CN104200126A - 一种地震导致滑坡所造成的人员死亡的快速评估方法 - Google Patents

一种地震导致滑坡所造成的人员死亡的快速评估方法 Download PDF

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Abstract

一种地震导致滑坡所造成的人员死亡的快速评估方法，其首先将研究区域按地质类别划分为不同的地质区域，然后获得研究区域的坡度数据；并计算各地质区域的安全系数Fs，又计算出各地质区域的极限加速度及地震动峰值加速度数据，之后计算可能造成各地质区域人口死亡的滑坡危险性参数并以县为单位，求得每个县滑坡危险性参数平均值；然后计算每个县的人口脆弱性参数，对于每个县所辖区域中地震烈度大于等于VI或地震动峰值加速度大于等于0.05g的区域，计算折减系数，最后计算出地震引起的次生滑坡可能造成的人员死亡数量。本发明所提供的一种地震导致滑坡所造成的人员死亡的快速评估方法，其可快速评估由地震引发的次生滑坡灾害可能造成的人员死亡情况。

Description

一种地震导致滑坡所造成的人员死亡的快速评估方法
技术领域
本发明涉及一种评估地震造成的损失的方法，特别是一种对地震导致的次生滑坡灾害可能造成的人员死亡的快速评估方法。 
背景技术
滑坡是斜坡上的岩土体，在重力和地表水，地下水等作用下，沿一定的滑坡面整体向下滑动的一种现象。强烈地震时，地震诱发的滑坡次生地质灾害，特别是在山地、丘陵地区，其经济损失和人员伤亡甚至比地震直接造成的还要大。在中国大陆地区，尤其是地形相对复杂的山区，地震造成的滑坡是最为常见且破坏力最强的次生地震灾害。 
然而，地震造成的滑坡具有发生突然、机理复杂、运动形态多样的特征，预测比较困难。各国政府为减轻地震造成的滑坡灾害，都采取了积极有效的措施。其中，在地震应急体系中，特别提到“防御次生灾害”，通过加强次生灾害监测预警，组织专家开展险情排查、评估和除险加固等方式，提高政府应对震后滑坡灾害的应急指挥和救援能力，减少人民的生命财产损失。 
在针对地震造成的滑坡应急指挥***中，地震造成的滑坡灾害快速评估是应急决策***的重要基础和科学依据，如果能够快速预估出地震造成的滑坡伤亡情况，就可以为应急资源需求提供参考数据；也可以根据人员伤亡情况，制定物资医疗需求和救灾人员需求方案，在最短的时间内使灾民得到营救和安置，从而使人员伤亡水平降到最低。 
我国在“九五”期间建立了地震灾害快速评估模型，此外，在“灾害学”杂志2010年10月第25卷增刊中的文章“地震人员伤亡快速评估模型研究”(高惠瑛、李清霞)中，作者提出了对地震中人口损失的评估方法。然而，关于地震造成的滑坡灾害人员伤亡快速评估方法研究却寥寥无几，在“岩石力学与工程学报”杂志2010年10月第10期第29卷的文章“地震滑坡灾害 快速评估技术及对应急影响研究”(王秀英)中，作者也仅提出了一些研究思路，却并没有涉及具体的解决方法。可见，在现有评估方法中，尚无针对地震造成的滑坡次生灾害可能造成人员死亡的有效评估方法，特别是适于震后应急期间的快速评估方法。 
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种地震导致滑坡所造成的人员死亡的快速评估方法，以减少或避免前面所提到的问题。 
为解决上述技术问题，本发明提供了一种地震导致滑坡所造成的人员死亡的快速评估方法，其用于在地震灾害发生后，快速评估研究区域内由地震引起的次生滑坡可能造成的人员死亡数量C，其包括如下步骤， 
步骤A，在计算机上利用现有地质图将所述研究区域按地质类别划分为不同的地质区域，并获得各所述地质区域的内聚力c、土容重r及内摩擦角参数； 
步骤B，在计算机上根据DEM的30米分辨率数据，利用Arcgis软件获得所述研究区域的坡度数据； 
步骤C，在计算机上根据公式 
获得各所述地质区域的安全系数Fs，上式中β为坡度； 
步骤D，在计算机上根据公式 
ac＝(FS-1)gsinβ 
获得各所述地质区域的极限加速度ac； 
步骤E，将地震时监测台站采集到的南北向aEW和东西向aNS两个峰值加速度数据，利用公式求得平均值，然后进行插值计算，获得各所述地质区域的地震动峰值加速度amax数据，并利用Arcgis软件获得各所述地质区域amax-ac的数据； 
步骤F，在计算机上根据下列公式计算可能造成各地质区域人口死亡概 率的滑坡危险性参数P1数据， 
当amax-ac≥0时，求得P1＝0.05-0.12(amax-ac-0.446)2， 
当上式P1＜0时，则P1取值为0； 
当amax-ac＜0时，则P1＝0， 
根据行政区划数据，以县为单位，利用Arcgis软件求得每个县滑坡危险性参数平均值P1i，i表示所述研究区域的第i县； 
步骤G，按照下列公式计算每个县的人口脆弱性参数， 
P2i＝(0.28-0.1Ia)5.4-0.55M，其中，
上式中M为地震震级，Ca为该县15-59岁人口数量，Ci为该县人口总人数，i表示所述研究区域的第i县； 
步骤H，对于每个县所辖区域中地震烈度大于等于VI或地震动峰值加速度大于等于0.05g的区域，按照下列公式计算折减系数S折： 
上式中，S总为所述县总面积，SVI为所述县地震烈度大于等于VI或地震动峰值加速度大于等于0.05g的区域的面积； 
步骤I，根据下列公式计算在所述研究区域由地震引起的次生滑坡可能造成的人员死亡数量
本发明所提供的一种地震导致滑坡所造成的人员死亡的快速评估方法，其可在地震发生后，快速评估由地震引发的次生滑坡灾害可能发生的位置以及其可能造成的人员死亡情况，对选择启动应急预案的应急响应级别具有较高参考价值，为决策者指定灾民的营救和安置计划提供依据。 
附图说明
以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中， 
图1显示的是根据本发明的一个具体实施例的一种地震导致滑坡所造成的人员死亡的快速评估方法的研究区域的地质区域划分图； 
图2为图1基础上的研究区域的坡度图； 
图3为图2基础上的安全系数数据图； 
图4为图3基础上的极限加速度图； 
图5为图1基础上的地震动峰值加速度图； 
图6为图4、5基础上的amax-ac差值图； 
图7为图6基础上的地震导致滑坡危险性参数图； 
图8为图7基础上的县级地震导致滑坡危险性参数平均值数据图。 
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现说明本发明的具体实施方式。 
本发明提供了一种地震导致滑坡所造成的人员死亡的快速评估方法，其用于在地震灾害发生后，快速评估研究区域内由地震引起的次生滑坡可能造成的人员死亡数量C，其包括如下步骤， 
步骤A，在计算机上利用现有地质图将所述研究区域按地质类别划分为不同的地质区域，并获得各所述地质区域的内聚力c、土容重r及内摩擦角参数；不同的地质类别对应的参数如下表所示； 
类别 内聚力(MPa) 土容重(kN/m3) 内摩擦角(°)
火山岩 0.22 27.5 40
变质岩 0.17 26.5 33
碎屑岩 0.1 25.5 24
碳酸盐岩 0.07 23.5 16
第四系松散堆积物 0.05 21.5 13
步骤B，在计算机上根据DEM的30米数据，利用Arcgis软件获得所述研究区域的坡度数据； 
基于30米的DEM数字高程模型(Digital Elevation Model)可通过“地理空间数据云”的ASTER GDEM获取，并利用Arcgis软件获得所述研究区 域的坡度数据， 
步骤C，在计算机上根据公式 
获得各所述地质区域的安全系数Fs，上式中β为坡度； 
根据步骤A、B所获得的数据，可在Arcgis软件中根据上述公式计算出各所述地质区域的分辨率为30米的各基础地面数据单元的安全系数Fs，在计算之前，可先将内摩擦角和坡度β先换算为同一单位，例如，Arcgis软件在计算三角函数时需要以弧度为单位输入数据，则在计算前可先将内摩擦角和坡度β均换算为弧度进行输入。 
步骤D，在计算机上根据公式 
ac＝(FS-1)g sinβ 
获得各所述地质区域的极限加速度ac；在计算得到步骤C的安全系数Fs数据后，可在Arcgis软件中根据上述公式进一步计算出各所述地质区域的分辨率为30米的各基础地面数据单元的极限加速度ac。 
步骤E，将地震时监测台站采集到的南北向aEW和东西向aNS两个峰值加速度数据，利用公式求得平均值，然后进行插值计算，获得各所述地质区域的地震动峰值加速度amax数据，并利用Arcgis软件获得各所述地质区域amax-ac的数据；也就是说，可在Arcgis软件中进一步计算出各所述地质区域的分辨率为30米的各基础地面数据单元的amax-ac的数据。 
步骤F，在计算机上，根据下列公式计算可能造成各地质区域人口死亡概率的滑坡危险性参数P1数据， 
当amax-ac 0时，求得P1＝0.05-0.12(amax-ac-0.446)2， 
当上式P1＜0时，则P1取值为0； 
当amax-ac＜0时，则P1＝0， 
根据行政区划数据，以县为单位，利用Arcgis软件求得每个县滑坡危险性参数平均值P1i，i表示所述研究区域的第i县； 
利用步骤E所获得的分辨率为30米的各基础地面数据单元的amax-ac的数据，可以根据上述公式计算出各基础地面数据单元的人口死亡概率P1的数值，然后可将行政区划数据导入Arcgis软件，从而可获得每个县所包含的分辨率为30米的各基础地面数据单元的人口死亡概率P1的数值，并进一步可每个县的滑坡危险性参数平均值P1i， 
步骤G，按照下列公式计算每个县的人口脆弱性参数， 
P2i＝(0.28-0.1Ia)5.4-0.55M，其中，
上式中M为地震震级，Ca为该县15-59岁人口数量，Ci为该县人口总人数，i表示所述研究区域的第i县； 
步骤H，对于每个县所辖区域中地震烈度大于等于VI或地震动峰值加速度大于等于0.05g的区域，按照下列公式计算折减系数S折： 
上式中，S总为所述县总面积，SVI为所述县地震烈度大于等于VI或地震动峰值加速度大于等于0.05g的区域的面积； 
步骤I，根据下列公式计算在所述研究区域由地震引起的次生滑坡可能造成的人员死亡数量C， 
也即是通过公式 
即可计算出地震引起的次生滑坡可能造成的人员死亡数量C。 
图1显示的是根据本发明的一个具体实施例的一种地震导致滑坡所造成的人员死亡的快速评估方法的研究区域的地质区域划分图；图2为图1基础上的研究区域的坡度图；图3为图2基础上的安全系数数据图；图4为图3基础上的极限加速度图；图5为图1基础上的地震动峰值加速度图；图6为图4、5基础上的amax-ac差值图；图7为图6基础上的地震导致滑坡危险 性参数图；图8为图7基础上的县级地震导致滑坡危险性参数平均值数据图。 
参见图1-8所示，下面以2013年07月22日甘肃岷县、漳县Ms6.6地震为例具体说明本发明所提供的一种地震导致滑坡所造成的人员死亡的快速评估方法。 
首先，如图1所示，在计算机上利用现有地质图将遭受地震的研究区域按地质类别划分为不同的地质区域，并获得各所述地质区域的内聚力c、土容重r及内摩擦角参数； 
然后，如图2所示，在计算机上根据所述区域的DEM的30米数据，利用Arcgis软件获得所述研究区域的坡度数据； 
之后，如图3所示，在计算机上根据公式 
获得各所述地质区域的安全系数Fs 
之后，如图4所示，在计算机上根据公式 
ac＝(FS-1)gsinβ 
获得各所述地质区域的极限加速度ac； 
之后，如图5、6所示，将地震时监测台站采集到的南北向aEW和东西向aNS两个峰值加速度数据，利用公式求得平均值，然后进行插值计算，获得各所述地质区域的地震动峰值加速度amax数据，并利用Arcgis软件获得各所述地质区域amax-ac的数据；也就是说，可在Arcgis软件中进一步计算出各所述地质区域的分辨率为30米的各基础地面数据单元的amax-ac的数据。 
之后，如图7、8所示，在计算机上，根据下列公式计算可能造成各地质区域人口死亡概率的滑坡危险性参数P1数据， 
当amax-ac 0时，求得P1＝0.05-0.12(amax-ac-0.446)2， 
当上式P1＜0时，则P1取值为0； 
当amax-ac＜0时，则P1＝0， 
根据行政区划数据，以县为单位，利用Arcgis软件求得每个县滑坡危险性参数平均值P1i， 
之后，按照下列公式计算每个县的人口脆弱性参数， 
P2i＝(0.28-0.1Ia)5.4-0.55M，其中，
上式中M为地震震级，Ca为该县15-59岁人口数量，Ci为该县人口总人数，i表示所述研究区域的第i县； 
之后，对于每个县所辖区域中地震烈度大于等于VI或地震动峰值加速度大于等于0.05g的区域，按照下列公式 计算折减系数S折： 
上式中，S总为所述县总面积，SVI为所述县地震烈度大于等于VI或地震动峰值加速度大于等于0.05g的区域面积； 
最后，根据下列公式计算在所述研究区域由地震引起的次生滑坡可能造成的人员死亡数量C， 
也即是通过公式 
即可计算出地震引起的次生滑坡可能造成的人员死亡数量C。 
在本具体实施例中，岷县、漳县的相关数据计算后如下表所示： 
也即是，通过本发明提供的一种地震导致滑坡所造成的人员死亡的快速评估方法，可估算出由于本次地震所导致的次生滑坡灾害可能造成的人员死亡数为67-68人，而本次地震所导致的次生滑坡灾害实际造成的57人，也就是说，通过本发明提供的一种地震导致滑坡所造成的人员死亡的快速评估方法所评估结果的误差小于18％，因此，本发明所提供的一种地震导致滑坡所 造成的人员死亡的快速评估方法可以用于未来地震灾害发生时，对地震导致的次生滑坡灾害可能造成的人员死亡进行评估。 
本发明所提供的一种地震导致滑坡所造成的人员死亡的快速评估方法，其可在地震发生后，快速评估由地震引发的次生滑坡灾害可能发生的位置以及其可能造成的人员死亡情况，对选择启动应急预案的应急响应级别具有较高参考价值，为决策者指定灾民的营救和安置计划提供依据。 
本领域技术人员应当理解，虽然本发明是按照多个实施例的方式进行描述的，但是并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案。说明书中如此叙述仅仅是为了清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体加以理解，并将各实施例中所涉及的技术方案看作是可以相互组合成不同实施例的方式来理解本发明的保护范围。 
以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化、修改与结合，均应属于本发明保护的范围。 

Claims (1)

1.一种地震导致滑坡所造成的人员死亡的快速评估方法，其特征在于，其用于在地震灾害发生后，快速评估研究区域内由地震引起的次生滑坡可能造成的人员死亡数量C，其包括如下步骤，
步骤A，在计算机上利用现有地质图将所述研究区域按地质类别划分为不同的地质区域，并获得各所述地质区域的内聚力c、土容重r及内摩擦角参数；
步骤B，在计算机上根据DEM的30米数据，利用Arcgis软件获得所述研究区域的坡度数据；
步骤C，在计算机上根据公式
获得各所述地质区域的安全系数Fs，上式中β为坡度；
步骤D，在计算机上根据公式
ac＝(Fs-1)gsinβ
获得各所述地质区域的极限加速度ac；
步骤E，将地震时监测台站采集到的南北向aEW和东西向aNS两个峰值加速度数据，利用公式求得平均值，然后进行插值计算，获得各所述地质区域的地震动峰值加速度amax数据，并利用Arcgis软件获得各所述地质区域amax-ac的数据；
步骤F，在计算机上根据下列公式计算可能造成各地质区域人口死亡概率的滑坡危险性参数P1数据，
当amax-ac 0时，求得P1＝0.05-0.12(amax-ac-0.446)2，
当上式P1＜0时，则P1取值为0；
当amax-ac＜0时，则P1＝0，
根据行政区划数据，以县为单位，利用Arcgis软件求得每个县滑坡危险性参数平均值P1i，i表示所述研究区域的第i县；
步骤G，按照下列公式计算每个县的人口脆弱性参数，
P2i＝(0.28-0.1Ia)5.4-0.55M，其中，
上式中M为地震震级，Ca为该县15-59岁人口数量，Ci为该县人口总人数，i表示所述研究区域的第i县；
步骤H，对于每个县所辖区域中地震烈度大于等于VI(或地震动峰值加速度大于等于0.05g)的区域，按照下列公式 计算折减系数S折：
上式中，S总为所述县总面积，SVI为所述县地震烈度大于等于VI(或地震动峰值加速度大于等于0.05g)的区域的面积；
步骤I，根据下列公式计算在所述研究区域由地震引起的次生滑坡可能造成的人员死亡数量
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