甘山国家森林公园雷电防护研究

甘山国家森林公园雷电防护研究

张潜玉

（河南省三门峡市气象局河南三门峡472000）

摘要：现阶段，传统的避雷针只能满足建筑物以及电器设备等有限物体的雷击防护，但是对于分布面积较广的林区雷电防护来说，远远不能达到相应的防雷效果。本文简单阐述了“驱雷—引雷”理论在林区防雷中的应用，建议甘山国家森林公园，根据其雷击选择区，雷电主次导路径等其他需要重点保护的区域分别进行雷电防护，以有效减少或者避免林区的雷击事故的发生。

关键词：甘山国家森林公园；雷电防护设想；应用

引言

甘山国家森林公园位于三门峡市区南20公里处，总规划面积78.6平方公里，森林覆盖率达98%，森林蓄积量50余万立方米，动植物资源丰富，森林景观独特。雷电是伴随着有闪电及雷鸣发生的一种自然现象，是世界上的十大自然灾害之一，雷电灾害引发森林起火时间不计其数，例如，1998年内蒙古自治区阿尔卑斯山林区发生的一起雷击火灾事件，被烧毁的森林与草原面积超过1.2万hm2；2006年5月，黑龙江省多处因雷击事故发生特大森林火灾，历经13天才彻底将大火熄灭。由此可见，预防森林火灾的发生已是可不容缓。

1、传统的避雷针在林区防雷中的局限性

1.1林区防雷原理与平原有所不同

传统的避雷针的防雷原理是个根据平原地区的大气电学过程以及雷电机理提出的，而对于林区而言，多处于山区，其大气电学和雷电机理与平原地区远不相同。在平原地区，90%以上的云地闪电属于负极性的；然而在山区，正极性的云地闪电比平原要多，林区受到雷电侧击的现象也比平原多得多。

1.2避雷针的保护范围有限

有传统避雷针的防雷原理以及计算公式可以得出，每座高60米的避雷针铁塔在林区可以防护的面积为1.127hm2，每座高100米的避雷针铁塔可以保护林区的面积在3.14hm2左右。相对于传统的避雷针，林区的雷电防护面积具有无限性，所以其对于林区的雷电防护就显得微不足道了。

2、“防雷-驱雷”理论在林区防雷上的应用

2.1驱雷装置—多针型防雷器的驱雷作用

多针型防雷器对于上行雷与下行雷具有良好的抑制作用，同时可以削减雷电电场的强度，减少空气击穿防雷的概率，从而降低雷电灾害事故的发生。

2.2林区树木的驱雷

林区的树木有着较为明显的尖端放电作用，能有效降低林区上空的雷电场强度，延缓雷击放电，类似于“驱雷-引雷”理论中的驱雷装置。所以，可以利用林区树木来作为区域性雷电防护中的驱雷装置。

2.3引雷装置—提前预放电避雷针在防雷中的应用

提前预放电避雷针相较于传统的避雷针最为显著的就是其主动性，具有提前放电性、启动抢先性与全方位性的特点，能够把雷电电流疏至提前预放电避雷针的中心轴，再通过引下线安全释放到大地，进而对林区树木以及人员起到保护作用。

3、山区雷电活动的特点

雷电在山区的活动具有多发性，并且强度要高于临近的平坦地区。同时，山区的雷电活动也具有一定的选择性：其中一种是由于位置较为突出的区域，其海拔高度和周边地区比较有着最大值或者次最大值而形成的雷区；另外一种是由于该区域下垫面土壤的电阻率相对较小，与周边地区的下垫面土壤电阻率相比具有最小值或者次小值而形成的雷区。

4、对于甘山国家森林公园的雷电防护设想

4.1甘山森林公园的位置、环境与森林景观

甘山国家森林公园位于三门峡市区南20公里处，森林蓄积量50余万立方米，动植物资源丰富，森林景观独特。已建成森林游憩区、红叶观赏区、水上游乐区、蝴蝶谷景区和甘山文化区五个景区。公园以峰称奇，以谷显幽，以林见秀，以景迷人，境内最高峰甘露峰海拔1886.6米。园内文化底蕴丰厚；四季景观各具特色。甘山国家森林公园属于暖温带大陆性季风气候，具有夏季炎热多雨、冬季寒冷干燥的特点。园内树木品种非常丰富，有维管束植物144科，780多属，2100多种。其中，落叶阔叶林植被以槲栎、栓皮栎、山杨、白桦等为主，针叶林植被以华山松、太白冷杉、油松、白皮松、侧柏等为主，混交林有油松、栓皮栎混交林和华山松、栎混交林。且有众多珍贵植物种类，有领春木、望春花、铁杉、连香树、暖木、红豆杉、龙须木、水曲柳等。园内动物动物呈献出南北混杂的过渡性特征，部分地段呈垂直分布特征。区内野生脊椎动物达140多种，爬行类20种，鸟类70多种，哺乳类42种，两栖类8种。

4.2雷电的变化规律

一年之中，甘山的雷电活动在夏季较为集中，即为6-8月，其中7月份最多。雷电多发的季节，出现雷击事故的频率也会大幅增加，所以夏季是甘山加强雷电防护的主要时段，但是其他时段也不能松懈，特别是在春末夏初或者是夏末秋初这类冷暖空气交替的季节，也要注重雷电防护。

4.3“驱雷—引雷”的应用

（1）在雷击选择区安装引雷装置—提前预放电避雷针

由于树木的尖端具有放电功能，所以可以将树木作为林区防雷设施中的驱雷装置，甘山森林公园可结合自身实际情况进行区域性的防雷，安装引雷装置—提前预放电避雷针。因为林区的雷击选择区与最制高点有关，因此可以在整个园区的制高点以及次高点位置安装提前预放电避雷针；另一方面，雷击的选择区还与下垫面的土壤导电率有很大关系，所以在土壤电阻率相对较小的区域也要安装提前预放电避雷针。只有这样才能将森林公园上空大范围的雷电引向提前放电避雷针泄流入地，从而最大程度减少雷击事故的发生。

（2）在雷电活动的主次导路径上安装引雷装置—提前预放电避雷针

由于雷电活动具有明显的路径特点，所以可以在其主次导路径上安装主动引雷装置—提前预放电避雷针。根据多年经验发现，甘山森林公园的雷电主导路径为西南方向，次主导路径为西南方向，因此在主次导路径方向上应安装相应的避雷针。这样也可以将公园上空大范围的雷电引向提前预放电避雷针泄流入大地，能够有效降低雷电活动路径后方树林的保护对象遭受雷击损害。

（3）在人员密集区、易燃植物区与重点保护区安装引雷装置—提前预放电避雷针

在人员较为密集的观景区的适当位置安装提前预放电避雷针，能够减少或者避免直击雷对游客造成危害，并且可以对附近的珍贵植物已经珍稀树种加以保护。此外在树木密度大且树下落叶等易燃物较多的区域，也是雷电防护的重点。

结语：综合全文对于林区雷电防护的分析探讨，可以看出传统的避雷针对于建筑物可以起到良好的作用，但是对于保护范围较大的林区来说，防雷效果不是很明显。林区树木尖端具有放电功能，故可作为驱雷装置，在林区区域性防护中只需要在雷击选择区、雷电主次路径、人员较为密集的地带与易燃植被区以及重点保护区域安装主动引雷装置—提前预放电避雷针，能够有效减少森林雷击事故的发生。甘山国家森林公园的雷电防护也是按照“驱雷—引雷”的理念设计的，防雷装置安装之后，可以对其保护区域内的植物、树种、动物以及游客等起到较好的防护作用。

参考文献：

[1]张华明，刘耀龙，逯曦等.旅游景区雷电灾害特征及防御研究[J].资源与环境，2015（11）：280-283

[2]王强生，蔡茶花，刘玉林等.牯牛降景区栈道雷电防护实践与研究[J].安徽科技，2018（1）：28-30

[3]刘升，张兴印，丁新华等.皇藏峪国家森林公园雷电防护[J].现代农业科技，2011（24）：237-238

[4]杨仲江.雷电防护科学与技术专业课程设置研究[J].中国科教创新导刊，2008（3）：96-97

作者简介：张潜玉（1969-），男，汉族，河南省扶沟县人，本科学历，高级工程师，从事研究方向职业为雷电灾害防御。