吳永斌，莊 嘉，尹磊邦，劉平英

(云南省氣象災(zāi)害防御技術(shù)中心，云南 昆明 650034)

0 引言

2018年9月8日10時(shí)31分云南省墨江縣發(fā)生5.9級(jí)地震，震中位于通關(guān)鎮(zhèn)丙蚌村，震源深度11 km。此次地震影響范圍廣，受災(zāi)區(qū)域位于哀牢山海拔高差1 800 m的貧困山區(qū)，村落多零散分布于山區(qū)坡地；造成168個(gè)村10余萬(wàn)人受災(zāi)；救援難度大，災(zāi)區(qū)交通、水利、電力、通訊等基礎(chǔ)設(shè)施損毀嚴(yán)重，大型救援設(shè)備無(wú)法進(jìn)入災(zāi)區(qū)，大量民房倒塌，而用于應(yīng)急安置的活動(dòng)板房無(wú)法在坡地面積占比大的震區(qū)多地裝設(shè)；地震發(fā)生正值當(dāng)?shù)刂餮雌?，次生?zāi)害風(fēng)險(xiǎn)高；震后災(zāi)區(qū)天氣變化反復(fù)無(wú)常,出現(xiàn)暴雨、雷電等氣象災(zāi)害, 給應(yīng)急救災(zāi)工作帶來(lái)較大困難。根據(jù)救災(zāi)需要，政府部門在災(zāi)區(qū)安置了大量的臨時(shí)帳篷，在雷雨天氣條件下，位于山坡安置地的臨時(shí)帳篷面臨雷電安全隱患，極易因雷擊造成人身傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，導(dǎo)致應(yīng)急救援過(guò)程中的二次災(zāi)害[1]。本文分析墨江縣5.9級(jí)地震災(zāi)區(qū)雷電活動(dòng)特征及其危險(xiǎn)性，重點(diǎn)介紹地震災(zāi)區(qū)過(guò)渡安置點(diǎn)的雷電防護(hù)要點(diǎn)和具體做法,提出科學(xué)有效的雷電災(zāi)害應(yīng)急防御對(duì)策。

1 地震災(zāi)區(qū)雷電危險(xiǎn)性分析

在雷雨季節(jié)的地震應(yīng)急救援工作中，是否采取防雷措施或者采取何種防雷措施，主要依據(jù)當(dāng)?shù)氐睦纂娀顒?dòng)規(guī)律[2]。通過(guò)云南省閃電定位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)等資料，分析墨江5.9級(jí)地震災(zāi)區(qū)雷電活動(dòng)時(shí)空分布特征[3]，對(duì)震中5 km范圍內(nèi)的雷電危險(xiǎn)性進(jìn)行評(píng)估分析[4]。

1.1 墨江縣雷電易發(fā)區(qū)域及防范等級(jí)劃分

墨江縣歷年平均年雷暴日數(shù)為76 d，屬于多雷區(qū)。由墨江縣雷電易發(fā)區(qū)域及其防范等級(jí)劃分[5](圖1)可見(jiàn)，墨江縣雷電活動(dòng)呈北高南低分布，地震災(zāi)區(qū)大部處于雷電高易發(fā)區(qū)，震中通關(guān)鎮(zhèn)處于雷電極高易發(fā)區(qū)。

圖1 墨江縣雷電易發(fā)區(qū)域及其防范等級(jí)劃分Fig.1 The distribution of lightning-prone areas and their prevention levels in Mojiang County

1.2 地震災(zāi)區(qū)雷電的空間分布特征

地閃密度表征雷云對(duì)地放電的頻繁程度。由圖2可見(jiàn)，震中通關(guān)鎮(zhèn)年平均地閃密度為1.87次/(km2·a)，最大地閃密度為6.08次/(km2·a)。地震災(zāi)區(qū)地閃活動(dòng)頻繁，處于空曠戶外區(qū)域的建(構(gòu))筑物和人員易遭受直擊雷侵襲，發(fā)生雷電災(zāi)害的可能性較大。

圖2 墨江縣2008—2017年平均年地閃密度空間分布圖Fig.2 Spatial distribution of annual average ground flash density in Mojiang County from 2008 to 2017

2008—2017年墨江縣共發(fā)生地閃活動(dòng)65 113次，其中正地閃3 133次，負(fù)地閃61 980次。地震災(zāi)區(qū)地閃強(qiáng)度的絕對(duì)值主要分布在20～40 kA，該強(qiáng)度范圍內(nèi)的地閃次數(shù)占總地閃次數(shù)的52.72%，最大正地閃強(qiáng)度293 kA，最大負(fù)地閃強(qiáng)度-135.4 kA，災(zāi)區(qū)歷年平均地閃電流強(qiáng)度為33.41 kA(圖3)。

圖3 墨江縣2008—2017年年平均地閃強(qiáng)度的空間分布Fig.3 Spatial distribution of annual average ground flash intensity in Mojiang County from 2008 to 2017

1.3 地震災(zāi)區(qū)雷電的時(shí)間分布特征

從地閃次數(shù)的逐月變化(圖4)來(lái)看，5月以后地閃活動(dòng)逐漸增強(qiáng)，總地閃次數(shù)呈現(xiàn)快速躍升的趨勢(shì)，地閃活動(dòng)主要集中發(fā)生在6—9月，該時(shí)段累計(jì)地閃次數(shù)占總地閃次數(shù)的79.7%；8月地閃活動(dòng)最為活躍，地閃次數(shù)達(dá)17 646次；10月以后，地閃活動(dòng)逐漸減弱。地震發(fā)生當(dāng)月為災(zāi)區(qū)雷電活動(dòng)頻次的次高月，地閃次數(shù)達(dá)15 806次；震后3個(gè)月內(nèi)均有雷電活動(dòng)，在應(yīng)急救援和過(guò)渡安置過(guò)程中存在雷擊風(fēng)險(xiǎn)，9月的雷電致災(zāi)幾率較大。

圖4 墨江縣2008—2017年地閃活動(dòng)的逐月分布圖Fig.4 Monthly distribution of lightning activities in Mojiang County from 2008 to 2017

從地閃次數(shù)的日變化來(lái)看(圖5)，地閃活動(dòng)分布趨勢(shì)呈雙峰一谷形勢(shì)，地閃活動(dòng)在13—20時(shí)最為活躍，17—19時(shí)地閃次數(shù)達(dá)到峰值；23時(shí)—次日05時(shí)，地閃活動(dòng)也較為活躍。

圖5 墨江縣2008—2017年地閃活動(dòng)的日變化圖Fig.5 Daily variation of lightning activity in Mojiang County from 2008 to 2017

1.4 震中5 km范圍內(nèi)雷電活動(dòng)分布和危險(xiǎn)性等級(jí)評(píng)估

2018年1月1日—12月31日，震中5 km范圍內(nèi)共發(fā)生地閃活動(dòng)118次，其中負(fù)地閃發(fā)生109次，正地閃發(fā)生9次，最強(qiáng)地閃發(fā)生在8月29日22時(shí)20分，強(qiáng)度為165.8 kA。震后3個(gè)月內(nèi)，震中5 km范圍內(nèi)發(fā)生地閃活動(dòng)10次，均為負(fù)地閃，最強(qiáng)地閃發(fā)生在10月27日07時(shí)54分，強(qiáng)度為64 kA，位于丙蚌村附近。經(jīng)過(guò)地震災(zāi)區(qū)雷電易發(fā)區(qū)域及防范等級(jí)劃分和雷電活動(dòng)時(shí)空分布特征分析，震中5 km范圍內(nèi)震后3個(gè)月內(nèi)的雷電危險(xiǎn)性評(píng)估為較高等級(jí)，9月雷電危險(xiǎn)性等級(jí)為極高，災(zāi)區(qū)雷電危險(xiǎn)性相對(duì)較大的是牛庫(kù)村、畢庫(kù)村和丙蚌村等區(qū)域。

2 地震災(zāi)區(qū)雷電應(yīng)急防御對(duì)策

根據(jù)墨江5.9級(jí)地震災(zāi)區(qū)雷電活動(dòng)特征和危險(xiǎn)性分析，災(zāi)區(qū)大部區(qū)域處于雷電高易發(fā)區(qū)，震中處于雷電極高易發(fā)區(qū)；災(zāi)區(qū)雷電活動(dòng)頻繁且強(qiáng)度較大，震后當(dāng)月雷電危險(xiǎn)性等級(jí)為極高，午后至夜間地閃活動(dòng)最活躍。結(jié)合抗震救災(zāi)應(yīng)急需要，本節(jié)提出地震災(zāi)區(qū)雷電應(yīng)急防御對(duì)策，重點(diǎn)介紹過(guò)渡安置場(chǎng)所的雷電防護(hù)要點(diǎn)和具體措施。

2.1 過(guò)渡安置點(diǎn)的雷電防護(hù)要點(diǎn)

2.1.1 過(guò)渡安置點(diǎn)的選址 地震災(zāi)區(qū)應(yīng)急安置房的選址除了應(yīng)避開地震斷裂帶、滑坡、崩塌、泥石流、山洪等自然災(zāi)害及次生災(zāi)害影響地段，避開水源保護(hù)區(qū)、水庫(kù)泄洪區(qū)、瀕險(xiǎn)水庫(kù)下游地段，還應(yīng)該避開易遭受直擊雷的區(qū)域，如：山口、山頂、風(fēng)口、池沼、葦塘、低洼潮濕地、地下水出口處，山區(qū)架空線下和轉(zhuǎn)角處，以及大樹、鐵塔、電桿等易受雷擊的物體旁[6]。

2.1.2 過(guò)渡安置點(diǎn)的直擊雷防護(hù) 應(yīng)設(shè)置獨(dú)立接閃桿對(duì)集中安置點(diǎn)進(jìn)行保護(hù)，綜合考慮保護(hù)對(duì)象規(guī)模及現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，應(yīng)用傳統(tǒng)的滾球法[7]和區(qū)域防護(hù)法[8]來(lái)確定其安裝位置和高度。若安置點(diǎn)帳篷數(shù)量較少且相對(duì)集中，可應(yīng)用滾球法的防護(hù)理念對(duì)接閃桿進(jìn)行布設(shè)[4]，獨(dú)立接閃桿應(yīng)將被保護(hù)的安置帳篷處于直擊雷防護(hù)區(qū)(LPZ0B)內(nèi)，滾球半徑取60 m，其沖擊接地電阻值不應(yīng)大于30 Ω，安置點(diǎn)內(nèi)的電視接收天線、通信天線等設(shè)施應(yīng)置于LPZ0B 區(qū)；當(dāng)帳篷數(shù)量較多或分布相對(duì)分散，則應(yīng)用區(qū)域防護(hù)的理念以獲取較好的效果，此時(shí)獨(dú)立接閃桿應(yīng)布設(shè)在安置點(diǎn)上風(fēng)方地理位置較高處。

2.1.3 閃電電涌侵入防護(hù) 獨(dú)立接閃桿的支柱(架)上,不應(yīng)懸掛電源線、電話線、廣播線、電視接收天線和其它信號(hào)線，不應(yīng)利用支柱架設(shè)金屬線晾曬衣物。進(jìn)入安置房的各種金屬管線,如水管、供電線和電話、電視信號(hào)線等,應(yīng)在入口處與接地裝置進(jìn)行等電位連接，電源輸配電系統(tǒng)和弱電系統(tǒng)應(yīng)安裝電涌保護(hù)器[10]。

2.1.4 接觸電壓和跨步電壓防護(hù) 為防止人畜發(fā)生接觸電壓和跨步電壓的危害，應(yīng)在獨(dú)立接閃桿的醒目位置掛設(shè)指示標(biāo)識(shí)，用護(hù)欄、警告牌等防止人畜進(jìn)入引下線3 m以內(nèi)的范圍，把接觸電壓和跨步電壓的危害降至最低限度。引下線入地點(diǎn)附近地表層的電阻率不應(yīng)小于50 kΩ·m，或敷設(shè)15 cm厚礫石層[7]。

2.2 雷電應(yīng)急防護(hù)的做法

2.2.1 現(xiàn)場(chǎng)勘查 按照“重點(diǎn)防護(hù)、以點(diǎn)帶面、示范宣傳”的原則開展地震災(zāi)區(qū)雷電應(yīng)急防護(hù)工作，在應(yīng)急救援期，首先采取直擊雷應(yīng)急防護(hù)措施。依據(jù)地震災(zāi)區(qū)雷電危險(xiǎn)性分析結(jié)果，深入地震災(zāi)區(qū)現(xiàn)場(chǎng)勘查后，選擇處于雷電極高易發(fā)區(qū)域內(nèi)、安置災(zāi)民較為集中的和平九沖、田心九房、上魚塘、老馬寨和中寨山頂5個(gè)安置點(diǎn)裝設(shè)應(yīng)急防雷裝置(表1)。

2.2.2 應(yīng)急防護(hù)設(shè)計(jì)思路 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境及安置點(diǎn)規(guī)模，和平九沖、田心九房、上魚塘的接閃桿應(yīng)用區(qū)域防護(hù)的理念來(lái)進(jìn)行布設(shè)。分析墨江站近10 a氣象資料繪制的風(fēng)向占比玫瑰圖顯示，西風(fēng)、西南偏西風(fēng)和南風(fēng)占比較高，分別為13.6%、16.7%和12.4%。因此，接閃桿的布設(shè)位置選擇在安置點(diǎn)的西南方且相對(duì)位置較高處，對(duì)雷暴進(jìn)行提前接閃和泄放[7]。老馬寨和中寨山頂則應(yīng)用滾球法防護(hù)的理念來(lái)對(duì)接閃桿進(jìn)行布設(shè)。為便于運(yùn)輸和安裝，采用的接閃桿為便攜式應(yīng)急接閃桿，其支撐桿為7段伸縮桿，最高高度12 m，支撐桿頂部裝設(shè)高度為80 cm的提前預(yù)放電式避雷針。和平九沖安置點(diǎn)由于范圍較大，采用雙支接閃桿保護(hù)，其余安置點(diǎn)采用單支接閃桿保護(hù)，在5個(gè)集中安置點(diǎn)安裝6支接閃桿保護(hù)臨時(shí)安置點(diǎn)。根據(jù)各安置點(diǎn)的實(shí)際情況確定具體的實(shí)施方案(表1)。應(yīng)急接閃桿分別設(shè)置人工接地體，接地電阻值不大于30 Ω，老馬寨和中寨山頂?shù)慕娱W桿位置距離安置點(diǎn)較近，為減少旁側(cè)閃落和跨步電壓的危害，接地裝置采用環(huán)形地網(wǎng)進(jìn)行敷設(shè)。

表1 墨江5.9級(jí)地震災(zāi)區(qū)應(yīng)急防雷裝置信息表Tab.1 Information table of emergency lightning protection devices in the Mojiang 5.9 earthquake area

2.2.3 防護(hù)措施

①人工接地體

每支應(yīng)急接閃桿設(shè)置1組人工接地體。和平九沖、田心九房、上魚塘的4支接閃桿在基座下方水平同向或輻射分向開挖深50 cm、寬30 cm的地溝，以5 m間距垂直打下∠30 mm×30 mm×3 mm、長(zhǎng)1 m的熱鍍鋅角鋼作為垂直接地體，垂直接地體間利用50 mm2多芯銅線螺栓緊固連接作為水平接地體，最后通過(guò)2根50 mm2多芯銅線與桿體螺栓緊固連接。老馬寨和中寨山頂?shù)慕娱W桿以桿底為中心，半徑為5 m敷設(shè)1圈環(huán)形地體，使用材料和連接方式相同。

②安裝接閃桿

將7段伸縮桿全部升開，接閃桿下段裝有三角支撐架進(jìn)行固定。為確保桿體穩(wěn)定，保證安全，在支撐桿上、中、下部分別通過(guò)3根攀線打樁固定，支撐桿與接閃針通過(guò)螺紋扭裝。

③測(cè)試及檢查

敷設(shè)人工接地體時(shí)同步測(cè)試接地電阻，確保接地電阻值符合國(guó)家規(guī)范要求。測(cè)試合格后，對(duì)地溝進(jìn)行覆土夯實(shí)，用石塊等重物堆壘于接閃桿基座處，確保接閃桿的穩(wěn)固。最后在接閃桿3 m范圍處圍繞警戒線，懸掛警示標(biāo)識(shí)。

2.2.4 科普宣傳 在深入地震災(zāi)區(qū)現(xiàn)場(chǎng)勘查、應(yīng)急防雷裝置選點(diǎn)和安裝的過(guò)程中，廣泛開展氣象災(zāi)害防御知識(shí)宣傳，在開展墨江5.9級(jí)地震雷電應(yīng)急防護(hù)工作中,共發(fā)放《云南防雷避險(xiǎn)手冊(cè)》3 000余冊(cè)，沿途為災(zāi)區(qū)群眾和救援隊(duì)伍宣傳雷電災(zāi)害的危險(xiǎn)性，講解雷暴天氣發(fā)生時(shí)自救互救的常識(shí)。

3 小結(jié)

①雷電活動(dòng)隨季節(jié)和時(shí)段不同有明顯變化，墨江5.9級(jí)地震災(zāi)區(qū)雷電活動(dòng)頻繁且強(qiáng)度較大，災(zāi)區(qū)大部區(qū)域處于雷電高易發(fā)區(qū)，震中通關(guān)鎮(zhèn)處于雷電極高易發(fā)區(qū)；震中歷年平均年地閃密度為1.87次/(km2·a)，最大地閃密度為6.08次/(km2·a)，平均地閃強(qiáng)度為33.41 kA；災(zāi)區(qū)7—9月地閃活動(dòng)最為頻繁，震后3個(gè)月內(nèi)雷電危險(xiǎn)性等級(jí)為較高，9月雷電危險(xiǎn)性等級(jí)為極高；災(zāi)區(qū)午后至夜間地閃活動(dòng)最為活躍，17—19時(shí)地閃次數(shù)達(dá)到峰值。處于戶外的應(yīng)急救援人員和災(zāi)區(qū)群眾應(yīng)及時(shí)采取雷電防御避險(xiǎn)措施。

②依據(jù)墨江5.9級(jí)地震災(zāi)區(qū)雷電活動(dòng)特征及其危險(xiǎn)性分析，結(jié)合災(zāi)區(qū)地理地貌特點(diǎn)和重大突發(fā)事件應(yīng)急救援需要，按照“重點(diǎn)防護(hù)、以點(diǎn)帶面、示范宣傳”的原則，采取“一躲二防三宣傳”的措施，盡量避免和減少雷擊對(duì)地震災(zāi)區(qū)造成的二次災(zāi)害。一是應(yīng)急安置點(diǎn)的選址應(yīng)避開雷擊易發(fā)區(qū)域，應(yīng)急救援和災(zāi)后恢復(fù)重建應(yīng)避開雷電活動(dòng)高發(fā)時(shí)段。二是應(yīng)用區(qū)域防護(hù)和滾球法防護(hù)的設(shè)計(jì)理念裝設(shè)應(yīng)急避雷裝置，綜合考慮直擊雷、閃電電涌侵入、接觸和跨步電壓防護(hù)的防護(hù)措施。三是宣傳，雷電在農(nóng)村造成的災(zāi)害，多是因?yàn)槿罕娙狈Ψ览壮ＷR(shí)所致[11-12]。應(yīng)當(dāng)動(dòng)員和組織有關(guān)力量發(fā)放宣傳材料，講解科普知識(shí), 提高災(zāi)區(qū)群眾的防雷減災(zāi)意識(shí)，增強(qiáng)雷電災(zāi)害安全防范和避險(xiǎn)處置能力。

③墨江5.9級(jí)地震災(zāi)區(qū)是雷電災(zāi)害防御的薄弱區(qū)，基礎(chǔ)設(shè)施的防雷裝置不完善，應(yīng)急救援和臨時(shí)安置期雷電危險(xiǎn)性較高，救援隊(duì)伍和災(zāi)區(qū)群眾受雷電危害風(fēng)險(xiǎn)較大。應(yīng)當(dāng)做好災(zāi)區(qū)雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管控和隱患排查,采取有效措施,避免災(zāi)區(qū)雷電災(zāi)害的發(fā)生。一是管控雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)，廣泛宣傳地震災(zāi)區(qū)雷電活動(dòng)的特征和危險(xiǎn)性，制定雷電災(zāi)害應(yīng)急預(yù)案,充分發(fā)揮應(yīng)急防雷裝置的防護(hù)和示范作用，加強(qiáng)檢查巡邏，避免次生災(zāi)害。二是排查雷電災(zāi)害隱患，開展防雷安全檢查,及時(shí)排查、及時(shí)治理。三是做好強(qiáng)對(duì)流天氣的預(yù)報(bào)預(yù)警，開展雷電監(jiān)測(cè)分析、雷電落區(qū)預(yù)報(bào)和短臨預(yù)警，將災(zāi)害性天氣預(yù)報(bào)預(yù)警信息第一時(shí)間傳送到災(zāi)區(qū)群眾和救援隊(duì)伍手中。