2014年云南魯?shù)镸S6.5地震災(zāi)害區(qū)域等級劃分研究*

劉　軍，宋立軍，盧永坤，孫甲寧，張方浩，譚　明

(1.新疆維吾爾自治區(qū)地震局，新疆 烏魯木齊 830011；2.云南省地震局，云南 昆明 650224)

2014年云南魯?shù)镸S6.5地震災(zāi)害區(qū)域等級劃分研究*

劉軍1，宋立軍1，盧永坤2，孫甲寧1，張方浩2，譚明1

(1.新疆維吾爾自治區(qū)地震局，新疆 烏魯木齊 830011；2.云南省地震局，云南 昆明 650224)

摘要：對地震災(zāi)害區(qū)域等級劃分模型進(jìn)行了分析，并以2014年云南魯?shù)镸S6.5地震為例，對此次地震的地震災(zāi)害指數(shù)進(jìn)行計(jì)算。討論不同震害特征地震如何選取相應(yīng)震害因素，能夠充分的反映出災(zāi)區(qū)區(qū)域?yàn)?zāi)害等級差異。

關(guān)鍵詞：災(zāi)害區(qū)域；等級劃分；災(zāi)害指數(shù)；魯?shù)镸S6.5地震

0前言

經(jīng)歷汶川8.0級、玉樹7.1級和蘆山7.0級等破壞性地震后，地震科技工作人員認(rèn)識到，災(zāi)害影響范圍、救災(zāi)重點(diǎn)區(qū)域及災(zāi)害程度等信息逐漸成為應(yīng)急救援和恢復(fù)重建工作關(guān)注的重要問題。如何以地震現(xiàn)場調(diào)查和災(zāi)害損失評估資料為基礎(chǔ)，快速確定地震災(zāi)害影響區(qū)域，并根據(jù)災(zāi)情的嚴(yán)重程度開展地震災(zāi)害等級劃分與嚴(yán)重程度排序等逐漸成為破壞性震后地震應(yīng)急工作重要內(nèi)容之一(曲國勝等，2007)。

地震災(zāi)害區(qū)域等級劃分是以綜合災(zāi)害指數(shù)作為指標(biāo)，以縣級行政區(qū)劃為統(tǒng)計(jì)單元對災(zāi)區(qū)進(jìn)行的災(zāi)害程度輕重排序工作，可為政府迅速開展抗震救災(zāi)和恢復(fù)重建提供科學(xué)依據(jù)(胡偉華等，2010)。為滿足政府的需要，自20世紀(jì)90年代以來，地震工作者從不同角度和層面結(jié)合地震災(zāi)害特點(diǎn)開展了大量地震災(zāi)區(qū)不同區(qū)域的災(zāi)害程度輕重研究工作(馮利華，2000；馮志鐸等，1994；于慶東，沈榮芳，1997)。

本文以2014年8月3日云南魯?shù)镸S6.5地震作為算例進(jìn)行地震災(zāi)害區(qū)域等級劃分，并對工作中各震害因素的選取應(yīng)用進(jìn)行分析研究。數(shù)據(jù)取自云南魯?shù)镸S6.5地震的云南、四川及貴州各災(zāi)區(qū)的災(zāi)害損失評估報告*云南省地震局.2014.2014年8月3日魯?shù)?.5級地震災(zāi)害直接經(jīng)濟(jì)損失評估報告.。

1地震災(zāi)害區(qū)域等級劃分模型概述

《地震災(zāi)害區(qū)域等級評估工作指南(2009)》*中國地震局.2009.地震災(zāi)害區(qū)域等級評估工作指南(試行).中對于地震災(zāi)害的劃分等級與國家地震應(yīng)急預(yù)案中的地震災(zāi)害事件分級相對應(yīng)；《指南》中規(guī)定地震災(zāi)害等級指災(zāi)害區(qū)域內(nèi)地震災(zāi)害的輕重程度，由重至輕一般劃分為4級，即極重災(zāi)區(qū)、嚴(yán)重災(zāi)區(qū)、較重災(zāi)區(qū)和一般災(zāi)區(qū)(魏慶朝，張慶珩，1996；盧永坤等，2011)。根據(jù)地震災(zāi)害的影響程度，以綜合災(zāi)害指數(shù)作為劃分指標(biāo)，以縣級行政區(qū)劃為統(tǒng)計(jì)單元對災(zāi)區(qū)的縣進(jìn)行地震災(zāi)害等級劃分。綜合災(zāi)害指數(shù)主要考慮5類因素：死亡和失蹤人數(shù)、房屋震害系數(shù)、烈度影響系數(shù)、經(jīng)濟(jì)損失和地震地質(zhì)災(zāi)害危害程度。

1.1死亡和失蹤人數(shù)(DP1+MP)

可單獨(dú)考慮死亡和失蹤人數(shù)的絕對值(DP1+MP)或相對值(DP2)，也可同時參照死亡和失蹤人數(shù)的絕對值和相對值。相對值(DP2)采用統(tǒng)計(jì)單元內(nèi)死亡和失蹤人數(shù)占統(tǒng)計(jì)單元內(nèi)總?cè)丝跀?shù)的比例作為受災(zāi)的主要參數(shù)：

(1)

式中，DP1(i)為i統(tǒng)計(jì)單元內(nèi)死亡人數(shù)；MP(i)為i統(tǒng)計(jì)單元內(nèi)失蹤人數(shù)；P(i)為i統(tǒng)計(jì)單元內(nèi)總?cè)丝跀?shù)。

1.2房屋震害系數(shù)(DHI)

房屋震害系數(shù)是表征房屋破壞程度的指標(biāo)，可通過現(xiàn)場抽樣調(diào)查得到：

(2)

式中，λS(i，j)為i統(tǒng)計(jì)單元某抽樣調(diào)查點(diǎn)S類房屋j破壞等級的破壞比； ηS(i，j)為i統(tǒng)計(jì)單元某抽樣調(diào)查點(diǎn)S類房屋j破壞等級的損失比； kHS(i)為i統(tǒng)計(jì)單元抽樣調(diào)查點(diǎn)內(nèi)該類房屋在所有類型房屋中所占比例。

1.3烈度影響系數(shù)DPI

烈度影響系數(shù)是指統(tǒng)計(jì)單元內(nèi)人口在不同烈度區(qū)影響下的加權(quán)平均值：

(3)

式中，I(i)為i統(tǒng)計(jì)單元處于不同區(qū)的烈度值， m=6，7，8，9，10，11，12； P(i，m)為i統(tǒng)計(jì)單元處于烈度值m區(qū)內(nèi)的人口數(shù)； P(i)為i統(tǒng)計(jì)單元內(nèi)總?cè)丝跀?shù)。

1.4地震造成經(jīng)濟(jì)損失(DEL)

地震造成經(jīng)濟(jì)損失可以以絕對值(DEL1)或相對值(DEL2)作為參考，也可同時考慮地震造成經(jīng)濟(jì)損失的絕對值與相對值。相對值(DEL2)采用統(tǒng)計(jì)單元內(nèi)經(jīng)濟(jì)損失(DEL1)占GDP的比例作為災(zāi)區(qū)統(tǒng)計(jì)單元受災(zāi)的主要參數(shù)：

(4)

式中， DEL1(i)為i統(tǒng)計(jì)單元內(nèi)經(jīng)濟(jì)損失值；GDP(i)為i統(tǒng)計(jì)單元內(nèi)上年度GDP。

1.5地震地質(zhì)災(zāi)害危害度(DGH)

地震地質(zhì)災(zāi)害指地震引發(fā)地面崩塌、滑坡、泥石流、地震斷層、砂土液化、地裂縫和地震塌陷等，地震地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育程度可根據(jù)規(guī)模大小對各因子進(jìn)行危害等級劃分，分為小、中、大3個級別，將災(zāi)害危害度歸一化處理后采用分級加權(quán)的方法進(jìn)行處理：

DGH(i,n)=

(5)

式中， DGHa(i，n)為i統(tǒng)計(jì)單元n因子大型危害處(所、座、公頃)；DGHb(i，n)為i統(tǒng)計(jì)單元n因子中型危害處(所、座、公頃)；DGHc(i，n)為i統(tǒng)計(jì)單元n因子小型危害處(所、座、公頃)；ka、kb、kc為大、中、小型危害處分配的權(quán)重，分別為0.6、0.3、0.1；RA(i)為i統(tǒng)計(jì)單元內(nèi)國土面積；n為參與計(jì)算因子個數(shù)。各因子歸一化處理后進(jìn)行等權(quán)加權(quán)平均，得到各統(tǒng)計(jì)單元地震地質(zhì)災(zāi)害危害度指標(biāo)值

(6)

式中，DGH(i，n)′為i統(tǒng)計(jì)單元n因子歸一化處理的數(shù)據(jù)。

1.6綜合災(zāi)害指數(shù)

綜合災(zāi)害指數(shù)可根據(jù)震區(qū)震害特點(diǎn)和災(zāi)害程度選擇死亡和失蹤人數(shù)、房屋震害系數(shù)和烈度影響系數(shù)3個參數(shù)，并賦于其不同權(quán)重進(jìn)行加權(quán)平均給出，或增加經(jīng)濟(jì)損失和地震地質(zhì)災(zāi)害危險度，分別采用4個或5個參數(shù)，并賦于其不同權(quán)重進(jìn)行加權(quán)平均給出：

DAI(i)=k1×DP(i)′+k2×DHI(i)′+k3×DPI(i)′+k4×DEL(i)′+k5×DGH(i)′.

(7)

式中， DP(i)′、 DHI(i)′、 DPI(i)′、 DEL(i)′、 DGH(i)′分別是對DP(i)、 DHI(i)、 DPI(i)、 DEL(i)、 DGH(i)各自進(jìn)行歸一化法處理的數(shù)據(jù)；k1、k2、k3、k4、k5分別為DP(i)、 DHI(i)、 DPI(i)、 DEL(i)、 DGH(i)所分配的權(quán)重；并且k1+k2+k3+k4+k5=1。

一般在重大地震災(zāi)害或特別重大地震災(zāi)害下可以選用5個參數(shù)，其中k1、k2、k3、k4、k5分別取0.30、0.25、0.20、0.05、0.2。為充分反映該地震事件災(zāi)害的特點(diǎn)，可對各權(quán)重進(jìn)行細(xì)微的調(diào)整。

2魯?shù)镸S6.5地震震害及災(zāi)害指數(shù)計(jì)算

2014年8月3日，云南省魯?shù)榭h發(fā)生MS6.5地震，造成云南省、四川省及貴州省近10個縣，共55個鄉(xiāng)鎮(zhèn)遭受不同程度破壞(盧永坤等，2014)。

本次災(zāi)害區(qū)域等級劃分工作選取死亡和失蹤人數(shù)相對值、房屋震害系數(shù)、烈度影響系數(shù)、地震造成的經(jīng)濟(jì)損失因素和地震地質(zhì)災(zāi)害危害度5個參數(shù)作為評價指標(biāo)，其中死亡、失蹤人數(shù)依照當(dāng)?shù)卣蠄蟮慕y(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，房屋震害系數(shù)、烈度影響系數(shù)加權(quán)值由GIS系統(tǒng)公里格網(wǎng)人口密度分布積分求得，地震地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)主要通過震后航衛(wèi)片解譯和現(xiàn)場調(diào)查求得，由云南省國土資源廳提供。

2.1死亡和失蹤人數(shù)

據(jù)官方統(tǒng)計(jì)，截至8月12日10時，本次地震已造成617人死亡(魯?shù)榭h526人，巧家縣78人，昭陽區(qū)1人，會澤縣12人)，112人失蹤，3 143人受傷。依據(jù)式(1)所得計(jì)算結(jié)果見表1。

表1　魯?shù)榈卣鹚劳龊褪й櫲藬?shù)統(tǒng)計(jì)及相對值

2.2房屋震害系數(shù)

根據(jù)《云南魯?shù)?.5級地震現(xiàn)場評估報告》*云南省地震局.2014.2014年8月3日魯?shù)?.5級地震災(zāi)害直接經(jīng)濟(jì)損失評估報告.，以Ⅵ度區(qū)作為外邊界，破壞連續(xù)分布的區(qū)域作為計(jì)算經(jīng)濟(jì)損失的評估區(qū)，魯?shù)榭h城與巧家縣城作為城市評估區(qū)單獨(dú)進(jìn)行評估。將云南省內(nèi)災(zāi)區(qū)劃分為5個評估區(qū)，貴州省內(nèi)劃分為1個災(zāi)區(qū)，Ⅸ度區(qū)與Ⅷ度區(qū)為評估區(qū)一，Ⅶ度區(qū)為評估區(qū)二，Ⅵ度區(qū)為評估區(qū)三，魯?shù)榭h城為評估區(qū)四，巧家縣城為評估區(qū)五。其中，災(zāi)評工作組調(diào)查了云南省內(nèi)482個居民點(diǎn)，從中選取64個抽樣點(diǎn)，貴州震區(qū)的31個居民點(diǎn)。本次調(diào)查過程中，將魯?shù)榭h城劃分為4個調(diào)查子區(qū)、巧家縣城分為2個調(diào)查子區(qū)，調(diào)查房屋建筑總面積分別為439 610m2和440 920m2，符合規(guī)范要求。各行政區(qū)內(nèi)各類結(jié)構(gòu)房屋面積將民房、教育系統(tǒng)、衛(wèi)生系統(tǒng)、公用房屋等匯總所得，破壞比、損失比及房屋結(jié)構(gòu)比例均取自魯?shù)?.5級地震災(zāi)害損失評估報告①，房屋震害系數(shù)如表2所示。

表2　魯?shù)镸S6.5地震房屋震害系數(shù)

2.3烈度影響系數(shù)

(1) 模型尺寸的確定。本文利用ABAQUS軟件對整個基礎(chǔ)進(jìn)行建模，模型相關(guān)尺寸，通過參考基礎(chǔ)相關(guān)設(shè)計(jì)及施工資料進(jìn)行確定。根據(jù)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)資料，外部及風(fēng)機(jī)自身荷載直接作用于基礎(chǔ)頂面T型法蘭中心位置，風(fēng)機(jī)錨桿基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)參數(shù)如表3所示。

本文在計(jì)算烈度影響系數(shù)時，采用中科院地理所提供的公里格網(wǎng)的人口數(shù)據(jù)，由于公里格網(wǎng)人口數(shù)據(jù)模型是嚴(yán)格建立在區(qū)域人口統(tǒng)計(jì)、土地利用指數(shù)、平均坡度和居民點(diǎn)指數(shù)上更為科學(xué)的非均勻密度模型，相對于平均面積模型，其在震害損失評估中應(yīng)用更為合理、準(zhǔn)確，地震烈度影響系數(shù)如表3所示。

表3　魯?shù)镸S6.5地震烈度影響系數(shù)

2.4地震造成經(jīng)濟(jì)損失

云南魯?shù)镸S6.5地震災(zāi)害直接經(jīng)濟(jì)總損失2 357 810萬元，其中，魯?shù)榭h1 190 070萬元，巧家縣584 170萬元，昭陽區(qū)202 260萬元，永善縣

23 670萬元，會澤縣357 640萬元(表4)，經(jīng)濟(jì)損失數(shù)據(jù)取自魯?shù)榈卣馂?zāi)害損失評估報告*云南省地震局.2014.2014年8月3日魯?shù)?.5級地震災(zāi)害直接經(jīng)濟(jì)損失評估報告.。

2.5地質(zhì)災(zāi)害危害度

本次地震的地質(zhì)災(zāi)害主要分布在魯?shù)榭h、會澤縣、巧家縣、永善縣及昭陽區(qū)，災(zāi)害類型主要包括崩塌、地面塌陷、滑坡、地裂縫、泥石流等。魯?shù)榈卣鸬刭|(zhì)災(zāi)害因子統(tǒng)計(jì)及危險度計(jì)算結(jié)果如表5所示。

2.6綜合災(zāi)害指數(shù)計(jì)算

根據(jù)魯?shù)榈卣瓞F(xiàn)場災(zāi)害調(diào)查結(jié)果，人員傷亡情況較為嚴(yán)重，地震地質(zhì)災(zāi)害和基礎(chǔ)設(shè)施破壞較為顯著，魯?shù)榈卣馂?zāi)害較為嚴(yán)重，因此，從魯?shù)榈卣鸬木C合災(zāi)害指數(shù)參數(shù)評價選取5個參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。本文在計(jì)算綜合災(zāi)害指數(shù)時，k1、k2、k3、k4、k5分別取0.30、0.25、0.20、0.05、0.2，魯?shù)榈卣鹁C合震害指數(shù)結(jié)果如表6所示。

3總結(jié)與討論

(1)死亡和失蹤人數(shù)是地震災(zāi)害輕重最重要的判斷因素(馬宗晉等，1994)，對于重大地震災(zāi)害，地震斷層破裂尺度相比特別重大地震破裂尺度較小，極震區(qū)范圍也相對較小，死亡人數(shù)比較集中。魯?shù)镸S6.5地震死亡人數(shù)617人，魯?shù)榭h526人，巧家縣78人，會澤縣12人，昭陽區(qū)1人?？梢?，死亡和失蹤人口也直接決定了區(qū)域?yàn)?zāi)

表4　魯?shù)镸S6.5地震造成的經(jīng)濟(jì)損失

表5　魯?shù)镸S6.5地震災(zāi)區(qū)地質(zhì)危險度

表6　魯?shù)镸S6.5地震災(zāi)區(qū)綜合震害指數(shù)

害等級中極災(zāi)區(qū)的分布，對于重大地震災(zāi)害能夠迅速掌握死亡人數(shù)的分布也就基本確定了極震區(qū)的分布。

(2)房屋震害系數(shù)表征房屋破壞程度，統(tǒng)計(jì)單元的烈度分布和房屋各結(jié)構(gòu)類型比例是房屋震害系數(shù)的兩個影響因素。統(tǒng)計(jì)單元涉及地震災(zāi)害烈度范圍決定破壞比的統(tǒng)計(jì)選取，魯?shù)?.5級地震中魯?shù)榭h位于高烈度區(qū)，在同等抗震性能情況下毀壞房屋多；房屋破壞程度一定程度上受統(tǒng)計(jì)單元的經(jīng)濟(jì)狀況影響，經(jīng)濟(jì)社會發(fā)達(dá)地區(qū)具有抗震性能的房屋面積的比例往往越高，統(tǒng)計(jì)單元的經(jīng)濟(jì)狀況對該統(tǒng)計(jì)單元的房屋各結(jié)構(gòu)類型比例具有一定影響。

(3)烈度影響系數(shù)表征了統(tǒng)計(jì)單元人口在不同烈度影響下的綜合權(quán)重，統(tǒng)計(jì)單域內(nèi)人口分布于高烈度區(qū)的比例越高，烈度影響系數(shù)就高，從魯?shù)镸S6.5地震可以看出，魯?shù)?、巧家兩縣行政區(qū)國土面積基本全部位于烈度區(qū)內(nèi)，且極震區(qū)僅涉及到兩縣，其相應(yīng)烈度影響系數(shù)歸一后分別為1.0和0.93，明顯高于災(zāi)區(qū)內(nèi)其他縣的烈度影響系數(shù)，第三位昭陽區(qū)烈度影響系數(shù)為0.403。

(4)從魯?shù)镸S6.5地震可以看出，地震造成經(jīng)濟(jì)損失的絕對值和相對值都表征統(tǒng)計(jì)單元之間地震經(jīng)濟(jì)損失值和經(jīng)濟(jì)恢復(fù)能力的高低，絕對值反映經(jīng)濟(jì)損失的大小，相對值反映經(jīng)濟(jì)損失占社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的比例多少，間接反映統(tǒng)計(jì)單元的社會經(jīng)濟(jì)恢復(fù)能力。

(5)《地震災(zāi)害區(qū)域等級評估工作指南(2009)》*中國地震局.2009.地震災(zāi)害區(qū)域等級評估工作指南(試行)中對地震地質(zhì)災(zāi)害包含的斷層錯動、崩塌、滑坡、泥石流、砂土液化、地裂縫和震陷等要求要明確其規(guī)模大小，在對各種生命線工程的危害數(shù)量所有信息提取后，單獨(dú)求出各種類型地震地質(zhì)災(zāi)害對各種類型生命線工程影響系數(shù)，再相加后求平均值。在魯?shù)?.5級地震災(zāi)區(qū)分級中的實(shí)際操作相對繁瑣，并且在地震后也很難迅速獲得如此完整的地震地質(zhì)災(zāi)害信息，因此，實(shí)際操作中直接按地震地質(zhì)災(zāi)害總量與規(guī)模的權(quán)重求和后除以統(tǒng)計(jì)單元國土面積，作為地震災(zāi)害危害度。

4結(jié)語

地震災(zāi)害區(qū)域等級劃分工作是在地震發(fā)生后為政府迅速開展救災(zāi)工作的重要依據(jù)，是地震部門將地震災(zāi)區(qū)各行政單元的災(zāi)害程度通過獲取的眾多地震震害數(shù)據(jù)綜合分析后，以科學(xué)直觀的方法表示出來，快速準(zhǔn)確、方便使用。《地震災(zāi)害區(qū)域等級評估工作指南(2009)》①中強(qiáng)調(diào)，地震災(zāi)害區(qū)域等級劃分的首要任務(wù)是盡快圈定極災(zāi)區(qū)和災(zāi)區(qū)影響范圍，極震區(qū)的快速判定關(guān)系著生命救援，地震微觀定位、宏觀震中判定、發(fā)震斷層的破裂機(jī)制等信息的科學(xué)準(zhǔn)確是判定極災(zāi)區(qū)的基礎(chǔ)，加強(qiáng)上述技術(shù)力量整合是災(zāi)害區(qū)域等級劃分工作的重要支撐。

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Firstly，weanalyzedtheclassificationdivisionmodelinearthquakedisasterarea.Secondly，takingtheYunnanLudianMS6.5earthquakein2014asanexample，wecalculatedtheseismicdisasterindexesoftheearthquake.Finally，wediscussedhowtoselectthecorrespondingdamagefactorstotheearthquakeindifferentseismicdamagecharacteristics，whichcouldfullyreflectdisastergradedifferencesinthedisasterarea.

Keywords：disasterarea；classificationdivision；disasterindex；LudianMS6.5earthquake

*收稿日期：2015-01-20. 基金項(xiàng)目：新疆地震科學(xué)基金項(xiàng)目(201511)和地震科技星火計(jì)劃項(xiàng)目(XH15044Y)聯(lián)合資助.

中圖分類號：P315.94

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1000-0666(2015)03-0426-06

ResearchonClassificationDivisioninDisasterAreaofLudianMS6.5Earthquakein2014

LIUJun1，SONGLi-jun1，LUYong-kun2，SUNJia-ning1，ZHANGFang-hao2，TANMing1

(1.SeismologicalBureauofXinjiangUygurAutonomousRegion，Urumqi830011，Xinjiang，China) (2.EarthquakeAdministrationofYunnanProvince，Kunming650224，Yunnan，China)

Abstract