[科普中国]-气象与城市生命线系统

城市生命线系统

城市生命线系统指维系城市物质、能量和信息流通的各类交通与市政公用设施，主要包括交通、通讯、供电、供水、供气、供热、排水等子系统，对于保障城市各种活动的正常进行和各项功能的发挥都至关重要。城市生命线系统由各种建筑物、构筑物和管线网路等组成，完善的生命线系统是一个城市现代化水平与安全度的重要标志。广义的生命线系统包括城市的交通运输系统，狭义的城市生命线系统主要指各类地上和地下管线系统。

由于城市是一个复杂的人工生态系统，不具备自然生态系统的自我维持与自我修复功能，城市系统的运转和功能发挥完全要依赖于庞大的生命线系统从外界输人物质、能量和信息，同时城市的物质和精神产品及废弃物也要依靠生命线系统向外输出。城市生命线系统中的能源系统和给水系统类似血液循环系统和呼吸系统的吸气功能，不断给人体输送能量。通讯系统类似人的中枢神经系统，废弃物排放系统类似泌尿系统和排泄系统及呼吸系统中的呼气功能。1

城市生命线系统结构类型城市生命线工程包括多种结构类型，有地下、地上或半地下的，有的还跨越较大地域范围生命线工程往往以整体系统的形式发挥其功能。生命线系统都是由若干环节组成，其中任何一个环节的破坏都可能会影响到整个系统的功能。城市生命线系统除经常成为自然灾害和人为灾害的承灾体外，自身携带的物质、能量和信息的不正常泄漏或溢出也会带来一些次生或衍生灾害。如自来水输水干管的爆裂会给所在地点造成人为水灾，电缆漏电可酿成火灾或电击，燃气管道泄漏引燃使整条街道爆炸掀开的事故在我国已不止发生一次。我国许多城市在迅速扩建的过程中，新老地下管线混杂，不少已年久失修，仅北京市的各类地下管线的总长度已超过一万千米。历史上，动乱时期铺设的地下管网往往档案不全，底数不清，在旧城改造施工中经常发生野蛮施工挖断管线的事故。1

城市生命线系统事故与气象条件的关系城市生命线系统发生事故有人为原因，也有自然原因。在自然原因中，地震是对城市生命线破坏最严重的原生灾害。1995年日本地震后，多处起火经久不灭就与燃气管道的泄漏及电缆的破裂漏电有关。但地震在大多数城市发生的概率很低，对城市生命线影响更经常的是气象灾害。气象灾害对不同类型生命线系统的影响和可能引发的次生、衍生灾害都有所不同。1

供电系统城市的电源以国家区域电网为主，通常形成环路并与周边城市联网，有些重要单位自备发电系统供紧急情况下启用。2006年北京电力公司发生的18次一般事故中，由于恶劣天气原因造成的事故有7次，占近40%。气象灾害引发供电系统事故有以下几种情况

(1)污闪掉闸

空气中污染物质多且沾落在瓷瓶上，再遇浓雾，使绝缘性能大幅度下降。1990年2月16-17日大雾和空气污染导致区域电网大面积污闪，数十条高压输电线路和高压线路先后掉闸断电，8个枢纽变电站发生故障，为保证居民用电和取暖，不得不对200个工业大户拉闸停电和对郊区限电，造成严重的经济损失。

(2)电线触地

冬季发生冻雨时，电线积冰下垂接地造成漏电事故。在德国还发生过高压线塔的迎风面由于积冰过多失去平衡而轰然倒塌的事故。夏季高温电线热胀也有可能发生下垂触地。因此，在设计输电线路时，应该考虑当地的冬季和夏季温差，保持必要的塔高与间距，并经常检查线路状况。

(3)雷电

变电站和输电高压线等带电物体在雷雨中易被雷击，应注意安装避雷装置。

(4)暴雨、暴雪和大风

1983年6月5日北京市一场7级大风刮倒许多电杆，全市有17条1万伏高压线停电，300处380伏和220伏低压线出现故障。暴雨洪涝的冲击也常使电杆倒折。由暴雨引发的山洪、滑坡和泥石流对电杆和线路的危害更大。1999年11月24日沈阳暴雪，发生新中国成立以来最大规模的最严重的停电。由于电线积冰后被大风刮，与邻线相碰，6.6万伏高压线多处发生短路，连续18年未发生事故的浑河变电所24万伏主变压器爆炸，造成全市20%地区停电。共有29条高压线跳闸150余次。市电业局紧急通知各大煤矿立即停止并下作业。

(5)冻雨

冰冻对输电线路的危害极大，2008年1月中旬华中一带连降暴雪持续低温并夹带冻雨，三峡至上海的高压输电线路的1146号一1153号4座线塔因大量覆冰而倒塌。据电网管理人员介绍，该线塔是按江南地区常年气候设计抵御覆冰厚度为10 nun，而这次雪灾中线塔最厚覆冰达50～60 mm。当班冰厚50 mm时达导线拉力就会达到设计时的4.85倍。据国家电网不完全统计，仅1月27日17时到28日17时的一天内，湖南省就倒塔35基，到28日220 kv多片解网，湘西已与主网解列，全省分裂成3个孤立电网运行。其中郴州市城区连续十余天断电，长沙也一度断电，蜡烛卖到20元一根。由于高压输电线路要长期使用，一旦出现故障将严重影响整个区域的生产与人民生活，在工程设计中必须考虑到几十年一遇重大灾害发生的可能性，不能只按常年情况计算荷载和进行工程设计。

(6)高温

炎热天气市民空调制冷用电量激增，常使电网超负荷，极易酿成事故。2003年的江南和2006年重庆地区的持续酷热都曾使用电量接近极限。北京市2002年7月11-16日出现高温闷热天气，其中14日最高气温达41.1℃，12日中午用电量达806万kw,突破历史高峰，比上年的峰值增加14.3%。

(6)洪涝与地下电缆事故

现代城市输电线网大多已由地上改建为地下电缆，但仍需要注意防止雨涝的影响。一种情况是电缆包裹不严实，雨水渗透到地下管道造成漏电。另一种情况是久旱之后突降大雨，容易发生地面局部塌陷，损坏地下管线、

供水系统城市的供水系统由水源、水处理系统、输水管道等组成，主体是自来水系统，某些工业用水和城市绿地灌溉也使用非灌溉水源或排放污水处理后的中水。

(1)干旱

持续干旱会导致城市的水源不足，无法保证充分供应。我国的700多个城市中的大多数已出现水资源紧缺，尤其是北方和沿海城市。北京的密云水库在20世纪60年代每年平均来水20多亿立方米，除供应北京市外，还向河北与天津提供灌溉用水。到20世纪90年代，年均来水下降到8.6亿立方米，但从1999年以后只有年均1亿多立方米。由于长期超采地下水，海河流域城市出现地面下沉现象，莱州湾沿岸城市又遇海水人侵，地下水咸化，甚至失去饮用价值。干旱缺水还使城市河湖等水体不能及时更新而加剧富营养化。

(2)洪涝

虽然洪涝时从水量上看并不缺，但洪水经常把闸门旁和支流的污水及污染物质夹带冲到下游，导致下游水源被严重污染，严重威胁饮水安全。

(3)高温

夏季高温天气居民生活用水和工业冷却用水量激增，由于供水不足，楼房的高层经常出现水压不足，有时不得不实行分区分时供水。在高温天气下城市水体易出现水华，甚至爆发蓝藻。2007年6月下旬的高温天气中，北京的城市河湖就多处发生水华。7月上中旬太湖的蓝藻爆发也与异常高温的出现有关。

(4)严寒冻裂水管和水表

冬季发生强寒潮，突然大幅度降温时经常造成自来水管道冻裂。在2008年1月中旬的持续暴雪低温天气中，武汉市有卜多万居民因水管冻裂饱受停水之苦，宜昌市也有4000多户水表或水管冻坏，湖北、安徽、河南、重庆的11个城市供水管道破裂导致短时间停水。冻雨倒塔导致停电也是停水的一个重要原因，2008年1月下旬到2月上旬贵州、湖南、江西的10个城市大面积长时间停水。

(5)久旱逄雨地面塌陷损坏水管

长期干旱，地下水位明显下降之后突降大雨容易发生地面塌陷，有时会导致埋藏在地下的自来水管破裂。

供气与供热系统为改善能源结构和减少城市大气污染物数量，近年来，我国加速了天然气西气东输工程和从中亚向我国输气工程的建设，部分城市还使用液化石油气和煤气。北京市将大量燃煤锅炉改用天然气后，大气环境质量有了明显改善。北京市的天然气主要来自陕北长庆气田，小部分来自华北油田和大港储气库。我国规定日平均气温5℃以下进人集中供暖季节。北方城市一般采取集中供热，以水暖为主，有些单位采取气暖方式。住平房的往往采取分户烧煤炉或用土暖气取暖。目前北方城市集中供暖的锅炉大多已改烧天然气或液化石油气。

气象条件对供气系统的影响有以下几种情况

(1)突发洪水

1996年华北油田发生较大汛情，许多油并被淹，只能向北京低压供应，有些燃气炉灶因气压低，打不着火或火力微弱。

(2)雷暴引发火灾

1989年青岛的黄岛油库储油罐被雷击起火，造成了巨大伤亡与经济损失。北京市供气系统迄今虽未发生雷击起火，但隐患也是存在的。

(3)寒潮

2004年12月中旬末，强寒潮袭击华北，气温骤然下降，以后一直到2005年3月中旬气温都低于常年，出现了自1986年以来的唯一偏冷冬季，全市供热用气量从12月20日寒潮前的每日1700万立方米猛升到12月22日的2000万立方米，月底更达到2441万立方米，创历史最高。与此同时，上游却发生故障供气不足。为确保市民安全过冬，被迫减少向工业用户供气和停开部分燃气锅炉，使部分工业蒙受了相当大的经济损失。同时还停开了使用天然气的公共汽车和出租车，对公交运输造成了很大影响。供气最紧张时，由严管网气压不足，部分管线已低于红色报警的气压标准，处于危险状态。如继续降压，一旦降到低于正常大气压的负压状态，管外空气就会渗入，形成天然气与氧气的混合气，极易引燃爆炸。2008年1、2月间的持续低温冰雪灾害中贵州、湖南两省因管道结冰液化气供应曾中断数日。2003年冬，莫斯科出现十几年未有的寒潮降温，城市供热系统已年久失修不能正常取暖，到1月8日已有239人被冻死，普金总统下令要求迅速修复各地的暖气系统。低温对天然气管道的保温也有很大影响。如北京市常年的最大冻土深度是50 cm左右，平原地区历史上最冷冬的最大冻土深度曾接近1 m，因此，天然气管道的埋藏深度确定为85 cm。从陕北向北京输送时，沿途经过的寒冷地区还要对管道每隔一段距离进行如加热处理。

通讯与信息系统城市通讯包括电话、互联网、广播和电视等方式，采用无线方式的，主要设施是电台、电视台、雷达和卫星信息的发射与接收装置；采用有线方式的，主要设施是电缆、光缆、电脑联网等。气象条件对通讯系统的影响危害最大的是雷电，国际电工委员会把雷电灾害称为“电子时代的一大公害”。如1991年9月香港某电视台受雷击影响，两个频道一度停播。1992年5月1日的雷击使湖南广播电视大学的200门程控电话、6台计算机和多台彩色电视机被击毁。1994年5月23日的一次雷雨使天安门附近的四个重要部门的程控电话机、寻呼机发射台、彩色电视机等电子设备击坏。

此外，暴雨导致的地面塌陷、太阳活动异常、洪水渗漏到地下管线等也都有可能造成重大的通讯事故。

低温和冰雨对通信系统的危害极大，2008年截止到2月4日，贵州、湖南、江西、安徽、湖北、广西、四川、浙江等十几个省份受灾，移动通信累计有6.5万个基站因停电而中断通信固定通信累计因冰雪倒杆断杆10万根，通信线路损毁约2.3万千米，累计影响用户3953万户。以后还继续发生倒杆断杆15万根和通信线路损毁1.6万千米。1