張維佳 楊天青 白仙富 陳雅慧 姜立新

1)中國地震臺網(wǎng)中心，北京 100045 2)云南省地震局，昆明 650224

0 引言

地震人員傷亡評估作為地震災(zāi)害損失快速評估的主要內(nèi)容之一，其產(chǎn)出結(jié)果不僅作為啟動應(yīng)急響應(yīng)級別的判定依據(jù)，同時也是應(yīng)急救援決策的重要參考信息。因此，開展地震人員傷亡評估方法研究，進一步提高現(xiàn)有評估結(jié)果的及時性和準確性，對震后應(yīng)急響應(yīng)與救援工作具有重要意義(馬玉宏等，2000；楊天青等，2006；李媛媛等，2014)。但從2008年汶川MS8.0地震、2010年玉樹MS7.1地震以及2014年魯?shù)镸S6.5地震等實際震例的震后損失快速評估結(jié)果來看，僅依靠歷史震例數(shù)據(jù)建立的經(jīng)驗?zāi)Ｐ涂焖僭u估方法造成強震人員傷亡與實際災(zāi)情通常存在較大差異(陳洪富等，2011；李永強等，2007；李永強，2009；張維佳等，2013)。此外，地震致災(zāi)因素復(fù)雜，在實際災(zāi)情中，即使地理位置相近，地震強度相似的地震造成的人員傷亡規(guī)模也可能存在較大差異，例如震中相距僅500km的2014年魯?shù)镸S6.5地震(617人死亡，3143人受傷)和2014年景谷MS6.6地震(1人死亡、324人受傷)。造成震后人員傷亡快速評估結(jié)果與實際災(zāi)情差異較大的原因主要有兩方面，一是基于地震動造成建筑物破壞，(陳堯，2015)，另一方面是地震造成的人員傷亡具有地區(qū)差異性，而通過傳統(tǒng)評估方法建立的震害經(jīng)驗?zāi)Ｐ臀磳⒌貐^(qū)差異性考慮在內(nèi)(聶高眾等，2020)。

本文綜合利用近年來積累的川滇地區(qū)典型震例震害資料和相關(guān)研究成果，結(jié)合新近發(fā)展的大數(shù)據(jù)分析思路和協(xié)同評估理論，以川滇地區(qū)為例，研究地震人員傷亡動態(tài)評估方法，包括人口動態(tài)分布、建筑物抗震能力及致死率、地質(zhì)災(zāi)害致死率等3類地區(qū)差異性因子，建立一套適合川滇地區(qū)人員傷亡的動態(tài)評估方法，以期提高震后人員傷亡評估的準確性和產(chǎn)出效率，為震后應(yīng)急決策提供及時的信息參考。

1 地震人員傷亡動態(tài)評估方法設(shè)計

地震人員傷亡動態(tài)評估可分為4個階段，包括快速評估階段、地區(qū)差異性因素修正階段、專家協(xié)同修正階段和結(jié)果發(fā)布階段。地震快速評估階段依據(jù)傳統(tǒng)評估方法獲得初步評估結(jié)果；地區(qū)差異性修正階段利用影響人員傷亡的地區(qū)差異性因素對初步評估結(jié)果進行修正；專家協(xié)同修正階段主要利用專家知識對評估結(jié)果進行審核修正，最后實現(xiàn)評估結(jié)果發(fā)布。地震人員傷亡動態(tài)評估方法的技術(shù)思路如圖1所示。

圖1 地震人員傷亡動態(tài)評估方法流程

地震人員傷亡動態(tài)評估方法中最為核心的內(nèi)容是實現(xiàn)地區(qū)差異性因素修正。

人口動態(tài)分布的地區(qū)差異性修正利用當?shù)厝丝诹鲃有匝芯砍晒蛡鹘y(tǒng)人口統(tǒng)計數(shù)據(jù)，結(jié)合重點地區(qū)調(diào)研等資料進行統(tǒng)計分析、對比分析研究地區(qū)人口的動態(tài)分布修正因素，建立貧困地區(qū)外出打工流動人口和旅游地區(qū)參觀游覽動態(tài)人口修正模型。

建筑物抗震能力及其致死性的地區(qū)差異性研究主要包括川滇地區(qū)建筑物、人口格網(wǎng)數(shù)據(jù)更新，基于現(xiàn)場震害調(diào)查報告統(tǒng)計建立不同建筑物震害矩陣，基于歷史震例建立建筑物的人員致死率模型等。

地震地質(zhì)災(zāi)害地區(qū)差異性研究主要研究地震滑坡風險及其導(dǎo)致的人員死亡率，利用川滇山區(qū)典型破壞性地震的人員傷亡分布及死亡原因統(tǒng)計數(shù)據(jù)，結(jié)合山區(qū)地震滑坡風險分析結(jié)果和人口空間格網(wǎng)化分布結(jié)果，采用空間分析、邏輯回歸以及因子分析等方法研究不同的滑坡風險等級下的人員死亡修正因子。

2 人員傷亡動態(tài)評估修正因子

2.1 人口分布動態(tài)修正因子

在目前采用的地震人員傷亡快速評估系統(tǒng)中，人口數(shù)據(jù)庫是靜態(tài)數(shù)據(jù)；由于在快速評估過程未考慮實際的人口流動性分布規(guī)律，導(dǎo)致評估模型中的人口數(shù)據(jù)與實際災(zāi)區(qū)人口分布出現(xiàn)一定的偏差，從而使評估結(jié)果不準確。為進一步改善評估模型的精度，筆者對人口流動性分布規(guī)律進行研究，并參考2016—2018年川滇地區(qū)危險區(qū)調(diào)研報告中的結(jié)果，將人口庫更新為動態(tài)數(shù)據(jù)，更接近于人口分布及發(fā)展的實際情況。

“阿衡你也知道，姨媽家也不富裕，你兩個哥哥都在上大學(xué)……”姨媽說：“阿衡，女孩子讀這么多書也沒用，不如早點出去打工吧?！?/p>

2.1.1 人口流動性分布規(guī)律

以云南省和四川省為例，對于一些貧困地區(qū)來說，外出打工或是參與生態(tài)旅游建設(shè)是當?shù)剞r(nóng)民最主要的脫貧道路。針對這一現(xiàn)象，筆者統(tǒng)計了云南省和四川省的貧困鄉(xiāng)鎮(zhèn)分布情況，以及兩省4A級以上的旅游景區(qū)所在鄉(xiāng)鎮(zhèn)分布情況，并制成相應(yīng)的專題圖件(圖2、圖3)。

圖2 云南省(a)和四川省(b)貧困鄉(xiāng)鎮(zhèn)分布

圖3 云南省(a)與四川省(b)4A級以上旅游景區(qū)分布

2.1.2 貧困鄉(xiāng)鎮(zhèn)信息提取

在2010年全國人口普查數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，篩選出每個貧困鄉(xiāng)鎮(zhèn)14歲以下、65歲以上的非勞動力人口數(shù)量，假設(shè)每年的1—2月春節(jié)期間，這些鄉(xiāng)鎮(zhèn)的外出打工人員回家過年，人口總數(shù)即為全國普查登記人口數(shù)，其他月份的人口數(shù)量為除去外出勞動人員的留守人口總數(shù)。

因此，在貧困地區(qū)，外出打工人口數(shù)計算如下

外出打工人口數(shù)=總?cè)丝跀?shù)-14歲以下人口數(shù)-65歲以上人口數(shù)

(1)

除春節(jié)外平日總?cè)丝跀?shù)=總?cè)丝跀?shù)-外出打工人口數(shù)

(2)

2.1.3 4A級以上旅游景區(qū)所在鄉(xiāng)鎮(zhèn)分布情況

根據(jù)國家公布的云南省和四川省4A、5A級景區(qū)名單，確定每個景區(qū)所在鄉(xiāng)鎮(zhèn)位置。由于每年7、8月暑假期間和中秋、國慶假期為旅游旺季，因而在這幾個時間段里，旅游景區(qū)所在鄉(xiāng)鎮(zhèn)人口數(shù)量會有一定幅度的增長。2018年7月，云南省旅游接待總量達到4724.8萬人次，而云南常住人口大約為4640.6萬人。2017年僅中秋、國慶假期，四川省旅游接待總量達到7146萬人次，而四川常住人口大約為8670.5萬人次。由此可知，四川、云南旅游景點地區(qū)游客量基本與該地區(qū)常住人口數(shù)持平。因此得出如下公式

旅游旺季旅游景點附近人口數(shù)=鄉(xiāng)鎮(zhèn)總?cè)丝跀?shù)×2

(3)

其中，旅游旺季定義為每年7—10月。

2.2 建筑物與人員傷亡評估修正因子建立

2.2.1 數(shù)據(jù)收集與處理

通過前期積累，獲取了全國千米格網(wǎng)建筑物數(shù)據(jù)和川滇地區(qū)地理國情普查建筑物千米格網(wǎng)普查數(shù)據(jù)，并對2組格網(wǎng)數(shù)據(jù)進行地理配準、格網(wǎng)統(tǒng)一以及地理國情的格網(wǎng)轉(zhuǎn)換，將2類數(shù)據(jù)的建筑物類型進行分類。根據(jù)重點地區(qū)調(diào)研結(jié)果，將建筑物數(shù)據(jù)分為土木結(jié)構(gòu)、磚木結(jié)構(gòu)、磚混結(jié)構(gòu)和框架結(jié)構(gòu)4大類。

表1 2000—2014年25個地震震例

收集自2000年以來川滇地區(qū)25個震例(表1)，根據(jù)地震現(xiàn)場調(diào)查報告，將25個歷史地震矢量化，并分烈度區(qū)提取建筑物倒塌數(shù)量，每個烈度區(qū)分為土木結(jié)構(gòu)、磚木結(jié)構(gòu)、磚混結(jié)構(gòu)和框架結(jié)構(gòu)4大類，共整理出有效數(shù)據(jù)274條。每類建筑物按照基本完好、輕微破壞、中等破壞、嚴重破壞和毀壞5類，建立建筑物震害矩陣(尹之潛，1995)。

2.2.2 川滇地區(qū)建筑物人員致死率研究

根據(jù)地震現(xiàn)場調(diào)查數(shù)據(jù)，將死亡人數(shù)按照烈度區(qū)劃分并進行匯總。最終得出總表(部分震例數(shù)據(jù))(表2)。

表2 按烈度劃分死亡人數(shù)和建筑物破壞面積(部分震例數(shù)據(jù))

將25個歷史震例均按照表2 樣式進行匯總，人員死亡率與房屋毀壞率之間的關(guān)系，引用尹之潛(1991)的公式

lgd=aC-b

(4)

式中：d為人員死亡率 (死亡人數(shù)與本地區(qū)總?cè)藬?shù)之比)；C為房屋毀壞率；a、b為系數(shù)。 其中， 房屋毀壞率是指所有房屋的毀壞率， 根據(jù)統(tǒng)計經(jīng)驗按照土木︰磚木︰磚混︰框架=1︰3︰5︰1 比例，得出人員死亡率與房屋毀壞率的公式及散點圖(圖4)如下

lgd=25.186C-25.861R2=0.8397

(5)

圖4 人員死亡率與建筑物毀壞率散點圖

表3 不同坡度下的地震滑坡密度模型(白仙富等，2015)

2.3 地震滑坡與人員傷亡動態(tài)評估修正方法

2.3.1 地震滑坡危險性模型

滑坡危險性模型選取白仙富等(2015)的邏輯斯蒂滑坡危險等級模型(表3)，將滑坡密度值分別劃分為(0～0.01]、(0.01～0.03]、(0.03～0.09]、(0.09～0.27]和大于0.27等5個危險等級。

2.3.2 地震滑坡次生災(zāi)害人員傷亡快速評估建模

災(zāi)區(qū)總的地震滑坡死亡人數(shù)等于各千米網(wǎng)格內(nèi)地震滑坡死亡人數(shù)之和，模型表述為

(6)

式中，dall表示地震事件造成的滑坡死亡人數(shù)；di表示第i個千米格網(wǎng)內(nèi)的地震滑坡死亡人數(shù)； 而第i個千米格網(wǎng)內(nèi)地震滑坡死亡人數(shù)等于第i個千米格網(wǎng)內(nèi)人口數(shù)和地震滑坡死亡率的乘積，模型表述為

di=Pirdi

(7)

式中，Pi表示第i個千米格網(wǎng)內(nèi)人口數(shù);rdi第i個千米格網(wǎng)內(nèi)地震滑坡死亡率。

如果第i個千米格網(wǎng)內(nèi)地震滑坡死亡率(致死率)rdi與第i個千米格網(wǎng)內(nèi)不同滑坡危險等級及其數(shù)量之間存在如下統(tǒng)計關(guān)系

rdi=f(x1，x2，x3，x4，x5)

(8)

式中，x1為千米格網(wǎng)內(nèi)滑坡危險性等級(屬性)為1的數(shù)量；x2為千米格網(wǎng)內(nèi)滑坡危險性等級(屬性)為2的數(shù)量；x3為千米格網(wǎng)內(nèi)滑坡危險性等級(屬性)為3的數(shù)量；x4為千米格網(wǎng)內(nèi)滑坡危險性等級(屬性)為4的數(shù)量；x5為千米格網(wǎng)內(nèi)滑坡危險性等級(屬性)為5的數(shù)量。

則可以推出

di=Pif(x1，x2，x3，x4，x5)

(9)

2.3.3 模型求解

通過回歸計算，模型系數(shù)為

(10)

3 川滇地區(qū)人員傷亡動態(tài)評估模型與分析

3.1 模型建立

將上述3個動態(tài)修正因子集成到地震快速評估模型的評估修正階段中，建立川滇地區(qū)人員傷亡動態(tài)評估模型。

3.2 評估結(jié)果對比與分析

選取近年發(fā)生在川滇地區(qū)的中強以上等級地震，包括2008年四川汶川MS8.0地震、2013年四川廬山MS7.0地震、2014年云南景谷MS6.6地震、2014年云南魯?shù)镸S6.5地震、2017年四川九寨溝MS7.0地震和2019年四川長寧MS6.0地震，將川滇地區(qū)人員傷亡動態(tài)評估模型集成到地震災(zāi)害協(xié)同評估模型中，與原評估模型和實際災(zāi)情進行對比，結(jié)果如表4 所示。

表4 震例驗證

可以看出川滇地區(qū)人員傷亡動態(tài)評估模型評估結(jié)果整體上能夠與實際死亡人數(shù)量級保持基本一致，評估結(jié)果準確性與傳統(tǒng)評估模型相比有較大提升。

4 結(jié)論

本文在充分研究當前國內(nèi)外主流的人員傷亡評估方法基礎(chǔ)上，依據(jù)多年項目積累的基礎(chǔ)統(tǒng)計數(shù)據(jù)和研究成果，遴選出適合我國川滇地區(qū)不同建筑物抗震能力分區(qū)的人員傷亡評估方法，結(jié)合應(yīng)急基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫以及與地震人員傷亡相關(guān)的其他地區(qū)差異性數(shù)據(jù)，研究川滇地區(qū)不同分區(qū)人員傷亡評估結(jié)果修正因子，最終建立人口動態(tài)修正因子、建筑物與人員傷亡評估動態(tài)修正因子和地震滑坡與人員傷亡動態(tài)評估修正因子，并將修正因子集成到已建成的地震災(zāi)害協(xié)同評估軟件中，實現(xiàn)計算機自動計算和專家人機交互的人員傷亡動態(tài)評估模塊，提高了川滇地區(qū)地震快速評估的準確性，為應(yīng)急決策提供更高效準確的技術(shù)服務(wù)。