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                    客觀日本

                    日本的災害及其對策(18) -地震(5)-

                    2019年07月03日 抗災防災

                    關于地震,筆者已發過4篇文章。本篇將為各位介紹6月17、18日在中國宜賓和日本新潟發生的兩次地震。

                    為方便敘述,本文對兩次地震簡稱如下。

                    6.17宜賓地震,6.18新潟地震(氣象廳命名:山形縣沖地震)

                    6.17宜賓地震與6.18新潟地震的規模與災情

                    6月17日晚,中國宜賓市長寧縣發生了6.0級地震,震中烈度達8度(相當于日本震度6強),最大加速度為5.992m/秒2。截止6月19日13人死亡,220余人受傷,房屋倒塌73棟,12棟嚴重受損,1萬多棟房屋部分受損。地震還造成部分地區的滑坡、滾石,交通與電力的中斷,受災人口達14萬之多。

                    次日6月18日晚,日本的新潟與山形縣交界的近海處也發生了地震,震級為6.7級,震中震度達6強,最大加速度為6.53m/秒2。截止6月19日的信息,0死亡,30余人受傷,149棟房屋部分受損。

                    兩次地震僅差1天,規模相當。媒體報道一時吸引了兩國民眾的眼球,部分報道還引起了爭議。宜賓地震和新潟地震的規模與災情如表1所示。

                    為什么新潟地震規模比宜賓地震大,震災損失反而小?

                    地震發生后,有朋友問:“為什么新潟地震比宜賓地震的震級高、震度大,死傷和房屋倒塌卻比宜賓少?”

                    這問題一句話很難講清楚,非要用一句話說清楚的話,那就是“地震震災損失(生命財產)與地震規模(震級,震度)不一定成正比,除地震規模外,與地震搖晃特性、地震動波及范圍、地震搖晃與建筑固有頻率的響應程度,以及震中附近人口密度等也有關系?!?/p>

                    宜賓與新潟地震的災害因素有啥不同?

                    接下來,解釋一下地震災害與那些因素相關,宜賓與新潟地震的災害因素有哪些不同。

                    (1) 地震破壞力

                    地震破壞力與地震規模(震級、震度、釋放能量、搖晃程度)、地震動特性相關。

                    ① 地震釋放與傳遞能量的差異

                    新潟地震(Mj6.7)釋放的能量是宜賓地震(Ms6.0)的8倍左右。但新潟地震發生在離陸地6-7km的海底,地震發生后一部分能量在傳遞到陸地前已消耗在海水擾動上了,而宜賓地震傳遞到地表的能量直接作用在建筑物上了。

                    ② 地震搖晃程度的差異

                    地震搖晃程度用加速度來衡量。第二運動定律F=ma(作用力=質量×加速度)都還記得吧?物體的加速度跟作用力成正比。

                    從兩個地震震中附近觀測點的數據看,新潟地震的合成加速度比宜賓地震大了近10%;而宜賓地震鉛直加速度(上下顛簸作用力)卻是新潟地震的2.5倍左右(圖1)。

                    合成加速度是水平橫晃與鉛直顛簸的成分合成。對建筑物來說,上下顛簸比橫晃更要命,這就是為什么相同震度時,直下型地震要比一般地震造成災害更大的原因。

                    左:宜賓(51GXT觀測點) 右:新潟(YMT005觀測點)

                    左:宜賓(51GXT觀測點) 右:新潟(YMT005觀測點)
                    圖1 鉛直方向加速度變化比較【1】

                    ③ 地震動特性的差異

                    地震動特性以反應譜來表示。

                    反應普好比廣播電臺發射的電波。各電臺使用波段不同,只有把收音機波段調到電臺波段時我們才能聽到廣播(共振效果)。同理,當地震反應譜與建筑物固有頻率重疊時就會造成和加大建筑的破壞。

                    宜賓地震反應普集中于0~0.7秒短周期,而新潟地震反應普則集中于0.7~1.5秒的中長周期(圖2)。

                    左:6.17宜賓地震(51GXT觀測點) 右: 6.18新潟地震(YMT005觀測點)

                    左:6.17宜賓地震(51GXT觀測點) 右: 6.18新潟地震(YMT005觀測點)
                    圖2 地震加速度反應普的比較【1】

                    (2)同等震度(烈度)范圍

                    再來看一下能夠造成房屋倒塌的震度5弱(中國烈度6以上)的范圍。日本震度5弱(0.6~1.10m/秒2)略大于中國地震烈度Ⅵ的加速度(0.45~0.89m/秒2)。新潟震度5弱以上區域略大于宜賓地震烈度Ⅵ以上的區域(圖3)。

                    日本的災害及其對策 地震 日本的災害及其對策 地震

                    圖3地震烈度Ⅵ(6)以上波及范圍的比較(四川省地震局, 日本氣象廳)

                    (3)地震動搖晃與建筑結構的差異

                    建筑結構不同,固有周期也不同。一般木結構住宅的固有周期在短周期0-0.5秒之間,超高層建筑在長周期2.0-20秒以上,而地震波卓越周期在警戒周期0.5-2.0秒之間(圖4,5)。

                    日本的災害及其對策 地震

                    圖4 建筑物的固有周期

                    日本的災害及其對策 地震

                    圖5 建筑物固有周期、地震共振周期(日本ハウスHP)

                    從受災建筑照片看,新潟震區多為2層木結構住宅,其固有頻率多在0.5秒以下,躲開了新潟地震反應的譜卓越周期(0.7-1.5秒,表1,圖2),所以受損不大(圖6(1));而宜賓震區倒塌的房屋多為農村1~2層磚混結構住宅,其固有頻率在0-1.0秒之間(表1,圖2),恰好與宜賓地震反應譜的卓越周期0.5-1.0秒有重疊,加上有部分自建房沒采取防震措施,導致房屋倒塌嚴重(圖6(2))。

                    左:6.17宜賓地震(51GXT觀測點) 右: 6.18新潟地震(YMT005觀測點)

                    6.18新潟地震

                    左:6.17宜賓地震(51GXT觀測點) 右: 6.18新潟地震(YMT005觀測點)

                    6.17宜賓地震
                    圖6震中房屋倒塌情況【摘自:共同通信社、視覺中國】

                    (4)人口分布密度的差異

                    從人口密度上看,宜賓市長寧縣幾乎是新潟村上市的7倍。即使其他地震因素相同,宜賓地震的災情也會大于新潟地震(表1)。

                    表1 中國6.17宜賓地震與日本6.18新潟地震概要一覽表

                    比較項目/指標

                    6.17宜賓地震

                    6.18新潟地震(山形県沖地震)

                    新潟/宜賓

                    地震概要

                     

                    發生日期時刻

                    2019/06/17 22:55

                    2019/06/18 22:22

                     

                    震級

                    Mj6.0(Mw5.8)

                    Ms6.7(Mw6.4)

                     

                    深度

                    16km

                    14km

                     

                    最近觀測點

                    51GXT(21.9km)

                    YMT004(115km)

                     

                    最大震度/烈度

                    烈度8度(CENC ),6度(USGS)

                    震度6強≒8度(CSIS)

                     

                    合成最大加速度

                    5.992m/sec2(?)

                    6.53m/sec2

                    1.09倍

                    鉛直最大加速度

                    5.992m/sec2

                    2.14m/sec2

                    0.36倍

                    反應譜卓越周期

                    短周期0~0.7s

                    中長周期0.7~1.5s

                     

                    地震類型

                    走滑型

                    逆斷層型

                     

                    震區面積

                    3,058km2(烈度6度以上)

                     

                    建筑特性

                    倒塌、破損房屋結構特性

                    多為磚混結構(1~3層)

                    固有周期(0-1.0秒)

                    多為木結構(2-3層)

                    固有周期(0-0.5秒)

                    參考值

                     

                    建筑結構響應例

                    (6層混凝土框架)

                    層間最大位移角0.28%(2層)

                    0.93%(6層)

                    2~3倍

                    災情

                    人口密度

                    長寧縣347.2人/km2(2010)

                    村上市50.4人/km2(2018數據)

                    6.9倍

                    死亡人數

                    13人

                    0人

                     

                    受傷人數

                    220人

                    35人(重傷9、輕傷25人)

                     

                    受災人數

                    14萬人以上

                     

                    房屋倒塌

                    73棟

                    0棟

                     

                    嚴重損壞

                    12棟

                    0棟

                     

                    部分損壞

                    10,657棟

                    149棟

                     

                    直接經濟損失

                    1,080萬元人民幣

                     

                    ※ CENC:中國地震臺網中心;USGS:美國地質調查所;CSIS:中國地震烈度。數據來源:中國地震局、中新社報道;日本氣象廳、NHK報道等。

                    (5)防災意識的差異

                    日本是地震大國,世界上6級以上的地震占了兩成。從政府到民眾都有很強的防災意識,防災教育從幼兒時就開始了。近十年日本的防災已是常態。

                    中國地震災害相對不是很多。汶川大地震后,政府和民眾的防災意識雖有了很大的提高,但仍然還有很長的路要走。比如這次宜賓地震,雖然預警成功,但仍有部分民眾在收到預警后不知所措;反觀新潟地震,大部分民眾在收到預警后都能自主避險或采取相應的措施。

                    該如何應對地震災害?

                    請參照筆者之前發過的相關文章“日本的災害及其對策 –地震(1-4)”。

                    更多請關注“日本的災害及其對策”系列

                    供稿 李鷗(日中防災環保研究會 副會長)
                    編輯修改 JST客觀日本編輯部

                    參考資料
                    【1】RED-ACT:四川省宜賓市長寧縣6.0級地震區域破壞力分析。
                    【2】RED-ACT:日本6.8級地震破壞力分析。