跨越斷裂帶城市規(guī)劃建設(shè)風(fēng)險評價研究

吳思奇 劉剛 馬東輝

前言

地震是一種具有突發(fā)性、隨機(jī)性、續(xù)發(fā)性、毀滅性等特點的自然災(zāi)害，所造成的破壞后果也極為嚴(yán)重，尤其是發(fā)生在城市范圍內(nèi)以及周邊的地震，會對城市的社會活動和區(qū)域經(jīng)濟(jì)造成嚴(yán)重的后果。地震災(zāi)害是城市面臨的主要自然災(zāi)害之一，其對城市造成的破壞也最嚴(yán)重。

地震時活動斷裂帶在地面形成的地表破裂帶是造成地震災(zāi)害的直接原因。大量的地震破壞場地調(diào)查和地震破裂機(jī)制的研究表明，活動斷裂帶不但是地震災(zāi)害發(fā)生的根源，而且統(tǒng)計資料表明震級大于6.5級的大地震通常會在地表沿斷裂帶跡線形成數(shù)千米至數(shù)百千米長的地表破裂帶，甚至產(chǎn)生寬數(shù)米至數(shù)十米的地表斷錯，其破壞力往往極其巨大，造成地震破壞最為嚴(yán)重，是城鄉(xiāng)規(guī)劃和建設(shè)需要重點應(yīng)對的區(qū)域。在2008年汶川地震中，北川縣城沿斷裂帶中央的斷裂帶活動方向所有建筑無一例外嚴(yán)重破壞或倒塌，1995年日本阪神地震、1999年中國臺灣集集地震和1999年土耳其伊茲米特地震等，建筑物破損嚴(yán)重地區(qū)也主要集中在斷裂帶附近，跨越斷裂帶地表破碎帶及附近十幾米范圍內(nèi)的建筑基本全部破壞。目前一般的工程抗震措施尚難以有效抵御地震地表斷錯引起的建筑物直接破壞，各國抗震規(guī)范普遍要求對地震活動斷裂帶采取加強或避讓措施，尤其對重要建（構(gòu)）筑物。

一般來說，各國抗震規(guī)范中的規(guī)定是針對工程抗震層面，為數(shù)不多的規(guī)劃準(zhǔn)則基本上也源于此。由于地震活動機(jī)制的差異及對活動斷裂帶認(rèn)識的巨大不確定性，大多工程抗震規(guī)范規(guī)定的避讓距離往往較大，而在規(guī)劃設(shè)計和建設(shè)層面通常因操作性和發(fā)展原因而使得實際效果不佳。美國加利福尼亞州Alquist-Priolo斷層區(qū)劃法案中規(guī)定了斷裂帶兩側(cè)的建筑工程各需要避讓約15m距離，新西蘭惠靈頓城區(qū)斷層規(guī)定中則規(guī)定建筑物的最小避讓距離為20m。這兩個典型案例基本上是以對特定斷層認(rèn)識準(zhǔn)確性出發(fā)，采取更小的避讓距離以獲取風(fēng)險和發(fā)展的平衡。

半個多世紀(jì)以來的抗震經(jīng)驗表明，這種做法難以推廣，而且單一考慮避讓措施也難以適應(yīng)各地地震活動性、發(fā)震機(jī)制和場地狀況的差異以及不同風(fēng)險和發(fā)展平衡的需求。

地震斷裂帶地表破裂的特征以及越來越多的震例表明，即使在各種規(guī)范中的安全避讓距離之外，建筑物所面臨的破壞和人員財產(chǎn)損失的風(fēng)險同樣存在，而且往往也較嚴(yán)重，通常大大超過了作為建設(shè)依據(jù)的地震動區(qū)劃的規(guī)定。考慮到地震預(yù)測、地震活動性、活動斷裂帶探測以及地震地表斷錯和破碎存在的巨大不確定性，基于當(dāng)前對此的科學(xué)認(rèn)知，本文力圖從典型城市研究出發(fā)，探索針對城市斷裂帶附近用地規(guī)劃建設(shè)的風(fēng)險評估方法，希望對控制和降低城市規(guī)劃建設(shè)所面臨的斷裂帶風(fēng)險水平提供技術(shù)支撐。

城市斷裂帶規(guī)劃建設(shè)風(fēng)險研究

（一）地震災(zāi)害風(fēng)險研究內(nèi)容

對災(zāi)害風(fēng)險的理解不同，災(zāi)害風(fēng)險的表述方式也多種多樣。有學(xué)者使用方差或者概率密度來描述災(zāi)害風(fēng)險，這時災(zāi)害風(fēng)險可以被理解為災(zāi)害事件的發(fā)生超過（或小于）某一臨界狀態(tài)的可能性。

聯(lián)合國（United Nations，2004）在其實施的“國際減災(zāi)戰(zhàn)略”項目中，主要針對自然災(zāi)害領(lǐng)域，對災(zāi)害風(fēng)險進(jìn)行了定義，認(rèn)為災(zāi)害風(fēng)險是指自然或人為災(zāi)害與承災(zāi)體的易損性之間相互作用，而導(dǎo)致一種有害結(jié)果或預(yù)料損失（生命喪失和受傷的人數(shù)、財產(chǎn)、生計、中斷的經(jīng)濟(jì)活動、破壞的環(huán)境等）發(fā)生的可能性。其中有三種關(guān)鍵因子：一是災(zāi)害產(chǎn)生的可能性，即危險性；二是暴露于災(zāi)害環(huán)境的承災(zāi)體對災(zāi)害的敏感度，即易損性；三是承災(zāi)體面對災(zāi)害環(huán)境的承受能力，即適應(yīng)性。如今學(xué)者們評價地震災(zāi)害風(fēng)險的研究中也主要通過這三方面分析：

1.危險性

本文的危險性特指地震災(zāi)害的危險性，即由斷裂帶引發(fā)并造成地震災(zāi)害的可能性及造成地表破碎的程度，主要是由地震的活動強度和地震發(fā)生的概率兩方面決定。地震強度越大，頻次越高，地震災(zāi)害所造成的破壞損失越產(chǎn)重，地震災(zāi)害的風(fēng)險也越大，危險性也越高。

2.易損性

易損性是從英文“vulnerability”一詞翻譯而來，目前學(xué)者對這個概念的理解有著不同的看法，也有學(xué)者把它翻譯成脆弱性。多數(shù)學(xué)者普遍認(rèn)同易損性的內(nèi)涵更豐富，可以由脆弱性與暴露性共同構(gòu)成，不僅是承災(zāi)體的易損程度，也包含承災(zāi)體暴露在孕災(zāi)環(huán)境中的規(guī)模大小。

（1）脆弱性

在災(zāi)害背景下，脆弱性是指個人、團(tuán)體、財產(chǎn)、生態(tài)環(huán)境等易于受到某種特定致災(zāi)因子影響的性質(zhì)。脆弱性關(guān)注的是承災(zāi)體內(nèi)在的風(fēng)險因素，反映個人和由物質(zhì)、經(jīng)濟(jì)、社會和環(huán)境等構(gòu)成的集合體易于受到影響或破壞的狀態(tài)，表明其易于受到致災(zāi)因子影響的特征。2009年國際減災(zāi)戰(zhàn)略對脆弱性做出了詳細(xì)定義，認(rèn)為脆弱性是社區(qū)、系統(tǒng)或資產(chǎn)易于受到某種致災(zāi)因子損害的性質(zhì)和處境。

（2）暴露性

暴露性（Exposure）即承災(zāi)體的暴露性，承災(zāi)體是指可能受到危險因素威脅的所有人群和財產(chǎn)，如人員、牲畜、房屋農(nóng)作物、生命線工程等。以城市為例，城市暴露于各種危險因素的規(guī)模越大，受災(zāi)經(jīng)濟(jì)密度越高，那么城市可能遭受的潛在損失就越大，災(zāi)害風(fēng)險也就越大。

3.適應(yīng)性

適應(yīng)性又稱韌性，也可以是減災(zāi)能力，是指城市在遭受災(zāi)害風(fēng)險時的防災(zāi)減災(zāi)能力，既包括抵抗災(zāi)害與救災(zāi)的能力，也包括受災(zāi)后的恢復(fù)能力。城市是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，在面對災(zāi)害時，既體現(xiàn)出易損性，也具備對災(zāi)害的適應(yīng)性，從城市安全的角度出發(fā)，城市適應(yīng)性就是城市能夠應(yīng)對和解決來自自然災(zāi)害的損害，并且可以恢復(fù)至受災(zāi)前的一定水平。

綜上所述，災(zāi)害風(fēng)險的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如表1所示。

（二）地震災(zāi)害風(fēng)險評價方法

我國有大量的城市建成區(qū)中存在活動斷裂帶，城市安全面臨較大的地震災(zāi)害風(fēng)險。目前對于城市地震風(fēng)險的研究，我國學(xué)者有著不同的評價方法，而對城市活動斷裂帶的相關(guān)研究較少。王志濤等采用基于人員死亡數(shù)量和經(jīng)濟(jì)損失為標(biāo)度的地震災(zāi)害風(fēng)險計算方法來評價地震災(zāi)害風(fēng)險；劉莉以地震小區(qū)域劃分為基礎(chǔ)構(gòu)建指標(biāo)體系，通過衡量城市的地震危險性能力分析地震風(fēng)險；楊挺通過構(gòu)建城市局部地震災(zāi)害危害性指數(shù)體系來評價城市地震危險性；徐偉等以中國歷史地震數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用2000年中國城市人口密度、單位面積上的城市建成區(qū)面積以及單位面積上的城市國內(nèi)生產(chǎn)總值來構(gòu)建潛在城市承災(zāi)體易損性指數(shù)和危險度指數(shù)；吳中海辨別了活動斷裂帶的活動性與危險性區(qū)別；徐錫偉通過對活動斷層破裂帶的位置與寬度確定的探討，提出了在規(guī)劃建設(shè)中工程抗斷與避讓距離的建議。

表1 災(zāi)害風(fēng)險的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

城市斷裂帶規(guī)劃建設(shè)風(fēng)險評價體系

（一）評價模型選取

壓力—狀態(tài)—響應(yīng)模型（Pressure-State-Response，簡稱PSR模型）是環(huán)境質(zhì)量評價學(xué)科中常用的生態(tài)系統(tǒng)健康評價模型，目前廣泛應(yīng)用于指標(biāo)框架體系，并逐步應(yīng)用于各類災(zāi)害風(fēng)險評估中。

城市斷裂帶規(guī)劃建設(shè)風(fēng)險是由斷裂帶的危險性、風(fēng)險承災(zāi)體的易損性和適應(yīng)性共同構(gòu)成。其中，危險性主要指的是城市中斷裂帶作為風(fēng)險源致災(zāi)因子的危險性，易損性具體包括城市作為承災(zāi)體的脆弱性和物理暴露性，適應(yīng)性是指城市在應(yīng)對災(zāi)害風(fēng)險中的防災(zāi)減災(zāi)能力。

評價城市處于斷裂帶風(fēng)險的情況，特別是城市建成區(qū)活動斷裂帶的風(fēng)險情況，具有較強的現(xiàn)實意義和迫切性。

本研究基于壓力—狀態(tài)—響應(yīng)模型，在典型跨越斷裂帶城市中，以城市街區(qū)為尺度，選取斷裂帶及沿跡附近的用地建設(shè)單元地塊為研究對象，以城市規(guī)劃建設(shè)指標(biāo)為基礎(chǔ)，從危險性、易損性、適應(yīng)性三方面進(jìn)行指標(biāo)優(yōu)選，建立城市斷裂帶規(guī)劃建設(shè)風(fēng)險指標(biāo)評價體系。

分析PSR模型中壓力類、狀態(tài)類、響應(yīng)類指標(biāo)含義及地震災(zāi)害風(fēng)險系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的內(nèi)涵，以評價跨越斷裂帶城市用地規(guī)劃建設(shè)風(fēng)險為導(dǎo)向，將兩者按各自的內(nèi)涵進(jìn)行對應(yīng)，構(gòu)建了基于PSR模型的跨斷裂帶城市風(fēng)險評價概念框架。綜合現(xiàn)有研究基礎(chǔ)，確立了基于綜合危險度分析法的城市斷裂帶規(guī)劃建設(shè)風(fēng)險評價指標(biāo)體系，因此在框架構(gòu)建中：壓力（P）類指標(biāo)為災(zāi)害風(fēng)險的致災(zāi)因子（斷裂帶）的危險性；狀態(tài)（S）類指標(biāo)指城市系統(tǒng)當(dāng)前的狀態(tài)，即城市作為災(zāi)害風(fēng)險承災(zāi)體的脆弱狀態(tài)，與災(zāi)害中承災(zāi)體的暴露狀態(tài)，共同構(gòu)成評估體系中的狀態(tài)類指標(biāo)；響應(yīng)（R）指標(biāo)是指在系統(tǒng)面臨風(fēng)險壓力時所采取的對策與措施，因此，將城市對災(zāi)害風(fēng)險的適應(yīng)性即減災(zāi)能力作為響應(yīng)指標(biāo)。如此，便將PSR模型的壓力、狀態(tài)和響應(yīng)與城市作為斷裂帶規(guī)劃建設(shè)災(zāi)害風(fēng)險受體的脆弱性和風(fēng)險源的危險性進(jìn)行了結(jié)合，構(gòu)建了評估的概念框架，如圖1所示。

圖1 城市斷裂帶規(guī)劃建設(shè)風(fēng)險評價指標(biāo)體系

（二）評價指標(biāo)體系框架設(shè)計

1.評價指標(biāo)選取原則

基于PSR模型，我們將城市跨越斷裂帶區(qū)域的綜合危險度通過承災(zāi)體的脆弱性、暴露性和適應(yīng)性三者的關(guān)系來表達(dá)，對各項指標(biāo)進(jìn)行主觀賦值，從而得到多指標(biāo)的風(fēng)險值。該模型是一種快速的風(fēng)險評價方法，具有構(gòu)建指標(biāo)的全面性與多元化的優(yōu)點，使最終結(jié)果更貼近真實風(fēng)險。

在構(gòu)建城市斷裂帶規(guī)劃建設(shè)風(fēng)險評價指標(biāo)體系，選取評價指標(biāo)時，應(yīng)針對斷裂帶所造成的地震災(zāi)害特點，結(jié)合城市規(guī)劃指標(biāo)含義充分考慮，要估計地震危險程度，合理評估不同地震強度下的易損性和震害，城市的建設(shè)現(xiàn)狀，設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)和防災(zāi)規(guī)劃目標(biāo)，城市建設(shè)用地的評價，以及防災(zāi)減災(zāi)措施等。

（1）斷裂帶地震災(zāi)害危險程度預(yù)估，包括對斷層及歷史地震的分布、地形地貌的特點、地震動參數(shù)區(qū)劃和地震區(qū)劃的資料的分析，綜合判斷所規(guī)劃城市的地震危險程度和地震動參數(shù)或地震烈度。

（2）城市建設(shè)與抗震防災(zāi)的現(xiàn)狀，包括建成區(qū)和規(guī)劃區(qū)內(nèi)各種建筑物的抗震設(shè)防和加固情況及存在的問題等。通過對現(xiàn)狀的分析可以了解城市的抗震防災(zāi)能力，以及其中存在的薄弱環(huán)節(jié)，在遭受到設(shè)防烈度強度的地震影響時可能的破壞狀態(tài)。

（3）城市抗震防災(zāi)能力，包括在面臨地震災(zāi)害的第一時間，人群從房屋建筑中疏散的能力，建筑房屋周邊的道路、交通狀況及存在的問題，公園、綠地、空曠場地和人防工程的分布及使用情況，綜合對城市的抗震防災(zāi)能力給出總評價。

（4）城市設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)劃目標(biāo)，一般來說，城市設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)是以國家頒布的該城市地震烈度區(qū)劃和地震動參數(shù)區(qū)劃為準(zhǔn)，規(guī)定的目標(biāo)是：當(dāng)遭到多遇地震時城市一般功能正常；當(dāng)遭遇到相當(dāng)于設(shè)防烈度的地震時，城市一般功能和生命線系統(tǒng)基本正常，重要工廠企業(yè)能正?；蚝芸旎謴?fù)生產(chǎn)；當(dāng)遭受罕遇地震時城市功能不癱瘓，重要系統(tǒng)和生命線工程不遭受嚴(yán)重破壞，不發(fā)生嚴(yán)重的次生災(zāi)害。

（5）在評價城市防災(zāi)減災(zāi)能力時，主要從以下幾個防災(zāi)措施入手：基礎(chǔ)設(shè)施防災(zāi)措施，包括：城市交通、通信、給水排水、燃?xì)?、熱力、電力等生命線系統(tǒng)，及消防、輸油管網(wǎng)、醫(yī)療、糧食等重要設(shè)施的現(xiàn)狀，存在的問題，抗震能力分析，規(guī)劃布局，規(guī)劃措施等；建（構(gòu)）筑物的防災(zāi)措施，包括：建（構(gòu)）筑物的現(xiàn)狀，抗震設(shè)防和抗震加固措施；避震疏散措施，包括：市、區(qū)、街坊級的疏散道路和疏散場地確定及人員疏散方案，同時，根據(jù)防災(zāi)需要設(shè)置避難中心以及應(yīng)急疏散等措施。

2.評價單元選取原則

跨越斷裂帶城市的規(guī)劃建設(shè)風(fēng)險評價要選擇合適的評價單元，“單元”即風(fēng)險評價中的最小研究對象。本文的跨越斷裂帶城市規(guī)劃建設(shè)風(fēng)險評價主要針對的城市空間尺度下的地震災(zāi)害風(fēng)險，但當(dāng)今的技術(shù)水平尚不可以準(zhǔn)確預(yù)報地震發(fā)生的震級與時間，且由于地震的復(fù)雜性，對于可能發(fā)生地震的準(zhǔn)確位置的預(yù)測也仍為當(dāng)今世界的技術(shù)難題，而且地震所造成的影響也不只是單一的點或線，會波及較大的范圍，因此對城市尺度下的某一區(qū)域的地震災(zāi)害風(fēng)險分析顯得更具研究意義。本研究在選取評價單元時，首先在數(shù)據(jù)獲取方面遵循便捷性原則，便于定量描述及等級劃分。其次在選取評價單元時以城市街區(qū)尺度劃分為基礎(chǔ)，根據(jù)現(xiàn)有資料可確定的斷裂帶及其地表破碎影響范圍，宜選取0.5～1平方千米面積的街區(qū)，使其可以形成垂直于斷裂帶的帶狀地帶。由于目前尚不能確定斷裂帶的準(zhǔn)確位置，在判定評價單元距離斷裂帶的距離時，以各單元的中心距斷裂帶地表破碎影響范圍的中心線的距離，作為評價單元距離斷裂帶的距離，如圖2所示。

圖2 評價單元選取方法

結(jié)論與建議

本文通過對典型跨越斷裂帶城市震例分析研究得出斷裂帶對城市安全造成較大的風(fēng)險，而且隨著城市的不斷發(fā)展呈現(xiàn)不斷增加的趨勢。在城市建成區(qū)及規(guī)劃區(qū)范圍內(nèi)斷裂帶及跡線附近選取街區(qū)級小尺度評價單元，以城市規(guī)劃建設(shè)指標(biāo)為基礎(chǔ)，對構(gòu)建城市斷裂帶規(guī)劃建設(shè)風(fēng)險評價體系構(gòu)建進(jìn)行初步探索，通過完善評價方法，以期對當(dāng)下城市安全防災(zāi)規(guī)劃與地震災(zāi)害管理提供幫助。