云南地震災(zāi)害人員傷亡預(yù)測方法研究*

施偉華，陳坤華，謝英情，李 西，龐衛(wèi)東，代博洋

(云南省地震局，云南昆明650224)

云南地震災(zāi)害人員傷亡預(yù)測方法研究*

施偉華，陳坤華，謝英情，李 西，龐衛(wèi)東，代博洋

(云南省地震局，云南昆明650224)

以1992～2010年云南地區(qū)的破壞性地震的傷亡人數(shù)資料為主，將其分別與地震震級和烈度統(tǒng)計擬合，得到云南地區(qū)震級和烈度與死亡人數(shù)的關(guān)系曲線及表達(dá)式。根據(jù)云南各地的自然環(huán)境和社會發(fā)展的差異，確定了各種條件下的地震災(zāi)害人員死亡影響因子加權(quán)系數(shù)的取值，對兩個擬合關(guān)系表達(dá)式進(jìn)行校正。采用該方法計算了已發(fā)生的12個地震的死亡人數(shù)，并與實(shí)際的地震災(zāi)害死亡人數(shù)作了對比及討論。

破壞性地震;地震災(zāi)害;人員傷亡;云南地區(qū)

0 前言

破壞性地震發(fā)生后，對傷亡人員進(jìn)行救治與處理是地震救災(zāi)最為緊要及主要的任務(wù)。救災(zāi)力量投入的大小與人員傷亡數(shù)量密切相關(guān)。了解災(zāi)區(qū)的現(xiàn)狀、決策救災(zāi)的規(guī)模、派遣合適的救災(zāi)人員與設(shè)備，是決策人員面對的首要問題，因此有必要尋求一種較好的預(yù)測方法，在地震發(fā)生后的數(shù)小時內(nèi)，對該次地震的人員傷亡情況進(jìn)行預(yù)先評估，及時布署抗震救災(zāi)工作。

國內(nèi)地震人員傷亡預(yù)測方法主要有:房屋毀壞率法 (譚承業(yè)，1989;尹之潛，1991;晏鳳桐，2003)、動態(tài)評估法 (周素琴，2004)、災(zāi)情擬合法 (施偉華等，2005)等。這些方法以地震災(zāi)害調(diào)查統(tǒng)計資料為基礎(chǔ)，多數(shù)以房屋破壞狀況為造成人員傷亡的主要因素，以發(fā)震時間、人口密度等作為影響因子，從而得到人員傷亡快速預(yù)測公式。

本文結(jié)合云南的歷次地震人員傷亡統(tǒng)計資料、將地震動強(qiáng)度作為造成人員傷亡的主要因素，以社會發(fā)展和自然環(huán)境等作為影響因子，對云南破壞性地震后的傷亡人數(shù)快速預(yù)測方法進(jìn)行研究，以尋求一種簡便、快捷而又具有一定實(shí)用性的預(yù)測地震災(zāi)害人員傷亡的方法。

1 資料選取與方法概述

1.1 資料選取

云南地區(qū)自1992年進(jìn)行地震災(zāi)害損失評估以來，積累了豐富的地震災(zāi)害人員傷亡資料。本文以1992～2010年云南地區(qū)歷次地震的震級和烈度與死亡人數(shù)的資料為主，由于在這期間云南的大地震數(shù)量少，為了減小統(tǒng)計擬合的離散和誤差，增加了1970年通海7.8級、1974年永善—大關(guān)7.1級、1976年龍陵7.4級和1988年瀾滄—耿馬7.6級4個大地震，及對自然環(huán)境和社會發(fā)展影響相似的2008年四川汶川8.0級、2010年青海玉樹7.1級2個大地震。

地震人員傷亡資料主要來源于云南地區(qū)歷次地震災(zāi)害損失評估報告，本文只選取災(zāi)區(qū) (烈度Ⅵ度及其以上)全部在云南境內(nèi)的地震，這樣比較合理。1992～2010年，云南境內(nèi)共發(fā)生49次破壞性地震，加上上述的6個地震，本文共使用55個地震 (表1)。文中涉及的云南省和各縣的人口密度來源于云南統(tǒng)計年鑒或相關(guān)資料。

1.2 方法概述

由表1統(tǒng)計擬合得到云南震級和烈度分別與死亡人數(shù)的擬合曲線及關(guān)系式，用這兩個擬合關(guān)系式可以計算出在不同震級和烈度下的地震傷亡人數(shù)。

表1 歷次地震傷亡人數(shù)統(tǒng)計表Tab.1 Statistics of the number of earthquake casualty

地震傷亡人數(shù)主要取決于地震能量 (震級或烈度)的大小，并與災(zāi)區(qū)的人口密度以及發(fā)震時間相關(guān)，還受震區(qū)的地形與天氣、震中位置和有無顯著前震的影響。云南各地的自然環(huán)境和社會發(fā)展的差異大，對于某一地區(qū)來說，應(yīng)該用人口密度加權(quán)系數(shù) (某震區(qū)的人口密度與云南省的人口密度之比)、發(fā)震時間加權(quán)系數(shù)、地形天氣加權(quán)系數(shù)、震中位置加權(quán)系數(shù)和顯著前震加權(quán)系數(shù)來對擬合計算得到的地震災(zāi)害死亡人數(shù)D'進(jìn)行校正。

地震災(zāi)害死亡人數(shù)的預(yù)測函數(shù)為

式中，D為預(yù)測計算死亡人數(shù);D'為擬合計算死亡人數(shù);R為影響因子加權(quán)系數(shù)組，由一系列加權(quán)系數(shù)組成:人口密度加權(quán)系數(shù)ρ;發(fā)震時間加權(quán)系數(shù)T;地形天氣加權(quán)系數(shù)G;震中位置加權(quán)系數(shù)P;顯著前震加權(quán)系數(shù)W。

則地震災(zāi)害死亡人數(shù)的預(yù)測函數(shù)展開式為

2 地震災(zāi)害死亡人數(shù)的統(tǒng)計擬合

2.1 震級與死亡人數(shù)的擬合

用表1中的不同震級與死亡人數(shù)，統(tǒng)計擬合得到云南震級與死亡人數(shù)的關(guān)系曲線 (圖1)，其關(guān)系式為

式中，D'為擬合計算死亡人數(shù);M為震級。

圖1 云南地區(qū)震級與死亡人數(shù)的關(guān)系Fig.1 The relationship between magnitude and the number of deaths in Yunnan

2.2 烈度與死亡人數(shù)的擬合

用表1中的不同烈度與死亡人數(shù)，統(tǒng)計擬合得到云南烈度與死亡人數(shù)的關(guān)系曲線 (圖2)，其關(guān)系式為

式中，D'為擬合計算死亡人數(shù);I為烈度。

圖2 云南地區(qū)烈度與死亡人數(shù)的關(guān)系Fig.2 The relationship between intensity and the number of deaths in Yunnan

3 影響因子加權(quán)系數(shù)的確定

3.1 ρ的確定

震區(qū)的人口密度對人員傷亡有很大的關(guān)系。人口密度每年都有變化，所以ρ(某震區(qū)的人口密度與云南省的人口密度之比)的取值應(yīng)在地震發(fā)生后查閱發(fā)震時的云南省與發(fā)震地的上年統(tǒng)計年鑒計算得到，或者由數(shù)年前的云南省與發(fā)震地的人口密度乘以年增長率得到。

3.2 T的確定

發(fā)震時間對人員傷亡有較大的影響。王景來和楊子漢 (1998)通過大量的調(diào)查，根據(jù)云南地區(qū) (特別是農(nóng)村)居民的生活、生產(chǎn)習(xí)慣，給出了云南地區(qū)各時段的人員戶外率，筆者根據(jù)各時段的人員戶外率，給各時段賦予一個人員發(fā)震時間加權(quán)系數(shù) (表2)，T的取值見表2。

表2 云南各時段人員戶外率及發(fā)震時間加權(quán)系數(shù)TTab.2 Ratio of staff in outdoor in every time period and weighting coefficients occurrence time T of earthquake in Yunnan

3.3 G的確定

震區(qū)的地形與天氣對人員的傷亡有影響。由表1可知，云南發(fā)生同樣烈度的地震，其傷亡人數(shù)有幾倍乃至幾十倍的差別，原因諸多，其中有地形與天氣的影響。差別最大的是Ⅵ度地震，最少死亡0人，最多死亡22人。2006年鹽津5.1級地震死亡人數(shù)22人，其中18人為滾石和崩塌體致死，創(chuàng)造了云南地震史上的死亡之最。其主要原因是震區(qū)地形陡峭、山體破碎，又正值雨季，加重了塌方和滾石。2008年四川汶川8.0級地震由于地形引起滑坡、塌方和滾石，造成過多的傷亡。2010年青海玉樹7.1級地震的災(zāi)害偏重，除了房屋抗震力弱外，也有這方面的原因。此外軟弱松散、抗震力弱的場地也會加重人員傷亡。本文G的取值見表3。

表3 云南地形天氣加權(quán)系數(shù)GTab.3 Terrain and weather weighting coefficient G in Yunnan

3.4 P的確定

城鎮(zhèn)與農(nóng)村的人員活動范圍不同，前者主要是室內(nèi)活動，后者主要是室外活動。另外，城鎮(zhèn)是整個地震災(zāi)區(qū)的人口密集之地，其人口密度高于整個地震災(zāi)區(qū)的人口密度。基于這兩個原因，震中離城鎮(zhèn)的距離對傷亡人數(shù)的影響較大，是地震人員傷亡預(yù)測的因素之一。以云南盈江2008年8月21日5.9級和2011年3月10日5.8級兩次地震作對比。盈江5.9級地震發(fā)生于盈江縣北部山地的勐弄鄉(xiāng)左家坡—中山村—勐弄村一帶，離盈江縣城41 km。盈江5.8級地震發(fā)生于盈江盆地的縣城至盈江農(nóng)場一帶，離盈江縣城2 km。兩次地震的傷亡人數(shù)見表4。盈江縣的基本抗震設(shè)防烈度為Ⅶ度。

表4 盈江5.9級和5.8級地震的傷亡人數(shù)Tab.4 Earthquake casualties of Yingjiang M5.8 and M5.9 earthquakes

由表4可以看出，傷亡數(shù)量差別很大，盈江5.8級地震的死亡人數(shù)是5.9級地震的5倍之多。這主要由于震中離縣城近，而且地震造成的烈度達(dá)Ⅷ度，超過了盈江基本設(shè)防烈度，其次還有盈江盆地的場地土軟弱松散的影響。以盈江兩次地震的傷亡對比為依據(jù)，將傷亡人數(shù)與震中距的關(guān)系作一些前推和后延，筆者認(rèn)為當(dāng)?shù)卣鹪斐傻牧叶瘸^當(dāng)?shù)氐脑O(shè)防烈度Ⅰ度時，P值可以按表5取值，超過Ⅱ度時可以考慮將P值加倍。當(dāng)?shù)卣鹪斐傻牧叶刃∮诨虻扔诋?dāng)?shù)氐脑O(shè)防烈度時，在預(yù)測計算時可以忽略震中位置加權(quán)系數(shù)。

表5 云南震中位置加權(quán)系數(shù)PTab.5 Epicenter location weighting coefficient P in Yunnan

3.5 W的確定

本文所指的顯著前震是主震前數(shù)天內(nèi)發(fā)生、有強(qiáng)烈震感、沒有造成重大人員傷亡、對減少后續(xù)大震的人員傷亡有預(yù)警作用的地震。相近自然環(huán)境與社會環(huán)境下的相似地震的人員傷亡對比研究，對認(rèn)識生命損失影響因數(shù)具有一定意義。李永強(qiáng)和王景來 (2007)揭示了1976年5月29日云南龍陵7.3級、7.6級與1988年11月6日瀾滄—耿馬7.4級、7.2級地震的顯著前震對人員傷亡的影響 (表6)。

表6 1976年龍陵、1988年讕滄—耿馬地震的主要參數(shù)Tab.6 Main parameters of Longling earthquake in 1976 and earthquake in 1988 Langcan-Gengma

從表6看出，同是云南西部瀾滄江以西的雙震型大震，震級、發(fā)震時間、人口密度相近，自然環(huán)境與社會環(huán)境相似，極震區(qū)烈度均為Ⅸ度，但人員死亡數(shù)量相差很大。據(jù)此，在有顯著前震的情況下，本文將W的取值定為0.2，如沒有顯著前震，W的取值為1.2(表7)。

表7 云南顯著前震加權(quán)系數(shù)WTab.7 Weighting coefficient W of notable foreshock in Yunnan

4 重傷、輕傷人數(shù)的估算

表8為筆者統(tǒng)計的1992～2010年云南地區(qū)各烈度地震傷亡人數(shù)及比率。

表8 地震烈度與人員死傷比的關(guān)系Tab.8 Relationship between intensity and ratio of deaths and casualty

王景來和楊子漢 (1998)通過對云南1950～1996年的54次震中烈度達(dá)到Ⅵ度以上的地震的人員死傷比進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)死傷比與烈度有很大的關(guān)系，烈度低的地震死傷比要小得多，隨著烈度的增加，死傷比越來越大，它們的關(guān)系見表9。以表8的統(tǒng)計計算結(jié)果為主，參考表9的結(jié)論，筆者給出云南死亡與重傷的比例、死亡與輕傷的比例 (表10)。

表9 地震烈度與人員死傷比的關(guān)系Tab.9 Relationship intensity and rutio of deaths and casualty

表10 云南死亡與重傷、死亡與輕傷的比例Tab.10 Ratios of deaths and serious injuries，deaths and minor injuries in Yunnan

5 預(yù)測實(shí)例與討論

5.1 預(yù)測實(shí)例

發(fā)生地震后，知道震級且取得該地震災(zāi)區(qū)的人員傷亡影響因子加權(quán)系數(shù)，用震級與死亡人數(shù)的擬合關(guān)系式 (3)和死亡人數(shù)的預(yù)測函數(shù)展開式 (2)，可以預(yù)測計算出該地震的死亡人數(shù) (簡稱震級法)。

已知地震的震級和震源深度，用震中烈度與震級的關(guān)系式I0=1.5M－1.2 lgh+0.75(胡聿賢，1988)求出該地震的震中烈度。取得震中烈度和該地震災(zāi)區(qū)的人員傷亡影響因子加權(quán)系數(shù)，利用烈度與死亡人數(shù)的擬合關(guān)系式 (4)和死亡人數(shù)的預(yù)測函數(shù)展開式 (2)，可以預(yù)測出該地震的死亡人數(shù) (簡稱烈度法)。

筆者選取了云南地區(qū)12個具有代表性的不同震級的地震，其中包含了2006年7月22日的鹽津5.1級地震，根據(jù)各地震發(fā)生地的實(shí)際情況，取得各個影響因子加權(quán)系數(shù)值，用上述兩種預(yù)測方法，計算預(yù)測了人員死亡數(shù)，并與實(shí)際死亡人數(shù)作對比，見表11。

表11 兩種預(yù)測方法的結(jié)果與實(shí)際死亡人數(shù)的對比Tab.11 Number of deaths comparison between two prediction methods and in actural

5.2 討論

從表11可以看出，在烈度法中12個預(yù)測樣本有8個的預(yù)測結(jié)果非常接近實(shí)際的死亡人數(shù)，而且在8個預(yù)測結(jié)果中，Ⅷ、Ⅸ度的地震有4個。在震級法中12個預(yù)測樣本有4個地震的預(yù)測結(jié)果非常接近實(shí)際的死亡人數(shù)，但這4個都是Ⅵ、Ⅶ度的地震。兩種預(yù)測方法的相對可信度的差異，與兩種方法的擬合對象不同有關(guān)，震級法的擬合數(shù)據(jù)穩(wěn)定性差、離散大，而烈度法則好一些。造成這種差別的原因主要是各地的情況差異很大，地震災(zāi)害死亡人數(shù)受諸多因素的影響，造成同等震級或烈度的地震，其死亡人數(shù)有幾倍乃致十幾倍的差異 (表1)，數(shù)據(jù)波動大，且地震是小概率事件，統(tǒng)計擬合的樣本數(shù)偏少，特別是大地震和特大地震，所以造成了擬合的離散，產(chǎn)生了誤差。

兩種預(yù)測方法對鹽津5.1級地震死亡人數(shù)的預(yù)測結(jié)果與實(shí)際死亡人數(shù)的差別都很大，這說明鹽津地震的情況是個特例，在云南是罕見的。說明地震災(zāi)害人員傷亡預(yù)測的難度大，影響因子加權(quán)系數(shù)的取值很重要，特別是在云南，各地的自然環(huán)境千差萬別，社會發(fā)展水平參差不齊，會有特殊情況發(fā)生，在預(yù)測傷亡人數(shù)時，需要熟悉云南的情況。

綜上所述，筆者認(rèn)為兩種預(yù)測方法與實(shí)際死亡人數(shù)都存在誤差，但烈度法的預(yù)測結(jié)果比震級法更接近實(shí)際，特別是發(fā)生高烈度的地震時。影響因子加權(quán)系數(shù)的取值范圍的確定是難點(diǎn)，需要進(jìn)行大量的調(diào)查考證工作，以對其考察、改進(jìn)和完善。

發(fā)生地震后，用烈度法進(jìn)行人員傷亡預(yù)測具有一定的參考價值。已知死亡人數(shù)，用表10的死亡與受傷的比例就可以預(yù)測受傷人數(shù)，由于篇幅的關(guān)系，本文省略。

胡聿賢.1988.地震工程學(xué)［M］.北京:地震出版社.

李永強(qiáng)，王景來.2007.云南地震災(zāi)害與地震應(yīng)急［M］.昆明:云南科技出版社.

施偉華，周光全，盧永坤.2005.云南地震人員災(zāi)情預(yù)估方法初探［J］.地震研究，28(3):294 －297.

譚承業(yè).1989.發(fā)布地震告警的一個判據(jù)——各類地震死亡人數(shù)預(yù)測［J］.中國地震，5(4):81－88.

王景來，楊子漢.1998.云南自然災(zāi)害與減災(zāi)研究［M］.昆明:云南大學(xué)出版社.

晏鳳桐.2003.地震災(zāi)害的快速評估［J］.地震研究，24(4):382－387.

尹之潛.1991.地震災(zāi)害預(yù)測與地震災(zāi)害等級［J］.中國地震，7(1):9－19.

周素琴.2004.地震人員傷亡的動態(tài)評估［J］.華僑大學(xué)學(xué)報，32(1):16－21.

Prediction Method Research on Casualties Due to Earthquake Disaster in Yunnan

SHI Wei-hua，CHEN Kun-hua，XIE Ying-qing，LI Xi，PANG Wei-dong，DAI Bo-yang
(Earthquake Administration of Yunnan Province，Kunming 650224，Yunnan，China)

Using the data of the number of casualties due to destructive earthquake in Yunnan area from 1992 to 2010，we fitted curve and expressions between magnitude，intensity and deaths respectively.According to the difference of natural environment and social development among various places in Yunnan，we identified weighting coefficients values of casualty's impact factor in earthquake disaster under various conditions and used weighting coefficients to calibrate the two expressions of fitting relation.At last，we applied this method to estimate the death number of 12 earthquakes and compare with the actual number of death in actual earthquake disaster.

destructive earthquake;earthquake disaster;casualty;Yunnan area

P315.94

A

1000－0666(2012)03－0387－06

2012－04－05.

地震行業(yè)科研專項(xiàng)“寧洱6.4級地震現(xiàn)場綜合考察和研究 (200808061)”資助.