基于地区差异性修正因素的川滇地区地震人员伤亡动态评估方法研究

张维佳 杨天青 白仙富 陈雅慧 姜立新

1)中国地震台网中心，北京 100045 2)云南省地震局，昆明 650224

0 引言

地震人员伤亡评估作为地震灾害损失快速评估的主要内容之一，其产出结果不仅作为启动应急响应级别的判定依据，同时也是应急救援决策的重要参考信息。因此，开展地震人员伤亡评估方法研究，进一步提高现有评估结果的及时性和准确性，对震后应急响应与救援工作具有重要意义(马玉宏等，2000；杨天青等，2006；李媛媛等，2014)。但从2008年汶川MS8.0地震、2010年玉树MS7.1地震以及2014年鲁甸MS6.5地震等实际震例的震后损失快速评估结果来看，仅依靠历史震例数据建立的经验模型快速评估方法造成强震人员伤亡与实际灾情通常存在较大差异(陈洪富等，2011；李永强等，2007；李永强，2009；张维佳等，2013)。此外，地震致灾因素复杂，在实际灾情中，即使地理位置相近，地震强度相似的地震造成的人员伤亡规模也可能存在较大差异，例如震中相距仅500km的2014年鲁甸MS6.5地震(617人死亡，3143人受伤)和2014年景谷MS6.6地震(1人死亡、324人受伤)。造成震后人员伤亡快速评估结果与实际灾情差异较大的原因主要有两方面，一是基于地震动造成建筑物破坏，(陈尧，2015)，另一方面是地震造成的人员伤亡具有地区差异性，而通过传统评估方法建立的震害经验模型未将地区差异性考虑在内(聂高众等，2020)。

本文综合利用近年来积累的川滇地区典型震例震害资料和相关研究成果，结合新近发展的大数据分析思路和协同评估理论，以川滇地区为例，研究地震人员伤亡动态评估方法，包括人口动态分布、建筑物抗震能力及致死率、地质灾害致死率等3类地区差异性因子，建立一套适合川滇地区人员伤亡的动态评估方法，以期提高震后人员伤亡评估的准确性和产出效率，为震后应急决策提供及时的信息参考。

1 地震人员伤亡动态评估方法设计

地震人员伤亡动态评估可分为4个阶段，包括快速评估阶段、地区差异性因素修正阶段、专家协同修正阶段和结果发布阶段。地震快速评估阶段依据传统评估方法获得初步评估结果；地区差异性修正阶段利用影响人员伤亡的地区差异性因素对初步评估结果进行修正；专家协同修正阶段主要利用专家知识对评估结果进行审核修正，最后实现评估结果发布。地震人员伤亡动态评估方法的技术思路如图1所示。

图1 地震人员伤亡动态评估方法流程

地震人员伤亡动态评估方法中最为核心的内容是实现地区差异性因素修正。

人口动态分布的地区差异性修正利用当地人口流动性研究成果和传统人口统计数据，结合重点地区调研等资料进行统计分析、对比分析研究地区人口的动态分布修正因素，建立贫困地区外出打工流动人口和旅游地区参观游览动态人口修正模型。

建筑物抗震能力及其致死性的地区差异性研究主要包括川滇地区建筑物、人口格网数据更新，基于现场震害调查报告统计建立不同建筑物震害矩阵，基于历史震例建立建筑物的人员致死率模型等。

地震地质灾害地区差异性研究主要研究地震滑坡风险及其导致的人员死亡率，利用川滇山区典型破坏性地震的人员伤亡分布及死亡原因统计数据，结合山区地震滑坡风险分析结果和人口空间格网化分布结果，采用空间分析、逻辑回归以及因子分析等方法研究不同的滑坡风险等级下的人员死亡修正因子。

2 人员伤亡动态评估修正因子

2.1 人口分布动态修正因子

在目前采用的地震人员伤亡快速评估系统中，人口数据库是静态数据；由于在快速评估过程未考虑实际的人口流动性分布规律，导致评估模型中的人口数据与实际灾区人口分布出现一定的偏差，从而使评估结果不准确。为进一步改善评估模型的精度，笔者对人口流动性分布规律进行研究，并参考2016—2018年川滇地区危险区调研报告中的结果，将人口库更新为动态数据，更接近于人口分布及发展的实际情况。

“阿衡你也知道，姨妈家也不富裕，你两个哥哥都在上大学……”姨妈说：“阿衡，女孩子读这么多书也没用，不如早点出去打工吧。”

2.1.1 人口流动性分布规律

以云南省和四川省为例，对于一些贫困地区来说，外出打工或是参与生态旅游建设是当地农民最主要的脱贫道路。针对这一现象，笔者统计了云南省和四川省的贫困乡镇分布情况，以及两省4A级以上的旅游景区所在乡镇分布情况，并制成相应的专题图件(图2、图3)。

图2 云南省(a)和四川省(b)贫困乡镇分布

图3 云南省(a)与四川省(b)4A级以上旅游景区分布

2.1.2 贫困乡镇信息提取

在2010年全国人口普查数据的基础上，筛选出每个贫困乡镇14岁以下、65岁以上的非劳动力人口数量，假设每年的1—2月春节期间，这些乡镇的外出打工人员回家过年，人口总数即为全国普查登记人口数，其他月份的人口数量为除去外出劳动人员的留守人口总数。

因此，在贫困地区，外出打工人口数计算如下

外出打工人口数=总人口数-14岁以下人口数-65岁以上人口数

(1)

除春节外平日总人口数=总人口数-外出打工人口数

(2)

2.1.3 4A级以上旅游景区所在乡镇分布情况

根据国家公布的云南省和四川省4A、5A级景区名单，确定每个景区所在乡镇位置。由于每年7、8月暑假期间和中秋、国庆假期为旅游旺季，因而在这几个时间段里，旅游景区所在乡镇人口数量会有一定幅度的增长。2018年7月，云南省旅游接待总量达到4724.8万人次，而云南常住人口大约为4640.6万人。2017年仅中秋、国庆假期，四川省旅游接待总量达到7146万人次，而四川常住人口大约为8670.5万人次。由此可知，四川、云南旅游景点地区游客量基本与该地区常住人口数持平。因此得出如下公式

旅游旺季旅游景点附近人口数=乡镇总人口数×2

(3)

其中，旅游旺季定义为每年7—10月。

2.2 建筑物与人员伤亡评估修正因子建立

2.2.1 数据收集与处理

通过前期积累，获取了全国千米格网建筑物数据和川滇地区地理国情普查建筑物千米格网普查数据，并对2组格网数据进行地理配准、格网统一以及地理国情的格网转换，将2类数据的建筑物类型进行分类。根据重点地区调研结果，将建筑物数据分为土木结构、砖木结构、砖混结构和框架结构4大类。

表1 2000—2014年25个地震震例

收集自2000年以来川滇地区25个震例(表1)，根据地震现场调查报告，将25个历史地震矢量化，并分烈度区提取建筑物倒塌数量，每个烈度区分为土木结构、砖木结构、砖混结构和框架结构4大类，共整理出有效数据274条。每类建筑物按照基本完好、轻微破坏、中等破坏、严重破坏和毁坏5类，建立建筑物震害矩阵(尹之潜，1995)。

2.2.2 川滇地区建筑物人员致死率研究

根据地震现场调查数据，将死亡人数按照烈度区划分并进行汇总。最终得出总表(部分震例数据)(表2)。

表2 按烈度划分死亡人数和建筑物破坏面积(部分震例数据)

将25个历史震例均按照表2 样式进行汇总，人员死亡率与房屋毁坏率之间的关系，引用尹之潜(1991)的公式

lgd=aC-b

(4)

式中：d为人员死亡率 (死亡人数与本地区总人数之比)；C为房屋毁坏率；a、b为系数。 其中， 房屋毁坏率是指所有房屋的毁坏率， 根据统计经验按照土木︰砖木︰砖混︰框架=1︰3︰5︰1 比例，得出人员死亡率与房屋毁坏率的公式及散点图(图4)如下

lgd=25.186C-25.861R2=0.8397

(5)

图4 人员死亡率与建筑物毁坏率散点图

表3 不同坡度下的地震滑坡密度模型(白仙富等，2015)

2.3 地震滑坡与人员伤亡动态评估修正方法

2.3.1 地震滑坡危险性模型

滑坡危险性模型选取白仙富等(2015)的逻辑斯蒂滑坡危险等级模型(表3)，将滑坡密度值分别划分为(0～0.01]、(0.01～0.03]、(0.03～0.09]、(0.09～0.27]和大于0.27等5个危险等级。

2.3.2 地震滑坡次生灾害人员伤亡快速评估建模

灾区总的地震滑坡死亡人数等于各千米网格内地震滑坡死亡人数之和，模型表述为

(6)

式中，dall表示地震事件造成的滑坡死亡人数；di表示第i个千米格网内的地震滑坡死亡人数； 而第i个千米格网内地震滑坡死亡人数等于第i个千米格网内人口数和地震滑坡死亡率的乘积，模型表述为

di=Pirdi

(7)

式中，Pi表示第i个千米格网内人口数;rdi第i个千米格网内地震滑坡死亡率。

如果第i个千米格网内地震滑坡死亡率(致死率)rdi与第i个千米格网内不同滑坡危险等级及其数量之间存在如下统计关系

rdi=f(x1，x2，x3，x4，x5)

(8)

式中，x1为千米格网内滑坡危险性等级(属性)为1的数量；x2为千米格网内滑坡危险性等级(属性)为2的数量；x3为千米格网内滑坡危险性等级(属性)为3的数量；x4为千米格网内滑坡危险性等级(属性)为4的数量；x5为千米格网内滑坡危险性等级(属性)为5的数量。

则可以推出

di=Pif(x1，x2，x3，x4，x5)

(9)

2.3.3 模型求解

通过回归计算，模型系数为

(10)

3 川滇地区人员伤亡动态评估模型与分析

3.1 模型建立

将上述3个动态修正因子集成到地震快速评估模型的评估修正阶段中，建立川滇地区人员伤亡动态评估模型。

3.2 评估结果对比与分析

选取近年发生在川滇地区的中强以上等级地震，包括2008年四川汶川MS8.0地震、2013年四川庐山MS7.0地震、2014年云南景谷MS6.6地震、2014年云南鲁甸MS6.5地震、2017年四川九寨沟MS7.0地震和2019年四川长宁MS6.0地震，将川滇地区人员伤亡动态评估模型集成到地震灾害协同评估模型中，与原评估模型和实际灾情进行对比，结果如表4 所示。

表4 震例验证

可以看出川滇地区人员伤亡动态评估模型评估结果整体上能够与实际死亡人数量级保持基本一致，评估结果准确性与传统评估模型相比有较大提升。

4 结论

本文在充分研究当前国内外主流的人员伤亡评估方法基础上，依据多年项目积累的基础统计数据和研究成果，遴选出适合我国川滇地区不同建筑物抗震能力分区的人员伤亡评估方法，结合应急基础数据库以及与地震人员伤亡相关的其他地区差异性数据，研究川滇地区不同分区人员伤亡评估结果修正因子，最终建立人口动态修正因子、建筑物与人员伤亡评估动态修正因子和地震滑坡与人员伤亡动态评估修正因子，并将修正因子集成到已建成的地震灾害协同评估软件中，实现计算机自动计算和专家人机交互的人员伤亡动态评估模块，提高了川滇地区地震快速评估的准确性，为应急决策提供更高效准确的技术服务。