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青海省农居地震灾害易损性研究
青海省农居地震灾害易损性研究
邱舒睿* 高惠瑛
(中国海洋大学土木工程系,青岛 266000)
 [收稿日期]: 2015-06-11
摘要

青海省靠近我国南北地震带,是一个地震频发的省份,而农居相对于城市建筑的抗震性能而言较为薄弱,也是造成地震损失的重要因素。本文通过对青海省的地理状况、历史震灾情况、农居建筑结构等进行研究,总结出青海省各结构类型农居震灾破坏率,评估乡级空间尺度的农居震灾易损性并分级,最后简单分析造成易损性较高的因素并提出建议。

关键词:农居  易损性  地震  青海  抗震性能


引言

地震是一种容易造成众多人员伤亡和巨大经济损失的自然灾害,而据历史资料统计地震时房屋倒塌是引发大面积人员伤亡的重要原因。近年来,我国地震频发,统计显示这些地震大多发生于农村地区(王瑛等,2004;2005),与城市相比,农村的经济条件较为落后,农村住房缺少专门的抗震方面的设计,在建设上一般也不能达到规范要求,从而造成农居的抗震性能远低于城市水平。但是我国有一半以上的人口居住在农村,因此研究农村住房的震灾脆弱性,加强农居的抗震性能具有较强的现实意义。

青海省是我国西北部占地面积较广的大省,共辖5个藏族自治州和蒙古族自治州等8个市、地、州,共计48个县、民族自治县和县级市。青海省靠近我国南北地震带,地震频发。从地质学方面来看,青海由印度板块、亚洲板块和西藏板块构成,板块间的运动易引发地震活动。据国家地震科学数据共享中心统计资料显示,2000—2014年青海省发生5级以上地震共计69次,其中6级以上地震共计9次,青海省玉树县在2010年4月14日发生了7.1级大地震,最高烈度达到9度,影响范围超过3万km2,包括4000m2的重灾区以及1000m2的极度重灾区,造成2600多人死亡、25万群众受灾和600多亿直接经济损失(朴永军,2013)。

随着社会经济的不断发展,对房屋的抗震设防要求有所提高,农居达到设防要求的房屋比例也逐步提高,但旧式民宅的数量依旧较多,土木类结构等特征明显的农居还占有较大比例。研究青海省农村主要的房屋结构类型的比例及数量,结合当地的地理环境等客观因素,对该地区改善防震抗灾能力和未来震后的房屋破坏程度评估等方面都有一定的指导意义。

1 农居地震灾害易损性

易损性是指事物容易受到伤害或损伤的程度,反映特定条件下事物的脆弱性。承灾体易损性反映承灾体对自然灾害的承受能力(蒋勇军等,2001)。关于灾害学中承灾体的易损性研究,美洲灾害风险管理指标体系将暴露性、敏感性、恢复力等三个方面归为灾害易损性研究的主要内容(IDEA,2005)。UNDP(United Nations Development Programme)认为,承灾体易损性是“由自然、社会、经济和环境因素而导致的能够影响人群受害可能性和受害程度的状况和过程”(UNDP,2004)。中国学者葛全胜等(2008)则认为:“承灾体在面对潜在的灾害危险时,由于自然、社会、经济和环境等因素的作用,所表现出来的物理暴露性、应对外部打击的固有敏感性及与承灾体相伴生的人类防抗风险的能力。”。综合上述观点,本文认为对承灾体灾害易损性的评估通常包括物理暴露量评估、灾损敏感性评估、应灾能力评估三个方面。

国内外学者已经对房屋震灾易损性做了很多研究,为今后的研究提供了许多方法和经验,如风险损失的计算、模拟模型以及社会调查等。Okada等(2000)研究了基于地震烈度和损失率之间的相互关系,提出了不同结构房屋的易损性函数。王瑛(2004)根据地震区划等参数构建了中国农村房屋结构承灾体脆弱性模型,并以云南省为例,模拟了灾害损失情况。

针对农村居民房屋,引起其震灾易损性的因素主要包括以下三个方面:第一,农居易损性的自然因素,主要指农居所处地理位置的震灾发生可能性等自然条件,烈度越大,则农居损坏可能越大。第二,农居易损性的物理因素,指农居的建筑材料、建筑结构、老旧程度及抗震设防状况等。第三,农居易损性的社会因素,指当地居民对抗震的重视程度和防范意识、当地政府作用以及当地经济状况等。

以上三方面的因素相互影响,通过农居数量、农居灾损敏感性和应灾能力三个方面,共同作用于农居震灾的易损性(聂承静等,2012;刘欢等,2012)。本文重点对不同地震风险等级下的房屋暴露数量和灾损敏感性进行了分析。由于缺乏农村地区详实的社会经济数据,没有做关于区域应灾能力的评估。

2 青海省乡级尺度的农居易损性评估
2.1 青海省乡级尺度房屋数量

考察房屋数量主要是统计在各种烈度下的不同结构类型的农居建筑面积(高晓路等,2012)。根据青海省农居结构地震易损性分类,青海农村房屋结构划分为钢混结构、砖混结构、砖木结构、土木结构、木、石等6个基本结构类型。

本文的数据主要来自于青海省地震局为全国农居抗震项目调查的数据。在搜集和整理农居抗震项目的有关房屋结构比例的数据项、青海省统计年鉴的人口和家庭户数数据项、第六次人口普查的人口和住房等数据,利用空间尺度收缩模型对数据不全和空间精度不足的地区进行插补而形成的。

表2为截取的青海省乡镇农居结构面积比数据记录。

表1 青海省乡镇农居结构面积比部分数据 Table 1 Structural area ratio of rural dwelling in Qinghai
2.2 青海省地震危险性区划

根据《中华人民共和国防震减灾法》制订的《中国地震动参数区划图》(GB 18306-2015)于2015年发布,附表给出了我国各乡镇一般(中硬)场地在50年内地震超越概率10%的地震动峰值加速度值。中国地震动参数区划图是国家经济建设和国土利用规划的基础资料,也是各地区抗震设防的基本依据。按照该国家标准地震动峰值加速度分区与地震基本烈度相互对应,分为五个烈度区(表2)。本文根据青海省乡镇地震动峰值加速度列表,结合历史地震的大小、发生位置和影响范围,划分了乡级尺度的地震动峰值加速度(图1)。

图 1 青海省乡级尺度地震动峰值加速度区划图 Fig. 1Seismic ground motion parameter zonation map of Qinghai in township scale
表2 地震动峰值加速度分区与地震基本烈度对照表(GB/T 17742-2008) Table 2 Comparison of dynamic peak acceleration zone and earthquake basic intensity
2.3 各乡级行政单位农居抗震性能

房屋抗震性能主要影响因素有房屋的结构类型、抗震设防措施、建筑年代等。青海省按要求进行抗震设防的农村住房不多,在研究中略去了这方面的考察,而从乡级层次对农居进行研究时建筑年代的差别度不大,因此本文主要就房屋的结构类型进行抗震性能的研究。

通过收集现场考察的震害资料(秦松涛等,2010;都昌庭等,2006;中国地震局震灾应急救援司,2010),并结合朴永军(2013)“云南省青海省房屋地震易损性研究”中的不同结构类型破坏状态比率,得到了基于烈度的青海省农居各类结构不同烈度下各状态的概率。

以土木结构为例,图2(a)为“云南省青海省房屋地震易损性研究”(朴永军,2013)中的土木结构不同烈度破坏状态比率,通过与青海省历史震害数据的比较分析做出调整,得到了青海省土木结构不同烈度下的房屋破坏比,如图2(b)所示。由此还可得到6种结构类型不同烈度破坏状态比率,具体如表3所示。

图 2 土木结构不同烈度各破坏状态概率曲线 Fig. 2Probability curves of different intensity of civil structures
表3 青海省不同烈度下各结构类型的破坏状态比率 Table 3 Building damage ratio of seismic-disaster in Qinghai

以钢混结构为例:

Aj=(1-∑5m=1amj×φm)×100%
(1)

式中,j为烈度;m为结构状态;φ为抗震指数;A为钢混结构的房屋破坏率。

综合各种结构类型不同烈度下的易损性指数以及房屋在各种破坏程度下的抗震指数,可以得到最终的各结构不同烈度房屋破坏率,具体如表4所示。

表4 青海省不同烈度下各结构类型的房屋破坏率 Table 4 Building earthquake damage ratio of seismic disaster in Qinghai
2.4 农居易损性评估

结合各烈度区的农居数量和不同烈度下各结构房屋的破坏率,对不同烈度条件下的各乡镇农村房屋损失情况进行估计。综合考虑破坏农居面积和密度的差异,同时计算各个乡级行政单元内的房屋破坏比例Rk和第k个县的房屋破坏总量Tk

Rk=∑5j=1Bkj6i=1Aki×γij
(2)

式中,Aki为第k个县的第i种结构类型的比例;Bkj为第k个县位于基本烈度j下的面积比例;γij为第i种结构与基本烈度j对应的房屋破坏率。
Tk=Rk×Hk
(3)

式中,Tk为第k个县的房屋破坏总量;Hk为该县的房屋总数。

运用标准差法对破坏比例数据进行级别划分,标准差法具有各等级样本的离散程度在设定的标准差范围内意义明确的特点,可以较好地描述各乡镇的农居易损性程度。

根据农居破坏面积来看,青海东北部大通县的宝库乡,互助县的巴扎藏族乡和加定镇,湟中县的上五庄镇以及海晏县的三角城镇农居破坏面积均在35万平方米以上。而从农居破坏比例的图上分析,比例较高的地区主要包括治多县的治渠乡、多彩乡,曲麻莱县的叶格乡、约改镇,玛多县的花石峡镇,大柴旦行政委员会的大柴旦镇,玛沁县的大武乡、下大武乡、雪山乡、东倾沟乡、大武镇,甘德县的下贡麻乡、柯曲镇,达日县的特合土乡、建设乡、吉迈镇、桑日麻乡、莫坝乡,河南县的多松乡、柯生乡,祁连县的央隆乡、野牛沟乡、扎麻什乡、八宝镇、阿柔乡、峨堡镇。西北部仅茫崖行政委员会茫崖镇地区破坏比例较高。

从图3和图4中还可以看出,农居破坏面积和破坏比例分布有一定关联但仍存在差异性。例如某一乡镇若按农居破坏面积来划分易损性等级,属于易损性高的地区;若按破坏比例划分,则属于中等地区。仅根据破坏面积或者破坏比例一项指标来评估地区农居震灾易损性不够全面,因此,采用因子分析的方法将两个指标综合起来,形成综合破坏指标,并按照标准差法以一个标准差为间隔进行易损性等级的划分,可得到青海省乡级尺度农居震灾易损性等级分布,如图5所示。并对不同易损性等级下的乡镇农居破坏情况进行统计,如表5所示。

图 3 青海省各乡镇农居破坏比例 Fig. 3Building damage ratio of seismic disaster in each township
图 4 青海省各乡镇农居破坏面积 Fig. 4Building damage area of seismic disaster in each township
表5 农村房屋易损性等级的统计 Table 5 Statistics by five housing vulnerability levels
图 5 青海省各乡镇农居震灾易损性等级分布 Fig. 5Distributions of townships in Qinghai by five housing vulnerability level
2.5 影响农居震灾易损性的因素及对策

造成区域农村住房震灾易损性的原因多种多样,根据已收集数据分析,影响青海省农村住房易损性的因素主要有人口集中程度、房屋结构和地震烈度。

比较图1、图5和图6可以发现,地震动加速度越大,地震烈度越高,而农居建筑面积较大的地区,人口也较为集中,这些地区的农居震灾易损性程度也越大。例如,青海东北部与甘肃省接壤区域的烈度较高,人口聚集度亦较大,从图中可以看出这些地区大多处于易损性程度高和较高的范围。

图 6 青海各乡镇农居总数的分布 Fig. 6Distribution of rural houses by counties in Qinghai

统计分析易损性程度较高的乡镇房屋结构面积比,其中土木结构所占的比例较高,而土木结构相比于砖混、钢混等结构抗震性能较差,因此在一定程度上造成了农居易损性程度的加深。

对于高烈度区的乡镇要加强防震抗灾的基础建设,增强群众的抗灾自我救助意识和能力,合理进行城镇规划,尽量少建设重要建筑,对于处于不利地理位置的村,如容易发生滑坡等灾害的山区村落,可考虑搬迁等措施。

对于人口较为集中,农居易损性又较高的地区如湟中县等乡镇,要重点做好防灾教育,大力提高人们的避灾意识,减少震害发生时的人员伤亡损失。而房屋结构抗震性能较差造成的易损性较高地区,在综合考虑经济条件的基础上,积极改善乡镇建设,减少土木、木结构等不利于抗震的房屋结构类型的比例。

3 结论

本文通过对青海省的地理状况、历史震灾情况、农居建筑结构的研究,总结出了青海省各结构类型农居震灾破坏率,并对乡级空间尺度的农居震灾易损性进行评估和分级,统计分析结果表明青海省农村住宅的地震安全性不高,其中有近20%的乡镇处于震灾易损性很高和较高的范围中,这些乡镇大多集中于青海省的东北部地区,其中玛沁县、达日县、祁连县、贵德县、湟中县等易损性等级均较高。而造成青海省农村住房震灾易损性较高的原因从分析结果来看,地震烈度越高,人口越集中的地区,农居震灾易损性程度也越大。另外,房屋的结构类型对易损性影响也较大,土木结构占比越高的乡镇农居的易损性也越高。为了改善青海省农居的地震安全性,建议在今后的发展中进一步加强防震减灾的基础建设,提高民众防灾意识,改善农居结构类型比例,全面提高农居的抗震水平。

参考文献
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The Research of Rural Dwelling’s Seismic Vulnerability in Qinghai
Qiu Shurui* and Gao Huiying
(Department of Civil Engineering, Ocean University of China, Qingdao 266000, China)
Abstract

Qinghai Province is located on the North-South seismic belt in China. It is an earthquake-prone province, and compared with the buildings in city, the poor rural dwelling’s ability of anti-seismic is an important factor causes the earthquake loss. This article studied the geography situation, historical earthquake damage and the structures of rural dwelling in Qinghai to summarize probabilities of building damage by structures and give the evaluation and classification of rural dwelling’s seismic vulnerability in township spatial scale. Finally, the causes of seismic vulnerability had been analyzed and some suggestions had been put forward.



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青海省农居地震灾害易损性研究
邱舒睿* 高惠瑛
《震灾防御技术》, DOI:10.11899/zzfy20150415