云南地區(qū)中強地震經(jīng)濟損失快速預(yù)評估方法研究*

和仕芳，張方浩，余慶坤，呂佳麗，鄧樹榮，杜浩國，曹彥波

(云南省地震局，云南 昆明 650224)

0 引言

云南省地處印度板塊和歐亞板塊中國大陸碰撞帶東緣，構(gòu)造運動劇烈，地震活動顯著，地震災(zāi)害頻發(fā)(皇甫崗等，2010)。破壞性地震發(fā)生后，快速地給出地震災(zāi)害經(jīng)濟損失預(yù)評估結(jié)果是政府部門第一時間把握地震災(zāi)害程度并啟動不同級別應(yīng)急響應(yīng)的主要依據(jù)。隨著經(jīng)濟的發(fā)展和公眾安全需求，各級政府高度重視突發(fā)事件的應(yīng)對和處置工作，對地震災(zāi)害損失評估工作提出了更高的要求(周光全等，2010)，需要在震后2 h(信息黑箱期)內(nèi)，做出較為準(zhǔn)確的預(yù)評估。目前我國對地震直接經(jīng)濟損失評估方法的研究已經(jīng)日趨成熟，使用的評估方法眾多，主要包括：易損性分類清單法(尹之潛等，1990，1991，1996)、基于現(xiàn)場調(diào)查統(tǒng)計抽樣法(GB/T 18208.4—2011)、遙感圖像識別法(王曉青等，2008；趙福軍等，2010；王龍，2007)、經(jīng)濟模型法(陳棋福，陳凌，1997；劉吉夫等，2008；王曉青等，2009；劉雙慶等，2010；楊斌，馬朝暉，2013)、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評估法(郭章林等，2004；馬亞杰等，2007；宗學(xué)軍等，2016)、基于GIS分析評估方法(王曉青，丁香，2004；張麗軍等，2009；周光海等，2013)、地震災(zāi)害損失相關(guān)參數(shù)統(tǒng)計法(黃敏等，2011)等。在云南，現(xiàn)行的地震災(zāi)害損失快速評估主要是根據(jù)震害矩陣、重置單價、各類建筑物面積以及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫快速統(tǒng)計、計算出來的(周光全等，2010；李西等，2012；曹彥波等，2015；張方浩等，2018)，評估時需要詳細的建筑物資料。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，地區(qū)工程設(shè)施、建筑物、室內(nèi)財產(chǎn)等承災(zāi)體的地震易損性、房屋重置單價都在發(fā)生變化，對地震承載體數(shù)據(jù)庫質(zhì)量要求高，云南很多偏遠山區(qū)存在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫更新緩慢、缺乏詳細資料的問題，會影響評估結(jié)果的時效性和準(zhǔn)確性。

筆者根據(jù)1992—2016年云南地區(qū)中強地震資料，統(tǒng)計分析人均經(jīng)濟損失時空特征，人均經(jīng)濟損失與震級、極震區(qū)烈度之間的關(guān)系，選取震級、烈度、人均GDP、人均財政收入、農(nóng)民人均純收入作為評估指標(biāo)，考慮價格變動影響因素，使用人均GDP增長率將歷史地震經(jīng)濟損失值統(tǒng)一換算到2015年的可比價格，再利用多元線性回歸方法，分區(qū)建立云南地區(qū)中強地震人均經(jīng)濟損失快速評估模型，震后可根據(jù)地震三要素以及地區(qū)宏觀經(jīng)濟指標(biāo)，結(jié)合云南地區(qū)地震烈度評估模型(張方浩等，2016)，快速預(yù)估地震經(jīng)濟損失。

1 數(shù)據(jù)源及預(yù)處理

1.1 數(shù)據(jù)來源

本文所說的云南地區(qū)中強地震是指宏觀震中位于云南省境內(nèi)，且造成經(jīng)濟損失的破壞性地震。云南地區(qū)地震災(zāi)害損失評估工作自1992年4月23日中緬交界6.7，6.9級地震開始，此后對發(fā)生的絕大部分破壞性地震都進行了災(zāi)害評估，并編寫相應(yīng)的災(zāi)評報告(周光全等，2011；盧永坤等，2011)?？紤]續(xù)發(fā)地震(強余震或雙震)具有震害疊加效應(yīng)，與單次地震沒有可比性，本文只對單次破壞性地震做研究，共收集了1992—2016年云南省內(nèi)發(fā)生的56次地震資料，如表1所示。其中歷史震害資料主要來源于《1992—2010年云南地震災(zāi)害損失評估及研究》(皇甫崗等，2012)和云南省地震局災(zāi)害損失報告(1992—2016)，社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)來源于1991—2016年云南省統(tǒng)計年鑒。

1.2 數(shù)據(jù)預(yù)處理

每次地震造成的經(jīng)濟損失都以當(dāng)年的物價水平進行統(tǒng)計，但由于各年物價水平不同，不能準(zhǔn)確反映不同年份地震人均經(jīng)濟損失之間的關(guān)系。因此只有消除隨經(jīng)濟發(fā)展貨幣單位實際價值的變化所帶來的差異，才能夠真正反映可比價損失情況。以1992—2016年云南地區(qū)56次地震作為統(tǒng)計樣本，由于發(fā)震時間跨度大，應(yīng)考慮經(jīng)濟、人口增長和物價指數(shù)變化等因素對地震人均經(jīng)濟損失的影響。人均GDP增長率則衡量一個地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展速度的宏觀經(jīng)濟指標(biāo)，也是一個地區(qū)過去與今日經(jīng)濟發(fā)展水平縱向比較的重要參照指標(biāo)。因此采用1992—2015年縣級人均GDP增長率將各年的損失統(tǒng)一換算為2015年可比價格，以2015年可比價格對地震人均經(jīng)濟損失做相關(guān)統(tǒng)計分析。

表1 1992—2016年云南地區(qū)中強地震經(jīng)濟損失統(tǒng)計

續(xù)表1

序號宏觀震中發(fā)震日期MS極震區(qū)烈度人均經(jīng)濟損失/元換算為2015年可比價格的人均經(jīng)濟損失/元2015年人均GDP/元2015年人均財政收入/元2015年農(nóng)民人均純收入/元24景谷2001-09-045.0Ⅵ7506 81729 3391 6898 34825永勝2001-10-276.0Ⅶ1 1908 64416 8149498 13326大姚2003-07-216.2Ⅷ1 8339 80720 6711 5157 96027大姚2003-10-166.1Ⅷ1 4687 85420 6711 5157 96028魯?shù)?003-11-155.1Ⅶ8115 63611 6906447 30329魯?shù)?003-11-265.0Ⅶ3772 62011 6906447 30330魯?shù)?004-08-105.6Ⅷ1 0205 96311 6906447 30331保山隆陽區(qū)2004-10-195.0Ⅵ5452 53721 8651 5979 28932雙柏2004-12-265.0Ⅵ1 1406 14318 2911 5657 58033思茅翠云區(qū)2005-01-265.0Ⅵ1 3205 91038 4692 4168 57334會澤2005-08-055.3Ⅵ5251 74817 4371 1557 82835文山2005-08-135.3Ⅵ7222 76338 1883 4668 48436墨江2006-01-125.0Ⅵ1 8357 47013 6661 0497 78037鹽津2006-07-225.1Ⅵ1 5814 7949 9833967 35138寧洱2007-06-036.4Ⅷ4 71013 36322 2191 6688 12539盈江2008-03-215.0Ⅵ9702 78423 8771 3918 15140瑞麗2008-12-264.9Ⅵ1 6414 72838 6283 6568 70641姚安2009-07-096.0Ⅷ2 6795 76217 8611 1868 17542賓川2009-11-025.0Ⅵ2 2154 56124 4031 05811 61543祿豐2010-02-255.1Ⅵ2 1532 98526 8901 8699 15844騰沖2011-06-205.2Ⅵ1 7112 79222 0492 4088 32345騰沖2011-08-095.2Ⅵ8121 32522 0492 4088 32346盈江2011-01-024.8Ⅵ7491 11523 8771 3918 15147盈江2011-03-105.8Ⅷ6 74710 04423 8771 3918 15148洱源2013-03-035.5Ⅶ5 0006 08919 6801 1268 15749洱源2013-04-175.0Ⅶ1 2471 51819 6801 1268 15750永善2014-04-055.3Ⅵ3 3153 51417 4291 0867 12151魯?shù)?014-08-036.5Ⅸ13 09513 94311 6906447 30352永善2014-08-175.0Ⅵ2 6542 81317 4291 0867 12153景谷2014-10-076.6Ⅷ8 8789 35829 3391 6898 34854滄源2015-03-015.5Ⅶ5 5535 55318 2881 1987 89955昌寧2015-10-305.1Ⅵ4 2634 26323 7681 3347 94756云龍2016-05-185.0Ⅵ3 9203 92021 8051 5217 563

注：經(jīng)濟損失均指直接經(jīng)濟損失；2016年地震人均經(jīng)濟損失為當(dāng)年價格.

2 人均經(jīng)濟損失時空特征分析

2.1 時間特征分析

從表1可看出，近期發(fā)生的地震人均經(jīng)濟損失明顯高于早期。例如1993年1月27日寧洱6.3級地震人均經(jīng)濟損失為874元，2007年6月3日寧洱6.4級地震人均經(jīng)濟損失為4 710元，同地區(qū)、震級相當(dāng)、極震區(qū)烈度均為Ⅷ度的2次地震，2007年地震造成的人均經(jīng)濟損失大約是1993年的5倍。為了排除震級因素的干擾，選取了1992—2016年云南地區(qū)5.0級地震，分析相同震級的地震的不同發(fā)震年份對地震人均經(jīng)濟損失的影響(圖1)。根據(jù)圖1可得，隨著云南社會經(jīng)濟的發(fā)展、社會財富的積累，地震人均經(jīng)濟損失隨年份呈增長趨勢。

圖1 1992—2016年云南地區(qū)5.0級地震發(fā)震年份與人均經(jīng)濟損失關(guān)系圖

2.2 空間特征分析

對1992—2016年云南地區(qū)中強地震人均經(jīng)濟損失值(2015年可比價格)進行分級，如圖2所示。 1992—2016年云南地區(qū)中強地震人均經(jīng)濟損失具有明顯區(qū)域差異性，在滇西北香格里拉—麗江地區(qū)、滇東北昭通地區(qū)、滇西南普洱地區(qū)的地震人均經(jīng)濟損失較為嚴(yán)重。例如香格里拉人口密度小、人均房屋建筑面積較高、房屋建筑單方造價高、容易誘發(fā)地震地質(zhì)災(zāi)害等因素導(dǎo)致地震人均經(jīng)濟損失偏高。

圖2 1992—2016年云南地區(qū)中強地震人均經(jīng)濟損失空間分布示意圖

排除地震破壞強度因素的干擾，選取1992—2016年極震區(qū)烈度為Ⅵ的震例，以2015年可比價格，統(tǒng)計各州(市)地震人均經(jīng)濟損失均值和GDP總值、人口密度(圖3)。地震人均經(jīng)濟損失平均值最高的是迪慶州，均值為23 345元，普洱市、玉溪市、麗江市、臨滄市次之，分別為8 834，7 009，6 677，5 542元，最少的是保山市和曲靖市，分別為2 620元和1 748元，昆明市、怒江州和紅河州無損失。其中，迪慶州、普洱市、麗江市、臨滄市的人口密度低，屬于云南邊遠地區(qū)，經(jīng)濟欠發(fā)達，地震人均經(jīng)濟損失偏高；大理州和楚雄州人口密度較高，經(jīng)濟較發(fā)達，地震人均經(jīng)濟損失較高；德宏州、保山市和文山市的人口密度較高，經(jīng)濟欠發(fā)達，地震人均經(jīng)濟損失偏低；昭通市是除昆明市以外人口密度最高的，地震人均經(jīng)濟損失偏低。由此可見，不平衡的經(jīng)濟發(fā)展水平和人口分布是各州(市)地震人均經(jīng)濟損失均值存在明顯差異的重要影響因素。

圖3 1992—2016年云南各州(市)極震區(qū)烈度為Ⅵ度的地震人均經(jīng)濟損失均值、GDP總值及人口密度統(tǒng)計圖Fig.3 Statistics of mean value of per capita economic losses，GDP value and population density of meizoseismal area with VI intensity in prefectures/cities in Yunnan from 1992 to 2016

3 評估關(guān)鍵指標(biāo)分析

3.1 地震人均經(jīng)濟損失與震級的關(guān)系

采用2015年可比價格，按照0.2級分檔，統(tǒng)計不同震級檔人均經(jīng)濟損失最小值、最大值、平均值(表2)，并通過最小二乘擬合法進行回歸得到地震：

lnY=0.7915M+4.44(R2=0.774)

(1)

式中：Y是地震人均經(jīng)濟損失；M是地震震級；R2是決定系數(shù)。根據(jù)圖4，可得云南地區(qū)地震人均經(jīng)濟損失與震級總體呈線性增長關(guān)系，5.8級以上地震的樣本較少，其地震人均經(jīng)濟損失的離散度較大。

表2 1992—2016年云南地區(qū)中強地震不同震級人均經(jīng)濟損失統(tǒng)計表(以2015年可比價格計)Tab.2 Per capita economic losses in different magnitudes of medium-strong earthquakes in Yunnan from 1992 to 2016(calculated at constant price in 2015)

3.2 地震人均經(jīng)濟損失與震中烈度關(guān)系

以2015年可比價格，計算不同極震區(qū)烈度的地震人均經(jīng)濟損失均值(表3)，并通過最小二乘擬合法進行回歸，得到：

lnY=0.400 4I+6.083(R2=0.934)

(2)

式中：Y是地震人均經(jīng)濟損失；I是地震極震區(qū)烈度；R2是決定系數(shù)。根據(jù)圖5，可得云南地區(qū)地震人均經(jīng)濟損失與震中烈度總體呈線性增長關(guān)系。

圖4 云南地區(qū)地震人均經(jīng)濟損失與震級關(guān)系圖

極震區(qū)烈度地震次數(shù)地震人均經(jīng)濟損失/元最大值最小值平均值Ⅵ3223 3451 1155 369Ⅶ1217 5021 5185 936Ⅷ929 8325 76211 768Ⅸ324 07810 69216 238

圖5 云南地區(qū)地震人均經(jīng)濟損失與極震區(qū)烈度關(guān)系圖

Fig.5 Relationship between per capita economic losses and the mezoseismal intensity in Yunnan

4 地震人均經(jīng)濟損失快速預(yù)評估方法研究

4.1 評估指標(biāo)選取

綜上所述，地震災(zāi)害人均經(jīng)濟損失值受發(fā)震時間、震級、極震區(qū)烈度、區(qū)域人口密度、社會經(jīng)濟發(fā)展水平等因素影響。利用人均GDP增長率將人均經(jīng)濟損失換算為可比價格，消除了不同發(fā)震導(dǎo)致的人均經(jīng)濟損失值差異。地區(qū)人均GDP、人均財政收入、農(nóng)民人均純收入是衡量地區(qū)個人財富的重要指標(biāo)，不僅可以反映當(dāng)?shù)氐纳鐣?jīng)濟發(fā)展水平，還可以從側(cè)面反映建筑物抗震水平，并且都是以單位人口進行描述，包含了人口密度信息。因此選取震級、極震區(qū)烈度、人均GDP、人均財政收入、農(nóng)民人均純收入等震后容易獲得的參數(shù)作為地震人均經(jīng)濟損失快速評估指標(biāo)。

4.2 評估模型

由于云南省各地的自然環(huán)境千差萬別，社會經(jīng)濟發(fā)展水平參差不齊，地震造成的經(jīng)濟損失具有顯著的區(qū)域差異性。所以，為了提高評估的準(zhǔn)確性，根據(jù)各州(市)人口密度、GDP總值和災(zāi)害損失特征，把云南地區(qū)分為6個子區(qū)域，利用1992—2016年56次震例樣本，使用震級、極震區(qū)烈度和2015年宏觀震中所在縣的人均GDP、人均財政收入、農(nóng)民人均財政收入作為自變量，以地震人均經(jīng)濟損失作為因變量，通過多元線性回歸建立各區(qū)域的地震人均經(jīng)濟損失評估模型：

lnY=a×M+b×I+c×lnX1+d×lnX2+e×lnX3+f

(3)

式中：Y是地震人均經(jīng)濟損失；M是震級；I是地震極震區(qū)烈度；X1是地區(qū)人均GDP；X2是人均財政收入；X3是農(nóng)民人均純收入；a，b，c，d，e是系數(shù)；f是常數(shù)，取值如表4。

表4 云南地區(qū)地震人均經(jīng)濟損失評估模型的計算參數(shù)

4.3 實例驗證分析

利用評估模型對2010—2016年云南地區(qū)M≥5.0地震進行地震經(jīng)濟損失預(yù)測評估，結(jié)果如表5所示，約70%的地震經(jīng)濟損失快速預(yù)評估值與實際值的偏差在20%以內(nèi)，除個別宏觀震中在邊境地區(qū)或單次地震災(zāi)害較為特殊的地震的人均經(jīng)濟損失評估值與實際值偏差較大外，地震經(jīng)濟損失快速預(yù)評估值與實際值總體較為接近。例如2011年8月9日騰沖5.2級地震，由于同年6月20日該地區(qū)發(fā)生5.2級地震后，災(zāi)區(qū)政府針對危房做了排危修復(fù)，加上震害飽和現(xiàn)象，該次地震直接經(jīng)濟損失較同等級地震偏低。另外，由于大震的震例樣本較少，統(tǒng)計回歸模型評估的結(jié)果偏差較大。

5 討論和結(jié)論

本文利用1992—2016年云南地區(qū)發(fā)生的56次破壞性地震資料，對地震人均經(jīng)濟損失時空特征進行了統(tǒng)計分析，通過分區(qū)，建立云南地區(qū)中強地震人均經(jīng)濟損失快速評估模型，并使用2010—2016年M≥5.0地震，對該模型進行了驗證，主要得出以下結(jié)論：

(1)地震人均經(jīng)濟損失受震級、極震區(qū)烈度、人口密度、地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展水平等因素的影響，其中，地震人均經(jīng)濟損失與震級、極震區(qū)烈度呈指數(shù)增長關(guān)系；隨著經(jīng)濟的發(fā)展，社會財富的積累，地震人均經(jīng)濟損失隨時間呈增長變化。并且，由于云南各州(市)的經(jīng)濟發(fā)展水平和人口分布不同，地震人均經(jīng)濟損失有明顯區(qū)域差異性。

表5 實際經(jīng)濟損失與快速預(yù)評估經(jīng)濟損失對比(以2015年不變價格計)

(2)本文提出的基于震級、極震區(qū)烈度和易于收集的宏觀經(jīng)濟指標(biāo)的經(jīng)濟損失預(yù)評估方法相比傳統(tǒng)易損性分類清單法、現(xiàn)場調(diào)查法、遙感影像識別法等其他地震直接經(jīng)濟損失評估方法，時效性更強，分區(qū)進行評估的結(jié)果與實際現(xiàn)場評估值較為接近，在震后缺少詳細資料的短時間內(nèi)具有一定的參考價值，而在后續(xù)救災(zāi)中則需要更準(zhǔn)確的災(zāi)情評估報告。

(3)由于各地區(qū)不同的地理環(huán)境、房屋抗震性能和各次地震的特殊性導(dǎo)致快速預(yù)評估結(jié)果與實際值存在一定的偏差。針對云南地震災(zāi)害顯著的地域差異，更小尺度的典型區(qū)域研究以及更精細的本地化模型修正方法研究將有助于改善評估結(jié)果的準(zhǔn)確性。