊雷的危害。電源線、信號線應盡量采用穿金屬管屏蔽埋地引入建筑物內，對于架空線引入建筑物的應在入戶處安裝電涌保護器，以防御閃電電涌侵入對建筑物內人員與電氣、電子設備的危害。建筑物內各種金屬裝置、金屬設備應就近采取等電位接地保護措施，電源線、信號線應避免環形敷設，并采用穿金屬管屏蔽措施，以防御閃電感應的危害，經濟合理地安裝防雷裝置，以最小的成本達到較好的雷電災害防御能力，努力消除和減少雷擊安全隱患，最大限度減少雷擊災害威脅，以確保農村建筑物內人員和電氣、電子設備的安全。

[1] 李衣長，吳林峰， 余春華，等.三明市雷電氣候特征與雷電災害易損度區劃研究[J].南京信息工程大學學報:自然科學版,2017,48(2): 220-226.

[2] GB50057-2010 建筑物防雷設計規范[S].北京:中國計劃出版社，2010.

[3] GB/T17949.1-2000 接地系統的土壤電阻率、接低阻抗和地面點位測量導則 第1部分:常規測量[S].北京：中國標準出版社，2000.

[4] GB50343-2012 建筑物電子信息系統防雷技術規范[S].北京:中國建筑工業出版社,2010.

[5] 肖穩安.雷電和防護及防雷工程管理[M].北京：氣象出版社,2009.

Disasterinvestigationandstudyofatypicallightningstrikeinthecountryside

LIYichangGONGWeiZHANGQuanfengCHENlianxinWUshengcan

(Sanming City Province Meteorological Bureau，Sanming 365000)

According to the lightning safety consciousness of rural farmers and weak construction of lightning protection facilities, lightning disasters frequently cause rural casualties and property losses, in order to improve the defense capability of lightning disaster, paper through the adjustment of rural disaster of a typical lightning incidents investigation, analysis of lightning activity affected points in rural areas, the lightning disaster by field investigation, detection, through statistical analysis, disaster analysis analytic method and AHP method to find out the lightning path and triggered lightning causes, put forward rural self built room should be fully utilize the building structure reinforcement according to the design of lightning protection measures, effective protection of lightning, lightning and lightning surge invasion induced hazards, installation of lightning protection measures of economic reasonably, enhance the ability of rural disaster prevention to avoid or reduce the lightning disaster happened in rural farmers Piece.

Lightning events; Disaster survey; Lightning protection

TU856

A

1004-6135(2017)10-0104-04

李衣長(1973.1- )，男，工程師。

E-mail:449220703@qq.com

2017-08-15