基于歷史災(zāi)情數(shù)理統(tǒng)計(jì)的災(zāi)害快速評估模型構(gòu)建研究

斯琴塔娜，孟祥龍，高宏巍，邱鳳萍

（黑龍江依蘭地震臺，黑龍江 哈爾濱 150000）

引言

地震，是最具有威脅性的自然災(zāi)害之一，其無法準(zhǔn)確預(yù)測性和突發(fā)性，對人民安全以及經(jīng)濟(jì)等造成的損失是巨大的。地震勘探始于19 世紀(jì)中葉，至今取得了很多突破性成果。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，地震災(zāi)害造成的人員死亡數(shù)量占據(jù)各大災(zāi)害造成人員死亡數(shù)量的50%以上，所以說，在地震勘探領(lǐng)域，除了地震監(jiān)測和地震預(yù)測，對于震后死亡人數(shù)的快速評估方面的研究已經(jīng)刻不容緩。

在我國已積累和記錄了很多震后災(zāi)害的資料，并且詳盡記錄了震后的地震三要素，死亡人數(shù)，經(jīng)濟(jì)損失，影響范圍等等。建立震后快速評估死亡人數(shù)模型，滿足震后快速評估損失程度的需要，第一時(shí)間進(jìn)行速報(bào)以及給接下來的應(yīng)急預(yù)案提供數(shù)據(jù)支持，給政府部門提交一份直觀的快速評估死亡人數(shù)的報(bào)告作為輔助決策文件。地震發(fā)生已經(jīng)是一場毀滅性的打擊，作為地震部門更應(yīng)該在震后黑箱期，不僅做到宏觀定位地震準(zhǔn)確位置，也應(yīng)該以最快的速度對于震后災(zāi)害做出評估，并且提升對精度的要求，為震后救援以及善后工作提供強(qiáng)有力的輔助。

綜上所述，本文研究根據(jù)現(xiàn)有可收集到的歷史地震數(shù)據(jù)，可以直接獲取震區(qū)信息，比如：地震時(shí)刻、震級、震源深度、發(fā)生地區(qū)、人口傷亡、建筑物損壞程度、地震區(qū)域歷史地震等。為滿足震后快速評估死亡人數(shù)程度，可以第一時(shí)間進(jìn)行速報(bào)以及給救援部隊(duì)提供較為準(zhǔn)確的建議，人口傷亡以及建筑物損壞程度成了必不可少的關(guān)注因素。本文研究的內(nèi)容基于歷史地震中可獲得的人口死亡數(shù)量，將可獲取的數(shù)據(jù)（包括地震災(zāi)害區(qū)人口密度、歷史地震發(fā)生情況、建筑物結(jié)構(gòu)等）進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。此項(xiàng)目研究根據(jù)歷史地震所能獲得的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析，為未來發(fā)生地震能快速且相對誤差較小的進(jìn)行死亡人數(shù)快速評估。

1 地震造成人員死亡的因素

1.1 致死因素

（1）發(fā)震時(shí)刻：地震發(fā)震時(shí)刻直接影響震后死亡人數(shù)。前提是主要研究人口密度較為聚集的城市地震，不同時(shí)刻發(fā)生地震，對其造成的災(zāi)害是大為不同的。比如說：比較痛心的1972 年7 月28 日7.8 級唐山大地震，發(fā)震時(shí)刻在凌晨三點(diǎn)四十二分，24 萬余人員死亡；同樣遼寧海城7.3 級地震，發(fā)震時(shí)刻在19 時(shí)36 分，死亡人數(shù)1328人。這兩次地震的震后死亡人數(shù)相差懸殊原因雖有很多，但是發(fā)震時(shí)刻的不同造成的災(zāi)害程度不同，同樣不可否認(rèn)。

（2）震中位置及建筑物結(jié)構(gòu)。震中位置直接影響震后死亡人數(shù)。地震發(fā)生位置不同，人口密度、建筑物結(jié)構(gòu)等都有較大差異性。比如：地震發(fā)生在人煙稀少的荒涼地帶與發(fā)生在城市所造成的震后損失必然大有差異；地震發(fā)生在南北方的差異也不能忽略，北方的天氣嚴(yán)寒，其建筑物結(jié)構(gòu)和建筑物所用材料必然考慮抗寒因素，所以建筑物材料造成的差異性直接影響震后死亡人數(shù)。

（3）震級。震級的不同必然直接影響震后死亡人數(shù)。

（4）人口密度：正如震中位置不同，直接影響人口密度的差異性，所造成的災(zāi)害也是不同程度的。

1.2 其他因素

地震造成的人口死亡因素有很多。除了直接致死因素，也有一些間接致死因素。比如說：當(dāng)?shù)厝丝趯τ诘卣鹬R的宣教程度不同，間接影響百姓在遭遇突發(fā)性地震時(shí)的處理方式是否妥當(dāng)；個(gè)人心理素質(zhì)也是間接影響結(jié)果的因素之一，當(dāng)突發(fā)性災(zāi)難發(fā)生時(shí)，像類似于由于心理素質(zhì)較弱選擇錯(cuò)誤逃生方式導(dǎo)致死亡的案例也是存在的。

2 歷史災(zāi)情數(shù)理統(tǒng)計(jì)模型

基于震后災(zāi)情數(shù)理統(tǒng)計(jì)的快速評估死亡人數(shù)這種評估方法，首先，匯總東北三省近十年的地震以及震后災(zāi)情報(bào)告，提取發(fā)震時(shí)刻（具體到分秒），發(fā)震位置，烈度，震源深度，死亡人數(shù)等這幾種重要因素，形成震例表。震區(qū)盲估人口傷亡及損失通過篩選可用歷史地震數(shù)據(jù)形成震例庫。

3 震后死亡人數(shù)快速評估模型構(gòu)建

3.1 發(fā)震時(shí)刻、震級模型構(gòu)建

根據(jù)城市內(nèi)人口密度流動情況，將發(fā)震時(shí)刻分為以下四種，目的是全覆蓋地震發(fā)生時(shí)刻。震級這一因素，根據(jù)歷史發(fā)生地震的規(guī)模統(tǒng)計(jì)，匯總了M4 級以上地震。

（1）工作日上班。（2）工作日下班。（3）休息日白天。（4）休息日晚上。

表1 出現(xiàn)死亡人數(shù)震級臨界值

圖1 發(fā)震時(shí)刻與死亡人數(shù)對應(yīng)圖

圖2 震級與死亡人數(shù)對應(yīng)圖

通過東北三省近十年震例，可以大概得出一個(gè)經(jīng)驗(yàn)型結(jié)果：

（1）5 級以下地震基本不導(dǎo)致人員死亡。

（2）6 級以上地震開始出現(xiàn)人員死亡，并隨著震級的增大，死亡人數(shù)呈指數(shù)量增加。

3.2 震后死亡人數(shù)評估理論模型

若出現(xiàn)6M 以上地震，通過對現(xiàn)有經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷难芯康幕A(chǔ)上，以及東北三省震后快速評估死亡人數(shù)的考慮因素，提出以下人員傷亡估算公式：

DE=ft×f籽×DR×M

注：DE：地區(qū)震后人員死亡數(shù)估值；

ft：地震發(fā)震時(shí)間修正系數(shù)；

f籽：人口密度修正系數(shù)；

M：地區(qū)總?cè)丝跀?shù)；

DR：人口死亡率。

3.2.1 人口死亡率（DR）

人口死亡率經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停?/p>

log10DR=9.0·RB0.1-10.07*

圖3 房屋倒塌率與人員死亡率指數(shù)圖

將房屋倒塌率分為三種程度：一般，中等，嚴(yán)重

（1）倒塌0-30% 一般

（2）倒塌30-60% 中等

（3）倒塌60-100% 嚴(yán)重

圖4 房屋倒塌程度

通過震中位置距離有人員生活區(qū)域的公里數(shù)，大致判斷地震影響范圍，粗略估算房屋倒塌率等級。

3.2.2 地震發(fā)震時(shí)間修正系數(shù)

在震級為6 級以上，烈度為6 度區(qū)以上時(shí)，夜晚發(fā)生地震的人員死亡率與發(fā)生在晚間的死亡率之比分別為0.06，0.13，0.25，0.43，0.74，0.98，因此，以白天的死亡人數(shù)為基準(zhǔn)，修正夜晚系數(shù)。

3.2.3 人口密度修正系數(shù)

參考值來源于2016 年人口普查年鑒全省各區(qū)縣人數(shù)。

4 地震死亡人數(shù)快速評估實(shí)例計(jì)算

4.1 內(nèi)蒙包頭西

內(nèi)蒙古包頭西地震。發(fā)震時(shí)刻：1996 年5 月3 日03：32：46。震中位置：北緯 40.75° 東經(jīng) 109.72。震源深度：21公里。震級：M6.3。

根據(jù)構(gòu)建模型，信息如下：

（1）發(fā)震時(shí)間修正系數(shù)：4；

（2）人口密度修正系數(shù)：1.0；

（3）總?cè)藬?shù) M：168 萬；

（4）RD：倒塌房屋數(shù)中等0.0008%-0.003%。

結(jié)果：

模型估計(jì)：53-160 人；

實(shí)際：26 人。

4.2 黑龍江省雙鴨山市友誼縣

黑龍江雙鴨山友誼縣，發(fā)震時(shí)刻：2010 年3 月10 日18：54：00。震中位置：黑龍江省雙鴨山市友誼縣，北緯46°7′ ，東經(jīng) 131°7′。震源深度：7 公里。震級：M4.2。

根據(jù)構(gòu)建模型，信息如下：

（1）發(fā)震時(shí)間修正系數(shù)：17；

（2）人口密度修正系數(shù)：0.8；

（3）總?cè)藬?shù) M：10 萬；

（4）RD：倒塌房屋數(shù)中等0%-0.0008%。

結(jié)果：

模型估計(jì)：0-8 人；

實(shí)際：0 人。

5 結(jié)論

根據(jù)實(shí)例計(jì)算，雖仍然存在誤差，但是基本能保證數(shù)量級的誤差性較小。最終成果為各項(xiàng)因素所形成的二維表與經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ拖嘟Y(jié)合，較為直觀的快速產(chǎn)出震后死亡人口預(yù)評估，為地震應(yīng)急做出快速反應(yīng)。

6 展望

震后死亡人口快速評估模型是由真實(shí)發(fā)生的數(shù)據(jù)作為理論基礎(chǔ)，結(jié)合經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停鶕?jù)各地實(shí)際情況修正系數(shù)，配合現(xiàn)有地震災(zāi)害評估軟件進(jìn)行全方位考量。若此模型在經(jīng)過長期驗(yàn)證與動態(tài)修正的情況下，誤差在允許的范圍內(nèi)都具有時(shí)效性與操作性。

圖5 時(shí)間修正系數(shù)表

圖6 人口密度修正表