我国是世界上受自然灾害影响最严重的国家之一,灾害种类多,发生频率高,造成损失重。全国各省市均不同程度受到自然灾害影响,有70%以上的城市、50%以上的人口分布在气象、地震、地质、海洋等自然灾害严重的地区(全国自然灾害综合风险普查技术总体组,2020)。云南省因地理位置特殊、地形地貌复杂、气候类型多样、区域环境差异大,气象灾害和地质灾害频发,地震灾害及其它自然灾害不断发生(聂选华,2017)。随着区域经济的快速发展,频繁的地震灾害对云南社会经济的影响会越来越大,区域人口的生存与发展面临严峻的挑战。因此,对云南地区的灾害风险进行有效评估是很有必要的。

灾害风险是指发生某种程度灾害的可能性与其造成后果的乘积,它与灾害本身的危险性、承灾体的暴露性及易损性有关(Dilley,Mundial,2005)。地震灾害风险分析是对遭受不同强度地震灾害的可能性及其可能造成的后果进行的定量分析和评估(姚清林,黄崇福,2002)。通过对地震灾害范围、特性等的研究,将风险量化并评价是进行地震风险管理和决策的依据(向喜琼,黄润秋,2000)。以往对于地震灾害风险的研究,大多是在构建致灾因子危险性指数、承灾体易损性指数的基础上,根据风险概念模型公式,即风险度=危险度×易损度或风险矩阵的分析方法来实现地震灾害风险的评估(徐伟等,2004)。而为了实现地震灾害风险建模与评价,首先要确定影响地震灾害风险的要素。影响地震灾害风险的因素有很多,因此不同学者从不同侧重点出发,建立了反映地震灾害风险评估要素及水平的指标体系,有的指标体系偏向于宏观,有的注重细节(唐丽华等,2016)。在评价的空间尺度上,有分别基于省级、市级和县级行政单元的,但对于乡镇级行政单元的地震灾害风险评价尚未见文献报道。

近年来,国家提出要加强基层政府和基层组织的应急能力建设,探索基层社会应急管理治理新模式,把更多应急资源和应急功能下沉到基层,这将是国际和国内应急管理发展的共识和趋势。乡镇作为我国最基层的行政单元,是落实防震减灾救灾工作的重要一环。作为地震应急准备和灾害处置的重要抓手,基层政府需要在震前充分认知区域地震灾害风险背景、特征和等级程度,有针对性地做好应对机制和对策,以便在地震来临时做到临震不慌、科学应对。

因此,本文以云南省建水县为例,获取研究区建筑物、人口分布、生命线工程、地形地貌等基础数据,基于乡镇级行政单元,利用改进的地震灾害风险评估模型,结合承灾体和孕灾环境的耦合性,开展地震灾害风险评估。选取地震灾害损失风险评估因子,利用评估模型进行地震灾害损失定量评估。结合现场抽样调查的情况,对于部分承灾体,由灾害风险暴露量代替损失量进行风险评估。最后根据评估结果开展地震灾害风险等级划分及特征分析,为地震灾害风险隐患排查和治理提供参考依据。

建水县总面积为3 789 km²,辖6乡8镇,137个村委会、16个社区、1 561个村民小组,常驻人口55.31万(建水县地方志编纂委员会办公室,2018)。建水县地处滇东高原南缘,地势南高北低,地质地貌类型复杂。建水地处滇东南加里东褶皱带西部,区域内断裂构造十分发育,境内有7条断裂,其中红河断裂、曲江断裂、石屏—建水断裂具有7.0级历史地震背景。自有历史地震记载以来建水县共发生5.0级以上破坏性地震12次。1588年8月9日建水曲溪发生7.0级地震,最高烈度大于Ⅸ度,死亡人数甚众。1970年通海发生7.8级大地震,震中位于通海县高大乡、峨山县小街镇和建水县曲江镇之间(曲江断裂带附近),造成15 621人死亡,其中建水县曲江镇死亡7 479人,占死亡总人数的48%。

通过实地抽样调查对建水县各部门、行业、乡镇填报汇总的主要承灾体暴露量进行汇总,结果见表1。

表1 建水县主要承灾体暴露量
Tab.1 Amount of the exposed disaster-bearers in Jianshui County

除上述的人口、房屋、滑坡外,作为主要承灾体的地质灾害隐患点:易燃易爆危险源、水库、桥梁、应急避难场所全部暴露在地震风险中,在开展地震灾害风险区划时,需将这些承灾体的损失风险考虑在内。由于震例和样本较少,这几种承灾体在不同地震破坏力下的损失率对应关系无法建立,因此本文采用暴露量来代替损失量进行风险评估和等级划分。

将建水县以乡镇为单位进行风险等级划分,为了在乡镇层面上分出不同的等级,必须对地震灾害可能损失的不同因子进行标准化。本文用极差变换法(李美娟等,2004)对地震灾害风险指标进行标准化处理。一般而言,评价指标可分为正向指标和逆向指标,本文选取的应急避难场所为逆向指标,人均应急避难场所面积越大,其震后应急避难疏散的效率就越高,灾害的风险就越低; 其余为正向指标,正向评价指标标准化公式为:

逆向评价指标标准化公式为:

式中:X_i表示评价指标的某个单元值;(X_i)表示评价指标的所有单元值。

为避免某个乡镇面积越大,其损失也越大,容易形成高风险等级的现象,对每个地震灾害风险指标均采用单位面积(每平方千米)均值或人均值进行评价。按照标准化方法将各个乡镇的地震灾害风险指标值进行归一化处理,如表8所示。根据专家经验综合得出各指标权重如下:房屋损失为0.22、人员死亡为0.3、滑坡平均密度为0.16、地质灾害隐患点面积为0.09、易燃易爆危险源为0.06、水库容量为0.08、桥梁跨径总长为0.03、人均应急避难场所面积为0.06。利用ArcGIS的空间分析功能,将标准化后的评价指标值赋予各评价单元,并利用Weighted Sum函数,将各指标按权重系数加权叠加分析后得到评价单元地震灾害风险综合值,见表8。

表8 建水县各乡镇地震灾害风险综合值
Tab.8 Synthetical values of the earthquake-hazard risk of villages and towns in Jianshui County

采用2倍等比的划分尺度将建水县各乡镇地震灾害风险综合值从小到大划分为[0～0.19]、(0.19～0.38]、>0.38共3类,分别代表低、中、高3个风险等级,得到研究区地震灾害风险等级分布,如图2所示。由图2可知,研究区内地震灾害高风险的乡镇是临安镇、曲江镇、官厅镇、南庄镇、西庄镇,地震灾害中风险的乡镇是利民乡、岔科镇、面甸镇、甸尾乡、李浩寨乡、坡头乡,地震灾害低风险的乡镇是盘江乡、普雄乡、青龙镇。

图2 建水县各乡镇地震灾害风险划分图
Fig.2 Grading of the earthquake-hazard risk of villages and towns in Jianshui County

本文利用云南省建水县的地震孕灾环境、承灾体暴露量、致灾因子破坏力开展地震灾害损失定量评估。在传统风险评估方法的基础上,对无法建立灾害损失关系的承灾体采用暴露量代替损失量来进行风险评估,应用极差变换法对地震灾害损失的不同因子进行标准化,通过综合赋权划分地震灾害风险等级。以云南省建水县为例,验证了上述方法,得出以下主要结论:

(1)在设定未来建水县遭遇Ⅷ度破坏下,利用灾害损失评估模型计算,并对计算结果分级,从评估结果来看:房屋损失为重度的乡镇有3个,分别是临安镇、曲江镇、南庄镇,中度1个,轻度10个; 人员死亡为重度的乡镇有3个,分别是曲江镇、临安镇、西庄镇,中度2个,轻度7个,微度2个; 地震滑坡为重度乡镇有3个,分别是官厅镇、坡头乡、利民乡,中度2个,轻度7个,微度2个。

(2)从建水地震灾害风险评价结果来看,地震灾害高风险的乡镇有5个,中风险乡镇有6个,低风险乡镇有3个。高风险区域为建水北部的曲江,南部的南庄、西庄、临安、官厅一带。

历史震例表明,抗震性能较差的简易房屋(生产用房、临时搭建无梁柱结构房屋等)是造成地震人员伤亡和经济损失的主要风险源。此类房屋开展调查统计的难度较大,本文研究的案例中尚未找到详实的统计数据,暂不能对其风险进行评估,但其仍是地震灾害中主要安全隐患。目前建立的各类承灾体地震灾害损失率与地震等级之间的关系是基于某个区域近百年有限的历史震例资料统计所得,具有较大的离散性。相对于全国来说,云南是个小区域,但即使是在云南区域内部各个地区的地质构造、场地系数、承灾体类型和易损性,成灾机理和成灾过程也不尽相同,可见地震灾害损失标准的建立是复杂的系统性问题。本文仅是得到了初步的分析结果,还需要不断积累更多的震例资料来进行修正,使其更具有代表性。另外,随着社会发展,各区域人口、经济、房屋结构类型等承灾体均在发生变化,各地区的地震灾害风险水平也会是一个动态变化的过程。