引言

以贵州省罗甸县为例开展地震灾害风险评估研究工作,对该区域开展防震减灾工作具有较大的促进作用。罗甸县地处贵州高原南缘向广西丘陵过渡的斜坡地带上,地质构造复杂,地势北高南低,呈阶梯状下降,地形起伏较大,1875年6月8日曾发生6.5级地震(罗远模等,2009)。该县地质环境条件脆弱,地质灾害频发,且具有突发性,主要以滑坡、崩塌为主,地面塌陷和泥石流次之,潜在地质灾害140多处。

开展地震灾害风险评估和承灾体现场调查,旨在全面准确掌握罗甸县地震风险底数,及时制定整改措施,有效消除或控制风险隐患(Koravos等,2006史培军,2009李曼等,2015),从源头预防和减少突发事件的发生,最大限度保障人民群众生命财产安全与社会和谐稳定,促进地方政府有效推动灾害风险防治工作的开展(Comell,1968Shi等,2006刘毅等,2011申文庄等,2014)。同时,通过对罗甸县开展地震风险评估和隐患排查工作,及时发现问题、解决问题,为贵州地区风险评估和灾害防治工作提供参考与借鉴。

1 数据来源

贵州省罗甸县地震风险评估现场调查组开展风险评估现场调查,采取实地考察、咨询与查阅资料等相结合的调研方法,分别对罗甸县各乡镇民居房屋、道路情况、学校和地震应急避难场地条件、医疗资源、危险源、水库等承灾体进行抽样调查和承灾能力评估。现场调查组分4次赴罗甸县对61个调查点进行现场调查工作,累计调查66人次,主要调查承灾体抗震性能和设防情况,了解当地民风民情、防震避灾意识等,并收集丰富的资料,作为风险评估工作的可靠依据。承灾体调查点分布如图 1,调查点分布统计见表 1


图 1 调查点分布 Fig. 1 Distribution of survey sites of Luodian earthquake disaster victims
表 1 调查点分布统计 Table 1 Distribution statistics of survey sites of Luodian earthquake disaster victims

本文计算房屋建筑破坏和人员死亡等灾害指数时的基础数据采用本次现场调查数据,研究区建筑物易损性矩阵计算均采用2019年贵州沿河4.9级地震数据,并参考川滇地区建筑物易损性矩阵。

2 地震灾害综合程度评估
2.1 地震危险性分析

依据《地震灾害预测及其信息管理系统技术规范》(中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局等,2015)(GB/T 19428-2014)的规定,在区域和近场区地震构造环境评价、地震活动性分析及潜在震源区划分等工作的基础上,采用肖亮等(2011)研究给出的适用于中强地震区(包括长江中游地震统计区、右江地震统计区)的地震动衰减关系,进行地震危险性概率分析计算,得到50年超越概率10%的具有概率意义的地震动影响场估计,并依据计算结果编制地震动参数区划图(图 2)。


图 2 罗甸县50年超越概率10%水平峰值加速度区划图 Fig. 2 Regional map of 10% horizontal peak acceleration with a probability exceeding 10% in 50 years in Luodian
2.2 地震灾害综合程度评估方法

评估罗甸县各乡镇级行政单元地震灾害综合程度时,尽可能充分考虑影响灾害的所有因素(黄崇福,2011),主要包括房屋建筑的破坏、直接经济损失、人员伤亡、生命线系统的破坏、地震地质灾害、危险源等因素(聂高众等,2002),在灾害评估计算中采用图 2对应的烈度图。以乡(镇、街道)为基本评估单元,在此基础上,评估乡镇级行政单元地震灾害程度。

采用地震灾害程度指数评估乡(镇、街道)灾害程度,该指数定义如下:

${Cei}=\sum\limits_{i=1}^{n} K_{i} D_{i} $ (1)

式中,Cei为地震灾害程度指数;Di为影响地震灾害后果的单因素指数,为归一化后的数值,主要包括房屋建筑的破坏、人员伤亡、生命线系统的破坏、地震地质灾害、危险源等方面,也可根据当地特点增加其他地震灾害影响因素(唐丽华等,2013王东明等,2019);Ki为影响因子的权重,可根据地区特点结合经验确定,K1K2K3K4分别为房屋建筑破坏Dhi)、人员死亡DPi)、地震地质灾害Ddi)、水库地震灾害Dsi)所分配的权重,K1+K2+K3+K4=1。

各单因素指数的确定及归一化原则如下:

(1)房屋建筑破坏(Dh)。根据房屋震害程度指数,按不同区间进行赋值,当房屋震害程度指数为0-0.1时,Dh取为1;当房屋震害程度指数为0.1-0.3时,Dh取为2;当房屋震害程度指数为0.3-0.5时,Dh取为4;当房屋震害程度指数为0.5-0.7时,Dh取为7;当房屋震害程度指数≥0.7时,Dh取为10,然后对各预估单元取值进行归一化处理。

(2)人员死亡(DP)。死亡1人及以下取为1,死亡人数为1-10时取为2,死亡人数为10-20时取为4,死亡人数为20-50时取为6,死亡人数为50-300时取为8,死亡人数为300以上时取为10,然后对各预估单元的取值进行归一化处理。

(3)生命线工程震害、地震地质灾害及危险源。可由灾害总数×震害影响系数×烈度影响系数得到,然后对各预估单元的取值进行归一化处理。①地震地质灾害(Dd)根据各单元地震灾害数量、规模及各乡镇预测烈度进行赋值,对于地震地质灾害规模影响系数,巨型取1.0,大型取0.25,中型取0.15,小型取0.07;对于地震地质灾害烈度影响系数,Ⅸ度取1.0,Ⅷ度取0.6,Ⅶ度取0.3,Ⅵ度取0.1。②水库地震灾害(Ds)影响系数主要考虑设防水平,20世纪80年代前建设的水库其烈度影响系数,Ⅸ度取1.0,Ⅷ度取0.6,Ⅶ度取0.3;20世纪80年代后建设的水库其烈度影响系数,Ⅸ度取0.6,Ⅷ度取0.3,Ⅶ度取0.1,对于Ⅵ区,根据贵州省历史震害经验,不考虑水库产生的灾害影响。

乡镇级行政单元地震灾害综合程度指数为该县级行政单元地震危险区内乡(镇、街道)地震灾害程度指数的加权平均值。根据乡(镇、街道)地震灾害程度指数综合确定罗甸县各乡镇级行政单元地震灾害综合程度指数EI

$E I=\sum\limits_{i=1}^{n} C e i_{i} L_{i} $ (2)

式中,Ceii为乡镇级行政单元第i个乡(镇、街道)地震灾害综合程度指数,Li为不同乡(镇、街道)地震灾害程度指数的影响权重,可用不同乡(镇、街道)归一化后的人口经济密度相对大小确定。

根据地震灾害综合程度指数,将罗甸县乡镇行政单元划分为以下级别的灾害区:当0.0<EI≤0.2时,为低地震灾害区;当0.2<EI≤0.4时,为一般地震灾害区;当0.4<EI≤0.6时,为中等地震灾害区;当0.6<EI≤0.8时,为严重地震灾害区;当0.8<EI≤1.0时,为极重地震灾害区。

考虑罗甸县可能发生灾害的生命线工程及危险源主要为房屋破坏及地震地质灾害,因此,在计算各乡镇灾害综合程度指数时,不考虑生命线工程及重要危险源,罗甸县各乡镇地震灾害综合程度指数计算结果见表 2,地震灾害综合程度等级图如图 3所示。

表 2 地震灾害综合程度指数表 Table 2 Index of comprehensive degree of earthquake disasters in each township(town)of Luodian county

图 3 地震灾害综合程度等级图 Fig. 3 Map of the comprehensive degree of earthquake disasters in each township
2.3 减灾能力分析与评估

评估各乡镇级行政单元减灾能力时,综合考虑该行政单元内工程防灾能力、救灾准备能力、应急处置能力及社会支持能力(苏桂武等,2003),用减灾能力指数PI表示。为确定影响乡镇地震应急能力各因素的重要性,并为开展县级地震应急救援能力调查、评估和能力建设对策制定等提供科学依据(Spence等,2008Smith,2013刘等等,2016),本文选用层次分析法建立递阶层次结构,将各乡镇减灾能力评价指标分为两级,包括4个一级指标和23个二级指标,将一、二级指标和一、二级指标中各指标间的相对重要性进行比较,根据专家打分,将关联要素按重要程度以矩阵的形式进行表示,并利用随机一致性检验、一致性指标及一致性比率进行检验,对每个成对比较矩阵计算最大特征根及对应特征向量进行校验。

为确定影响各乡镇减灾能力评价指标的重要性,本研究对贵州地区相关人员进行问卷调查。将调查对象分为4类,包括地震应急专业技术人员、应急管理系统领导、基层地震工作者及应急协同联动成员单位相关领导。共发放问卷56份,其中回收领导层面的有效问卷16份,专业技术人员有效问卷22份,基层工作者有效问卷11份,协同联动成员单位有效问卷7份,回收率为100%。采用MATLAB软件进行计算,将所有样本经初步处理后输入软件中,建立判断矩阵,计算得到整个样本和4类人群样本条件下各指标权重,见表 3

表 3 减灾能力评价指标及权重表 Table 3 Evaluation indicators and weights of disaster reduction capabilities

对各乡镇上报的应急能力数据进行整理,基于应急救援队伍、医疗卫生救援能力和救灾物资储备建设情况,对各乡镇救灾准备能力进行评估,结果见表 4

表 4 减灾能力指数(PI Table 4 Disaster mitigation capacity index (PI) of each town in Luodian
2.4 地震灾害风险评估结果

以乡镇级行政单元为评估单元,用定量化的地震灾害风险系数表示不同行政单元地震灾害风险级别,不同乡镇级行政单元地震灾害风险系数定义如下:

$S R=\frac{E I}{P I} $ (3)

根据地震风险系数SR确定不同县级行政单元地震应急风险级别,当SR>1时,为极高风险区;当0.5<SR≤1时,为高风险区;当0.3<SR≤0.5时,为中等风险区;当0≤SR≤0.3时,为低风险区。各乡镇地震灾害风险系数见表 5,地震灾害风险等级图如图 4所示。

表 5 地震灾害风险指数 Table 5 Earthquake disaster risk coefficients in townships (towns) of Luodian county

图 4 地震灾害风险等级图 Fig. 4 Earthquake disaster risk rating map of Luodian county
3 减轻地震灾害风险建议及应对策略
3.1 地震灾害特点

(1)罗甸县农村抗震能力较差的砌体结构建筑较多,占90%以上,老旧房屋、预制板顶房屋基本改造完成,主要以现浇顶砖混结构房屋为主,房屋普遍无圈梁、构造柱等设防措施,平均楼层较高,一般可认为是多层砌体结构。新农村建设后,新建房屋圈梁、构造柱齐全,抗震能力较好,但数量较少,如果发生5级左右的地震,因房屋破坏造成大规模人员伤亡的可能性较小,但仍有少数居民因生活习惯等因素,未搬进具有良好抗震性能的新建房屋,这是潜在的风险点之一,在贵州省其他地区也有不同程度的体现;如果发生5.5级左右的地震,可能有十数人伤亡;如果发生6.0-6.5级的地震,可能有数十人至数百人死亡。

(2)罗甸县地势北高南低,最高1401m,最低242m,道路通行能力弱,农村居民多居住于山区,地基等基础承载力较差,救援能力弱,持续的强降雨和绵雨期易造成地质灾害,如果发生5级以上的地震,存在发生滑坡等地质灾害的风险,滚石滑落可能造成人员伤亡和经济损失,大部分交通线依山而建或开山而建,受地质灾害的威胁较严重,甚至会堵塞县城通往各乡镇的交通干道,造成救援力量、物资等抵达灾区困难、不及时,加剧人员伤亡和财产损失;如果发生6.0-6.5级的地震,可能造成严重的交通堵塞或交通彻底中断,伤亡更明显。

(3)县内河流属珠江流域红水河水系,流域面积为20km2以上的河流包括红水河、潆河等22条(界河除外),总长482km,年平均径流量17.78亿m3。境内有大小水库10座,存在诱发水库地震的可能。受地形影响,罗甸县每年均受山洪冲击,地震时可能形成堰塞湖,导致次生水灾的发生。同时,次生水灾可能对下游村庄形成强力冲击(王尚彦,2014)。

(4)罗甸县仍有约300人居住于大中型地质灾害滑坡点的山脚下,如果发生5级左右的地震,在降雨等天气情况下可能发生地质滑坡,造成房屋毁坏及数人至数十人的伤亡。

(5)罗甸县生命线工程(交通系统、供排水系统、输油系统、燃气系统、电力系统、通信系统等)在不同程度上受地震及次生灾害的威胁。5.0级地震可能造成一定的交通堵塞和中断现象,6.0级地震可能造成交通基本瘫痪,6.5级地震可能造成的交通瘫痪恢复期为数月。通信基站、电力线路基本位于山上,如果发生6.0级以上地震,通信、电力设施将被毁坏,震后通信和电力将会中断,出现大量信息孤岛和救援孤岛。

(6)罗甸县学校校舍在校舍安全工程中基本进行了改造和加固,中小学学校基本建立了地震应急预案,并定期组织地震演练,但广大师生应对真实地震的能力和经验缺乏,紧急避险能力和应对措施未得到实际检验,如果发生6.0级及以上地震,预制板加固的教学楼和学生宿舍仍有造成人员伤亡的风险。

3.2 减轻地震灾害风险的建议

(1)由调研结果可知,木引乡、红水河镇和边阳镇农村民居中不设防砖混结构房屋比例分别为90.8%、87.4%和86.7%,普遍设计为“一八”墙,无圈梁、构造柱,水泥强度较低,综合抗震能力较差,在2019年贵州沿河4.9级地震中,该类建筑在Ⅵ度区轻微和中度破坏率达70.9%,严重破坏率达8.3%,甚至在场地条件差的情形下造成了个别房屋倒塌。抗震能力较强的框架结构、具备抗震性能的砖混结构房屋多为医院、政府机关部门等公共建筑。建筑物抗震能力差是造成人员伤亡风险较大的主要原因之一。根据地震危险性分析结果,红水河镇潜在烈度为Ⅶ度,建议该镇加大农村危房改造和脱贫攻坚力度,逐步拆除不具抗震性能的房屋,并给予经济和相关帮扶政策的支持(刘军等,2015)。在移民搬迁工程和新农村建设过程中,应加大监管和技术指导力度,提高抗震能力,建设安全、安心、美丽家园。

(2)地质灾害是影响罗甸县地震灾害风险的另一重要影响因素。红水河镇、龙坪镇及边阳镇分别有21个、20个和12个潜在地质灾害点,地震地质灾害影响系数分别为0.372、0.271和0.228,分别有955人、1413人和798人居住在潜在地质灾害点危险区,造成的潜在直接经济损失分别达1568万元、2408万元和1426.5万元。建议政府给予经济和相关帮扶政策支持,并制定有效的移民搬迁工程方案,在统一规划下,逐步将居住在地质灾害点的居民搬出,同时优先搬迁红水河镇贫困居民,并做好安置工作。

(3)罗甸县各乡镇均存在通往乡县的道路较单一、狭窄,易受山体滑坡落石等次生灾害破坏而受损的特点,汛期一旦发生破坏性地震,考虑红水河镇潜在地震烈度达Ⅶ度,该镇将发生道路中断,形成孤岛,地面交通难以使震后救援队伍突进极震区,在交通极易受到地震破坏的山区,应考虑采用空中投放救援力量的方式,并对此进行调查与评估,掌握情况,制定对策。对罗甸县内可降落直升机且距城镇较近的场地进行登记和勘察,在有条件的情况下可在红水河镇建立停机坪,便于震后直升机尽快运送人员和物资。

(4)罗甸县内现有海事卫星、电台、流动通信车等专用应急通信设备的配备和储备均无法满足震后的紧急需求。震后一旦出现通信困难,应首先利用灾区自身的专用应急通信设备与外界保持联系,并尽快抢修通信设施。以乡为单位配备发电机和海事卫星电话(短波无线电台),确保在任何情况下均能保持通信畅通。

(5)对于5.5级左右的地震,应立足本地救援和省内外援并重的原则,建立省内应急处置力量的联动协调机制。一旦发生6级及以上地震,灾区应急处置力量应自行有序按预案展开救援,灾区外应急处置力量按需全力支援,制定应急处置力量接收、调配、指挥预案。预计发生6.5级地震后,外界通往灾区特别是下属各乡镇的道路完全畅通的可能性较小,建议红水河镇和罗悃镇各救援力量和物资储备自有率需高于其他乡镇,达到本地救援能力和物资至少支撑震后10-12h的需求。

4 结语

本文通过概率分析方法对贵州省罗甸县进行分析,开展地震灾害承灾体现场抽样调查,初步构建乡镇级别地震灾害风险和减灾能力指标体系,划分乡镇行政单元级别灾害风险等级,针对地震灾害特点初步提出减轻地震灾害风险的建议。

随着我国自然灾害风险防治工作的进一步推进,自然灾害风险评估的基础研究工作将得到深入开展,乡镇级应急能力指标体系构建、划分及评价体系将得到完善和优化,政府和行业主管部门对灾害风险的掌控和治理能力将得到加强,公共服务水平和社会参与度将得到进一步提升。

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