基于AHP-模糊综合评价法的化工园区雷电灾害风险评估.pdf

云南师范大学学报(自然科学版),2 0 2 3,4 4(2):4 3-4 8 h t t p s:/q k g j.y n n u.e d u.c nJ o u r n a l o fY u n n a nN o r m a lU n i v e r s i t y(N a t u r a lS c i e n c e sE d i t i o n)D O I:1 0.7 6 9 9/j.y n n u.n s-2 0 2 4-0 2 3基于A H P-模糊综合评价法的化工园区雷电灾害风险评估*张健1,2,3,郭杰3,钱辉1,2,3,韩建广3,王霞1,2,3,李翠玉3,李月英3,庄士千*4(1.河北省气象与生态环境重点实验室,河北 石家庄0 5 0 0 2 1;2.中国气象局雄安大气边界层重点开放实验室,河北 雄安0 7 1 8 0 0;3.饶阳国家气候观象台,河北 衡水0 5 3 0 0 0;4.河北衡水高新技术产业开发区应急管理局,河北 衡水0 5 3 0 0 0)摘要:为了评估化工园区的雷电灾害区域风险,选取包含园区等级、经济产值、区域防雷安全管理和防雷检查覆盖率等在内的1 9个评估指标,采用层次分析法和模糊综合评价法,建立化工园区雷电灾害区域风险评估模型,并对河北衡水高新区化工片区开展雷电灾害区域风险评估,以发现化工片区的雷灾隐患点和防雷措施薄弱环节,确定科学的防雷减灾策略,有效保障园区内生产安全和人员生命财产安全.关键词:化工园区;雷电灾害;区域风险评估;层次分析法;模糊综合评价法中图分类号:P 4 2 9 文献标志码:A 文章编号:1 0 0 7-9 7 9 3(2 0 2 4)0 1-0 0 4 3-0 6雷电灾害风险评估是根据评估对象所在地的雷电活动时空分布特征和灾害特征,结合现场及周边环境情况,对雷电可能导致的人员伤亡、财产损失程度与危害范围等方面的综合风险计算.化工园区周边多为空旷区域,突出的建(构)筑物易遭受直接雷击1-2,且园区内企业较为集中,建(构)筑物多为防雷装置参数要求较高和防雷措施较复杂的第一类和第二类防雷建筑物,使得化工园区的雷电防护和防雷安全管理难度较大,因此对化工园区开展区域性的雷电灾害风险评估,分析雷灾风险3和防雷措施4-5薄弱环节,确定科学有效的防雷减灾策略非常重要.雷电灾害风险评估国际标准I E C 6 2 3 0 52雷电灾害风险管理 仅适用单体建筑,并不适用占地面积较大的规划功能区域6.近年来,研究人员对化工园区等大型区域的雷电灾害风险评估进行了大量研究6-1 2,但均未能充分考虑化工园区的特点和防雷安全管理现状,不能完全适用化工园区雷电灾害区域风险评估.本文在海南省地方标准D B 4 5/T4 6 6-2 0 1 8雷电灾害区域风险评估技术规范 的基础上,根据化工园区的特点与雷灾风险影响因素,新增或完善园区等级、经济产值、区域防雷安全管理和防雷检查覆盖率4个评估指标,采用层次分析法确定各层次评估指标权重比,建立化工园区雷电灾害区域风险评估模型,并对河北衡水高新区化工片区开展雷电灾害区域风险评估,分析雷灾隐患点和防雷措施薄弱环节,为化工片区雷电防御工作提供支撑.1 方法模糊综合评价法是建立在模糊数学基础上的评价方法,其通过隶属度这一概念对生活中难以量化的问题进行量化处理,其特点是评价结果不是绝对地肯定或否定,而是以一个模糊集合来表示1 3-1 4.根据各评估指标对雷电灾害区域风险的影响程度,将其分为1、2、3、4、5五个等级,用隶属度向量1,2,*收稿日期:2 0 2 3-0 9-2 6基金项目:衡水市科技计划资助项目(2 0 1 9 0 1 4 0 8 4 Z).作者简介:张健(1 9 8 5-),男,山东济阳人,高级工程师,主要从事气象服务和雷电防御等方面研究.通信作者:庄士千.E-m a i l:9 1 6 8 1 6 3 5 2q q.c o m.5,4,5 表示评估指标,1、2、5、4、5分别表示评估指标在1、2、3、4、5五个等级上的分布.层次分析法(AH P)1 5-1 6是将一个复杂问题根据逻辑关系分解为不同的层次结构,通过两两比较确定同一层次各指标相对重要性,然后综合人的判断来确定各指标相对重要性的总排序.引用19及其倒数作为影响程度的标度1 7-1 9,采用层次分析法计算各层次评估指标权重比.评估公式为:B=WM=w1(,w2,w3,w4,w5)1 11 21 52 12 22 5m 1m 2m 5=b1,b2,b3,b4,b5;(1)式中,B为评估指标的隶属度向量;W为指向同一上层指标的各子指标所构成的权重向量;M为指向同一上层指标的各子指标所构成的隶属度矩阵.根据式(1),通过多级综合评估,由第4层指标向第1层指标逐级计算得出“雷电灾害区域风险”的隶属度向量b1,b2,b3,b4,b5.通过加权平均的方法量化得到综合评估结果g=1b1+3b2+5b3+7b4+9b5.(2)根据g值划分雷电灾害区域风险等级,g值属于区间(0,2)、2,4)、4,6)、6,8)、8,1 0)时,风险等级分别为一般、中等、较高、高和极高.2 评估模型与指标分析2.1 化工园区雷电灾害区域风险评估模型作为承灾体,化工园区的等级越高、规模越大,雷电灾害可能造成的经济损失和不良社会影响的程度越大,故选入园区等级和经济产值两个指标.除了防雷装置定期检测2 0-2 1,企业对防雷装置的日常维护也很重要,故将雷电预警服务2 2-2 3、雷击事故应急预案、防雷安全教育培训和防雷装置日常维护这4个条件作为区域防雷安全管理指标的判断准则.考虑到近些年危险化学品企业的防雷安全现状2 4,防雷安全执法检查能有效查出并消除防雷安全隐患,故加入防雷检查覆盖率指标.其余评估指标参照标准D B 4 6/T4 6 6-2 0 1 8.根据化工园区特点与雷灾风险影响因素,建立层次结构模型,首层为雷电灾害区域风险目标层,第2层为风险来源层,第3、4层为上一层指标的影响因素层.评估模型及各层次评估指标见图1.图1 化工园区雷电灾害区域风险评估模型F i g.1 R e g i o n a l r i s ka s s e s s m e n tm o d e l f o r l i g h t n i n gd i s a s t e r s i nc h e m i c a l i n d u s t r i a lp a r k44云南师范大学学报(自然科学版)第4 4卷 2.2 评估指标分析结合实际,设定园区等级指标为1、2、3、4、5五个等级,对应的园区等级分别为乡镇级、县级、地市级、省级、国家级;区域防雷安全管理指标为1、2、3、4、5五个等级,对应的满足判断准则条件的数量分别为4、3、2、1、0;防雷检查覆盖率指标为1、2、3、4、5五个等级,对应的防雷安全监管部门近三年内年度平均防雷安全检查覆盖率分别属于区间1,8 0%、(8 0%,6 0%、(6 0%,4 0%、(4 0%,2 0%、(2 0%,0.另外,经济产值指标为1、2、3、4、5五个等级,对应的经济产值区间分别为0,1 0 0)、1 0 0,2 0 0)、2 0 0,5 0 0)、5 0 0,1 0 0 0)、1 0 0 0,)(单位:亿元),计算隶属度时,上限取3 0 0 0亿元,各分级区间的中间值分别为5 0、1 5 0、3 5 0、7 5 0、2 0 0 0亿元.其余评估指标分级标准参照海南省地方标准D B 4 6/T4 6 62 0 1 8附录A.定量指标分为极小型指标和极大型指标两种.各定量指标值由资料分析后得出,除雷电流强度外,其余定量指标的隶属度计算参照海南省地方标准D B 4 6/T-2 0 1 8附录E.2.3 评估指标权重计算根据评估模型,从第二层指标开始,采用层次分析法计算得到同一层指标的各子指标权重比,见表1.表1 各评估指标权重比T a b l e1 W e i g h t r a t i oo f i n d e x e s指标层次指标名称权重比值2雷电参数地域环境承灾体3233雷击大地密度雷电流强度21土壤电阻率地形地貌周边环境113项目属性建筑物特性电子电气系统灾害防御能力21134安全距离相对高度13使用性质人员密度影响程度园区等级经济产值33111建筑密度等效高度材料结构331电气系统电子系统31雷电防护水平防雷安全管理防雷检查覆盖率3223 实例评估与分析以河北省衡水市高新区化工片区(以下简称园区)为例开展雷电灾害区域风险评估,雷电数据采用衡水市2 0 0 9-2 0 2 1年共1 3a的全国雷电探测网的闪电定位数据,理论定位精度可达3 0 0m,用经典数学统计分析方法预处理闪电定位数据,对闪电定位资料进行质量控制,剔除雷电流强度绝对值小于2k A和大于2 0 0k A的数据,剔除高度大于0的云闪.通过现场勘测得到相关地域环境数据;通过查阅园区规划文件、建(构)筑物的设计图纸、防雷装置检测报告和防雷安全管理档案等得到承灾体相关数据.3.1 定性指标分析将勘察资料的具体情况与定性指标的分级标准相比较,当其符合某一个危险等级的描述,则说明该定性指标完全隶属于该危险等级,即隶属度等于1.由此得到园区各定性指标的危险等级,见表2.表2 园区各定性指标危险等级T a b l e2 D a n g e r l e v e l o fq u a l i t a t i v e i n d e x e s i nt h ep a r k定性指标地形地貌安全距离相对高度使用性质影响程度园区等级材料结构电气系统电子系统区域雷电防护水平区域防雷安全管理防雷检查覆盖率危险等级1455545421333.2 定量指标分析3.2.1 雷击大地密度54 第1期 张健,等:基于AH P-模糊综合评价法的化工园区雷电灾害风险评估采用1 3a闪电定位数据,用K r i g i n g插值方法以1k m1k m的网格插值得到园区的地闪密度空间分布,见图2.由图2可知,园区的东部地闪密度较高,在3.2次/(k m2a)左右;西部地闪密度较低,在2.2次/(k m2a)左右.园区年平均雷击大地密度Ng最大值3.4 6次/(k m2a),以此计算雷击大地密度指标的隶属度.图2 园区地闪密度空间分布F i g.2 D i s t r i b u t i o no fg r o u n dl i g h t n i n gd e n s i t y i nt h ep a r k3.2.2 雷电流强度采用1 3a闪电定位数据,用K r i g i n g插值方法以1k m1k m的网格插值得出园区雷电流强度空间分布,见图3.由图3可知,园区的东部雷电流强度较高,大部分区域在3 6k A左右;西部雷电流强度较低,在2 0k A左右.采用园区范围内的闪电定位数据,统计雷电流强度在各分级区间0,1 0)、1 0,2 0)、2 0,3 5)、3 5,5 0)、5 0,)的分布概率分别为0.1 5 5、0.3 0 6、0.3 7 4、0.0 9 9、0.0 6 6,以此作为雷电流强度指标隶属度.图3 园区雷电流强度空间分布F i g.3 D i s t r i b u t i o no fg r o u n d l i g h t n i n gc u r r e n td e n s i t y i nt h ep a r k3.2.3 其他定量指标根据现场勘测和查阅相关资料,得到土壤电阻率、人员密度、经济产值、建筑密度和等效高度5个指标值,见表3.其中,土壤电阻率值为不同位置多次测量结果根据季节系数订正2 5后的平均值.64云南师范大学学报(自然科学版)第4 4卷 表3 园区各定量指标值T a b l e3 V a l u eo fq u a n t i t a t i v e i n d e x e s i nt h ec h e m i c a l i n d u s t r yp a r k定量指标土壤电阻率/(m)人员密度/(人次/k m2)经济产值/亿元建筑面积占比等效高度/m指标数值1 8.10.3 92 0 03 4.3%2 03.3 评估结果与分析根据公式(1)和(2)计算得到园区的雷电灾害区域风险值g=4.6 1,风险等级为较高.根据1 9个评估指标数值和权重占比,叠加计算得到每个评估指标贡献的风险值与贡献度,见表4.表4 评估指标贡献度排序T a b l e4 C o n t r i b u t i o nr a n k i n go f i n d e x e s评估指标指标贡献风险值指标贡献度相对高度1.0 12 1.9%雷击大地密度0.6 91 5.0%雷电流强度0.5 31 1.5%土壤电阻率0.4 29.1%使用性质0.3 26.9%电气系统0.2 86.1%安全距离0.2 65.6%区域防雷安全管理0.2 35.0%防雷检查覆盖率0.2 35.0%影响程度0.1 12.4%其他评估指标0.5 31 1.5%合计4.6 11 0 0%根据表4,对园区雷电灾害区域风险值贡献度最高的评估指标为相对高度,贡献度达到2 1.9%;其他贡献度超过1 0%的评估指标为雷击大地密度和雷电流强度;贡献度在5%1 0%的评估指标为土壤电阻率、使用性质、电气系统、安全距离、区域防雷安全管理和防雷检查覆盖率.结合实地勘察情况和闪电定位数据分析,园区周边除了南侧部分区域有较低的建(构)筑物外,其它周边区域均为空旷平地,内部建(构)筑物易遭受直接雷击;东部区域地闪密度较大,雷电流强度较高;园区内多数化工企业未开展有效的防雷装置日常维护和防雷安全教育培训工作,防雷安全管理存在不足;防雷安全监管部门园区内化工企业的防雷安全执法检查覆盖率较低.4 结语基于雷电灾害风险影响因素和化工园区的特点,构建了化工园区雷电灾害区域风险评估模型.模型充分考虑了化工园区项目属性和雷电防御现状,并对河北衡水高新区化工片区进行了精确的雷电灾害区域风险评估.评估结果表明:该化工片区的雷电灾害区域风险等级为较高,影响其风险值的主要指标为相对高度、雷击大地密度、雷电流强度、土壤电阻率、使用性质、电气系统、安全距离、区域防雷安全管理和防雷检查覆盖率.通过评估,找出了化工片区的雷灾隐患点和防雷措施薄弱环节,有助于确定科学的防雷减灾策略,有效地保障生产安全和人员生命财产安全.本研究为其他化工园区雷电灾害区域风险评估工作提供借鉴.参考文献:1 关寓丹,房崇豪,白玉卓,等.避雷器配置对核电厂升压站直击雷防护范围的影响研究J.电瓷避雷器,2 0 2 1,(6):1-6,1 2.2 李哲,万君,白锦,等.浅谈防直击雷过电压方案应用J.水利水电技术(中英文),2 0 2 1,5 2(S 1):1 2 9-1 3 3.3 夏雪,金勇根,段和平,等.江西省雷灾灾情和闪电活动时空分布特征及灾情等级划分研究J.自然灾害学报,2 0 2 2,3 1(2):2 5 2-2 6 0.74 第1期 张健,等:基于AH P-模糊综合评价法的化工园区雷电灾害风险评估4 于中江,郝雪明,梁景峰,等.基于区间直觉模糊集的雷电防护能力评价J.电瓷避雷器,2 0 2 1,(1):5 6-6 2.5 刘文军,李靖,鞠红霞.化工厂雷击灾害风险评估J.中国安全生产科学技术,2 0 1 2,8(5):1 4 1-1 4 5.6 黄克俭,胡双伟,余家华,等.大型户外空旷区域的雷击风险评估研究J.气象研究与应用,2 0 1 5,3 6(1):1 2 6-1 2 9.7 贺姗,黄克俭,柴健.基于闪电定位资料的大型户外空旷区域精细化雷击风险评估的研究J.中国农学通报,2 0 1 7,3 3(1 6):1 3 7-1 4 0.8 扈海波,王迎春,熊亚军.基于层次分析模型的北京雷电灾害风险评估J.自然灾害学报,2 0 1 0,1 9(1):1 0 4-1 0 9.9 曾金泉,冯真祯,张烨方,等.区域雷电灾害风险评估模型与应用J.气象科技,2 0 1 7,4 5(1):1 7 8-1 8 2.1 0庞华基,孟繁辉.层次分析法在区域雷电灾害风险评估中的应用J.海洋气象学报,2 0 2 2,4 2(4):1 1 7-1 2 3.1 1刘大山.化工园区地震、飓风、雷电等多灾种耦合事故风险评估技术及分级方法研究D.北京:北京化工大学,2 0 2 0.1 2陈柏封.多灾种耦合下化工园区安全风险评估技术D.河北:华北科技学院,2 0 1 9.1 3王秀英,王军,罗少辉,等.基于模糊隶属度的雷电危险度等级评定J.干旱区地理,2 0 1 9,4 2(3):5 3 4-5 4 1.1 4胡群芳,周博文,王飞,等.基于模糊层次分析的公路隧道结构安全评估技术J.自然灾害学报,2 0 1 8,2 7(4):4 1-4 9.1 5S AA T YTL.T h ea n a l y t i c a lh i e r a r c h yp r o c e s sM.N e wY o r k:M c g r a w-H i l l,1 9 8 0.1 6S AA T YTL.H o wt om a k ead e c i s i o n:t h ea n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s sJ.E u r o p e a nJ o u r n a lo fO p e r a t i o nR e s e a r c h,1 9 9 0,4 8(1):9-2 6.1 7谢捷,刘玮,徐月顺,等.基于AH P-熵权法的西宁地区汛期暴雨灾害风险评估J.自然灾害学报,2 0 2 2,3 1(3):6 0-7 4.1 8吕振东,于泽华,王成芳.基于G I S技术的江西省雷电灾害风险区划J.气象与减灾研究,2 0 2 0,4 3(3):2 2 8-2 3 3.1 9张子超,何新生.基于AH P模糊综合评价法的曹妃甸港口设备安全管理评价J.华北理工大学学报(自然科学版),2 0 2 2,4 4(3):1 2 6-1 3 2.2 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o s p h e r i cB o u n d a r yL a y e rK e yL a b o r a t o r y,X i o n g a n0 7 1 8 0 0,C h i n a;3.R a o y a n gN a t i o n a lC l i m a t eO b s e r v a t o r y,H e n g s h u i 0 5 3 0 0 0,C h i n a;4.H e b e iH e n g s h u iH i g h-t e c hI n d u s t r i a lD e v e l o p m e n tZ o n eA d m i n i s t r a t i o no fW o r kS a f e t y,H e n g s h u i 0 5 3 0 0 0,C h i n a)A b s t r a c t:I no r d e r t oe v a l u a t e t h e r e g i o n a l r i s ko f l i g h t n i n gd i s a s t e r s i n t h e c h e m i c a l p a r k,1 9e v a l u a t i o ni n d i c a t o r s i n c l u d i n gp a r kl e v e l,e c o n o m i co u t p u tv a l u e,r e g i o n a ll i g h t n i n gp r o t e c t i o ns a f e t y m a n a g e-m e n t,a n d l i g h t n i n gp r o t e c t i o ni n s p e c t i o nc o v e r a g ew e r es e l e c t e d.T h ea n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s sa n df u z z yc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o nm e t h o dw e r eu s e dt oe s t a b l i s har e g i o n a lr i s ka s s e s s m e n tm o d e l f o rl i g h t n i n gd i s a s t e r s i nt h ec h e m i c a l p a r k,a n da l i g h t n i n gd i s a s t e r r e g i o n a l r i s ka s s e s s m e n tw a sc o n d u c-t e do nt h ec h e m i c a l a r e ao fH e n g s h u iH i g ht e c hZ o n e i nH e b e i.I d e n t i f y i n gp o t e n t i a l l i g h t n i n gh a z a r d sa n dw e a kl i n k s i nl i g h t n i n gp r o t e c t i o nm e a s u r e s i nt h ec h e m i c a l i n d u s t r ya r e ac a nh e l pd e t e r m i n es c i-e n t i f i c l i g h t n i n gp r o t e c t i o na n dd i s a s t e r r e d u c t i o ns t r a t e g i e s,e f f e c t i v e l ye n s u r i n gp r o d u c t i o ns a f e t ya n dt h es a f e t yo fp e r s o n n e l a n dp r o p e r t y i nt h ep a r k.K e y w o r d s:C h e m i c a l i n d u s t r i a lp a r k;L i g h t n i n gd i s a s t e r;R e g i o n a lr i s ka s s e s s m e n t;A n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s s;F u z z yc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o nm e t h o d84云南师范大学学报(自然科学版)第4 4卷