基于公里格網數據的江西省地震災情評估系統建設
——以九江瑞昌地震為例

江西省地震局 李 正 黎 斌 鄧 輝 呂 堅 董非非

通過收集整理江西省地震應急基礎數據庫和江西省人口經濟公里格網數據，設計建設基于公里格網數據的地震災情評估系統。并以2005年11月九江-瑞昌5.7級地震為例進行模擬計算和對比，模擬評估結果證明基于公里格網數據的地震災情評估更接近實際調查結果。

江西省橫跨揚子準地臺和華南褶皺系兩大地質單元，境內斷裂構造縱橫交錯，分布極為復雜，其中多條主干斷裂規模宏大，控制第四紀斷陷盆地發育，至今仍在活動。根據不完整的史料記載，江西省歷史上發生了20余次破壞性地震，表現出震源淺、影響大、災害重的特點。近30余年來，江西省中強地震也較為活躍。在贛南地區，發生了1982年2月龍南4.9級地震和1987年8月尋烏5.4級震群。在贛北地區，發生了1995年4月瑞昌4.5級地震、2005年11月九江-瑞昌5.7級地震和2011年9月瑞昌-陽新4.6級地震。其中九江-瑞昌5.7級地震受災范圍涉及九江縣、瑞昌市以及湖北省黃梅縣、武穴市，共計4個市縣57個鄉鎮1330個村（場），災區人口共計約65萬人、16萬戶，造成13人死亡，82人重傷，693人輕傷，直接經濟損失超過30億元，成為我國東部地區進入21世紀以來震級最高、損失最大、災害最嚴重的地震。地震災情信息對震后的救援工作有著重要的指導意義，提升地震災情預評估準確性一直是災情評估上的難題，如何快速準確的評估出災情信息，較快的估計震區受災程度，為爭取救援時間發揮重要作用。

1 建設背景

從2005年開始，中國地震局啟動“中國數字地震觀測網絡項目地震應急指揮技術系統”建設，每省建設一套地震應急指揮技術系統，為政府開展地震應急、抗震救災部署提供技術支撐。系統分別在2008年5月12日汶川8.0級大地震、2010年4月14日玉樹7.1級地震、2013年4月20日蘆山7.0級地震和2011年9月瑞昌-陽新4.6級地震等地震中應用，為抗震救災、指揮決策提供技術支撐。在實際運用中，逐漸發現該系統還存不足，特別是人口傷亡和經濟損失采用面積權重法，即以縣鄉為單元，將人口、房屋、經濟等統計數據按縣鄉的面積均化處理后計算。但是隨著城市化的發展，往往山區人口稀疏，城區人口密集（人口分布不均存在諸多因素，并非近代發展造成的，城市化是人口產生新的流動因素之一），造成災情快速評估的結果精度不高，誤差較大，這就需要進行差異化處理。

2 系統建設

為解決地震應急指揮技術系統中的不足，中國地震局啟動了“國家地震社會服務工程地震應急救援系統”的建設，該項目有中國地震局地球物理研究所牽頭實施。地震應急救援系統的核心軟件為基于公里格網數據的地震災情評估系統。系統分烈度衰減模型、房屋震害評估模型、人員傷亡評估模型、房屋破壞和室內財產損失評估等模型。

2.1 烈度衰減模型

根據呂堅等人利用江西及鄰區26次地震的烈度等震線資料，進行統計回歸分析得出江西及鄰區的地震烈度衰減關系如下：

式中，I為地震烈度，M為震級，Ra和Rb分別為烈度等震線的長半軸和短半軸長度，σ為標準差。

2.2 房屋震害評估模型

根據房屋的類型和地震設防等級可以構建房屋的易損矩陣，利用該矩陣可以估算一定地震時各類房屋的受損情況。模型采用尹之潛等人計算的易損矩陣（震害矩陣）作為模型默認值。將地震烈度信息、房屋數量及結構分布信息和行政區劃信息進行疊算，統計不同受災分區、不同地震烈度的不同結構的房屋倒損率，通過房屋易損矩陣計算出各受災區的倒損房屋面積。

式中：L為災區房屋倒損總量（面積）；i為烈度變量；j房屋結構類型變量；K為烈度值；Cij(K)為評估區域第j個遭遇烈度為的區域內第j類房屋不同損毀程度的房屋數量（面積）；ρij(K)為評估區域第i個烈度為的區域內第j類房屋不同損毀程度的概率。

2.3 人員傷亡評估模型

尹之潛等人根據我國發生的幾次大地震的人員死亡率資料，以房屋毀壞比、發震時間、室內人員密度等為主要參數，提出計算死亡人數模型。公式如下：

式中：ND為評估區域的死亡人數；ρ為室內人員密度，即單位面積的平均人數，它隨著地域（城市和農村）和震發時間的不同而不同；A1為倒塌房屋面積。

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

需緊急安置人員評估模型公式：

地震壓埋人員數量評估模型公式：

式（1）中：Mh(I)是烈度為的區域中，需緊急安置的人數；A1為損毀房屋面積；A2為嚴重破壞房屋面積；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

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

2.4 公里格網數據處理和產出

為解決面積權重法地震災情評估造成的誤差，在2010年青海玉樹7.1級地震之后，中國地震局地質研究所會聶高眾研究員以1公里格網數據為基礎開展研究工作。公里格網數據與傳統統計數據相比，有著較高的空間分辨率，數據分布的表現結果更為直觀，在此基礎上也交面積權重法更加接近實際情況。

在項目建設中，中國地震局地質研究所會同中科院地理所，將人口和經濟普查數據制作成公里格網柵格數據，并分發到各省地震局。公里格網數據避免了面積權重法造成的數據分配錯誤，從而保證了災情評估結果的有效性。同時，為了加快評估結果的產出，利用程序，根據評估模型參數，將公里格網柵格數據進行預處理，算出1km2×1km2范圍內的人口數量和國內生產總值，分別存儲到數據庫。在地震評估時，根據地震三要素和地震烈度衰減模型計算出估計地震影響場范圍，并算出地震影響場范圍的總人口數量和國內生產總值，結合人員傷亡評估模型等評估模型，可以快速得出預計人員傷亡和經濟損失情況。

3 系統運行

基于公里格網數據的地震災情評估系統在全國30多個省級地震局建成后，江西省轄內未發生較大的或破壞性的地震，以2005年11月26日九江-瑞昌5.7級地震為例，進行模擬評估計算。將基于縣鄉結構基礎數據的面積權重法評估結果與基于公里格網結構基礎數據評估結果進行對比，基于公里格網結構基礎數據評估結果更加接近災評科考組的調查結果。如表1所示。

表1 人口、經濟災情評估結果對比

4 結論與感謝

地震災情快速評估應用在不斷的研究中，基于公里格網數據的地震災情評估系統的建設大大提高了地震災情評估的速度和準確性，但是評估模型公式的參數，還需要更多的真實地震來進行驗證和驗算。

相對于基于縣鄉結構基礎數據的面積權重法評估結果，基于公里格網結構基礎數據評估結果更接近災情調查結果。

在系統建設中，數據庫的收集與整理得到了江西省基礎地理信息中心和市縣地震部門的大力支持，在此特別感謝。