內江市雷電災害風險評估與區劃

吳 彬 ,徐祥峰

（1.四川省內江市氣象局，內江 641000；2.四川省隆昌市氣象局，隆昌 642150）

引言

雷電災害是一種嚴重的自然災害，能夠造成人畜傷亡、建筑物損壞和電子設備受損，還可能誘發火災和爆炸等次生災害[1]。雷電災害風險區劃是通過科學、系統的評估計算，利用雷電風險指數大小而形成的風險區劃[2]，是降低雷電災害發生或損失的有效辦法。目前，國內氣象科技工作者已在雷電災害風險區劃研究方面取得了許多成果。劉垚等[3]利用層次分析法計算各要素權重，對杭州市雷電災害風險進行分析，形成區劃圖。李韜等[4]利用GIS技術和自然災害風險評估方法對賀州市進行雷電災害風險區劃及防御研究。黎梓華等[5]對桂林市雷電災害風險各要素等級指標進行綜合評估。內江市屬于四川省雷電災害發生的極高風險區，其雷電密度為6.2個/年·km2[6]。隨著內江經濟的快速發展，人口和經濟的密集程度越來越高，雷電災害的頻繁發生嚴重威脅著人民生命財產安全和社會公共安全，愈發引起社會各界的廣泛關注。因此，為提升內江市雷電災害主動防護能力，本文針對內江市鄉鎮、街道一級為單元的行政區域開展雷電災害風險評估與區劃，這對降低因雷電災害帶來的損失和保障人民生命財產安全具有極其重要的意義。

1 地域環境

四川省內江市位于四川盆地東南部、沱江下游中段，地跨東經104°15′～105°26′、北緯29°11′～30°2′，東西長121.5km，南北寬94.7km，東鄰重慶，南界瀘州，西接自貢，西北連眉山市，北與資陽市相鄰。現轄市中區（含經開區）、東興區（含高新區）、資中縣、威遠縣，代管1個縣級市隆昌市，107個鄉鎮，1609個行政村，14個街道辦事處，348個社區，幅員面積5385km2，總人口430萬。內江市地處四川省盆地中部丘陵地區，其地形以丘陵為主，東南、西南面有低山環繞。海拔高度350～450m間的丘陵約占90%，地質構造屬新華夏系沉降帶的一部分，褶斷規模小，地表由較平緩的紫色砂巖組成。屬亞熱帶濕潤季風氣候，年平均溫度為15～28°C，年降雨量約1000mm，夏季降雨量約占全年雨量的60%，年總日照時數為1100～1300h，無霜期達330d。年內災害性天氣雷暴、大風、暴雨、洪澇、干旱、低溫冰凍等氣象災害頻繁發生。

2 資料和標準

雷電資料：采用2009～2018年內江市閃電監測數據，來源于四川省三維閃電監測定位系統。

社會經濟資料：采用以各鄉鎮、街道為單元行政區域內的土地面積、年末總人口、國民生產總值（GDP）數據，來源于內江市各縣（市、區）2009～2018年發布的統計年鑒。

基礎地理信息資料：采用源于國家基礎地理信息數據庫1：5萬GIS數據。

雷電災害區劃標準：按照中國氣象標準雷電災害風險區劃技術指南QX/T405-2017[7]。

3 研究方法

本區劃主要根據氣象與氣候學、自然地理學、災害學、自然災害風險管理等基本理論，采用風險指數法、GIS自然斷點法、加權綜合評價法等數量化方法，在GIS技術的支持下對內江市雷電災害風險進行分析和評估，并編制雷電災害風險區劃圖。圖1給出了雷電風險區劃的技術流程圖。

圖1 雷電災害風險區劃流程

3.1 區劃技術流程

3.2 指數權重

對原始數據歸一化處理后，根據專家打分的方法確定指數權重。

設m個評價指標i、n個被評價對象j，構成原始數據矩陣對其歸一化處理后，對大者為優的評價指標值，具體公式如下：

對小者為優的評價指標值，具體公式如下：

4 內江市雷電災害風險分析和區劃

根據文中使用的風險區劃原則和方法，在GIS技術支持下，雷電災害的風險區劃主要從致災因子危險性、承災體暴露度、承災體脆弱性三個方面進行綜合分析。其中，致災因子危險性主要考慮不同等級閃電強度、海拔高度及地形起伏的影響；承災體暴露度主要考慮各鄉鎮、街道單位土地面積人口密度和單位土地面積GDP密度比重；承災體脆弱性主要分析受災區域發生雷電災害的抵御和恢復程度，考慮生命損失指數、經濟損失指數、防護能力三個方面因素。對文中數據進行歸一化處理后，通過專家打分確定了致災因子危險性、承災體暴露度、承災體脆弱性三個方面的各項指數權重，如表1所示。最后，對致災因子危險性、承災體暴露度、承災體脆弱性利用加權綜合與GIS自然斷點法，分析得出內江市雷電災害風險區劃。

表1 雷電災害風險區劃指數權重

4.1 致災因子危險性分析

閃電強度分布特征：不同雷電流幅值大小的地閃頻次是雷電災害的主要影響因子。通過對內江市現轄市中區（經開區）、東興區（高新區）、資中縣、威遠縣、隆昌市近10a（2009～2018年）的閃電監測數據，統計出各縣（市、區）不同雷電流幅值大小的地閃頻次，進行歸一化處理后，利用反距離權重插值法和規范化處理得出內江市閃電強度分布（圖2）。如圖所示，資中縣西北部和威遠縣穹窿山區閃電強度值為15.62～16.66kA，相對強度最大，表示該區域雷電釋放能量較大，造成的損失相對較大；東興區東北部和隆昌市大部分區域閃電強度相對最小，其值為11.98～13.08KA，表示造成的損失相對較小；整個內江市閃電強度分布特征由西向東呈遞減趨勢，閃電強度分為5個等級，分別是11.98～13.08KA、13.08～13.9KA、13.94～14.79KA、14.79～15.62KA、15.62～16.66KA。

圖2 內江市閃電強度分布（單位：KA）

海拔高度分布特征：對內江市基礎地理信息資料高程和水系1:5萬GIS數據進行歸一化處理后，得出內江市海拔高度分布（圖3）；其海拔高度分為5個等級，分別是275～360m、360～434m、434～535m、535～645m、645～900m；該地區海拔高度分布呈西部穹窿山區海拔高、中部和南部海拔低的分布特征。

圖3 內江市海拔高度分布（單位：m）

地形起伏分布特征：通過對內江市各鄉鎮、街道的高程數據計算標準差，形成內江市地形標準差分布（圖4）；地形標準差分為5個等級，分別是0～2.80、2.80～5.15、5.15～8.10、8.10～13.11、13.11～37.58。

圖4 內江市地形標準差分布

致災因子危險性分布特征：根據專家打分，指數權重分別取值為閃電強度0.6、海拔高度0.3、地形起伏0.1，基于GIS計算雷電致災因子危險性，采用自然斷點法將其分為5個等級，雷電致災因子危險性計算公式如下：

式中：RH為致災因子危險性，Ln為閃電強度，Eh為海拔高度，Tr為地形起伏，wn、we和wt分別為閃電強度權重、海拔高度權重和地形起伏權重。

圖5為內江市致災因子危險性分布。綜合圖2～5的分布特征發現，內江市閃電強度越強、海拔高度越高、地形起伏越大的鄉鎮、街道，其雷電致災因子危險性風險越高，反之風險越低。高風險區及次高風險區分別是威遠縣西北、西南區域和資中縣西北、西南區域，其他鄉鎮為中等風險區；市中區（經開區）、東興區（高新區）、隆昌市為次低風險區和低風險區。

圖5 內江市雷電致災因子危險性分布

4.2 承災體暴露度分析

雷電承災體暴露度主要考慮各鄉鎮、街道的單位土地面積人口密度和單位土地面積GDP密度比重兩個評價指標。

人口密度分布特征（圖6）：內江市人口密度主要集中在市中區（經開區）各街道、東興區（高新區）各街道、隆昌市金鵝街道城區范圍內，及威遠縣嚴陵鎮、資中縣重龍鎮和水南鎮人口密度最大，為2058～4491人/km2。威遠縣西北部和東興區北部人口密度最小，為251～480人/km2，其他鄉鎮人口密度分別是：480～726人/km2；726～1055人/km2；1055～2058人/km2。

圖6 內江市人口密度分布（單位：人/km2）

GDP密度分布特征：內江市單位土地面積GDP密度分布如圖7所示。

圖7 內江市GDP密度分布

承災體暴露度分布特征：根據專家打分，指數權重分別取值為人口密度0.6、GDP密度0.4，基于GIS計算雷電承災體暴露度，采用自然斷點法將其分為5個等級，得出內江市各鄉鎮、街道的雷電承災體暴露度，如圖8所示。高暴露度和次高暴露度區域包括市中區（經開區）城區、交通鎮、四合鎮、白馬鎮，東興區（高新區）城區、椑木鎮，隆昌市金鵝街道、桂花井鎮，威遠縣嚴陵鎮、向義鎮，資中縣重龍鎮、水南鎮、明心寺鎮、球溪鎮；其他區域為中等、次低、低暴露度。

圖8 內江市雷電承災體暴露度分布

承災體暴露度計算公式如下：

式中：RE為承災體暴露度；Pd、Gd、wp和wg分別指人口密度、GDP密度、人口密度權重和GDP密度權重。

4.3 承災體脆弱性分析

承災體脆弱性表示受災區域發生雷電災害的抵御能力和恢復程度，主要考慮生命損失指數、經濟損失指數、防護能力三個方面因素。

生命損失指數分布特征：生命損失指數是指受災區域發生雷電災害時單位面積內受危害人口數量，單位為人/km2，該指標客觀反映區域內生命對災害的敏感性，也間接反映區域防御和抵抗雷電災害的能力。通過歸一化處理，得出內江市雷電承災體生命損失指數分布（圖9）。內江市單位面積內人口最多的鄉鎮、街道雷電承受生命損失指數最大，反之最小。生命損失指數最大的地區包括市中區（經開區）城區、交通鎮、四合鎮，東興區（高新區）城區，隆昌市金鵝街道，威遠縣嚴陵鎮、鎮西鎮、連界鎮，資中縣重龍鎮、水南鎮、銀山鎮、球溪鎮、龍江鎮、孟塘鎮；其他區域生命損失指數均低于0.56。

圖9 內江市雷電承災體生命損失指數分布（單位：人/km2）

經濟損失指數分布特征：經濟損失指數是指區域內發生雷電災害時單位面積上的經濟損失，單位為萬元/km2，主要反映區域單位面積上的經濟損失，抵抗雷電災害能力和可迅速恢復能力。對其進行歸一化處理，形成歸一化的雷電承災體經濟損失指數分布（圖10）。

圖10 內江市雷電承災體經濟損失指數分布（單位：萬元/km2）

防護能力分布特征：將內江市土地利用分為建設用地、農用地、未利用地進行賦值，統一歸一化處理，形成內江市雷電承災體防護能力分布（圖11）。如圖所示，雷電承災體防護能力為1.00～0.59的地區包括市中區（經開區）城區、交通鎮、白馬鎮，東興區（高新區）城區、椑木鎮，隆昌市金鵝街道、山川鎮，資中縣重龍鎮、水南鎮，威遠縣嚴陵鎮、向義鎮；其他區域雷電承災體防護能力為0.59～0.50。

圖11 內江市雷電承災體防護能力分布

承災體脆弱性分布特征：根據專家打分，指數權重分別取值為生命損失指數0.3、經濟損失指數0.3、防護能力0.4。基于GIS計算內江市雷電承災體脆弱性，采用自然斷點法將其分為5個等級，得出內江市雷電承災體脆弱性分布（圖12）。如圖所示，內江市大部分區域是雷電承災體高脆弱性和次高脆弱性；次低脆弱性和低脆弱性地區包括市中區（經開區）城區、交通鎮，東興區（高新區）城區，隆昌市金鵝街道，資中縣重龍鎮、水南鎮。

圖12 內江市雷電承災體脆弱性分布

承災體脆弱性計算公式如下：

式中：RF為承災體脆弱性；Cl為生命損失指數；Ml為經濟損失指數；Pc為防護能力指數權重；wc、wm、wp分別是指生命損失指數權重、經濟損失指數權重和防護能力指數權重。

4.4 內江市雷電災害風險評估與區劃

內江市雷電災害風險指數計算公式如下：

式中LDRI為雷電災害風險指數，RH、RE、RF分別表示風險評價模型中的致災因子危險性、承災體暴露度和承災體脆弱性各評價因子指數擴大10倍后的數值；wh、we、wf對應各評價因子的權重。根據專家打分，指數權重分別取值為致災因子危險性0.5、承災體暴露度0.3、承災體脆弱性0.2。基于GIS計算雷電災害風險指數，采用自然斷點法將其分為5個等級，等級劃分如表2可見。最終形成內江市雷電災害風險區劃（圖13）。

表2 內江市雷電災害風險等級劃分

圖13 內江市雷電災害風險區劃

5 結論與討論

本文利用2009～2018年內江市5個縣（市、區）的閃電定位資料，結合社會經濟資料和基礎地理信息資料，在GIS技術支持下，開展了內江市雷電災害風險分析和評估，編制了內江市雷電災害風險區劃，其主要結論為：內江市雷電災害風險西部高于東部，整體呈現由西向東遞減；高風險區及次高風險區集中在內江市城區、威遠縣中部和穹窿山區一帶、資中縣中部和西北部區域；中等風險區位于經開區四合鎮，市中區史家鎮、全安鎮、朝陽鎮、凌家鎮，東興區椑木鎮，資中縣銀山鎮、明心寺鎮，隆昌市黃家鎮、桂花井鎮、雙鳳鎮；低風險區及次低風險區則集中在市中區龍門鎮、伏龍鎮、永安鎮、靖民鎮、龔家鎮，東興區中部、東北部、東南部，資中縣水南鎮，隆昌市大部分鄉鎮。

雖然本文利用2009～2018年近10年內江市5個縣（市、區）的有關資料，對內江市雷電災害風險進行了綜合分析和評價，完成了內江市雷電災害風險區劃，基本達到了預期的目標。但是，雷電災害風險因子還有待完善，由于許多受災單位和個人發生雷擊災害事故后未能及時向當地氣象主管部門報備，導致這個因子難以準確使用，今后，應加強對雷電災害的統計，盡量準確使用這一重要因子，做到更精準的雷電災害風險區劃。