李 姜， 張 合， 周月玲， 李 皓， 賈軍鵬， 郭秋娜

(河北省地震局，石家莊 050021)

河北陽(yáng)原—蔚縣盆地地震災(zāi)害損失評(píng)估

李 姜， 張 合*， 周月玲， 李 皓， 賈軍鵬， 郭秋娜

(河北省地震局，石家莊 050021)

綜合河北陽(yáng)原—蔚縣盆地內(nèi)的地震構(gòu)造、地震活動(dòng)特征的研究，科學(xué)設(shè)定4個(gè)地震并通過現(xiàn)有的3種地震災(zāi)害損失評(píng)估系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算，并結(jié)合對(duì)研究區(qū)內(nèi)房屋、人口、經(jīng)濟(jì)等情況實(shí)地調(diào)研，對(duì)設(shè)定地震評(píng)估結(jié)果進(jìn)行修正，確定了適合研究區(qū)的地震災(zāi)害預(yù)測(cè)結(jié)果，對(duì)指導(dǎo)當(dāng)?shù)貞?yīng)急救援工作提供依據(jù)，為政府地震應(yīng)急準(zhǔn)備提供科學(xué)支撐。

地震構(gòu)造特征；震害預(yù)測(cè)；損失快速評(píng)估；陽(yáng)原-蔚縣盆地

0 引言

地震災(zāi)害損失評(píng)估是地震區(qū)在地震發(fā)生之前采取減輕災(zāi)害損失的重要措施之一，用以制定減輕和防御地震災(zāi)害對(duì)策和應(yīng)急響應(yīng)計(jì)劃，為研究區(qū)的總體發(fā)展規(guī)劃和可能的震后災(zāi)害快速評(píng)估、重建家園提供基礎(chǔ)技術(shù)資料和科學(xué)依據(jù)，從而有效地減輕和防御地震災(zāi)害。

目前在國(guó)內(nèi)形成了2種典型的震害預(yù)測(cè)模式，一種是建筑物結(jié)構(gòu)分類清單易損性分析法, 即在一定的烈度范圍內(nèi)，對(duì)給定研究區(qū)域內(nèi)各類結(jié)構(gòu)設(shè)施的破壞損失進(jìn)行評(píng)估，給出總的災(zāi)害損失，計(jì)算結(jié)果相對(duì)準(zhǔn)確,但需要收集研究地區(qū)所有建筑設(shè)施的詳細(xì)分類、地貌資料,且易損性存在地域差別；而另一種則是陳颙等[1]提出的宏觀經(jīng)濟(jì)易損性分析法，即基于宏觀經(jīng)濟(jì)指標(biāo)GDP統(tǒng)計(jì)的地震損失評(píng)估方法，簡(jiǎn)便易行，資料易于及時(shí)更新，但該方法是從全球尺度地震災(zāi)害損失評(píng)估過程中提出來的，能否在省級(jí)區(qū)域震后快速評(píng)估中應(yīng)用還需研究。目前國(guó)內(nèi)所采用的地震快速評(píng)估系統(tǒng)主要采取第一種模式，本文采取的3種地震災(zāi)害損失評(píng)估計(jì)算系統(tǒng)也均為第一種模式。

在地震災(zāi)害損失評(píng)估工作中，震害損失是由地震危險(xiǎn)性、社會(huì)財(cái)富和社會(huì)財(cái)富的易損性所決定的[2]。本文將在陽(yáng)原—蔚縣盆地(以下簡(jiǎn)稱研究區(qū))地震構(gòu)造特征、歷史地震活動(dòng)的綜合研究基礎(chǔ)上，設(shè)定4個(gè)地震，并利用3種地震災(zāi)害損失評(píng)估系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算。通過對(duì)研究區(qū)實(shí)地調(diào)查，對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行修訂，確定適合本研究區(qū)的地震災(zāi)害預(yù)測(cè)結(jié)果。

1 研究區(qū)地震構(gòu)造特征及地震活動(dòng)

1.1 研究區(qū)構(gòu)造特征

研究區(qū)的大地構(gòu)造屬于華北地臺(tái)，古近紀(jì)時(shí)期，該區(qū)處于剝蝕狀態(tài)，形成準(zhǔn)平原化地形。新近紀(jì)以來，斷裂活動(dòng)使早期準(zhǔn)平原分化、瓦解，形成一系列斷陷盆地與斷隆山地[3]。盆地周圍持續(xù)上升，形成中-高山地貌，海拔約1 200～2 500 m。因長(zhǎng)期遭受侵蝕作用，地貌形態(tài)千差萬(wàn)異，山高谷深[4]，盆地內(nèi)則堆積了巨厚的新近系—第四系地層。

陽(yáng)原盆地是大同盆地北東緣的延伸部分，新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)活躍。蔚縣盆地受北山、南山隆起及其山前斷裂構(gòu)造控制，是典型的山間斷陷盆地。盆地區(qū)發(fā)育第四紀(jì)山前洪積平原、中部沖積河谷平原，第四系發(fā)育齊全，分布極為廣泛，包括下更新統(tǒng)、中更新統(tǒng)、上更新統(tǒng)和全更新統(tǒng)。

圖1 研究區(qū)及周邊主要斷裂分布圖

表1 研究區(qū)主要斷裂特征表

1.2 研究區(qū)地震活動(dòng)

本研究區(qū)最早的6級(jí)地震記載于公元前231年，自1484年以來M≥4.7地震基本完整可靠[7]。截止到2015年12月底，研究區(qū)內(nèi)及附近地區(qū)共發(fā)生M≥4.7地震18次(表2)，其中7級(jí)地震1次；6.0～6.9級(jí)地震3次；5.0～5.9級(jí)地震9次；4.7～4.9級(jí)地震5次[8]。

表2 研究區(qū)及附近地區(qū)M≥4.7地震目錄(公元前231—2015年)

2 設(shè)定地震評(píng)估

本文采用基于公里格網(wǎng)最新數(shù)據(jù)進(jìn)行區(qū)內(nèi)設(shè)定地震損失評(píng)估。首先將人口、經(jīng)濟(jì)、建筑物等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)按照一定的規(guī)則分配到每個(gè)公里格網(wǎng)中，形成公里格網(wǎng)人口、經(jīng)濟(jì)、建筑物等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)層；然后，按照VI～X度的烈度分級(jí)，在整個(gè)研究區(qū)內(nèi)進(jìn)行分烈度的損失計(jì)算，得到每個(gè)1 km×1 km格網(wǎng)內(nèi)不同烈度下的損失結(jié)果，形成整個(gè)研究區(qū)以公里格網(wǎng)表示的每個(gè)烈度下的損失分布圖；最后沿著研究區(qū)內(nèi)的活動(dòng)構(gòu)造，設(shè)定震中位置，每個(gè)震中設(shè)定3個(gè)震級(jí)(震源深度設(shè)定為10 km)，進(jìn)行地震影響場(chǎng)的計(jì)算，再將地震影響場(chǎng)計(jì)算結(jié)果中的不同烈度圈，分別去對(duì)應(yīng)烈度的公里格網(wǎng)損失分布圖中相應(yīng)烈度圈下的損失數(shù)據(jù)，合并后得到各次設(shè)定地震的預(yù)估損失值。

2.1 設(shè)定地震

通過研究區(qū)的近年來地震統(tǒng)計(jì)(表2)，該區(qū)域地震震源深度分布在7～13 km，所以本文在計(jì)算過程中設(shè)定地震震源深度均取10 km。根據(jù)地震發(fā)生情況，我們按照5.5、6.0、6.5級(jí)地震進(jìn)行設(shè)定并計(jì)算。

具體設(shè)定的地震參數(shù)及震中分布如下(表3)：

表3 設(shè)定地震參數(shù)表

2.2 影響場(chǎng)預(yù)評(píng)估

為了確定計(jì)算方法的可靠性，我們采用了較為成熟的3套系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算，分別是基于地震應(yīng)急指揮技術(shù)系統(tǒng)(十五期間完成，河北省地震局尚在使用)[9]、地震社會(huì)服務(wù)系統(tǒng)(2015年國(guó)家地震局驗(yàn)收通過)、中國(guó)地震局地質(zhì)研究所提供的中國(guó)周邊范圍強(qiáng)震災(zāi)情快速評(píng)估系統(tǒng)。3套系統(tǒng)主要采用了2015年更新完成的數(shù)據(jù)庫(kù)，該數(shù)據(jù)庫(kù)保存有河北省縣級(jí)行政區(qū)邊界、駐地和以縣級(jí)行政區(qū)為單位的2015年末最新的人口、GDP等數(shù)據(jù)。

3套系統(tǒng)采用的方法均為建筑物結(jié)構(gòu)分類清單易損性分析法。

1)地震應(yīng)急指揮技術(shù)系統(tǒng)和中國(guó)周邊范圍強(qiáng)震災(zāi)情快速評(píng)估系統(tǒng)是人工設(shè)置的橢圓模型，地震影響場(chǎng)衰減關(guān)系如下：

長(zhǎng)軸方向：Ia=6.046+1.48M-2.081 Ln

(R+25)

短軸方向：Ib=2.617+1.435M-1.441 Ln

(R+7)

式中：I為烈度；M為震級(jí)；R為震中距(單位：km)。

如果最大烈度值小于Ⅵ度，則僅給出地震區(qū)域的影響范圍，給出半徑為r的圓形影響范圍。

r=(M/V)LL=50，V=4.5

式中：r為圓半徑；M為震級(jí)；V為協(xié)調(diào)系數(shù)；L為經(jīng)驗(yàn)性常量。

系統(tǒng)中房屋結(jié)構(gòu)分類共分4類，分別是多層磚混、多層鋼筋混凝土、單層民宅、其它結(jié)構(gòu)。

2)地震社會(huì)服務(wù)系統(tǒng)的烈度衰減關(guān)系方程是選取橢圓模型，地震影響場(chǎng)衰減關(guān)系如下：

長(zhǎng)軸方向：Ia=5.019+1.446M-4.136 Ln (Ra+24)

短軸方向：Ib=2.24+1.446M-3.07 Ln

(Ra+9)

式中：I為烈度；M為震級(jí)；R為震中距。

系統(tǒng)中房屋破壞比分類共分5類，分別是高層、多層砌墻、多層鋼混、其它、單層民宅。

3)中國(guó)地震局地質(zhì)研究所提供的中國(guó)周邊范圍強(qiáng)震災(zāi)情快速評(píng)估系統(tǒng)方法與地震社會(huì)服務(wù)系統(tǒng)方法類似，都是采用公里格網(wǎng)為計(jì)算單元，但衰減關(guān)系不同。

3套系統(tǒng)最終計(jì)算結(jié)果詳見表4。表中系統(tǒng)一為地震應(yīng)急指揮技術(shù)系統(tǒng)計(jì)算結(jié)果；系統(tǒng)二為地震社會(huì)服務(wù)系統(tǒng)計(jì)算結(jié)果；系統(tǒng)三為地質(zhì)所提供計(jì)算結(jié)果。

表4 設(shè)定地震評(píng)估計(jì)算結(jié)果

續(xù)表4

由表4看出，對(duì)設(shè)定5.5、6.0、6.5級(jí)地震計(jì)算的死傷人數(shù)進(jìn)行比較，在辛堡、揣骨疃鎮(zhèn)發(fā)生5.5級(jí)地震時(shí)，系統(tǒng)二計(jì)算的結(jié)果相對(duì)較多，在白樂鎮(zhèn)、暖泉鎮(zhèn)發(fā)生相同地震時(shí)則系統(tǒng)一相對(duì)較多，在發(fā)生6.0、6.5級(jí)地震時(shí)，總體上系統(tǒng)一計(jì)算的結(jié)果相對(duì)較多。三套系統(tǒng)計(jì)算的死傷人數(shù)存在一定偏差，個(gè)別存在較大偏差。影響場(chǎng)及災(zāi)區(qū)人口情況：在6.0、6.5級(jí)地震作用下，災(zāi)區(qū)影響場(chǎng)面積、需緊急安置人口基本上和5.5級(jí)地震區(qū)域偏差特點(diǎn)一致，明顯高出其他評(píng)估點(diǎn)的為蔚縣暖泉鎮(zhèn)。

通過比較3套系統(tǒng)計(jì)算結(jié)果得到以下結(jié)論：系統(tǒng)一計(jì)算受災(zāi)面積、傷亡人數(shù)較其他兩套出入較大，究其原因，是因?yàn)橄到y(tǒng)一建設(shè)較早，計(jì)算模型較粗，按照縣域統(tǒng)計(jì)的面積，當(dāng)一個(gè)縣域部分地區(qū)在受災(zāi)區(qū)域時(shí)，計(jì)算時(shí)則按照整個(gè)縣域面積進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，系統(tǒng)二、系統(tǒng)三就解決了這一問題，所以在使用地震損失評(píng)估軟件時(shí)，選取更新更先進(jìn)的數(shù)據(jù)及模型，結(jié)果相對(duì)較好。

3 根據(jù)實(shí)地調(diào)研對(duì)預(yù)評(píng)估結(jié)果進(jìn)行修訂

為了完成此項(xiàng)工作，2016年筆者對(duì)研究區(qū)進(jìn)行了實(shí)地調(diào)研，主要選取了設(shè)定地震發(fā)生的陽(yáng)原縣辛堡鄉(xiāng)、陽(yáng)原縣揣骨疃鎮(zhèn)、蔚縣白樂鎮(zhèn)、蔚縣暖泉鎮(zhèn)共4個(gè)調(diào)研點(diǎn)，對(duì)各調(diào)研點(diǎn)的建筑物結(jié)構(gòu)類型及比例、房屋現(xiàn)狀等情況進(jìn)行了實(shí)地查看和評(píng)估，也考察了各調(diào)研點(diǎn)的人口經(jīng)濟(jì)、地形地貌等情況。

1)房屋情況：根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研情況發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)房屋類型是以砌體結(jié)構(gòu)為主，而農(nóng)村房屋主要以土木結(jié)構(gòu)、磚木結(jié)構(gòu)為主(存在磚包土現(xiàn)象)，新建住房所占比例少，抗震性能差，6級(jí)以上地震可能造成大量土木結(jié)構(gòu)房屋倒塌，部分新建、但無抗震措施的房屋出現(xiàn)倒塌，少量具有抗震性能的新建房屋嚴(yán)重受損。因此，房屋建筑結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和抗震性能差是造成人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失的主要原因。

2)人口情況：經(jīng)過實(shí)地調(diào)研，該地區(qū)人口分布不均衡，廣大農(nóng)村以留守人員為主，農(nóng)村常住人口約占統(tǒng)計(jì)人口50%。農(nóng)村人口密度不大、居住分散且多為老人和兒童，地震避險(xiǎn)逃生和自救互救能力差，可能導(dǎo)致人員傷亡增加；城鎮(zhèn)人口密集，存在學(xué)校、商場(chǎng)等人員密集場(chǎng)所，城鄉(xiāng)結(jié)合部打工人員較多，震后具有發(fā)生擁擠踩踏事件的風(fēng)險(xiǎn)，可能會(huì)發(fā)生人為避險(xiǎn)不當(dāng)造成的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。

最終結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研情況，給出了研究區(qū)內(nèi)設(shè)定地震的震害損失修訂預(yù)評(píng)估(表5)。

表5 設(shè)定地震修訂計(jì)算結(jié)果

4 討論與結(jié)論

對(duì)照3套系統(tǒng)計(jì)算結(jié)果及最終修正結(jié)果，可以得出：

1)系統(tǒng)一計(jì)算受災(zāi)面積較其他2套出入較大，究其原因，是因?yàn)橄到y(tǒng)一建設(shè)較早，計(jì)算模型較粗，其計(jì)算單元為縣域。當(dāng)一個(gè)縣域部分地區(qū)在受災(zāi)區(qū)域時(shí)，計(jì)算時(shí)則按照整個(gè)縣域面積進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。系統(tǒng)二、系統(tǒng)三采用的計(jì)算單元為1 km×1 km格網(wǎng)，很好地解決了這一問題。所以在使用地震損失評(píng)估軟件時(shí)，選取更新、更先進(jìn)的數(shù)據(jù)及模型，結(jié)果相對(duì)較好。

2)根據(jù)實(shí)際調(diào)查，系統(tǒng)三的人員傷亡、需緊急安置人數(shù)的預(yù)估結(jié)果符合研究區(qū)人口密度不大的實(shí)際調(diào)查情況，需要救援隊(duì)伍人數(shù)的預(yù)估結(jié)果符合當(dāng)?shù)剜l(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)村房屋都屬于中差水平的實(shí)際情況。這是因?yàn)橄到y(tǒng)三選用的數(shù)據(jù)及計(jì)算模型都是最新的。

3)選用最新的數(shù)據(jù)及模型的計(jì)算軟件，并根據(jù)對(duì)研究區(qū)的實(shí)地調(diào)研情況對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行調(diào)整，才能使計(jì)算結(jié)果更加符合實(shí)際，從而更好的為地震應(yīng)急救援服務(wù)。

4)應(yīng)結(jié)合實(shí)際房屋、人口、地質(zhì)災(zāi)害等調(diào)查結(jié)果，及時(shí)修正系統(tǒng)中的建筑物易損性矩陣。

[1] 陳颙, 陳棋福, 陳凌. 地震損失預(yù)測(cè)評(píng)估中的易損性分析[J]. 中國(guó)地震, 1999, 15(2): 97-105.

[2] 胡聿賢. 地震工程學(xué)[M]. 北京. 地震出版社, 1988.

[3] 周月玲, 郭秋娜, 孟立朋, 等. 深井盆地南緣斷裂特征與活動(dòng)性研究[J]. 震災(zāi)防御技術(shù), 11(4): 747-755.

[4] 河北省科學(xué)院地理研究所. 1∶50萬(wàn)河北省地貌圖[M]. 北京: 科學(xué)出版社, 1992.

[5] 徐錫偉, 吳衛(wèi)民, 張先康, 等. 首都圈地區(qū)地殼最新構(gòu)造變動(dòng)與地震[M]. 北京: 科學(xué)出版社, 2002: 43-74.

[6] 尤惠川, 邵翠茹, 周月玲, 等. 張家口斷裂發(fā)現(xiàn)第四紀(jì)晚期活動(dòng)證據(jù)[J]. 震災(zāi)防御技術(shù), 2008, 3(4): 474-477.

[7] 黃瑋瓊, 李文香, 曹學(xué)鋒. 中國(guó)大陸地震資料完整性研究之一—以華北地區(qū)為例[J]. 地震學(xué)報(bào), 1994, 16(3): 273-280.

[8] 中國(guó)地震局震害防御司. 中國(guó)近代地震目錄(公元1912—1990年),MS≥4.7[M]. 北京: 中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社, 1999: 172-350.

[9] 帥向華, 姜立新, 王棟梁. 國(guó)家地震應(yīng)急指揮軟件系統(tǒng)研究[J]. 自然災(zāi)害學(xué)報(bào), 2009, 18(3): 99-104.

Earthquake Disaster Loss Evaluation in Hebei Yangyuan-Yuxian Basin

LI Jiang, ZHANG He*, ZHOU Yue-ling, LI Hao, JIA Jun-peng, GUO Qiu-na

(Earthquake Administration of Hebei Province, Shijiazhuang 050021, China)

According to seismic structure and seismic activity characteristics of the Hebei Yangyuan-Yuxian basin, we selected 4 earthquakes to calculate earthquake disaster loss using 3 exiting earthquake disaster loss evaluation systems, whose result is also corrected according to housing, population and economic situation investigation. The study may provide scientific guidance for the local emergency rescue work and for the government emergency preparedness in quakes.

seismic structural characteristics; earthquake damage prediction; rapid loss assessment; Yangyuan-Yuxian basin

2017-03-23

河北省地震局地震科技星火計(jì)劃項(xiàng)目重點(diǎn)課題(DZ20160621077)

李 姜(1989—)，女，河北石家莊人，助理工程師，主要從事地震安全性評(píng)價(jià)、地震防御和地震應(yīng)急方面工作. E-mail：lj_001.5@163.com

*通訊作者：張 合(1979—)，男，河北新樂人，高級(jí)工程師，主要從事震害防御和地震應(yīng)急工作．E-mail：hebgcy@163.com

P315.941

A

1003-1375(2017)03-0073-06

10.3969/j.issn.1003-1375.2017.03.013

李姜，張合，周月玲，等. 河北陽(yáng)原—蔚縣盆地地震災(zāi)害損失評(píng)估[J]．華北地震科學(xué)，2017，35(3):73-78.