華北地區地震災害生命損失預評估研究

徐小遠 姚蕾

摘 要：基于地震災害損失預評估理論，結合華北地區地震高發區，構建了以地震災害危險性、承災體易損性、防震抗震減災能力以及災區環境穩定性等為基礎的地震災害生命損失風險預評估體系，運用層次分析法分別確定了研究區地震災害生命損失風險的各項權重，并通過實例分析計算了研究區不同震級和烈度下的地震災害生命損失風險結果，可為該研究區的防震減災、震后應急等提供參考。

關鍵詞：華北地區；地震災害生命損失；預評估；體系；層次分析法

Pre assessment of earthquake disaster life loss in North China

Abstract：Based on the theory of earthquake disaster loss pre-assessment and combined with the high earthquake-prone areas in North China，a pre-assessment system of earthquake disaster life loss risk is established，which is based on the risk of earthquake disaster，the vulnerability of disaster-bearing body，the ability of earthquake prevention，earthquake resistance and disaster reduction，and the environmental stability of disaster areas.The weights of life loss risk of earthquake disasters in the study area are studied，and the results of life loss risk of earthquake disasters under different magnitude and intensity are calculated by an example，which can provide reference for earthquake prevention and disaster mitigation and post-earthquake emergency response in the study area.

Key words：North China；earthquake disaster life loss；pre assessment；system；analytic hierarchy process

地震會給政治、社會及經濟帶來巨大的危險，更是給人名群眾的生命安全帶來極大隱患。對此，需要提前對地震高發區進行應急的準備工作，對地震高發區進行生命損失的預評估工作就顯得格外重要，可為高風險區的防震減災策略、政策和措施等提供科學有效的理論依據，進而從最大程度上減輕地震災害帶來的生命損失[1-3]。

不同地區的地震災害損失具有各自的特點，建筑物平均抗震設計能力對生命損失具有重要影響[4-6]，確定科學合理的抗震設防要求以及建筑物抗倒塌能力，能在很大程度上減輕人民的生命財產損失[7]。張桂欣等對分區分類的生命線工程地震直接經濟損失進行了研究，建立了建筑物損失和生命線工程損失的數量關系模型[8]；聶穎穎則以災害系統中的關鍵要素承災體為核心，對區域災害損失風險展開了系統研究[9]；朱永莉等[10]結合汶川地震相關數據，建立了考慮建筑地震易損性并與烈度相關的地震生命損失快速評估函數，可為強震下的生命損失進行預評估。

本文以華北晉冀蒙交界地震高發區為例，在前人研究理論基礎上，建立起研究區的地震災害損失風險預評估體系，并對不同烈度下的地震生命損失進行了預評估分析，可為該地區的防震減災和災后應急工作提供參考。

1 研究區概況

研究區位于華北晉冀蒙交界地帶，地處山西地震帶的北部，見圖1。據統計，該地區自1970-2016年以來，共發生5.0級以上地震11次，給當地人民的生命財產帶來巨大損失，是地震高發風險區之一。該地區的地震活動具有分布廣，震源淺、致災程度重等特點，也是華北地區強震（7級）集中地帶之一，被列為全國的地震重點監視防御地帶。研究區經濟較為落后，受傳統建筑習慣影響及各種條件制約，使得抗震能力較弱，尤其在鄉村地區，建筑物普遍存在結構不合理，規劃施工不科學等現象，故而在地震發生時，經常造成巨大的人員傷亡情況。因此，開展本地區的地震生命損失預評估是防震減災工作的重要一環。

2 地震災害生命損失預評估體系的建立

影響地震人員傷亡的原因有很多，主要包括地震強度、地震發生時間、震源深度、房屋抗震設計能力、人口密度、人們的抗震意識、地震預警情況、余震、次生災害等，對影響因素考慮得越全面，那么預估的生命損失越準確。當然，考慮的因素越多，也就意味著獲取數據的難度越大，在實際分析過程中，是很難做到面面俱到的，本文主要考慮地震災害生命損失的主要因素情況。

其中，地震危險性因子：是所有因子中最關鍵的影響因子，是指某一特定地區在未來遭遇一定地震強度的概率大小，通常由概率分析或者確定性分析法得出；孕災環境穩定性因子：是指形成災害發生的場地，包括自然和社會環境；承災體易損性因子：是指研究區人口組成情況，對地震傷亡人數起直接作用；防震減災能力因子：是反映社會在遭遇地震時，擁有的應急處置能力。

結合以往地震損失評估報告及研究成果，選取致災因子危險性（地震危險性）、孕災環境穩定性（房屋結構、坡度、年平均降水量、地貌類型）、承災體易損性（人口密度、老幼人口比例）、防震減災能力（每千人擁有醫生數量、人均財政收入、人均GDP）等4各主因子（10個關鍵指標）建立起本文地震災害生命損失的預評估體系，見表1。

表1 地震災害生命損失風險指標預評估體系

目標層 因子層 指標層

致災因子危險性B1 地震危險性C11

房屋結構C21

孕災環境穩定性B2 坡度C22

年平均降雨C23

地震災害生命 地貌類型C24

損失預評估 承災體易損性B3 人口密度C31

老幼人口比例C32

每千人擁有醫生數量C41

防震減災能力B4 人均財政收入C42

人均GDPC43

3 層次分析法簡介

對多目標呈分析方法有很多，主要包括模糊數學法、層次分析法、數據包絡分析法、神經網絡法、灰色關聯法、主成分分析法等。其中：層次分析法具有客觀公正、科學實用、精度較高等特性，能夠對地震災害的生命損失進行較為準確的定量預評估[11]。層次分析法的主要分析步驟為：

（1）建立層次模型，即上文提到的目標層、因子層以及指標層三層因素模型；

（2）構造相關判斷矩陣，設因子為m個，指標為n個，那么即可得：

表2 判斷矩陣形式

B1 C1 C2 C3….Cn

C1 c11 c12 c13 c1n

C2 c21 c22 c23 c2n

C3 c31 c31 c32 c3n

… … … … …

Cn cn1 cn2 cn3 cnn

（3）一致性檢驗：即判斷矩陣需要滿足：cijcjk=cik，其中，i＼j＼k=1，2，3，…，n，一致性指標計算公式為：

（1）

式中：CI表示一致性指標，λmax為判斷矩陣的最大特征值。

然后再根據隨機一致性指標RI，計算得到一致性比例CR：

（2）

（4）確定各因子的單層權重和總權重[12-13]，同時計算特征向量值，有：

（3）

式中：wij表示目標層的權重值，li表示因子層權重，aij表示指標層權重。

那么，通過式（3）即可得及上文研究結果，可以得到最終的地震災害生命損失風險預評估模型：

L=P*E*V*R （4）

式中：L 表示地震災害生命損失，P 表示研究區地震災害危險性，E 表示孕災環境穩定性，V 表示承災體易損性，R 表示防震減災能力。

4 研究區地震災害生命損失預評估

4.1 模型精確度驗證

將研究區歷年來的幾次地震數據代入模型，計算得到了歷史地震中死亡人數與實際死亡人數的對比值，見圖2。從圖中可以看到：本文建立的指標預評估體系和層次分析計算模型可較為準確的預測不同地區、不同震級下的生命損失情況，其計算平均誤差不超過實際值的20%，精度較為準確。

圖2 歷史地震中死亡人數與實際死亡人數對比值

4.2 地震生命損失預評估

將現有的當地資料和數據代入計算模型，同時將地震震級設定為5.5級、6.0級以及6.5級，得到山西部分、河北部分以及內蒙古部分地區的死亡人數對比，見圖3。從圖中可以看到，當地震震級為5.5級時，三個地區基本不會發生人員傷亡，當然不排除偶然情況；當地震震級為6.0級時，山西、河北、內蒙古地區的預估死亡人數分別為8人、15人以及17人；當震級為6.5級后，三地的死亡人數預估為83人、137人以及125人；造成三地死亡人數有差別的主要因素為各地區的房屋結構和其建筑的年代存在差異，同時各地區的次生災害、天氣情況以及醫療水平等也會存在一定的區別，故而會形成三地不同的地震災害人員死亡情況。

圖3 不用地區、震級地震傷亡人數對比

4.3 地震生命損失風險等級

在本文研究當中，地震等級最高為6.5級，最大烈度為VIII 度，那么可設定VIII 度區、VII 度區、VI 度區的半徑分別未7.5km、27Km以及67km；同時根據地震生命損失計算結果，將地震風險等級劃分為5個等級，即：一般風險、中等風險、較高風險、高風險以及特高風險，風險越高的地區其生命損失越大，帶來的后果越嚴重，分析得到了研究區的地震風險等級分布情況，見圖4。從圖中可以對比看到：由于研究區東部地區的房屋抗震設計能力普遍低于底部地區，農村地區的抗震能力較差，使得東部地區的地震風險等級較高；由于北方地區的人口密度較小，使得北方地區的地震生命損失風險等級普遍低于南方地區，進而形成了山西、內蒙古、河北三地的地震災害傷亡人數依次增加的情況，這也比較符合當地的實際情況。

圖4 地震生命損失風險等級劃分情況

5 結論

以華北晉冀蒙交界地震高發地帶為例，建立了以地震災害危險性、承災體易損性、防震抗震減災能力以及災區環境穩定性等為基礎的地震災害生命損失風險預評估體系，以層次分析法為依托，對研究區不同震級下的生命損失情況進行了預評估，同時根據計算結果，劃分出不同等級的地震災害生命損失風險分布情況，可為研究區的抗震減災和應急工作提供參考。

參考文獻

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作者簡介：

徐小遠（1985-），女，天津，本科，地震觀測與地震前兆數據方向，助理工程師，天津市地震局。

姚蕾，女，單位：天津市地震局。