剩磁法在野外空旷地区雷电灾害调查中的应用分析

剩磁法在野外空旷地区雷电灾害调查中的应用分析

唐嘉慕,严玉兵,王昌明,余振邦*（通讯作者）

（海西州气象局，海西 817000）

摘要：在野外空旷地区雷电灾害现场调査中，如可科学确定雷击点的位置，是雷电灾害调查的难点，调查人员通常依据经验法和观察法判断来确定雷击点的位置，往往存在偏差。本文通过对剩磁法的使用及案例的分析，提出野外空旷地区雷电灾害调查中科学使用剩磁法的方法，对科学开展雷电灾害调查工作具有一定的指导意义。

关键词：雷电灾害；调查分析；剩磁测试；

1 引言

近年来，在野外空旷地区，雷电造成的人员伤亡事件频繁发生，特别是对于野外务工人员来说，更是需要加强雷电灾害的防范工作。调查人员在开展野外雷电灾害调查的时候，常常面临着一个挑战，那就是确定雷击点位置的困难。为了解决这个问题，我们有必要采取有效的措施来科学开展雷电灾害调查鉴定工作，确保雷电灾害调查鉴定工作的准确性和科学性，更好地了解雷电灾害的情况和原因，从而更好地保护人们的生命和财产安全。

2 雷电灾害调查

根据雷电流特性可知，雷电过程中会产生热效应、机械力、电效应和磁效应， 并伴随一些物理变化或化学变化现象，这是判定雷击事故的重要依据。

在雷电灾害调查过程中，需要技术鉴定时所采取的常用方法主要有剩磁测试法、金相法。金相法主要是利用雷电流的热效应和机械力效应开展技术鉴定。而剩磁法主要是利用雷电流的电效应和磁效应开展技术鉴定。

3 剩磁测试原理

所谓的剩磁（剩余磁感应强度）就是将雷击电流通过金属导体时使金属导体磁化，磁体从磁化至技术饱和并去掉外磁场后，所保留的磁感应强度，用于测量该磁场强度的方法就叫剩磁测试方法，即剩磁法[1]。

由于电流的磁效应，在电流周围空同产生磁场，处于磁场中的铁磁体受到磁化作用，当磁场逸去后铁磁体仍保持一定磁性。

4 野外空旷地区雷电灾害调查的难点

在野外空旷地区进行雷电灾害调查时，确定雷击点位置是一个重要的任务，但也是一项具有挑战性的工作。

野外空旷地区的特点是没有建筑物或遮挡物的宽阔自然地带，通常没有建筑物或其他障碍物，视野开阔，地形平坦或起伏较小。一般都缺乏避雷设施和记录设备，如避雷针、避雷网，闪电定位仪等。同时，野外环境可能存在复杂的地形、气候和植被等因素，这些因素可能会影响雷电的分布和强度。例如，地形的高低起伏可能会影响雷电的路径和放电方式，气候的变化可能会影响雷电的发生和强度，而植被的密度和种类也可能会影响雷电的分布和影响范围。这些因素的存在使得雷击点位置的确定作更加困难。

在雷灾现场无金属熔痕、草木灼烧痕迹作为雷击点参考依据情况下，调查人员应采用剩磁法，依据剩磁的有无和大小确定雷击点的位置，结合目击者报告和相关文献研究等，综合运用多种技术和方法进行调查和分析。

5 案例分析

2023年6月27日17时，在天峻县发生一起雷击灾害，造成人员伤亡。

5.1 气象因素的调查

根据天擎·实况闪电监测资料显示：6月27日08-20时天峻地区雷电活动频繁，共计出现35次闪电，，雷灾发生地木里镇，共计出现5次雷电，采用Vincenty公式计算闪电与事发地间距得出，坐标为99.450°E，38.084°N的负地闪与事发地距离最近，为1.23Km。根据风云4号卫星的MICAPS4闪电监测数据，6月27日15-16时天峻地区闪电定位数据如图3所示。

图1  天峻县木里镇6月27日15:00-16:00闪电定位示意图

Figure  Lightning Location Diagram of Muli Town, Tianjun County from 15:00 to 16:00 on June 27th

由图1数据经对比分析可知，风云4号卫星的MICAPS4闪电监测数据和天擎·实况数据吻合，即6月27日15:30分，事发地（坐标99.450°E，38.084°N）东侧1.23Km内发生负闪。

5.2 环境因素调查

事故发生地坐标为北纬38°05′35.9″、东经 99°26′32.5″，海拨高度 3974m，事发地位于山体南坡中央较为平坦的一片湿地，坡度约为2%。四周空旷，无遮挡物，土层薄，质地粗，土壤类型为高山草甸土，岩成土壤，具有隐域性特征。草地类型为沼泽化高山草甸，事发地周边环境详见图2，事故发生地属于野外空旷地区

图2  事发地周边环境示意图

Figure 2 Schematic diagram of the surrounding environment of the incident site

在事故发生地，调查人员在现场开展调查，由于事故现场为沼泽化高山草甸，水坑遍布，周边20m范围，无明显的草甸灼烧痕迹作为参考依据，确定雷击点的位置非常困难。

5.3 雷击点的确定

由于在雷灾现场中，无金属熔痕、草木灼烧痕迹作为雷击点参考依据，故采用剩磁法确定雷击点

    （1）事发地土壤电阻率测量

事发地为沼泽化高山草甸，土层薄，质地粗，草甸厚度约为5-20cm，草甸下方为岩成土，多砾石

。考虑到地表的电磁场会受到铁矿周围的地质构造、地下水、矿物分布等多种因素影响，因此，调查人员对事发地现场进行土壤电阻率测量[2]，测试极深度0.5m，测量结果如表1所示

表1  事发地土壤电阻率（文纳4极法）

Table 1 Soil Resistivity of the Incident Area (Wenner 4-pole Method)

以上数据输入RESAP模块，采用贝赛耳标准方法计算[3]，自动分层结果为二层水平土壤模型，误差6.6%，与事发地表层为高山草甸，下层为冻土层的土层特征吻合。

根据仿真分析结果，可知事故发生地无较明显的地质构造断层、地下水和金属矿物质。

（2）事发地地表磁场测量

调查人员对事发地现场进行地表磁场强度测量，分布从事发地开始，间隔5m、10m进行测量，测量结果如表2所示：

表2  事故现场地表磁场强度记录

Table 2 Record of Surface Magnetic Field Intensity at the Accident Site

测量结果显示，越靠近事发地点中心，地表磁场强度越强，说明雷电流的磁效应越强，雷电流在事发地附近产生了强烈的磁场变化，导致地表磁场强度发生变化。

图3 事发地周边地表磁场强度测量

Figure 3 Measurement of surface magnetic field intensity around the incident site

（3）现场遗留锄头剩余磁场测量

7月5日，天晴，气温15.3℃，湿度63%，对事发地现场遗留金属锄头进行剩余磁场强度测量，测量结果如表3所示：

表3  事故现场遗留金属锄头剩磁记录

Table 3 Residual Magnetic Records of Metal Hoes Left at the Accident Site

测量结果显示，锄头1#剩余磁场强度为14.2mT，锄头2#剩余磁场强度为12.4mT（详见图4），根据QX/T103-2017《雷电灾害调查技术规范》附录C[5]可以判定，金属锄头1#，2#均为雷击物，雷电产生的强磁场，导致处于磁场中的金属锄头受到磁化作用，产生了磁性。

图4  现场遗留金属锄头剩磁测量

Figure 4 Residual magnetic measurement of metal hoes left on site

5.4 确定雷击点

根据剩余磁场测试资料，事发点两人均携带虫草采挖工具，均为金属锄头，剩磁测试结果显示两把金属锄头均为雷击物（均带有磁性），可以看出两人避雨位置产生了强烈的磁场变化。

结合地表磁场强度监测结果，我们绘制事发地周边地表磁场强度雷达图，发现越靠近事发地点中心，地表磁场强度越强（详见图5），越远离事发地点中心，地表磁场强度越弱，事故发生地遗留的金属锄头剩余磁场强度最高，由此可以判定雷击点就位于事故发生地中心位置。

图5事发地周边地表磁场强度雷达图

六、结论及建议

野外空旷地区，在在雷灾现场中，在无金属熔痕、草木灼烧痕迹作为雷击点参考依据时，则应采用剩磁法开展雷电灾害调查工作。

1、在事发地土壤模型较为简单，地质断层、地下水和金属矿物影响较小的情况下，可以采用剩磁法测量事故点周边的地表磁场强度来确定雷击点位置。

2、应及时对事故发生地具有铁磁性的金属物进行剩磁法测量，通磁场强度阶梯状衰减或增强，确定雷击点的位置。

3、野外地形复杂地区，采用剩磁法，应考虑地质断层、地下水、金属矿物质对磁场的影响因素。

参考文献：

[1]高学浩.雷电防护技术及其应用[M].气象出版社.2015

[2]《接地系统的土壤电阻率、接地阻抗和地面电位测量导则》GB/T17949.1-2000；

[3]余振邦,蒲春羽等.天峻县地面气象观测场接地网雷电暂态效应研究[J].青海科技.2023 (1):125-131

[4]中华人民共和国国家标准GB50057-2010《建筑物防雷设计规范》[S].

[5]中华人民共和国气象行业标准:QX／T103-2017《雷电灾害调查技术规范》[S].

作者简介：唐嘉慕(1981-)，女，工程师，主要研究方向：防雷、综合气象服务。

*通讯作者：余振邦(1982-)，男，高级工程师，主要研究方向：防雷与接地技术。