基金项目:2008~2010年中国地震局行业专项:“云南地区地震灾害特征分析与研究”资助.
(Earthquake Administration of Yunnan Province,Kunming 650224,Yunnan,China)
assessment of the earthquake disaster; disaster-grade; degree of disaster area; Yunnan
备注
基金项目:2008~2010年中国地震局行业专项:“云南地区地震灾害特征分析与研究”资助.
介绍了“灾害等级”这一概念的发展演化及研究现状。选取云南省的3次震例,计算每个震例受灾程度影响因子及综合灾害指数。通过对这3次震例的计算,总结了现行灾害区域等级评估方法的不足,并对实际操作过程中的可改进之处提出建议。
In this paper,we briefly explained the concept of disaster-grade.We selected the disaster statistics of three historical earthquakes occurred in Yunnan,then calculated the integrated disaster indexes for assessing the disaster-grade.Finally,aiming at the weakpoints of the in-operation evalution method for disaster-grade,we put forward some pieces of flexible advice.
引言
地震灾害等级指灾害区域内地震灾害的轻重程度。马宗晋等(1990)首先提出“灾度”这一概念,用灾度来划分灾情的大小,表征自然灾害损失绝对量的分级标准。具体计算时采用“经济损失”与“人员伤亡”两个参数的“双因子判别法”,将灾害等级划分为“巨灾、大灾、中灾、小灾、微灾”5级,并建议将灾害管理分为三级。马宗晋等(1993)将判定指标进行了细化和调整,根据主要社会指标与经济指标将灾害等级划分为四级。于庆东(1993)对马宗晋的判别方法进行了改进,提出了圆弧判别法。冯利华(1993)将死亡人数、受伤人数与经济损失的数量折算为规范化指数,提出了灾害等级的定量计算方法。冯志铎等(1994)根据地震的死亡人数、重伤人数和直接经济损失计算出灾害指数,并根据灾害指数将灾害划分为1~6级。魏庆朝和张庆珩(1996)提出将灾害持续时间与综合经济损失纳入灾害等级计算范围,把相关的各项指标划分为属性指标(人员伤亡)与货币指标(经济损失等)。胡伟华等(2010)根据人员死亡与失踪、烈度影响情况、房屋震害系数及地震地质灾害危险度等指标对汶川地震灾区进行分级与灾害程度排序。
2009年,中国地震局下发《地震灾害区域等级评估工作指南(试行)》①,《指南》中介绍了灾害区域等级概念、评估工作内容及方法。本文介绍了对云南3次震例进行灾害区域等级评估计算的情况及相关经验。
1 基本概念
灾害区域等级评估工作成果是以行政区为统计单元的地震灾害区域确定、等级分区和灾害程度排序。
灾害区域的确定类似于烈度圈圈定,初步判定时以烈度衰减关系计算,辅以震源机制、余震分布等情况修正,现场调查得到信息后进行动态修正。
等级区分与灾害程度排序需根据地震灾害的影响程度,计算综合灾害指数作为划分指标。综合灾害指数考虑了行政区内人口、经济和自然环境受地震破坏所造成的灾害综合影响指标,主要包括5类因素:死亡和失踪人数、房屋震害系数、烈度影响系数、经济损失和地震地质灾害危害程度。
灾害等级按轻重程度分为:极重灾区、严重灾区、较重灾区与一般灾区。本文主要介绍云南3次震例的综合灾害指数计算情况。
2 各受灾程度的影响因子与计算
2.1 死亡和失踪人数此项数据统计持续到总评估截止时间,可单独考虑死亡和失踪人数的绝对值或相对值,也可同时考虑死亡和失踪人数的绝对值和相对值。死亡和失踪人数相对值采用统计单元内死亡和失踪人数之和占统计单元内总人数的比例,其计算公式为
DP2(i)=(DP1(i)+MP(i))/(P(i)).(1)
式中:DP1(i)代表i统计单元内死亡人数; MP(i)代表i统计单元内失踪人数; P(i)代表i统计单元内总人口数。以下是对云南3次震例死亡和失踪人数统计及相对值的计算结果。
(1)1996年2月3日丽江7.0级地震
丽江地震主要涉及丽江、中甸、鹤庆、永胜、宁蒗和剑川6个县(区),51个乡(镇),397个行政村或居委会; 灾区人口1 075 263人,涉及244 606户。地震造成309人死亡,4 070人重伤,129 871人轻伤。依据(1)式所得计算结果见表1。
(2)2007年6月3日宁洱6.4级地震
宁洱地震主要涉及普洱市的宁洱、思茅、景谷、墨江和江城5个县(区),18个乡(镇),111个行政村或居委会; 灾区人口403 128人,涉及94 286户 云南省地震局.2007.2007年6月3日宁洱6.4级地震灾害直接经济损失评估报告.。本次地震造成3人死亡,全部分布于宁洱震区。依据(1)式所得计算结果见表2。
(3)2009年7月9日姚安6.0级地震
姚安地震造成姚安震区1人死亡,无失踪人员 云南省地震局.2009.2009年7月9日姚安6.0级地震灾害直接经济损失评估报告.; 其它震区均无人员死亡或失踪。依据(1)式所得计算结果见表3。
2.2 房屋震害系数房屋震害系数(DHI)是表征房屋破坏程度指标,可通过现场抽样调查得到,按下列公式计算:
DHI(i)=∑S∑λS(i,j)×ηS(i,j)×kHS(i).(2)
式中:λS(i,j)表示i 统计单元某抽样调查点S类房屋j破坏等级的破坏比; ηS(i,j)表示i统计单元某抽样调查点S类房屋j破坏等级的损失比; kHS(i)表示i统计单元抽样点内该类房屋在所有房屋中所占比例。
按上述方法,需要计算每一个抽样点的房屋震害系数,对于像汶川地震这样的特大地震灾害评估,抽样点数量上千个,工作量非常大。在某些地震灾害损失评估工作中,一方面由于调查点的选取具有一定的主观性,并不能完全做到空间上分布均匀,同一个评估区的不同统计单元内,抽样点数量的差别可能很大。另一方面,抽样点的一个重要功能就是代表某一个评估区的平均房屋破坏情况。因此,笔者在进行实际计算时,将灾区分成不同评估区对各统计单元进行计算。以下是对云南3次震例房屋震害系数的计算结果。
(1)1996年2月3日丽江7.0级地震
本文只列出丽江地震震害系数计算结果(表4),破坏比、损失比及房屋结构比例均取自丽江地震灾害损失评估报告。由于评估区一中的房屋(Ⅸ度区)结构类型差异,丽江房屋震害系数比中甸低。具体而言,丽江评估区一内抗震性能较好的框架结构与砖混结构比中甸要多(表5),因此,总体来看,中甸房屋震害系数较高。
(2)2007年6月3日宁洱6.4级地震
本文只列出宁洱地震震害系数计算结果(表6),破坏比、损失比及房屋结构比例均取自宁洱地震灾害损失评估报告 云南省地震局.2007.2007年6月3日宁洱6.4级地震灾害直接经济损失评估报告.。思茅区、景谷县、江城县与墨江县的计算结果差异与丽江地震情况类似,同样是由于同一评估区内各统计单元各类型结构房屋所占比例不同引起的。
(3)2009年7月9日姚安6.0级地震
本篇只列出姚安地震震害系数计算结果(表7),破坏比、损失比及房屋结构比例均取自姚安地震灾害损失评估报告 云南省地震局.2009.2009年7月9日姚安6.0级地震灾害直接经济损失评估报告.。
2.3 烈度影响系数烈度影响系数DPI是指统计单元内人口在不同烈度区影响下的加权平均值,按下列公式计算:
DPI(i)=∑m(I(i,m)×P(i,m))/(P(i)).(3)
式中:I(i,m)代表i统计单元处于不同区的烈度值,m=6,7,8,9,10,11,12; P(i,m)代表i统计单元处于烈度值m区内的人口数; P(i)代表i统计单元内总人口数。
计算烈度影响系数时,另外一种考虑是用各统计单元在各烈度区的国土面积代替人口数量进行计算,由于各统计单元人口密度的不一致,计算结果会大不相同。以下是对云南3次震例烈度影响系数计算结果。
(1)1996年2月3日丽江7.0级地震
丽江地震各统计单元区内的总人口数及对应的烈度值和烈度影响系数DPI见表8。
统计单元 总人口数P(i)/人 烈度值m 烈度影响因子DPI 94 392 Ⅸ 2.58丽江 85 500 Ⅷ 2.08 48 621 Ⅶ 1.03 100 890 Ⅵ 1.84小计 329 403 7.53 2 451 Ⅸ 0.10中甸 15 276 Ⅷ 0.56 60 591 Ⅶ 1.95 139 650 Ⅵ 3.84小计 217 968 6.45 7 980 Ⅷ 0.67鹤庆 33 972 Ⅶ 2.48 53 979 Ⅵ 3.38小计 95 931 6.52永胜 56 430 Ⅶ 2.50 101 460 Ⅵ 3.86小计 157 890 6.36宁蒗 69 768 Ⅶ 1.71 216 372 Ⅵ 4.54小计 286 140 6.24剑川 38 589 Ⅵ 6.00(2)2007年6月3日宁洱6.4级地震
宁洱地震各统计单元区内的总人口数及对应的烈度值和烈度影响系数DPI列于表9。
(3)2009年7月9日姚安6.0级地震
姚安地震统计单元区内的总人口数及对应的烈度值和烈度影响系数DPI见表 10。
2.4 经济损失因子采用地震灾害损失评估的结果来计算地震造成的经济损失因子(DEL),经济损失包括房屋建
筑、室内外财产和可归类到统计单元的其它损失,按照统计单元汇总。可单独考虑经济损失绝对值(DEL1)或经济损失相对值(DEL2),也可同时考虑经济损失绝对值和经济损失相对值。
经济损失相对值(DEL2)采用统计单元内经济损失绝对值(DEL1)占GDP的比例作为灾区统计单元受灾的主要参数,按下列公式计算:
DEL2(i)=(DEL1(i))/(GDP(i)).(4)
式中:DEL1(i)代表i统计单元内经济损失值; GDP(i)代表i统计单元内上年度GDP。
经济损失绝对值反映了一个行政单元所遭受的灾害损失,经济损失相对值为经济损失占GDP的比例,侧面反映了该行政单元的承灾能力。以下是对云南3次震例经济损失的计算结果。
(1)1996年2月3日丽江7.0级地震
丽江地震造成的直接经济总损失为304 924万元,各县区经济损失绝对值DEL1见表 11,因该次地震发生时间过早,一些数据不全,本次计算只考虑经济损失绝对值。
(2)2007年6月3日宁洱6.4级地震
宁洱地震经济损失计算结果见表 12。
(3)2009年7月9日姚安6.0级地震
姚安地震经济损失计算结果见表 13。
2.5 地震地质灾害地震地质灾害指地震引发的断层错动、崩塌、滑坡、泥石流、砂土液化、地裂缝和震陷等,地震地质灾害发育程度与地震强度存在正相关性。
本文所采用的地震地质灾害危害的基础资料一般从实际调查、遥感资料解译和相关部门、行业获取。对地震地质灾害危害度所涉及的因子进行调查、收集和分析,对每一种因子可按照规模进行危害类型分为大、中、小三级,归一化后采用分级加权的方法进行定量化处理,按下列公式计算:
DGH(i,n)=(ka×DGHa(i,n)+kb×DGHb(i,n)+kc×DGHc(i,n))/(RA(i)).(5)
式中:DGHa(i,n)代表i统计单元n因子大型危害处(所、座、公顷); DGHb(i,n)代表i统计单元n因子中型危害处(所、座、公顷); DGHc(i,n)代表i统计单元n因子小型危害处(所、座、公顷); Ka、Kb、Kc代表大、中、小型危害处分配的权重,分别为0.6、0.3、0.1; RA(i)代表统计单元内国土面积; n代表参与计算因子总数。
地震地质灾害因子统一以“处”为单位进行统计,大、中、小型分级详见《指南》所示。国土面积宜以“平方千米”为单位。另外,《指南》中介绍各灾害因子应进行等权加权平均计算,但笔者认为没有必要,因为上述的危害权重分配取值相同。以下是对云南三次震例地震地质灾害因子的计算。
(1)1996年2月3日丽江7.0级地震
丽江地震造成的地震地质灾害主要分布于丽江县统计单元区内,灾害因子包括:地裂缝、崩塌、滑坡和喷砂冒水。丽江地震地质灾害因子统计及危险度计算结果如表 14所示。
(2)2007年6月3日宁洱6.4级地震
宁洱地震造成的地震地质灾害主要分布于宁洱县内,灾害因子包括:滚石、地裂缝、崩塌、滑坡和喷砂冒水等,震害类型均为小型,宁洱地震地质灾害因子统计及危险度计算结果如表 15所示。
(3)2009年7月9日姚安6.0级地震
姚安地震造成的地震地质灾害主要分布于姚安县统计单元区内,灾害因子包括:滚石、地裂缝、崩塌、滑坡和喷砂冒水等,且震害类型均为小型,统计单元内国土面积RA(i)为0.169万平方千米。姚安地震地质灾害因子统计及危险度计算结果如表 16所示。
3 综合灾害指数计算
综合灾害指数计算,可根据震区震害特点和灾害程度选择死亡和失踪人数、房屋震害系数和烈度影响系数三个参数赋与不同权重进行加权平均给出,或增加经济损失和地震地质灾害危险度分别采用4个参数或5个参数并赋与不同权重进行加权平均给出,按下列公式计算:
DAI(i)=(k1×DP(i)'+k2×DHI(i)'+k3×DPI(i)'+k4×DEL(i)'+k5×DGH(i)')/(k1+k2+k3+k4+k5).(6)
式中:Dp(i)'、 DHI(i)'、 DPI(i)'、 DEL(i)'、 DGH(i)'分别是对Dp(i)、 DHI(i)、 DPI(i)、 DEL(i)、 DGH(i)各自进行归一化法处理的数据; k1、k2、k3、k4、k5分别是Dp(i)、 DHI(i)、 DPI(i)、 DEL(i)、 DGH(i)所分配的权重; k1+k2+k3+k4+k5=1。
对于一般地震灾害和较大地震灾害,地震地质灾害和基础设施破坏并不显著,综合灾害指数参数评价宜选取3个参数或4个参数,而重大地震灾害和特别重大地震灾害宜选5个参数。采用3个参数时,k1、k2、k3分别取0.4、0.3、0.3; 采用4个参数时,k1、k2、k3、k4分别取0.35、0.30、0.25、0.10; 采用5个参数时,k1、k2、k3、k4、k5分别取0.30、0.25、0.20、0.05、0.2; 可对各权重进行±0.05的调整,以充分反应具体地震事件灾害特点。以下是对云南三次震例综合灾害指数的计算结果。
(1)1996年2月3日丽江7.0级地震
由于地震地质灾害分布过于集中,所以选用其他4个参数中的3个作为计算综合震害指数的依据,在计算时对3个参数的权重分配做了不同分配。其中第一组权重分配分别为:0.3、0.4、0.3,计算结果见表 17; 第二组权重分配分别为:0.4、0.3、0.3,丽江地震综合灾害指数计算结果见表 18。
(2)2007年6月3日宁洱6.4级地震
由于死亡和失踪人数(DP)、地震地质危害度统计样本太少且分布集中,因而仅选取三个参数作为计算综合震害指数的依据,权重分配分别为:0.4、0.3、0.3,丽江地震综合灾害指数计算结果见表 19。
(3)2009年7月9日姚安6.0级地震
由于死亡和失踪人数(DP)、地震地质危害度统计样本太少且分布集中,因而仅选取3个参数作为计算综合震害指数的依据,权重分配分别为:0.4、0.3、0.3,姚安地震综合灾害指数计算结果见表 20。
4 总结与讨论
通过对丽江、宁洱、姚安3次震例综合灾害指数的计算,取得以下认识:
(1)计算死亡与失踪人数与经济损失震害影响因子时,最好选取绝对值参与计算。绝对值能更直观地反映灾害程度。
(2)计算房屋震害系数时,按不同评估区统计计算各行政单元震害系数,可以减轻大部分工作量,计算结果不会引起偏差,而且中和了行政单元内抽样点数量不均问题。
(3)地震地质灾害因子统一以“处”为单位进行统计,国土面积宜以“平方千米”为单位。不必对各灾害因子进行等权加权平均计算。
(4)对一般中强地震(甚至7.0级地震),死亡人数和失踪人数、地震地质灾害基本都分布在极震区(高烈度区),从3次地震的实际计算结果来看,这些区域基本都在同一个行政单元内。计算综合震害指数时,这两个因子的取舍值得讨论。笔者认为若要选择这两个因子参与计算,其权系数不宜高于0.1。
(5)房屋震害系数、烈度系数与经济损失值3个因子相关性较高,内在都包含了房屋破坏比这一参数,笔者认为不应同时考虑3个因子,或者在计算综合灾害指数时权系数取值不宜过高。
(6)计算综合灾害指数时,各因子的权重取值可以左右最终结果及排序,笔者认为应该通过更多震例的研究确定权系数取值。
- 冯利华.1993.灾害损失的定量计算[J].灾害学,8(2):17-19.
- 冯志铎,胡政,何钧.1994.地震灾害损失评估及灾害等级划分[J].灾害学,9(1):13-16.
- 胡伟华,宋立军,苗崇刚,等.2010.地震灾区分级和灾害程度排序研究[J].灾害学,25(2):30-35.
- 马宗晋,高庆华,位梦华.1990.自然灾害与减灾600问答[M].北京:地震出版社.
- 马宗晋,杨华庭,高建国,等.1994.我国自然灾害的经济特征与社会发展[J].科学导报,(7):61-64.
- 魏庆朝,张庆珩.1996.灾害损失及灾害等级的确定[J].灾害学,11(1):1-5.
- 于庆东.1993.灾度等级判别方法的局限性及其改进[J].自然灾害学报,2(2):8-11.
- 中国地震局监测预报司.2001.中国大陆地震灾害损失评估报告汇编(1996-2000)[G].北京:地震出版社.