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      牯牛降景區(qū)棧道雷電防護(hù)實(shí)踐與研究

      2018-11-07 07:53:58王強(qiáng)生蔡茶花劉玉林侍瑞安徽省池州市氣象局
      安徽科技 2018年1期
      關(guān)鍵詞:石臺(tái)縣牯牛觀景臺(tái)

      ◎文/王強(qiáng)生 蔡茶花 劉玉林 侍瑞(安徽省池州市氣象局)

      我國(guó)具有豐富的旅游資源,隨著社會(huì)的不斷發(fā)展、人民生活水平的穩(wěn)步提高,各地的旅游業(yè)也得到了蓬勃發(fā)展。游步棧道就像旅游景區(qū)的血脈,為游客更舒心地游覽提供了便利,游客通過(guò)各式各樣的棧道可以到達(dá)景區(qū)內(nèi)的每一個(gè)景點(diǎn)。據(jù)相關(guān)資料統(tǒng)計(jì),國(guó)內(nèi)許多旅游景區(qū)均發(fā)生過(guò)游客在棧道或觀景臺(tái)遭受雷擊的事件,因此,景區(qū)棧道的防雷工作就顯得尤為重要。景區(qū)的棧道雷電防護(hù)具有特殊性,和普通建筑物及電子信息系統(tǒng)的雷電防護(hù)有所不同。本文通過(guò)介紹牯牛降棧道防雷工程的實(shí)施,為其他景區(qū)棧道或棧閣雷電防護(hù)設(shè)計(jì)、研究工作提供參考。

      一、牯牛降景區(qū)基本概況

      1.地理和氣候環(huán)境

      牯牛降國(guó)家自然保護(hù)區(qū)鑲嵌在皖南山區(qū),自東向西橫臥,秋浦河和閶江以此為分水嶺。牯牛降最高峰“牯牛大崗”地處石臺(tái)縣,離縣城約20km左右,擁有超過(guò)10萬(wàn)畝的核心區(qū),海拔高度為1727.6m,相對(duì)高差近1700m。在特殊地理、氣候的共同影響下,形成了牯牛降獨(dú)特的亞熱帶季風(fēng)和山地氣候垂直變化大的雙重氣候特征。牯牛降1300m高度以上終年沒(méi)有夏季,只有冷暖兩季,牯牛降的年平均溫度11.9℃,年平均降水量為1973.2mm,年降水日數(shù)多達(dá)189天,暴雨日平均為9天。

      2.周圍的地形及氣候

      石臺(tái)縣地形以山嶺分布最廣,超過(guò)全縣總面積的五分之四,境內(nèi)千巖萬(wàn)壑,極其陡峭。牯牛降風(fēng)景區(qū)周邊地形復(fù)雜,地勢(shì)起伏非常大,雨水充沛,河系非常發(fā)達(dá),是閶江、秋浦河的最高分水嶺。牯牛降地區(qū)大氣的水汽來(lái)源于太平洋和印度洋的孟加拉灣,4—8月大量水汽隨東南和西南季風(fēng)進(jìn)入牯牛降地區(qū)上空,與北方冷空氣相遇,常常形成暴雨。牯牛降土壤母巖主要是花崗巖,風(fēng)化物中含石英、長(zhǎng)石等粗粒礦物較多,土質(zhì)粗松,膠結(jié)力低,抗侵蝕力差。

      二、牯牛降景區(qū)雷暴日特征分析

      圖1 石臺(tái)1967—2010年年雷暴日曲線

      牯牛降景區(qū)位于北緯30度附近,地形復(fù)雜,是氣象災(zāi)害的重災(zāi)區(qū),4—8月份是雷暴、龍卷風(fēng)、颮線等強(qiáng)對(duì)流天氣高發(fā)期,加之受地形、地理位置和特殊地質(zhì)的共同影響,景區(qū)內(nèi)極易產(chǎn)生暴雨、大風(fēng)、冰雹、龍卷風(fēng)、雷電等災(zāi)害性天氣,經(jīng)常表現(xiàn)為突發(fā)性和局地性,而且強(qiáng)度大、次數(shù)多,持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。達(dá)37天。石臺(tái)縣年內(nèi)各月均有雷暴出現(xiàn),即使在隆冬季節(jié)(12月—翌年1月)亦會(huì)出現(xiàn),但月雷暴日數(shù)季節(jié)變化很大。據(jù)分析(見(jiàn)圖2),雷暴日最多出現(xiàn)在夏季(6—8月),占全年的61.4%,而冬季(12月—翌年2月)只有3.1%。這表明石臺(tái)縣的雷暴天氣主要集中在雨季,占全年的95.5%,其中出現(xiàn)最多的是7月,其次是8月。

      三、牯牛降棧道的防雷措施

      牯牛降自然保護(hù)區(qū)不但森林覆蓋率高,年降水量大,氣候非常濕潤(rùn),且地下有豐富的金屬礦藏,屬于雷暴多發(fā)區(qū)。景區(qū)棧道全長(zhǎng)2.78km,寬度在1.8~2m,旅游旺季游客多而集中,如果棧道的雷電防護(hù)措施缺位,游客極易遭受雷擊。需要依據(jù)棧道所處的地理環(huán)境、氣候特征和雷電活動(dòng)特點(diǎn),設(shè)置有效的雷電防護(hù),才能做好棧道防雷工作,有效地防止和減少雷擊災(zāi)害造成的損失,保障景區(qū)游客、工作人員和棧道設(shè)施的安全。牯牛降景區(qū)主峰棧道雷電防護(hù)工程分為兩部分,第一部分為直擊雷防護(hù)措施,讓雷電流通過(guò)防直擊雷裝置泄放進(jìn)入大地,起到對(duì)人員和棧道的保護(hù)作用;第二部分為非工程性措施,通過(guò)宣傳、警示等途徑減少雷擊造成的損失。

      1.直擊雷防護(hù)措施

      根據(jù)《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》定義,直擊雷是雷電直接擊于建筑物、其他物體、大地或外部防雷裝置上,產(chǎn)生的電效應(yīng)、熱效應(yīng)或機(jī)械力放電現(xiàn)象。其電壓峰值能夠達(dá)到數(shù)百萬(wàn)伏,電流峰值也能達(dá)到數(shù)百千安,具有極強(qiáng)的破壞性。棧道基本位于山腰、山脊等突出部位,很容易遭受直接雷擊?!耙兹氲亍睘榉雷o(hù)直擊雷的主要措施,其防雷

      根據(jù)石臺(tái)縣 (1967—2013年)年雷暴日數(shù)統(tǒng)計(jì)分析(見(jiàn)圖1),石臺(tái)縣平均年雷暴日數(shù)為46天,年際間波動(dòng)非常大,年雷暴日數(shù)最多的是1973年,有65天,雷暴日最少的是1988年,只有28天,最多與最少的年份相差多裝置由接閃器、引下線、接地裝置構(gòu)成。接閃器是指直接接受雷擊的接閃針、接閃帶(線)、接閃網(wǎng),以及作接閃用的金屬屋面與金屬構(gòu)件,一般由其中一種或多種組成。

      圖2 石臺(tái)1967—2010年月雷暴日統(tǒng)計(jì)

      鑒于本次防雷工程涉及的各點(diǎn)周邊雷電環(huán)境的復(fù)雜性、特殊性,以及本次防雷工程涉及的各點(diǎn)本身的重要性和使用性質(zhì),綜合對(duì)各點(diǎn)發(fā)生雷擊事故的概率(預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)遠(yuǎn)超過(guò)0.3次/年)和可能產(chǎn)生的后果的分析,參照國(guó)標(biāo)GB50057-2010,本次按照第二類防雷建(構(gòu))筑物設(shè)計(jì),獨(dú)立接閃針的保護(hù)范圍的滾球半徑取45m,對(duì)大面積的露天場(chǎng)所,獨(dú)立接閃針的滾球半徑則可取100m。

      土壤的電阻率直接影響著防雷裝置的接地電阻值,由于棧道所處位置一般地理?xiàng)l件都不好,土壤電阻率大多很高,因此必須根據(jù)土壤中沙、石、泥土的比重,在接地體的土壤中選擇加食鹽等化學(xué)降阻劑,以達(dá)到提高土壤導(dǎo)電性的目的。例如,在土壤中混合食鹽后,砂質(zhì)黏土電阻率可以減少將近一半,砂土可以減少6~7成,多巖土壤可以增加6成?;蛘吒鼡Q電阻率相對(duì)較低的土壤,以確保接地電阻符合有關(guān)防雷要求。

      牯牛降棧道的防雷有其特殊性,棧道依山蜿蜒數(shù)公里,在棧道上空架設(shè)接閃線工程量巨大,故不可能對(duì)棧道全程進(jìn)行防護(hù)。本次防雷工程舍棄了在棧道上空架設(shè)接閃線的設(shè)計(jì)思路,從人員逗留時(shí)間、人員密集情況、易引雷擊及經(jīng)濟(jì)情況等方面進(jìn)行綜合分析,選取了十余個(gè)重點(diǎn)防護(hù)區(qū)域以設(shè)置接閃針的方式進(jìn)行防護(hù)。以下為其中具有代表性的兩處直擊雷防護(hù)的具體設(shè)計(jì)。

      圖3 “三號(hào)觀景臺(tái)”接閃針效果圖

      圖4 “一號(hào)消防水池”接閃針效果圖

      一是“三號(hào)觀景臺(tái)”?!叭?hào)觀景臺(tái)”位于山腰突出部位的大石頭上,此處視野開(kāi)闊,為觀景、留影的極佳選擇,游客逗留較多。觀景臺(tái)地勢(shì)突出,且圍欄為金屬材質(zhì)易引雷,故選定此處為重點(diǎn)防護(hù)區(qū)域。接閃器的設(shè)計(jì):在觀景臺(tái)右側(cè)松樹(shù)的南面中底部凸出的大石上設(shè)一根6m高OMEGA接閃針(結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工情況決定),底部仿倒地枯松樹(shù)狀,其外形如圖3所示。引下線的設(shè)計(jì):利用金屬支撐桿作為接閃器引下線。人工接地體的設(shè)計(jì):在位于接閃針右側(cè)土壤電阻率較低的土壤層設(shè)一組人工接地體,分別挖溝深埋150m水平接地極、埋設(shè)30塊接地模塊,水平接地體的連接采用40×4熱鍍鋅扁鋼,具體敷設(shè)路徑現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)土壤狀況定制,并根據(jù)土壤狀況分別添加物理降阻劑。

      二是“一號(hào)消防水池”?!耙惶?hào)消防水池”位于山腰中部棧道附近的一小塊開(kāi)闊地,此處是棧道轉(zhuǎn)彎處,游客經(jīng)常逗留,且“一號(hào)消防水池”地勢(shì)突出,為重要的消防設(shè)施,經(jīng)常有工作人員在此作業(yè)或取水,故選定此處為重點(diǎn)防護(hù)區(qū)域。接閃器的設(shè)計(jì):在棧道右側(cè)松樹(shù)位置設(shè)一根OMGEA接閃針,支撐桿高暫定3m(結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工情況決定),采用仿迷彩松樹(shù)皮狀,基礎(chǔ)部分仿巖石體,其外形如圖4所示。引下線的設(shè)計(jì):利用金屬支撐桿作為接閃針引下線。人工接地體的設(shè)計(jì):在左側(cè)土壤電阻率較低的土壤層設(shè)一組人工接地體,挖溝、深埋水平接地極100m,埋設(shè)石墨接地模塊18塊,水平接地體的連接采用40×4熱鍍鋅扁鋼,具體敷設(shè)路徑現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)土壤狀況定制,并添加物理降阻劑。

      2.非工程性措施

      在牯牛降景區(qū)主峰棧道旁適當(dāng)位置設(shè)立雷電防護(hù)警示牌,并在每根接閃針處設(shè)一組雷電預(yù)警設(shè)備,告知游客雷雨天氣來(lái)臨時(shí)的防雷措施;建立雷電預(yù)警應(yīng)急機(jī)制,和當(dāng)?shù)貧庀蟛块T保持密切聯(lián)系,在雷雨天氣到來(lái)前半小時(shí),氣象部門通過(guò)預(yù)警發(fā)布平臺(tái)等途徑及時(shí)通知景區(qū)管理人員迅速安置游客,保證游客在安全地點(diǎn)躲避雷雨。

      四、結(jié)束語(yǔ)

      本文通過(guò)對(duì)安徽省石臺(tái)縣牯牛降景區(qū)雷電特征以及對(duì)牯牛降棧道可能遭受雷擊的途徑的分析,并根據(jù)該景區(qū)棧道的具體特點(diǎn),提出了有針對(duì)性的雷電防護(hù)措施和具體實(shí)施方案設(shè)計(jì)思路,希望為其他景區(qū)棧道或棧閣雷電防護(hù)設(shè)計(jì)、研究工作提供參考。

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