基于评估方法地震后损失运用

本文作者:李 西 郭 君 陈坤华 卢永坤 张彦琪 庞卫东 单位：中国地震局地质研究所 云南省地震局 昆明理工大学 城市学院

前言

破坏性地震发生后，往往要一周以上时间才能得到地震灾害总评估结果，不能及时为政府的科学决策、抗震救灾的部署提供必要的参考数据。如何快速评估地震灾害损失，进一步发挥社会服务职能作用，是防震减灾主管部门亟待解决的重要课题①。多年来，在规范化灾害损失评估资料不断积累的基础上，经过深入研究和反复实践，中国地震局于2009年编成《地震灾害损失初步评估规定(试行)》，并于2010年2月实施，在该指南的基础上，笔者及课题组成员开发完成了基于GIS的云南地区地震灾害直接经济损失初评估软件。2011年3月10日12时58分12秒，云南省德宏州盈江县平原镇(24.7°N，97.9°E)发生了5.8级地震;2011年3月24日21时55分13秒，缅甸(20.8°N，99.8°E)发生了7.2级地震。笔者利用云南地区地震灾害直接经济损失初评估软件对两次地震分别作了灾区范围、灾区人口、灾害直接经济损失、人员伤亡、失去住所人数的初评估，并均在震后1小时内将初评估结果及时提交给了云南省地震局决策人员。

1初评估软件设计的总体思想

1.1直接经济损失评估计算当破坏性地震发生以后，根据地震三要素(时间、地点、震级)，依据灾区历史地震的震害资料及烈度衰减关系，同时结合灾区构造背景、震源机制解、震源破裂过程、余震序列分布等资料，快速将地震烈度等震线绘制出来;再结合灾区历史地震的震害矩阵、重置单价以及基础资料数据库快速统计、计算出的灾区内各类房屋总面积，遵照国家标准《地震现场工作第4部分:灾害直接损失评估》(GB/T18208.4－2005)规定，计算各评估子区各类房屋在某种破坏下的直接经济损失Lh为即:房屋破坏经济损失=房屋建筑总面积×破坏比×损失比×建筑单价。在初评估工作中，房屋直接经济损失评估的模型及原理与现场损失总评估相同，但要在震后数小时或1～3天内给出损失评估结果，就要求在无现场调查或有限的现场调查情况下快速获取(1)式中的房屋建筑总面积S、破坏比R、损失比D和建筑单价P。

1.1.1云南地区烈度衰减关系研究烈度衰减关系的确定是初评估工作中灾区面积、人口以及各类房屋建筑面积统计、计算的基础。汪素云等(2000)通过对中国西部历史地震资料研究，得到了中国西部烈度衰减关系。笔者发现，在云南地区6级以下地震使用西部烈度衰减模型绘制的烈度等震线，尤其是在开展灾评工作以后得到的烈度等震线范围与实际地震烈度等震线范围有较大出入。李世成等(2003)对云南地区烈度衰减关系进行了研究，得到了云南分区烈度衰减关系，李永强和王景来(2007)在研究中也引用此衰减关系。但笔者对云南分区烈度衰减关系给定烈度及震级，并计算烈度等震线半径时，发现所得烈度半径值远大于理论及实际调查结果，因此没有采用该模型。基于以上原因，笔者选用1913～2008年在云南省境内及周边发生的140个破坏性地震(MS≥4.7)，其中:4.7≤MS≤4.9地震7个;5.0≤MS≤5.9地震89个;6.0≤MS≤6.9地震37个;7.0≤MS≤7.7地震7个。用140个地震的烈度等震线资料进行了回归分析，得到了云南地区的烈度衰减关系如下:式中，Ia、Ib分别表示长、短轴烈度;M表示震级;Ra、Rb分别是指烈度为I时烈度圈的长、短半轴的长度;σ为标准差。

1.1.2震后1～2小时内的房屋直接经济损失评估在震后无现场调查资料的情况下，(1)式中的破坏比R、损失比D，可以通过研究灾区或其邻区历史地震震害矩阵得到。建筑单价P可以参照近期灾区或邻区地震的各类建筑单价进行取值，对于房屋建筑总面积S，可由下式求得式中，Sij表示第i个评估区，第j种结构房屋的面积;Gi表示第i个评估区的人口，可由云南地区烈度衰减关系式(2)绘制的烈度等震线及基础数据库快速求得;σpi表示第i个评估区非城镇人口所占评估区总人口的百分比;σci表示第i个评估区城镇人口所占评估区总人口的百分比;Spj表示第j种结构非城镇人口人均的建筑面积，Scj表示城镇人口人均第j种结构的建筑面积，其值都可根据课题组成员对云南地区典型区域房屋结构调查资料统计得到。

1.1.3震后1～3天内的房屋直接经济损失评估在震后1～3天内，在现场初步调查的基础上开展初评估时，因在短时间内无法根据现场调查得到(1)式中的房屋建筑总面积S，同样可以参考式(2)计算方法，式(3)中的参数可以根据现场调查情况作相应调整;损失比D参考现场调查规范取值;建筑单价P从灾区现场调查中获得;破坏比R的计算方法与总评估时不同，采用加权平均方法确定，首先由评估专家依据抽样点的代表性与抽样质量确定评估区各抽样点的权系数，然后计算该评估区建筑物的破坏比(王晓青，丁香，2004)。

1.1.4其他直接经济损失评估根据历史地震统计其他(生命线、水利、区外等)直接经济损失，分析其占房屋直接经济损失的比例关系，从而快速估算出其他直接经济损失，云南地区其他经济损失与房屋总损失的比例见表1。房屋直接经济损失与其他直接经济损失之和即为此次地震造成的直接经济损失(晏凤桐，2003)。式中，dn(I)为预测区内地震烈度为I时的死亡人数;A1，…，5表示建筑物破坏状态为D1，…，5的总面积;d1，…，5表示建筑物破坏状态为D1，…，5时，建筑物内部人口的死亡率(表2);ρ为单位面积人数(预测区内总人口/房屋总面积)。各烈度区死亡人数之和即为地震造成的总的死亡人数(尹之潜，1995)。(2)重伤人数估计模型式中，hn(I)为预测区内地震烈度为I时的重伤人数;A1，…，5表示建筑物破坏状态为D1，…，5的总面积;d1，…，5表示建筑物破坏状态为D1，…，5时，建筑物内部人口的重伤率(表3);ρ为单位面积人数。各烈度区重伤人数之和即为地震造成的总的重伤人数(尹之潜，1995)。1.3失去住所人数预测模型HLn(I)=(A5+A4+7A3/10)/a－dn(I).(6)式中，HLn(I)是烈度为I时预测区内需安置的人数;a为预测区内人均居住面积，单位是m2;A5，4，3分别表示发生D5、D4、D3级破坏的居住房屋面积，单位是m2;dn(I)为预测区内地震烈度为I时的死亡人数，由(4)式求得。各烈度区需安置人数之和即为地震造成的总的需安置人数(尹之潜，1995)。别表示:基本完好、轻微破坏、中等破坏、严重破坏和毁坏。

2初评估软件功能及流程

根据地震灾害损失初步评估的要求，在云南省各乡镇人口、国土面积、全省构造背景基础数据库图层的支持下，使用基于GIS的云南地区地震灾害直接经济损失软件实现地震烈度等震线图绘制、灾区基础资料统计、经济损失及人员伤亡初步评估计算和输出等功能，其主要功能模块及流程如图1所示(李东平等，2006;李西等，2005，2007，2009)。

3初评估方法应用

3.1盈江5.8级地震后云南灾区初评估结果2011年3月10日，盈江发生5.8级地震后，笔者选择了基于云南及邻区1913～2008年历史地震资料回归分析出的烈度衰减模型，对此次地震的灾区面积作了预测(图2)，并遵照国家标准《地震现场工作第4部分:灾害直接损失评估》(GB/T18208.4—2005)规定，依据预测的灾区面积和基础数据库资料，同时结合云南地区历史震害矩阵、云南地区典型区域的人均各类房屋占有面积、震区(邻区)近期地震所取房屋重置单价(见图3计算窗口)，使用图1流程，对此次地震进行了初评估，评估结果为:灾区面积(国内):4400km2;死亡人员(国内):10人以上;受伤人员(国内):500人左右;灾区人口(国内):38～44万人;失去住所人数(国内):10万人左右;直接经济损失(国内):20～25亿元人民币。

3.2缅甸7.2级地震后云南灾区初评估结果2011年3月24日，缅甸发生7.2级地震后，笔者运用云南地区烈度衰减模型，使用图1流程，就此次地震对云南造成的影响进行了初评估，评估结果为:灾区面积(国内):3000～3500km2;死亡人员(国内):0;受伤人员(国内):10人左右;灾区人口(国内):15～20万人;直接经济损失(国内):5～10亿元人民币。

4结果对比

盈江5.8级地震损失初评估结果与现场损失评估结果进行对比:初评估与现场评估烈度等震线的长轴方向基本相同，图4中粉红色线为现场调查烈度等震线，初评估Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ度烈度等震线分别为图中淡绿色、黄色、紫色椭圆(环)外边界线，都与大盈江断裂的走向基本一致。现场评估的国内灾区总面积约4180km2，与初评估的4400km2相差约220km2;盈江5.8级地震死亡人员25人，初评估为10人以上;此次地震受伤人员中重伤134人，轻伤180人，合计314人，初评估为500人左右;灾区人口为35.3万余人，初评估结果是38～44万人;此次地震造成的失去住所人数为12.3万余人，初评估结果为10万人左右;此次地震造成的直接经济损失约为23.8亿元人民币，初评估结果为20～25亿元人民币。缅甸7.2级地震在云南灾区损失初评估结果与现场损失评估结果进行对比:缅甸7.2级地震造成中国境内Ⅵ度破坏区面积约3970km2，如图5中粉色方格填充区域，初评估预测区域为红色等震线所圈，中国境内Ⅵ度区面积约3500km2;本次地震国内灾区人口约23.3万人，初评估结果15～20万人;此次地震中国境内无人员死亡，12人受伤，其中3人重伤，初评估结果是无人员死亡，受伤人员10人左右;此次地震造成国内直接经济损失约3.37亿元，初评估结果为5～10亿元。5讨论及结论从实际应用情况来看，基于GIS的初评估方法在这两次地震后的初评估结果与现场评估的结果基本吻合，尤其是在人员伤亡、烈度等震线长轴方向预测方面。在直接经济损失方面，盈江5.8级地震的初评估结果比缅甸7.2级地震造成的云南灾区的直接经济损失的初评估结果理想。主要原因是:盈江是一个近期地震活动较为频繁、震区及周边震例较多，历史地震资料较为丰富，所以评估的结果较为理想;而缅甸7.2级地震影响区的中国境内震例相对较少，在损失计算模型的参数(如破坏比)取值上与实际调查结果相差较大。由此可见，基于GIS的初评估方法在多震地区的初评估结果较少震区更为理想，为了进一步做好云南省的初评估工作，还应加强该方法在少震区的研究。