基于地區差異性修正因素的川滇地區地震人員傷亡動態評估方法研究

張維佳 楊天青 白仙富 陳雅慧 姜立新

1)中國地震臺網中心，北京 100045 2)云南省地震局，昆明 650224

0 引言

地震人員傷亡評估作為地震災害損失快速評估的主要內容之一，其產出結果不僅作為啟動應急響應級別的判定依據，同時也是應急救援決策的重要參考信息。因此，開展地震人員傷亡評估方法研究，進一步提高現有評估結果的及時性和準確性，對震后應急響應與救援工作具有重要意義(馬玉宏等，2000；楊天青等，2006；李媛媛等，2014)。但從2008年汶川MS8.0地震、2010年玉樹MS7.1地震以及2014年魯甸MS6.5地震等實際震例的震后損失快速評估結果來看，僅依靠歷史震例數據建立的經驗模型快速評估方法造成強震人員傷亡與實際災情通常存在較大差異(陳洪富等，2011；李永強等，2007；李永強，2009；張維佳等，2013)。此外，地震致災因素復雜，在實際災情中，即使地理位置相近，地震強度相似的地震造成的人員傷亡規模也可能存在較大差異，例如震中相距僅500km的2014年魯甸MS6.5地震(617人死亡，3143人受傷)和2014年景谷MS6.6地震(1人死亡、324人受傷)。造成震后人員傷亡快速評估結果與實際災情差異較大的原因主要有兩方面，一是基于地震動造成建筑物破壞，(陳堯，2015)，另一方面是地震造成的人員傷亡具有地區差異性，而通過傳統評估方法建立的震害經驗模型未將地區差異性考慮在內(聶高眾等，2020)。

本文綜合利用近年來積累的川滇地區典型震例震害資料和相關研究成果，結合新近發展的大數據分析思路和協同評估理論，以川滇地區為例，研究地震人員傷亡動態評估方法，包括人口動態分布、建筑物抗震能力及致死率、地質災害致死率等3類地區差異性因子，建立一套適合川滇地區人員傷亡的動態評估方法，以期提高震后人員傷亡評估的準確性和產出效率，為震后應急決策提供及時的信息參考。

1 地震人員傷亡動態評估方法設計

地震人員傷亡動態評估可分為4個階段，包括快速評估階段、地區差異性因素修正階段、專家協同修正階段和結果發布階段。地震快速評估階段依據傳統評估方法獲得初步評估結果；地區差異性修正階段利用影響人員傷亡的地區差異性因素對初步評估結果進行修正；專家協同修正階段主要利用專家知識對評估結果進行審核修正，最后實現評估結果發布。地震人員傷亡動態評估方法的技術思路如圖1所示。

圖1 地震人員傷亡動態評估方法流程

地震人員傷亡動態評估方法中最為核心的內容是實現地區差異性因素修正。

人口動態分布的地區差異性修正利用當地人口流動性研究成果和傳統人口統計數據，結合重點地區調研等資料進行統計分析、對比分析研究地區人口的動態分布修正因素，建立貧困地區外出打工流動人口和旅游地區參觀游覽動態人口修正模型。

建筑物抗震能力及其致死性的地區差異性研究主要包括川滇地區建筑物、人口格網數據更新，基于現場震害調查報告統計建立不同建筑物震害矩陣，基于歷史震例建立建筑物的人員致死率模型等。

地震地質災害地區差異性研究主要研究地震滑坡風險及其導致的人員死亡率，利用川滇山區典型破壞性地震的人員傷亡分布及死亡原因統計數據，結合山區地震滑坡風險分析結果和人口空間格網化分布結果，采用空間分析、邏輯回歸以及因子分析等方法研究不同的滑坡風險等級下的人員死亡修正因子。

2 人員傷亡動態評估修正因子

2.1 人口分布動態修正因子

在目前采用的地震人員傷亡快速評估系統中，人口數據庫是靜態數據；由于在快速評估過程未考慮實際的人口流動性分布規律，導致評估模型中的人口數據與實際災區人口分布出現一定的偏差，從而使評估結果不準確。為進一步改善評估模型的精度，筆者對人口流動性分布規律進行研究，并參考2016—2018年川滇地區危險區調研報告中的結果，將人口庫更新為動態數據，更接近于人口分布及發展的實際情況。

“阿衡你也知道，姨媽家也不富裕，你兩個哥哥都在上大學……”姨媽說：“阿衡，女孩子讀這么多書也沒用，不如早點出去打工吧。”

2.1.1 人口流動性分布規律

以云南省和四川省為例，對于一些貧困地區來說，外出打工或是參與生態旅游建設是當地農民最主要的脫貧道路。針對這一現象，筆者統計了云南省和四川省的貧困鄉鎮分布情況，以及兩省4A級以上的旅游景區所在鄉鎮分布情況，并制成相應的專題圖件(圖2、圖3)。

圖2 云南省(a)和四川省(b)貧困鄉鎮分布

圖3 云南省(a)與四川省(b)4A級以上旅游景區分布

2.1.2 貧困鄉鎮信息提取

在2010年全國人口普查數據的基礎上，篩選出每個貧困鄉鎮14歲以下、65歲以上的非勞動力人口數量，假設每年的1—2月春節期間，這些鄉鎮的外出打工人員回家過年，人口總數即為全國普查登記人口數，其他月份的人口數量為除去外出勞動人員的留守人口總數。

因此，在貧困地區，外出打工人口數計算如下

外出打工人口數=總人口數-14歲以下人口數-65歲以上人口數

(1)

除春節外平日總人口數=總人口數-外出打工人口數

(2)

2.1.3 4A級以上旅游景區所在鄉鎮分布情況

根據國家公布的云南省和四川省4A、5A級景區名單，確定每個景區所在鄉鎮位置。由于每年7、8月暑假期間和中秋、國慶假期為旅游旺季，因而在這幾個時間段里，旅游景區所在鄉鎮人口數量會有一定幅度的增長。2018年7月，云南省旅游接待總量達到4724.8萬人次，而云南常住人口大約為4640.6萬人。2017年僅中秋、國慶假期，四川省旅游接待總量達到7146萬人次，而四川常住人口大約為8670.5萬人次。由此可知，四川、云南旅游景點地區游客量基本與該地區常住人口數持平。因此得出如下公式

旅游旺季旅游景點附近人口數=鄉鎮總人口數×2

(3)

其中，旅游旺季定義為每年7—10月。

2.2 建筑物與人員傷亡評估修正因子建立

2.2.1 數據收集與處理

通過前期積累，獲取了全國千米格網建筑物數據和川滇地區地理國情普查建筑物千米格網普查數據，并對2組格網數據進行地理配準、格網統一以及地理國情的格網轉換，將2類數據的建筑物類型進行分類。根據重點地區調研結果，將建筑物數據分為土木結構、磚木結構、磚混結構和框架結構4大類。

表1 2000—2014年25個地震震例

收集自2000年以來川滇地區25個震例(表1)，根據地震現場調查報告，將25個歷史地震矢量化，并分烈度區提取建筑物倒塌數量，每個烈度區分為土木結構、磚木結構、磚混結構和框架結構4大類，共整理出有效數據274條。每類建筑物按照基本完好、輕微破壞、中等破壞、嚴重破壞和毀壞5類，建立建筑物震害矩陣(尹之潛，1995)。

2.2.2 川滇地區建筑物人員致死率研究

根據地震現場調查數據，將死亡人數按照烈度區劃分并進行匯總。最終得出總表(部分震例數據)(表2)。

表2 按烈度劃分死亡人數和建筑物破壞面積(部分震例數據)

將25個歷史震例均按照表2 樣式進行匯總，人員死亡率與房屋毀壞率之間的關系，引用尹之潛(1991)的公式

lgd=aC-b

(4)

式中：d為人員死亡率 (死亡人數與本地區總人數之比)；C為房屋毀壞率；a、b為系數。 其中， 房屋毀壞率是指所有房屋的毀壞率， 根據統計經驗按照土木︰磚木︰磚混︰框架=1︰3︰5︰1 比例，得出人員死亡率與房屋毀壞率的公式及散點圖(圖4)如下

lgd=25.186C-25.861R2=0.8397

(5)

圖4 人員死亡率與建筑物毀壞率散點圖

表3 不同坡度下的地震滑坡密度模型(白仙富等，2015)

2.3 地震滑坡與人員傷亡動態評估修正方法

2.3.1 地震滑坡危險性模型

滑坡危險性模型選取白仙富等(2015)的邏輯斯蒂滑坡危險等級模型(表3)，將滑坡密度值分別劃分為(0～0.01]、(0.01～0.03]、(0.03～0.09]、(0.09～0.27]和大于0.27等5個危險等級。

2.3.2 地震滑坡次生災害人員傷亡快速評估建模

災區總的地震滑坡死亡人數等于各千米網格內地震滑坡死亡人數之和，模型表述為

(6)

式中，dall表示地震事件造成的滑坡死亡人數；di表示第i個千米格網內的地震滑坡死亡人數； 而第i個千米格網內地震滑坡死亡人數等于第i個千米格網內人口數和地震滑坡死亡率的乘積，模型表述為

di=Pirdi

(7)

式中，Pi表示第i個千米格網內人口數;rdi第i個千米格網內地震滑坡死亡率。

如果第i個千米格網內地震滑坡死亡率(致死率)rdi與第i個千米格網內不同滑坡危險等級及其數量之間存在如下統計關系

rdi=f(x1，x2，x3，x4，x5)

(8)

式中，x1為千米格網內滑坡危險性等級(屬性)為1的數量；x2為千米格網內滑坡危險性等級(屬性)為2的數量；x3為千米格網內滑坡危險性等級(屬性)為3的數量；x4為千米格網內滑坡危險性等級(屬性)為4的數量；x5為千米格網內滑坡危險性等級(屬性)為5的數量。

則可以推出

di=Pif(x1，x2，x3，x4，x5)

(9)

2.3.3 模型求解

通過回歸計算，模型系數為

(10)

3 川滇地區人員傷亡動態評估模型與分析

3.1 模型建立

將上述3個動態修正因子集成到地震快速評估模型的評估修正階段中，建立川滇地區人員傷亡動態評估模型。

3.2 評估結果對比與分析

選取近年發生在川滇地區的中強以上等級地震，包括2008年四川汶川MS8.0地震、2013年四川廬山MS7.0地震、2014年云南景谷MS6.6地震、2014年云南魯甸MS6.5地震、2017年四川九寨溝MS7.0地震和2019年四川長寧MS6.0地震，將川滇地區人員傷亡動態評估模型集成到地震災害協同評估模型中，與原評估模型和實際災情進行對比，結果如表4 所示。

表4 震例驗證

可以看出川滇地區人員傷亡動態評估模型評估結果整體上能夠與實際死亡人數量級保持基本一致，評估結果準確性與傳統評估模型相比有較大提升。

4 結論

本文在充分研究當前國內外主流的人員傷亡評估方法基礎上，依據多年項目積累的基礎統計數據和研究成果，遴選出適合我國川滇地區不同建筑物抗震能力分區的人員傷亡評估方法，結合應急基礎數據庫以及與地震人員傷亡相關的其他地區差異性數據，研究川滇地區不同分區人員傷亡評估結果修正因子，最終建立人口動態修正因子、建筑物與人員傷亡評估動態修正因子和地震滑坡與人員傷亡動態評估修正因子，并將修正因子集成到已建成的地震災害協同評估軟件中，實現計算機自動計算和專家人機交互的人員傷亡動態評估模塊，提高了川滇地區地震快速評估的準確性，為應急決策提供更高效準確的技術服務。