引言

在地震应急指挥系统中，地震灾害快速评估是地震应急决策辅助建议的重要基础和科学依据(杨天青等，2006)。因此，提高地震灾害快速评估结果的精准性对提高地震应急处置能力、震后应急响应启动、初期应急指挥决策具有重要意义。

影响地震灾害快速评估的主要因素包括宏观震中与微观震中偏离、场地类型、烈度衰减关系、基础数据、房屋易损性矩阵、人员伤亡评估模型等。21世纪以来，为推动地震应急快速评估系统的应用与发展，全国地震应急技术从业者在地震应急评估领域开展了诸多优化研究工作。为解决大区域评估时建筑物分散性问题，蔡宗文等(2009)在传统震害模型的基础上，提出了基于人口统计资料的震害预测模型及方法，取得了较好的实用效果；杨天青等(2005)通过对地震应急快速评估结果与实际地震现场调查经济损失结果进行对比，并从建筑物单价和损失比的角度进行分析，形成地震应急快速评估的直接经济损失修正模型，在一定程度上提升了地震快速评估经济损失的精准性；李敏等(2018)基于云南现有地震应急快速评估系统，开展了针对评估功能构架和数据传递流程的研究，从软件工程角度探索可优化现有系统评估效率的方法，提升了评估产品的产出速度，并通过模拟震例进行技术验证等。在现有条件下，克服上述因素的影响，进一步提高震害快速评估的科学性、精准性、可靠性，是应急工作面临的挑战。

2020年1月19日，新疆喀什地区伽师县(39.83°N，77.21°E)发生6.4级地震，震源深度16km。此次地震造成1人死亡、2人受伤及15.26亿元经济损失1。按照中国地震台网中心官方发布的地震速报参数，在震后第一时间(快速响应阶段)通过地震灾害损失快速评估系统产出此次地震的快速评估报告。据估算，最高烈度达Ⅷ度，认为此次地震可能造成0—2人伤亡。为提高地震快速评估系统的精准性，分析此次地震灾害损失快速评估结果与实际地震现场调查结果的偏差性是验证评估系统精准性的基础和前提。因此，本文对地震损失快速评估涉及的地震影响场分布、人员伤亡评估模型、灾区公里网格人口分布、房屋易损性矩阵等进行对比分析，研究评估结果与实际结果存在偏差的原因，为改进地震快速评估系统中的评估模型和基础数据，并提高地震快速评估精准性及更好地为震后应急处置决策提供科学参考。

1.   基本思路和方法

进行地震灾害快速评估时，地震发生时刻、震级、极震区烈度评估、宏观震中与微观震中偏离、烈度衰减关系模型、人员伤亡评估模型、房屋震害矩阵等是影响地震灾害损失计算的主要因素。为探讨地震灾害损失快速评估结果与实际调查结果的偏差，本文对比分析此次地震影响场评估方案、人员伤亡评估模型、灾区公里网格人口分布、房屋易损性矩阵等因素对地震损失评估结果的影响，结合我国西部历史地震案例，探讨地震影响场的不确定性，对本次地震快速评估结果的精准性和偏差性进行讨论。

本文采用基于公里网格的地震灾害损失快速评估软件及其数据库进行计算，该数据库拥有精细化的人口分布、分类房屋数据和地震易损性数据，能实现灾区分块化估算，使结果更贴近真实情况。软件中采用的公里网格人口分布数据源自《南北地震带大震极灾区速判及关键技术研究——地震带区域基础数据更新与数据模式转换》项目研究成果，该数据集是在人口统计数据、行政区划数据、DEM等地形数据、土地利用数据分析处理的基础上，建立的多影响因素全国公里网格人口分布数据集；采用的地震易损性数据源自温和平等(2016)的研究成果。

2.   地震致灾因素影响分析

2.1   地震影响场烈度快速评估模型的选择

地震影响场是地震灾害损失的主要影响因素，受地震强度、空间分布、地震动衰减等因素的影响，烈度衰减关系是地震动参数确定的前提和基础，为分析地震评估结果的精准性和偏差性，本文地震影响场采用地震烈度区分布，结合对应的地震参数，选择表 1所示地震影响场评估模型进行分析，其中模型c为中国地震局地震灾害快速评估系统使用的模型。

表 1  地震影响场评估模型

Table 1.  Seismic intensity distribution assessment models

模型	模型名称	模型来源	震中位置
a	现场调查烈度图	新疆维吾尔自治区地震局
b	新疆地震烈度衰减关系模型	谭明等(2011)	微观震中
c	新疆地震烈度衰减关系模型	俞言祥等(2013)	微观震中
d	新疆地震烈度衰减关系模型	俞言祥等(2013)	宏观震中

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评估模型a是基于地震现场工作队展开的实际震害调查评定的地震烈度图(图 1)，主要通过对灾区进行抽样震害调查，并参考震区构造背景、余震分布、震源机制等众多因素，结合强震动观测记录等因素确定，由图 1可知该模型的影响场分布与真实地震情况最相符。

图 1  基于4种评估模型的地震影响场分布图

Figure 1.  Comparison of seismic intensity distribution from different four assessment methods

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评估模型b是基于微观震中下的新疆地震烈度衰减关系模型快速评估影响场(图 1)，其中地震参数依据中国地震台网中心正式速报三要素结果，即震级6.4级，微观震中位置39.83°N，77.21°E，震源深度16km，震源破裂方向由震中附近活动构造方向确定，模型选取烈度衰减关系模型为新疆地震烈度衰减关系模型(谭明等，2011)：

其中, R_a和R_b分别为椭圆衰减模型长、短轴半径。

评估模型c是基于微观震中下的新疆地震烈度衰减关系模型快速评估影响场(图 1)，其中地震参数和震源破裂方向与模型b相同，烈度衰减关系模型为新疆地震烈度衰减关系模型(俞言祥等，2013)：

其中, R_a和R_b分别为椭圆衰减模型长、短轴半径。

评估模型b和模型c均能较好地反映地震快速评估系统震后第一时间产出的快速评估结果。

评估模型d是基于宏观震中下的新疆地震烈度衰减关系模型快速评估影响场(图 1)。由于存在活动断层的铲形，微观震中与宏观震中存在客观的不一致性，在地震速报和地震灾害快速评估系统中选取的均为地震微观震中，代表震源初始破裂点在地表的投影。而宏观震中是极震区的几何中心，一般情况下，震源初始破裂点不是破裂释放能量最大的部位，宏观震中是地震造成破坏最严重的区域。为比较微观震中和宏观震中位置对损失评估结果的影响，本文所取宏观震中是模型a极震区的几何中心，是实际破坏最严重、烈度值最大的位置，选取宏观震中位置和新疆地震烈度衰减模型作为评估参数，通过比较可知模型b和模型c相差甚微，因此宏观震中烈度衰减关系选择新疆地震烈度衰减关系模型(俞言祥等，2013)，得到的地震影响场评估模型见图 1(模型d)，该模型震源破裂方向由震中附近活动构造方向确定。

2.2   人员伤亡评估模型

本文地震灾害损失快速评估软件中使用的人员伤亡评估模型以震中烈度作为核心参数，以震级、人口密度作为修正参数，建立其与死亡人数的关系：

其中，lnt为震中烈度，α_m为震级修正系数，α_den为人口密度修正系数，D为死亡人数(刘金龙等，2012)。模型要求使用指标参数为地震灾区人口分布和分类房屋面积。

2.3   4种影响场模型损失评估结果的对比

4种影响场模型损失评估结果见表 2，由表 2可知，模型a评估为真实结果，死亡人数为1人；模型b、模型c和模型d死亡人数均为0—2人，与真实情况结果相差甚微，在评估人员伤亡差异上精准性均较高。因此，本文重新矢量化烈度图，测量各烈度下的长短轴、面积(表 2)。由表 2可知，模型a为此次地震的真实烈度圈模型，模型b、模型c、模型d与模型a相差较大，在长短轴数据上，模型b、模型c与模型d结果相差甚微，但与模型a真实烈度图相比，Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ度区长短轴结果相差1—31km；模型b、模型c和模型d各烈度面积相同，这是由于烈度衰减关系公式结果相差较小，但与模型a真实烈度图相比，Ⅵ、Ⅶ度区面积较实际面积偏大、Ⅷ度区面积较实际面积偏小，各烈度区与实际面积相差224—2448km²，造成偏差的原因是真实地震烈度衰减关系受震源特性、深部构造、传播介质、场地条件、建筑物结构类型和居民点分布、地形等多因素的影响，而模型b、模型c、模型d均采用椭圆衰减关系模型，该模型烈度随震中距呈对数关系衰减，未考虑更多因素的影响。

表 2  4种影响场模型损失评估结果

Table 2.  Loss assessment results of 4 influence field models

模型	最高烈度	Ⅵ度区		Ⅶ度区		Ⅷ度区		Ⅵ度区面积/km2	Ⅶ度区面积/km2	Ⅷ度区面积/km2	死亡人数
		长轴/km	短轴/km	长轴/km	短轴/km	长轴/km	短轴/km
a	Ⅷ	135	71	86	39	33	9	4945	2397	257	1
b	Ⅷ	136	82	55	29	10	5	7393	1211	33	0—2
c	Ⅷ	134	82	56	29	10	6	7393	1211	33	0—2
d	Ⅷ	135	81	55	28	9	4	7393	1211	33	0—2

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2.4   地震影响场不确定性分析

自20世纪90年代初，我国组织开展了历次破坏性地震现场工作，包括震害调查、烈度评定、地震损失评估。为比较地震影响场评估的不确定性，本文选取1949—2019年我国西部地区6.0—6.9级地震烈度分布资料，数据选择依据以下原则：①可靠的震例数据来源。本文所选地震烈度数据主要来自《中国近代地震目录(公元1912年—1990年)》(中国地震局震害防御司，1999)、《1966~1989年中国地震灾害损失资料汇编》(中国地震局震灾应急救援司，2015a )、《中国大陆地震灾害损失评估汇编(1996~2000)》(中国地震局监测预报司，2001)、《2001~2005年中国大陆地震灾害损失评估汇编》(中国地震局震灾应急救援司，2010)、《2006~2010年中国大陆地震灾害损失评估汇编》(中国地震局震灾应急救援司，2015b )、中国地震局网站及相关文献等；②搜集的震例有清晰的等震线分布图；③震例等震线图中有较充分的参考点，可准确地进行地理坐标配准和数字化。基于以上原则，测量不同地震不同烈度区的实际面积。

对数据进行分类，1979年以前多数房屋建筑不设防，2004年开始实施新疆农居抗震安居工程，因此将1949—1978年数据分为一组，将1979—2003年数据分为一组，将2004—2019年数据分为最后一组。震例显示6.0—6.9级地震烈度最大可达Ⅸ度。分别绘制Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ度震级-烈度区面积分布图(图 2)，图中绿色点表示1979—2003年西部地区6.0—6.9级地震震例数据，棕色点表示1979—2003年西部地区6.0—6.9级地震震例数据，粉色点表示2004—2019年西部地区6.0—6.9级地震震例数据，红色点表示2020年1月19日新疆伽师6.4级地震(由于此次地震最大烈度为Ⅷ度，所以无Ⅸ度区面积数据)。

图 2  震级与烈度区面积的关系

Figure 2.  The relationship between magnitude and area of intensity zone

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由图 2可知，当发震震级相同时，烈度相同的地区面积最多可相差2个数量级，相差较大。由抗震设防分组数据可知，房屋抗震设防水平对烈度区面积具有一定影响，但烈度区面积除受房屋抗震设防水平的影响外，还受生命线工程破坏程度、地质灾害等多方面的影响。

3.   灾区人口分布的影响

新疆伽师6.4级地震灾区人口分布情况如图 3，同时叠加了模型a和模型c(由于模型b、模型c、模型d中烈度区长短轴和面积相差甚微，因此选取模型a和模型c进行比较)地震烈度分布图。总体上，地震灾区人口分布稀疏，主要集中于少数民族居民区。根据地震灾害快速评估系统，Ⅵ度区常住人口约17万，Ⅶ度区常住人口约3.6万，Ⅷ度区人口稀少，约21万。根据本次地震现场调查结果，灾区人口为279388人，相差6万余人，这是因为在模型c生成的地震影响场中，Ⅶ、Ⅷ度区面积远小于模型a中对应的面积，Ⅵ度区面积虽大于模型a中Ⅶ度区面积，但震区北侧Ⅵ度区内为柯坪中低山，气候干旱，无地表水分布，人烟罕至，由图 3可知，模型a较模型c烈度区人口稠密地区面积稍大。模型a烈度衰减关系受灾区人口分布的影响，但其他3种模型采用椭圆衰减关系，不受人口数据的影响。因此，准确的人口数据和地震影响场对地震灾害损失评估结果的精准性具有重要影响。

图 3  新疆伽师6.4级地震灾区人口分布

Figure 3.  Population distribution in disaster area of Jiashi M_S6.4 earthquake in Xinjiang

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4.   地震易损性的影响

地震易损性是评定震害的数值，也是对地震预测区未来地震造成建筑物破坏和损失程度做出的预测(叶清，2003)。地震灾害造成的经济损失和人员伤亡均与房屋建筑破坏程度有关(周文等，2012)。某一特定地区易损性矩阵能综合反映上述因素的影响，震害具有明显的地域性(宋立军等，1999)。为探讨新疆伽师6.4级地震灾害损失评估的精准性，本文将该次地震灾害损失评估报告中不同类型房屋在不同烈度下的破坏比(易损性矩阵)与地震快速评估系统中该地区所用的易损性矩阵进行对比，见表 3、表 4。本次地震烈度调查分为评估区一(Ⅷ度区)、评估区二(Ⅶ度区)、评估区三(Ⅵ度区)。本次地震涉及的房屋结构类型包括砖木结构、砖混结构、框架结构和安居房，按《地震现场工作第3部分：调查规范》(GB/T 18208.3—2011)(中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局等，2011)将建筑物破坏分为毁坏、严重破坏、中等破坏、轻微破坏、基本完好。采用大范围均匀抽样方法进行房屋破坏程度调查，抽样点基本均匀地分布在灾区范围内。

表 3  新疆伽师6.4级地震评估区各结构类型房屋破坏比资料

Table 3.  Summary table of damage ratio of residential buildings of various structure types in the Jiashi 6.4 earthquake evaluation area, Xinjiang

结构类型	评估区	毁坏	严重破坏	中等破坏	轻微破坏	基本完好
砖木结构	评估区一	11.00	49.00	30.00	10.00	0.00
	评估区二	0.00	10.00	36.00	41.00	13.00
	评估区三	0.00	1.00	9.00	30.00	60.00
砖混结构	评估区一	0.00	20.00	20.00	30.00	30.00
	评估区二	0.00	0.00	0.00	20.00	80.00
	评估区三	0.00	0.00	0.00	6.00	94.00
框架结构	评估区一	0.00	15.00	20.00	32.00	33.00
	评估区二	0.00	0.00	0.00	10.00	90.00
	评估区三	0.00	0.00	0.00	27.00	73.00
安居房	评估区一	0.00	0.00	0.00	11.00	89.00
	评估区二	0.00	0.00	0.00	1.00	99.00
	评估区三	0.00	0.00	0.00	0.00	100.00

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表 4  地震快速评估系统中所用的新疆伽师地区易损性矩阵

Table 4.  Vulnerability matrix of Jiashi area in Xinjiang used in the rapid earthquake assessment system

结构类型	评估区	毁坏	严重破坏	中等破坏	轻微破坏	基本完好
砖木结构	评估区一	20.93	20.80	26.47	18.65	13.15
	评估区二	0.00	16.57	24.79	28.57	30.07
	评估区三	0.00	4.17	15.80	31.23	48.80
砖混结构	评估区一	5.55	11.01	21.95	37.43	24.06
	评估区二	2.28	8.43	17.59	31.70	40.00
	评估区三	0.00	1.65	6.25	15.82	76.28
框架结构	评估区一	0.52	8.20	34.23	41.21	15.84
	评估区二	0.01	0.55	8.21	34.26	56.97
	评估区三	0.00	0.01	0.55	8.20	91.24
安居房	评估区一	0.02	0.34	4.83	23.16	71.65
	评估区二	0.00	0.00	0.07	1.65	98.28
	评估区三	0.00	0.00	0.00	0.00	100.00

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新疆伽师6.4级地震破坏主体为砖木结构，砖木结构房屋在抽样评估区内均有分布。由表 3可知，砖木结构房屋在Ⅷ度区中等及以上破坏达90.00%，在Ⅶ度区中等及以上破坏达46.00%，在Ⅵ度区中等及以上破坏达10.00%¹。由表 4可知，砖木结构房屋在Ⅷ度区中等及以上破坏达68.20%，在Ⅶ度区中等及以上破坏达41.36%，在Ⅵ度区中等及以上破坏达19.97%，对应结果相差21.80%、4.64%和9.97%。同理地震评估区其他类型房屋破坏比结果与地震快速评估系统所用的新疆伽师地区易损性矩阵结果都有偏差，造成偏差主要是因为房屋建筑破坏程度不仅与结构类型、材料、建筑习俗等有关，还与场地条件、地震类型等有关。今后应精进伽师地区房屋震害矩阵，为今后该地区震害预测、地震快速评估工作提供科学依据。

5.   结论

本文探讨了2020年1月19日新疆伽师6.4级地震灾害评估中极震区烈度评估、地震影响场、宏观震中与微观震中偏离、烈度衰减关系模型、人员伤亡评估模型、房屋震害矩阵与真实结果的偏差。研究结果表明，基于微观震中和宏观震中的3种评估模型结果基本一致，与真实烈度图比较可知，按照地震烈度衰减评估模型b、模型c、模型d得到的Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ度烈度区与对应的现场调查烈度区(模型a)在长短轴上相差1—31km；模型b、模型c、模型d的Ⅶ、Ⅷ度区面积远小于模型a中对应的烈度区面积，而Ⅵ度区面积大于模型a中对应的烈度区面积，相差224—2448km²，通过与西部地区历史地震数据对比可知，此次地震实际影响场面积在同震级历史震例影响场面积分布范围内，伤亡人口结果相近。

随着震源破裂过程和震源深度反演研究的深入，地震烈度衰减关系可考虑将历史地震断层破裂长度和震源深度数据进行深入研究；可考虑综合余震序列、地震构造环境、震源机制解等多因素进行方向判定，以提高地震影响场评估的精准性。

综上所述，造成本次地震损失快速评估结果不同的主要因素为地震影响场分布、人口与房屋建筑(对应抗震能力)数量评估的偏差。提高地震影响场评估精准性，并提高人口、房屋建筑等数据空间分布精准性，对提高地震灾害损失快速评估精准性具有重要意义和影响。