基于行政村居民地的地震人員死亡評(píng)估方法研究——以陜西禮泉縣為例*

和朝霞，韶　丹，孫　哲，程　燕

(陜西省地震局，陜西 西安 710068)

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基于行政村居民地的地震人員死亡評(píng)估方法研究
——以陜西禮泉縣為例*

和朝霞，韶丹，孫哲，程燕

(陜西省地震局，陜西 西安 710068)

摘要:以行政村居民地作為研究區(qū)域，通過(guò)農(nóng)居調(diào)查資料和行政村居民地面積及人口進(jìn)行雙變量回歸分析，解決農(nóng)居建筑物的資料獲取問(wèn)題；選擇合適的地震人員傷亡模型進(jìn)行不同烈度下行政村居民地的地震人員傷亡率的計(jì)算，進(jìn)而建立不同烈度下行政村地震人員死亡和房屋損毀數(shù)據(jù)庫(kù)，為縣級(jí)政府部門(mén)提供地震災(zāi)害損失結(jié)果，實(shí)現(xiàn)震后災(zāi)害損失的快速評(píng)估。

關(guān)鍵詞:地震；人員傷亡；評(píng)估；多元回歸；行政村；居民地

破壞性地震帶給社會(huì)的影響深遠(yuǎn)且沉重。地震發(fā)生后，如何快速評(píng)估地震所造成的人員傷亡，為政府應(yīng)急響應(yīng)分級(jí)和抗震救災(zāi)提供必要的參考數(shù)據(jù)，是亟待解決的重要課題。

我國(guó)對(duì)地震人員傷亡的研究屢見(jiàn)不鮮[1-8]，無(wú)論哪個(gè)評(píng)估模型，應(yīng)用中首先必須保證基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的精確性[8]，否則難以對(duì)人員傷亡情況進(jìn)行評(píng)估。部分模型選擇以縣或者鄉(xiāng)鎮(zhèn)行政區(qū)劃為評(píng)估單元，由于其人口、房屋等數(shù)據(jù)的精度不夠，評(píng)估區(qū)人口密度明顯小于實(shí)際的人口密度，評(píng)估結(jié)果和實(shí)際結(jié)果之間存在較大出入。比如，玉樹(shù)7.1級(jí)地震快速評(píng)估結(jié)果與實(shí)際調(diào)查相比有比較大的偏差，其主要原因是地震應(yīng)急基礎(chǔ)數(shù)據(jù)不夠詳實(shí)，所掌握的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)沒(méi)有反映地震災(zāi)區(qū)房屋和人口分布的真實(shí)情況，玉樹(shù)縣總?cè)丝?0.9萬(wàn)人，縣人口密度約為8人/km2，但極震區(qū)(Ⅸ度區(qū))覆蓋的玉樹(shù)縣結(jié)古鎮(zhèn)卻是人口相對(duì)密集的區(qū)域，常住人口2.3萬(wàn)，人口密度約28.5人/km2。

隨著高精度的衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的發(fā)展，大比例尺的居民地?cái)?shù)據(jù)更新快捷，獲取資料的周期縮短。同時(shí)隨著地震社會(huì)服務(wù)工程項(xiàng)目的實(shí)施，在人口、農(nóng)居房屋資料的收集上也有了一定的基礎(chǔ)。所以我們把地震災(zāi)害快速評(píng)估模型的評(píng)估單元設(shè)定為居民地，以提高預(yù)評(píng)估結(jié)果的精確性和效率。本文以陜西禮泉縣為例，對(duì)1:10 000居民地和行政村人口數(shù)據(jù)、農(nóng)居房屋調(diào)查資料進(jìn)行空間分析，計(jì)算不同烈度下居民地的人員死亡、建筑物毀損情況，并建立基于居民地的地震預(yù)評(píng)估結(jié)果數(shù)據(jù)庫(kù)。一旦破壞性地震發(fā)生后，縣級(jí)政府部門(mén)可通過(guò)提前獲取的預(yù)評(píng)估數(shù)據(jù)預(yù)判所在縣的地震損失，為政府救援決策提供依據(jù)。

1地震人員傷亡預(yù)評(píng)估方法分析

影響地震人員傷亡的因素有很多，若想全面考慮這些因素對(duì)人員傷亡數(shù)量的影響，需要大量的相關(guān)資料。這在短時(shí)間內(nèi)是很難實(shí)現(xiàn)的，且關(guān)于這些因素如何影響人員傷亡的研究有待深入。因此，現(xiàn)有方法只考慮若干主要因素[1-8]。

1.1尹之潛的人員傷亡評(píng)估模型

目前在實(shí)際的震后評(píng)估中，常見(jiàn)的評(píng)估模型都還是使用尹之潛的人員傷亡評(píng)估模型進(jìn)行估算[4,7,9-10]。

尹之潛以房屋的毀壞比為參數(shù)，提出了以下兩個(gè)計(jì)算地震時(shí)人員死亡的公式[1]：

(1)平均死亡人數(shù)公式

(1)

式中：d為人員死亡率；CP為房屋毀壞率。

(2)白天和夜晚的死亡人數(shù)公式

考慮到地震發(fā)生的時(shí)刻和人口密度，提出一天不同時(shí)段發(fā)生地震造成的人員死亡人數(shù)的計(jì)算公式為：

dn(I)=A1d1ρ+A2d2ρ+A3d3ρ。

(2)

式中：dn(I)為不同烈度下人員死亡人數(shù)；ρ為房屋內(nèi)的人員密度；A1、A2、A3是指評(píng)估區(qū)內(nèi)房屋毀壞、嚴(yán)重破壞、中等破壞時(shí)的面積；d1、d2、d3是指房屋毀壞、嚴(yán)重破壞、中等破壞時(shí)人員的死亡比(見(jiàn)表1)。

表1　房屋不同破壞程度下的死亡比

注：農(nóng)村白天時(shí)間段為06∶00-19∶00，晚上為19∶00點(diǎn)至次日06∶00。

1.2評(píng)估區(qū)的地震人員死亡人數(shù)計(jì)算公式

大地震影響人員傷亡的因素也有許多的研究，比如王艷茹[11]和陳洪富[12]等就分別針對(duì)汶川地震和玉樹(shù)地震的人員傷亡影響因素進(jìn)行了研究。其他的研究[13-15]也表明，影響人員傷亡的主要因素有地震烈度、建筑物破壞狀態(tài)、災(zāi)區(qū)地形地貌環(huán)境、人員密度和地震發(fā)生時(shí)間等。

結(jié)合以上研究成果，考慮到地震影響人員傷亡的主要因素和高精度的數(shù)據(jù)要求，本文根據(jù)尹之潛1995年提出的人員傷亡評(píng)估模型中的第二類計(jì)算公式，即白天和夜晚的死亡人數(shù)公式來(lái)進(jìn)行評(píng)估。

一個(gè)評(píng)估區(qū)的地震人員死亡人數(shù)計(jì)算公式為：

(3)

式中：i為不同房屋結(jié)構(gòu)，ρ為人口密度(評(píng)估區(qū)內(nèi)總?cè)丝?評(píng)估區(qū)內(nèi)房屋總面積)。

2數(shù)據(jù)預(yù)處理

設(shè)定評(píng)估區(qū)為行政村居民地，但在縣城城區(qū)居民地的行政區(qū)域界限很難界定，因此把縣城城區(qū)作為一個(gè)評(píng)估區(qū)，縣城城區(qū)之外以行政村為單元進(jìn)行評(píng)估。收集的數(shù)據(jù)主要有：基于天地圖提取的居民地面狀數(shù)據(jù)、衛(wèi)生和計(jì)劃生育委員會(huì)收集的2012年行政村人口數(shù)據(jù)、禮泉縣農(nóng)居房屋調(diào)查數(shù)據(jù)和現(xiàn)有應(yīng)急基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)。

根據(jù)評(píng)估模型計(jì)算公式，需要進(jìn)行計(jì)算的數(shù)據(jù)為不同房屋結(jié)構(gòu)在不同地震烈度時(shí)的毀壞、嚴(yán)重破壞和中等破壞的面積，以及人口密度。

2.1居民地?cái)?shù)據(jù)處理

居民地面狀數(shù)據(jù)在地圖展示上只是一些大大小小的斑塊，沒(méi)有賦予行政名稱，因此以行政村居民地為研究區(qū)域，必須先進(jìn)行居民地與行政村關(guān)聯(lián)。處理方法為：

(1)根據(jù)天地圖地圖和影像數(shù)據(jù)，對(duì)縣城城區(qū)進(jìn)行居民地提取并合并賦值；

(2)縣城城區(qū)以外區(qū)域，通過(guò)ArcGIS空間分析，首先對(duì)居民地進(jìn)行鄉(xiāng)鎮(zhèn)賦值；其次對(duì)同一鄉(xiāng)鎮(zhèn)的居民地以行政村點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行緩沖區(qū)分析，先對(duì)250 m內(nèi)的居民地掃描，然后以50 m的步進(jìn)值進(jìn)行2次掃描，未掃描到即停止。在緩沖區(qū)內(nèi)的居民地均賦予行政村名，然后以自然村點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行緩沖區(qū)分析。緩沖區(qū)分析方法如同行政村點(diǎn)數(shù)據(jù)分析方法一樣，對(duì)在緩沖區(qū)內(nèi)的居民地?cái)?shù)據(jù)賦予自然村名；剩余沒(méi)有進(jìn)行賦值的居民地(圖中紅點(diǎn)位置)就用人工檢查的方法手工進(jìn)行賦值(見(jiàn)圖1和圖2)。

圖1　居民地緩沖區(qū)分析賦值圖

圖2　處理后的行政村居民地

2.2行政村居民地房屋總面積和不同結(jié)構(gòu)房屋面積計(jì)算

在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的收集中，要獲取每個(gè)行政村的房屋面積很困難，很難做到每個(gè)行政村都能有詳細(xì)的房屋數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)資料也只能到縣級(jí)區(qū)域，因此本文擬通過(guò)行政村居民地面積和農(nóng)居房屋面積進(jìn)行相關(guān)分析，來(lái)獲取行政村農(nóng)居房屋面積。

(1)房屋總面積

以咸陽(yáng)市禮泉縣為例，收集了行政村農(nóng)居房屋總面積樣本數(shù)據(jù)100個(gè)，通過(guò)與居民地面積、行政村人口數(shù)進(jìn)行雙變量相關(guān)性分析。

通過(guò)雙變量相關(guān)分析行政村農(nóng)居房屋總面積與居民地面積，得到的相關(guān)系數(shù)R2為0.752 5，回歸分析P值為0.000 14，如圖3所示；通過(guò)雙變量相關(guān)分析行政村農(nóng)居房屋總面積與行政村總?cè)丝跀?shù)，得到的相關(guān)系數(shù)R2為0.769 9，回歸分析P值為0.000 004，如圖4所示。

這一結(jié)果表明，行政村農(nóng)居房屋總面積與居民地面積、行政村總?cè)丝诰休^強(qiáng)的相關(guān)性。

圖3　行政村農(nóng)居房屋總面積與居民地面積散點(diǎn)圖

圖4　行政村農(nóng)居房屋總面積與行政村總?cè)丝跀?shù)散點(diǎn)圖

本文采用多元線性回歸模型，因變量為行政村農(nóng)居房屋總面積，自變量分別為行政村居民地面積和行政村總?cè)丝跀?shù)。

利用多元線性回歸模型進(jìn)行建模，可得到如下模型：

y=0.117669x1+14.025791x2-1795.12416 。

(4)

式中：x1是行政村居民地面積(m2)，x2是行政村總?cè)丝?人)。該模型的回歸系數(shù)為0.895，說(shuō)明模型的擬合情況良好，但還需要通過(guò)實(shí)地調(diào)查對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)一步驗(yàn)證來(lái)提高擬合度。

(2)不同結(jié)構(gòu)房屋面積

行政區(qū)居民地內(nèi)不同結(jié)構(gòu)房屋面積可以通過(guò)房屋總面積和房屋不同結(jié)構(gòu)比例計(jì)算獲得，本文房屋不同結(jié)構(gòu)比例取每個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)收集的樣本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)比例的平均值。

2.3縣城城區(qū)不同結(jié)構(gòu)房屋面積

根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以得到每個(gè)縣房屋總面積和不同結(jié)構(gòu)房屋面積，以全縣數(shù)據(jù)減掉行政村居民地的面積即可得到縣城城區(qū)不同結(jié)構(gòu)房屋面積。

2.4房屋破壞矩陣的選擇

(1)房屋分類和破壞等級(jí)

按照GB/T 18208.4-2011[16]規(guī)定，鋼筋混凝土房屋：包括高層鋼筋混凝土框筒和筒中筒結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框架剪力墻結(jié)構(gòu)、多層和高層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)等。砌體房屋：包括多層砌體結(jié)構(gòu)、多層底部框架結(jié)構(gòu)、多層內(nèi)框架結(jié)構(gòu)、多層空斗墻磚結(jié)構(gòu)、磚混平房等；磚木房屋：包括磚墻、木房架的多層磚木結(jié)構(gòu)、磚木平房等；土、木、石結(jié)構(gòu)房屋：包括土墻木屋架的土坯房、磚柱土坯房、土坯窯洞、黃土崖土窯洞、木構(gòu)架房屋(包括磚、土圍護(hù)墻)、碎石(片石)砌筑房屋等。

根據(jù)禮泉縣的房屋統(tǒng)計(jì)資料和樣本數(shù)據(jù)，房屋建筑按結(jié)構(gòu)類型可分為鋼筋混凝土房屋、砌體房屋、磚木房屋及土木房屋等四類。

按照GB/T 18208.4-2011規(guī)定，磚木結(jié)構(gòu)和土木石結(jié)構(gòu)房屋為簡(jiǎn)易房屋，鋼筋混凝土房屋和砌體房屋為一般房屋。GB/T 24335-2009[17]規(guī)定鋼筋混凝土房屋、砌體房屋等一般房屋破壞劃分為基本完好、輕微破壞、中等破壞、嚴(yán)重破壞和毀壞5個(gè)等級(jí)。 而對(duì)于簡(jiǎn)易房屋，按《建(構(gòu))筑物地震破壞等級(jí)劃分》規(guī)定將毀壞、嚴(yán)重破壞合并為毀壞，將中等破壞、輕微破壞合并為破壞，保留基本完好，劃分為3個(gè)破壞等級(jí)。

(2)房屋破壞矩陣

根據(jù)研究區(qū)域的房屋結(jié)構(gòu)類型，選擇鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)和簡(jiǎn)易房屋的破壞矩陣，但在人員死亡模型計(jì)算時(shí)，簡(jiǎn)易房屋破壞矩陣還按原規(guī)范5個(gè)等級(jí)來(lái)進(jìn)行計(jì)算(表1~表3)。

表1　鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)破壞矩陣　%

表2　磚混結(jié)構(gòu)破壞矩陣　%

表3　簡(jiǎn)易房屋破壞矩陣　%

3建立基于居民地的地震預(yù)評(píng)估結(jié)果數(shù)據(jù)庫(kù)

根據(jù)人員傷亡評(píng)估模型計(jì)算可以建立不同地震烈度(Ⅵ-Ⅹ度)下人員傷亡和房屋損毀數(shù)據(jù)庫(kù)，每個(gè)烈度建立一張表，表結(jié)構(gòu)如表4、表5所示。

表4?、?Ⅹ度地震人員傷亡表

表5?、?Ⅹ度地震房屋損毀面積表

4結(jié)論與分析

(1)本文使用的方法是在日常工作時(shí)就可以建立預(yù)評(píng)估數(shù)據(jù)庫(kù)，而不是在地震發(fā)生后才進(jìn)行評(píng)估計(jì)算，地震應(yīng)急時(shí)只需進(jìn)行烈度影響范圍估計(jì)，然后通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)查詢得出影響范圍人員死亡數(shù)據(jù)，也可以按照行政區(qū)劃給出更精細(xì)的評(píng)估結(jié)果(如表6所示)。

表6　禮泉縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)按烈度區(qū)統(tǒng)計(jì)死亡人數(shù)表(白天)

(2)建立預(yù)評(píng)估震害結(jié)果數(shù)據(jù)庫(kù)把空間分析的復(fù)雜計(jì)算過(guò)程變?yōu)楹?jiǎn)單的數(shù)據(jù)庫(kù)查詢，提高了震后預(yù)評(píng)估結(jié)果快速產(chǎn)出的效率，并且可以提前對(duì)重點(diǎn)監(jiān)視防御區(qū)應(yīng)急風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行合理化的分析和評(píng)估。

(3)可以進(jìn)行基于居民地的不同地震烈度下房屋毀損情況可視化展示，反映每個(gè)居民地房屋的抗震設(shè)防水平，為日?？拐鹪O(shè)防管理提供相應(yīng)的參考資料，有效提高防震減災(zāi)的抗震設(shè)防管理能力。

5結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本文研究，考慮居民地面積和人口與建筑物面積的關(guān)系解決農(nóng)居建筑面積資料獲取難的問(wèn)題，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)人員死亡進(jìn)行更精細(xì)化的評(píng)估，為地震現(xiàn)場(chǎng)救援提供更好的信息支撐，并可每年提交震害評(píng)估數(shù)據(jù)給縣級(jí)政府部門(mén)，為抗震設(shè)防管理和震后了解本縣的災(zāi)害情況提供參考依據(jù)。但本文研究也只是考慮了最主要的致人員死亡因素-房屋倒塌，而實(shí)際地震中致人員死亡原因很多，比如地質(zhì)次生災(zāi)害會(huì)加重地震的人員死亡、同樣的房屋結(jié)構(gòu)建造時(shí)的構(gòu)架不同可能導(dǎo)致的死亡人數(shù)不同等[18]。因此在為政府提供評(píng)估時(shí)，要考慮震區(qū)的自然環(huán)境和房屋建造情況。而且每個(gè)居民地雖同屬一個(gè)地震烈度區(qū)，但距離震中的遠(yuǎn)近是不是對(duì)人員死亡會(huì)有不同的效應(yīng)，還需要做進(jìn)一步的研究工作。

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Evaluation Method of Earthquake Death of Administrative Village Residents——A Case Study on Liquan County

He Zhaoxia, Shao Dan, Sun Zhe and Cheng Yan

(EarthquakeAdministrationofShaanxiProvince,Xi’an710068,China)

Abstract:Taking administrative village residents as study areas, the rural residence survey data and administrative village residential area and population are analyzed by bivariant regression analysis to solve the rural residential building data acquisition; Choosing appropriate seismic casualties model administrative village residents to seismic casualty rate under different intensity calculation, and the establishment of different intensity earthquake personnel of the administrative village of death and houses damaged database, we provide earthquake disaster loss results for the county government departments to realize rapid evaluation of earthquake disaster losses.

Key words:earthquake; casualties; assessment; multiple regression; administrative village; residents

doi:10.3969/j.issn.1000-811X.2016.02.017

中圖分類號(hào)：X43

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1000-811X(2016)02-0084-05

作者簡(jiǎn)介：和朝霞(1977-)，女，山西長(zhǎng)治人，高級(jí)工程師，主要從事地震應(yīng)急技術(shù)保障工作. E-mail:hzx@eqsn.gov.cn

基金項(xiàng)目：陜西省地震局啟航與創(chuàng)新基金課題(2013年度)；國(guó)家“十二五”重點(diǎn)項(xiàng)目“陜西地震社會(huì)服務(wù)工程”

*收稿日期：2015-10-01修回日期：2015-11-23

和朝霞，韶 丹，孫 哲，等. 基于行政村居民地的地震人員死亡評(píng)估方法研究——以陜西禮泉縣為例[J].災(zāi)害學(xué), 2016,31(2):84-88. [He Zhaoxia，Shao Dan，Sun Zhe，et al. Evaluation Method of Earthquake Death of Administrative Village Residents——A Case Study on Liquan County[J].Journal of Catastrophology, 2016,31(2)：84-88.]