云南生命线工程及水工结构的地震灾害损失研究
2010-04-30 00:00:00 浏览：
摘要：云南地震灾害频发，生命线工程和水工结构破坏严重。本文对1993~2003年云南地区生命线工程和水工结构(常称“水利设施”)的震害损失进行了研究。结果表明: ① 随着社会经济的发展，同等地震能量所造成的经济损失呈增大趋势；② 生命线工程及水工结构的地震灾害损失随震级的增大而显著增大；③ 生命线工程和水利设施占总损失比例的算术平均值之和没有表现出明显的变化特征，较为接近，占11.4%~16.2%。
关键词：生命线工程；水工结构；震害损失；人口密度；地震震级；云南
云南地区绝大多数破坏性地震MS≥5.0造成建筑结构不同程度的破坏，并造成巨大的生命和财产损失[1]。按有关规定[2~5]，建筑结构分为房屋建筑结构、生命线工程、工业构筑物、水工结构、土工结构、地下结构和重大工程设施。本文着重讨论生命线工程和水利设施的地震灾害损失。
1 资料
生命线工程和水利设施灾评工作的发展经历了三个阶段：
第一阶段：1992~1993年初，试评估阶段。震害调查和经济损失评估的主要对象是房屋建筑，很少涉及其它建筑结构或工程结构；灾评工作主要通过抽样调查，圈定烈度线，按烈度区进行灾害损失评估。
第二阶段：1993~1995年。 1993 年 1 月 27 日 云南普洱6.3级地震的灾害损失评估报告中出现了有关生命线工程和水利设施经济损失的记录[6]。但该阶段生命线工程中各分项（交通、通信、电力和供排水等）的震害描述不够详细，地震灾害损失情况不清楚，经济损失评估也比较粗略，难免有余漏。该阶段仍然按烈度区进行灾害损失评估。
第三阶段：1996年至今。 1996 年 2 月 3 日 云南丽江7.0级地震灾害损失评估报告详尽地描述了生命线工程和水利设施的震害，给出了经济损失评估的依据、方法、程序和过程[7]。此后，生命线工程和水利设施的震害调查和经济损失评估逐步得以重视和加强。 2000 年1月15日 姚安5.9、6.5级地震后，应政府部门和社会团体紧急救援、抗震救灾决策的需要，地震部门开始按评估区来评估云南地区的震害损失，并先后使用地震现场灾害损失评估系统EDLES2.0和EDLES2.5版软件，提高了效率，缩短了现场灾评时间。自2000年始，对生命线工程和水利设施的现场调查细致而又全面，评估资料充分，内容详实。
本文分析所采用的数据资料（表1）主要来源于云南省地震局历次地震灾害损失评估报告，同时参考了文献[7~10]。由于灾评初期很少涉及生命线工程和水利设施的经济损失，因此，表1中仅列出1993年之后生命线工程和水利设施震害损失。1993~2003年云南地区共发生了46次破坏性地震，生命线工程和水利设施破坏，造成了不同程度的经济损失。地震灾害损失评估过程中，对于发震地点相同、发震时间相近的多次地震，难于详细区分不同地震的震害，只能给出一个综合评估结果；对于主震不久后发生的强余震，由于没造成更大损失，而且灾区恢复重建工作尚未开展，不进行灾害损失评估；对于在邻区发生、波及云南辖区的地震，只考虑云南境内的地震灾害损失。
表1云南地区生命线工程和水利设施震害损失一览表（1993~2003年）
序号
发震时间
年月日
发震地点
震级
Ms
震中
烈度
总损失
/万元
生命线工程经济损失/万元
水利设施经济损失/万元
交通系统
电力系统
通讯系统
供排水系统
合计
1
19930127
普洱
6.3
Ⅷ
6 930
各项不详
100
367
2
19930201
大姚
5.3
Ⅵ
1 150
10
10
20
27
3
19930530
景谷
4.9
Ⅵ
1 192
32
4
19930603
景谷
5.0
5
19930604
临沧
5.0
6
19930717
中甸
5.6
Ⅵ
2 080
各项不详
20
16
7
19930814
姚安
5.6
Ⅶ
3 055
各项不详
100
700
8
19940919
景谷
5.2
Ⅵ
1 520
10
10
260
9
19950218
沧源-澜沧
5.1
Ⅵ
730
204
10
19950425
金平
5.6
Ⅶ
1 100
各项不详
342
23.5
11
19950630
中缅交界
(孟连西)
5.5
Ⅷ
20 550
925
914
408
2 247
2 884
12
19950710
6.2
13
19950712
7.3
14
19951024
武定
6.5
Ⅸ
74 383
6 493
1 249
471
8 213
11 621
15
19960203
丽江
7.0
Ⅸ
250 000
3 301
7 300
4 234
3 300
18 135
10 367
16
19960205
6.0
17
19960702
丽江
5.2
Ⅵ
2 182
7.0级地震的余震，生命线工程和水利设施没有新的损失
18
19960925
丽江
5.7
Ⅶ
3 080
7.0级地震的余震，生命线工程和水利设施没有新的损失
19
19970125
勐腊-景洪
5.1
Ⅵ
1 560
各项不详
130
20
19970130
景洪-江城
5.5
Ⅶ
5 304
各项不详
700
21
19971023
丽江
5.3
Ⅵ
2 680
15
22
19981002
宁蒗
5.3
Ⅶ
9 098
400
350
115
865
900
23
19981027
5.2
24
19981119
宁蒗
5.0
Ⅷ
45 314
2 137
4 319
555
1 500
8 511
5 348
25
19981119
6.2
26
19981201
宣威
5.1
Ⅶ
10 990
668
110
272
960
2 010
400
27
19990103
宁蒗
5.0
作为6.2级地震的余震，未做灾损评估
28
19991125
澄江
5.2
Ⅵ
7 657
350
29
20000115
姚安
5.9
Ⅷ
106 621
900
1 496
1 036
324
3 756
12 326
30
20000115
6.5
31
20000127
丘北
5.5
Ⅶ
10 374
256
299
286
841
1 073
32
20000821
武定
5.1
Ⅵ
7 870
200
300
500
1 320
33
20001006
陇川西
5.8
Ⅵ
5 060
100
100
300
34
20010312
澜沧
5.0
Ⅵ
5 575
30
30
217
35
20010410
施甸
5.2
Ⅷ
50 490
690
1 190
270
590
2 740
5 750
36
20010412
5.9
37
20010524
盐源-宁蒗
5.8
Ⅶ
5 660
430
520
100
130
1 180
1 310
38
20010608
施甸
5.3
Ⅵ
3 660
90
90
300
39
20010710
楚雄
5.3
Ⅵ
1 930
190
40
20010715
江川
5.0
Ⅵ
3 770
500
41
20010904
景谷
5.0
Ⅵ
3 760
110
110
420
42
20011027
永胜
6.0
Ⅶ
41 050
2 800
410
280
420
3 910
4 840
43
20030721
大姚
6.2
Ⅷ
59 190
2 970
2 400
760
630
6 760
4 980
44
20031016
大姚
6.1
Ⅷ
41 560
650
1 310
280
580
2 820
5 040
45
20031115
鲁甸
5.1
Ⅶ
19 190
530
240
120
100
990
1 510
46
20031126
鲁甸
5.0
Ⅶ
9 300
310
130
90
60
590
730
云南灾区常见的生命线工程包括交通系统、通讯系统、供排水系统和电力系统等，常见的水利设施包括水坝、沟渠、渡槽、泵站、闸门等。
2生命线工程和水利设施震害损失随时间的变化特征
不同的年份，地震频度和强度的分布极不均匀，生命线工程和水利设施震害损失大相径庭，难以对比。应对地震震级进行换算，在等同地震能量条件下，地震灾害损失才有可比性。震级选取时遵循下列原则：① 对于主震-余震性地震，以主震为准；② 对于双震或群震，只考虑震级较大者。地震震级与地震释放的能量有如下关系[11]:
logЕ= 12.24+1.44Ｍ (1)
式中：Е 为地震释放的能量（10-7J）；Ｍ为相应地震震级。
经换算，云南地区1993～2003年各年破坏性地震释放能量与生命线工程和水利设施的震害损失列于表2。其中，2002年云南地区无破坏性地震发生，因此，不予列出。
表2云南地区地震释放能量与生命线工程和水利设施灾害损失（1993~2003年）
年份
地震灾害损失/万元
地震能量
Е/1012J
单位能量的损失/万元·(1012J)-1
生命线工程
水利设施
生命线工程
水利设施
1993
240
1 142
255
0.9
4.5
1994
10
260
5
2.0
52.0
1995
10 802
14 732.5
568
19.0
25.9
1996
18 135
10 367
2 123
8.5
4.9
1997
830
15
26
31.9
0.6
1998
11 386
6 648
158
72.1
42.1
1999
350
20
17.5
2000
5 197
15 019
420
12.4
35.8
2001
8 060
13 527
192
42.0
70.5
2003
11 160
12 260
260
42.9
47.2
等同地震能量条件下，云南地区生命线工程和水利设施地震灾害损失随年份呈增长趋势（图1）。个别年份地震灾害损失的离散度较大，可能与灾区经济状况、场地条件和震源深度的差异性有关[12~13]。
图1 相同地震能量条件下地震灾害经济损失随时间的变化趋势
3 生命线工程和水利设施震害损失与地震震级
3.1 生命线工程经济损失与震级
生命线工程经济损失随震级的增大而显著增大（图2）。二者并非简单的线性关系，而是二阶多项式关系：
Ll = 5712.6 M 2 -60813 M +161907 (2)
式中，M为地震震级；Ll为生命线工程的震害经济损失（万元）。
图2 震级与生命线工程经济损失的关系
3.2水利设施经济损失与震级
图3给出了水利设施经济损失与震级的关系，二者亦非简单的线性关系，而是指数关系：
Lh =0.0026e 2.2188M (4)
式中，M为地震震级，Lh为水利设施的震害经济损失（万元）。
图3 震级与水利设施经济损失的关系
4 生命线工程和水利设施震害损失占总损失的比例
研究生命线工程、水利设施地震灾害损失，要求其震害和经济损失资料具有完整性。地震灾害损失评估初期，经验欠缺，评估技术尚不够成熟，可能有漏项，资料的信度不高；有的地震发生在境外，资料不全。因此，本文对已有资料进行了筛选。数据选取时遵循下列原则：① 对于在邻区发生、波及云南辖区的地震，由于境外或区外的震害和经济损失不清楚，境内的情况不能代表整个灾区，如1995年中缅交界孟连西5.5、6.2、7.3级、2000年陇川西5.8级和2001年盐源―宁蒗5.8级地震。这类地震的有关资料残缺不全，予以剔除。② 部分震例强度较小或者为余震，没有造成生命线工程和水利设施经济损失，如1996年丽江5.2、5.7级和1999年宁蒗5.0级，研究价值不大，亦予以剔除。③ 对于发震地点、发震时间相近的双震或群震，其震害难以区分，只有一个综合评估结果，以震级较大的地震作为统计对象。经按上述原则筛选后，可供统计的样本数有31个（表3）。
表3云南地区生命线工程和水利设施损失占震害总损失的比例(1993~2003年)
序号
发震时间
发震地点
震级
Ms
总损失
/万元
生命线工程经济损失
水利设施经济损失
损失值
/万元
占总损失的比例
%
损失值
/万元
占总损失的比例
%
1
19930604
景谷、临沧
5
1 192
0
0
32
2.7
2
20010312
澜沧
5
5 575
30
0.5
217
3.9
3
20010715
江川
5
3 770
0
0
500
13.3
4
20010904
景谷
5
3 760
110
2.9
420
11.2
5
20031127
鲁甸
5
9 300
590
6.3
730
7.8
6
19950218
沧源-澜沧
5.1
730
0
0
204
27.9
7
19970125
勐腊-景洪
5.1
1 560
130
8.3
0
0
8
19981201
宣威
5.1
10 990
2 010
18.3
400
3.6
9
20000821
武定
5.1
7 870
500
6.4
1 320
16.8
10
20031115
鲁甸
5.1
19 190
990
5.2
1 510
7.9
11
19940919
景谷
5.2
1 520
10
0.7
260
17.1
12
19991125
澄江
5.2
7 657
0
0
350
4.6
13
19930201
大姚
5.3
1 150
20
1.7
27
2.3
14
19971023
丽江
5.3
2 680
0
0
15
0.6
15
19981002
宁蒗
5.3
9 098
865
9.5
900
9.9
16
20010608
施甸
5.3
3 660
90
2.5
300
8.2
17
20010710
楚雄
5.3
1 930
0
0
190
9.8
18
19970130
景洪-江城
5.5
5 304
700
13.2
0
0
19
20000127
丘北
5.5
10 374
841
8.1
1 073
10.3
20
19930717
中甸
5.6
2 080
20
1.0
16
0.8
21
19930814
姚安
5.6
3 055
100
3.3
700
22.9
22
19950425
金平
5.6
1 100
342
31.1
23.5
2.1
23
20010412
施甸
5.9
50 490
2 740
5.4
5 750
11.4
24
20011027
永胜
6
41 050
3 910
9.5
4 840
11.8
25
20031016
大姚
6.1
41 560
2 820
6.8
5 040
12.1
26
199811 19
宁蒗
6.2
45 314
8 511
18.8
5 348
11.8
27
20030721
大姚
6.2
59 190
6 760
11.4
4 980
8.4
28
19930127
普洱
6.3
6 930
100
1.4
367
5.3
29
19951024
武定
6.5
74 383
8 213
11.0
11 621
15.6
30
20000115
姚安
6.5
106 621
3 756
3.5
12 326
11.6
31
19960203
丽江
7
250 000
18 135
7.3
10 367
4.1
为了更好地统计生命线工程、水利设施损失占震害总损失的比例，并深入分析其基本特征，需要按震级档进行分类统计，每档取0.5级（表4）。
表4云南地区不同震级档的生命线工程和水利设施损失比例的统计表(1993~2003年)
震级档
生命线工程损失占总损失的比例(%)
水利设施损失占总损失的比例(%)
统计个数
算术平均值
范围值
算术平均值
范围值
5.0~5.4
3.5
0~18.3
8.2
0~27.9
17
5.5~5.9
8.9
1.0~31.1
6.8
0~22.9
6
6.0~6.4
8.0
1.4~18.8
8.2
5.3~12.1
5
6.5~6.9
4.8
3.5~11.0
9.1
11.6~15.6
2
7.0~7.4
7.3
7.3
4.1
4.1
1
从表4可以看出，5.0~5.4级地震造成生命线工程破坏的损失比例较小，仅占3.5%，水利设施破坏的损失较大，占8.2%；少数地震不会造成生命线工程和水利设施的损失；对于5.5级以上地震，生命线工程和水利设施损失占震害总损失比例的低限值随震级的增大而增大，但二者的算术平均值之和没有表现出明显的变化特征，较为接近，占11.4%~16.2%；个别5.5~5.9级地震没有造成水利设施的损失。
7.0~7.4级地震仅一次，生命线工程和水利设施损失受当地社会经济水平和震区建筑工程结构的分布等因素影响，偶然性大。要对其深入研究，有待有关资料的进一步积累。
5 认识与讨论
（1）云南破坏性地震频发，生命线工程和水利设施遭受不同程度的破坏。随着社会经济的发展，经济状况日益改善，抗震设防措施在一定程度上减少了生命线工程和水利设施损失；然而，由于城镇和乡村基础设施建设步伐加快，生命线工程和水利设施损失的数量急剧增多，空间分布密度变高，同等地震能量所造成的经济损失依然呈增大的趋势。个别年份生命线工程和水利设施灾害损失的离散度较大，与灾区经济状况、场地条件和震源深度的差异性有关。其中，各受灾地区经济状况的差异性是一个重要因素。不同灾区的经济状况和发展水平各异，相应地，生命线工程和水利设施的发展程度不同，同等地震能量所造成的灾害损失也就会有一定的地区差异性。
（2）生命线工程和水利设施的地震灾害损失随震级增大而增大，但二者并非简单的线性关系。生命线工程经济损失与震级呈二阶多项式关系，水利设施经济损失与震级呈指数关系。二者随震级增大而显著增大。
（3）5.0~5.4级地震造成生命线工程破坏的损失比例较小，占3.5%，水利设施破坏的损失较大，占8.2%；少数不会造成生命线工程和水利设施的损失。对于5.5级以上地震，生命线工程和水利设施损失比例的低限值随震级的增大而增大。个别5.5~5.9级地震不会造成水利设施的损失。
（4）不同震级条件下，生命线工程和水利设施的经济损失占震害总损失的比例没有表现出明显的变化特征，其算术平均值之和较为接近，占11.4%~16.2%。(作者：周光全 谭文红 施伟华 毛燕 解丽)
云南地震局供稿
责任编辑：刘子渐