客观日本

日本的灾害及其对策(18) -地震(5)-

2019年07月03日 抗灾防灾

关于地震,笔者已发过4篇文章。本篇将为各位介绍6月17、18日在中国宜宾和日本新潟发生的两次地震。

为方便叙述,本文对两次地震简称如下。

6.17宜宾地震,6.18新潟地震(气象厅命名:山形县沖地震)

6.17宜宾地震与6.18新潟地震的规模与灾情

6月17日晚,中国宜宾市长宁县发生了6.0级地震,震中烈度达8度(相当于日本震度6强),最大加速度为5.992m/秒2。截止6月19日13人死亡,220余人受伤,房屋倒塌73栋,12栋严重受损,1万多栋房屋部分受损。地震还造成部分地区的滑坡、滚石,交通与电力的中断,受灾人口达14万之多。

次日6月18日晚,日本的新潟与山形县交界的近海处也发生了地震,震级为6.7级,震中震度达6强,最大加速度为6.53m/秒2。截止6月19日的信息,0死亡,30余人受伤,149栋房屋部分受损。

两次地震仅差1天,规模相当。媒体报道一时吸引了两国民众的眼球,部分报道还引起了争议。宜宾地震和新潟地震的规模与灾情如表1所示。

为什么新潟地震规模比宜宾地震大,震灾损失反而小?

地震发生后,有朋友问:“为什么新潟地震比宜宾地震的震级高、震度大,死伤和房屋倒塌却比宜宾少?”

这问题一句话很难讲清楚,非要用一句话说清楚的话,那就是“地震震灾损失(生命财产)与地震规模(震级,震度)不一定成正比,除地震规模外,与地震摇晃特性、地震动波及范围、地震摇晃与建筑固有频率的响应程度,以及震中附近人口密度等也有关系。”

宜宾与新潟地震的灾害因素有啥不同?

接下来,解释一下地震灾害与那些因素相关,宜宾与新潟地震的灾害因素有哪些不同。

(1) 地震破坏力

地震破坏力与地震规模(震级、震度、释放能量、摇晃程度)、地震动特性相关。

① 地震释放与传递能量的差异

新潟地震(Mj6.7)释放的能量是宜宾地震(Ms6.0)的8倍左右。但新潟地震发生在离陆地6-7km的海底,地震发生后一部分能量在传递到陆地前已消耗在海水扰动上了,而宜宾地震传递到地表的能量直接作用在建筑物上了。

② 地震摇晃程度的差异

地震摇晃程度用加速度来衡量。第二运动定律F=ma(作用力=质量×加速度)都还记得吧?物体的加速度跟作用力成正比。

从两个地震震中附近观测点的数据看,新潟地震的合成加速度比宜宾地震大了近10%;而宜宾地震铅直加速度(上下颠簸作用力)却是新潟地震的2.5倍左右(图1)。

合成加速度是水平横晃与铅直颠簸的成分合成。对建筑物来说,上下颠簸比横晃更要命,这就是为什么相同震度时,直下型地震要比一般地震造成灾害更大的原因。

左:宜宾(51GXT观测点) 右:新潟(YMT005观测点)

左:宜宾(51GXT观测点) 右:新潟(YMT005观测点)
图1 铅直方向加速度变化比较【1】

③ 地震动特性的差异

地震动特性以反应谱来表示。

反应普好比广播电台发射的电波。各电台使用波段不同,只有把收音机波段调到电台波段时我们才能听到广播(共振效果)。同理,当地震反应谱与建筑物固有频率重叠时就会造成和加大建筑的破坏。

宜宾地震反应普集中于0~0.7秒短周期,而新潟地震反应普则集中于0.7~1.5秒的中长周期(图2)。

左:6.17宜宾地震(51GXT观测点) 右: 6.18新潟地震(YMT005观测点)

左:6.17宜宾地震(51GXT观测点) 右: 6.18新潟地震(YMT005观测点)
图2 地震加速度反应普的比较【1】

(2)同等震度(烈度)范围

再来看一下能够造成房屋倒塌的震度5弱(中国烈度6以上)的范围。日本震度5弱(0.6~1.10m/秒2)略大于中国地震烈度Ⅵ的加速度(0.45~0.89m/秒2)。新潟震度5弱以上区域略大于宜宾地震烈度Ⅵ以上的区域(图3)。

日本的灾害及其对策 地震 日本的灾害及其对策 地震

图3地震烈度Ⅵ(6)以上波及范围的比较(四川省地震局, 日本气象厅)

(3)地震动摇晃与建筑结构的差异

建筑结构不同,固有周期也不同。一般木结构住宅的固有周期在短周期0-0.5秒之间,超高层建筑在长周期2.0-20秒以上,而地震波卓越周期在警戒周期0.5-2.0秒之间(图4,5)。

日本的灾害及其对策 地震

图4 建筑物的固有周期

日本的灾害及其对策 地震

图5 建筑物固有周期、地震共振周期(日本ハウスHP)

从受灾建筑照片看,新潟震区多为2层木结构住宅,其固有频率多在0.5秒以下,躲开了新潟地震反应的谱卓越周期(0.7-1.5秒,表1,图2),所以受损不大(图6(1));而宜宾震区倒塌的房屋多为农村1~2层砖混结构住宅,其固有频率在0-1.0秒之间(表1,图2),恰好与宜宾地震反应谱的卓越周期0.5-1.0秒有重叠,加上有部分自建房没采取防震措施,导致房屋倒塌严重(图6(2))。

左:6.17宜宾地震(51GXT观测点) 右: 6.18新潟地震(YMT005观测点)

6.18新潟地震

左:6.17宜宾地震(51GXT观测点) 右: 6.18新潟地震(YMT005观测点)

6.17宜宾地震
图6震中房屋倒塌情况【摘自:共同通信社、视觉中国】

(4)人口分布密度的差异

从人口密度上看,宜宾市长宁县几乎是新潟村上市的7倍。即使其他地震因素相同,宜宾地震的灾情也会大于新潟地震(表1)。

表1 中国6.17宜宾地震与日本6.18新潟地震概要一览表

比较项目/指标

6.17宜宾地震

6.18新潟地震(山形県沖地震)

新潟/宜宾

地震概要

 

发生日期时刻

2019/06/17 22:55

2019/06/18 22:22

 

震级

Mj6.0(Mw5.8)

Ms6.7(Mw6.4)

 

深度

16km

14km

 

最近观测点

51GXT(21.9km)

YMT004(115km)

 

最大震度/烈度

烈度8度(CENC ),6度(USGS)

震度6强≒8度(CSIS)

 

合成最大加速度

5.992m/sec2(?)

6.53m/sec2

1.09倍

铅直最大加速度

5.992m/sec2

2.14m/sec2

0.36倍

反应谱卓越周期

短周期0~0.7s

中长周期0.7~1.5s

 

地震类型

走滑型

逆断层型

 

震区面积

3,058km2(烈度6度以上)

 

建筑特性

倒塌、破损房屋结构特性

多为砖混结构(1~3层)

固有周期(0-1.0秒)

多为木结构(2-3层)

固有周期(0-0.5秒)

参考值

 

建筑结构响应例

(6层混凝土框架)

层间最大位移角0.28%(2层)

0.93%(6层)

2~3倍

灾情

人口密度

长宁县347.2人/km2(2010)

村上市50.4人/km2(2018数据)

6.9倍

死亡人数

13人

0人

 

受伤人数

220人

35人(重伤9、轻伤25人)

 

受灾人数

14万人以上

 

房屋倒塌

73栋

0栋

 

严重损坏

12栋

0栋

 

部分损坏

10,657栋

149栋

 

直接经济损失

1,080万元人民币

 

※ CENC:中国地震台网中心;USGS:美国地质调查所;CSIS:中国地震烈度。数据来源:中国地震局、中新社报道;日本气象厅、NHK报道等。

(5)防灾意识的差异

日本是地震大国,世界上6级以上的地震占了两成。从政府到民众都有很强的防灾意识,防灾教育从幼儿时就开始了。近十年日本的防灾已是常态。

中国地震灾害相对不是很多。汶川大地震后,政府和民众的防灾意识虽有了很大的提高,但仍然还有很长的路要走。比如这次宜宾地震,虽然预警成功,但仍有部分民众在收到预警后不知所措;反观新潟地震,大部分民众在收到预警后都能自主避险或采取相应的措施。

该如何应对地震灾害?

请参照笔者之前发过的相关文章“日本的灾害及其对策 –地震(1-4)”

更多请关注“日本的灾害及其对策”系列

供稿 李鸥(日中防灾环保研究会 副会长)
编辑修改 JST客观日本编辑部

参考资料
【1】RED-ACT:四川省宜宾市长宁县6.0级地震区域破坏力分析。
【2】RED-ACT:日本6.8级地震破坏力分析。

专题网页