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第7章 雷霆之怒——可怕的雷电灾害(3)

5.雷电灾害对信息安全的影响

如今,各国军队改进装备的重点被放在利用信息技术提高队伍的各种能力上,如快速响应能力、战场及战略情报的收集能力、后勤补给能力……同时还有其他一些方面,如利用信息技术改进武器的精度、机动性……这足以证明了现代战争是全面信息化基础上的战争,同时也说明了信息技术对海湾战争的重要性。雷电对信息时代的军事行动和电子装备,如雷达、电台、导弹、飞机等兵器都有严重破坏和干扰,因此对现代战争有重要影响。雷电产生的强大辐射场,可使一切以微电子器件、计算机技术为基础的信息传输、通信、指挥等系统内部敏感的电气和电子线路中产生致命的电压和电流,可以改变电子线路某些元件的工作状态,造成电路功能紊乱、传输的信号产生误码和错乱,甚至使整个网络失去控制。因此现代战争中,雷电的破坏作用是不容忽视的。

6.雷电灾害对交通安全的影响

雷电严重威胁着交通运输安全。

在全球范围内,每年因雷击而造成的交通安全事故特别多。雷电可以直击交通工具产生直接破坏,其中对飞机的飞行安全威胁最大。铁路、高速公路的特点是面广、线长,不仅要有强电设备,而且还要有大量的监控、通信、传感等弱电设备,外场设备遍布全路段,旷野区域往往有突出的设备点,电力线路往往要翻山越岭,传输和控制线路往往穿越复杂的地质层面,如此种种都造成了线路易遭雷击或雷电感应的弱点。雷击事故轻则使部分设备被击坏,系统丧失部分功能;重则使全系统瘫痪,经济损失惨重;更有甚者,因系统频繁遭受雷电侵扰,系统不能正常运行,全部系统功能丧,给交通安全带来极大隐患。我国大部分地区属雷电多发区,因此加强交通运输行业的雷电防护有重要的实际意义。

7.雷电灾害对生态安全的影响

在我国,每年都会有大量森林发生火灾,这严重威胁着生态环境和经济发展。其中的很多火灾都是由雷电引发的。雷击火灾是林业的最重要灾害之一,据统计,我国大兴安岭由于雷击引起森林火灾占森林火灾总数的24%,而小兴安岭的伊春林区由于雷击引起森林火灾占森林火灾总数的7%。2002年7月28日内蒙古大兴安岭北部原始林区因雷击引发建国以来最为严重的雷击林火,火灾涉及19个火场,火灾面积达4万公顷。近1.6万名林业职工和官兵在4架直升飞机、2架运五飞机和1架人工增雨飞机的协助下,经过23个昼夜才将大火扑灭,仅扑火费用就高达近1亿元。此次雷击引发的森林大火,受到全国人民和党中央、国务院的高度关注和重视,由它所造成的生态损失和影响是十分严重的。

8.雷电灾对户外体育活动影响

随着人们户外体育活动的不断增加,因为雷电而导致的人员伤亡和活动中断等事故也时有发生,所以各类体育场馆一定要有较好的雷电防护设施。

9.雷电灾害对现代建筑物的影响

众所周知,雷电是发生在大气中的一种放电现象,其特点是高电压、大电流、强电磁辐射。通常,防雷技术是在高大的建筑物楼顶或其附近,安装防直击雷的防护装置。

这种防雷装置是由三部分组成,即接闪器、引下线和接地体。安装这种防护装置的目的是将强大的雷电电流,按照设计的通道泄放到大地。

也就是由设在建筑物顶端的接闪器拦截雷电电流,之后通过导电通畅的引下线,引导到电阻值很小的接地体泄入到大地。这是属于防直击雷的措施,一般我们称之为外部防雷。

当雷击发生时,建筑物的外部防雷装置确实有效地防御了雷击对建筑物结构的破坏,防止和减少了火灾和人身伤亡。但它并不能保护建筑物内的电气系统和电子系统免遭雷击。因为:(1)当雷电流快速泄放到大地的同时,在空中就会产生一个强大的变化磁场,处在这个强力变化磁场作用范围内的所有电气和电子系统的线路和设备,都会因为切割了磁场的磁力线而感应产生出电涌电流,轻则会产生失误动作,重则会造成设备损坏。(2)雷击发生时雷电流可能击中架空的电力线或通信线,也可能击中这些金属线缆附近而感应出电涌电流。这些电涌电流会沿着金属线缆进入电气和电子系统,造成破坏。

我们把上述通过感应磁场的效应即“场”的作用,以及通过线路雷电流侵入即“路”的作用统称为雷击电磁脉冲,也可以称为二次雷击。这种二次雷击的破坏是在人们看不见的感应磁场中发生的。可见,雷击电磁脉冲的破坏作用虽然是悄然发生的,但是却有更为严重的破坏。防御雷击电磁脉冲的技术可称为“内部防雷”。正是外部防雷与内部防雷共同组成了系统的综合防雷体系。

另外,雷击发生时建筑物的避雷装置在防止直击雷过程中,强大的雷电流经过引下线和接地体泄入大地。与此同时,可向附近的各种接地导体闪络电弧,电压可高达数万伏以上,会向建筑物内包括机房内各类接地的机器设备和电子设备;自来水管道、暖气管道、煤气管道等各类金属管线;接地的金属门窗甚至人,发生闪络现象,至使设备和人员受到伤害。所以在设计系统综合防雷工程时,对上述问题均要一并予以考虑。

人身雷击事故分析

报刊经常有关于雷击人身事故的报道,有的是很引人关注的。如1970年7月27日午后1点,一个闪电击到北京天安门广场,击倒10名游客,2人当场死亡,当年正是十年动乱最严重时期,于是引发了种种迷信传说,报刊有所忌讳,未作详细的现场描述,难以作寻踪分析以找出落雷伤人的规律性的知识。

自有记载以来,单雷击致人死亡的情况最多的是1975年12月23日非洲南部高原的津巴布韦的一次雷灾,在乌姆塔利市郊野外活动的21个农民,为躲雷雨而挤入一座茅棚,闪电击中茅棚,引起大火,草棚化为灰烬,21人全被烧焦。这一惨案之所以如此之惊人是由于两个原因:首先是野外茅棚高于四周,容易引雷。挤在一起的人群,同时都会受到雷电流的作用而麻木失去知觉,本来这么多的人分担电流,不一定会毙命。大惨案之所以出现,是因为还有第二个原因,即茅草易燃,就是大火燃烧使全体失去知觉的农民丧生。所以这一事例很值得注意。

我国发生过比这大得多的人身雷击事件,但灾害却轻得多。据1994年4月11日新华社讯,4月11日上午10时40分左右,位于大别山腹地的河南省商城县长竹园乡的黄柏山小学上空突降大雨(一个多月气温偏高,从未下雨),闪电击穿房顶,8间教室房顶上瓦被击碎,教室内共有125名师生被雷所伤,其中有8人重伤,3名教师和22名学生当场被击伤休克,幸无1人丧生。从地势、气象和落雷击碎瓦的面积看,这种雷有可能是如4.7节所说的巨型雷,能量较大,由于乡村小学没有什么金属物,雷电流入大地的通道分散,所以被击的人数虽多,但各人身体通过的电流均不至于造成心脏停跳,不致于丧生。

这所学校用的是砖瓦结构,而不是茅草屋顶,不致起火。

1994年湖北省也发生过一次超过津巴布韦的雷击事件。7月9日下午4时左右南漳县双坪乡石家坪村突降暴雨,正在这里参加小农闲开发的两千多农民工分别躲进民房和工棚内避雨,其中有66名挤入工地指挥部工棚,闪电袭击这一工棚,工棚被掀翻,有1人被抛出7m多远,5人被抛到了3m以外的荆棘中,其中重伤14人,轻伤52人,被抢救后,无人死亡。这则报道,记者没有描述工棚的状况,中雷者的状况难以分析。但是有两点可以肯定:它没有引起火灾,这是大幸,显然这不是一种“热雷”,工棚不是易燃物,也没有易燃易爆物放在棚内。第二点是此雷产生了较猛烈的气流冲击,雷的能量相当大,以至于可以把这么多人抛移相当远的距离,使66人同时受伤。

这样巨大能量的雷,在同一年的暑期还在另一地方出现过。那是1994年6月18日下午3点多钟,在吉林省罗通山脚下柳河县圣水镇小白蒿沟村发生的,15户农民受灾,死1人,重伤2人,轻伤5人。这个巨雷是在一阵冰雹之后发生的,这是一种“热雷”,它先击中村民老林房前40m处的一棵20m高的杨树,劈断烧成焦炭,在树旁击出一个1m深的大坑,由此可以看出这一闪电产生的冲击波的能量相当大,可以与湖北省石家坪村的雷击相比。

据同年7月7日《中国气象报》的采访中,闪电电流强度相当大,烧裂地面出现两条深沟裂缝,1条长达40多米,到达老林家,烧死他家儿媳1人,把他炕上的儿子烧成重伤,把室外的两个孙子烧成轻伤,来串门的邻居及怀中的孩子烧成轻伤;另1条到达其邻居老陈家猪圈,一头大母猪被击毙,仓库物资全部烧焦。

这种烧裂地面出现深沟裂纹的现象,在国外也曾见到过,作者摄制的电教片《雷电及其防护》中有一个镜头,就是现场拍下的照片,其尺度与吉林省小白蒿沟村的情况相近。

从这几个实例,可以得出一个结论:这种特别大的巨雷是并不罕见的,在高原、山地似乎出现的概率更大些,这种地区不易被诸报刊报道,通常防雷规范里的公式、数据是没有计算这种特殊情况的。不过人们头脑中应该有所防备,譬如在野外避雨时就要有所留意,双脚不能分开,这种巨雷产生的跨步电压就不同寻常,要考虑避雨处的火灾问题等。

下面介绍大树引雷造成的人身雷击事故。

1994年7月24日下午3点,云南省师宗县瓦葵村下雷雨时,3个挖秧田的村民跑到一棵大树下躲雨,闪电袭击大树,2人当场死亡,1人重伤。同年同月25日下午2点,乌云密布,普兰店市沙包镇奎兴村的村民4人正坐在大树下打扑克,突然响雷,4人当即昏迷,后来3人苏醒,1人死亡。

在大树下避雨遭雷击的事例非常多,即使不在树下,只是骑自行车经过,也有受到雷击的。1960年在荷兰,一名士兵骑车经过树旁,只看到一道火光从树向他射过来,自行车把带了电,他感到像挨了一拳狠击,失去知觉15分钟后就苏醒了,皮肤完好无损。1961年在美国,一个10岁男孩骑车经过树下,人们发现他靠在树上,失去了知觉,头上有一块地方被烧伤,左脚后跟起了一个泡,经抢救,脱离危险。

总结上述情况,都是一种旁侧闪络所致,因为雷击电流通过树时,树干各处电压骤然升高,人站在地上,与大地等电位,所以树干对人身产生电弧放电,电流经过人体的部位不同,产生的伤害就不同,流经心脏的,大都必死,否则就不一定致命。十岁男孩显然是闪电流经过心脏的,电流从头顶进入,从脚流出,为何能救活呢?就因为他骑车而过,离树较远,而身子又较矮,这样飞弧的距离较长,电压降大部发生在电弧区域,男孩头与脚间的电压就小多了,而闪电电流持续时间很短,闪电的能量较小,不足以使心脏停跳。至于那个士兵,则闪电主要从自行车入地了,只是部分电流从车把流入人体,接触面积大,不足以灼伤皮肤。

旁侧闪络击人,不一定来自大树,在帐篷或金属棚下都可能发生。

1944年Paterson和Turner报道,有两个士兵在钟形帐篷里躲雨,闪电击中帐篷,一个士兵立刻死了,左肩、臀部和大腿部均有烧伤,另一个仅失去知觉几分钟,不需急救,他只是左大腿有一处烧伤。显然柱顶是闪电入击之点,柱身就是闪电通道,这与大树相似,旁侧闪络从士兵的腿部进入,不经过心脏,就安然无事,所以在帐篷或工棚中避雨,要远离支柱是很重要的。如1973年Hanson和Mellwraith介绍过一个事例:有7个儿童在帐篷里避雨时,闪电击中帐篷的柱子,2个儿童死亡,左脸和脚趾均有烧痕,而另5个安然无恙,无任何受伤处。

在金属顶棚下避雨特别危险,即使闪电没有击它,也会出现旁侧闪络。1965年Rees介绍了一个事例:

有一家的男主人站在一块锌板下避雨,脚穿一双底下有平头钉的鞋,踩在潮湿的地上,20码远处的落叶松遭雷击,并烧着了树旁的干草堆,他的后背和右腿也有大面积的烧伤,上衣、衬衫和左脚上的鞋都烧坏了。

他的儿子和儿媳在近处另一块锌板下避雨,儿媳的脖子还碰到了锌板,闪电击中松树时,这两人都感到电击而被抛出8英尺远,儿子曾在很短时间内失去了知觉,但没有受什么伤,儿媳觉得脖子后面好像挨了一下打,右肩和后颈都有表皮烧伤,臀部有电流流过的烧痕。这其实是一种感应雷的旁侧闪络,当闪电先导接近松树时,锌板感应出电荷,松树发生回击时,这些感应电荷发生的静电高压就通过人体对大地放电了。

再举一个感应雷击人的例子,对我国城镇居民很有参考价值。

1992年6月21日下午5点半,北京突然出现雷雨,正在街上玩要的10岁小姑娘妮妮浑身被雨淋湿,急忙往家跑,当她推自家铁门时,一下子昏倒在地,家人及时为她做人工呼吸,紧接着,急救车把她送到北京同仁医院。医生检查,妮妮心跳每分钟仅30次,手腕部、大腿内侧有明显电击烧痕,由于心跳慢和呼吸严重阻碍造成脑缺氧,引起脑水肿,经全力抢救,6小时后她终于清醒了。现在城镇居民楼流行装防盗铁门,雷雨时期,这种门就会因静电感应而带上电,一旦附近有落地雷发生,触门者就因接触电压而受雷击。所以雷灾常会随着建筑情况和科技的发展而出现新情况,这必须引起人们的注意。

下面只举三件报载的事例。

1994年8月9日晚,辽宁省新民市周坨子乡王甸子村村民冯某等4名妇女围在屋内炕上看电视,9点左右,外面正下着雷雨,忽见电视机内冒烟,声像消失,4人也同时失去知觉,1人倒在炕上,其他3人被抛到地上。约10分钟后,4人相继苏醒,都说不清10分钟前发生的事,冯某感到脖子有轻微灼痛感,大家定睛一看,发现她脖颈上留下一道清晰的项链痕迹,项链本身尚未损坏。显然这是闪电的脉冲电磁场在金属闭合圈中产生感应电流的热效应所致,估计这还不是闪电直接击中电视室外天线,而是感应的二次雷从天线馈线进入室内,所以4人的伤势不重,否则冯某脖子上的项链也就熔化了。现在城乡电视天线密布,常有发生电视机被雷击毁之事,人身事故也就难免。在广州等地,感应过电压波沿电话线入室的颇多,手握电话机而死者耳有所闻。这是富兰克林避雷针不能保护现代城镇居民在室内安全的重要原因。

下面再介绍两件雷击死人的事例。

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