青海省農(nóng)居地震災(zāi)害易損性研究1

邱舒睿 高惠瑛

（中國(guó)海洋大學(xué)土木工程系，青島 266000）

青海省農(nóng)居地震災(zāi)害易損性研究1

邱舒睿 高惠瑛

（中國(guó)海洋大學(xué)土木工程系，青島 266000）

青海省靠近我國(guó)南北地震帶，是一個(gè)地震頻發(fā)的省份，而農(nóng)居相對(duì)于城市建筑的抗震性能而言較為薄弱，也是造成地震損失的重要因素。本文通過對(duì)青海省的地理狀況、歷史震災(zāi)情況、農(nóng)居建筑結(jié)構(gòu)等進(jìn)行研究，總結(jié)出青海省各結(jié)構(gòu)類型農(nóng)居震災(zāi)破壞率，評(píng)估鄉(xiāng)級(jí)空間尺度的農(nóng)居震災(zāi)易損性并分級(jí)，最后簡(jiǎn)單分析造成易損性較高的因素并提出建議。

農(nóng)居 易損性 地震 青海 抗震性能

邱舒睿，高惠瑛，2015.青海省農(nóng)居地震災(zāi)害易損性研究.震災(zāi)防御技術(shù)，10（4）：969—978.doi：10.11899/zzfy20150415

引言

地震是一種容易造成眾多人員傷亡和巨大經(jīng)濟(jì)損失的自然災(zāi)害，而據(jù)歷史資料統(tǒng)計(jì)地震時(shí)房屋倒塌是引發(fā)大面積人員傷亡的重要原因。近年來，我國(guó)地震頻發(fā)，統(tǒng)計(jì)顯示這些地震大多發(fā)生于農(nóng)村地區(qū)（王瑛等，2004；2005），與城市相比，農(nóng)村的經(jīng)濟(jì)條件較為落后，農(nóng)村住房缺少專門的抗震方面的設(shè)計(jì)，在建設(shè)上一般也不能達(dá)到規(guī)范要求，從而造成農(nóng)居的抗震性能遠(yuǎn)低于城市水平。但是我國(guó)有一半以上的人口居住在農(nóng)村，因此研究農(nóng)村住房的震災(zāi)脆弱性，加強(qiáng)農(nóng)居的抗震性能具有較強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。

青海省是我國(guó)西北部占地面積較廣的大省，共轄5個(gè)藏族自治州和蒙古族自治州等8個(gè)市、地、州，共計(jì)48個(gè)縣、民族自治縣和縣級(jí)市。青海省靠近我國(guó)南北地震帶，地震頻發(fā)。從地質(zhì)學(xué)方面來看，青海由印度板塊、亞洲板塊和西藏板塊構(gòu)成，板塊間的運(yùn)動(dòng)易引發(fā)地震活動(dòng)。據(jù)國(guó)家地震科學(xué)數(shù)據(jù)共享中心統(tǒng)計(jì)資料顯示，2000—2014年青海省發(fā)生5級(jí)以上地震共計(jì)69次，其中6級(jí)以上地震共計(jì)9次，青海省玉樹縣在2010年4月14日發(fā)生了7.1級(jí)大地震，最高烈度達(dá)到9度，影響范圍超過3萬km2，包括4000m2的重災(zāi)區(qū)以及1000m2的極度重災(zāi)區(qū)，造成2600多人死亡、25萬群眾受災(zāi)和600多億直接經(jīng)濟(jì)損失（樸永軍，2013）。

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，對(duì)房屋的抗震設(shè)防要求有所提高，農(nóng)居達(dá)到設(shè)防要求的房屋比例也逐步提高，但舊式民宅的數(shù)量依舊較多，土木類結(jié)構(gòu)等特征明顯的農(nóng)居還占有較大比例。研究青海省農(nóng)村主要的房屋結(jié)構(gòu)類型的比例及數(shù)量，結(jié)合當(dāng)?shù)氐牡乩憝h(huán)境等客觀因素，對(duì)該地區(qū)改善防震抗災(zāi)能力和未來震后的房屋破壞程度評(píng)估等方面都有一定的指導(dǎo)意義。

1 農(nóng)居地震災(zāi)害易損性

易損性是指事物容易受到傷害或損傷的程度，反映特定條件下事物的脆弱性。承災(zāi)體易損性反映承災(zāi)體對(duì)自然災(zāi)害的承受能力（蔣勇軍等，2001）。關(guān)于災(zāi)害學(xué)中承災(zāi)體的易損性研究，美洲災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理指標(biāo)體系將暴露性、敏感性、恢復(fù)力等三個(gè)方面歸為災(zāi)害易損性研究的主要內(nèi)容（IDEA，2005）。UNDP（United Nations Development Programme）認(rèn)為，承災(zāi)體易損性是“由自然、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境因素而導(dǎo)致的能夠影響人群受害可能性和受害程度的狀況和過程”（UNDP，2004）。中國(guó)學(xué)者葛全勝等（2008）則認(rèn)為：“承災(zāi)體在面對(duì)潛在的災(zāi)害危險(xiǎn)時(shí)，由于自然、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境等因素的作用，所表現(xiàn)出來的物理暴露性、應(yīng)對(duì)外部打擊的固有敏感性及與承災(zāi)體相伴生的人類防抗風(fēng)險(xiǎn)的能力?！?。綜合上述觀點(diǎn)，本文認(rèn)為對(duì)承災(zāi)體災(zāi)害易損性的評(píng)估通常包括物理暴露量評(píng)估、災(zāi)損敏感性評(píng)估、應(yīng)災(zāi)能力評(píng)估三個(gè)方面。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)對(duì)房屋震災(zāi)易損性做了很多研究，為今后的研究提供了許多方法和經(jīng)驗(yàn)，如風(fēng)險(xiǎn)損失的計(jì)算、模擬模型以及社會(huì)調(diào)查等。Okada等（2000）研究了基于地震烈度和損失率之間的相互關(guān)系，提出了不同結(jié)構(gòu)房屋的易損性函數(shù)。王瑛（2004）根據(jù)地震區(qū)劃等參數(shù)構(gòu)建了中國(guó)農(nóng)村房屋結(jié)構(gòu)承災(zāi)體脆弱性模型，并以云南省為例，模擬了災(zāi)害損失情況。

針對(duì)農(nóng)村居民房屋，引起其震災(zāi)易損性的因素主要包括以下三個(gè)方面：第一，農(nóng)居易損性的自然因素，主要指農(nóng)居所處地理位置的震災(zāi)發(fā)生可能性等自然條件，烈度越大，則農(nóng)居損壞可能越大。第二，農(nóng)居易損性的物理因素，指農(nóng)居的建筑材料、建筑結(jié)構(gòu)、老舊程度及抗震設(shè)防狀況等。第三，農(nóng)居易損性的社會(huì)因素，指當(dāng)?shù)鼐用駥?duì)抗震的重視程度和防范意識(shí)、當(dāng)?shù)卣饔靡约爱?dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)狀況等。

以上三方面的因素相互影響，通過農(nóng)居數(shù)量、農(nóng)居災(zāi)損敏感性和應(yīng)災(zāi)能力三個(gè)方面，共同作用于農(nóng)居震災(zāi)的易損性（聶承靜等，2012；劉歡等，2012）。本文重點(diǎn)對(duì)不同地震風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)下的房屋暴露數(shù)量和災(zāi)損敏感性進(jìn)行了分析。由于缺乏農(nóng)村地區(qū)詳實(shí)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)，沒有做關(guān)于區(qū)域應(yīng)災(zāi)能力的評(píng)估。

2 青海省鄉(xiāng)級(jí)尺度的農(nóng)居易損性評(píng)估

2.1 青海省鄉(xiāng)級(jí)尺度房屋數(shù)量

考察房屋數(shù)量主要是統(tǒng)計(jì)在各種烈度下的不同結(jié)構(gòu)類型的農(nóng)居建筑面積（高曉路等，2012）。根據(jù)青海省農(nóng)居結(jié)構(gòu)地震易損性分類，青海農(nóng)村房屋結(jié)構(gòu)劃分為鋼混結(jié)構(gòu)、磚混結(jié)構(gòu)、磚木結(jié)構(gòu)、土木結(jié)構(gòu)、木、石等6個(gè)基本結(jié)構(gòu)類型。

本文的數(shù)據(jù)主要來自于青海省地震局為全國(guó)農(nóng)居抗震項(xiàng)目調(diào)查的數(shù)據(jù)。在搜集和整理農(nóng)居抗震項(xiàng)目的有關(guān)房屋結(jié)構(gòu)比例的數(shù)據(jù)項(xiàng)、青海省統(tǒng)計(jì)年鑒的人口和家庭戶數(shù)數(shù)據(jù)項(xiàng)、第六次人口普查的人口和住房等數(shù)據(jù)，利用空間尺度收縮模型對(duì)數(shù)據(jù)不全和空間精度不足的地區(qū)進(jìn)行插補(bǔ)而形成的。

表2為截取的青海省鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)居結(jié)構(gòu)面積比數(shù)據(jù)記錄。

表1 青海省鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)居結(jié)構(gòu)面積比部分?jǐn)?shù)據(jù)Table 1 Structural area ratio of rural dwelling in Qinghai

2.2 青海省地震危險(xiǎn)性區(qū)劃

根據(jù)《中華人民共和國(guó)防震減災(zāi)法》制訂的《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》（GB 18306-2015）于2015年發(fā)布，附表給出了我國(guó)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)一般（中硬）場(chǎng)地在50年內(nèi)地震超越概率10%的地震動(dòng)峰值加速度值。中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖是國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國(guó)土利用規(guī)劃的基礎(chǔ)資料，也是各地區(qū)抗震設(shè)防的基本依據(jù)。按照該國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)地震動(dòng)峰值加速度分區(qū)與地震基本烈度相互對(duì)應(yīng)，分為五個(gè)烈度區(qū)（表2）。本文根據(jù)青海省鄉(xiāng)鎮(zhèn)地震動(dòng)峰值加速度列表，結(jié)合歷史地震的大小、發(fā)生位置和影響范圍，劃分了鄉(xiāng)級(jí)尺度的地震動(dòng)峰值加速度（圖1）。

圖1 青海省鄉(xiāng)級(jí)尺度地震動(dòng)峰值加速度區(qū)劃圖Fig.1 Seismic ground motion parameter zonation map of Qinghai in township scale

表2 地震動(dòng)峰值加速度分區(qū)與地震基本烈度對(duì)照表（GB/T 17742-2008）Table 2 Comparison of dynamic peak acceleration zone and earthquake basic intensity

2.3 各鄉(xiāng)級(jí)行政單位農(nóng)居抗震性能

房屋抗震性能主要影響因素有房屋的結(jié)構(gòu)類型、抗震設(shè)防措施、建筑年代等。青海省按要求進(jìn)行抗震設(shè)防的農(nóng)村住房不多，在研究中略去了這方面的考察，而從鄉(xiāng)級(jí)層次對(duì)農(nóng)居進(jìn)行研究時(shí)建筑年代的差別度不大，因此本文主要就房屋的結(jié)構(gòu)類型進(jìn)行抗震性能的研究。

通過收集現(xiàn)場(chǎng)考察的震害資料（秦松濤等，2010；都昌庭等，2006；中國(guó)地震局震災(zāi)應(yīng)急救援司，2010），并結(jié)合樸永軍（2013）“云南省青海省房屋地震易損性研究”中的不同結(jié)構(gòu)類型破壞狀態(tài)比率，得到了基于烈度的青海省農(nóng)居各類結(jié)構(gòu)不同烈度下各狀態(tài)的概率。

以土木結(jié)構(gòu)為例，圖2（a）為“云南省青海省房屋地震易損性研究”（樸永軍，2013）中的土木結(jié)構(gòu)不同烈度破壞狀態(tài)比率，通過與青海省歷史震害數(shù)據(jù)的比較分析做出調(diào)整，得到了青海省土木結(jié)構(gòu)不同烈度下的房屋破壞比，如圖2（b）所示。由此還可得到6種結(jié)構(gòu)類型不同烈度破壞狀態(tài)比率，具體如表3所示。

圖2 土木結(jié)構(gòu)不同烈度各破壞狀態(tài)概率曲線Fig.2 Probability curves of different intensity of civil structures

表3 青海省不同烈度下各結(jié)構(gòu)類型的破壞狀態(tài)比率Table 3 Building damage ratio of seismic-disaster in Qinghai

續(xù)表

以鋼混結(jié)構(gòu)為例：

式中，j為烈度；m為結(jié)構(gòu)狀態(tài)；φ為抗震指數(shù)；A為鋼混結(jié)構(gòu)的房屋破壞率。

綜合各種結(jié)構(gòu)類型不同烈度下的易損性指數(shù)以及房屋在各種破壞程度下的抗震指數(shù)，可以得到最終的各結(jié)構(gòu)不同烈度房屋破壞率，具體如表4所示。

表4 青海省不同烈度下各結(jié)構(gòu)類型的房屋破壞率Table 4 Building earthquake damage ratio of seismic disaster in Qinghai

2.4 農(nóng)居易損性評(píng)估

結(jié)合各烈度區(qū)的農(nóng)居數(shù)量和不同烈度下各結(jié)構(gòu)房屋的破壞率，對(duì)不同烈度條件下的各鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)村房屋損失情況進(jìn)行估計(jì)。綜合考慮破壞農(nóng)居面積和密度的差異，同時(shí)計(jì)算各個(gè)鄉(xiāng)級(jí)行政單元內(nèi)的房屋破壞比例Rk和第k個(gè)縣的房屋破壞總量Tk。

式中，Aki為第k個(gè)縣的第i種結(jié)構(gòu)類型的比例；Bkj為第k個(gè)縣位于基本烈度j下的面積比例；γij為第i種結(jié)構(gòu)與基本烈度j對(duì)應(yīng)的房屋破壞率。

式中，Tk為第k個(gè)縣的房屋破壞總量；Hk為該縣的房屋總數(shù)。

運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)差法對(duì)破壞比例數(shù)據(jù)進(jìn)行級(jí)別劃分，標(biāo)準(zhǔn)差法具有各等級(jí)樣本的離散程度在設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)差范圍內(nèi)意義明確的特點(diǎn)，可以較好地描述各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的農(nóng)居易損性程度。

根據(jù)農(nóng)居破壞面積來看，青海東北部大通縣的寶庫鄉(xiāng)，互助縣的巴扎藏族鄉(xiāng)和加定鎮(zhèn)，湟中縣的上五莊鎮(zhèn)以及海晏縣的三角城鎮(zhèn)農(nóng)居破壞面積均在35萬平方米以上。而從農(nóng)居破壞比例的圖上分析，比例較高的地區(qū)主要包括治多縣的治渠鄉(xiāng)、多彩鄉(xiāng)，曲麻萊縣的葉格鄉(xiāng)、約改鎮(zhèn)，瑪多縣的花石峽鎮(zhèn)，大柴旦行政委員會(huì)的大柴旦鎮(zhèn)，瑪沁縣的大武鄉(xiāng)、下大武鄉(xiāng)、雪山鄉(xiāng)、東傾溝鄉(xiāng)、大武鎮(zhèn)，甘德縣的下貢麻鄉(xiāng)、柯曲鎮(zhèn)，達(dá)日縣的特合土鄉(xiāng)、建設(shè)鄉(xiāng)、吉邁鎮(zhèn)、桑日麻鄉(xiāng)、莫壩鄉(xiāng)，河南縣的多松鄉(xiāng)、柯生鄉(xiāng)，祁連縣的央隆鄉(xiāng)、野牛溝鄉(xiāng)、扎麻什鄉(xiāng)、八寶鎮(zhèn)、阿柔鄉(xiāng)、峨堡鎮(zhèn)。西北部?jī)H茫崖行政委員會(huì)茫崖鎮(zhèn)地區(qū)破壞比例較高。

從圖3和圖4中還可以看出，農(nóng)居破壞面積和破壞比例分布有一定關(guān)聯(lián)但仍存在差異性。例如某一鄉(xiāng)鎮(zhèn)若按農(nóng)居破壞面積來劃分易損性等級(jí)，屬于易損性高的地區(qū)；若按破壞比例劃分，則屬于中等地區(qū)。僅根據(jù)破壞面積或者破壞比例一項(xiàng)指標(biāo)來評(píng)估地區(qū)農(nóng)居震災(zāi)易損性不夠全面，因此，采用因子分析的方法將兩個(gè)指標(biāo)綜合起來，形成綜合破壞指標(biāo)，并按照標(biāo)準(zhǔn)差法以一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差為間隔進(jìn)行易損性等級(jí)的劃分，可得到青海省鄉(xiāng)級(jí)尺度農(nóng)居震災(zāi)易損性等級(jí)分布，如圖5所示。并對(duì)不同易損性等級(jí)下的鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)居破壞情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如表5所示。

圖3 青海省各鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)居破壞比例Fig.3 Building damage ratio of seismic disaster in each township

圖4 青海省各鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)居破壞面積Fig.4 Building damage area of seismic disaster in each township

表5 農(nóng)村房屋易損性等級(jí)的統(tǒng)計(jì)Table 5 Statistics by five housing vulnerability levels

圖5 青海省各鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)居震災(zāi)易損性等級(jí)分布Fig.5 Distributions of townships in Qinghai by five housing vulnerability level

2.5 影響農(nóng)居震災(zāi)易損性的因素及對(duì)策

造成區(qū)域農(nóng)村住房震災(zāi)易損性的原因多種多樣，根據(jù)已收集數(shù)據(jù)分析，影響青海省農(nóng)村住房易損性的因素主要有人口集中程度、房屋結(jié)構(gòu)和地震烈度。

比較圖1、圖5和圖6可以發(fā)現(xiàn)，地震動(dòng)加速度越大，地震烈度越高，而農(nóng)居建筑面積較大的地區(qū)，人口也較為集中，這些地區(qū)的農(nóng)居震災(zāi)易損性程度也越大。例如，青海東北部與甘肅省接壤區(qū)域的烈度較高，人口聚集度亦較大，從圖中可以看出這些地區(qū)大多處于易損性程度高和較高的范圍。

圖6 青海各鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)居總數(shù)的分布Fig.6 Distribution of rural houses by counties in Qinghai

統(tǒng)計(jì)分析易損性程度較高的鄉(xiāng)鎮(zhèn)房屋結(jié)構(gòu)面積比，其中土木結(jié)構(gòu)所占的比例較高，而土木結(jié)構(gòu)相比于磚混、鋼混等結(jié)構(gòu)抗震性能較差，因此在一定程度上造成了農(nóng)居易損性程度的加深。

對(duì)于高烈度區(qū)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)要加強(qiáng)防震抗災(zāi)的基礎(chǔ)建設(shè)，增強(qiáng)群眾的抗災(zāi)自我救助意識(shí)和能力，合理進(jìn)行城鎮(zhèn)規(guī)劃，盡量少建設(shè)重要建筑，對(duì)于處于不利地理位置的村，如容易發(fā)生滑坡等災(zāi)害的山區(qū)村落，可考慮搬遷等措施。

對(duì)于人口較為集中，農(nóng)居易損性又較高的地區(qū)如湟中縣等鄉(xiāng)鎮(zhèn)，要重點(diǎn)做好防災(zāi)教育，大力提高人們的避災(zāi)意識(shí)，減少震害發(fā)生時(shí)的人員傷亡損失。而房屋結(jié)構(gòu)抗震性能較差造成的易損性較高地區(qū)，在綜合考慮經(jīng)濟(jì)條件的基礎(chǔ)上，積極改善鄉(xiāng)鎮(zhèn)建設(shè)，減少土木、木結(jié)構(gòu)等不利于抗震的房屋結(jié)構(gòu)類型的比例。

3 結(jié)論

本文通過對(duì)青海省的地理狀況、歷史震災(zāi)情況、農(nóng)居建筑結(jié)構(gòu)的研究，總結(jié)出了青海省各結(jié)構(gòu)類型農(nóng)居震災(zāi)破壞率，并對(duì)鄉(xiāng)級(jí)空間尺度的農(nóng)居震災(zāi)易損性進(jìn)行評(píng)估和分級(jí)，統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果表明青海省農(nóng)村住宅的地震安全性不高，其中有近20%的鄉(xiāng)鎮(zhèn)處于震災(zāi)易損性很高和較高的范圍中，這些鄉(xiāng)鎮(zhèn)大多集中于青海省的東北部地區(qū)，其中瑪沁縣、達(dá)日縣、祁連縣、貴德縣、湟中縣等易損性等級(jí)均較高。而造成青海省農(nóng)村住房震災(zāi)易損性較高的原因從分析結(jié)果來看，地震烈度越高，人口越集中的地區(qū)，農(nóng)居震災(zāi)易損性程度也越大。另外，房屋的結(jié)構(gòu)類型對(duì)易損性影響也較大，土木結(jié)構(gòu)占比越高的鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)居的易損性也越高。為了改善青海省農(nóng)居的地震安全性，建議在今后的發(fā)展中進(jìn)一步加強(qiáng)防震減災(zāi)的基礎(chǔ)建設(shè)，提高民眾防災(zāi)意識(shí)，改善農(nóng)居結(jié)構(gòu)類型比例，全面提高農(nóng)居的抗震水平。

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The Research of Rural Dwelling’s Seismic Vulnerability in Qinghai

Qiu Shurui and Gao Huiying

（Department of Civil Engineering， Ocean University of China， Qingdao 266000， China）

Qinghai Province is located on the North-South seismic belt in China. It is an earthquake-prone province，and compared with the buildings in city， the poor rural dwelling’s ability of anti-seismic is an important factor causes the earthquake loss. This article studied the geography situation， historical earthquake damage and the structures of rural dwelling in Qinghai to summarize probabilities of building damage by structures and give the evaluation and classification of rural dwelling’s seismic vulnerability in township spatial scale. Finally， the causes of seismic vulnerability had been analyzed and some suggestions had been put forward.

Rural dwelling； Seismic vulnerability； Earthquake； Qinghai； Seismic performance

2015-06-11

邱舒睿，女，生于1990年。碩士。主要從事基礎(chǔ)設(shè)施工程管理與管理信息系統(tǒng)研究。E-mall：qiushurui123@sina.com