四川道孚至川滇交界东部地区地震灾害风险特征分析与评估

郭红梅，赵 真，张 莹，张 翼

(四川省地震局，四川 成都 610041)

风险分析是针对某一对象，判断其在未来某个时间点或时间段内，发生各种程度灾害的可能性[1]。地震灾害风险，指在未来一定时间内特定地区面临的地震风险，以及在这种地震风险下可能造成的灾害损失[2-4]。通过开展地震灾害风险评估，掌握灾害风险程度及其分布，为制定减轻和防御地震灾害风险对策提供依据，从而实现常态减灾，是现阶段地震灾害风险管理工作急需解决的关键问题。

四川道孚至川滇交界东部地区位于南北地震带中段，区域内断裂众多，地震风险高。在高地震风险的背景下，该区域还具有孕灾环境复杂、地震灾害承灾体特征丰富多样，承灾体暴露性和脆弱性差异极大等特征，导致该地区地震灾害风险形势复杂严峻。因此，针对该区域开展地震灾害风险评估具有理论意义和实际价值。

目前地震灾害风险评估方法主要有2类，一类是基于指标体系的地震灾害风险评估模型，即通过分析造成地震灾害的影响因素来评价灾害程度以及发生的可能性，并计算一个风险值来区分地震灾害风险等级[5]。该方法具有灵活性、也具有不确定性，灵活性在于其可根据研究区域的实际情况进行指标体系的调整，不确定性在于指标的选取及指标权重的确定，不同的学者可能构建出不同的指标体系，能给出相对风险等级，具有指示作用，适用于覆盖范围广的区域[6]；一类是基于风险概率的地震灾害评估方法，即通过分析灾害风险概率与灾害强度和损失之间的关系，建立灾害风险概率曲线与损失关系函数关系，进而实施灾害风险评估[7-8]。该方法所需基础数据量大、获取难度高，且多针对一个比较小的局部目标区域，能给出具体的风险量及风险等级，适用于范围小且样本资料丰富的局部区域。

本文考虑四川道孚至川滇交界东部地区的特点及地震灾害风险评估模型方法的适用性，选择基于指标体系的地震灾害风险评估方法；在分析区域地震灾害风险特征的基础上，构建地震灾害风险评估指标体系，实现四川道孚至川滇交界东部地区地震灾害风险评估及等级划分。

1 四川道孚至川滇交界东部地区地震灾害风险特征分析

图1 研究区概况Fig.1 Overview of the study area

四川道孚至川滇交界东部位于四川省西南部，涉及四川凉山彝族自治州、雅安市、甘孜州等6个市(州)的34个县(市、区)，区域内断裂众多，显示出强烈构造背景活动。根据第五代《中国地震动参数区划图》[9]，该区域地震动峰值加速度主要为0.4 g、0.3 g、0.2 g等，根据《建筑抗震设计规范》[10]基本地震动峰值加速度和基本抗震设防烈度的对应关系，该区域多数为Ⅷ度设防，地震风险高。自2015年起，中国地震局每年组织专家针对该区域开展了地震灾害损失预评估工作。这几年里，笔者每年都在该区域开展了地震灾害风险实地调研工作，通过调研成果的整理与分析，总结出该区域具有如下突出特征。

(1)地震危险性高

该区域境内分布着鲜水河断裂、安宁河断裂、则木河断裂、大凉山断裂、马边断裂带等等一系列具有晚第四纪乃至全新世的新活动性的断裂，通过收集整理研究区历史地震目录并进行统计分析，结果表明该地区地震频度相对较高且强度大。其中鲜水河断裂共发生过8次7.0级以上地震，安宁河-则木河断裂带曾发生7.0级以上地震3次；新生的大凉山断裂带虽无历史地震记载，但其滑动速率较大，是一条具备发生中强地震的断裂带；马边断裂带南段地震活动以频繁的6～63/4级地震震群为特征，另外在小江断裂带与则木河断裂带和大凉山断裂带的交接处也多次发生5级以上地震，显示强烈构造活动背景，地震危险性高。

(2)地质灾害风险高

该区域位于扬子地台向青藏高原过度地带，山高水深、水流湍急，地形地貌复杂。总体上西北高、东南低，东南侧为中低山地地貌，西北侧为高原地貌。发育着高原山地、高原台地(坝子)、断陷盆地、低山丘陵、中山峡谷、深切割高山峡谷、冲积扇等地貌类型。该区域是我国地质灾害风险最高的地区之一，几乎每次破坏性地震都会伴随次生地质灾害，导致人员伤亡和交通堵塞。

(3)人口分布极不均匀

通过统计年鉴、国民经济和社会发展统计公报等途径收集人口数据，按行政区划名称、常住人口数量、人口密度、所属市州等属性字段整理人口统计表格，并根据某一属性字段进行分区统计发现：该区域人口分布非常不均匀，西北疏、东南密；眉山市、乐山市和凉山州人口密度较大，甘孜和阿坝州人口稀疏。区域内少数民族众多，凉山州以彝族为主，阿坝州和甘孜州以藏族为主，区域覆盖的乐山市峨边、马边两个彝族自治县和享受民族县待遇的市辖金口河区以彝族为主，而雅安市和眉山市少数民族占比较少，以汉族为主。区域内雅安市旅游业比较发达，西昌为旅游城市，盐源县的泸沽湖为著名景点，外来游客数量众多，在旅游旺季，游客造成的人口时空变化非常显著。

(4)建筑物抗震能力差异巨大

通过五年的年度地震危险区现场调研工作，基本已全覆盖目标区域各区县。在此基础上，结合文献调研、资料查阅等方式归纳总结该区域建筑物结构特点和建筑物结构类型比例，研究结果发现：该区域各县市房屋结构类型有所差异，各类结构房屋的数量和所占比重差异较大，房屋抗震能力水平差异较大。具体特征总结如下：(1)县城的房屋以及学校、医院等房屋多以框剪、框架和砖混为主，抗震性能都较好；(2)不同区域农村房屋抗震能力差异巨大，甘孜州房屋以框架、砖混、藏式石木和藏式木结构为主，藏式石木房屋缺乏木框架，抗震性能较差，但占比不大，整体抗震性能较好；凉山州总体抗震性能很差，农村地区砌体和土木结构占比超过80%，且砌体一般采用空心砖[11]；雅安市因为经过汶川恢复重建和芦山恢复重建，房屋抗震性能总体较好，砌体和土木结构占比不到20%，但汉源农村地区依然存在一定量的砌体和土木结构。眉山、乐山市因为经济比较好，农村房屋中抗震性能差的砌体和土木结构房屋占比不高，总体抗震性能不错。

(5)其他特征

通过从四川省交通运输厅收集全省道路数据，依据行政区划界线获取目标区域道路数据，根据道路网属性进行分级展示，结果显示出该区域交通以公路为主，包括高速公路、国道、省道、县道、乡村道等五级公路形成的公路网络发达，全区各县均有公路连接，基本形成了以京昆高速、渝昆高速、泸石高速、雅康高速、雅西高速、318、317、213国道和9条省道为骨架的公路网，主要分布在地势较低的谷底，沿山脉走向分布。由于该区地质灾害十分频繁，日常交通会受到滑坡、滚石的影响而中断。该区有西昌、康定两个民用机场，成昆铁路也通过该区域。同时，该区域长期作为国家重点监视防御区且经历过强震，政府的重视度高和群众的意识强，定期组织开展应急演练，在应急组织机构健全度、救援能力和应急演练和应急宣传等方面各区县差异不大。

2 地震灾害风险评估方法

2.1 总体技术思路

地震风险是预测未来一定时间内研究区将会遭遇到的地震动的大小，或不同地震水平的概率，或超过给定地震动水平的概率。地震灾害风险描述的是在地震风险下给人类社会造成损失的可能性，是自然环境与人类社会共同作用的结果，包含地震成的“灾”并导致社会的“害”。地震风险与地震灾害风险之间的关系可定性地表达为：

地震灾害风险=地震风险×承灾体.

(1)

从地震灾害风险的特点及构成来看，地震风险是地震灾害风险形成的先决条件，即先有“灾”才有成“害”的可能性，地震风险评估是地震灾害风险评估的基础，通过地震危险性来反映地震风险；其次是承灾体受地震灾害影响程度，主要体现在两个方面：一是承灾体的暴露程度，二是承灾体自身的脆弱性及对作用其上的致灾因子的反抗能力，表现为承灾体的易损性和区域应急备震能力。基于上述分析，我们给出本次研究的地震灾害风险评估模型：

地震灾害风险=地震危险性×暴露性×易损性×应急备震能力.

(2)

在地震灾害风险评估理论模型的基础上，构建地震灾害风险评估总体技术路线如图2所示。针对该区域地震灾害风险特点、自然地理环境和社会经济特征，从地震灾害的孕灾环境、致灾因子、承灾体和防震减灾能力等方面出发，遵循指标选取原则，构建地震灾害风险评估指标体系；整理调研获取到的基础地理数据、DEM数据、人口统计数据、建筑物数据、地震地质构造数据、地质灾害隐患点数据、电子文本数据、道路交通数据等，获取各指标量化值，并对各指标进行无量纲化分级赋值，采用层次分析法或者专家打分法求取准则和次序权重，对各评价指标和对应的权重进行组合运算得到地震灾害风险指数，通过自然断点法进行分级得到研究区的地震灾害风险等级。

图2 总体路线Fig.2 General route

2.2 地震灾害风险评估指标体系

基于指标体系的地震灾害风险评估方法的核心和关键在于确定影响地震灾害风险的因素及权重，其中确定地震灾害风险影响因素是首要任务。众所周知，影响地震灾害风险的因素诸多，如地震的大小、地震影响的范围、场地条件、承灾体的抗震能力、人口密度和经济发展水平、减灾救灾能力等，不同的专家学者的侧重点不同，构建的地震灾害风险评估指标体系亦存在差异。

目前，国际上基于指标体系的灾害风险评估的研究计划主要有：灾害风险指标计划(DRI)、多发区指标计划(Hotspots)、美洲计划(American program me)和社区灾害风险指数。我国有许多学者致力于从危险性、易损性和承灾能力3个指标集来建立灾害风险评估指标体系[12-13]，从聂高众等[14]自然灾变强度、承灾体易损性和防震减灾能力三方面出发，运用灾害损失指数和防震减灾能力指数评价了我国未来10～15年地震灾害风险领域。张风华等[15-17]以人员伤亡、经济损失和震后恢复时间为准则衡量城市防震减灾能力，从而构建了城市防震减灾能力指标体系。徐伟等[18]利用近源地震等效震级和承灾体易损性构建了城市地震灾害危险度指数，绘制了地震风险分布图。唐丽华等[19]通过定义地震应急风险系数来评价行政单元地震应急风险水平。李玉森等[20]选择地震强度、地震频率、人口、经济暴露性及断裂带敏感性等5项指标，评估了辽东半岛地震灾害风险。习望聪等[21]从地震危险性、孕灾环境稳定性、承灾体易损性和防震减灾能力4个方面构建了地震灾害人口风险模型。郑秋红等[22]从地震危险性、承灾体易损性和防震减灾能力3个方面构建海岛地震灾害风险评价指标体系。

在参考国内外学者研究的基础上，结合四川道孚至川滇交界东部地区地震灾害风险特征，本文选择从地震危险性、承灾体暴露性、承灾体脆弱性和应急备震能力4个方面构建地震灾害风险评估指标体系，包括4个一级指标和11个二级指标，具体如图3所示。

图3 地震灾害风险评价指标Fig.3 Risk assessment index of earthquake disaster

(1)地震危险性

这里地震危险性用一般场地条件下，设计基准期为50年，可能遭遇超越概率为10%的地震动参数来标识。另外，考虑到四川道孚至川滇交界东部地区的孕灾环境特点，该地区是我国地质灾害发生概率最大的地区之一，几乎每次破坏性地震都会伴随次生滑坡，导致人员伤亡和交通堵塞，将次生地质灾害危险性也一并纳入危险性这一大类。次生地质灾害危险性是指因地震诱发的滑坡、泥石流、崩塌等次生地质灾害的可能性。

(2)承灾体暴露性

暴露性是指承灾体暴露在地震灾害影响范围内的数目与集聚度。对于地震灾害风险而言，承灾体暴露量越大，地震灾害风险越高。其中人员伤亡和经济损失是衡量地震灾害最直接的指标，因此本文主要从人口和社会经济两个方面来考虑。人口暴露度是指暴露在危险区域的人口数量和密集度，衡量指标为人口密度。社会经济暴露度用建筑物、基础设施等的暴露度来衡量，建筑物损毁或倒塌是造成人员伤亡最主要的因素，其造成的损失也是经济损失总量中占比最高的，故主要考虑建筑物的暴露度，以建筑物密度作为衡量指标。

(3)承灾体脆弱性

承灾体脆弱性即承灾体易损性，是指地震灾害可能造成的承灾体损失比率。结合承灾体暴露性指标，承灾体脆弱性也主要从人口和社会经济两方面考虑。人口脆弱性是指地震灾害可能造成的人员的伤亡比率，可以通过人口密度、科普宣传强度、应急演练强度和老幼人口比等因素衡量。社会经济脆弱性可以通过建筑物脆弱性、基础设施脆弱性等进行衡量。

(4)应急备震能力

地震应急备震能力是指为了在未来的破坏性地震发生后，能够高效有序地开展应急行动，减轻地震灾害给人们造成的伤亡和经济损失，在应急组织机构健全度、应急资源保障能力、灾情获取与评估能力、应急救援能力、应急演练和科普宣传等方面所做的各种准备工作的综合体现，应急备震能力越强，地震灾害风险越低。应急组织机构健全度可以通过是否有抗震救灾指挥部、防震减灾管理机构是否健全、应急预案的实用性和完备性等衡量。应急基础资源保障能力可通过应急避难场所数目与规模、救援物资的数目、交通便捷度等衡量。灾情获取与评估能力可通过应急指挥系统、“三网一员”数量等进行衡量。地震紧急救援能力则通过专业救援队伍、志愿者数量衡量。应急演练和科普宣传则通过应急演练频次、政府宣传能力等衡量。

2.3 基于指标体系的地震灾害风险评估方法

基于指标体体系的地震灾害风险评估方法的基本原理是通过分析影响地震灾害风险的因素，构建地震灾害风险评价指标体系，利用数理统计方法确定指标权重，结合指标量化值进行加权求和得到地震灾害风险指数，从而区分地震灾害风险等级。

上一小节已经确定了地震灾害评估的各级指标因子，从图3可以看出影响地震灾害风险的因素可分为4个一级指标和11个二级指标，各级指标对地震灾害风险指数的影响程度不一样，在计算地震灾害风险指数前，需确定各级指标的权重。常用的确定指标权重的方法有专家打分法、层次分析法、主成分分析法、熵权法、模糊权重法等等。本文采用问卷调查与专家打分法相结合的方式确定准则层和次序层的权重，通过向30名专业技术人员发放问卷调查表并向相关领域10位专家进行咨询，汇总整理问卷调查表及专家打分结果，并以专家打分结果的均值作为准则层和次序层权重，最终得到各级指标权重如表1所示。

表1 各级指标权重Table 1 Index weight at all levels

根据图2所确定的地震灾害风险评估指标与各指标的权重系数，从而构建地震灾害风险评价模型，具体计算公式如下：

(3)

(4)

(5)

(6)

ICEDRI=WhDh+WeDe+WrDr+WcDc.

(7)

其中，ICEDRI为地震灾害风险指数，其值越大，表明地震灾害风险水平越高。Dh、De、Dr、Dc表示地震灾害危险性、承灾体暴露性、承灾体脆弱性、应急备震能力的大小，W为各个评价指标的权重系数，A为各评价指标的量化值。

由于各个评价指标单位不尽相同，相互之间不具有可比性，无法直接进行四则运算。因此，需要对各指标量化值进行去量纲化处理，利用数据标准化公式对将各个指标因子量化到[0,1]之间，具体公式如下：

(8)

(9)

3 四川道孚至川滇交界东部地区地震灾害风险评估结果及分析

根据2.2小节选取的4个一级指标和11个二级指标整理四川道孚至川滇交界东部地区基础数据，运用空间分析技术得到各指标的量化值，利用极差标准化公式对其进行无量纲化，选择自然断点法进行分级赋值，将其划分成5类，分别为低风险、较低风险、中风险、较高风险和高风险，结合专家打分法得到的各指标的权重值进行组合运算，得到四川道孚至川滇交界东部地区一级指标风险等级区划图和地震灾害风险等级区划图如图4所示。

从图4中可以发现：(1)在地震危险性方面，西昌市、康定市和冕宁县的地震危险性高，其中西昌市和康定市因其基本地震动峰值加速度为0.4g，地震直接危险性高，冕宁县基本地震动峰值加速度为0.3g，地震直接危险性较高，且次生地质灾害也较高，综合研定地震危险性高；会理县地震危险性低，主要在于基本地震动峰值加速度为0.1g，地震直接危险性低；泸定、宝兴、石棉、九龙、丹巴等地区地质灾害风险非常高，其中泸定、石棉、宝兴的基本地震动峰值加速度为0.2g，地震直接危险性处于中等水平，综合分析其地震危险性水平较高。(2)在承灾体暴露方面，西昌市、雨城区、洪雅县和汉源县，作为市州的州府/主城区或经济发展水平较好的地区，人口密度高，建筑物密集，承灾体暴露风险高，甘孜、阿坝和凉山州地区地广人稀，属于人口低密度区，经济发展水平也较低，建筑物密度也低，凉山州相对而言又好一些。(3)在承灾体易损性方面，由第1节对区域内建筑物特征分析可以发现：甘孜州房屋以框架、砖混和藏式石木为主，整体抗震性能较好；凉山州整体抗震性能较差，砌体和土木结构占比非常高，绝大部分没达到基本抗震设防要求，其中西昌市城区房屋达到基本抗震设防要求，而农村地区基本没达到，会理县因其经济水平在凉山州内较好，建筑物抗震性能相对较好；雅安市则因经过汶川恢复重建和芦山恢复重建，房屋抗震性能整体较好。(4)应急备震能力方面，由第1节其他特征可知该区域以公路为主，公路网发达，但甘孜阿坝属于高原地区，路网相对稀疏，应急基础资源保障能力相对较弱，而康定作为甘孜州州府，拥有机场且发展旅游业境内公路网比较发达，故其能力相对较高些。同时，区域内各区县在应急组织机构健全度、应急救援能力和应急演练和应急宣传等方面差异不大。

图4 四川道孚至川滇交界东部地区一级指标风险等级区划图Fig.4 Risk level zoning map of the first level indicators in the eastern area of Sichuan Daofu Yunnan border

对四川道孚至川滇交界东部地区地震灾害风险等级区划图(图5)分析可知，凉山州西昌市和冕宁县地震灾害风险等级高，凉山州盐源县、德昌县、宁南县、普格县、布拖县、金阳县、昭觉县、越西县、甘洛县、雷波县、喜德县和乐山马边彝族自治县地震灾害风险等级较高，凉山州木里藏族自治县、美姑县，甘孜州康定市、泸定县，雅安市汉源县、石棉县和乐山市峨边彝族自治县地震灾害风险等级中等，凉山州会理县，甘孜州九龙县、道孚县，雅安市雨城区、芦山县、宝兴县、天全县、荥经县，眉山市洪雅县和乐山市金河口区地震灾害风险等级较低，甘孜州小金县、雅江县和丹巴县地震灾害风险等级低。

图5 四川道孚至川滇交界东部地区地震灾害风险等级区划图Fig.5 Risk level zoning map of earthquake disaster in the eastern area of SichuanDaofu Yunnan border

4 结论与讨论

本文在四川道孚至川滇交界东部地区地震灾害风险特征分析的基础上，选择从地震危险性、承灾体暴露性、承灾体易损性及应急备震能力4个方面构建地震灾害风险评估指标体系，从而构建地震灾害风险评估模型，并以四川道孚至川滇交界东部地区各区县为评估单元开展研究。通过对地震灾害风险分级结果进行横向对比，得出如下结论：

(1)凉山州的地震灾害风险等级整体较高，除会理县处于低风险区，其余区县均位于中高风险，主要原因在于一是地震危险性高，二是区域内房屋以砌体和土木为主，抗震性能差，致使承灾体易损性高。

(2)甘孜州和雅安市的地震灾害风险水平较低，其中康定市、泸定县、石棉县和宝兴县的风险处于中等水平，主要在于其地震危险性高，康定则是因地震直接危险高，而泸定、宝兴和石棉主要在地震直接危险较高的基础上，次生地质灾害危险高。

地震灾害风险评估指标体系是在参考国内外研究的基础上构建的，指标因子的选择是否考虑全面或因素间是否存在相关性，可以在后续工作中进一步加以考虑完善。同时，本文采用专家打分法确定地震灾害风险评估指标权重，受专家个人偏好度、主观意见等因素影响，未能充分体现评价的客观性，未来可以采用主客观结合的方式确定指标权重。