基于人口公里格網(wǎng)的地震壓埋人員分布 評(píng)估方法的應(yīng)用與評(píng)價(jià)

周中紅 陳文凱 何少林 孫艷萍 李雯

摘要：采用基于人口公里格網(wǎng)的地震壓埋人員分布評(píng)估方法，結(jié)合甘肅省人口公里格網(wǎng)數(shù)據(jù)，以ArcGis軟件為平臺(tái)，對(duì)2013年甘肅岷縣漳縣6.6級(jí)地震進(jìn)行了壓埋人員的分布評(píng)估，并結(jié)合甘肅地區(qū)的人口分布區(qū)域特點(diǎn)及岷縣漳縣6.6級(jí)地震的實(shí)際特點(diǎn)，對(duì)該方法中的參數(shù)進(jìn)行本地化改進(jìn)，并將評(píng)估結(jié)果與實(shí)際分布進(jìn)行比較分析。結(jié)果表明：改進(jìn)后的方法使評(píng)估結(jié)果的適用性有了一定程度的提高，可在震后快速給出震區(qū)人員壓埋分布評(píng)估結(jié)果圖，實(shí)現(xiàn)對(duì)甘肅地區(qū)震后地震壓埋人員評(píng)估輔助決策內(nèi)容的有效補(bǔ)充。

關(guān)鍵詞：壓埋人員;分布評(píng)估;GIS;甘肅地區(qū);岷縣漳縣6.6級(jí)地震

中圖分類號(hào)：P315.94 ??文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ??文章編號(hào)：1000-0666（2019）02-0288-07

0 引言

破壞性地震發(fā)生后，對(duì)于震區(qū)壓埋人員分布的預(yù)估是震后初期救援輔助決策的一項(xiàng)重要內(nèi)容，關(guān)系到壓埋人員的有效救援。汶川地震等應(yīng)急救援表明，科學(xué)合理地調(diào)動(dòng)和配置救援資源是減少地震災(zāi)害生命損失的有效途徑（魏本勇等，2017）。近年來(lái)，陸續(xù)有學(xué)者在震后壓埋人員評(píng)估方面做了相關(guān)的研究，如許建東等（2008）研究了地震發(fā)震時(shí)間與傷亡人數(shù)之間的關(guān)系，提出了地震災(zāi)害中因建筑物倒塌而被壓埋人員的評(píng)估方法;肖東升等（2009）分析了影響地震壓埋人員的主要因素（建筑物的倒塌率、人員在室率等），提出了基于建筑物的倒塌率和人員在室率的壓埋率計(jì)算模型;吳晨等（2011）根據(jù)國(guó)內(nèi)8次地震的人員傷亡統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，得到了基于建筑物倒塌率的壓埋率計(jì)算公式?？傮w來(lái)說(shuō)，有關(guān)震后壓埋人員的估計(jì)和分布評(píng)估的研究比較少，這些方法或是沒(méi)有經(jīng)過(guò)實(shí)際震例的檢驗(yàn)，或是主要集中在震后人員傷亡數(shù)量的評(píng)估上，評(píng)估單元也多到縣（市）一級(jí)，不能有效體現(xiàn)壓埋人員分布的區(qū)域差別及重點(diǎn)區(qū)域的識(shí)別。

目前，甘肅地區(qū)還沒(méi)有關(guān)于地震壓埋人員分布評(píng)估的相關(guān)研究，這不利于在震后初期實(shí)施有效救援。余世舟等（2015）提出的基于人口公里格網(wǎng)的震后人員壓埋分布評(píng)估方法，能反映出不同公里格網(wǎng)單元的可能壓埋人員的分布情況及其在災(zāi)區(qū)內(nèi)的分布差異，可以識(shí)別出壓埋人員重點(diǎn)區(qū)域，有助于地震初期救援力量的調(diào)配，提高救援效率。

本文以2013年7月22日甘肅岷縣漳縣6.6級(jí)地震為例，探討基于人口公里格網(wǎng)的地震壓埋人員分布評(píng)估方法在甘肅地區(qū)破壞性中強(qiáng)地震中的應(yīng)用可行性及本地化改進(jìn)。

1 研究方法簡(jiǎn)介

肖光先（1991）給出的基于烈度和人口密度的震后死亡率評(píng)估方法，已被《地震災(zāi)情應(yīng)急評(píng)估》（BG/T30352—2013）推薦用來(lái)評(píng)估人員死亡率?；谌丝诠锔窬W(wǎng)的地震壓埋人員分布評(píng)估方法在肖光先（1991）方法的基礎(chǔ)上，對(duì)行政區(qū)域按照城市、鄉(xiāng)鎮(zhèn)、農(nóng)村進(jìn)行3級(jí)劃分，引入了行政區(qū)域級(jí)別的調(diào)整系數(shù)（λj1，λj2），改進(jìn)原有公式死亡率計(jì)算結(jié)果偏低的問(wèn)題，并通過(guò)該系數(shù)體現(xiàn)低烈度區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)、農(nóng)村死亡率偏高的實(shí)際特點(diǎn)（余世舟等，2015）;同時(shí)還考慮了其它影響壓埋率的主要因素，如搜救影響、建筑破壞的調(diào)整系數(shù)、抗震設(shè)防影響等。 該方法原理詳見余世舟等（2015）的研究，具體的表達(dá)式如下：

式中：RIj是地震烈度為I的j級(jí)行政單元區(qū)域內(nèi)人員死亡率;ρIj是地震烈度為I的j級(jí)行政區(qū)域的人口密度（表1）;λj1，λj2是j級(jí)行政區(qū)域調(diào)整系數(shù)（表1）;Nb是震區(qū)總壓埋人數(shù);λsr是搜救影響系數(shù)，取值1.1;λB是考慮壓埋原因（主要指建筑破壞）的調(diào)整系數(shù)，取值0.95;λI是地震烈度I的發(fā)震時(shí)間修正系數(shù)（夜晚），令λI（白天）=1，則λI（夜晚）為地震發(fā)生在夜晚的死亡率與發(fā)生在白天的死亡率之比，烈度為Ⅵ，Ⅶ，Ⅷ，Ⅸ，Ⅹ，Ⅺ時(shí)，λI取值分別為17，8，4，2，1.5，1.3;λI0是地震烈度I的抗震設(shè)防影響系數(shù)，表示為：

結(jié)合式（1）及式（2），可直接估算出各公里格網(wǎng)的壓埋人數(shù)及分布，做成圖件后可以直觀地判定出重點(diǎn)壓埋人員區(qū)域，也可以反映出不同公里格網(wǎng)單元的可能壓埋人員的差異。

2 岷縣漳縣6.6級(jí)地震算例

2.1 人員傷亡基本情況

2013年7月22日甘肅省岷縣、漳縣交界發(fā)生6.6級(jí)地震，造成95人死亡，其中定西市岷縣死亡92人，定西市漳縣、隴南市禮縣、隴南市宕昌縣各死亡1人。按烈度區(qū)劃分，Ⅷ度區(qū)死亡82人，

其中房屋倒塌致死70人;Ⅶ度區(qū)死亡11人，其中房屋倒塌致死9人;Ⅵ度區(qū)及以外各死亡1人，均由房屋倒塌所致（石玉成等，2013;張?zhí)K平等，2017），分布見圖1。

2.2 原始參數(shù)評(píng)估結(jié)果

本文基于GIS程序簡(jiǎn)化了評(píng)估算法，流程如圖2所示。計(jì)算過(guò)程各個(gè)參數(shù)的取值說(shuō)明如下。

依據(jù)《統(tǒng)計(jì)上劃分城鄉(xiāng)的規(guī)定》 http：//www.stats.gov.cn/tjsj/tjbz/2006101t20061018-8666.html.對(duì)烈度區(qū)內(nèi)各級(jí)行政區(qū)域進(jìn)行單元?jiǎng)澐?，利用格網(wǎng)單元與鄉(xiāng)鎮(zhèn)行政區(qū)劃面狀數(shù)據(jù)（鄉(xiāng)鎮(zhèn)界）進(jìn)行空間分析，將各個(gè)公里格網(wǎng)單元與3級(jí)行政區(qū)域的劃分相互對(duì)應(yīng)起來(lái)。分析得到，該發(fā)震區(qū)域內(nèi)沒(méi)有城市區(qū)域，但有縣政府駐地。為了體現(xiàn)人員傷亡、壓埋程度的差異性，將經(jīng)濟(jì)條件、建筑條件相對(duì)發(fā)達(dá)的所有縣政府駐地所在地列為城市區(qū)域。

采用表1對(duì)公式（2）進(jìn)行取值，其中AIjρIj用人口公里格網(wǎng)數(shù)據(jù)Ni替換：

通過(guò)在人口公里格網(wǎng)人口屬性表中增加壓埋數(shù)值字段，根據(jù)屬性選擇和字段計(jì)算器功能對(duì)該字段表進(jìn)行賦值操作，賦予各公里格網(wǎng)壓埋人數(shù)，ArcMap中成圖后按顏色梯度表示單元格網(wǎng)內(nèi)可能壓埋人員數(shù)量，壓埋人員集中的區(qū)域，即為壓埋重點(diǎn)區(qū)域。計(jì)算過(guò)程與結(jié)果如表2、圖3所示。

從圖3可以較為明顯地看出壓埋人員重點(diǎn)分布在Ⅷ度區(qū)、Ⅶ度區(qū)及Ⅵ度區(qū)的部分區(qū)域。

通常通過(guò)自救互救而脫險(xiǎn)的壓埋人員，對(duì)應(yīng)急救援需求的影響不大，因此暫不考慮這部分壓埋人員，本文所研究的壓埋人員指被救援隊(duì)成功搜救出的人員。汶川地震和唐山地震中被成功救出的人數(shù)與實(shí)際死亡和失蹤人數(shù)的比值為1.1，參考該比值且由于地震救援主要針對(duì)建筑破壞造成的壓埋人員（余世舟等，2015，楊明儒，2014），故按照此方法，在岷縣漳縣地震中實(shí)際壓埋人員分布為：Ⅷ度區(qū)77人，Ⅶ度區(qū)10人，Ⅵ度區(qū)及以外2人（壓埋人數(shù)=房屋倒塌造成的死亡人數(shù)×搜救影響系數(shù)）。

通過(guò)與實(shí)際情況對(duì)比，發(fā)現(xiàn)該計(jì)算結(jié)果存在一定的不足，主要表現(xiàn)在：一是采用各個(gè)參數(shù)的原始取值的評(píng)估結(jié)果，雖然在總量上與實(shí)際結(jié)果接近，但在各個(gè)烈度區(qū)的分布與實(shí)際有較大的差異（圖4），其中Ⅵ～Ⅶ度烈度區(qū)內(nèi)的壓埋人員實(shí) 際結(jié)果是Ⅵ度區(qū)1人、Ⅶ度區(qū)10人，占實(shí)際總壓埋人數(shù)的12.4%。而使用原始參數(shù)值計(jì)算壓埋人員結(jié)果是Ⅵ度區(qū)20人、Ⅶ度區(qū)27人，占計(jì)算總壓埋人數(shù)的44.34%。這個(gè)評(píng)估結(jié)果很有可能會(huì)導(dǎo)致震后救援力量的部署安排不合理，影響及時(shí)有效的人員搜救。二是在Ⅷ度區(qū)內(nèi)，城市區(qū)域的萬(wàn)人死亡數(shù)最高，達(dá)9.467人/萬(wàn)人，而Ⅷ度區(qū)內(nèi)實(shí)際死亡人員均分布在鄉(xiāng)鎮(zhèn)及農(nóng)村（岷縣縣政府駐地岷陽(yáng)鎮(zhèn)在Ⅷ度區(qū)無(wú)人員死亡），一般若不是城市直下型的地震，城市的人員死亡率相對(duì)于鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)村來(lái)說(shuō)是較低的。因此，針對(duì)此類中強(qiáng)地震，采用原始參數(shù)取值計(jì)算而得到壓埋評(píng)估結(jié)果存在一定的不合理性，需要考慮改進(jìn)。

2.3 改進(jìn)參數(shù)值評(píng)估結(jié)果

就本文算例引用的具體參數(shù)，行政區(qū)域調(diào)整系數(shù)（λj1，λj2）、人口密度ρIj、建筑系數(shù)λB、抗震設(shè)防影級(jí)λI0參數(shù)對(duì)計(jì)算結(jié)果均有影響且影響作用各不同，故可根據(jù)區(qū)域的實(shí)際狀況對(duì)這幾個(gè)參數(shù)做本地化的改進(jìn)與調(diào)整。

①人口密度ρIj調(diào)整。甘肅地區(qū)人口密度地域分布差異明顯，如圖5所示：從河西走廊的不足1人/km2到中東部的1萬(wàn)人/km2以上，城市、鄉(xiāng)鎮(zhèn)、農(nóng)村行政單元的人口密度也差別明顯，因此，考慮本地區(qū)的人口密度特點(diǎn)進(jìn)行取值，對(duì)于不同烈度區(qū)的各級(jí)行政區(qū)域的人口密度，本文采用了該級(jí)區(qū)域的人口密度均值代替原始取值ρIj。

②行政區(qū)域系數(shù)（λj1，λj2）調(diào)整。這2個(gè)系數(shù)沒(méi)有具體的物理含義，但從地震風(fēng)險(xiǎn)的3個(gè)方面（地震中人員的暴露程度、地震的危險(xiǎn)性、承災(zāi)體脆弱性）來(lái)看，此系數(shù)可以在一定程度上體現(xiàn)不同行政區(qū)域地震危險(xiǎn)性及承災(zāi)體脆弱性的程度;從系數(shù)的原始取值上來(lái)看，也是旨在體現(xiàn)相同烈度區(qū)內(nèi)，城市區(qū)域的破壞程度相對(duì)低、人員傷亡低于鄉(xiāng)鎮(zhèn)，即人員傷亡率低。通過(guò)分析該系數(shù)的變化與影響人員傷亡率的趨勢(shì)，結(jié)合岷縣漳縣地震中不同烈度區(qū)的人員傷亡、死亡率的調(diào)研結(jié)果（石玉成等，2013;張?zhí)K平等，2017），本文對(duì)這2個(gè)系數(shù)做了相應(yīng)的調(diào)整，不同烈度區(qū)使用不同的行政區(qū)域系數(shù)，具體如表3所示?③建筑系數(shù)λB調(diào)整。依據(jù)對(duì)岷縣漳縣地震各個(gè)烈度區(qū)死亡人數(shù)和死亡原因的調(diào)查結(jié)果（張?zhí)K平等，2017），取λBⅧ=0.85，λBⅦ=0.82。

④抗震設(shè)防影響系數(shù)λI0調(diào)整。在式（2）中引入此參數(shù)的目的是體現(xiàn)抗震設(shè)防要求的區(qū)域差異，對(duì)式（1）的人員傷亡結(jié)果進(jìn)行調(diào)整（余世舟等，2015）。筆者認(rèn)為經(jīng)過(guò)對(duì)行政區(qū)域系數(shù)（λJ1，λJ2）調(diào)整已經(jīng)體現(xiàn)，故暫取值λI0=1。

經(jīng)過(guò)對(duì)參數(shù)值的本地化改進(jìn)，對(duì)評(píng)估結(jié)果重新計(jì)算，結(jié)果如圖6所示。從圖6a可以看出，不同烈度區(qū)的死亡率有較大差異，死亡率隨烈度的衰減降低明顯;相同烈度區(qū)內(nèi)鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域的死亡率最高（Ⅷ度區(qū)除外），城市次之，農(nóng)村最低，基本符合一般規(guī)律，與實(shí)際調(diào)查的結(jié)果也較為相符。

從圖7可以看出，改進(jìn)參數(shù)取值后的評(píng)估結(jié)果較原始參數(shù)取值在合理性上有了一定的提高：Ⅷ度區(qū)的壓埋人員重點(diǎn)集中在梅川鎮(zhèn)、茶埠鎮(zhèn)、中寨鎮(zhèn)、西江鎮(zhèn)、禾馱鄉(xiāng);Ⅶ度區(qū)的壓埋人員相對(duì)集中在蒲麻鎮(zhèn)、閭井鎮(zhèn)、西寨鎮(zhèn)、中寨鎮(zhèn)、十里鎮(zhèn)、哈達(dá)鋪鎮(zhèn)、申都鄉(xiāng)等;Ⅵ度區(qū)基本無(wú)壓埋人員分布，這與實(shí)際情況基本吻合。

3 結(jié)論

本文引用基于人口公里格網(wǎng)的地震壓埋人員分布評(píng)估公式，結(jié)合岷縣漳縣6.6級(jí)地震震例的實(shí)際災(zāi)情及人口公里格網(wǎng)數(shù)據(jù)，驗(yàn)證了該公式在甘肅地區(qū)破壞性中強(qiáng)地震中的可用性，同時(shí)，結(jié)合甘肅地區(qū)的人口分布區(qū)域特點(diǎn)及岷縣漳縣地震的實(shí)際震例特點(diǎn)，對(duì)公式中的參數(shù)取值做了一些本地化的改進(jìn)，提高了其適用性，使評(píng)估結(jié)果的合理性與準(zhǔn)確度有了一定程度的提高。同時(shí)，基于GIS程序化算法，可以在震后快速給出壓埋分布的評(píng)估結(jié)果。

由于歷史震例的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)所限，本文只采用了數(shù)據(jù)較為完備的岷縣漳縣6.6級(jí)地震震例，由此給出的參數(shù)取值可能會(huì)有所局限;但是該地震對(duì)于甘肅地區(qū)來(lái)說(shuō)，無(wú)論是地理環(huán)境、震區(qū)建筑特征，還是人口分布方面，均有一定的代表性。若是地震發(fā)生在相似的區(qū)域，震中烈度不超過(guò)Ⅸ度，經(jīng)過(guò)本地化的評(píng)估公式還是有一定的合理性及適用性，可以用于震后的壓埋人員分布評(píng)估，這對(duì)于甘肅省破壞性中強(qiáng)地震的震后初期應(yīng)急救援力量的部署有較大的輔助決策意義。隨著震例的不斷豐富，人口和建筑等相關(guān)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的陸續(xù)完備與準(zhǔn)確獲取，將對(duì)該結(jié)果進(jìn)行更進(jìn)一步的完善，以便更好地為震后的應(yīng)急救援輔助決策提供服務(wù)。

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