海洋牧場的雷電災害防護研究

摘 要：海洋漁業是保護我國食品安全的關鍵一環，而實現海洋生物資源的可持續利用是推進國家海洋強國戰略實施的核心所在。構建現代化的海洋牧場體系，不僅是踐行生態文明理念的具體行動，還是推動海洋經濟高質量發展的重要步驟。然而，雷電活動對海洋牧場的發展造成了一定的威脅。根據海洋牧場的特點和發展狀況，揭示了雷電對漁業的影響，并提出了有效的防護措施，以減輕雷電的負面影響，保護海洋生態系統，從而實現生態漁業的可持續發展。

關鍵詞：海洋牧場；雷電災害；漁業；災害防護

中圖分類號：P427.3 文獻標志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）12–0-03

在全球氣候變化的背景下，極端天氣事件頻發，雷電災害的影響不容小覷。隨著生態農業的不斷發展，相關部門采取了一系列雷電災害的防護措施。針對農業，我國已經實行了相應的防雷措施。例如：在農田覆蓋物（大棚、農田設施等）上安裝導電材料進行防雷，減少電荷積累和雷擊損害；在農田周邊設置地面接閃帶，提供一條低阻抗、方便電流釋放的路徑，將雷電電流有效引入地下，減少雷電對農田的直接損害；在雷電災害頻發的農村地區建設避雷亭等防雷設施，為農民提供安全的避雷場所。在漁業防雷方面，根據SC/T 8095—2009標準，非金屬漁業船舶需要配備防雷裝置和電氣設備接地，該舉措適用于帶有桅桿的非金屬漁業船舶，具體要求包括確保電氣設備和主要金屬構件擁有良好的接地系統，以防止雷電通過這些部件造成損害[1]。此外，政府提供了資金補貼和政策支持，推動漁業防雷設施的建設與升級。然而，我國在海洋牧場方面所開展的雷電災害研究和防雷工作仍較為有限。雷電產生的強大電流能夠破壞海洋牧場的各種基礎設施，并對海洋生物等產生一定的危害，影響我國漁業生產的健康發展[2-3]。相較于傳統氣象、通信、電力等領域，海洋牧場作為近年來興起的海洋資源利用方式，其雷電災害的研究尚未形成完善的體系。因此，開展海洋牧場的雷電災害防護研究極具意義。

結合海洋牧場自身的特征，綜合分析了雷電的自然成因及雷電活動對海洋牧場設施、生態系統及人員安全的潛在威脅，并提出了相應的防御措施，旨在通過定期檢查并優化防雷設施、加強防雷專業隊伍建設、積極開展防雷減災知識的教育宣傳等措施，為海洋牧場的防雷基礎建設提供科學、可行的指導方案，確保其安全、穩定、高效地運營，進而推動海洋牧場的可持續發展，并有效維護生態平衡。

1 海洋牧場的特點及發展狀況

海洋牧場是在選定海域內，結合該區域海洋生態系統的獨特屬性，運用生物棲息地修復與增強技術，巧妙融合增殖放流與水產養殖等漁業生產手段，構建的一個促進環境與產業和諧共生的生態—經濟綜合系統。海洋牧場分為5種類型：漁業增殖型、休閑觀光型、生態修復型、種質保護型和綜合型（圖1）。作為一種新興的海洋產業模式，海洋牧場秉承環境友好的原則，引領著生態漁業的前進方向，旨在有效保護與恢復漁業資源，促進漁業的可持續發展、提高漁業產出、保護海洋生態環境，也是發展現代漁業、建設漁業強國的重要載體[4]。這種生態化、高質化的漁業模式對有效利用海洋資源、保護海洋生態環境具有重要的意義。

我國當前實施的漁業資源保護措施主要有兩大類：一是減少捕撈，包括減船減產，設立禁漁區和禁漁期等；二是通過人為手段促進漁業資源恢復，如開展增殖放流等。海洋牧場旨在增殖水生生物資源并修復海洋生態環境。它通過高效整合漁業資源要素，實現了對海洋生態的積極干預與促進[5]。早在1965年，曾呈奎等[6]提出在海洋中通過人工控制種植或養殖海洋生物的理念以及建設海洋牧場的戰略構想。20世紀80年代，我國初步探索海洋牧場建設，初期多為自發性和實驗性質，當時海洋牧場的規模有限。2002年后，我國對海洋漁業政策進行了調整，沿海區域廣泛推行漁民轉產轉業計劃，并專門劃撥資金用于推動海洋牧場實現規模化、系統性發展。從2015年至今，共九批國家級海洋牧場示范區累計數量逐年增加，海洋生態產業不斷進步和發展（圖2）。

2 雷電的成因分析

雷電的產生通常是因為積雨云中底層產生負電荷、頂層產生正電荷，地面也會產生正電荷。由于空氣是不良導體，會抑制正負電荷的直接接觸，從而在云層底部與地面之間形成一個顯著的電場區域。隨著電荷的累積，直至云底的大氣被強大的電場激發，發生電離現象，即發生跳躍式的下行先導過程。這一電離過程形成的氣柱會緩緩地向地面方向擴展，被強烈電離的正、負電荷相互吸引，最終穿透空氣阻力，實現連接。隨后強電流沿著導電通道迅速從地面沖向云層，產生一道光芒，即形成一次閃擊。3～4次閃擊構成一次閃電過程，其電場強度可達每厘米數千伏，電流達數萬安培，雷電通道處電壓達數千千伏，其瞬時功率極大，可達幾十太瓦，破壞性也極大（圖3）。

3 雷電災害的影響

3.1 雷電對生物造成的災害

雷電出現時常伴隨強降水，降低養殖塘表層水溫，

造成水溫分層，影響魚類等的代謝和生長，水溫差異過大極易使其產生應激反應，甚至死亡。雨水會稀釋養殖塘中的溶解氧，暴雨降下時水體上下對流強烈，從而引起溶解氧水平急速下降，導致魚蝦等缺氧；暴雨沖刷力較強，攜帶地表的污染物，如農藥、化肥等，進入養殖塘，污染水質，提高海洋生物感染病害的風險。此外，雷電活動還會引發電磁輻射和電擊現象，電磁輻射可能會干擾生物細胞的正常功能，削弱其免疫力，使其更易受到病原體的侵襲。

3.2 雷電對設備造成的災害

雷電具有高電流、過電壓的強破壞力，會直擊養殖塘的增氧泵、溫控系統、照明設備等，嚴重損壞關鍵設備，甚至使其完全報廢，帶來巨大的經濟損失。同時，會導致海洋牧場生態系統失衡，影響魚類的生長。例如，雷電擊中養殖塘的電路系統，造成供電故障，進而影響魚塘的增氧、循環水等設備的正常運行，最終導致魚塘里的生物因缺氧而死亡。

3.3 雷電對經濟造成的災害

魚類是養殖塘的主要產品，魚類大量死亡會降低養殖戶的收入。同時，由于魚類死亡和設施損壞，養殖戶需要投入更多的資金補充魚苗、修復或更換設施等，這進一步加重了養殖戶的經濟負擔。重新補充魚苗，會延長生產周期，致使養殖戶收回成本和再次投資的能力會受到一定的影響。

3.4 雷電活動存在的安全隱患

雷電擊中易燃物質（如養殖塘邊的建筑物、堆放的飼料等）時可能會引發火災，對養殖塘的生物和設備造成危害，對人員和財產構成威脅。此外，在雷電天氣，養殖塘內的海水和周邊設施可能帶電，提高人員觸電的風險。

4 雷電防御措施

4.1 外部設施防雷

第一，安裝避雷帶。若養殖場所的建筑物頂部為金屬結構，則將屋頂作為接閃器；若不為金屬結構，則參考《露天設施和堆場的防雷設計規范》安裝避雷帶，將雷電流導入海水中，有效防止養殖區域遭受雷擊威脅。

第二，建設接地系統。建設及完善魚塘及其周邊設施的接地系統。海水具有較好的導電性能，引入海水作為輔助，建設接地系統，確保接地電阻符合規范要求，一般在20 Ω以下。

第三，檢修排水系統。定期檢查并清理排水渠和管道，保持排水暢通，防止雷電引起的強降水對養殖塘造成損害。加固養殖塘堤壩，增強堤壩的承載能力與結構強度，減少雷電等自然災害可能引發的次生災害風險，如暴雨、大風等。

第四，建立并完善硬件防雷設施。按照國家標準規范設計，在水泵、增氧機等設備處安裝屏蔽層，有效抵御雷電等電磁干擾，保障設備穩定運行。針對雷電災害高發的重點區域，建筑、通信及電力等相關部門應加強排查與檢測工作，重點檢查如養殖管理用房、育苗大棚等設施的避雷裝置安裝是否符合標準，對安裝不合格的裝置進行完善，確保其有效性和安全性。同時，完善雷電監測網，通過應用先進的監測設備和技術手段，實時開展雷電監測和預報預警業務，及時發布雷電預警信號。

4.2 內部設備防雷

第一，電源防雷。在養殖塘的電源進線處安裝電源避雷器，防止雷電過電壓損壞電源系統。同時，在增氧機、水泵等關鍵設備的電源輸入端安裝避雷器，確保重要設備在雷電天氣下能安全運行。選擇具有10/350 μs

波形的一級試驗限壓式電源避雷器，其沖擊電流容量Iimp=50 kA。

第二，信號防雷。在養殖塘的通信和控制信號線的入口處安裝信號避雷器，防止雷電通過信號線侵入設備。選擇8/20 μs波形的二級試驗的信號避雷器，其標稱放電電流IN=10 kA。針對高度集成化的養殖場，建議在控制器模塊內部的電子組件he1信號電纜的終端節點等重要位置，增設信號浪涌保護設備，從而有效抵御雷電等瞬態過電壓對信號傳輸系統的潛在威脅。

第三，等電位連接。在養殖塘內部的關鍵位置（如控制器模塊、電子組件、信號電纜終端等）放置等電位連接端子板，將金屬構件、電氣設備和管道等相互連接并接地，從而消除或減少它們之間的電位差，防止雷電感應過電壓引起設備損壞和人身傷害。

第四，金屬物跨接。針對養殖塘內位置相近的平行或相交的大型金屬物件，應采取均勻的、多點位的跨接接地處理措施，以消除或減少雷電在這些金屬物之間產生的電位差，防止電擊事故的發生。

4.3 定期檢查與維護設施

定期檢查和維護人工魚塘的防雷設施，及時修復、更換損壞或老化的設備，確保防雷系統的有效性，最大限度地減少雷電對人工養殖塘和養殖戶造成的潛在威脅。

4.4 制定應急預案

制定詳細的雷電災害應急預案，包括人員疏散、設備保護、救援措施和應急物資儲備等。面對突發的雷電災害，防雷隊伍應根據現場情況迅速而有序地采取應對措施，盡可能將災害的影響降至最低，減少養殖戶的經濟損失，保障養殖戶的切身利益和人身安全。同時，防雷隊伍還應定期組織養殖戶開展雷電災害應急演練，模擬雷電災害發生時的場景和應對措施。通過演練，檢驗應急預案的可行性和有效性，提高養殖戶的應急處理能力和自救互救能力。

4.5 加強防雷專業隊伍建設

綜合、全面培養氣象專業人才，著力提升防雷專業隊伍的工作能力。收到雷電預警信息或發現雷電活動時，防雷隊伍應立即啟動應急預案，通知所有相關人員進入應急狀態，組織養殖塘內的人員迅速疏散至安全地帶，避免在露天場所停留。同時，為人員提供必要的防雷防護裝備和藥品。切斷養殖塘內非必要的電源，尤其是電器設備和照明設備，以減少雷電可能造成的損害。雷電過后，組織隊伍中的技術人員對養殖塘及其設施進行全面評估，確定損失情況并制訂恢復計劃。

4.6 加強防雷減災的教育宣傳

加大對養殖戶的安全教育引導，組織防雷減災現場宣傳活動，邀請氣象專家、防雷技術人員等現場解答養殖戶的問題，演示防雷設施的使用方法和應急疏散技巧。教授基礎性的應對防護措施，如定期檢查防雷設施，增強房屋及養殖場所的結構穩固性，并提高建筑物抵御雷擊災害的能力，確保其安全性能的提升。同時，將防雷減災教育宣傳納入養殖場的日常管理工作中，構建常態化、制度化的宣傳機制。通過持續不斷的宣傳教育，提高養殖戶的防雷減災能力。

5 結束語

通過綜合分析海洋牧場的特點和雷電成因，明確了雷電會對漁業發展造成嚴重的影響，如海洋生物死亡、養殖設備損毀和漁民經濟損失等。為減少雷電造成的災害，需對外部和內部的設施進行防雷，如建立接地系統、定期檢修排水系統、加固養殖塘的堤壩，同時制定應急預案、完善避雷系統和監測系統，并定期檢查和維護設施。此外，還需要加強雷電防護專業隊伍的培養，加大宣傳力度，從而增強從業者的防雷意識。根據雷電的特點及造成的災害，制定相應的防災對策，不僅能有效減輕雷電災害對海洋牧場的直接損害，確保漁業生產的平穩進行，保護養殖戶的生命財產安全，還可以進一步推動海洋牧場的可持續發展。

參考文獻

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[6] 曾呈奎，毛漢禮.海洋學的發展、現狀和展望[J].科學通報，1965（10）：876-883.

收稿日期：2024-09-19

作者簡介：趙鍇晶（2004—），女，云南劍川人，研究方向為大氣科學。#通信作者：冷丁丁（1970—），男，講師，研究方向為雷電防護，E-mail：lengdingding@163.com。