冯 骏，李向新，李付伟

(1. 昆明理工大学 国土资源工程学院，云南 昆明 650000；2.毕节市防震减灾局，贵州 毕节 551700)

我国是世界上受地震灾害影响最为严重的国家之一，其中20世纪全球死亡人数较多的地震均发生在我国。我国许多地区都有强烈地震活动的历史，据20世纪资料统计，我国平均每年发生1次7级以上和6次6级以上强烈地震[1]。2012年9月7日，云南省昭通市彝良县和毕节市威宁彝族回族苗族自治县交界发生5.7级地震，造成74.4万人受灾，死亡人数达到80人，经济损失达到37.04亿元。因此，作为地震应急管理体系中的地震应急响应系统(EERS)的研究也越来越受到国内外研究人员的关注。

目前，在一些发达国家已经建立了一些较为成熟的灾害应急管理系统，且已在一些灾害中发挥了重要的作用，如美国FEMA的“紧急事务管理系统”(EMS)、日本东京都的“灾害响应系统”(DRS)和日本兵库县的菲尼克斯灾害管理系统(Phoenix)[2-3]。中国地震局则在“九五”期间就专门设立了构建地震应急响应系统重点项目，初步提出了大陆尺度的交互式全国地震应急快速响应系统的基本框架[4]。本文在前人研究总结的基础上，基于ArcEngine、SQL Server、C#语言等，针对毕节市防震减灾局的具体需求，进行了地震应急分类响应系统开发技术的研究。

1 研究区域概况

毕节市地处北纬26°21′～27°46′、东经103°36′～106°43′，位于贵州西北部川、滇、黔三省交界处，是乌江、赤水河、北盘江的发源地。全市最高海拔2 900.6 m，最低海拔457 m，平均海拔1 400 m，国土面积26 853平方公里，居住着汉、彝、苗、回等46个民族，920万人口。

毕节市属于贵州中部山地丘陵过渡的倾斜地带，地形起伏大，切割强烈，总体地势为西高东低呈阶梯状分布；境内多山地，主要包括西部的乌蒙山、北部的大娄山和西南部的老王山。毕节地区位于我国南北地震带的东缘，南岭东西向构造带北侧，境内总体构造特性形成于燕山期，定型于喜马拉雅期，历史地震比较活跃。毕节市境内地质断裂较为发育，各种构造叠加且相互交错，境内主要分布的活动性构造带包括：垭都-紫云深断裂带、威宁石门坎断裂带、金沙岩孔断裂带、大方马场断裂带等。

2 地震风险分析

2.1 地震峰值加速度衰减模型

地震峰值加速度是指地震动加速度反应谱最大值相应的水平加速度。本文中结合研究区域内地理地貌特征综合考虑，采用中国地震局地球物理研究所王培德等提出的衰减公式，即通过澜沧-耿马地震的强震资料拟合出的水平方向加速度衰减公式

lgAmax=2.29+0.38M-1.971lg(R+10)

(1)

变换后峰值加速度公式为

Amax=102.29×100.38M×(R+10)-1.97

(2)

2.2 地震烈度衰减模型

在进行地震风险损失评估中，目前较为流行的是采用应用地震动衰减模型的计算方法来预测地震动参数以评估地震危险性。地震烈度衰减模型则是在发生地震断层明确的区域内，采用分别在长轴和短轴进行烈度拟合的椭圆形等震线来描述地震衰减规律。本文中建立地震动衰减模型的公式采用贵州省地震局徐祥通过大量地震数据进行回归分析所得出的，公式为

Ia=4.043 9+0.927 8M-0.841 9ln(R1+10)+ε1
Ib=2.973 2+0.986 3M-0.769 2ln(R2+5)+ε2

(3)

式(3)中，Ia和Ib分别为长轴和短轴衰减值，M为震级，Ra和Rb分别为长震中距和短震中距，ε为随机误差；根据插值回归分析得出，长轴随机误差ε1=0.73，短轴随机误差ε2=0.74。

3 建筑物易损性分析

目前，建筑物地震风险损失评估的方法总体可分为4类：(1)以分析历史地震灾害为依据的经验统计法；(2)基于统计抽样的现场调查法；(3)基于遥感图像的识别法；(4)建筑物震前易损性分析法。而在众多地震风险损失评估研究中，统计结果显示大多数损失均来源于建筑物的损坏。而在评估震害损失的过程中可依据建筑物的震害矩阵来进行损失评估。

本文采用基于建筑物震前易损性分析方法对研究区域境内的建筑物进行地震灾害风险损失评估。鉴于建筑物在地震中的受损程度最主要的是建筑物的结构类型，因此本文在研究建筑物的震害矩阵的过程中按照建筑物的材料结构进行分类。在统计调查研究区域内建筑物，考虑将其分为4种类型：钢筋混凝土框架构造、多层砌体房屋、砖木构造、土木构造。而研究过程中建筑物在不同程度的损失平均值设定参考如下：建筑物完全破坏时设为1.00；严重破坏时设为0.70；中等破坏时设为0.40；轻微破坏时设为0.15；基本完好时设为0.00。

建筑物震害矩阵是指在特定的研究区域在各个地震烈度下其建筑物的损毁状况比率。鉴于研究区域的地震活动与马鞍山相似，且经济发展水平也相似，故本文参考马鞍山地区建筑物调查统计结果上建立的不同建筑结构类型的震害矩阵数据。表1～表3为所建立的建筑物震害破坏矩阵。

表1 不设防多层砖混建筑物震害矩阵 /%

表2 单层民宅建筑物震害矩阵 /%

表3 砖混结构建筑物的震害矩阵 /%

目前，依据建筑物震害矩阵可以计算出构造不一致建筑物在不同损坏级别下的建筑面积，但不能直观表达出研究区域内受地震影响的整体受灾情况，因此本文将建筑物在地震中损毁情况作为度量整个研究区域内受灾状况的重要指标。通过结合建筑物的破坏比率、损失比率、单位面积及造价可计算出建筑物的破坏总损失，计算公式为

(4)

式(4)中，Q为研究区域内房屋震害总损失，λ(m,j|I)为房屋震害矩阵中所处m类型建筑物的损坏比例，T(m)为m类型建筑物的建筑面积，η(m,j)为m类型建筑物所处j损毁级别时的损失比率，B(m,j)为m类型构造房屋的单价。

4 系统设计与开发

在地震危险性及震害损失模型的研究基础上，设计与研发出适合研究区域震情的地震应急分类响应系统。系统主要包括基础数据管理模块、地震信息管理模块、地震知识库模块、震时评估模块4大模块，系统总体设计框架如图1所示。系统主要可分为基本数据管理和地震专题应用功能两大部分，细分的四大模块详见如下：(1)基础数据管理模块：主要包含人口、建筑物、道路、辅助决策等数据的管理；(2)地震信息管理模块：包括历史震源目录、震中位置、震级大小查看管理等内容；(3)地震知识库模块：主要是地震相关的图库，具体则包含有研究区域内的断层构造图、地形图、国家设置的地震重点监视图、地震带图等数据的查看与管理；(4)震时评估模块：主要是实现快速的震害评估，自动生成地震影响场并自动汇总灾害损失情况；可以图表等的形式展现地震造成的灾害损失等信息，并发布出灾害等级及应对情况。

图1 系统框架图

4.1 基础数据管理

基础数据管理模块包括用户登录及其角色权限的管理及对连接的后台数据库连接配置管理，是地震应急分类响应信息的基础配置管理部分。其中登录子模块部分，通过用户输入用户名及密码，并将密码通过MD5加密算法进行加密后进行校验，通过后进入系统主界面，如图2所示。

4.2 地震信息管理

地震信息管理模块主要实现了对毕节市历史地震信息的管理、震中位置分布查看功能。其中历史地震目录及震中分布查看采用属性表与主地图显示操作结合实现，详见图3。系统提供对选取指定震级大小、地震区域等属性条件或在主地图中矩形或多边形选框来进行查询历史地震信息，通过对属性表中的数据进行双击，还可以实现在地图控件中缩放及地震点高亮等功能。此模块是系统中地震要素的重要管理模块。

4.3 地震知识库模块

地震知识库模块主要实现了对研究区内部分重要地震地质参考图件的查看，主要采用主地图控件中加载专题图的方式来实现。内容包括毕节市地形图、毕节市地震动反应谱特征周期区划图、毕节市地震动峰值加速度区划图、毕节市地震烈度区划图、毕节市地震重点监视防御区图、毕节市地质图、毕节市断层图等7张专题图。

图2 系统主界面及地图工具条、图层管理

图3 历史地震目录与震中分布查看管理

4.4 地震动损失评估

地震动损失评估模块主要实现了对模拟地震后进行地震危险性分析及损失评估和得出分类响应结果。该模块通过获取交互输入的震源点空间位置坐标，使用式3中的地震烈度衰减模型、结合烈度、破裂方向等地震参数，计算出地震影响场中4、5、6三级等烈度线长短轴数值，再利用椭圆圆心(即震元点)坐标，即可绘制出烈度分布图，模拟计算结果如图4所示。

图4 计算生成的地震影响场

将计算出的地震烈度分布与建筑物分布情况进行叠加分析，可得出不同构造房屋在不同烈度下的分布情况；之后结合上文中所设置的建筑物震害矩阵，便可计算出不同烈度下各个建筑物的损毁情况；最后通过对各个建筑物破坏结果进行累积可以得出全部损失情况。通过对总体损失情况进行判断，计算出地震损失处于“特别重大地震灾害”、“重大地震灾害”、“较大地震灾害”、“一般地震灾害”、“轻度地震”5类中的哪一级别，并提供相应的响应结果以供参考。

图5 地震造成损失情况及信息发布

5 结束语

毕节市地震应急响应系统是根据研究区域震情而进行的本地化研究工作，实用性较强，对地震自然灾害的应急演练和应对发挥了重要作用。但随着社会的发展和进步，系统中所使用的模型也应按时进行修改和整理。