地震災(zāi)害損失評(píng)估方法及其應(yīng)用研究

林季樺,林永峻,譚義績(jī),方丹輝

(1.臺(tái)灣師范大學(xué) 地理研究所，臺(tái)灣 臺(tái)北 10610；2.臺(tái)灣大學(xué) 氣候天氣災(zāi)害研究中心，臺(tái)灣 臺(tái)北 10617；3.武漢理工大學(xué) 中國(guó)應(yīng)急管理研究中心，湖北 武漢 430070)

地震災(zāi)害損失評(píng)估方法及其應(yīng)用研究

林季樺1,2,林永峻2,譚義績(jī)2,方丹輝3

(1.臺(tái)灣師范大學(xué) 地理研究所，臺(tái)灣 臺(tái)北 10610；2.臺(tái)灣大學(xué) 氣候天氣災(zāi)害研究中心，臺(tái)灣 臺(tái)北 10617；3.武漢理工大學(xué) 中國(guó)應(yīng)急管理研究中心，湖北 武漢 430070)

新北市位處臺(tái)灣北部，處于環(huán)太平洋地震帶上，極易遭受地震災(zāi)害威脅。1986年11月15日花蓮地震造成新北市華陽(yáng)市場(chǎng)倒塌，而后1999年9月21日南投縣集集地震導(dǎo)致新北市新莊區(qū)博士的家及龍閣小區(qū)兩處大樓倒塌,全臺(tái)灣房屋全倒、半倒各50 000多棟。為掌握地震潛在危險(xiǎn)程度與可能引致的災(zāi)損，利用臺(tái)灣地震損失評(píng)估系統(tǒng)(TELES)進(jìn)行情境模擬分析，以期能有效評(píng)估地震潛在的危險(xiǎn)程度與可能引致的災(zāi)害損失，如地表振動(dòng)強(qiáng)度、土壤發(fā)生液化的可能性、建筑物倒塌、人員傷亡、橋梁損害，以及防救災(zāi)資源需求等，評(píng)估結(jié)果可作為防災(zāi)提前部署、減災(zāi)、整備規(guī)劃的參考。

臺(tái)灣地震損失評(píng)估系統(tǒng)(TELES)；地震；災(zāi)損;評(píng)估

臺(tái)灣位處環(huán)太平洋地震帶，地震發(fā)生頻繁，并且常有強(qiáng)烈的地震發(fā)生，鄭世楠等[1]定義重大地震災(zāi)害為10人或10人以上死亡的事件。依上述定義，1904年至2016年在臺(tái)灣發(fā)生的重大地震災(zāi)害如表1所示，共計(jì)19次。其中在南部計(jì)有9次，次數(shù)最多，最近一次地震為2016年2月6日美濃地震，造成117人死亡、551人受傷，臺(tái)南永康區(qū)維冠金龍大樓倒塌。然后依次為東部5次，中部3次，北部2次。其中中部南投縣集集地震為20世紀(jì)臺(tái)灣島內(nèi)規(guī)模最大的地震，車(chē)籠埔斷層活動(dòng)，錯(cuò)動(dòng)長(zhǎng)達(dá)80 km，南投縣與臺(tái)中市處主震央?yún)^(qū)域，故受災(zāi)最為嚴(yán)重，苗栗縣、臺(tái)中市、彰化縣與云林縣亦有嚴(yán)重災(zāi)情，遠(yuǎn)離震央的臺(tái)北市及新北市也傳出嚴(yán)重災(zāi)情，如臺(tái)北市東星大樓、新北市博士的家與龍閣小區(qū)倒塌，全臺(tái)灣地區(qū)總計(jì)2 415人死亡，房屋全倒51 711棟。

近年來(lái)，臺(tái)灣北部都會(huì)區(qū)雖甚少發(fā)生重大地震災(zāi)害，倘若一旦于都會(huì)區(qū)附近發(fā)生大規(guī)模震災(zāi)，將嚴(yán)重沖擊社會(huì)經(jīng)濟(jì)，以新北市而言，其轄區(qū)幅員遼闊、人口密度位居全臺(tái)最高，且轄內(nèi)有一活動(dòng)層山腳斷層。因此，筆者利用臺(tái)灣地震損失評(píng)估系統(tǒng)(Taiwan earthquake loss estimation system, TELES)，以新北市為例，推估可能的災(zāi)損包括：峰值加速度、土壤液化、橋梁損壞、建筑物損壞、人員傷亡、臨時(shí)避難所、震后火災(zāi)與救災(zāi)資源等。

1 新北市歷史地震

地震發(fā)生時(shí)，各地區(qū)的烈度皆不同，影響各地烈度的因素很多，除了地震規(guī)模外，震央位置、深度與各地地質(zhì)情況等也是重要的因子。

新北市轄區(qū)地形廣大復(fù)雜且人口密度甚高，依2016年12月統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示其為全臺(tái)人口密度最高之縣市：人口密度為1 939人/km2，總?cè)丝跀?shù)約400萬(wàn)人，轄內(nèi)有一山腳斷層由金山至新莊貫穿呈北東-南西走向，總計(jì)約74 km，可分為3段：北段由北投向北延伸至新北市金山，長(zhǎng)約21 km；南段自新北市樹(shù)林向北延伸至臺(tái)北市北投區(qū)，長(zhǎng)約13 km；海域至少尚有40 km的斷層破裂，山腳斷層分布如圖1所示。

1.1 1986年花蓮地震

1986年11月15日凌晨5時(shí)20分花蓮縣發(fā)生里氏規(guī)模6.8級(jí)的強(qiáng)烈災(zāi)害地震，震央位于東經(jīng)121.80°及北緯24.00°的花蓮東方約20 km海底處，震源深度15.0 km，該地震在花蓮、宜蘭、臺(tái)北縣市造成許多災(zāi)情，包括公路及鐵路交通中斷、地層下陷及停電等災(zāi)情。其中，臺(tái)北市復(fù)興南路裕臺(tái)大樓傾斜，連續(xù)壁破裂。傷亡最嚴(yán)重的建筑物是位于臺(tái)北縣中和市員山路的華陽(yáng)市場(chǎng)。

表1 臺(tái)灣1904—2016年重大地震災(zāi)害一覽表

注：數(shù)據(jù)主要源于文獻(xiàn)[1]

圖1 山腳斷層分布

華陽(yáng)市場(chǎng)原為三層多柱少墻鋼筋混凝土的市場(chǎng)建筑物，由于2、3層改為住家后砌筑許多磚造外墻與隔間墻，使得建筑物成為上剛下軟的結(jié)構(gòu)，加上過(guò)大的超載，在此次地震襲擊下，一、二樓大部分的支柱折斷，僅剩樓板，形成“三明治”型的破壞，造成12人死亡。

1.2 1999年集集地震

1999年9月21日凌晨1時(shí)47分，因車(chē)籠埔斷層的錯(cuò)動(dòng)，臺(tái)灣發(fā)生里氏規(guī)模7.3級(jí)大地震，震央位于北緯23.85°、東經(jīng)120.82°的南投縣集集鎮(zhèn)，震源深度8.0 km，全臺(tái)共有2 400余人死亡、10 000多人受傷，房屋全倒、半倒各50 000多棟。

單就距離而言，臺(tái)北縣應(yīng)不至于有太多災(zāi)情，然震后調(diào)查顯示臺(tái)北縣多處發(fā)生房屋倒塌或傾斜、瓦斯漏氣、車(chē)禍救護(hù)、火災(zāi)、電梯受困等災(zāi)情，尤以新莊市中榮街龍閣小區(qū)及民安路博士的家兩處大樓倒塌情形最為嚴(yán)重，其嚴(yán)重的程度僅次于鄰近震央的區(qū)域。

2 臺(tái)灣地震損失評(píng)估系統(tǒng)(TELES)

臺(tái)灣地震工程研究中心鑒于工業(yè)化與都市化的影響，經(jīng)濟(jì)與科技愈趨發(fā)達(dá)的地區(qū)，其各項(xiàng)工程建設(shè)越多，人口分布越集中，一旦發(fā)生地震將可能導(dǎo)致嚴(yán)重后果。因此，其整合臺(tái)灣地區(qū)本土化數(shù)據(jù)和分析模式與參數(shù)，研發(fā)地震損失及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估軟件“臺(tái)灣地震損失評(píng)估系統(tǒng)”(Taiwan earthquake loss estimation system, TELES)，評(píng)估項(xiàng)目包含地震災(zāi)害潛勢(shì)、工程結(jié)構(gòu)物的損害、地震引致的二次災(zāi)害、社會(huì)經(jīng)濟(jì)損失與其空間分布情況。TELES分析流程與架構(gòu)如圖2所示，以村里為單位進(jìn)行推估分析，該模式并以1999年集集地震后實(shí)際調(diào)查的避難統(tǒng)計(jì)資料加以校驗(yàn)。

圖2 TELES分析流程與架構(gòu)

筆者主要針對(duì)研究區(qū)的峰值加速度、土壤液化、橋梁損壞、建筑物損壞、人員傷亡、臨時(shí)避難所、震后火災(zāi)與救災(zāi)資源等方面進(jìn)行模擬分析。

3 地震情境模擬結(jié)果

情境設(shè)定首先采用1909年4月15日清晨3時(shí)許的歷史地震，震央位于新北市中和區(qū)，里氏規(guī)模7.3級(jí)，但因地震深度為80.0 km，屬中層地震(70～300 km)，經(jīng)TELES評(píng)估結(jié)果表明，其影響較小。因此，筆者假設(shè)震源深度與1999年9月21日集集地震相同，即震源深度為8.0 km的情境，而震央與里氏規(guī)模則設(shè)定與1909年的歷史地震相同。震源參數(shù)如表2所示。

表2 震源參數(shù)

3.1 烈度

根據(jù)設(shè)定狀況下的推估結(jié)果，新北市最大地表加速度可達(dá)555.7 cm/s2，最大烈度為IX度。以中和區(qū)、永和區(qū)、新店區(qū)、板橋區(qū)、土城區(qū)、三重區(qū)、新莊區(qū)、樹(shù)林區(qū)、泰山區(qū)、五股區(qū)、蘆洲區(qū)、三峽區(qū)、深坑區(qū)、汐止區(qū)、鶯歌區(qū)、林口區(qū)、淡水區(qū)、八里區(qū)、石碇區(qū)、烏來(lái)區(qū)等20區(qū)最為劇烈，烈度在IX度以上，具體如表3與圖3所示。

3.2 土壤液化

TELES搜集各單位的工程地質(zhì)鉆探研究成果資料，分析各地土壤液化的敏感度，建立土壤液化敏感類(lèi)別，分為非常高、高、中、低、非常低與無(wú)6個(gè)等級(jí)[2]。表4所示為土壤液化推估表和沉陷量圖，由表4可看出液化可能性較高的地區(qū)分布于三重區(qū)、蘆洲區(qū)、新莊區(qū)、板橋區(qū)、中和區(qū)、淡水區(qū)及五股部分地區(qū)。另外，三重區(qū)與新莊區(qū)的土壤液化沉陷量最大，為52.00 cm，其次為板橋區(qū)與中和區(qū)，沉陷量為50.22 cm。這些區(qū)域多位于河川沖積區(qū)。

表3 最大地表加速度與烈度表

圖3 最大地表加速度圖

表4 土壤液化推估表

3.3 建筑物損害評(píng)估

建筑物統(tǒng)計(jì)資料系以2013年新北市房屋稅籍資料所推得，在情境假設(shè)模擬斷層錯(cuò)動(dòng)下造成地表震動(dòng)與土層破壞等所致的建筑物損害狀態(tài)。表5和圖4所示分別為建筑物全倒半倒棟數(shù)推估表和分布圖，其中，低樓層為1～3樓、中樓層為4～7樓，高樓層為8樓以上。由表5可知建筑物總損壞計(jì)14 276棟，最嚴(yán)重的區(qū)域?yàn)榘鍢騾^(qū)(2 716棟)，其次為中和區(qū)(2 000棟)、三重區(qū)(1 917棟)及新莊區(qū)(1 729棟)。這些區(qū)域建筑物倒塌數(shù)量多的原因?yàn)榻ㄖ锒嗲依吓f建筑物多(1999年前所建)。在1999年集集地震之后臺(tái)灣建筑物因建筑法規(guī)修訂，耐震強(qiáng)度有所增加。

3.4 人員傷亡評(píng)估

依據(jù)TELES模擬推估，人員傷亡可分為日間傷亡、夜間傷亡及通勤時(shí)段傷亡，分3種時(shí)段進(jìn)行分析,日間時(shí)段：上午8時(shí)至下午5時(shí)；夜間時(shí)段：晚上8時(shí)至早上6時(shí)；通勤時(shí)段：上午6時(shí)至8時(shí)和下午5時(shí)至8時(shí)。

表5 建筑物全倒半倒棟數(shù)推估表 棟

圖4 建筑物全倒半倒分布圖

傷亡程度可分為4級(jí)。第一級(jí)(輕傷)：僅需基本治療，不需住院。第二級(jí)(中傷)：需較多的醫(yī)療手續(xù)且需住院，但無(wú)生命危險(xiǎn)。第三級(jí)(重傷)：若無(wú)適當(dāng)且迅速的醫(yī)療將立即有生命危險(xiǎn)。第四級(jí)(死亡)：立即死亡?？倐鰹橹貍铀劳?。

該情境假設(shè)清晨3時(shí)許的歷史地震，因此模擬推估時(shí)段擇定為夜間時(shí)段即晚上8時(shí)至早上6時(shí)，表6和圖5所示分別為傷亡人數(shù)推估表和人員傷亡災(zāi)損推估分布圖，可以看出傷亡集中于板橋區(qū)、中和區(qū)、三重區(qū)與新莊區(qū)一帶，輕傷計(jì)有5 138人、中等傷害需住院者1 815人、重傷且有生命危險(xiǎn)1 123人、立即死亡則有792人，總傷亡共計(jì)1 915人。其中，以板橋區(qū)傷亡為最嚴(yán)重，共計(jì)345人，其次為中和區(qū)306人及三重區(qū)299人。

表6 傷亡人數(shù)推估表 人

圖5 人員傷亡災(zāi)損推估分布圖

3.5 橋梁損壞評(píng)估

TELES目前采用易損性曲線的概念進(jìn)行公路橋梁的損害推估，易損性曲線指在不同最大地表運(yùn)動(dòng)下，橋梁產(chǎn)生不同損害狀況的機(jī)率值，而損壞程度可概分為無(wú)、輕微損壞、中度損壞、嚴(yán)重?fù)p壞、完全損壞5級(jí)，損壞程度說(shuō)明如表7所示。

表7 橋梁損壞程度說(shuō)明一覽表

依據(jù)模擬評(píng)估結(jié)果，新北市轄內(nèi)共有83處橋梁受損(如表8所示)，以中和區(qū)、板橋與汐止地區(qū)受損為最嚴(yán)重(如圖6所示)。由于該橋梁為主要交通要道，可聯(lián)絡(luò)至其他行政區(qū)域，若橋梁受損會(huì)導(dǎo)致交通阻斷，亦會(huì)影響路人安全性，甚至造成救災(zāi)或支持行動(dòng)上的困難。

表8 橋梁損壞推估表

注：括號(hào)內(nèi)為受損處數(shù)

圖6 橋梁受損位置圖

3.6 震后火災(zāi)與消防資源

由以往大規(guī)模地震的震災(zāi)經(jīng)驗(yàn)，地震發(fā)生后，可能因物品掉落、瓦斯外泄、工廠化學(xué)物品引發(fā)爆炸或電線走火等狀況而導(dǎo)致發(fā)生震后火災(zāi)，假如無(wú)法實(shí)時(shí)供給足夠的消防用水，就無(wú)法立即減緩火勢(shì)或火勢(shì)延燒區(qū)域擴(kuò)大，將造成極大的人員傷亡及經(jīng)濟(jì)損失。

依據(jù)模擬結(jié)果可知，板橋區(qū)(35起)震后火災(zāi)最為嚴(yán)重，其次為新莊區(qū)(31起)、三重區(qū)(28起)及中和區(qū)(25起)等行政區(qū)域，且依據(jù)震后火災(zāi)總數(shù)推估可能需求的消防用水量及可能需出勤的消防隊(duì)次數(shù)(車(chē)組數(shù))，可分析檢討區(qū)內(nèi)的救災(zāi)資源是否足夠，具體如表9與圖7所示。

3.7 臨時(shí)避難人數(shù)

建筑物損壞、倒塌的估算可用于推估臨時(shí)避難人口的收容需求。該區(qū)域可能因住家發(fā)生建筑物損害、倒塌、基礎(chǔ)設(shè)施停擺、震后火災(zāi)或二次災(zāi)害等因素，導(dǎo)致無(wú)法在原有住宅居住、活動(dòng)或維持生活機(jī)能的運(yùn)作，而需進(jìn)行搬遷，推估出的需搬遷人數(shù)如表10所示。由表10可知需搬遷人數(shù)總計(jì)272 873人，以板橋區(qū)50 047人為最多，其次為中和區(qū)39 188人及新莊區(qū)31 059人。

另外，根據(jù)以往各類(lèi)災(zāi)害經(jīng)驗(yàn)，被迫遷離住所的災(zāi)民大多會(huì)先行依親，部分則選擇暫住旅館，若無(wú)法自行解決居住問(wèn)題者，則前往政府提供的短期避難收容處所進(jìn)行安置。由表10可得知，需至短期避難收容處的災(zāi)民總計(jì)有71 259人，以板橋區(qū)13 143人為最多，其次為中和區(qū)10 079人及新莊區(qū)8 290人。

表9 震后火災(zāi)資源推估數(shù)值

圖7 震后火災(zāi)總數(shù)推估

3.8 民生物資與設(shè)備需求

利用避難需求結(jié)果推估寢具數(shù)量、帳篷數(shù)量、3日內(nèi)的飲用水、生活用水量、廁所數(shù)量與盥洗設(shè)備，以及一個(gè)月內(nèi)的飲用水、生活用水量、廁所數(shù)量與盥洗設(shè)備等救災(zāi)資源，以臨時(shí)避難人數(shù)最多的板橋區(qū)需求量最大，其次為中和區(qū)、新莊區(qū)與三重區(qū)，具體如表11所示。

表10 避難需求人數(shù)推估數(shù)值 人

表11 民生物資與設(shè)備需求

4 結(jié)論與建議

筆者利用臺(tái)灣地震損失評(píng)估系統(tǒng)(TELES)分析設(shè)定地震狀況下造成的土壤液化、建筑物損壞、人員傷亡、橋梁損壞、震后火災(zāi)發(fā)生數(shù)狀況，以及避難人數(shù)、民生物資與設(shè)備需求，匯整如下：①土壤液化。全市液化沉陷量估計(jì)達(dá)868.56 cm，以三重區(qū)、新莊區(qū)、板橋區(qū)、中和區(qū)、蘆洲區(qū)與五股區(qū)液化最為嚴(yán)重。②建筑物損壞。低樓層建筑物損壞有8 700棟，中樓層5 065棟，高樓層511棟，總計(jì)14 276棟。災(zāi)情集中在板橋區(qū)、中和區(qū)、三重區(qū)與新莊區(qū)。③人員傷亡。輕傷不需住院計(jì)有5 138人，中等傷害計(jì)有1 815人，重傷且有生命危險(xiǎn)計(jì)有1 123人，立即死亡則有792人，總傷亡(重傷加死亡)1 915人。災(zāi)情主要集中板橋區(qū)、中和區(qū)、三重區(qū)與新莊區(qū)。④橋梁損壞。估計(jì)多達(dá)83座以上道路橋梁會(huì)有損壞的情況，所連接道路也因此受阻，災(zāi)情集中于中和區(qū)、板橋區(qū)與汐止區(qū)。⑤震后火災(zāi)。推估237起震后火災(zāi)，需15 317.6 t消防用水量，災(zāi)情集中于板橋區(qū)、新莊區(qū)、三重區(qū)與中和區(qū)。⑥避難人數(shù)、民生物資與設(shè)備需求。臨時(shí)避難人數(shù)估計(jì)71 259人，需搬遷人數(shù)272 873人，寢具需272 955套，帳篷需136 477座。主要集中于板橋區(qū)、中和區(qū)、新莊區(qū)與三重區(qū)。

綜合上述分析成果，災(zāi)情主要集中于板橋區(qū)、中和區(qū)、三重區(qū)與新莊區(qū)一帶，因此這些區(qū)域需特別注意各項(xiàng)關(guān)鍵設(shè)施，如水電維生系統(tǒng)可能受損，將導(dǎo)致救災(zāi)更加艱困；加油站可能因毀損或電力中斷而無(wú)法提供服務(wù)。由避難人數(shù)進(jìn)而推估出3日內(nèi)與一個(gè)月內(nèi)民生物資與設(shè)備需求，即可優(yōu)先部署所需的資源與設(shè)備，且平日需定期清點(diǎn)、掌握物資與設(shè)備是否屬于良好狀態(tài)，并簽訂開(kāi)口合約，解決政府于救災(zāi)階段資源不足情形，有利于災(zāi)時(shí)的緊急調(diào)度。現(xiàn)行TELES系統(tǒng)僅能呈現(xiàn)至村里，較難應(yīng)用于小尺度的防災(zāi)部署，因此建議調(diào)整為網(wǎng)格形式，如10 km×10 km，將有利于更細(xì)致化的分析應(yīng)用。

[1] 鄭世楠,葉永田.臺(tái)灣歷史災(zāi)害地震對(duì)社會(huì)文化的沖擊[C]∥震災(zāi)與社會(huì)文化重建研討會(huì).臺(tái)北:[s.n.],2001:1-19.

[2] YEH C H, LOH C H, TSAI K C. Overview of Taiwan earthquake loss estimation system[J].Natural Hazards, 2006,37(1-2):23-37.

LIN Jihua:Research Assistant; Institute of Geography, Taiwan Normal University, Taiwan 10610, China.

Research on Earthquake Loss Estimation Approach and Its Application

LINJihua,LINYongjun,TANYiji,FANGDanhui

New Taipei City is located in northern Taiwan Province and it is in the Circum Pacific seismic zone which is vulnerable to the threats of earthquakes. The earthquake in Hualien on 11/15 1986 caused Huayang Market in New North City collapse. Chi-Chi earthquake on 9/21 1999 with its epicenter in Nantou County which caused two community buildings collapse in New Taipei City and over 50,000 buildings collapsed all over Taiwan Province. To estimate the potential loss of New Taipei City, Taiwan Earthquake Loss Estimation System (TELES) is used in this paper in order to be able to effectively assess the potential risk of the earthquake and the possible loss of disasters. Ground motion intensity, possibility of liquefaction in the soil, the numbers of collapse of buildings, numbers of casualties, numbers of fires triggered by the earthquake, damaged bridges, and disaster relief resources, etc. are estimated. The estimated results can be used as references for advance deployment, disaster prevention, and disaster-reduction planning.

TELES； earthquake； loss； estimation

2095-3852(2017)04-0373-08

A

2017-02-10.

林季樺(1986-),男,臺(tái)灣人,臺(tái)灣師范大學(xué)地理研究所專(zhuān)任研究助理,博士,主要研究方向?yàn)闉?zāi)害管理、防災(zāi)電子圖資.

安全預(yù)警與應(yīng)急聯(lián)動(dòng)技術(shù)湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心開(kāi)放課題重點(diǎn)基金項(xiàng)目(JD20150404).

X43

10.3963/j.issn.2095-3852.2017.04.001