和朝霞，韶　丹，孫　哲，程　燕

(陜西省地震局，陜西 西安 710068)

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基于行政村居民地的地震人員死亡評估方法研究
——以陜西禮泉縣為例*

和朝霞，韶丹，孫哲，程燕

(陜西省地震局，陜西 西安 710068)

摘要:以行政村居民地作為研究區(qū)域，通過農居調查資料和行政村居民地面積及人口進行雙變量回歸分析，解決農居建筑物的資料獲取問題；選擇合適的地震人員傷亡模型進行不同烈度下行政村居民地的地震人員傷亡率的計算，進而建立不同烈度下行政村地震人員死亡和房屋損毀數(shù)據(jù)庫，為縣級政府部門提供地震災害損失結果，實現(xiàn)震后災害損失的快速評估。

關鍵詞:地震；人員傷亡；評估；多元回歸；行政村；居民地

破壞性地震帶給社會的影響深遠且沉重。地震發(fā)生后，如何快速評估地震所造成的人員傷亡，為政府應急響應分級和抗震救災提供必要的參考數(shù)據(jù)，是亟待解決的重要課題。

我國對地震人員傷亡的研究屢見不鮮[1-8]，無論哪個評估模型，應用中首先必須保證基礎數(shù)據(jù)的精確性[8]，否則難以對人員傷亡情況進行評估。部分模型選擇以縣或者鄉(xiāng)鎮(zhèn)行政區(qū)劃為評估單元，由于其人口、房屋等數(shù)據(jù)的精度不夠，評估區(qū)人口密度明顯小于實際的人口密度，評估結果和實際結果之間存在較大出入。比如，玉樹7.1級地震快速評估結果與實際調查相比有比較大的偏差，其主要原因是地震應急基礎數(shù)據(jù)不夠詳實，所掌握的基礎數(shù)據(jù)沒有反映地震災區(qū)房屋和人口分布的真實情況，玉樹縣總人口10.9萬人，縣人口密度約為8人/km2，但極震區(qū)(Ⅸ度區(qū))覆蓋的玉樹縣結古鎮(zhèn)卻是人口相對密集的區(qū)域，常住人口2.3萬，人口密度約28.5人/km2。

隨著高精度的衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的發(fā)展，大比例尺的居民地數(shù)據(jù)更新快捷，獲取資料的周期縮短。同時隨著地震社會服務工程項目的實施，在人口、農居房屋資料的收集上也有了一定的基礎。所以我們把地震災害快速評估模型的評估單元設定為居民地，以提高預評估結果的精確性和效率。本文以陜西禮泉縣為例，對1:10 000居民地和行政村人口數(shù)據(jù)、農居房屋調查資料進行空間分析，計算不同烈度下居民地的人員死亡、建筑物毀損情況，并建立基于居民地的地震預評估結果數(shù)據(jù)庫。一旦破壞性地震發(fā)生后，縣級政府部門可通過提前獲取的預評估數(shù)據(jù)預判所在縣的地震損失，為政府救援決策提供依據(jù)。

1地震人員傷亡預評估方法分析

影響地震人員傷亡的因素有很多，若想全面考慮這些因素對人員傷亡數(shù)量的影響，需要大量的相關資料。這在短時間內是很難實現(xiàn)的，且關于這些因素如何影響人員傷亡的研究有待深入。因此，現(xiàn)有方法只考慮若干主要因素[1-8]。

1.1尹之潛的人員傷亡評估模型

目前在實際的震后評估中，常見的評估模型都還是使用尹之潛的人員傷亡評估模型進行估算[4,7,9-10]。

尹之潛以房屋的毀壞比為參數(shù)，提出了以下兩個計算地震時人員死亡的公式[1]：

(1)平均死亡人數(shù)公式

(1)

式中：d為人員死亡率；CP為房屋毀壞率。

(2)白天和夜晚的死亡人數(shù)公式

考慮到地震發(fā)生的時刻和人口密度，提出一天不同時段發(fā)生地震造成的人員死亡人數(shù)的計算公式為：

dn(I)=A1d1ρ+A2d2ρ+A3d3ρ。

(2)

式中：dn(I)為不同烈度下人員死亡人數(shù)；ρ為房屋內的人員密度；A1、A2、A3是指評估區(qū)內房屋毀壞、嚴重破壞、中等破壞時的面積；d1、d2、d3是指房屋毀壞、嚴重破壞、中等破壞時人員的死亡比(見表1)。

表1　房屋不同破壞程度下的死亡比

注：農村白天時間段為06∶00-19∶00，晚上為19∶00點至次日06∶00。

1.2評估區(qū)的地震人員死亡人數(shù)計算公式

大地震影響人員傷亡的因素也有許多的研究，比如王艷茹[11]和陳洪富[12]等就分別針對汶川地震和玉樹地震的人員傷亡影響因素進行了研究。其他的研究[13-15]也表明，影響人員傷亡的主要因素有地震烈度、建筑物破壞狀態(tài)、災區(qū)地形地貌環(huán)境、人員密度和地震發(fā)生時間等。

結合以上研究成果，考慮到地震影響人員傷亡的主要因素和高精度的數(shù)據(jù)要求，本文根據(jù)尹之潛1995年提出的人員傷亡評估模型中的第二類計算公式，即白天和夜晚的死亡人數(shù)公式來進行評估。

一個評估區(qū)的地震人員死亡人數(shù)計算公式為：

(3)

式中：i為不同房屋結構，ρ為人口密度(評估區(qū)內總人口/評估區(qū)內房屋總面積)。

2數(shù)據(jù)預處理

設定評估區(qū)為行政村居民地，但在縣城城區(qū)居民地的行政區(qū)域界限很難界定，因此把縣城城區(qū)作為一個評估區(qū)，縣城城區(qū)之外以行政村為單元進行評估。收集的數(shù)據(jù)主要有：基于天地圖提取的居民地面狀數(shù)據(jù)、衛(wèi)生和計劃生育委員會收集的2012年行政村人口數(shù)據(jù)、禮泉縣農居房屋調查數(shù)據(jù)和現(xiàn)有應急基礎數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)。

根據(jù)評估模型計算公式，需要進行計算的數(shù)據(jù)為不同房屋結構在不同地震烈度時的毀壞、嚴重破壞和中等破壞的面積，以及人口密度。

2.1居民地數(shù)據(jù)處理

居民地面狀數(shù)據(jù)在地圖展示上只是一些大大小小的斑塊，沒有賦予行政名稱，因此以行政村居民地為研究區(qū)域，必須先進行居民地與行政村關聯(lián)。處理方法為：

(1)根據(jù)天地圖地圖和影像數(shù)據(jù)，對縣城城區(qū)進行居民地提取并合并賦值；

(2)縣城城區(qū)以外區(qū)域，通過ArcGIS空間分析，首先對居民地進行鄉(xiāng)鎮(zhèn)賦值；其次對同一鄉(xiāng)鎮(zhèn)的居民地以行政村點數(shù)據(jù)進行緩沖區(qū)分析，先對250 m內的居民地掃描，然后以50 m的步進值進行2次掃描，未掃描到即停止。在緩沖區(qū)內的居民地均賦予行政村名，然后以自然村點數(shù)據(jù)進行緩沖區(qū)分析。緩沖區(qū)分析方法如同行政村點數(shù)據(jù)分析方法一樣，對在緩沖區(qū)內的居民地數(shù)據(jù)賦予自然村名；剩余沒有進行賦值的居民地(圖中紅點位置)就用人工檢查的方法手工進行賦值(見圖1和圖2)。

圖1　居民地緩沖區(qū)分析賦值圖

圖2　處理后的行政村居民地

2.2行政村居民地房屋總面積和不同結構房屋面積計算

在基礎數(shù)據(jù)的收集中，要獲取每個行政村的房屋面積很困難，很難做到每個行政村都能有詳細的房屋數(shù)據(jù)，統(tǒng)計資料也只能到縣級區(qū)域，因此本文擬通過行政村居民地面積和農居房屋面積進行相關分析，來獲取行政村農居房屋面積。

(1)房屋總面積

以咸陽市禮泉縣為例，收集了行政村農居房屋總面積樣本數(shù)據(jù)100個，通過與居民地面積、行政村人口數(shù)進行雙變量相關性分析。

通過雙變量相關分析行政村農居房屋總面積與居民地面積，得到的相關系數(shù)R2為0.752 5，回歸分析P值為0.000 14，如圖3所示；通過雙變量相關分析行政村農居房屋總面積與行政村總人口數(shù)，得到的相關系數(shù)R2為0.769 9，回歸分析P值為0.000 004，如圖4所示。

這一結果表明，行政村農居房屋總面積與居民地面積、行政村總人口均有較強的相關性。

圖3　行政村農居房屋總面積與居民地面積散點圖

圖4　行政村農居房屋總面積與行政村總人口數(shù)散點圖

本文采用多元線性回歸模型，因變量為行政村農居房屋總面積，自變量分別為行政村居民地面積和行政村總人口數(shù)。

利用多元線性回歸模型進行建模，可得到如下模型：

y=0.117669x1+14.025791x2-1795.12416 。

(4)

式中：x1是行政村居民地面積(m2)，x2是行政村總人口(人)。該模型的回歸系數(shù)為0.895，說明模型的擬合情況良好，但還需要通過實地調查對數(shù)據(jù)進一步驗證來提高擬合度。

(2)不同結構房屋面積

行政區(qū)居民地內不同結構房屋面積可以通過房屋總面積和房屋不同結構比例計算獲得，本文房屋不同結構比例取每個鄉(xiāng)鎮(zhèn)收集的樣本數(shù)據(jù)結構比例的平均值。

2.3縣城城區(qū)不同結構房屋面積

根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以得到每個縣房屋總面積和不同結構房屋面積，以全縣數(shù)據(jù)減掉行政村居民地的面積即可得到縣城城區(qū)不同結構房屋面積。

2.4房屋破壞矩陣的選擇

(1)房屋分類和破壞等級

按照GB/T 18208.4-2011[16]規(guī)定，鋼筋混凝土房屋：包括高層鋼筋混凝土框筒和筒中筒結構、剪力墻結構、框架剪力墻結構、多層和高層鋼筋混凝土框架結構等。砌體房屋：包括多層砌體結構、多層底部框架結構、多層內框架結構、多層空斗墻磚結構、磚混平房等；磚木房屋：包括磚墻、木房架的多層磚木結構、磚木平房等；土、木、石結構房屋：包括土墻木屋架的土坯房、磚柱土坯房、土坯窯洞、黃土崖土窯洞、木構架房屋(包括磚、土圍護墻)、碎石(片石)砌筑房屋等。

根據(jù)禮泉縣的房屋統(tǒng)計資料和樣本數(shù)據(jù)，房屋建筑按結構類型可分為鋼筋混凝土房屋、砌體房屋、磚木房屋及土木房屋等四類。

按照GB/T 18208.4-2011規(guī)定，磚木結構和土木石結構房屋為簡易房屋，鋼筋混凝土房屋和砌體房屋為一般房屋。GB/T 24335-2009[17]規(guī)定鋼筋混凝土房屋、砌體房屋等一般房屋破壞劃分為基本完好、輕微破壞、中等破壞、嚴重破壞和毀壞5個等級。 而對于簡易房屋，按《建(構)筑物地震破壞等級劃分》規(guī)定將毀壞、嚴重破壞合并為毀壞，將中等破壞、輕微破壞合并為破壞，保留基本完好，劃分為3個破壞等級。

(2)房屋破壞矩陣

根據(jù)研究區(qū)域的房屋結構類型，選擇鋼筋混凝土框架結構、砌體結構和簡易房屋的破壞矩陣，但在人員死亡模型計算時，簡易房屋破壞矩陣還按原規(guī)范5個等級來進行計算(表1~表3)。

表1　鋼筋混凝土框架結構破壞矩陣　%

表2　磚混結構破壞矩陣　%

表3　簡易房屋破壞矩陣　%

3建立基于居民地的地震預評估結果數(shù)據(jù)庫

根據(jù)人員傷亡評估模型計算可以建立不同地震烈度(Ⅵ-Ⅹ度)下人員傷亡和房屋損毀數(shù)據(jù)庫，每個烈度建立一張表，表結構如表4、表5所示。

表4　Ⅵ-Ⅹ度地震人員傷亡表

表5?、?Ⅹ度地震房屋損毀面積表

4結論與分析

(1)本文使用的方法是在日常工作時就可以建立預評估數(shù)據(jù)庫，而不是在地震發(fā)生后才進行評估計算，地震應急時只需進行烈度影響范圍估計，然后通過數(shù)據(jù)庫查詢得出影響范圍人員死亡數(shù)據(jù)，也可以按照行政區(qū)劃給出更精細的評估結果(如表6所示)。

表6　禮泉縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)按烈度區(qū)統(tǒng)計死亡人數(shù)表(白天)

(2)建立預評估震害結果數(shù)據(jù)庫把空間分析的復雜計算過程變?yōu)楹唵蔚臄?shù)據(jù)庫查詢，提高了震后預評估結果快速產出的效率，并且可以提前對重點監(jiān)視防御區(qū)應急風險進行合理化的分析和評估。

(3)可以進行基于居民地的不同地震烈度下房屋毀損情況可視化展示，反映每個居民地房屋的抗震設防水平，為日常抗震設防管理提供相應的參考資料，有效提高防震減災的抗震設防管理能力。

5結語

通過本文研究，考慮居民地面積和人口與建筑物面積的關系解決農居建筑面積資料獲取難的問題，從而實現(xiàn)對人員死亡進行更精細化的評估，為地震現(xiàn)場救援提供更好的信息支撐，并可每年提交震害評估數(shù)據(jù)給縣級政府部門，為抗震設防管理和震后了解本縣的災害情況提供參考依據(jù)。但本文研究也只是考慮了最主要的致人員死亡因素-房屋倒塌，而實際地震中致人員死亡原因很多，比如地質次生災害會加重地震的人員死亡、同樣的房屋結構建造時的構架不同可能導致的死亡人數(shù)不同等[18]。因此在為政府提供評估時，要考慮震區(qū)的自然環(huán)境和房屋建造情況。而且每個居民地雖同屬一個地震烈度區(qū)，但距離震中的遠近是不是對人員死亡會有不同的效應，還需要做進一步的研究工作。

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Evaluation Method of Earthquake Death of Administrative Village Residents——A Case Study on Liquan County

He Zhaoxia, Shao Dan, Sun Zhe and Cheng Yan

(EarthquakeAdministrationofShaanxiProvince,Xi’an710068,China)

Abstract:Taking administrative village residents as study areas, the rural residence survey data and administrative village residential area and population are analyzed by bivariant regression analysis to solve the rural residential building data acquisition; Choosing appropriate seismic casualties model administrative village residents to seismic casualty rate under different intensity calculation, and the establishment of different intensity earthquake personnel of the administrative village of death and houses damaged database, we provide earthquake disaster loss results for the county government departments to realize rapid evaluation of earthquake disaster losses.

Key words:earthquake; casualties; assessment; multiple regression; administrative village; residents

doi:10.3969/j.issn.1000-811X.2016.02.017

中圖分類號：X43

文獻標志碼：A

文章編號：1000-811X(2016)02-0084-05

作者簡介：和朝霞(1977-)，女，山西長治人，高級工程師，主要從事地震應急技術保障工作. E-mail:hzx@eqsn.gov.cn

基金項目：陜西省地震局啟航與創(chuàng)新基金課題(2013年度)；國家“十二五”重點項目“陜西地震社會服務工程”

*收稿日期：2015-10-01修回日期：2015-11-23

和朝霞，韶 丹，孫 哲，等. 基于行政村居民地的地震人員死亡評估方法研究——以陜西禮泉縣為例[J].災害學, 2016,31(2):84-88. [He Zhaoxia，Shao Dan，Sun Zhe，et al. Evaluation Method of Earthquake Death of Administrative Village Residents——A Case Study on Liquan County[J].Journal of Catastrophology, 2016,31(2)：84-88.]