地震造成的受傷與死亡人數(shù)比例趨勢

M.Wyss　G.Trendafiloski

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地震造成的受傷與死亡人數(shù)比例趨勢

M.WyssG.Trendafiloski

摘要在世界范圍內(nèi)，地震造成的受傷死亡比(R=受傷/死亡)隨時間增加。這表明現(xiàn)今人們在地震中更有可能幸存的比例約是50年前的2倍。然而，任何對R值有意義的分析(至少)都需要按國家類型區(qū)分和按震中位置(陸地或近海)區(qū)分。陸地地震的R值通常是海域地震的一半。工業(yè)化國家的R值比發(fā)展中國家的大2～3倍。在保護(hù)民眾方面中國和日本是取得最大進(jìn)步的國家。R值不隨時間增加的國家包括伊朗、土耳其和希臘。其比例的基本趨勢是明顯的，然而由于個別國家的數(shù)據(jù)集相對平均來講太少，因此難以明確考慮。我們建議用R值來調(diào)整全球地震人員損失評估的傷亡矩陣。

0引言

隨著世界人口的急劇增長，在實(shí)時和場景模擬模式中評估地震造成的人員損失變得越來越重要。盡管損失評估的方法和數(shù)據(jù)集已得到改善，但對于世界上很多地區(qū)以及該問題許多方面來講仍處于初級階段。我們認(rèn)為，通過修改建筑物倒塌率和人員傷亡矩陣可改進(jìn)地震人員損失評估，從而正確地計(jì)算歷史傷亡比觀察值，即R=受傷人數(shù)/死亡人數(shù)。在剔除基于后述原因之一而不可用數(shù)據(jù)的地震事件后，1950年以來，已知造成死亡和受傷人數(shù)的地震約有300個。在該數(shù)據(jù)集制備和分析的過程中，我們可使用數(shù)據(jù)集校準(zhǔn)發(fā)展中國家的地震傷亡矩陣。

1傷亡率特征

由于R值不是直接由地震震級決定，而是由烈度決定的(無論是多大震級所產(chǎn)生的烈度)，因此我們建議用R值衡量建筑物抗震性能的變化。例如地震造成死亡與受傷人數(shù)占世界人口比例的參數(shù)取決于人口密集區(qū)地震震級分布的時間函數(shù)。在后述的數(shù)據(jù)集中，大地震在某些時期往往造成數(shù)萬或數(shù)十萬人員死亡，但關(guān)于R值的數(shù)據(jù)集中非常大的死亡數(shù)字與大的受傷數(shù)字相平衡。

土坯或泥墻和沉重房頂結(jié)構(gòu)的居民建筑R值可小于1，因?yàn)楦吡叶葏^(qū)的死亡人數(shù)比受傷人數(shù)多。相反，如果建設(shè)的建筑物不倒塌，則在同烈度時R值可變得無窮大(零死亡，但受傷人數(shù)眾多)。這種情況下，盡管無人員死亡，但是由于非結(jié)構(gòu)損壞如玻璃破損、家具掉落和局部結(jié)構(gòu)損壞等情況，也會造成人員受傷。

一個社會從較脆弱狀態(tài)經(jīng)過多年發(fā)展成具有更好的抗震性，其R值應(yīng)增加，觀察1900年前后(表1)，R值從1～3之間變的更大。但是，為了詳細(xì)分析R值，我們必須考慮該參數(shù)的特征，以某種方式對地震事件分組研究以減少條件不一致性。下文列出了修改R值的條件和需要在分析中所考慮的條件。

1.工業(yè)化國家與發(fā)展中國家的建筑材料、施工和建筑規(guī)范是不同的。因此，地震對人的影響(用R值衡量)也是不同的，這些數(shù)據(jù)不應(yīng)被混為一體。工業(yè)化國家的R值比發(fā)展中國家的R值大1～2倍(見表1，圖1)。

2.R值也取決于地震烈度(I)。在經(jīng)受低震動的居民區(qū)不會造成人員死亡，但會發(fā)生人員受傷的情況。僅產(chǎn)生低烈度的地震為小震級(M)的地震，且遠(yuǎn)離陸地。該類地震會產(chǎn)生異常高的R值，不能用于評估建筑物的質(zhì)量。

3.大城市的建筑材料與農(nóng)村的建筑不同。大城市的建筑經(jīng)過了設(shè)計(jì)，很多為5～10層的單元樓房，而農(nóng)村沒有這類建筑。因此，R值取決于特定地震所影響的居民區(qū)的類型。一些地震發(fā)生在遠(yuǎn)離大城市的地方，而有些卻是城市直下型。所以即使在具有統(tǒng)一建筑施工技術(shù)規(guī)范的同一國家，這種地震也會產(chǎn)生不同的R值。

4.一次地震造成的受傷和死亡人數(shù)是由所有受影響居民區(qū)傷亡人數(shù)累加而成的。在這些居民區(qū)中，有些距震中較近，遭受較高烈度影響。有些則距震中較遠(yuǎn)，遭受較低烈度影響。并且有些在城市，有些在農(nóng)村。一次地震R值的不同取決于所有受影響居民區(qū)的共同影響。

2數(shù)據(jù)

為計(jì)算R值，本文選用Utsu(2002)全球范圍有人員死亡的地震目錄，并從美國地質(zhì)調(diào)查局的重大地震表中增補(bǔ)了2005～2008年的29個地震事件。為了減少數(shù)據(jù)的不一致性，并提高其質(zhì)量，本文采取了以下措施：(a)區(qū)分工業(yè)化國家和發(fā)展中國家，并且在可能的情況下，分析某一國家及其鄰國的數(shù)據(jù)；(b)我們剔除了受傷與死亡人數(shù)均小于40人的地震事件，以消除偽R值；(c)因某些地震只產(chǎn)生低地震烈度，為了消除其引起的異常高的R值，我們剔除了小地震(4.2

表1最小震級為6級且受傷或死亡人數(shù)最小為40人的地震傷亡率的中位數(shù)。

括號中給出了觀察值。除第一行外，只使用了淺源陸地地震的數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)集500～18991900～19491950～19691970～19851986～2008全球1.2(72)2.8(121)5.4(139)4.3(104)6.9(190)僅限陸地或淺海發(fā)展中國家(不含中國)3.0(45)3.2(23)4.8(53)工業(yè)化國家8.8(44)11.2(20)中國2.5(35)12.8(35)日本6.6(21)47.5(6)拉丁美洲2.6(12)8.0(11)土耳其、伊朗2.6(19)3.6(26)希臘18.6(9)11.2(5)意大利3.9(8)7.0(5)

圖1　地震傷亡比時間函數(shù)圖。(a)為發(fā)展中國家，(b)為工業(yè)化國家。在最近幾十年內(nèi)傷亡比一直在增加，這表明工業(yè)化國家和發(fā)展中國家地震造成的人員死亡率在下降。本研究的數(shù)據(jù)來源于Utsu(2002)，并根據(jù)美國地質(zhì)調(diào)查局在http：//neic.usgs.gov/neis/epic中公布的重大地震列表補(bǔ)全近幾年的數(shù)據(jù)。為了排除偽數(shù)據(jù)，剔除了震級小于6級、死亡與受傷人數(shù)均小于40人、海域地震以及震源深度大于50km的地震事件。圖的左上角示出了通過數(shù)據(jù)得到的指數(shù)擬合系數(shù)

由于我們的目標(biāo)在于認(rèn)知和模擬在強(qiáng)震動下住宅和辦公樓的反應(yīng)狀況，所以研究中我們排除地震中因其他因素造成的死亡人數(shù)。在最近發(fā)生的地震中死亡人數(shù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中同樣給出了海嘯和山體滑坡造成的人員死亡，我們減去這些人員死亡數(shù)字并保留與建筑物破壞相關(guān)的傷亡數(shù)字。有些情況下，如已知的老舊教堂內(nèi)的人員死亡，我們也從總數(shù)中減去。我們也把已知大部分人員死亡是由海嘯造成，但死亡占比未知的地震排除在研究之外。

可能影響公布的死亡與受傷人數(shù)的不確定因素包括以下幾項(xiàng)：可能不包括偏遠(yuǎn)地區(qū)的人員傷亡；可能包括滑坡、海嘯以及其他次生災(zāi)害造成的人員傷亡數(shù)量；地方官員可能蓄意修改公布的人數(shù)；此外，沒有定義需計(jì)入統(tǒng)計(jì)人數(shù)的最小受傷程度，從而造成受傷報(bào)告誤差。出于這種原因，可能“病人”更適合作為震后受傷人數(shù)統(tǒng)計(jì)的基本定義，意思是所有需要向醫(yī)療機(jī)構(gòu)尋求幫助的人都應(yīng)該包含在統(tǒng)計(jì)數(shù)字中。鑒于這些不確定性，我們將依靠許多地震事件的平均來定義不同數(shù)據(jù)集中R值的相對水平。

3傷亡比作為時間和空間的函數(shù)

我們在5個周期內(nèi)(表1，首行)有足夠的地震事件來估算R值，考慮全球數(shù)據(jù)的粗略第一近似值，發(fā)現(xiàn)R值增大了。為確定數(shù)據(jù)聚合時段，我們考慮了世界范圍的建筑施工，特別是那些具有各類標(biāo)準(zhǔn)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范的建筑。R值作為時間函數(shù)在工業(yè)化國家和發(fā)展中國家均不斷增大(表1中加粗的R值)。但是，工業(yè)化國家的R值約為發(fā)展中國家的2倍(表1)。

中國和日本是造成人員死亡地震發(fā)生率最大的國家。這兩個國家在降低死亡比方面取得了巨大的進(jìn)步，如表1所示，中國和日本的R值分別增長了5倍和11倍。拉丁美洲增長了約2倍。在伊朗和土耳其，我們合并了這兩個鄰國的數(shù)據(jù)，R值隨時間沒有變化(表1)。

Bilham(2004，2009)表明地震造成的人員死亡數(shù)占世界人口的比例隨時間下降。圖2表明地震造成的人員受傷數(shù)占總?cè)丝诒仁巧仙?。結(jié)合表1中所示粗體R值增大的結(jié)果，我們得出結(jié)論：改善的建筑施工將地震受害者群體從死亡類變?yōu)槭軅惖臄?shù)量，超過將地震受害者群體從受傷類變?yōu)闊o傷類的數(shù)量。

圖2　幾十年來地震造成的受傷人數(shù)占世界人口比例的函數(shù)以及擬合觀察的指數(shù)回歸模型

本文展示的結(jié)果只能視為近似的，因?yàn)閿?shù)據(jù)中存在很多不確定性。首先，報(bào)告的死亡和受傷人數(shù)往往只是估計(jì)值。此外，包含在每個計(jì)數(shù)內(nèi)的輕傷者的百分比通常是未知的。同時，除了建筑物質(zhì)量，還有很多因素能夠影響R值。

使用標(biāo)準(zhǔn)差Z檢驗(yàn)來估計(jì)超過30個樣本值與平均值差異的統(tǒng)計(jì)顯著性，我們發(fā)現(xiàn)工業(yè)化國家與發(fā)展中國家，以及1970年前工業(yè)化國家與1970年后工業(yè)化國家相比，顯著性超過99%。工業(yè)化國家和發(fā)展中國家近海與陸地樣本的差異都大于95%，但小于99%。表1中部分較小樣本間的差異分值小于90%顯著性水平，但由于在數(shù)個國家中選定周期的起始與結(jié)束時間正是新建筑規(guī)范生效的時間，因此本文選定了它們的中位數(shù)。

4利用傷亡比估計(jì)全球范圍的人員損失

目前，我們正在構(gòu)建第二代損失評估工具，即用于地震應(yīng)急響應(yīng)與減災(zāi)的損失評估(QLARM)以及更新供實(shí)時與場景模擬模式使用的輸入數(shù)據(jù)庫(Trendafiloskietal，2009a)。為提高我們的損失評估精度，特別是受傷人數(shù)的精度，我們建議通過調(diào)整現(xiàn)有傷亡矩陣來擬合傷亡比。

盡管美國災(zāi)害危險(HAZUS)評估軟件和震災(zāi)評估軟件ATC-13的傷亡矩陣計(jì)劃僅在美國使用，但實(shí)際它們常在全球范圍使用，因此，我們評估了這兩個軟件的適用性。我們認(rèn)為必須對具有同類建筑物屬性的區(qū)域分別構(gòu)建傷亡矩陣。這種區(qū)域可能包含多個相鄰國家，或者龐大且復(fù)雜國家，如印度和中國的子區(qū)域。因?yàn)橐晾示哂?7個相對近期地震(Utsu，2002；Berberian，2005)的可用數(shù)據(jù)，我們使用了圖3中伊朗的觀察結(jié)果作為示例。我們假設(shè)的用于計(jì)算損失的城市模型是伊朗中等規(guī)模居民區(qū)(人口在3 000～30 000之間)的建筑狀況。

使用震災(zāi)評估軟件ATC-13的傷亡矩陣計(jì)算時，伊朗的R值在所有烈度下是2～3之間的常數(shù)，這并不符合圖3中的觀察值。使用美國災(zāi)害危險評估軟件矩陣計(jì)算的傷亡比符合地震烈度在7.5～8.5之間的觀察值，但在該范圍之外則不符合。因此，我們建議調(diào)整地震應(yīng)急響應(yīng)與減災(zāi)的損失評估的傷亡矩陣以解釋傷亡比觀察值作為地震烈度的函數(shù)(Trendafiloskietal，2009a)。這對南亞的發(fā)展中國家非常重要，因?yàn)檫@些國家在地震烈度大于9時觀察值R非常低(R<1)。

5討論與結(jié)論

許多地震關(guān)于死亡的報(bào)告不確定性很大，受傷報(bào)告的不確定性更大。這種情況在早期和在控制媒體的國家更是如此。Bilham(2009)記錄了一些典型的歷史報(bào)告錯誤。盡管如此，我們還得使用可用的官方信息開展工作。我們必須剔除小地震、近海地震和深源地震的數(shù)據(jù)。我們必須使用平均數(shù)，并且把具有類似建筑類型的國家的數(shù)據(jù)組合起來。只要我們采取這些預(yù)防措施并牢記只要我們的大多數(shù)基本結(jié)果是確實(shí)可靠的，我們就可以得出一些結(jié)論。

最基本的、穩(wěn)健的觀察結(jié)果是，在地震中，與受傷人數(shù)相比，死亡人數(shù)在全球范圍內(nèi)已得到減少(表1，圖1)。這支持了Bilham(2004，2009)關(guān)于全球地震造成的死亡人數(shù)增長沒有隨時間與人口同步增長的觀察報(bào)告。Spence(2007)報(bào)告了2000年之后多年廣泛意義上地震造成的人員死亡損失，其中包括2004年12月印度洋海嘯造成的約280 000人死亡。由于關(guān)注的是強(qiáng)震時建筑物的抗震性，我們剔除了海嘯造成的死亡人數(shù)。因此，我們把Bilham的結(jié)論(地震造成人員死亡占總?cè)丝诎俜直入S時間下降)與我們的結(jié)論(R值增大，以及受傷人數(shù)百分比增加)的結(jié)合解讀為建筑施工改善的跡象。

圖3　伊朗不同地震烈度下用美國災(zāi)害危險評估軟件和震災(zāi)評估軟件ATC-3的傷亡矩陣計(jì)算的傷亡比與觀察傷亡比的對比

由于全球統(tǒng)計(jì)說明地震中約75%的人員死亡歸因于建筑物倒塌，而這些建筑物未完全按照抗震設(shè)計(jì)，其建造時使用不恰當(dāng)?shù)牟牧匣蚪Y(jié)構(gòu)不佳(Noji，1997a)，因此我們建議使用R值作為建筑質(zhì)量的一個指標(biāo)。但是，死亡比下降的進(jìn)程也不均衡。在具有足夠多的數(shù)據(jù)來估算R值變化的國家和地區(qū)中，日本在提高民眾安全性上領(lǐng)先(表1)。盡管中國某些地震數(shù)據(jù)可能不是其中最可靠的，但中國也取得了巨大的進(jìn)步，并接近了工業(yè)化國家的標(biāo)準(zhǔn)。拉丁美洲的進(jìn)步似乎已經(jīng)很可觀了，但其地震安全仍落后于工業(yè)化國家。最后，盡管因單一國家的觀測數(shù)據(jù)太少而難以得出確切的結(jié)論，但希臘、土耳其和伊朗似乎在地震安全方面沒有太大的進(jìn)步。

提高建筑環(huán)境質(zhì)量不是一件易事，它需要資源。建筑規(guī)范并不能解決所有問題，其結(jié)果主要是建成抗震建筑而不是防震建筑。依據(jù)建筑規(guī)范建造的建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)在小地震時無損傷，在中等地震時無明顯結(jié)構(gòu)性破壞，以及在強(qiáng)烈地震時不倒塌。其目標(biāo)是通過防止建筑物倒塌來保護(hù)建筑內(nèi)的居民，從而能疏散受傷者。建筑規(guī)范最近才開始建議減輕可能導(dǎo)致受傷的建筑物的非結(jié)構(gòu)性危害。

在政府對建筑規(guī)范中增加要求時，僅針對新建筑有效，但大多數(shù)人仍生活在舊建筑內(nèi)，在某些國家，這些舊建筑相當(dāng)于死亡陷阱。此外，在一些國家，缺少在建筑工地檢查以實(shí)行建筑規(guī)范的資源和政治意愿?？拐鹪O(shè)計(jì)和建筑施工的建造水平與國家的國內(nèi)生產(chǎn)總值水平密切相關(guān)且隨時間變化?？山邮艿牡卣痫L(fēng)險水平應(yīng)該是建筑設(shè)計(jì)要求與國家經(jīng)濟(jì)實(shí)力之間的現(xiàn)實(shí)平衡。

有些國家沒有足夠多的造成人員死亡的地震記錄，無法估算R值，但是仍存在地震災(zāi)害的可能性。諸如美國和加拿大這類國家，因?yàn)榈卣痫L(fēng)險意識高并且做出了保護(hù)人民的努力，這不會成為問題。在其他建筑材料和建筑結(jié)構(gòu)類型不佳的地震多發(fā)國家，通過計(jì)算參數(shù)(包括比例R值)量化地震風(fēng)險，從而量化人們面臨的風(fēng)險是最可取的。包括印度、巴基斯坦、尼泊爾和阿富汗等國家都存在這種情況，但是沒有足夠多的近期造成人員死亡的地震記錄用于詳細(xì)分析。我們相信具有大潛在風(fēng)險的印度是特別脆弱的(Wyss，2005)。

為改進(jìn)傷亡估計(jì)，特別是發(fā)展中國家的受傷人數(shù)的估計(jì)，我們建議考慮利用傷亡比R來調(diào)整與低抗震性易損房屋類別相關(guān)的傷亡矩陣，例如依據(jù)歐洲宏觀地震烈度表的系數(shù)A，B和C。

我們的結(jié)論是，總體上防止人口在地震中死亡的工程上的努力已帶來成效。

參考文獻(xiàn)

Berberian M(2005)The 2003 Bam urban earthquake：a predictable seismotectonic pattern along the western margin of the Rigid Lut Block，Southeast Iran.Earthquake Spectra 21：S1，S35-S99，December spence(2007)

Bilham R(2004)Urban earthquake fatalities：a safer world or worse to come?Seismol Res Lett 75(6)：706-712

Bilham R(2009)The seismic future of cities，12th Mallet Milne lecture.Bull Earthquake Eng 7(4)：839-887

Noji EK(ed)(1997a)Earthquakes.The public health consequences of disasters.Oxford University Press，New York，pp 135-178

Spence R(2007)Saving lives in earthquakes：succe-sses and failures in seismic protection since 1960，11th Mallet Milne Lecture.Bull Earthquake Eng 5：139-251

Trendafiloski G，Wyss M，Rosset Ph(2009a)Loss estimation module in the second generation software QLARM.In：Proceedings of the second international workshop on disaster casualties，Cambridge，June 2009(Chapter 8 of this publication)

Utsu T(2002)A list of deadly earthquakes in the world：1500-2000.In：Lee WK，Kanamori H，Jennings PC，Kisslinger C(eds)International handbook of earthquake engineering and seismology.Academic，Amsterdam，81A：691-717.http：//iisee.kenken.go.jp/utsu/index_eng.html

Wyss M(2005)Human losses expected in Himalayan earthquakes.Nat Hazards 34：305-314.doi：10.1007/s11069-004-2073-1

陳通(1982—)，男，首都師范大學(xué)地圖學(xué)與地理信息系統(tǒng)專業(yè)碩士研究生，主要從事地震應(yīng)急與災(zāi)害評估、災(zāi)情搜集方面的研究，E-mail：chentong@seis.ac.cn。

譯 者 簡 介

M.Wyss，G.Trendafiloski.2010.Trends in the casualty ratio of injured to fatalities in earthquakes.HumanCasualtiesinEarthquakes.Chapter 18∶267-274

陳通 譯.2016.地震造成的受傷與死亡人數(shù)比例趨勢.世界地震譯叢.47(2)∶104-110.doi∶10.16738/j.cnki.issn.1003-3238.201602002

中國地震臺網(wǎng)中心陳通譯；楊天青校

中國地震局地球物理研究所呂春來復(fù)校