参照前人研究成果(周光全等,2011)和云南地区现行的烈度评估模型的地区分区(张方浩等,2016; 郭少文等,2022),云南断块可分为西部、中部和东部3个部分,本文研究区域为云南西部断块(下文统称为滇西地区),该区域从北向南地势逐渐降低,北部高山峡谷相间,地势险峻,山岭和峡谷相对高差超过1 000 m。南部群山连绵,河谷开阔,地势相对缓和(图1a)。区域内涉及云南11个州(市)、62个县和567个乡镇,面积约18.28万km²,占云南总面积的45.38%,人口1 883.35万,占云南总人口的47.82%。从人口公里格网分布图(图1b)、遥感影像解译和实地调查发现,该区域人口分布呈现出两个特点:一是北部和南部人口相对较少,主要聚集在中部; 二是人口沿着河谷和山间盆地分布。

图1 研究区地形(a)和人口分布(b)基本情况
Fig.1 Topography(a)and population distribution(b)in the study area

云南省有历史记载的M≥5.0地震共计410次,其中滇西地区共有178次,占43%,其中震级最大的地震为1988年11月6日的澜沧北7.4级地震。近十年以来,滇西地区共发生M≥5.0地震14次,其中震级最大的地震为2021年5月21日漾濞6.4级地震。考虑到滇西地区复杂的地形地貌,人员分布特点和历史地震活动特点,选择该区域开展人员死亡评估研究工作,可为当地地震应急救援提供决策依据。

本文采用的数据主要包括云南县级人口统计数据、行政区划数据、建筑图斑数据和历史地震死亡人口数据。

云南县级人口统计数据来源于《云南行政区划简册(2020)》(云南省民政厅,云南省地图院,2021),统计人口为常住人口,时限为2019年。行政区划数据来源于云南省地震局地震应急数据库,时限为2019年。建筑图斑数据来源于云南省地震局组织实施完成的任务项目——“基于遥感影像和经验估计的云南省房屋抗震设防能力初判工作”,该项工作勾画了全省建筑的图斑,并通过遥感影像、街景地图和实地调研的方式判别建筑的结构类型和楼层数,时限为2020年底。历史地震死亡人口数据来源于1992—2021年的地震灾害损失评估报告。

随着经济发展,云南县级人口分布呈现出3个特点:一是人口逐渐从农村向城镇迁移,乡镇城镇化率不断提高; 二是面积越大的建筑,人口越多; 三是局部地区的高层建筑较多,导致小面积的土地聚集大量的人口。因此,本文通过城镇化率、建筑面积和建筑楼层数3个因素对人口进行分配,具体分3步。

(1)考虑到人口在城镇和农村空间分布的差异,以县区城镇化率作为人口空间化指标,计算城镇和农村总人口分别为:

P_A=P×U(1)

P_B=P(1-U)(2)

式中:P为县区总人口; U为城镇化率; P_A为城镇总人口; P_B为农村总人口。

(2)考虑到人口分布与建筑楼层有关系,引入人口分配系数a,计算单体建筑城镇或农村的人口分配系数:

a_i=P/S×S_i×L_i(3)

式中:a_i为第i个城镇或农村图斑人口分配系数; P为城镇或农村总人口(P_A、P_B); S为城镇或农村图斑总面积; S_i为第i个城镇或农村图斑面积; L_i为第i个城镇或农村图斑楼层数。

(3)根据分配系数进行单体建筑人口赋值:

P_i=P/a×a_i(4)

式中:P_i为第i个城镇或农村图斑人口; P为城镇或农村总人口(P_A、P_B); a为城镇或农村人口分配系数总合; a_i为第i个城镇或农村图斑分配系数。

单体建筑死亡人数评估采用“死亡率+修正系数”的方法:

式中:D为死亡人数; P_i为第i个图斑的人口; X_i为第i个图斑的死亡率; R为修正系数,代表3个地区之间的差异。

死亡率(X_i)代表了一次破坏性地震中,死亡人数与受灾人数的比例。本文采用中国地震局地质研究基于全国震例拟合得出提出的致死性水平矩阵(表1),该矩阵可建立不同建筑结构类型在遭受不同烈度破坏时受灾人数与人员死亡的比例。不适合滇西地区,因此本文引入R来开展滇西地区的本地化研究。

本文使用历史震例和2020年建筑数据确定修正系数(R)。由于缺少历史建筑数据,历史震例的选取考虑了两点:一是发震年份距2020年相对较短。由于社会发展和脱贫攻坚成效,农村建筑的类型、结构变化较大,使用此类震例能更好与2020年建筑数据匹配。二是历史震例要有典型性。典型地震的选取原则是震级大(M_S≥6.0)、有人员死亡、社会影响广泛。本文典型地震选取2021年5月21日漾濞6.4级地震,

表1 不同结构建筑物致死性水平率矩阵
Tab.1 The lethality rate matrix of building structures

历史地震时间段选取为2014—2021年。计算2014—2021年滇西地区14次M_S≥5.0地震的人员死亡结果,并与实际数据进行对比(表2)。由表2可见:震后死亡人数评估结果区间数量级满足应急需求,但精度不够; 每个地震的死亡人数评估结果的最小值均略高于实际死亡人数。

取震后死亡人数评估结果的最小值作为评估死亡人数,通过统计对比发现:①当地震最高烈度为Ⅵ时,评估死亡人数为1,实际死亡人数为0,符合实际情况; ②当地震最高烈度为Ⅶ时,评估死亡人数为1～2,实际死亡人数为0,两者偏差不大,R=1。③当地震最高烈度为Ⅷ时,评估死亡人数2～6,实际死亡人数0～3,约为评估结果的0.5倍,R=0.5。

表2 2014—2021年滇西地区历史地震死亡人数评估结果和实际结果对比
Tab.2 Comparison of the assessment results and survey results of the historical earthquakes in Western Yunnan from 2014 to 2021

综上,结合实际情况,给出滇西北地区人员死亡评估模型,具体如下:

①当地震最高烈度为Ⅵ～Ⅷ时,人员死亡评估结果下限为:

D_min=0(6)

②当地震最高烈度为Ⅵ度时,人员死亡评估结果上限为:

D_max=1(7)

当地震最高烈度为Ⅶ时人口死亡评估结果上限为:

当地震最高烈度为Ⅷ时人口死亡评估结果上限为:

式中:D表示人员死亡; P_i表示第i个图斑的人口;(X_i)_min表示第i个图斑的最低死亡率; R为修正系数。

漾濞地震Ⅵ度及以上地区单体建筑人口数量差异极大(图2a),最低1人,最高1 218人,共计970 826人,人口分布具有东密西疏的特点,主要集中在山间低谷的城镇地区。图2b表示距震中最近的苍山西镇主城区的单体建筑人口分布情况。苍山西镇主城区内人口约2万人,单体建筑人口平均值为8人,30人以上的单体建筑占24%。图2c为Ⅵ度以上地区内人口密度最高地区(下关街道)的单体建筑人口分布情况。下关街道人口总计24万,视图范围内人口约6万,单体建筑人口平均值为37人,30人以上的单体建筑占53%。

图2 漾濞地震Ⅵ度及以上地区(a)、苍山西镇(b)和下关街道(c)单体建筑人口模拟结果
Fig.2 Simulated results of the population in the single building in Intensity Ⅵ(and above)areas(a),in West Cangshan Town(b)and in Xiaguan subdistrict(c)in the Yangbi MS6.4 earthquake event

人员死亡评估结果采用人员死亡风险参数表示。人员死亡风险参数是单体建筑人口和对应死亡率的乘积,是反映单体建筑人员死亡概率高低的定性值。根据《地震灾害风险评估技术及数据规范》 中国地震局.2021.地震灾害风险评估技术及数据规范(FXPC/DZ P-02,第一次全国自然灾害综合风险普查技术规范).中区域地震灾害风险等级分级指标和《云南省地震应急预案》 云南省人民政府办公厅.2021.云南省地震应急预案.地震灾害分级要求,将人员死亡风险分为4级,见表3。

图3a为漾濞地震Ⅵ度及以上地区的人员死亡风险。图3b为距震中最近的苍山西镇的人员死亡风险,该区域烈度为Ⅷ度,区域内10%的建筑人员死亡风险达到Ⅳ级,80%的建筑人员死亡风险达到Ⅲ级,10%的建筑人员死亡风险达到Ⅱ级。图3c为震区人口最密集的下关街道的人员死亡风险,该区域地震烈度为Ⅵ度,区域内95%的建筑的人员死亡风险为Ⅳ级,仅有5%的建筑人员死亡风险达到Ⅲ级。

表3 人员死亡风险分级
Tab.3 Classification of fatality risk

图3 漾濞地震Ⅵ度及以上地区(a)、苍山西镇(b)和下关街道(c)人员死亡风险评估结果
Fig.3 Assessment of the fatality risk in Intensity Ⅵ(and above)areas(a),in West Cangshan Town(b)and in Xiaguan subdistrict(c)in the Yangbi MS6.4 earthquake event