牯牛降景區棧道雷電防護實踐與研究

◎文/王強生 蔡茶花 劉玉林 侍瑞（安徽省池州市氣象局）

我國具有豐富的旅游資源，隨著社會的不斷發展、人民生活水平的穩步提高，各地的旅游業也得到了蓬勃發展。游步棧道就像旅游景區的血脈，為游客更舒心地游覽提供了便利，游客通過各式各樣的棧道可以到達景區內的每一個景點。據相關資料統計，國內許多旅游景區均發生過游客在棧道或觀景臺遭受雷擊的事件，因此，景區棧道的防雷工作就顯得尤為重要。景區的棧道雷電防護具有特殊性，和普通建筑物及電子信息系統的雷電防護有所不同。本文通過介紹牯牛降棧道防雷工程的實施，為其他景區棧道或棧閣雷電防護設計、研究工作提供參考。

一、牯牛降景區基本概況

1.地理和氣候環境

牯牛降國家自然保護區鑲嵌在皖南山區，自東向西橫臥，秋浦河和閶江以此為分水嶺。牯牛降最高峰“牯牛大崗”地處石臺縣，離縣城約20km左右，擁有超過10萬畝的核心區，海拔高度為1727.6m，相對高差近1700m。在特殊地理、氣候的共同影響下，形成了牯牛降獨特的亞熱帶季風和山地氣候垂直變化大的雙重氣候特征。牯牛降1300m高度以上終年沒有夏季，只有冷暖兩季，牯牛降的年平均溫度11.9℃，年平均降水量為1973.2mm，年降水日數多達189天，暴雨日平均為9天。

2.周圍的地形及氣候

石臺縣地形以山嶺分布最廣，超過全縣總面積的五分之四，境內千巖萬壑，極其陡峭。牯牛降風景區周邊地形復雜，地勢起伏非常大，雨水充沛，河系非常發達，是閶江、秋浦河的最高分水嶺。牯牛降地區大氣的水汽來源于太平洋和印度洋的孟加拉灣，4—8月大量水汽隨東南和西南季風進入牯牛降地區上空，與北方冷空氣相遇，常常形成暴雨。牯牛降土壤母巖主要是花崗巖，風化物中含石英、長石等粗粒礦物較多，土質粗松，膠結力低，抗侵蝕力差。

二、牯牛降景區雷暴日特征分析

圖1 石臺1967—2010年年雷暴日曲線

牯牛降景區位于北緯30度附近，地形復雜，是氣象災害的重災區，4—8月份是雷暴、龍卷風、颮線等強對流天氣高發期，加之受地形、地理位置和特殊地質的共同影響，景區內極易產生暴雨、大風、冰雹、龍卷風、雷電等災害性天氣，經常表現為突發性和局地性，而且強度大、次數多，持續時間長。達37天。石臺縣年內各月均有雷暴出現，即使在隆冬季節(12月—翌年1月)亦會出現，但月雷暴日數季節變化很大。據分析（見圖2），雷暴日最多出現在夏季(6—8月)，占全年的61.4%，而冬季(12月—翌年2月)只有3.1%。這表明石臺縣的雷暴天氣主要集中在雨季，占全年的95.5%，其中出現最多的是7月，其次是8月。

三、牯牛降棧道的防雷措施

牯牛降自然保護區不但森林覆蓋率高，年降水量大，氣候非常濕潤，且地下有豐富的金屬礦藏，屬于雷暴多發區。景區棧道全長2.78km，寬度在1.8～2m，旅游旺季游客多而集中，如果棧道的雷電防護措施缺位，游客極易遭受雷擊。需要依據棧道所處的地理環境、氣候特征和雷電活動特點，設置有效的雷電防護，才能做好棧道防雷工作，有效地防止和減少雷擊災害造成的損失，保障景區游客、工作人員和棧道設施的安全。牯牛降景區主峰棧道雷電防護工程分為兩部分，第一部分為直擊雷防護措施，讓雷電流通過防直擊雷裝置泄放進入大地，起到對人員和棧道的保護作用；第二部分為非工程性措施，通過宣傳、警示等途徑減少雷擊造成的損失。

1.直擊雷防護措施

根據《建筑物防雷設計規范》定義，直擊雷是雷電直接擊于建筑物、其他物體、大地或外部防雷裝置上，產生的電效應、熱效應或機械力放電現象。其電壓峰值能夠達到數百萬伏，電流峰值也能達到數百千安，具有極強的破壞性。棧道基本位于山腰、山脊等突出部位，很容易遭受直接雷擊。“引雷入地”為防護直擊雷的主要措施，其防雷

根據石臺縣 (1967—2013年)年雷暴日數統計分析（見圖1），石臺縣平均年雷暴日數為46天，年際間波動非常大，年雷暴日數最多的是1973年，有65天，雷暴日最少的是1988年，只有28天，最多與最少的年份相差多裝置由接閃器、引下線、接地裝置構成。接閃器是指直接接受雷擊的接閃針、接閃帶（線）、接閃網，以及作接閃用的金屬屋面與金屬構件，一般由其中一種或多種組成。

圖2 石臺1967—2010年月雷暴日統計

鑒于本次防雷工程涉及的各點周邊雷電環境的復雜性、特殊性，以及本次防雷工程涉及的各點本身的重要性和使用性質，綜合對各點發生雷擊事故的概率（預計雷擊次數遠超過0.3次/年）和可能產生的后果的分析，參照國標GB50057-2010，本次按照第二類防雷建（構）筑物設計，獨立接閃針的保護范圍的滾球半徑取45m，對大面積的露天場所，獨立接閃針的滾球半徑則可取100m。

土壤的電阻率直接影響著防雷裝置的接地電阻值，由于棧道所處位置一般地理條件都不好，土壤電阻率大多很高，因此必須根據土壤中沙、石、泥土的比重，在接地體的土壤中選擇加食鹽等化學降阻劑，以達到提高土壤導電性的目的。例如，在土壤中混合食鹽后，砂質黏土電阻率可以減少將近一半，砂土可以減少6～7成，多巖土壤可以增加6成。或者更換電阻率相對較低的土壤，以確保接地電阻符合有關防雷要求。

牯牛降棧道的防雷有其特殊性，棧道依山蜿蜒數公里，在棧道上空架設接閃線工程量巨大，故不可能對棧道全程進行防護。本次防雷工程舍棄了在棧道上空架設接閃線的設計思路，從人員逗留時間、人員密集情況、易引雷擊及經濟情況等方面進行綜合分析，選取了十余個重點防護區域以設置接閃針的方式進行防護。以下為其中具有代表性的兩處直擊雷防護的具體設計。

圖3 “三號觀景臺”接閃針效果圖

圖4 “一號消防水池”接閃針效果圖

一是“三號觀景臺”。“三號觀景臺”位于山腰突出部位的大石頭上，此處視野開闊，為觀景、留影的極佳選擇，游客逗留較多。觀景臺地勢突出，且圍欄為金屬材質易引雷，故選定此處為重點防護區域。接閃器的設計：在觀景臺右側松樹的南面中底部凸出的大石上設一根6m高OMEGA接閃針（結合現場施工情況決定），底部仿倒地枯松樹狀，其外形如圖3所示。引下線的設計：利用金屬支撐桿作為接閃器引下線。人工接地體的設計：在位于接閃針右側土壤電阻率較低的土壤層設一組人工接地體，分別挖溝深埋150m水平接地極、埋設30塊接地模塊，水平接地體的連接采用40×4熱鍍鋅扁鋼，具體敷設路徑現場根據土壤狀況定制，并根據土壤狀況分別添加物理降阻劑。

二是“一號消防水池”。“一號消防水池”位于山腰中部棧道附近的一小塊開闊地，此處是棧道轉彎處，游客經常逗留，且“一號消防水池”地勢突出，為重要的消防設施，經常有工作人員在此作業或取水，故選定此處為重點防護區域。接閃器的設計：在棧道右側松樹位置設一根OMGEA接閃針，支撐桿高暫定3m（結合現場施工情況決定），采用仿迷彩松樹皮狀，基礎部分仿巖石體，其外形如圖4所示。引下線的設計：利用金屬支撐桿作為接閃針引下線。人工接地體的設計：在左側土壤電阻率較低的土壤層設一組人工接地體，挖溝、深埋水平接地極100m，埋設石墨接地模塊18塊，水平接地體的連接采用40×4熱鍍鋅扁鋼，具體敷設路徑現場根據土壤狀況定制，并添加物理降阻劑。

2.非工程性措施

在牯牛降景區主峰棧道旁適當位置設立雷電防護警示牌，并在每根接閃針處設一組雷電預警設備，告知游客雷雨天氣來臨時的防雷措施；建立雷電預警應急機制，和當地氣象部門保持密切聯系，在雷雨天氣到來前半小時，氣象部門通過預警發布平臺等途徑及時通知景區管理人員迅速安置游客，保證游客在安全地點躲避雷雨。

四、結束語

本文通過對安徽省石臺縣牯牛降景區雷電特征以及對牯牛降棧道可能遭受雷擊的途徑的分析，并根據該景區棧道的具體特點，提出了有針對性的雷電防護措施和具體實施方案設計思路，希望為其他景區棧道或棧閣雷電防護設計、研究工作提供參考。