地震灾害损失评估方法及其应用研究

林季桦,林永峻,谭义绩,方丹辉

(1.台湾师范大学 地理研究所，台湾 台北 10610；2.台湾大学 气候天气灾害研究中心，台湾 台北 10617；3.武汉理工大学 中国应急管理研究中心，湖北 武汉 430070)

地震灾害损失评估方法及其应用研究

林季桦1,2,林永峻2,谭义绩2,方丹辉3

(1.台湾师范大学 地理研究所，台湾 台北 10610；2.台湾大学 气候天气灾害研究中心，台湾 台北 10617；3.武汉理工大学 中国应急管理研究中心，湖北 武汉 430070)

新北市位处台湾北部，处于环太平洋地震带上，极易遭受地震灾害威胁。1986年11月15日花莲地震造成新北市华阳市场倒塌，而后1999年9月21日南投县集集地震导致新北市新庄区博士的家及龙阁小区两处大楼倒塌,全台湾房屋全倒、半倒各50 000多栋。为掌握地震潜在危险程度与可能引致的灾损，利用台湾地震损失评估系统(TELES)进行情境模拟分析，以期能有效评估地震潜在的危险程度与可能引致的灾害损失，如地表振动强度、土壤发生液化的可能性、建筑物倒塌、人员伤亡、桥梁损害，以及防救灾资源需求等，评估结果可作为防灾提前部署、减灾、整备规划的参考。

台湾地震损失评估系统(TELES)；地震；灾损;评估

台湾位处环太平洋地震带，地震发生频繁，并且常有强烈的地震发生，郑世楠等[1]定义重大地震灾害为10人或10人以上死亡的事件。依上述定义，1904年至2016年在台湾发生的重大地震灾害如表1所示，共计19次。其中在南部计有9次，次数最多，最近一次地震为2016年2月6日美浓地震，造成117人死亡、551人受伤，台南永康区维冠金龙大楼倒塌。然后依次为东部5次，中部3次，北部2次。其中中部南投县集集地震为20世纪台湾岛内规模最大的地震，车笼埔断层活动，错动长达80 km，南投县与台中市处主震央区域，故受灾最为严重，苗栗县、台中市、彰化县与云林县亦有严重灾情，远离震央的台北市及新北市也传出严重灾情，如台北市东星大楼、新北市博士的家与龙阁小区倒塌，全台湾地区总计2 415人死亡，房屋全倒51 711栋。

近年来，台湾北部都会区虽甚少发生重大地震灾害，倘若一旦于都会区附近发生大规模震灾，将严重冲击社会经济，以新北市而言，其辖区幅员辽阔、人口密度位居全台最高，且辖内有一活动层山脚断层。因此，笔者利用台湾地震损失评估系统(Taiwan earthquake loss estimation system, TELES)，以新北市为例，推估可能的灾损包括：峰值加速度、土壤液化、桥梁损坏、建筑物损坏、人员伤亡、临时避难所、震后火灾与救灾资源等。

1 新北市历史地震

地震发生时，各地区的烈度皆不同，影响各地烈度的因素很多，除了地震规模外，震央位置、深度与各地地质情况等也是重要的因子。

新北市辖区地形广大复杂且人口密度甚高，依2016年12月统计数据显示其为全台人口密度最高之县市：人口密度为1 939人/km2，总人口数约400万人，辖内有一山脚断层由金山至新庄贯穿呈北东-南西走向，总计约74 km，可分为3段：北段由北投向北延伸至新北市金山，长约21 km；南段自新北市树林向北延伸至台北市北投区，长约13 km；海域至少尚有40 km的断层破裂，山脚断层分布如图1所示。

1.1 1986年花莲地震

1986年11月15日凌晨5时20分花莲县发生里氏规模6.8级的强烈灾害地震，震央位于东经121.80°及北纬24.00°的花莲东方约20 km海底处，震源深度15.0 km，该地震在花莲、宜兰、台北县市造成许多灾情，包括公路及铁路交通中断、地层下陷及停电等灾情。其中，台北市复兴南路裕台大楼倾斜，连续壁破裂。伤亡最严重的建筑物是位于台北县中和市员山路的华阳市场。

表1 台湾1904—2016年重大地震灾害一览表

注：数据主要源于文献[1]

图1 山脚断层分布

华阳市场原为三层多柱少墙钢筋混凝土的市场建筑物，由于2、3层改为住家后砌筑许多砖造外墙与隔间墙，使得建筑物成为上刚下软的结构，加上过大的超载，在此次地震袭击下，一、二楼大部分的支柱折断，仅剩楼板，形成“三明治”型的破坏，造成12人死亡。

1.2 1999年集集地震

1999年9月21日凌晨1时47分，因车笼埔断层的错动，台湾发生里氏规模7.3级大地震，震央位于北纬23.85°、东经120.82°的南投县集集镇，震源深度8.0 km，全台共有2 400余人死亡、10 000多人受伤，房屋全倒、半倒各50 000多栋。

单就距离而言，台北县应不至于有太多灾情，然震后调查显示台北县多处发生房屋倒塌或倾斜、瓦斯漏气、车祸救护、火灾、电梯受困等灾情，尤以新庄市中荣街龙阁小区及民安路博士的家两处大楼倒塌情形最为严重，其严重的程度仅次于邻近震央的区域。

2 台湾地震损失评估系统(TELES)

台湾地震工程研究中心鉴于工业化与都市化的影响，经济与科技愈趋发达的地区，其各项工程建设越多，人口分布越集中，一旦发生地震将可能导致严重后果。因此，其整合台湾地区本土化数据和分析模式与参数，研发地震损失及风险评估软件“台湾地震损失评估系统”(Taiwan earthquake loss estimation system, TELES)，评估项目包含地震灾害潜势、工程结构物的损害、地震引致的二次灾害、社会经济损失与其空间分布情况。TELES分析流程与架构如图2所示，以村里为单位进行推估分析，该模式并以1999年集集地震后实际调查的避难统计资料加以校验。

图2 TELES分析流程与架构

笔者主要针对研究区的峰值加速度、土壤液化、桥梁损坏、建筑物损坏、人员伤亡、临时避难所、震后火灾与救灾资源等方面进行模拟分析。

3 地震情境模拟结果

情境设定首先采用1909年4月15日清晨3时许的历史地震，震央位于新北市中和区，里氏规模7.3级，但因地震深度为80.0 km，属中层地震(70～300 km)，经TELES评估结果表明，其影响较小。因此，笔者假设震源深度与1999年9月21日集集地震相同，即震源深度为8.0 km的情境，而震央与里氏规模则设定与1909年的历史地震相同。震源参数如表2所示。

表2 震源参数

3.1 烈度

根据设定状况下的推估结果，新北市最大地表加速度可达555.7 cm/s2，最大烈度为IX度。以中和区、永和区、新店区、板桥区、土城区、三重区、新庄区、树林区、泰山区、五股区、芦洲区、三峡区、深坑区、汐止区、莺歌区、林口区、淡水区、八里区、石碇区、乌来区等20区最为剧烈，烈度在IX度以上，具体如表3与图3所示。

3.2 土壤液化

TELES搜集各单位的工程地质钻探研究成果资料，分析各地土壤液化的敏感度，建立土壤液化敏感类别，分为非常高、高、中、低、非常低与无6个等级[2]。表4所示为土壤液化推估表和沉陷量图，由表4可看出液化可能性较高的地区分布于三重区、芦洲区、新庄区、板桥区、中和区、淡水区及五股部分地区。另外，三重区与新庄区的土壤液化沉陷量最大，为52.00 cm，其次为板桥区与中和区，沉陷量为50.22 cm。这些区域多位于河川冲积区。

表3 最大地表加速度与烈度表

图3 最大地表加速度图

表4 土壤液化推估表

3.3 建筑物损害评估

建筑物统计资料系以2013年新北市房屋税籍资料所推得，在情境假设模拟断层错动下造成地表震动与土层破坏等所致的建筑物损害状态。表5和图4所示分别为建筑物全倒半倒栋数推估表和分布图，其中，低楼层为1～3楼、中楼层为4～7楼，高楼层为8楼以上。由表5可知建筑物总损坏计14 276栋，最严重的区域为板桥区(2 716栋)，其次为中和区(2 000栋)、三重区(1 917栋)及新庄区(1 729栋)。这些区域建筑物倒塌数量多的原因为建筑物多且老旧建筑物多(1999年前所建)。在1999年集集地震之后台湾建筑物因建筑法规修订，耐震强度有所增加。

3.4 人员伤亡评估

依据TELES模拟推估，人员伤亡可分为日间伤亡、夜间伤亡及通勤时段伤亡，分3种时段进行分析,日间时段：上午8时至下午5时；夜间时段：晚上8时至早上6时；通勤时段：上午6时至8时和下午5时至8时。

表5 建筑物全倒半倒栋数推估表 栋

图4 建筑物全倒半倒分布图

伤亡程度可分为4级。第一级(轻伤)：仅需基本治疗，不需住院。第二级(中伤)：需较多的医疗手续且需住院，但无生命危险。第三级(重伤)：若无适当且迅速的医疗将立即有生命危险。第四级(死亡)：立即死亡。总伤亡为重伤加死亡。

该情境假设清晨3时许的历史地震，因此模拟推估时段择定为夜间时段即晚上8时至早上6时，表6和图5所示分别为伤亡人数推估表和人员伤亡灾损推估分布图，可以看出伤亡集中于板桥区、中和区、三重区与新庄区一带，轻伤计有5 138人、中等伤害需住院者1 815人、重伤且有生命危险1 123人、立即死亡则有792人，总伤亡共计1 915人。其中，以板桥区伤亡为最严重，共计345人，其次为中和区306人及三重区299人。

表6 伤亡人数推估表 人

图5 人员伤亡灾损推估分布图

3.5 桥梁损坏评估

TELES目前采用易损性曲线的概念进行公路桥梁的损害推估，易损性曲线指在不同最大地表运动下，桥梁产生不同损害状况的机率值，而损坏程度可概分为无、轻微损坏、中度损坏、严重损坏、完全损坏5级，损坏程度说明如表7所示。

表7 桥梁损坏程度说明一览表

依据模拟评估结果，新北市辖内共有83处桥梁受损(如表8所示)，以中和区、板桥与汐止地区受损为最严重(如图6所示)。由于该桥梁为主要交通要道，可联络至其他行政区域，若桥梁受损会导致交通阻断，亦会影响路人安全性，甚至造成救灾或支持行动上的困难。

表8 桥梁损坏推估表

注：括号内为受损处数

图6 桥梁受损位置图

3.6 震后火灾与消防资源

由以往大规模地震的震灾经验，地震发生后，可能因物品掉落、瓦斯外泄、工厂化学物品引发爆炸或电线走火等状况而导致发生震后火灾，假如无法实时供给足够的消防用水，就无法立即减缓火势或火势延烧区域扩大，将造成极大的人员伤亡及经济损失。

依据模拟结果可知，板桥区(35起)震后火灾最为严重，其次为新庄区(31起)、三重区(28起)及中和区(25起)等行政区域，且依据震后火灾总数推估可能需求的消防用水量及可能需出勤的消防队次数(车组数)，可分析检讨区内的救灾资源是否足够，具体如表9与图7所示。

3.7 临时避难人数

建筑物损坏、倒塌的估算可用于推估临时避难人口的收容需求。该区域可能因住家发生建筑物损害、倒塌、基础设施停摆、震后火灾或二次灾害等因素，导致无法在原有住宅居住、活动或维持生活机能的运作，而需进行搬迁，推估出的需搬迁人数如表10所示。由表10可知需搬迁人数总计272 873人，以板桥区50 047人为最多，其次为中和区39 188人及新庄区31 059人。

另外，根据以往各类灾害经验，被迫迁离住所的灾民大多会先行依亲，部分则选择暂住旅馆，若无法自行解决居住问题者，则前往政府提供的短期避难收容处所进行安置。由表10可得知，需至短期避难收容处的灾民总计有71 259人，以板桥区13 143人为最多，其次为中和区10 079人及新庄区8 290人。

表9 震后火灾资源推估数值

图7 震后火灾总数推估

3.8 民生物资与设备需求

利用避难需求结果推估寝具数量、帐篷数量、3日内的饮用水、生活用水量、厕所数量与盥洗设备，以及一个月内的饮用水、生活用水量、厕所数量与盥洗设备等救灾资源，以临时避难人数最多的板桥区需求量最大，其次为中和区、新庄区与三重区，具体如表11所示。

表10 避难需求人数推估数值 人

表11 民生物资与设备需求

4 结论与建议

笔者利用台湾地震损失评估系统(TELES)分析设定地震状况下造成的土壤液化、建筑物损坏、人员伤亡、桥梁损坏、震后火灾发生数状况，以及避难人数、民生物资与设备需求，汇整如下：①土壤液化。全市液化沉陷量估计达868.56 cm，以三重区、新庄区、板桥区、中和区、芦洲区与五股区液化最为严重。②建筑物损坏。低楼层建筑物损坏有8 700栋，中楼层5 065栋，高楼层511栋，总计14 276栋。灾情集中在板桥区、中和区、三重区与新庄区。③人员伤亡。轻伤不需住院计有5 138人，中等伤害计有1 815人，重伤且有生命危险计有1 123人，立即死亡则有792人，总伤亡(重伤加死亡)1 915人。灾情主要集中板桥区、中和区、三重区与新庄区。④桥梁损坏。估计多达83座以上道路桥梁会有损坏的情况，所连接道路也因此受阻，灾情集中于中和区、板桥区与汐止区。⑤震后火灾。推估237起震后火灾，需15 317.6 t消防用水量，灾情集中于板桥区、新庄区、三重区与中和区。⑥避难人数、民生物资与设备需求。临时避难人数估计71 259人，需搬迁人数272 873人，寝具需272 955套，帐篷需136 477座。主要集中于板桥区、中和区、新庄区与三重区。

综合上述分析成果，灾情主要集中于板桥区、中和区、三重区与新庄区一带，因此这些区域需特别注意各项关键设施，如水电维生系统可能受损，将导致救灾更加艰困；加油站可能因毁损或电力中断而无法提供服务。由避难人数进而推估出3日内与一个月内民生物资与设备需求，即可优先部署所需的资源与设备，且平日需定期清点、掌握物资与设备是否属于良好状态，并签订开口合约，解决政府于救灾阶段资源不足情形，有利于灾时的紧急调度。现行TELES系统仅能呈现至村里，较难应用于小尺度的防灾部署，因此建议调整为网格形式，如10 km×10 km，将有利于更细致化的分析应用。

[1] 郑世楠,叶永田.台湾历史灾害地震对社会文化的冲击[C]∥震灾与社会文化重建研讨会.台北:[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.

林季桦(1986-),男,台湾人,台湾师范大学地理研究所专任研究助理,博士,主要研究方向为灾害管理、防灾电子图资.

安全预警与应急联动技术湖北省协同创新中心开放课题重点基金项目(JD20150404).

X43

10.3963/j.issn.2095-3852.2017.04.001