基金项目:中国地震局地震科技星火计划(XH23035YB);云南省地震局科技创新团队(CXTD202504)联合资助。
作者简介:和仕芳(1989-),女,工程师,主要从事地震灾害风险评估和应急技术应用研究。E-mail:819314269@qq.com
Yunnan Earthquake Agency , Kunming 650224, China
Yunnan Province;Earthquake disaster;Information service system
DOI: 10.13512/j.hndz.2025.03.08
云南省地处印度洋板块向亚欧板块俯冲交汇地带,新构造运动强烈、地质构造十分复杂,是我国的强震活动区。云南省国土面积占大陆的4%,地震释放的能量却占中国大陆总释放量的20%[1]。云南地震具有地震频度高、震级大、分布广的特点,加之云南山地面积占全省国土面积的88.6%,生态环境脆弱,地震灾害严重制约和影响社会经济快速发展。作为全国地震灾害最严重的省份之一,云南历史地震灾害震例丰富,从这些历史灾害中寻找规律、总结经验,是我们防范和应对未来地震灾害风险、减轻地震灾害损失的重要基础。
对历史地震的研究一直都是防震减灾工作的重要工作之一,但多以资料的整理、汇编为主。20世纪50年代,国内历史学家和地震学家密切合作,查阅了8000余种历史文献,于1956年编成《中国地震资料年表》[2-3];70年代对历史地震资料做了更为广泛地收集整理,编辑出版了《中国地震历史资料汇编》[4];自90年代中国地震局震灾应急救援司和监测预报司相继整理汇编了1990—2010年中国大陆地震灾害损失评估资料[5-8];2015年中国地震局震灾应急救援司,以《中国地震年鉴》提供的资料为主线,编撰出版249次有灾震例的《1966—1989年中国地震灾害损失资料汇编》[9-10] 。省级层面,1988年云南省地震局组织40余人,普查了500多部地方历史文献资料,搜录了公元前26年—公元1982年4000余条地震资料,编著了《云南省地震资料汇编》[11];2011年周光全等利用1992—2008年地震灾害经济损失资料,对云南地震灾害特征及经济损失评估技术开展了研究[12];2012年云南省地震灾害损失评定委员会和云南省地震局收编了1992—2010年云南58个地震灾害损失评估报告,编辑出版了《1992—2010云南地震灾害损失评估及研究》[13];2023年王彬等收集、整理、考证了公元前26年—公元2000年各种历史文献关于云南地震的记载,编著了《云南两千年地震全纪录》[14];2024年张方浩等汇编了1949—1991年云南66次历史震害资料,编辑出版了《1949—2021年云南震害特征分析与震例汇编》[15]。近年来通过开展云南地震灾害风险普查历史地震灾害调查专项任务,收集了1900—2023年云南344次5.0级及以上地震灾害事件资料。本文利用风险普查收集的云南历史地震灾害资料,基于arcgis利用数理统计方法分析云南省地震灾害特征,并将分析结果进行可视化展示,设计了云南历史地震灾害信息服务系统,实现了历史地震灾害信息的快速查询、调用等功能,可以为地震灾害风险评估、地震灾害应急决策等提供参考。
云南地震灾害风险普查开展了历史地震灾害专题调查,收集了云南1900—2023年344次5.0级及以上地震灾害资料,包括地震震情和灾情数据。其中,1900—1991年的数据来源于历史地震书籍、政府公文、地方志、地震灾害科学考察报告等历史资料。云南地区地震灾害损失评估工作自1992年开始,此后发生的绝大部分破坏性地震都进行了灾害评估,并编写相应的地震灾害损失评估报告[16-17],因此1992年以来的历史地震灾害数据主要来源于地震灾害损失评估报告。
由于早期发生的破坏性地震关于灾情的记录资料较少,据不完全资料统计,1900—2023年云南地区发生5.0级以上地震灾害344次,其中有伤亡人数记录的地震灾害177次,有经济损失记录的地震灾害78次,累计造成30 888人死亡,101 576人受伤,经济损失668.054亿元。
按照年尺度统计1900—2023年344次云南破坏性地震频次,除了少数多震年度外,云南年均破坏性地震发生次数为2~3次。1976发生地震频次最高为25次,1988年次之为17次。
核密度分析法是由 Rosenblatt 和 Emanuel Parzen提出的一种用于估计数据分布的非参数统计方法,其原理是计算每个输出栅格像元周围点要素的密度,目的是获得能够近似表示数据分布的密度函数的每一点的估计值,从而表示出数据的分布情况[18-19]。利用核密度分析可以直观的表示数据集中的高密度区、低密度区以及变化趋势。
图1 1900—2023年云南MS≥5.0地震灾害发生频次Fig.1 Frequency of MS≥5.0 earthquake disasters in Yunnan from 1900 to 2023
对1900—2023年344次云南地震灾害的地理位置信息进行核密度分析,发现地震灾害在空间上呈聚集性分布,主要分布在滇西迪庆—丽江—大理—楚雄—腾冲—德宏一带、滇南普洱—红河—玉溪一带、滇东北昭通,整体上与皇甫岗等划分的地震带相对应[20-21],在中甸—大理地震带、腾冲—龙陵地震带、澜沧—耿马地震带、思茅—普洱地震区、通海—石屏地震带、小江地震带北段和马边—大关地震带附近形成7个高密度中心,并以其为中心辐射形成多个中密度中心。
图2 1900—2023年云南地震灾害密度空间分布Fig.2 Spatial distribution of earthquake disaster density in Yunnan from 1900 to 2023
1900—2023年云南有伤亡人数记录的177次地震灾害(176次有死亡人数记录,157次有受伤人数记录)累计造成30 888人死亡, 10 1576人受伤。77.84%的地震灾害造成的死亡人数为0~10人, 55.41%的地震灾害造成的受伤人数为0~30人。震亡人数大于100人的地震灾害为13次,占地震灾害总次数7.39%。
表1 1900—2023年云南地震伤亡人数统计表Table1 Statistics of casualties caused by earthquakes in Yunnan from 1900 to 2023
表2 1900—2023年云南震亡100人以上地震灾害Table 2 Statistics of earthquake disasters with more than 100 deaths in Yunnan from 1900 to 2023
以10年为一个时间段,统计每十年地震与伤亡人数如表3,由于早期地震灾情资料较少,地震伤亡人数也偏少,20世纪70年代以来,云南每十年发生的5.0级及以上地震灾害的次数为每十年20~30次,地震人员伤亡与6.0级及以上的强震活动性有密切关系。例如1970—1979年地震伤亡人数最多,造成17 228人死亡,32 540人受伤,期间发生了1970年1月5日通海7.8级地震造成15 621人死亡,27 120人受伤,还发生了1975年5月11日大关7.1级地震造成748人死亡, 7751人受伤;1980—1988年地震死亡人数次之,造成777人死亡,8290人死亡,期间发生了1988年11月6日澜沧耿马7.6、 7.2级地震造成748人死亡; 2010—2020年地震造成的伤亡人数也较多,造成735人死亡,5428人受伤,期间发生了2014年8月3日鲁甸6.5级地震造成617人死亡,3143人受伤。
统计云南1900—2023年地震造成的各州市人员伤亡数量见图3,地震死亡人数最多的是玉溪市,地震造成17 696人死亡,其次是大理州,地震造成6618人死亡。地震受伤人数最多的是玉溪市,地震造成27 315人受伤,其次是丽江市,地震造成19 916人受伤。怒江州无地震人员伤亡记录。
表3 1900—2020年云南每十年地震与伤亡人数统计表Table 3 Statistics of earthquakes and casualties per decade in Yunnan from 1900 to 2020
图3 1900—2023年云南各州市地震人员伤亡Fig.3 Casualties of earthquakes in different areas of Yunnan province from 1900 to 2023
地震震级是表征地震强弱的量度,震级越大地震释放能量越大,由此引发的地震破坏力越强,造成的人员伤亡人数越多。根据表4~表5,5.0~5.9级地震次数约占地震总数71%,造成的死亡人数和受伤人数分别占总数的1.5%、7.6%;6.0级以上地震次数约占地震总数29%,造成的死亡人数和受伤人数分别占总数的98.5%、 92.4%。可见1900—2023年云南5.0~5.9级中强地震发生频度高,造成的人员伤亡小;6.0级以上强震发生频度低,造成的人员伤亡大;地震伤亡人数总体随震级增大呈增长趋势。
表4 1900—2023年云南不同震级地震死亡人数Table 4 The number of deaths caused by earthquakes with different magnitudes in Yunnan from 1900 to 2023
表5 1900—2023年云南不同震级地震受伤人数Table 5 The number of people injured by earthquakes with different magnitudes in Yunnan from 1900 to 2023
地震烈度简称烈度,即地震发生时,在波及范围内一定地点地面振动的激烈程度(或解释为地震影响和破坏的程度)。通常烈度越高,地震破坏性越强,造成的人员伤亡越严重。根据表6~表7,最高烈度为Ⅷ度及以下的地震次数约占地震总数90%,造成的死亡人数和受伤人数分别占总数的4.7%、16.2%;最高烈度为Ⅸ及以上的地震次数约占地震总数的10%,造成的死亡人数和受伤人数分别占总数的95.3%、83.8%。可见1900—2023年云南最高烈度为Ⅷ度及以下的地震发生频度高,造成的人员伤亡小;最高烈度为Ⅸ及以上的地震发生的频度低,造成的人员伤亡大;地震伤亡人数总体随烈度增大呈增长趋势。
表6 1900—2023年云南不同最高烈度的地震死亡人数Table 6 The number of deaths caused by earthquakes with different maximum seismic intensity in Yunnan from 1900 to 2023
表7 1900—2023年云南不同最高烈度的地震受伤人数统计表Table 7 The number of people injured by earthquakes with different maximum seismic intensity in Yunnan from 1900 to 2023
云南属山地高原地形,山地面积34.93万平方千米,占全省国土总面积的88.6%。全省地形地貌复杂、地质环境脆弱,地震后容易引发滑坡、崩塌、泥石流等地质次生灾害,是震后导致人员伤亡的主要原因之一。据不完全统计,云南地区历史上发生的中强及以上地震导致的人员伤亡中,地震滑坡致死人数约占总死亡人数的 25%~30% [15]。
表8 2000年以来云南典型次生地震地质灾害人员死亡人数Table 8 The number of deaths caused by typical secondary earthquake geological disasters in Yunnan since 2000
根据地震灾害损失评估相关规范要求,云南地区自1992年4月23日中缅交界6.7、6.9级地震开始正式开展地震灾害损失评估工作, 1992—2023年震中在云南境内的5.0级及以上地震并有地震直接经济损失评估报告的地震灾害共78次,累计造成地震直接经济损失达668亿元,其中损失值最大的是鲁甸6.5级地震,造成直接经济损失235.781亿元。
1992—2023年,地震造成直接经济损失达668亿元。经济损失最多的年份是2014年,造成经济损失336.131亿元,2014年云南境内发生8次5.0级以上地震,并有3次是6.0级以上地震灾害,具有灾情重、损失大的特征[22],其中鲁甸6.5级地震造成直接经济损失235.781亿元。其次是2012年、2021年,分别造成经济损失48.112亿元、33.405亿元,其中2012年彝良县发生5.7、5.6级地震造成直接经济损失43.039亿元,2021年漾濞县发生6.4级地震造成直接经济损失32.711亿元。地震造成的直接经济损失在时间上随地震活动、社会经济的年际变化存在年际波动,总体表现为多震或发生强震的年度地震灾害损失较大。
图4 1992—2023年云南地震灾害经济损失Fig.4 Earthquake-caused direct economic loss in Yunnan Province from 1992 to 2023
按照州市统计地震直接经济损失,除了昆明市、怒江州外,云南其他州(市)都发生过破坏性地震,其中损失最多的是昭通市,经济总损失值为297.804亿元,其次是普洱市和德宏州,经济总损失分别为110.3847亿元、56.8324亿元,损失最少的是西双版纳州和红河州,经济总损失分别是0.156亿元、0.837亿元。
经济损失值是以当年价格计,考虑随着经济发展货币单位实际价值的变化所带来的差异[23],通过统计地震人均经济损失与当年云南省人均GDP的比例(简称损失比),来分析经济损失与震级之间的关系。1992—2023年云南地区造成经济损失的地震主要为中强地震,其中5.0~5.9级、6.0~6.9级、7.0~7.9极地震发生次数分别占82%、17%、1%。损失比平均值分别为0.1697、0.3521、0.7502。地震直接经济损失总体随震级增大呈增长趋势。
1992—2023年云南地区造成经济损失的地震最高烈度达Ⅸ,其中最高烈度为Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ的地震发生次数分别约占总数的51%、 22%、23%、4%,地震人均经济损失值与当年云南省人均GDP比例均值分别为0.1536、 0.1837、 0.3045、0.4796。地震直接经济损失总体随烈度增大呈增长趋势。
图5 1992—2023年云南各州市地震灾害经济损失Fig.5 Earthquake-caused direct economic loss in different areas of Yunnan province from 1992 to 2023
表9 不同震级档地震人均经济损失与当年云南省人均GDP的比值Table 9 The ratio between the per capita economic loss of different earthquake magnitudes and the per capita GDP of Yunnan Province in the same year
表 10 不同最高烈度地震人均经济损失与当年云南省人均GDP的比值Table 10 The ratio between the per capita earthquake-caused economic loss of different maximum seismic intensity and the per capita GDP of Yunnan Province in the same year
系统采用RESTful架构, RESTful架构是对MVC架构改进后所形成的一种架构,通过使用事先定义好的接口与不同的服务联系起来。在RESTful架构中,浏览器使用POST, DELETE, PUT和GET四种请求方式分别对指定的URL资源进行增加、删除、改动、查询操作,具有扩展性强、结构清晰的特点。RESTful架构将服务器分成前端和后端两部分。前端为用户提供无模型的视图,开发工具为Hbuilder,采用Bootstrap框架设计。后端为前端服务器提供接口,开发工具为Microsoft Visual Studio 2019,采用.NET Core框架设计。.NET Core是一个开源通用的开发框架,支持跨平台,可以在硬件设备,云服务,和嵌入式/物联网方案中进行使用,具有开源、跨平台、现代、灵活、轻量级、快速、友好、可共享等特点[24]。系统数据库采用MYSQL数据库,其具有服务稳定、自主性强、易于安装和使用、易于维护、成本低、支持多种操作系统,提供多种API接口,支持多种开发语言等特点。系统使用Echarts实现各类灾情信息的可视化表达,Echarts是一个基于JavaScript的开源可视化图表库,提供了常规的折线图、柱状图、散点图、饼图、K线图,地图、热力图、线图等丰富直观的可视化图表。系统涉及的3D立体展示地图采用Three.js技术实现。Three.js是一款基于WebGL的JavaScript库, Three.js封装了WebGL原始API,还包含了许多实用的内置对象,可以方便地创建逼真的3D场景和交互式界面。
图6 RESTful架构示意图Fig.6 RESTful architecture diagram
系统分为系统管理、历史地震灾害数据库、地震灾害信息统计查询、地震灾害信息可视化展现4个模块如图7。系统管理模块对系统用户代号、姓名、密码、单位信息及其使用、新增、修改、查询和删除5种权限的管理。历史地震灾害数据库模块对历史地震发震时间、发震地点、震级、震源深度、最高烈度、受伤人数、死亡人数、经济损失等灾害信息数据进行存储、管理。地震灾害信息统计查询模块可多维度对云南历史地震信息进行统计、查询、查看、导出统计结果。地震灾害信息可视化展现模块主要展示历史地震3D地图、历史地震灾害信息列表、烈度图、震级、地震灾害频次、人员伤亡、经济损失等各类统计图表。
本文收集整理了1900—2023年云南344次地震灾害资料,基于ARCGIS利用数理统计方法分析了云南地震灾害特征。
(1)云南年均破坏性地震发生次数为2~3次,除怒江州外,其他15个州市均有地震灾害分布,地震灾害呈聚集性分布在滇西迪庆—丽江—大理—楚雄—腾冲—德宏一带、滇南普洱—红河—玉溪一带、滇东北昭通,整体上与皇甫岗等[20]划分的地震带相对应。
(2)云南地震人员伤亡与6.0级及以上、最高烈度为Ⅸ及以上的地震活动性、地震引发的次生地质灾害密切相关。地震人员伤亡人数总体随震级、烈度的增大呈增长趋势。
(3)自1992年正式开展地震灾害损失评估,云南地震造成的直接经济损失总体表现为多震或发生强震的年度地震灾害损失较大,除了昆明市、怒江州外,云南其他州(市)都发生过破坏性地震,其中损失最多的是昭通市,普洱市次之。地震直接经济损失总体随震级、烈度的增大呈增长趋势。
采用RESTful架构,应用.NET Core 、Echarts、Three.js技术建立了云南历史地震灾害信息服务系统。对1900—2023年云南344次历史地震灾害信息实现统计、查询及可视化展示。用户通过系统可快速、方便的获取云南历史地震灾害信息,了解云南地震灾害特征。较传统历史地震灾害数据库,本系统应用烈度图矢量化数据,实现了历史地震灾害信息的地图展示及地图查询,优化了系统功能。现有系统是基于地震三要素、烈度、人员伤亡、经济损失这些关键信息设计的,未来可考虑增加灾情图片、灾害调查、应急救援等数据来进一步丰富系统功能。