吳 彬 ,徐祥峰

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

引言

雷電災(zāi)害是一種嚴(yán)重的自然災(zāi)害，能夠造成人畜傷亡、建筑物損壞和電子設(shè)備受損，還可能誘發(fā)火災(zāi)和爆炸等次生災(zāi)害[1]。雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃是通過科學(xué)、系統(tǒng)的評估計(jì)算，利用雷電風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)大小而形成的風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃[2]，是降低雷電災(zāi)害發(fā)生或損失的有效辦法。目前，國內(nèi)氣象科技工作者已在雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃研究方面取得了許多成果。劉垚等[3]利用層次分析法計(jì)算各要素權(quán)重，對杭州市雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析，形成區(qū)劃圖。李韜等[4]利用GIS技術(shù)和自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估方法對賀州市進(jìn)行雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃及防御研究。黎梓華等[5]對桂林市雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)各要素等級指標(biāo)進(jìn)行綜合評估。內(nèi)江市屬于四川省雷電災(zāi)害發(fā)生的極高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，其雷電密度為6.2個(gè)/年·km2[6]。隨著內(nèi)江經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人口和經(jīng)濟(jì)的密集程度越來越高，雷電災(zāi)害的頻繁發(fā)生嚴(yán)重威脅著人民生命財(cái)產(chǎn)安全和社會公共安全，愈發(fā)引起社會各界的廣泛關(guān)注。因此，為提升內(nèi)江市雷電災(zāi)害主動防護(hù)能力，本文針對內(nèi)江市鄉(xiāng)鎮(zhèn)、街道一級為單元的行政區(qū)域開展雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估與區(qū)劃，這對降低因雷電災(zāi)害帶來的損失和保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全具有極其重要的意義。

1 地域環(huán)境

四川省內(nèi)江市位于四川盆地東南部、沱江下游中段，地跨東經(jīng)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(xiàn)轄市中區(qū)（含經(jīng)開區(qū)）、東興區(qū)（含高新區(qū)）、資中縣、威遠(yuǎn)縣，代管1個(gè)縣級市隆昌市，107個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，1609個(gè)行政村，14個(gè)街道辦事處，348個(gè)社區(qū)，幅員面積5385km2，總?cè)丝?30萬。內(nèi)江市地處四川省盆地中部丘陵地區(qū)，其地形以丘陵為主，東南、西南面有低山環(huán)繞。海拔高度350～450m間的丘陵約占90%，地質(zhì)構(gòu)造屬新華夏系沉降帶的一部分，褶斷規(guī)模小，地表由較平緩的紫色砂巖組成。屬亞熱帶濕潤季風(fēng)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?cè)照諘r(shí)數(shù)為1100～1300h，無霜期達(dá)330d。年內(nèi)災(zāi)害性天氣雷暴、大風(fēng)、暴雨、洪澇、干旱、低溫冰凍等氣象災(zāi)害頻繁發(fā)生。

2 資料和標(biāo)準(zhǔn)

雷電資料：采用2009～2018年內(nèi)江市閃電監(jiān)測數(shù)據(jù)，來源于四川省三維閃電監(jiān)測定位系統(tǒng)。

社會經(jīng)濟(jì)資料：采用以各鄉(xiāng)鎮(zhèn)、街道為單元行政區(qū)域內(nèi)的土地面積、年末總?cè)丝凇裆a(chǎn)總值（GDP）數(shù)據(jù)，來源于內(nèi)江市各縣（市、區(qū)）2009～2018年發(fā)布的統(tǒng)計(jì)年鑒。

基礎(chǔ)地理信息資料：采用源于國家基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫1：5萬GIS數(shù)據(jù)。

雷電災(zāi)害區(qū)劃標(biāo)準(zhǔn)：按照中國氣象標(biāo)準(zhǔn)雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃技術(shù)指南QX/T405-2017[7]。

3 研究方法

本區(qū)劃主要根據(jù)氣象與氣候?qū)W、自然地理學(xué)、災(zāi)害學(xué)、自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理等基本理論，采用風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法、GIS自然斷點(diǎn)法、加權(quán)綜合評價(jià)法等數(shù)量化方法，在GIS技術(shù)的支持下對內(nèi)江市雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析和評估，并編制雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃圖。圖1給出了雷電風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃的技術(shù)流程圖。

圖1 雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃流程

3.1 區(qū)劃技術(shù)流程

3.2 指數(shù)權(quán)重

對原始數(shù)據(jù)歸一化處理后，根據(jù)專家打分的方法確定指數(shù)權(quán)重。

設(shè)m個(gè)評價(jià)指標(biāo)i、n個(gè)被評價(jià)對象j，構(gòu)成原始數(shù)據(jù)矩陣對其歸一化處理后，對大者為優(yōu)的評價(jià)指標(biāo)值，具體公式如下：

對小者為優(yōu)的評價(jià)指標(biāo)值，具體公式如下：

4 內(nèi)江市雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分析和區(qū)劃

根據(jù)文中使用的風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃原則和方法，在GIS技術(shù)支持下，雷電災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃主要從致災(zāi)因子危險(xiǎn)性、承災(zāi)體暴露度、承災(zāi)體脆弱性三個(gè)方面進(jìn)行綜合分析。其中，致災(zāi)因子危險(xiǎn)性主要考慮不同等級閃電強(qiáng)度、海拔高度及地形起伏的影響；承災(zāi)體暴露度主要考慮各鄉(xiāng)鎮(zhèn)、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(zāi)體脆弱性主要分析受災(zāi)區(qū)域發(fā)生雷電災(zāi)害的抵御和恢復(fù)程度，考慮生命損失指數(shù)、經(jīng)濟(jì)損失指數(shù)、防護(hù)能力三個(gè)方面因素。對文中數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理后，通過專家打分確定了致災(zāi)因子危險(xiǎn)性、承災(zāi)體暴露度、承災(zāi)體脆弱性三個(gè)方面的各項(xiàng)指數(shù)權(quán)重，如表1所示。最后，對致災(zāi)因子危險(xiǎn)性、承災(zāi)體暴露度、承災(zāi)體脆弱性利用加權(quán)綜合與GIS自然斷點(diǎn)法，分析得出內(nèi)江市雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃。

表1 雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃指數(shù)權(quán)重

4.1 致災(zāi)因子危險(xiǎn)性分析

閃電強(qiáng)度分布特征：不同雷電流幅值大小的地閃頻次是雷電災(zāi)害的主要影響因子。通過對內(nèi)江市現(xiàn)轄市中區(qū)（經(jīng)開區(qū)）、東興區(qū)（高新區(qū)）、資中縣、威遠(yuǎn)縣、隆昌市近10a（2009～2018年）的閃電監(jiān)測數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)出各縣（市、區(qū)）不同雷電流幅值大小的地閃頻次，進(jìn)行歸一化處理后，利用反距離權(quán)重插值法和規(guī)范化處理得出內(nèi)江市閃電強(qiáng)度分布（圖2）。如圖所示，資中縣西北部和威遠(yuǎn)縣穹窿山區(qū)閃電強(qiáng)度值為15.62～16.66kA，相對強(qiáng)度最大，表示該區(qū)域雷電釋放能量較大，造成的損失相對較大；東興區(qū)東北部和隆昌市大部分區(qū)域閃電強(qiáng)度相對最小，其值為11.98～13.08KA，表示造成的損失相對較??；整個(gè)內(nèi)江市閃電強(qiáng)度分布特征由西向東呈遞減趨勢，閃電強(qiáng)度分為5個(gè)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(nèi)江市閃電強(qiáng)度分布（單位：KA）

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

圖3 內(nèi)江市海拔高度分布（單位：m）

地形起伏分布特征：通過對內(nèi)江市各鄉(xiāng)鎮(zhèn)、街道的高程數(shù)據(jù)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)差，形成內(nèi)江市地形標(biāo)準(zhǔn)差分布（圖4）；地形標(biāo)準(zhǔn)差分為5個(gè)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(nèi)江市地形標(biāo)準(zhǔn)差分布

致災(zāi)因子危險(xiǎn)性分布特征：根據(jù)專家打分，指數(shù)權(quán)重分別取值為閃電強(qiáng)度0.6、海拔高度0.3、地形起伏0.1，基于GIS計(jì)算雷電致災(zāi)因子危險(xiǎn)性，采用自然斷點(diǎn)法將其分為5個(gè)等級，雷電致災(zāi)因子危險(xiǎn)性計(jì)算公式如下：

式中：RH為致災(zāi)因子危險(xiǎn)性，Ln為閃電強(qiáng)度，Eh為海拔高度，Tr為地形起伏，wn、we和wt分別為閃電強(qiáng)度權(quán)重、海拔高度權(quán)重和地形起伏權(quán)重。

圖5為內(nèi)江市致災(zāi)因子危險(xiǎn)性分布。綜合圖2～5的分布特征發(fā)現(xiàn)，內(nèi)江市閃電強(qiáng)度越強(qiáng)、海拔高度越高、地形起伏越大的鄉(xiāng)鎮(zhèn)、街道，其雷電致災(zāi)因子危險(xiǎn)性風(fēng)險(xiǎn)越高，反之風(fēng)險(xiǎn)越低。高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)及次高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)分別是威遠(yuǎn)縣西北、西南區(qū)域和資中縣西北、西南區(qū)域，其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)為中等風(fēng)險(xiǎn)區(qū)；市中區(qū)（經(jīng)開區(qū)）、東興區(qū)（高新區(qū)）、隆昌市為次低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)和低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。

圖5 內(nèi)江市雷電致災(zāi)因子危險(xiǎn)性分布

4.2 承災(zāi)體暴露度分析

雷電承災(zāi)體暴露度主要考慮各鄉(xiāng)鎮(zhèn)、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(gè)評價(jià)指標(biāo)。

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

圖6 內(nèi)江市人口密度分布（單位：人/km2）

GDP密度分布特征：內(nèi)江市單位土地面積GDP密度分布如圖7所示。

圖7 內(nèi)江市GDP密度分布

承災(zāi)體暴露度分布特征：根據(jù)專家打分，指數(shù)權(quán)重分別取值為人口密度0.6、GDP密度0.4，基于GIS計(jì)算雷電承災(zāi)體暴露度，采用自然斷點(diǎn)法將其分為5個(gè)等級，得出內(nèi)江市各鄉(xiāng)鎮(zhèn)、街道的雷電承災(zāi)體暴露度，如圖8所示。高暴露度和次高暴露度區(qū)域包括市中區(qū)（經(jīng)開區(qū)）城區(qū)、交通鎮(zhèn)、四合鎮(zhèn)、白馬鎮(zhèn)，東興區(qū)（高新區(qū)）城區(qū)、椑木鎮(zhèn)，隆昌市金鵝街道、桂花井鎮(zhèn)，威遠(yuǎn)縣嚴(yán)陵鎮(zhèn)、向義鎮(zhèn)，資中縣重龍鎮(zhèn)、水南鎮(zhèn)、明心寺鎮(zhèn)、球溪鎮(zhèn)；其他區(qū)域?yàn)橹械取⒋蔚?、低暴露度?/p>

圖8 內(nèi)江市雷電承災(zāi)體暴露度分布

承災(zāi)體暴露度計(jì)算公式如下：

式中：RE為承災(zāi)體暴露度；Pd、Gd、wp和wg分別指人口密度、GDP密度、人口密度權(quán)重和GDP密度權(quán)重。

4.3 承災(zāi)體脆弱性分析

承災(zāi)體脆弱性表示受災(zāi)區(qū)域發(fā)生雷電災(zāi)害的抵御能力和恢復(fù)程度，主要考慮生命損失指數(shù)、經(jīng)濟(jì)損失指數(shù)、防護(hù)能力三個(gè)方面因素。

生命損失指數(shù)分布特征：生命損失指數(shù)是指受災(zāi)區(qū)域發(fā)生雷電災(zāi)害時(shí)單位面積內(nèi)受危害人口數(shù)量，單位為人/km2，該指標(biāo)客觀反映區(qū)域內(nèi)生命對災(zāi)害的敏感性，也間接反映區(qū)域防御和抵抗雷電災(zāi)害的能力。通過歸一化處理，得出內(nèi)江市雷電承災(zāi)體生命損失指數(shù)分布（圖9）。內(nèi)江市單位面積內(nèi)人口最多的鄉(xiāng)鎮(zhèn)、街道雷電承受生命損失指數(shù)最大，反之最小。生命損失指數(shù)最大的地區(qū)包括市中區(qū)（經(jīng)開區(qū)）城區(qū)、交通鎮(zhèn)、四合鎮(zhèn)，東興區(qū)（高新區(qū)）城區(qū)，隆昌市金鵝街道，威遠(yuǎn)縣嚴(yán)陵鎮(zhèn)、鎮(zhèn)西鎮(zhèn)、連界鎮(zhèn)，資中縣重龍鎮(zhèn)、水南鎮(zhèn)、銀山鎮(zhèn)、球溪鎮(zhèn)、龍江鎮(zhèn)、孟塘鎮(zhèn)；其他區(qū)域生命損失指數(shù)均低于0.56。

圖9 內(nèi)江市雷電承災(zāi)體生命損失指數(shù)分布（單位：人/km2）

經(jīng)濟(jì)損失指數(shù)分布特征：經(jīng)濟(jì)損失指數(shù)是指區(qū)域內(nèi)發(fā)生雷電災(zāi)害時(shí)單位面積上的經(jīng)濟(jì)損失，單位為萬元/km2，主要反映區(qū)域單位面積上的經(jīng)濟(jì)損失，抵抗雷電災(zāi)害能力和可迅速恢復(fù)能力。對其進(jìn)行歸一化處理，形成歸一化的雷電承災(zāi)體經(jīng)濟(jì)損失指數(shù)分布（圖10）。

圖10 內(nèi)江市雷電承災(zāi)體經(jīng)濟(jì)損失指數(shù)分布（單位：萬元/km2）

防護(hù)能力分布特征：將內(nèi)江市土地利用分為建設(shè)用地、農(nóng)用地、未利用地進(jìn)行賦值，統(tǒng)一歸一化處理，形成內(nèi)江市雷電承災(zāi)體防護(hù)能力分布（圖11）。如圖所示，雷電承災(zāi)體防護(hù)能力為1.00～0.59的地區(qū)包括市中區(qū)（經(jīng)開區(qū)）城區(qū)、交通鎮(zhèn)、白馬鎮(zhèn)，東興區(qū)（高新區(qū)）城區(qū)、椑木鎮(zhèn)，隆昌市金鵝街道、山川鎮(zhèn)，資中縣重龍鎮(zhèn)、水南鎮(zhèn)，威遠(yuǎn)縣嚴(yán)陵鎮(zhèn)、向義鎮(zhèn)；其他區(qū)域雷電承災(zāi)體防護(hù)能力為0.59～0.50。

圖11 內(nèi)江市雷電承災(zāi)體防護(hù)能力分布

承災(zāi)體脆弱性分布特征：根據(jù)專家打分，指數(shù)權(quán)重分別取值為生命損失指數(shù)0.3、經(jīng)濟(jì)損失指數(shù)0.3、防護(hù)能力0.4?；贕IS計(jì)算內(nèi)江市雷電承災(zāi)體脆弱性，采用自然斷點(diǎn)法將其分為5個(gè)等級，得出內(nèi)江市雷電承災(zāi)體脆弱性分布（圖12）。如圖所示，內(nèi)江市大部分區(qū)域是雷電承災(zāi)體高脆弱性和次高脆弱性；次低脆弱性和低脆弱性地區(qū)包括市中區(qū)（經(jīng)開區(qū)）城區(qū)、交通鎮(zhèn)，東興區(qū)（高新區(qū)）城區(qū)，隆昌市金鵝街道，資中縣重龍鎮(zhèn)、水南鎮(zhèn)。

圖12 內(nèi)江市雷電承災(zāi)體脆弱性分布

承災(zāi)體脆弱性計(jì)算公式如下：

式中：RF為承災(zāi)體脆弱性；Cl為生命損失指數(shù)；Ml為經(jīng)濟(jì)損失指數(shù)；Pc為防護(hù)能力指數(shù)權(quán)重；wc、wm、wp分別是指生命損失指數(shù)權(quán)重、經(jīng)濟(jì)損失指數(shù)權(quán)重和防護(hù)能力指數(shù)權(quán)重。

4.4 內(nèi)江市雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估與區(qū)劃

內(nèi)江市雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)計(jì)算公式如下：

式中LDRI為雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，RH、RE、RF分別表示風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)模型中的致災(zāi)因子危險(xiǎn)性、承災(zāi)體暴露度和承災(zāi)體脆弱性各評價(jià)因子指數(shù)擴(kuò)大10倍后的數(shù)值；wh、we、wf對應(yīng)各評價(jià)因子的權(quán)重。根據(jù)專家打分，指數(shù)權(quán)重分別取值為致災(zāi)因子危險(xiǎn)性0.5、承災(zāi)體暴露度0.3、承災(zāi)體脆弱性0.2?；贕IS計(jì)算雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，采用自然斷點(diǎn)法將其分為5個(gè)等級，等級劃分如表2可見。最終形成內(nèi)江市雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃（圖13）。

表2 內(nèi)江市雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)等級劃分

圖13 內(nèi)江市雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃

5 結(jié)論與討論

本文利用2009～2018年內(nèi)江市5個(gè)縣（市、區(qū)）的閃電定位資料，結(jié)合社會經(jīng)濟(jì)資料和基礎(chǔ)地理信息資料，在GIS技術(shù)支持下，開展了內(nèi)江市雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分析和評估，編制了內(nèi)江市雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃，其主要結(jié)論為：內(nèi)江市雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)西部高于東部，整體呈現(xiàn)由西向東遞減；高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)及次高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)集中在內(nèi)江市城區(qū)、威遠(yuǎn)縣中部和穹窿山區(qū)一帶、資中縣中部和西北部區(qū)域；中等風(fēng)險(xiǎn)區(qū)位于經(jīng)開區(qū)四合鎮(zhèn)，市中區(qū)史家鎮(zhèn)、全安鎮(zhèn)、朝陽鎮(zhèn)、凌家鎮(zhèn)，東興區(qū)椑木鎮(zhèn)，資中縣銀山鎮(zhèn)、明心寺鎮(zhèn)，隆昌市黃家鎮(zhèn)、桂花井鎮(zhèn)、雙鳳鎮(zhèn)；低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)及次低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)則集中在市中區(qū)龍門鎮(zhèn)、伏龍鎮(zhèn)、永安鎮(zhèn)、靖民鎮(zhèn)、龔家鎮(zhèn)，東興區(qū)中部、東北部、東南部，資中縣水南鎮(zhèn)，隆昌市大部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)。

雖然本文利用2009～2018年近10年內(nèi)江市5個(gè)縣（市、區(qū)）的有關(guān)資料，對內(nèi)江市雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了綜合分析和評價(jià)，完成了內(nèi)江市雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃，基本達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。但是，雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)因子還有待完善，由于許多受災(zāi)單位和個(gè)人發(fā)生雷擊災(zāi)害事故后未能及時(shí)向當(dāng)?shù)貧庀笾鞴懿块T報(bào)備，導(dǎo)致這個(gè)因子難以準(zhǔn)確使用，今后，應(yīng)加強(qiáng)對雷電災(zāi)害的統(tǒng)計(jì)，盡量準(zhǔn)確使用這一重要因子，做到更精準(zhǔn)的雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃。