齊文華 蘇桂武* 張素靈 劉新圣 魏本勇 孫 磊

1)中國地震局地質(zhì)研究所，北京 100029

2)中國地震臺(tái)網(wǎng)中心，北京 100045

3)北京師范大學(xué)地理學(xué)與遙感科學(xué)學(xué)院，北京 100875

0 引言

地震災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)問題是地震災(zāi)害科學(xué)研究的前沿，而地震災(zāi)害承災(zāi)體的脆弱性是認(rèn)識(shí)震災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)形成機(jī)理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)(Cutter et al.，2000;White et al.，2001;Irasema，2002;史培軍，2002;蘇桂武等，2003)。關(guān)于地震災(zāi)害中的脆弱性和震災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)問題，國內(nèi)外已積累了大量成果。美國應(yīng)用技術(shù)委員會(huì)開發(fā)的ATC-13及后續(xù)諸版本在全球范圍內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用(美國應(yīng)用技術(shù)委員會(huì)，1991);歐洲地震委員會(huì)發(fā)布的European Macroseismic Scale(EMS)98(Fah et al.，2001)也非常具代表性;20世紀(jì)末，基于ATC系列方法等，聯(lián)合國和美國聯(lián)邦緊急事務(wù)管理局(FEMA)還發(fā)起了2個(gè)大的計(jì)劃——RADIUS和HAZUS，開發(fā)了一系列具有普及性質(zhì)的實(shí)用化和網(wǎng)絡(luò)共享化的地震災(zāi)害脆弱性和風(fēng)險(xiǎn)性分析軟件包，以支持各界使用者自行選擇使用(IDNDR(國際減輕自然災(zāi)害十年)，2005;FEMA，2006)。國內(nèi)尹之潛等(1990，1991，1994，1996)建立了一系列地震災(zāi)害經(jīng)濟(jì)損失和人口傷亡預(yù)測(cè)方法;王瑛等(2009)通過內(nèi)蒙古包頭和云南姚安2次典型城鄉(xiāng)地震案例的災(zāi)情對(duì)比，分析了承災(zāi)體的脆弱性對(duì)于災(zāi)情的放大縮小效應(yīng);蘇桂武等(2007)在區(qū)域尺度上研究了京津唐地區(qū)區(qū)域宏觀脆弱性的空間變化;吳瓊(2008)從微觀尺度分析了云南寧洱縣農(nóng)村地區(qū)家庭層次地震災(zāi)害脆弱性的基本產(chǎn)生機(jī)制。以往這些研究以討論當(dāng)前時(shí)期的地震災(zāi)害承災(zāi)體脆弱性和震災(zāi)損失風(fēng)險(xiǎn)狀況的居多。但是，要深入理解自然災(zāi)害的成災(zāi)機(jī)理和自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的形成機(jī)制，制定更加科學(xué)的防災(zāi)減災(zāi)特別是震災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)控制對(duì)策，不僅需要研究當(dāng)前時(shí)期的承災(zāi)體脆弱性和震災(zāi)損失風(fēng)險(xiǎn)狀況，而且需要研究承災(zāi)體脆弱性和震災(zāi)損失風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)展變化及其驅(qū)動(dòng)力。

為此，蘇桂武等(2008)研究了京津唐地區(qū)1985年以來的地震災(zāi)害區(qū)域宏觀脆弱性變化，揭示了該地區(qū)地震災(zāi)害區(qū)域宏觀脆弱性時(shí)空變化的若干基本模式和規(guī)律，分析了研究區(qū)地震災(zāi)害區(qū)域宏觀脆弱性時(shí)空變化的驅(qū)動(dòng)機(jī)制。本文將在此基礎(chǔ)上，以群體房屋為例，繼續(xù)從動(dòng)態(tài)變化的角度，討論該地區(qū)地方尺度上的地震災(zāi)害脆弱性和震災(zāi)損失風(fēng)險(xiǎn)時(shí)空變化的特點(diǎn)。進(jìn)一步加深對(duì)地震災(zāi)害成災(zāi)機(jī)理和地震災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)形成機(jī)制的認(rèn)識(shí)，同時(shí)為這類地區(qū)城市規(guī)劃和防震減災(zāi)政策及應(yīng)急預(yù)案的制定提供進(jìn)一步的研究依據(jù)。

1 研究區(qū)范圍、資料來源和方法

1.1 研究區(qū)范圍和代表時(shí)期

研究區(qū)包括唐山市區(qū)和周邊9個(gè)典型城鄉(xiāng)過渡鄉(xiāng)鎮(zhèn)。9個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)分別是路南區(qū)女織寨鄉(xiāng)，路北區(qū)果園鄉(xiāng)，開平區(qū)開平鎮(zhèn)、越河鎮(zhèn)、鄭莊子鄉(xiāng)、洼里鎮(zhèn)，豐南區(qū)豐南鎮(zhèn)，古冶區(qū)大莊坨鄉(xiāng)、習(xí)家套鄉(xiāng)(圖1)。

以1976年、1995年、2002年和2009年為代表時(shí)期，討論研究區(qū)群體房屋地震災(zāi)害脆弱性和震災(zāi)損失風(fēng)險(xiǎn)的時(shí)空變化。選擇以上年份作為代表，除考慮一定的時(shí)間尺度和時(shí)代代表性外，主要取決于相應(yīng)年份基礎(chǔ)資料的可獲取性，主要涉及高分辨率遙感資料的完整程度。

1.2 基礎(chǔ)資料及來源

所用基礎(chǔ)資料為:1)1976年唐山大地震的相關(guān)研究資料，主要有《唐山地震災(zāi)害調(diào)查報(bào)告》①馬春勤等，1992，唐山地震災(zāi)害調(diào)查報(bào)告。、《唐山大地震震害1～3》(劉恢先主編，1985，1986)、《瞬間與十年:唐山地震始末》(王子平主編，1986);2)高分辨率遙感影像，包括1995年航拍影像、2002年IKONOS衛(wèi)星數(shù)據(jù)和2009年GeoEye-1衛(wèi)星數(shù)據(jù);3)代表時(shí)期的社會(huì)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)年鑒和地方志資料。利用上述基礎(chǔ)資料獲取或提取研究區(qū)各代表時(shí)期各種類型房屋的總建筑面積和相關(guān)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。具體包括:利用1976年唐山大地震的相關(guān)研究資料，獲取研究區(qū)1976年震前各類型房屋的建筑面積與震后各類型房屋的損毀面積、地震經(jīng)濟(jì)損失等;利用高分辨率遙感影像提取研究區(qū)各類型房屋的建筑面積;利用社會(huì)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)年鑒、地方志及相關(guān)檔案資料，提取研究區(qū)各代表時(shí)期不同類型房屋的單位面積造價(jià)和單位面積室內(nèi)財(cái)產(chǎn)量。

圖1 研究區(qū)位置示意圖Fig.1 Sketch map of the study area.

1.3 分析方法

群體房屋地震災(zāi)害脆弱性和震災(zāi)損失風(fēng)險(xiǎn)分析主要運(yùn)用我們前期研究給出的基于高分辨率遙感影像的房屋屬性信息提取方法(齊文華等，2012)，設(shè)定地震情景分析法和震災(zāi)損失風(fēng)險(xiǎn)分析方法，流程見圖2。

1.3.1 基于高分辨率遙感的房屋屬性信息提取

在震災(zāi)評(píng)估中，房屋結(jié)構(gòu)類型和面積至關(guān)重要，而高度與兩者關(guān)系密切。遙感影像中，地物的陰影能夠反映高度等空間三維信息。因此，通過房屋陰影長(zhǎng)度能夠提取房屋高度，公式為其中，H為要計(jì)算的房屋高度，M為影像上的陰影長(zhǎng)度，φ為與成像參數(shù)(與太陽、衛(wèi)星方位等相關(guān)的參數(shù))有關(guān)的系數(shù)。

利用高度可以計(jì)算房屋層數(shù)。根據(jù)高度或?qū)訑?shù)、位置、形狀等信息可以推斷房屋結(jié)構(gòu)類型;通過在影像上矢量化屋頂輪廓能夠直接得到房屋的平面面積，乘以層數(shù)即為建筑面積。具體提取過程及精度驗(yàn)證見另文介紹(齊文華等，2012)。

1.3.2 設(shè)定地震情景分析法

情景分析又稱情景描述，是在推測(cè)的基礎(chǔ)上，對(duì)可能的未來一系列情景加以描述后，獲得一系列情景下未來狀態(tài)的預(yù)測(cè)集并形成一個(gè)總體的綜合評(píng)價(jià)(貢金濤等，2011)。情景分析是溝通過去、現(xiàn)在和將來的一種對(duì)未來可能事件進(jìn)行完備分析的技術(shù)(趙思健等，2012)，該方法被廣泛應(yīng)用于宏觀環(huán)境分析和預(yù)測(cè)、建筑規(guī)劃、土地利用、節(jié)能減排、災(zāi)害分析等領(lǐng)域(Klugel et al.，2006;叢沛桐等，2007;倪九派等，2011;王寶等，2011;黃毅宇等，2011;張荔等，2011;唐蘭等，2011;田立新等，2012)。設(shè)定地震情景分析是震災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)分析的主要方法之一，即在研究區(qū)設(shè)定一個(gè)或幾個(gè)地震烈度，計(jì)算出在這些地震烈度作用下的各類房屋破壞、經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡情況(郭星全等，1999)。本文采用該方法估算研究區(qū)遭受Ⅵ～Ⅺ度地震烈度時(shí)和1976年唐山大地震實(shí)際烈度時(shí)，各代表時(shí)期的震災(zāi)損失風(fēng)險(xiǎn)。

圖2 基于高分辨率遙感影像的建筑群震災(zāi)脆弱性和損失風(fēng)險(xiǎn)分析方法流程圖Fig.2 Flowchart of analysis of seismic vulnerability and loss risk of buildings based on high-resolution remote sensing image.

1.3.3 震災(zāi)損失風(fēng)險(xiǎn)分析方法

震災(zāi)損失風(fēng)險(xiǎn)主要考慮房屋的破壞面積和房屋破壞造成的直接經(jīng)濟(jì)損失。分析上述內(nèi)容的方法前人已有成熟的研究成果可供借鑒，本文主要參考尹之潛等(1990，1991，1994，1996)的相關(guān)成果進(jìn)行計(jì)算。

2 結(jié)果分析

利用前述資料和方法，提取研究區(qū)1976年、1995年、2002年和2009年4期房屋屬性數(shù)據(jù)，分析4個(gè)代表時(shí)期房屋暴露數(shù)量和結(jié)構(gòu)脆弱性的變化。在此基礎(chǔ)上，采用設(shè)定地震情景分析法，在設(shè)定研究區(qū)遭受Ⅵ～Ⅺ度地震烈度和1976年唐山大地震實(shí)際烈度下，模擬各代表時(shí)期的震災(zāi)損失風(fēng)險(xiǎn)，分析其變化規(guī)律。

2.1 房屋暴露數(shù)量及變化

圖3和表1顯示:研究區(qū)房屋暴露總量顯著增加。1976年唐山地震前各類房屋總建筑面積約為1 751萬多m2，1995年、2002年和2009年各類房屋總建筑面積分別是1976年地震前的2.82、3.26和4.08倍。從增長(zhǎng)速度來看，30多年來，研究區(qū)房屋年平均增長(zhǎng)面積約164萬m2。其中1976年地震前至1995年年平均增長(zhǎng)面積約168萬m2，1995年至2002年年平均增長(zhǎng)面積約111萬m2，2002年至2009年年平均增長(zhǎng)面積約205萬m2，2002年以后年增長(zhǎng)速度加快，表明該地區(qū)進(jìn)入了一個(gè)快速發(fā)展的新時(shí)期。

圖3 1976年震前至2009年研究區(qū)房屋數(shù)量柱狀圖Fig.3 Building area changes from 1976 to 2009 of the study area.

表1 1976年唐山地震前、1995年、2002年和2009年研究區(qū)房屋數(shù)量Table 1 Total area of buildings of each type in 1976 before the earthquake，and in 1995，2002 and 2009

圖4顯示房屋暴露數(shù)量的增長(zhǎng)具有較大的空間差異。增長(zhǎng)區(qū)主要分布在唐山市區(qū)與果園鄉(xiāng)的鄰接帶、豐南鎮(zhèn)北部、開平鎮(zhèn)中部和習(xí)家套鄉(xiāng)東北部。同時(shí)4個(gè)增長(zhǎng)區(qū)也表現(xiàn)出不同的增長(zhǎng)方式，市區(qū)西部主要沿邊界帶向果園鄉(xiāng)擴(kuò)展，豐南鎮(zhèn)和習(xí)家套鄉(xiāng)主要向南部擴(kuò)展，開平鎮(zhèn)向東、向南增長(zhǎng)較快。其他地區(qū)增長(zhǎng)相對(duì)較小。

2.2 房屋結(jié)構(gòu)脆弱性及變化

結(jié)合實(shí)地調(diào)研和前人的房屋結(jié)構(gòu)分類，本文將研究區(qū)各時(shí)期的房屋結(jié)構(gòu)統(tǒng)一分成4類:土木結(jié)構(gòu)平房、單層磚結(jié)構(gòu)平房、磚混結(jié)構(gòu)樓房和鋼混結(jié)構(gòu)樓房。30年來，隨著城市化進(jìn)程迅速推進(jìn)，研究區(qū)房屋暴露數(shù)量顯著增加的同時(shí)，其結(jié)構(gòu)類型也發(fā)生了很大變化。

圖5顯示了研究區(qū)4個(gè)代表時(shí)期4種結(jié)構(gòu)類型房屋的比例情況。1976年唐山地震前，房屋以土木結(jié)構(gòu)為主，占總建筑面積的59%，鋼混結(jié)構(gòu)僅3%。并且，當(dāng)時(shí)土木結(jié)構(gòu)平房和磚結(jié)構(gòu)平房不設(shè)防，鋼混結(jié)構(gòu)房屋也只按Ⅵ度設(shè)防。唐山地震后，由于整體規(guī)劃和重建，土木房屋基本絕跡，磚混結(jié)構(gòu)和鋼混結(jié)構(gòu)房屋的比例逐漸加大。尤其是鋼混結(jié)構(gòu)房屋比例增加明顯，1995年、2002年和2009年鋼混結(jié)構(gòu)房屋比例分別為9%、12%和25%。磚結(jié)構(gòu)平房所占比例下降明顯，由1995年的50%下降到2009年的32%。總之30多年來研究區(qū)鋼混結(jié)構(gòu)房屋和磚混結(jié)構(gòu)房屋比例逐漸增加，尤其是鋼混結(jié)構(gòu)房屋增長(zhǎng)迅速，而抗震性能較差的磚結(jié)構(gòu)平房不斷減少，即該地區(qū)房屋的抗震性能越來越好，結(jié)構(gòu)脆弱性越來越低。

圖4 研究區(qū)1995年、2002年和2009年各類房屋的總體空間分布Fig.4 Distribution map of different type buildings in three representative periods.

圖5 研究區(qū)各代表時(shí)期各類型房屋比例Fig.5 Proportion of different type buildings in four representative periods.

2.3 震災(zāi)損失風(fēng)險(xiǎn)變化

30多年來研究區(qū)房屋暴露數(shù)量顯著增加，結(jié)構(gòu)類型不斷改善。在這樣巨大的變化下，如若再次遭受地震打擊，各代表時(shí)期將呈現(xiàn)出截然不同的破壞形式和震災(zāi)損失風(fēng)險(xiǎn)。本文在設(shè)定研究區(qū)遭受Ⅵ～Ⅺ度地震烈度和唐山大地震時(shí)實(shí)際烈度情況下，模擬了各時(shí)期的震災(zāi)損失風(fēng)險(xiǎn)，分析了其變化規(guī)律。

2.3.1 設(shè)定地震烈度Ⅵ～Ⅺ度條件下震災(zāi)損失風(fēng)險(xiǎn)整體變化

2.3.1.1 房屋總破壞面積及變化

圖6顯示:1976—2009年，在遭受各烈度地震條件下房屋破壞面積顯著增加;同時(shí)隨著烈度的增大，破壞面積增加的數(shù)量越來越顯著。從Ⅵ度至Ⅺ度，2009年的房屋破壞量分別是1976年的 2.3、2.4、2.7、3.1、3.7 和4.1 倍。

圖6 設(shè)定地震烈度Ⅵ～Ⅺ度下各時(shí)段房屋破壞面積和破壞率變化Fig.6 Damaged building areas and area ratios under the earthquake scenario intensityⅥ～Ⅺ.

對(duì)比相同烈度下不同時(shí)段的面積破壞率可以發(fā)現(xiàn)，從1976年至2009年房屋總破壞比例逐漸降低。但隨著烈度的增大，面積破壞比例下降幅度減小。在遭受地震烈度Ⅵ度到Ⅷ度條件下，房屋破壞比例下降幅度明顯較大;Ⅸ度和Ⅹ度時(shí)，破壞比例降低幅度較前3個(gè)烈度減小;當(dāng)遭受地震烈度為Ⅺ度時(shí)，各時(shí)期房屋基本全部發(fā)生破壞。

2.3.1.2 經(jīng)濟(jì)損失變化

從圖7中可見，1976—2009年，在任何烈度下，房屋破壞造成的直接經(jīng)濟(jì)損失都顯著增大。并且隨著烈度的增大，經(jīng)濟(jì)損失的增幅明顯增大。從地震烈度Ⅵ度至Ⅺ度，2009年的房屋直接經(jīng)濟(jì)損失分別是1976年的7.7倍、6.9倍、7.7倍、9.3倍、11倍和15倍。

圖7 設(shè)定地震烈度下各時(shí)段房屋破壞直接經(jīng)濟(jì)損失的變化Fig.7 Direct economic loss from damage of buildings under the earthquake scenario intensityⅥ～Ⅺ.

2.3.2 遭受高、低烈度條件下震災(zāi)損失風(fēng)險(xiǎn)差異

1976—2009年，隨著研究區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和房屋結(jié)構(gòu)脆弱性的變化，在遭受低地震烈度和高地震烈度條件下，其震災(zāi)損失風(fēng)險(xiǎn)顯示出很大差異。這些差異主要體現(xiàn)在房屋破壞面積的變化、破壞率的變化、破壞等級(jí)的變化、破壞類型的變化等方面。為了便于分析這些差異，以Ⅶ度代表低烈度地震，以Ⅹ度代表高烈度地震，做了進(jìn)一步的比較分析。

2.3.2.1 破壞面積和破壞率變化的差異

當(dāng)遭受低烈度地震(Ⅶ度)時(shí)，1976—2009年，隨著房屋總量的大量增加破壞面積也增加，但由于房屋結(jié)構(gòu)脆弱性的降低使得破壞面積增加并不顯著，房屋破壞率下降明顯。2009年的房屋總量是1976年的4倍多(表1)，而破壞面積只比1976年增加了1倍多;破壞率卻從1976年的63.64%下降到36.73%，下降了近27%(表2，圖6中Ⅶ、Ⅹ度)。

表2 遭受Ⅶ度和Ⅹ度烈度地震下各時(shí)期房屋破壞面積和破壞率Table 2 Damaged building areas and area ratios under the earthquake scenario intensityⅦandⅩ

當(dāng)遭受高烈度地震(Ⅹ度)時(shí)，近30年來，研究區(qū)房屋雖然結(jié)構(gòu)脆弱性有明顯降低，但房屋破壞面積仍然增長(zhǎng)明顯，且房屋破壞率降低量較低烈度地震時(shí)小得多。2009年房屋破壞面積是1976年的3.7倍，破壞率僅下降了9%(表2，圖6中Ⅶ、Ⅹ度)。

2.3.2.2 破壞等級(jí)和破壞類型變化的差異

圖8顯示:當(dāng)遭受低烈度地震時(shí)，被破壞的房屋類型以土木結(jié)構(gòu)和磚結(jié)構(gòu)平房為主，土木結(jié)構(gòu)被破壞的比率達(dá)83.5%，磚結(jié)構(gòu)平房為72%，而磚混結(jié)構(gòu)和鋼混結(jié)構(gòu)房屋的破壞比分別只有22.5%和15%。從破壞等級(jí)來看，土木結(jié)構(gòu)房屋和磚結(jié)構(gòu)平房發(fā)生中等破壞和嚴(yán)重破壞的比率都超過了20%，被毀壞的比率分別為19%和8.36%，因此土木結(jié)構(gòu)房屋以發(fā)生中等破壞、嚴(yán)重破壞和毀壞為主，磚結(jié)構(gòu)平房以發(fā)生中等破壞和嚴(yán)重破壞為主，其破壞情況都比較嚴(yán)重。磚混結(jié)構(gòu)房屋發(fā)生中等以上破壞等級(jí)的比率只有6.82%，只有1%的鋼混結(jié)構(gòu)房屋發(fā)生中等破壞，基本不會(huì)發(fā)生嚴(yán)重破壞和毀壞，兩者主要發(fā)生輕微破壞，且絕大部分為完好。

圖8 4類房屋在遭受Ⅶ度和Ⅹ度烈度地震時(shí)的破壞比Fig.8 Earthquake damage ratios under the earthquake scenario intensityⅦ andⅩ.

當(dāng)遭受高烈度地震時(shí)，主要的房屋破壞類型雖還以土木結(jié)構(gòu)和磚結(jié)構(gòu)平房為主，但磚混結(jié)構(gòu)和鋼混結(jié)構(gòu)房屋也發(fā)生了較大程度的破壞，且各類型房屋的破壞等級(jí)有較大程度升高。土木結(jié)構(gòu)房屋全部發(fā)生破壞，發(fā)生中等以上破壞的比率達(dá)98.5%;只有2.2%的磚結(jié)構(gòu)平房完好，近93%發(fā)生中等以上破壞;磚混結(jié)構(gòu)房屋發(fā)生中等破壞、嚴(yán)重破壞和毀壞的比率分別為21.95%、17.64%和12.89%，鋼混結(jié)構(gòu)房屋發(fā)生3種等級(jí)破壞的比率分別為35%、10.5%和4.5%。

2.3.2.3 經(jīng)濟(jì)損失變化的差異

表3和圖9顯示:當(dāng)遭受低烈度地震時(shí)，2009年的直接經(jīng)濟(jì)損失是1976年的6.9倍。從1976—2009年，各類房屋造成的直接經(jīng)濟(jì)損失中，都以土木結(jié)構(gòu)房屋(1976年時(shí))、磚結(jié)構(gòu)平房為主，占總損失的73%以上;磚混和鋼混結(jié)構(gòu)房屋隨著破壞面積的增加其造成的直接經(jīng)濟(jì)損失也有所增長(zhǎng)，占總損失的比例從1976年的12%增加到2009年的27%，增長(zhǎng)了16%。

當(dāng)遭受高烈度地震時(shí)，2009年的直接經(jīng)濟(jì)損失是1976年的11倍。30多年來，隨著磚混和鋼混結(jié)構(gòu)房屋破壞面積的增加其造成的直接經(jīng)濟(jì)損失大幅增長(zhǎng)，占總損失的比例從1976年的33%增加到2009年的56%，增長(zhǎng)了23%。

1976—2009年，隨著研究區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和房屋結(jié)構(gòu)脆弱性的降低，在遭受低地震烈度時(shí)，抗震性能好的房屋有效的降低了房屋破壞率和房屋破壞增長(zhǎng)量，且房屋破壞等級(jí)低，對(duì)于減少房屋本身破壞損失和室內(nèi)財(cái)產(chǎn)損失及降低震后救援難度都有積極作用。但在遭受高地震烈度時(shí)，這些抗震性能好的房屋也出現(xiàn)了大面積和高等級(jí)的破壞，在某種程度上增加了震災(zāi)損失風(fēng)險(xiǎn)。

2.3.3 1976年唐山地震模擬

圖10顯示研究區(qū)涉及到唐山地震時(shí)的Ⅸ度、Ⅹ度和Ⅺ度3個(gè)烈度等級(jí)。利用ArcGIS軟件，將1995年、2002年和2009年3個(gè)時(shí)段的房屋分布圖分別與烈度分布圖相疊加，就可以得到各時(shí)段相應(yīng)烈度下的房屋類型和數(shù)量，提取結(jié)果見表4。

表3 遭受Ⅶ度和Ⅹ度烈度地震下各時(shí)段房屋破壞直接經(jīng)濟(jì)損失Table 3 Direct economic loss from building damage under the earthquake scenario intensityⅦandⅩ

圖9 遭受Ⅶ度和Ⅹ度烈度地震下各時(shí)期各類型房屋破壞直接經(jīng)濟(jì)損失比例Fig.9 Proportion of direct economic loss from damage of buildings of each type under the earthquake scenario intensityⅦandⅩ.

表4 3時(shí)段相應(yīng)烈度下各類房屋數(shù)量Table 4 Total area of each type of buildings in the three periods

圖10 1976年唐山地震烈度分布圖Fig.10 Isoseismic map of the 1976 Tangshan earthquake.

利用上述震災(zāi)損失風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算方法，計(jì)算出3個(gè)時(shí)段房屋建筑的破壞面積和直接經(jīng)濟(jì)損失，見表5和6。

1976年唐山地震時(shí)，唐山市區(qū)(路南區(qū)、路北區(qū)、古冶區(qū)和開平區(qū))房屋破壞面積約為1，116.95萬m2(劉恢先，1986)，房屋破壞造成的自身損失和室內(nèi)財(cái)產(chǎn)損失約2.75億元(當(dāng)年價(jià))(鄒其嘉等，1990)，折合為現(xiàn)價(jià)約14.27億元。計(jì)算得出，若該地區(qū)唐山地震分別于1995年、2002年和2009年重演，則房屋破壞面積分別達(dá)4 591萬m2、5 306萬m2和6 420萬m2(表5)，分別是1976年唐山地震時(shí)的4倍、5倍和6倍;房屋破壞造成的自身損失和室內(nèi)財(cái)產(chǎn)損失分別為140.33億元、249.53億元和397.07億元(表6)，分別是1976年唐山地震的10倍、18倍和28倍。

在這里我們注意到，不論是在設(shè)定地震烈度Ⅵ～Ⅺ度條件下還是模擬唐山大地震實(shí)際烈度下，房屋破壞面積增加了4～7倍，經(jīng)濟(jì)損失卻增長(zhǎng)了十幾到二十幾倍。這說明造成經(jīng)濟(jì)損失增長(zhǎng)的不僅是房屋破壞數(shù)量的增加，還與該地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有關(guān)。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們生活水平的提高，房屋造價(jià)越來越高，尤其是鋼混結(jié)構(gòu)房屋，而且人們擁有的室內(nèi)財(cái)產(chǎn)也越來越多，這就使得相同面積的房屋承載的經(jīng)濟(jì)數(shù)量越來越多，即房屋的經(jīng)濟(jì)脆弱性增加了。當(dāng)房屋破壞時(shí)，其造成的經(jīng)濟(jì)損失也就越來越大。

表5 1976年唐山地震重演條件下時(shí)段房屋破壞面積Table 5 Damage area of buildings in three representative periods under the condition of simulating the 1976 Tangshan earthquake

表6 1976年唐山地震重演條件下時(shí)段的直接經(jīng)濟(jì)損失Table 6 Direct economic loss of buildings in three representative period under the condition of simulating the 1976 Tangshan earthquake

3 結(jié)論和討論

本文基于我們前期構(gòu)建的基于高分辨率遙感的房屋震災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，以1976年、1995年、2002年和2009年為代表時(shí)期，在設(shè)定遭受Ⅵ～Ⅺ度地震烈度和唐山大地震實(shí)際烈度的情景下，討論了研究區(qū)1976年以來群體房屋的脆弱性和震災(zāi)損失風(fēng)險(xiǎn)變化。主要認(rèn)識(shí)如下:

(1)1976年震前至2009年，研究區(qū)各類房屋總建筑面積增長(zhǎng)了4倍多;房屋暴露面積的增長(zhǎng)具有較大的空間差異和方向性，增長(zhǎng)區(qū)主要分布在研究區(qū)的西部，并沿NNE向呈線狀或片狀增長(zhǎng)。

(2)1976年震前至2009年該地區(qū)房屋的抗震性能越來越好、結(jié)構(gòu)脆弱性越來越低。不設(shè)防的土木結(jié)構(gòu)房屋基本絕跡，抗震能力較強(qiáng)的鋼混結(jié)構(gòu)和磚混結(jié)構(gòu)房屋不斷增加，并隨城市化進(jìn)程的加快呈現(xiàn)出迅速增長(zhǎng)趨勢(shì)，尤其是鋼混結(jié)構(gòu)房屋的增長(zhǎng)速度最快。

(3)從1976年至2009年，在設(shè)定遭受Ⅵ～Ⅺ度烈度地震條件下房屋破壞面積和直接經(jīng)濟(jì)損失都顯著增加，同時(shí)隨著烈度的增大，破壞面積和經(jīng)濟(jì)損失增加的量越來越顯著;但房屋破壞比例逐漸降低。

(4)從1976年至2009年，隨著研究區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和房屋結(jié)構(gòu)脆弱性的變化，在遭受低地震烈度和高地震烈度條件下，其震災(zāi)損失風(fēng)險(xiǎn)顯示出很大差異。在遭受低地震烈度時(shí)，抗震性能好的磚混和鋼混結(jié)構(gòu)房屋的增加有效地降低了房屋破壞率和破壞面積增長(zhǎng)量，且房屋破壞等級(jí)低，對(duì)于降低震災(zāi)損失風(fēng)險(xiǎn)及減輕震后救援難度都有積極作用;但在遭受高地震烈度時(shí)，這些抗震性能好的房屋也出現(xiàn)了大面積和高等級(jí)的破壞，在某種程度上增加了震災(zāi)損失風(fēng)險(xiǎn)，且由于房屋結(jié)構(gòu)原因震后救援難度會(huì)大幅增加。

(5)若1976年唐山大地震重現(xiàn)，研究區(qū)房屋震災(zāi)損失風(fēng)險(xiǎn)顯著增加。2009年房屋破壞面積是1976年唐山地震時(shí)的6倍;直接經(jīng)濟(jì)損失是1976年唐山地震的28倍。

基于以上對(duì)研究區(qū)地震災(zāi)害脆弱性和震災(zāi)損失風(fēng)險(xiǎn)時(shí)空變化特點(diǎn)的認(rèn)識(shí)，在對(duì)這類地區(qū)進(jìn)行城鄉(xiāng)防震減災(zāi)規(guī)劃和制定地震應(yīng)急預(yù)案時(shí)應(yīng)考慮以下情況:1)充分做好應(yīng)對(duì)大地震的準(zhǔn)備。房屋結(jié)構(gòu)脆弱性的降低使得小地震造成的風(fēng)險(xiǎn)明顯降低;遭受較大地震時(shí)，雖然結(jié)構(gòu)脆弱性的降低減輕了震害程度，但高烈度地震仍使房屋破壞嚴(yán)重，且有相當(dāng)部分的磚混和鋼混結(jié)構(gòu)房屋破壞等級(jí)達(dá)到中等及以上。同時(shí)，發(fā)生毀壞的磚混和鋼混結(jié)構(gòu)房屋還會(huì)給應(yīng)急救援帶來一定困難。因此，在提高房屋質(zhì)量降低其脆弱性的同時(shí)，也要做好備災(zāi)和救災(zāi)措施，尤其是應(yīng)對(duì)大地震的準(zhǔn)備。2)城市化過程中，城鎮(zhèn)發(fā)展具有方向性特點(diǎn)，城鎮(zhèn)快速發(fā)展的地區(qū)，其震災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)也會(huì)快速增大。在編制地方性地震應(yīng)急預(yù)案時(shí)，應(yīng)注意到不同地區(qū)震災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)的空間差異，對(duì)于震災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)大的地區(qū)應(yīng)給予必要的關(guān)注。如在編制唐山地區(qū)的地方性地震應(yīng)急預(yù)案時(shí)，除以核心區(qū)為重點(diǎn)外，還要注意到果園鄉(xiāng)、豐南鎮(zhèn)這些發(fā)展快速的地區(qū)。

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