不同等級城市下地震災(zāi)害損失分析

唐華都　武亦彬　尚子鉑

摘 要：近些年來，隨著城市化的不斷發(fā)展，城市建筑質(zhì)量明顯提升，但是地震對城市的破壞仍十分慘重。我國地震災(zāi)害頻發(fā)，在地震作用下，不同等級的城市受到的破壞程度差別較大，為了研究不同等級的城市與地震造成的破壞程度有怎樣的聯(lián)系，我們小組通過GIS平臺選擇地震造成的人員傷亡、經(jīng)濟(jì)損失和房屋破壞程度為研究目標(biāo)，收集了我國從1992年到2017年發(fā)生過地震的城市及其震后的人員傷亡、經(jīng)濟(jì)損失和房屋破壞程度的數(shù)據(jù)，借鑒前人的數(shù)據(jù)和相關(guān)研究，對收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計，觀察數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系，最后運用回歸曲線分析。結(jié)果顯示：一線城市極少發(fā)生地震;從二線到四線城市，地震損失隨著城市等級的降低而成指數(shù)增長;和四線城市相比，五線城市地震損失明顯下降。

關(guān)鍵詞：地震損失;城市等級;統(tǒng)計分析;城市演化

1 引言

中國地震活動頻度高、強度大、震源淺，分布廣，是一個震災(zāi)嚴(yán)重的國家，地震多發(fā)于山區(qū)、火山、高原地區(qū)。地震的發(fā)生會帶來建筑物與構(gòu)筑物破壞，人員傷亡等直接災(zāi)害，還可能誘發(fā)火災(zāi)、水災(zāi)、有毒氣體泄露、海嘯、滑坡等次生災(zāi)害，對人力財力的影響是毀滅性的。一線城市大部分位于平原且離山較遠(yuǎn)的地方，避開地震帶，房屋安全性能較高，地震發(fā)生幾率相對較低，建筑物損毀相對較少。而二三四線城市為應(yīng)對城市規(guī)劃中建筑用地較少的問題，高層建筑物密度增大，加之城市住房標(biāo)準(zhǔn)較低，房屋抗震性能較差，地震所帶來的災(zāi)害程度較大，因此本文重點為地震對二三四線城市破壞程度的探究。

王立功（1985）[1]根據(jù)徐州市城市未來的震害分布與地震易損性指標(biāo)相結(jié)合，得到城市震害預(yù)測圖，反映了震害分布規(guī)律。張景發(fā)等（2018）[2]結(jié)合唐山震后的航空照片，再根據(jù)選取樣本的變化檢測結(jié)果，判定唐山地震的地震烈度等震區(qū)。武艷強等（2016）[3]基于唐山地震同震的水平位移分布和震源區(qū)現(xiàn)今GPS速度結(jié)果，增強對唐山地震前后地殼形變特征的認(rèn)識。周月玲等（2017）[4]對張家口市尚義MS 4.0地震震害特征與烈度分布分析，揭示地震的孕震構(gòu)造環(huán)境及發(fā)震斷層。時立榮等（2019）[5]針對汶川地震，結(jié)合近十年來國內(nèi)社會科學(xué)對自然災(zāi)害治理的研究，總結(jié)災(zāi)害治理經(jīng)驗，把握災(zāi)害治理的動態(tài)和趨勢。潘岳怡等（2017）[6]通過統(tǒng)計算法對烈度評定值與衰減關(guān)系計算值的殘差進(jìn)行檢驗分析，以此檢驗烈度評定值隨時間的變化趨勢。張方浩等（2016）[7]利用云南地區(qū)豐富的烈度等震線資料，采用分區(qū)的思想，進(jìn)一步研究云南地區(qū)地震烈度衰減關(guān)系，并建立一套符合云南地區(qū)的地震烈度應(yīng)急評估模型。

上述研究只針對某一特定的二、三、四線城市，進(jìn)行專項研究，本文通過GIS結(jié)合數(shù)理統(tǒng)計，并通過回歸曲線表達(dá)的方式對二三四五線城市綜合深入研究，多方位比較地震危害程度與城市等級之間的關(guān)系，從而加強地震對不同城市破壞程度的認(rèn)識并在城市目前抗震防災(zāi)設(shè)施基礎(chǔ)上提出一些新型抗震措施。

2 數(shù)據(jù)處理方法

本文利用GIS平臺[8]將以下收集處理過的1992年以來中國大陸地震震害損失與地理信息相結(jié)合，得到城市的等級?；贕IS平臺對歷史地震及破壞情況進(jìn)行空間分析，并結(jié)合數(shù)理統(tǒng)計方法，對統(tǒng)計數(shù)據(jù)進(jìn)行整理描述展示出統(tǒng)計數(shù)據(jù)的規(guī)律，得到均值、方差、變異系數(shù)等描述展示出統(tǒng)計數(shù)據(jù)的規(guī)律，且建立一個相關(guān)性較好的回歸方程，并加以外推，用于預(yù)測今后的因變量變化的曲線，最后得到中國大陸地震災(zāi)害時間和空間損失分析。

3 數(shù)據(jù)處理

考慮到1992-2017年所記錄到成災(zāi)地震（指有經(jīng)濟(jì)損失、人員傷亡或建筑破壞的地震）的最小地震是3.4級，所以本文自《中國大陸地震災(zāi)害損失評估匯編》[9-15]搜集了1992年到2017年二、三、四、五線城市的地震數(shù)據(jù)信息，二線城市7個樣例，三線城市19個樣例，四線城市30個樣例，五線城市146個樣例，總共202個樣例，針對這些樣本進(jìn)行了以下的討論與分析。

表1給出不同等級城市下的房屋破壞程度統(tǒng)計，我們對搜集到的關(guān)于房屋破壞程度的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，分析得到關(guān)于嚴(yán)重、中等、輕微三種程度的最大值、最小值、平均數(shù)、均方差、變異系數(shù)。三種不同房屋破壞程度的統(tǒng)計數(shù)據(jù)隨著不同等級城市的變化基本一致。

通過數(shù)理統(tǒng)計方法，我們對搜集到的關(guān)于傷亡人數(shù)和直接經(jīng)濟(jì)損失的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，得到以上表格的最大值、最小值、平均數(shù)、均方差、變異系數(shù)。最大值隨著城市等級的提高，先增大后減小，最小值規(guī)律性不明顯，均方差和變差系數(shù)數(shù)值過大，無法很好的反映數(shù)據(jù)的分布情況，而平均數(shù)直觀的反映數(shù)據(jù)的基本特征，也可以用它進(jìn)行不同組數(shù)據(jù)的比較，以看出組與組之間的差別，更利于我們以下的數(shù)據(jù)分析，所以我們采用平均數(shù)處理數(shù)據(jù)。

圖1給出1992-2017年不同城市下的受傷和死亡人數(shù)變化圖，發(fā)現(xiàn)隨著城市等級的降低，人口受傷人數(shù)和死亡人數(shù)先增大后降低，峰值出現(xiàn)在四線城市。二、三、五線城市人口傷亡人數(shù)較少，三線到四線城市人口傷亡數(shù)目顯著增加，即在二線城市到四線城市之間，人口傷亡數(shù)隨城市等級增加呈指數(shù)增加，但在五線城市中傷亡數(shù)下降。在二、三、五線城市中，死亡人數(shù)相較于受傷人數(shù)相差不大，但是在四線城市中，受傷人數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于死亡人數(shù)。

圖2給出1992-2017年不同城市下的直接經(jīng)濟(jì)損失變化圖，隨著城市等級的降低，直接經(jīng)濟(jì)損失先增加后降低，峰值在城市等級為四線左右的城市，峰值大部分由2008年5月汶川8.0級地震貢獻(xiàn)的。二線到四線城市經(jīng)濟(jì)損失先呈指數(shù)變化，其中，在三線到四線城市之間有一個迅速增長的趨勢，但是，從四線城市到五線城市呈下降趨勢。

圖3給出1992-2017年不同城市下的房屋破壞程度變化圖，輕微程度下隨著城市等級降低，房屋破壞面積增大;中等程度下二三四線城市破壞嚴(yán)重程度不高，但是在五線城市發(fā)生突變，房屋破壞面積顯著增加;嚴(yán)重程度下隨著城市等級提高，房屋破壞面積先增大后降低。輕微和中等房屋破壞面積，在二線到五線城市之間呈指數(shù)增加，嚴(yán)重房屋破壞面積，在二線到四線城市緩慢增加，四線到五線減少。

4 數(shù)據(jù)分析

本文通過對中國大陸1992-2017年不同等級城市下地震災(zāi)害損失分析，基于GIS平臺，在空間和時間上對不同等級城市帶來人口、房屋建筑、直接經(jīng)濟(jì)損失差異情況的分析上，我們在地震震級、城市選址、建筑物抗震等級、居民防災(zāi)意識、預(yù)災(zāi)方式、搜救速度等方面展開更深入的研究。

4.1 各線城市的地震災(zāi)害特點

二線城市震級較低，發(fā)生的頻率也低，平均震級在4.8左右，地震造成的人員死亡量基本較少，損失比較低。地震多發(fā)生在三四線城市，三線城市震級集中在5.0左右，四線城市平均震級在5.5左右，發(fā)生頻率高，危害程度大，因此地震對建筑物帶來的損毀程度較高，人員傷亡量大。

4.2 城市選址與地震頻率

城市的選址與地震帶有關(guān)，越高等級城市離地震帶越遠(yuǎn)，板塊穩(wěn)定，擠壓較少，具有得天獨厚的地理位置，地震災(zāi)害發(fā)生頻率較低。二線相對遠(yuǎn)離地震帶，三四線靠近地震帶，因此出現(xiàn)人口傷亡、房屋破壞、直接經(jīng)濟(jì)損失的差異。

4.3 城市居民防震意識

城市等級高的地區(qū)的居民，知識水平較高，在教育中重視對自然災(zāi)害急救措施的傳播，對地震具有較好的防范意識，在地震發(fā)生之時能更準(zhǔn)確找尋牢固安全的地方作為避身場所，而三四線城市的居民缺乏對逃生措施的認(rèn)識和學(xué)習(xí)，難以及時找到安全地點。

4.4 城市抗震措施

城市等級越高，科技水平越高，預(yù)警措施越到位，預(yù)防方式也多樣。利用科學(xué)技術(shù)提前發(fā)覺地震的到來，為居民帶來更多的躲避時間，而經(jīng)濟(jì)相對落后的小城市、山區(qū)，很難得到準(zhǔn)確及時的地震信息，反應(yīng)時間短，難以迅速找到合適的地方躲避。

4.5 市級路網(wǎng)建設(shè)程度

高等級城市的道路數(shù)量多，道路安全，道路選擇方案也多，救援人員到達(dá)的速度要比到達(dá)低等級城市快的多，可以在短時間內(nèi)展開救援，可以救出更多的受困者，減少傷亡。

4.6 四線城市大規(guī)模破壞的原因

隨著城市等級的提高，房屋抗震等級也逐漸增高。二三線城市經(jīng)濟(jì)較為發(fā)達(dá)，在房屋建設(shè)中，對其穩(wěn)固程度，抗震等級等作出要求，建筑物穩(wěn)固程度較好，建筑物抗震等級高，防震措施到位，因此地震對建筑物帶來的損毀程度較低，人員傷亡量少，經(jīng)濟(jì)損失少。四線城市的房屋整體質(zhì)量沒有二三線城市質(zhì)量好，尤其是偏遠(yuǎn)農(nóng)村地區(qū)自建房屋抗震性能差，這使得地震時房屋坍塌造成了很大的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失，如上文提到的2008年的四川汶川8.0級地震。

4.7 五線城市災(zāi)害分析

由于五線城市比較特殊，平均震級較大，平均震級在5.6左右，發(fā)生頻率高，但五線人口數(shù)量少，房屋不密集，造成的損失也少。而且因為如果發(fā)生強等級地震，造成巨大損失的話，那么城市對人口的黏度和人們對城市的歸屬感會降低，再加上五線城市地理位置、經(jīng)濟(jì)發(fā)展等一些方面不具有優(yōu)勢，導(dǎo)致這個五線城市會逐漸失去人口，乃至最終消亡，所以五線城市相對于四線城市在各方面的地震損害才會有所減小。

5 總結(jié)

根據(jù)GIS平臺，在空間和時間上對不同等級城市帶來人口、房屋建筑、直接經(jīng)濟(jì)損失差異情況的分析上，我們可以得出以下結(jié)論：從二線城市到四線城市，隨著城市等級的降低，地震造成的損失成指數(shù)增長，與我們預(yù)期猜測大致相符;五線城市與四線城市相比，地震造成的損失呈下降趨勢。造成從二線城市到四線城市地震損失增長如此之快的原因可能是：

①二線城市震級較低，發(fā)生的頻率也低，地震多發(fā)生在三四五線城市，頻率高，危害程度大，因此地震對建筑物帶來的損毀程度較高，人員傷亡量大。

②城市的選址及其留存與歷史上發(fā)生的地震的頻率有關(guān)，經(jīng)過長時間的演化，高等級城市一般會建立在板塊穩(wěn)定、擠壓少、地理位置好，地震發(fā)生頻率低的區(qū)域。

③不同等級城市的房屋抗震等級也不同，高等級城市在房屋建設(shè)中對其穩(wěn)固程度和抗震等級要求更高。

④高等級城市有專屬的避難區(qū)域和較高的防震意識，而低等級城市則缺乏相關(guān)的建設(shè);從四線城市到五線城市地震造成的損失反而下降的原因可能是五線城市人口數(shù)量少，房屋分散，人們對城市的歸屬感低，考慮地震影響，人們會選擇離開。

此外，為了減少地震造成的損失，我們建議：提高低等級城市房屋建設(shè)的抗震能力，采用新型抗震材料;加強居民的防震教育，提高震后逃生能力，訓(xùn)練被困后的自救能力。

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