基于公里格網(wǎng)數(shù)據(jù)的江西省地震災(zāi)情評(píng)估系統(tǒng)建設(shè)
——以九江瑞昌地震為例

江西省地震局 李 正 黎 斌 鄧 輝 呂 堅(jiān) 董非非

通過收集整理江西省地震應(yīng)急基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫和江西省人口經(jīng)濟(jì)公里格網(wǎng)數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)建設(shè)基于公里格網(wǎng)數(shù)據(jù)的地震災(zāi)情評(píng)估系統(tǒng)。并以2005年11月九江-瑞昌5.7級(jí)地震為例進(jìn)行模擬計(jì)算和對(duì)比，模擬評(píng)估結(jié)果證明基于公里格網(wǎng)數(shù)據(jù)的地震災(zāi)情評(píng)估更接近實(shí)際調(diào)查結(jié)果。

江西省橫跨揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)和華南褶皺系兩大地質(zhì)單元，境內(nèi)斷裂構(gòu)造縱橫交錯(cuò)，分布極為復(fù)雜，其中多條主干斷裂規(guī)模宏大，控制第四紀(jì)斷陷盆地發(fā)育，至今仍在活動(dòng)。根據(jù)不完整的史料記載，江西省歷史上發(fā)生了20余次破壞性地震，表現(xiàn)出震源淺、影響大、災(zāi)害重的特點(diǎn)。近30余年來，江西省中強(qiáng)地震也較為活躍。在贛南地區(qū)，發(fā)生了1982年2月龍南4.9級(jí)地震和1987年8月尋烏5.4級(jí)震群。在贛北地區(qū)，發(fā)生了1995年4月瑞昌4.5級(jí)地震、2005年11月九江-瑞昌5.7級(jí)地震和2011年9月瑞昌-陽新4.6級(jí)地震。其中九江-瑞昌5.7級(jí)地震受災(zāi)范圍涉及九江縣、瑞昌市以及湖北省黃梅縣、武穴市，共計(jì)4個(gè)市縣57個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)1330個(gè)村（場(chǎng)），災(zāi)區(qū)人口共計(jì)約65萬人、16萬戶，造成13人死亡，82人重傷，693人輕傷，直接經(jīng)濟(jì)損失超過30億元，成為我國東部地區(qū)進(jìn)入21世紀(jì)以來震級(jí)最高、損失最大、災(zāi)害最嚴(yán)重的地震。地震災(zāi)情信息對(duì)震后的救援工作有著重要的指導(dǎo)意義，提升地震災(zāi)情預(yù)評(píng)估準(zhǔn)確性一直是災(zāi)情評(píng)估上的難題，如何快速準(zhǔn)確的評(píng)估出災(zāi)情信息，較快的估計(jì)震區(qū)受災(zāi)程度，為爭(zhēng)取救援時(shí)間發(fā)揮重要作用。

1 建設(shè)背景

從2005年開始，中國地震局啟動(dòng)“中國數(shù)字地震觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)項(xiàng)目地震應(yīng)急指揮技術(shù)系統(tǒng)”建設(shè)，每省建設(shè)一套地震應(yīng)急指揮技術(shù)系統(tǒng)，為政府開展地震應(yīng)急、抗震救災(zāi)部署提供技術(shù)支撐。系統(tǒng)分別在2008年5月12日汶川8.0級(jí)大地震、2010年4月14日玉樹7.1級(jí)地震、2013年4月20日蘆山7.0級(jí)地震和2011年9月瑞昌-陽新4.6級(jí)地震等地震中應(yīng)用，為抗震救災(zāi)、指揮決策提供技術(shù)支撐。在實(shí)際運(yùn)用中，逐漸發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)還存不足，特別是人口傷亡和經(jīng)濟(jì)損失采用面積權(quán)重法，即以縣鄉(xiāng)為單元，將人口、房屋、經(jīng)濟(jì)等統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)按縣鄉(xiāng)的面積均化處理后計(jì)算。但是隨著城市化的發(fā)展，往往山區(qū)人口稀疏，城區(qū)人口密集（人口分布不均存在諸多因素，并非近代發(fā)展造成的，城市化是人口產(chǎn)生新的流動(dòng)因素之一），造成災(zāi)情快速評(píng)估的結(jié)果精度不高，誤差較大，這就需要進(jìn)行差異化處理。

2 系統(tǒng)建設(shè)

為解決地震應(yīng)急指揮技術(shù)系統(tǒng)中的不足，中國地震局啟動(dòng)了“國家地震社會(huì)服務(wù)工程地震應(yīng)急救援系統(tǒng)”的建設(shè)，該項(xiàng)目有中國地震局地球物理研究所牽頭實(shí)施。地震應(yīng)急救援系統(tǒng)的核心軟件為基于公里格網(wǎng)數(shù)據(jù)的地震災(zāi)情評(píng)估系統(tǒng)。系統(tǒng)分烈度衰減模型、房屋震害評(píng)估模型、人員傷亡評(píng)估模型、房屋破壞和室內(nèi)財(cái)產(chǎn)損失評(píng)估等模型。

2.1 烈度衰減模型

根據(jù)呂堅(jiān)等人利用江西及鄰區(qū)26次地震的烈度等震線資料，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)回歸分析得出江西及鄰區(qū)的地震烈度衰減關(guān)系如下：

式中，I為地震烈度，M為震級(jí)，Ra和Rb分別為烈度等震線的長半軸和短半軸長度，σ為標(biāo)準(zhǔn)差。

2.2 房屋震害評(píng)估模型

根據(jù)房屋的類型和地震設(shè)防等級(jí)可以構(gòu)建房屋的易損矩陣，利用該矩陣可以估算一定地震時(shí)各類房屋的受損情況。模型采用尹之潛等人計(jì)算的易損矩陣（震害矩陣）作為模型默認(rèn)值。將地震烈度信息、房屋數(shù)量及結(jié)構(gòu)分布信息和行政區(qū)劃信息進(jìn)行疊算，統(tǒng)計(jì)不同受災(zāi)分區(qū)、不同地震烈度的不同結(jié)構(gòu)的房屋倒損率，通過房屋易損矩陣計(jì)算出各受災(zāi)區(qū)的倒損房屋面積。

式中：L為災(zāi)區(qū)房屋倒損總量（面積）；i為烈度變量；j房屋結(jié)構(gòu)類型變量；K為烈度值；Cij(K)為評(píng)估區(qū)域第j個(gè)遭遇烈度為的區(qū)域內(nèi)第j類房屋不同損毀程度的房屋數(shù)量（面積）；ρij(K)為評(píng)估區(qū)域第i個(gè)烈度為的區(qū)域內(nèi)第j類房屋不同損毀程度的概率。

2.3 人員傷亡評(píng)估模型

尹之潛等人根據(jù)我國發(fā)生的幾次大地震的人員死亡率資料，以房屋毀壞比、發(fā)震時(shí)間、室內(nèi)人員密度等為主要參數(shù)，提出計(jì)算死亡人數(shù)模型。公式如下：

式中：ND為評(píng)估區(qū)域的死亡人數(shù)；ρ為室內(nèi)人員密度，即單位面積的平均人數(shù)，它隨著地域（城市和農(nóng)村）和震發(fā)時(shí)間的不同而不同；A1為倒塌房屋面積。

同樣尹之潛等人還提出了計(jì)算需緊急安置人員評(píng)估模型公式和計(jì)算地震壓埋人員數(shù)量評(píng)估模型公式。分別如下：

需緊急安置人員評(píng)估模型公式：

地震壓埋人員數(shù)量評(píng)估模型公式：

式（1）中：Mh(I)是烈度為的區(qū)域中，需緊急安置的人數(shù)；A1為損毀房屋面積；A2為嚴(yán)重破壞房屋面積；A3中等破壞房屋面積；α人均居住面積；Md本次地震的死亡人數(shù)

式（2）中：Nb為埋壓人員數(shù)；Nd為死亡人數(shù)；Ni為受傷人數(shù)；λ為調(diào)整系數(shù)。

2.4 公里格網(wǎng)數(shù)據(jù)處理和產(chǎn)出

為解決面積權(quán)重法地震災(zāi)情評(píng)估造成的誤差，在2010年青海玉樹7.1級(jí)地震之后，中國地震局地質(zhì)研究所會(huì)聶高眾研究員以1公里格網(wǎng)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)開展研究工作。公里格網(wǎng)數(shù)據(jù)與傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)相比，有著較高的空間分辨率，數(shù)據(jù)分布的表現(xiàn)結(jié)果更為直觀，在此基礎(chǔ)上也交面積權(quán)重法更加接近實(shí)際情況。

在項(xiàng)目建設(shè)中，中國地震局地質(zhì)研究所會(huì)同中科院地理所，將人口和經(jīng)濟(jì)普查數(shù)據(jù)制作成公里格網(wǎng)柵格數(shù)據(jù)，并分發(fā)到各省地震局。公里格網(wǎng)數(shù)據(jù)避免了面積權(quán)重法造成的數(shù)據(jù)分配錯(cuò)誤，從而保證了災(zāi)情評(píng)估結(jié)果的有效性。同時(shí)，為了加快評(píng)估結(jié)果的產(chǎn)出，利用程序，根據(jù)評(píng)估模型參數(shù)，將公里格網(wǎng)柵格數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，算出1km2×1km2范圍內(nèi)的人口數(shù)量和國內(nèi)生產(chǎn)總值，分別存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫。在地震評(píng)估時(shí)，根據(jù)地震三要素和地震烈度衰減模型計(jì)算出估計(jì)地震影響場(chǎng)范圍，并算出地震影響場(chǎng)范圍的總?cè)丝跀?shù)量和國內(nèi)生產(chǎn)總值，結(jié)合人員傷亡評(píng)估模型等評(píng)估模型，可以快速得出預(yù)計(jì)人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失情況。

3 系統(tǒng)運(yùn)行

基于公里格網(wǎng)數(shù)據(jù)的地震災(zāi)情評(píng)估系統(tǒng)在全國30多個(gè)省級(jí)地震局建成后，江西省轄內(nèi)未發(fā)生較大的或破壞性的地震，以2005年11月26日九江-瑞昌5.7級(jí)地震為例，進(jìn)行模擬評(píng)估計(jì)算。將基于縣鄉(xiāng)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的面積權(quán)重法評(píng)估結(jié)果與基于公里格網(wǎng)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)評(píng)估結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，基于公里格網(wǎng)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)評(píng)估結(jié)果更加接近災(zāi)評(píng)科考組的調(diào)查結(jié)果。如表1所示。

表1 人口、經(jīng)濟(jì)災(zāi)情評(píng)估結(jié)果對(duì)比

4 結(jié)論與感謝

地震災(zāi)情快速評(píng)估應(yīng)用在不斷的研究中，基于公里格網(wǎng)數(shù)據(jù)的地震災(zāi)情評(píng)估系統(tǒng)的建設(shè)大大提高了地震災(zāi)情評(píng)估的速度和準(zhǔn)確性，但是評(píng)估模型公式的參數(shù)，還需要更多的真實(shí)地震來進(jìn)行驗(yàn)證和驗(yàn)算。

相對(duì)于基于縣鄉(xiāng)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的面積權(quán)重法評(píng)估結(jié)果，基于公里格網(wǎng)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)評(píng)估結(jié)果更接近災(zāi)情調(diào)查結(jié)果。

在系統(tǒng)建設(shè)中，數(shù)據(jù)庫的收集與整理得到了江西省基礎(chǔ)地理信息中心和市縣地震部門的大力支持，在此特別感謝。