何萍 俞崗

摘要：從地震災(zāi)害人員傷亡影響因素的角度進(jìn)行震害傷亡人數(shù)快速評估方法的研究，建立基于耦合因子的傷亡人數(shù)評估模型，并以廣東地區(qū)為例，分析評估模型中地震災(zāi)害人員傷亡耦合因子的空間化及定量化過程。以ARC Engine 10.1為平臺進(jìn)行地震快速評估與動(dòng)態(tài)出圖系統(tǒng)的研發(fā)，并將其應(yīng)用于廣東地區(qū)歷史強(qiáng)震的震害評估。結(jié)果表明：該系統(tǒng)對同一震例可以用不同算法（基于耦合因子的算法模型及常規(guī)算法模型）進(jìn)行傷亡人數(shù)評估計(jì)算，基于耦合因子的算法模型所計(jì)算出的人員傷亡數(shù)量具有明顯的地區(qū)差異性，比較貼合實(shí)際情況。

關(guān)鍵詞：地震災(zāi)害;人員傷亡評估;耦合因子;廣東地區(qū)

中圖分類號：P315.94 ??文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ??文章編號：1000-0666（2019）02-0280-08

0 引言

地震是對人類最具威脅的自然災(zāi)害之一，具有突發(fā)性和難以預(yù)測性。在強(qiáng)地震動(dòng)作用下，可導(dǎo)致建筑物倒毀，構(gòu)筑物或基礎(chǔ)設(shè)施破壞，往往還伴隨著次生和衍生災(zāi)害。地震帶來的直接與間接災(zāi)害經(jīng)常會造成嚴(yán)重的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。近年來，隨著我國城市經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，人口愈加集中，城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快，地震成災(zāi)事件越來越多，地震對人們的生命財(cái)產(chǎn)安全的威脅也越來越大。根據(jù)以往多震省份的地震應(yīng)急實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，地震發(fā)生后，專業(yè)技術(shù)人員必須快速回應(yīng)指揮部提出的關(guān)鍵問題，如災(zāi)區(qū)社會經(jīng)濟(jì)與自然地理特點(diǎn)，地震災(zāi)區(qū)范圍及分布情況，人員傷亡的數(shù)量及分布情況，經(jīng)濟(jì)損失的大概規(guī)模，次生地震災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)及空間分布，應(yīng)急響應(yīng)的啟動(dòng)級別等。在這些問題中最核心的問題是人員傷亡規(guī)模以及災(zāi)區(qū)空間分布位置，這也是應(yīng)急響應(yīng)啟動(dòng)、救災(zāi)部署的關(guān)鍵指標(biāo)之一。為了能快速準(zhǔn)確地回答這個(gè)問題，近年來國內(nèi)外許多專家學(xué)者都對地震災(zāi)害中的人員傷亡評估進(jìn)行了深入的分析與研究。本文從地震災(zāi)害傷亡人數(shù)影響因素的角度進(jìn)行分析，建立地震傷亡人數(shù)估算參數(shù)，并以廣東地區(qū)為例，分析基于地震災(zāi)害人員傷亡耦合因子的評估方法，進(jìn)行比較分析。

1 地震災(zāi)害人員傷亡耦合因子分析

地震造成的人員傷亡有直接和間接2種：直接人員傷亡主要是建構(gòu)筑物損毀造成的人員被砸、被埋、被壓或兼而有之導(dǎo)致的死亡、致傷、致殘;間接人員傷亡是地震引發(fā)的次生災(zāi)害造成的，如房屋倒塌、生命線工程及設(shè)施破壞等引起的爆炸、火災(zāi)、水災(zāi)、環(huán)境污染、瘟疫流行等以及地震地質(zhì)災(zāi)害崩塌、滑坡、泥石流等。地震造成的人員傷亡與災(zāi)區(qū)的自然環(huán)境和人文環(huán)境有關(guān)，同等震級的地震，由于災(zāi)區(qū)地理環(huán)境、經(jīng)濟(jì)發(fā)展不同造成的災(zāi)情也各不相同。在前人研究的基礎(chǔ)上（肖光先，1991;尹之潛，1991;馬玉宏，謝禮立，2000;傅征祥，1993;程家喻，楊喆，1993;王曉青等，2009;李永強(qiáng)等，2007;陳洪富等，2011），何萍（2018）分析了2001—2016年中國大陸地區(qū)發(fā)生的184次成災(zāi)地震事件（中國地震局震災(zāi)應(yīng)急救援司，2010，2015;鄭通彥，鄭毅，2012，2014，2015;陳通，鄭通彥，2016;文鑫濤，鄭通彥，2018），分別從震區(qū)烈度、發(fā)震時(shí)刻、人口密度、建筑物破壞程度、次生災(zāi)害等方面對地震中造成人員傷亡的主要因素進(jìn)行了定性及定量的分析。分析結(jié)果表明，建構(gòu)筑物抗震性能、人口密度、城市發(fā)展程度及地震引發(fā)的次生災(zāi)害是地震中影響人員傷亡關(guān)鍵的耦合因子。因此，本文所研究的人員傷亡快速評估方法主要是基于5個(gè)耦合因子來進(jìn)行。

1.1 建筑物抗震性能

建筑物的抗震性能是地震時(shí)影響人員傷亡最顯著的因子。地震會造成房屋建筑物的倒塌、破壞和使用功能的喪失，還會導(dǎo)致嚴(yán)重的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失，何萍（2018）對2001—2016年中國大陸發(fā)生的184次成災(zāi)地震事件中的房屋中等以上破壞面積與該地震造成的人員傷亡人數(shù)進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果表明這2個(gè)變量之間的相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.999，顯著相關(guān)。

1.2 人口密度及城市化程度

從歷史地震災(zāi)害可以看出，災(zāi)區(qū)的人口密度及城市發(fā)展程度同樣也是地震災(zāi)害中影響人員傷亡的重要原因之一。城市化的進(jìn)程，使地震災(zāi)害的社會影響越來越呈現(xiàn)多樣性的特點(diǎn)，并深刻影響地震災(zāi)害中的人員傷亡及經(jīng)濟(jì)損失（伍國春，2012）。1964年的日本新瀉7.5級地震是城市化災(zāi)害的典型震例，地震導(dǎo)致石油儲油罐群發(fā)生火災(zāi)，并引發(fā)了地震海嘯致使災(zāi)害更為嚴(yán)重，眾多建筑因?yàn)閳龅匕l(fā)生液化傾倒毀壞。1995年日本阪神7.2級地震則是典型的城市直下型震例，大阪是日本第二大都市，地震造成5 438人死亡，直接經(jīng)濟(jì)損失約1 000億美元。引發(fā)震害最主要的原因一是發(fā)震斷層穿城而過，地震導(dǎo)致房屋倒塌、交通中斷、城市癱瘓;二是地震引發(fā)了非常嚴(yán)重的次生火災(zāi)，主要由城市管道煤氣的爆炸引發(fā)，加劇了震害和傷亡（中國赴日地震考察團(tuán)，1995）。2011年3月11日，日本9.0級特大地震是日本近年來人員傷亡及損失最為慘重的一次地震，地震誘發(fā)海嘯不僅摧毀了沿岸的村落，更影響到東京等地的城市生活，并且由于福島核電站的處理問題演變?yōu)楹税踩C(jī)。

1.3 地形地貌特征

震中的地形地貌特征很大程度決定了震后地震地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的頻度及強(qiáng)度，而地震地質(zhì)災(zāi)害的大小同樣影響到災(zāi)后人員傷亡的數(shù)量。如我國的西南地區(qū)，自然地理環(huán)境復(fù)雜，地質(zhì)構(gòu)造多變，巖石破碎，山地面積大，山高谷深，地勢高差大。近年來西南地區(qū)發(fā)生的大部分破壞性地震都誘發(fā)滑坡、泥石流等次生災(zāi)害，從而加重了災(zāi)情。汶川8.0級地震引發(fā)地震地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)達(dá)5 094處，其中滑坡1 701處、崩塌1 866處、泥石流304處、不穩(wěn)定斜坡1 093處、地面塌陷21處、地裂縫123處，造成了大量人員傷亡（國土資源部地震救災(zāi)前線指揮部，2008）。在云南昭通地區(qū)，5.0級以上地震通常都會產(chǎn)生較大規(guī)模的崩滑次生災(zāi)害，并造成嚴(yán)重人畜傷亡，如2006年“7·22”鹽津5.1級地震死亡22人，其中因地震崩滑致死占死亡總數(shù)的81.82%;2006年“8·25”鹽津5.1級地震死亡2人，均系地震崩滑而死，占總數(shù)的100.00%;2012年“9·7”彝良5.7、5.6級地震死亡81人，因地震崩滑死亡60人，占死亡總數(shù)的74.07%（白仙富等，2013）。

4.2 人口密度及城市化發(fā)展程度影響因子P

為了更好地定量化表達(dá)廣東地區(qū)的人口密度及城市發(fā)展程度，將其按城市人口、經(jīng)濟(jì)及城市化的發(fā)展程度分為4類地區(qū)（圖2b）：一線城市中心城區(qū);以各地市中心城區(qū)以及一線城市非中心區(qū)為主;區(qū)縣中心城區(qū)及城鎮(zhèn)中心區(qū);鄉(xiāng)鎮(zhèn)及農(nóng)村地區(qū)。在對184個(gè)震例研究的基礎(chǔ)上（中國地震局震災(zāi)應(yīng)急救援，2010，2015;鄭通彥，鄭毅，2012，2014，2015;文鑫濤，鄭通彥，2018;陳通，陳通彥，2016;何萍，2018），將人口密度及城市發(fā)展程度對地震災(zāi)害大小影響定量化，計(jì)算人員傷亡損失時(shí)將這4類地區(qū)賦以不同的權(quán)重（分別為3.0，2.0，1.0，0.6），以區(qū)別地震發(fā)生在該類地區(qū)時(shí)所造成的不同程度的影響。

4.3 場地條件影響因子S

廣東地區(qū)陸地地勢北高南低，眾多河川總體上均向南流入海域。由于溫濕氣候影響，陸殼巖屑的風(fēng)化作用強(qiáng)烈，兼臺風(fēng)暴雨頻頻，更加強(qiáng)了地表剝蝕、侵蝕作用，也增強(qiáng)了流水的搬運(yùn)作用，在沿海地區(qū)形成了深厚的泥砂堆積。這種地下水位較高的軟弱地基是加劇震害的不利因素。根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011—2010），參考廣東省地震局以往的研究成果，將現(xiàn)有場地粗略劃分為4類（圖2c），將場地類型對地震災(zāi)害大小影響定量化，計(jì)算人員傷亡損失時(shí)將不同的場地類型賦以不同的權(quán)重，影響因子S在不同場地條件下的取值分別為：0.5，1.0，1.2，1.5。

4.4 地形影響因子T

廣東山丘臺地多為厚層風(fēng)化殼，雖然海拔不高，但若震中在山區(qū)，也會引發(fā)小型的滑坡、塌方。如1962年河源6.1級地震后曾出現(xiàn)“山剝皮”現(xiàn)象，也可能加重山區(qū)地震的災(zāi)情，因此有必要對現(xiàn)有的廣東地區(qū)地形影響因子進(jìn)行分區(qū)（圖2d）。根據(jù)廣東地區(qū)的數(shù)字高程圖提取廣東山地與平地的分區(qū)，以供在計(jì)算中應(yīng)用。但是廣東地區(qū)的地震滑坡大多是小型或小區(qū)域滑坡，不會發(fā)生像西南地區(qū)那樣具有一定規(guī)模、影響巨大的滑坡，而且震后的滑坡受天氣影響更大，因此還要考慮強(qiáng)降雨時(shí)滑坡可能性問題。結(jié)合何萍（2018）對184個(gè)震例的研究，T在山區(qū)取值為1.1（強(qiáng)降雨時(shí)增加至1.5），平地取值為1.0。

4.5 天氣影響因子C

氣象災(zāi)害是廣東最常見的自然災(zāi)害，發(fā)生災(zāi)害的時(shí)限較長，每年遭受的損失占全部損失的90%以上。歷史震例表明，地震的發(fā)生往往伴隨著極端的天氣，惡劣天氣會使地震災(zāi)害擴(kuò)大化，增加誘發(fā)地震次生災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)，致使人員傷亡、經(jīng)濟(jì)損失成倍增長，因此災(zāi)害發(fā)生時(shí)還要隨時(shí)關(guān)注災(zāi)區(qū)的天氣情況。但根據(jù)目前掌握的地震事件資料，很難收集到因天氣條件不同，遭受相同震級地震受災(zāi)情況的定量對比震例，很難將天氣影響取值定量化。因此在新研發(fā)評估軟件時(shí)，天氣影響因子僅作為額外輸入變量來體現(xiàn)，并不作為常態(tài)參量。

5 算法實(shí)現(xiàn)

本文系統(tǒng)開發(fā)采用Microsoft的集成開發(fā)環(huán)境Visual Studio 2010，該系統(tǒng)提供了一個(gè)高效率的集成化的開發(fā)環(huán)境，可以在一個(gè)統(tǒng)一的環(huán)境中進(jìn)行設(shè)計(jì)、編碼、調(diào)試和測試工作。開發(fā)語言采用C#，界面開發(fā)采用Microsoft的WPF+Ribbon，該控件可使界面功能有組織的存放，豐富的命令布局更容易幫助用戶找到所需功能（何萍等，2017）。GIS平臺采用ESRI的ArcEngine 10.1，ArcEngine 10.1是一個(gè)完全組件化的GIS平臺，提供了功能豐富、強(qiáng)大的底層開發(fā)接口，如數(shù)據(jù)處理、空間分析、地圖瀏覽和制圖等接口。

在實(shí)際計(jì)算中，將上述5個(gè)耦合因子的空間及屬性數(shù)據(jù)保存成參數(shù)數(shù)據(jù)庫，以便在應(yīng)用中能直接調(diào)用賦值，實(shí)現(xiàn)算法的實(shí)際應(yīng)用。在軟件設(shè)計(jì)中了考慮了震害的預(yù)評估計(jì)算以及相關(guān)報(bào)告的產(chǎn)出，同時(shí)也給出了目前應(yīng)用較多的專題圖件自動(dòng)產(chǎn)出模塊，方便用戶使用，圖3給出了系統(tǒng)總體架構(gòu)。

為了更好地對比預(yù)評估結(jié)果，在輸入地震參數(shù)窗口中給出了是否采用基于人員耦合因素傷亡算法的選擇勾選，一般默認(rèn)為基于建筑物易損性的算法模型，建筑物的易損性矩陣全省應(yīng)用統(tǒng)一值;勾選后則可以按照基于耦合因子的人員傷亡算法進(jìn)行預(yù)評估（圖4）。2種算法均可得到評估報(bào)告，方便用戶的比對。本文基于建筑物易損性算法（算法1）及使用基于人員耦合因素傷亡算法（算法2）分別對廣東地區(qū)歷史上的5次中強(qiáng)地震進(jìn)行了震害評估計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如表1所示。從表中可看出，基于算法2的人員傷亡評估數(shù)帶有明顯的地區(qū)差異性，震級相似的地震，由于災(zāi)區(qū)背景不同，造成的人員傷亡量有較大區(qū)別。

6 結(jié)論與討論

本文以地震中影響人員傷亡的5個(gè)耦合因子作為重要參數(shù)，建立了基于多耦合因子的地震災(zāi)害人員傷亡評估模型，并以廣東歷史上發(fā)生的5次地震為例，進(jìn)行地震傷亡人數(shù)的估算。通過算例實(shí)踐，證明這種評估模型計(jì)算出的人員傷亡數(shù)量具有明顯的地區(qū)差異性，計(jì)算結(jié)果和實(shí)際情況比較吻合。但在實(shí)際算法實(shí)踐中，同樣也存在以下問題，筆者也將在以后研究中進(jìn)一步細(xì)化完善：

（1）由于技術(shù)限制，目前在軟件中選擇耦合因子的定量值，是根據(jù)地震烈度影響場與耦合因子空間分布的疊加分析確定的，所占比重的大小決定了耦合因子的具體參量。因此很難避免同一烈度下存在不同耦合因子值的誤差。

（2）從算例的對比結(jié)果來看，利用本文模型評估的人員傷亡數(shù)帶有明顯的地區(qū)差異性，同一震級的地震，由于災(zāi)區(qū)的背景不同，造成的人員傷亡有顯著區(qū)別。但是由于廣東地區(qū)歷史地震發(fā)生年代久遠(yuǎn)，很多歷史地震的定位不太準(zhǔn)確，難以用歷史震害的特征與當(dāng)前的孕災(zāi)環(huán)境進(jìn)行對比，因此很難驗(yàn)證算法的精度及可靠性。今后設(shè)計(jì)算法模型時(shí)應(yīng)以多震區(qū)為例進(jìn)行示范算例研究，更為科學(xué)。

（3）耦合因子的取值合理性還有待于深入的分析研究。雖然從歷史震例中，宏觀上可以得出影響人員傷亡的具體耦合因子，但是耦合因子具體取值的準(zhǔn)確度要求震例的精準(zhǔn)分析，受限于目前的資料缺乏，很難達(dá)到精準(zhǔn)的要求，只有不斷調(diào)試，才能給出一個(gè)較為合理化的取值。

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