基于危化品場所脆弱性分析的雷災風險區劃

張 健 李翠玉 張彥勇 楊 敏

（1.河北省衡水市氣象局，河北 衡水 053000；2.河北省氣象行政技術服務中心，河北 石家莊 050000）

0 引言

2019 年初，中國氣象局辦公室就進一步加強防雷安全監管工作印發通知，要求各省（自治區、直轄市）氣象局切實做好雷電災害防御工作，防范化解重大風險，全面落實防雷安全監管責任，最大限度地減少或者避免雷電災害事故的發生。雷電災害風險區劃對于防雷減災具有十分重要的指導意義。多年來，國內外在雷電災害的風險評估和區劃方面，取得了許多有意義的研究成果[1-4]。隨著區劃方法的不斷完善、地閃等資料的更新以及GIS 技術的應用，雷電災害風險區劃技術趨近成熟，并形成了《雷電災害風險區劃技術指南（QX/T 405—2017）》（以下簡稱《指南》）[5]。目前，雷電災害風險區劃研究在多個省級、地市級，甚至區縣級氣象部門已經開展。

危化品場所發生雷災不僅可能造成人員傷亡和巨大的直接經濟損失，引起的二次災害環境污染還可能造成巨大的間接經濟損失，甚至會引起社會問題[6]。《指南》在承災體脆弱性分析中，未考慮不同危化品場所發生雷電災害的危害性和雷電防護能力的差別，因此，對危化品場所防雷減災的指導意義不強。在全國進行防范化解重大風險攻堅戰，且氣象服務日趨精細化、專業化要求的形勢下，對危化品場所進行雷電災害風險區劃研究具有十分重要的意義。該文以衡水市為例，開展基于危化品場所脆弱性分析的雷電災害風險區劃，并與按照《指南》完成的區劃結果作對比。

1 資料收集與處理

1.1 資料收集

該文采用了衡水市2009～2018年ADTD地閃定位資料；以行政區劃縣（區）為單位的2016 年各縣土地面積、GDP和總人口（常住人口）等社會經濟資料；衡水市數字高程模型（DEM）數據（水平精度為90 m）、2015 年的1 ∶100萬土地利用數據（精度為300 m）和2010 年的1 ∶100 萬土壤電導率數據（精度為1 000 m）等地理信息資料；以及對衡水市100 家危化品場所調查所得資料，包括經度、緯度、場所類型（生產、儲存、運輸、銷售等）、危險化學品的品種與規模、場所防雷裝置現狀和近3 年年檢與整改情況、雷災歷史等。

因衡水地區2016～2018 年雷災收集數據僅4 起，數據量較少且數據準確性不滿足要求[7]，該文區劃不考慮雷災資料參與計算。

1.2 資料處理

地閃定位資料、社會經濟資料和地理信息資料的處理方法參照《指南》5.2 節。歸一化處理后，所有資料處理成相同的空間分辨率和空間投影坐標系統，建立地理信息系統（GIS）數據庫。

根據對危化品場所調查資料的分析，按照場所類型（生產、儲存、運輸、銷售等）、危險化學品的品種與規模等資料，劃分危害級別，并對雷災危害性指數賦值。按照場所防雷裝置現狀和近3 年防雷裝置年檢與整改情況、雷災歷史等資料，劃分防護能力，并對雷電防護能力指數賦值。賦值標準見表1。然后分別進行歸一化處理，形成歸一化的雷災危害性指數柵格數據和雷電防護能力指數柵格數據。

表1 危化品場所雷災危害性指數和雷電防護能力指數賦值

2 區劃模型

在承災體脆弱性分析中，該文采用危化品場所雷電防護能力指數P'c和雷災危害性指數N1兩個區劃指標，與地閃密度Ld、地閃強度Ln、土壤電導率Sc、海拔Eh、地形起伏Tr、人口密度Pd和GDP 密度Gd組成9 個區劃指標，建立區劃模型如圖1 所示。

圖1 基于危化品場所脆弱性分析的雷電災害風險區劃模型

3 衡水市雷電災害風險區劃

3.1 各指標權重分析

進行風險區劃的關鍵是要確定評估指標的權重[8]。該文運用熵值法計算各指標權重，結果見表2。

表2 雷電災害風險區劃各指標權重值

3.2 致災因子危險性分析

致災因子危險性RH 按《指南》6.2.2 節式（5）計算。通過模型計算，致災因子危險性引起的風險劃分為5 個等級：一般風險等級（Ⅰ級，5.19 ≤LDRI ≤5.30）、低風險等級（Ⅱ級，5.30 ＜LDRI ≤5.34、較高風險等級（Ⅲ級，5.34＜LDRI≤5.38）、高風險等級（Ⅳ級，5.38＜LDRI≤5.43）和極高風險等級（Ⅴ級，5.43 ＜LDRI ≤5.56），LDRI 是指根據相關指標計算得到的雷電災害風險指數。用GIS 處理得到衡水市致災因子危險性RH 風險等級劃分圖，如圖2 所示。

圖2 衡水市致災因子危險性RH 風險等級劃分圖

由圖2 可以看出，衡水市致災因子危險性風險極大值主要分布在桃城區大部、深州市西北部和西南部、安平縣南部以及故城縣中部；極小值分散在衡水東北部和西南部。

3.3 危化品場所脆弱性RF 分析

承災體脆弱性RF 與承災體暴露度RE（分析略）組成承災體易損性RV。危化品場所脆弱性RF 按式（1）計算：

式中：

N1—雷災危害性指數。

wn—雷災危害性指數權重。

P'c—雷電防護能力指數。

wp—雷電防護能力指數權重。

通過模型計算，危化品場所脆弱性RF 引起的風險劃分為5 個等級：一般風險等級（Ⅰ級，0.95 ≤LDRI ≤1.04）、低風險等級（Ⅱ級，1.04 ＜LDRI ≤1.21）、較高風險等級（Ⅲ級，1.21 ＜LDRI ≤1.41）、高風險等級（Ⅳ級，1.41 ＜LDRI ≤1.63）和極高風險等級（Ⅴ級，1.63 ＜LDRI ≤1.94）。用GIS 處理得到衡水市危化品場所脆弱性RF 風險等級劃分圖，如圖3 所示。

圖3 顯示，危化品場所脆弱性風險極大值較為分散，且每個縣（區）內均有出現極大值，這與危化品場所的地理分布基本對應。雷災危害性指數越大、雷電防護能力指數越小，對應區域承災體脆弱性風險等級越高。

圖3 衡水市危化品場所脆弱性風險等級劃分圖

3.4 基于危化品場所脆弱性分析的衡水市雷電災害風險區劃

雷電災害風險指數LDRI 按照《指南》6.2.1 節式（4）計算，并利用自然斷點法，劃分為5 個等級：一般風險等級（Ⅰ級，3.37 ≤LDRI ≤3.45）、低風險等級（Ⅱ級，3.45 ＜LDRI ≤3.50）、較高風險等級（Ⅲ級，3.50＜LDRI ≤3.57）、高風險等級（Ⅳ級，3.57 ＜LDRI ≤3.66）和極高風險等級（Ⅴ級，3.66 ＜LDRI ≤3.87）。用GIS 處理得到基于危化品場所脆弱性分析的衡水市雷電災害風險區劃圖，如圖4 所示。

圖4 顯示，雷電災害風險指數LDRI 極大值分布較為分散，且各縣（區）均或多或少出現極大值。桃城區、安平縣西部屬于高風險區。

3.5 適用一般情況的衡水市雷電災害風險區劃

如果承災體脆弱性RF 只考慮根據土地利用類型確定的防護能力指數Pc（見《指南》5.2.5 節表2）這1 個指標，用GIS 處理得到衡水市雷電災害風險區劃圖（分析過程略），如圖5 所示。

圖4 基于危化品場所脆弱性分析的衡水市雷電災害風險區劃圖

圖5 顯示，雷電災害風險指數LDRI 極大值主要分布在安平西部、桃城區。西北部和東南部也屬于高風險區。其余縣（區）屬于低風險區或一般風險區。

4 結論

2 種區劃結果都顯示，桃城區平均風險值相對最高，安平縣、深州市西部和故城縣中部次之，其余縣（區）平均風險值較低。整體上來說，2 種區劃結果相互驗證，基本符合事實。而基于危化品場所脆弱性分析的雷電災害風險區劃結果顯示，雷電災害風險指數極大值不再集中于一個或幾個縣（區）內，且風險值在單個縣（區）內層次感更強，更能滿足當下氣象服務精細化、專業化需求。

該文的研究能為氣象部門開展雷電監測預警、雷電災害風險評估提供一定技術依據和參考，有助于提高對危化品場所的防雷安全監管水平和防雷技術服務水平，進而提高防雷減災能力。同時，該文研究方法對于其他地區或學校、景區等特定場所的雷電災害風險區劃研究有一定的指導意義。

由于實地調查工作量大，展開調查的危化品場所數量不夠多，脆弱性分析數據相對較少，運用熵值法計算指標權重時，易造成對應指標權重較大，對區劃結果有一定影響。如何更加合理地劃分指標權重有待進一步研究。

圖5 適用一般情況的衡水市雷電災害風險區劃圖