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1999年台湾集集地震灾害特征对抗震韧性城乡建设的启示

来源:中国地震局公共服务司(法规司) 日期:2020-9-21 19:27:27 人气:63

甘肃省地震局  王兰民

  1999年9月21日凌晨1时47分12.6秒,我国台湾南投县集集镇发生了一次Ms7.6级地震,震度6级(相当于我国大陆按12度分级的地震烈度表的10-11度)。此次地震在台湾省南投、台中、云林、台北、彰化五县及台北市造成大量房屋和工程设施的倒塌破坏、严重的人员伤亡和经济损失。据当年12月24日统计,这次地震共造成2千多人死亡,近万人受伤,数万间房屋倒塌。台湾岛内火车全部停驶,核一、核二厂跳闸断电、高压输电线塔毁损、台湾全岛停电;断层通过的石岗水库大坝和许多建筑物震毁,大量基础设施遭受严重破坏,全球计算机芯片生产遭受重大损失。此次地震造成直接经济损失约118亿美元,约占年GDP的4.2%。成为二战后台湾最严重的一次自然灾害。

  今天是集集地震21周年纪念日,回顾分析1999年集集地震灾害的主要特征及其社会经济影响,对于我国抗震韧性城乡建设具有重要的启示和借鉴意义。

  台湾集集地震灾害的主要特征及其影响包括以下6个方面:

  (1)断层错动形成的破裂带和断层上盘效应破坏力极大。此次地震因车笼埔断层发生错动所致,地震发生后地表产生约100公里的地表破裂带,断层上下盘间错动最大可达7-8米,地震断层表现为由东向西的逆冲错动;位于车笼埔断层线以东约15公里的地盘整体向西北水平位移量达3-4米,最大在东势达到8.5米,且隆起上升达0.5(南段)至9.8米(北段)。断层破裂带通过地带的建筑物破坏殆尽,石岗水库大坝也被错断。另外,距断层20km范围内,其东侧上盘地区的地震动强度明显高于西侧下盘地区,导致了上盘震害更为严重,而下盘距断层几米之外的建筑物破坏并不严重。

  (2)震中区实际地震动峰值高于设防地震动参数。此次地震的实际地震动等震线分布表明,在震中区南投县和台中县的地震动峰值加速度(PGA)已经达到500-600gal,在日月潭和名间乡新街国小测得的最大加速度分别为989gal和983gal,对应与我国现行地震烈度表的10-11度,远高于当地(属二区)的设防区划峰值加速度230gal(相当于地震设防烈度8度)。

  (3)场地放大效应使台北地区震害加重。震害调查表明,场地对地震动的放大效应加重了建筑物和工程设施的破坏。例如,台北地区距震中150km,而地震烈度仍为8-9度,有300多栋建筑物损坏。这是由于盆地对地震动的放大效应使得地震动增强,同时,场地特征周期与建筑结构周期相近,在地震波长周期分量作用下极易产生共振所致。

  (4)土壤液化和震陷导致大量建筑物和工程设施破坏。地震在含饱和粉砂土和砾砂土的场地引起了严重液化,特别是员林白果山麓、大里市区和台中港等地下水位高、人工填海造地等地区。同时,在邻近河川和古河道地区的软弱地基发生了严重震陷。液化和震陷均造成了建筑物和工程设施(如台中港码头)的不同程度破坏。

  (5)未经科学抗震设计和施工的老旧建筑物破坏比率较高。台湾的建筑耐震设计规范是1974年参考美国UBC规范修订,并于1982年大幅度修正后颁布实施的,在此之前缺乏专门的抗震设计与施工法规。此次地震中,暴露出1982年以前建造的老旧木、砖、土坯结构建筑,低层老旧砖砌体房屋和钢筋混凝土结构建筑物不抗震,破坏率达到60%。1-3层住宅和商住建筑破坏率达到85%。

  (6)铁路、公路和供电等生命线工程破坏对经济社会影响很大。由于地震引起的强烈地震动、地面变形、路基破坏和滑坡崩塌,使铁路、公路遭受大范围破坏,致使岛内火车全部停运,公路交通多地受阻。供电设施破坏或跳闸使全岛停电。生命线工程的破坏对台湾震后快速恢复造成了很大影响,也对全球计算机芯片生产造成很大损失。

  当前,我国正在深入贯彻习近平总书记关于防灾减灾救灾、自然灾害防治和应急管理重要论述,实施自然灾害防治九项重点工程,全面提升抵御自然灾害的综合防范能力。笔者从我国建设抗震韧性城乡的战略目标出发,结合台湾集集地震灾害特征及其影响的重要启示,对进一步推动防震减灾有关工作提出如下思考。

  一是持续开展城镇和重大工程场地活动断层探测,科学避让地表断裂带和极强地震动分布带。我国已知的大型活动断裂有近500条之多,主要集中在我国地震重点监视防御区、华北地震区、南北地震带、天山地震带和青藏高原等地震多发地段,在东北地震区、长三角、珠三角和华南沿海地震带等地区也有分布。2000年以来我国开始实施城市活断层探测与地震危险性分析项目,目前已经完成了省会城市和部分市县城市的活断层探测,但还有大量的城镇尚未进行活动断层的探测工作,而且有一些完成了活动断层探测项目的城市对断层避让措施没有得到完全落实。另外,对断层两侧地震动分布规律和特殊场地效应研究不够,对场地地震动放大效应的科学设防尚不够精细。需要长期持续开展此方面工作,为活断层避让和科学设防提供可靠依据。

  二是全面开展地震灾害隐患排查与风险评估,实施地震易发区房屋设施加固工程。我国目前存在大量的2000年之前建设的年久失修的老旧房屋和工程设施,这些建筑物和工程设施存在安全隐患或达不到现行国家抗震设防标准,急需在安全隐患排查和灾害风险评估的基础上,采取改造加固、拆除重建和易地搬迁等方式,优先对地震易发区的老旧房屋和工程设施实施加固工程,使老旧房屋和设施达到现行国家抗震设防要求。

  三是编制各类建(构)筑物与生命线工程性态抗震设计标准,建设抗震韧性建筑物和工程设施。韧性城市建设是国际防灾减灾的发展方向和趋势,我国已经提出了抗震韧性城乡建设的目标,其中,实现建(构)筑物和工程设施的抗震韧性是核心关键所在,为此,这就需要尽快研究编制符合韧性城乡目标的各类建(构)筑物与生命线工程性态抗震设计标准,确保大震不会造成严重的人员伤亡,工程设施功能运转正常或能够在很短时间内快速恢复,社会经济秩序不受大的影响。

  四是加强地震次生灾害风险评估,提高次生灾害防控能力。强震、大震往往引发大规模的次生灾害,如滑坡、崩塌、液化、土体滑移、震陷、地表开裂等岩土灾害,洪水、火灾、有毒有害气体泄露、核辐射等次生灾害。目前需要对各类地震次生灾害及灾害链的风险进行定量评估,在此基础上制定与韧性城乡建设目标相一致的防控标准,确保对次生灾害的预防、预测、预警和有效紧急处置。

  五是重视建设工程地震安全性评价,确保重大工程和生命线工程功能在震后正常或快速恢复。地震安全性评价可以大大降低地震断层、地震次生灾害和地震动对重大工程、生命线工程和容易引起次生灾害工程的破坏风险。近五十年来国内历次大震、强震没有对水库大坝造成严重破坏的重要原因之一就是这些大坝都是根据地震安全性评价结果进行选址和科学设防的。依据我国防震减灾法规和技术标准,继续加强对建设工程的地震安全性评价工作,可确保相关重大工程震后正常运行或快速恢复。

  六是加快地震预警与紧急处置技术系统建设,实现震时紧急避险和紧急处置。我国目前正在建设国家地震烈度速报和预警台网,应尽快健全相关预警法规、技术标准和预警信息应用指南,研发对接预警信息应用行业与单位的紧急处置技术系统,培训与演练社会公众在预警信息发布时的应急避险行动,最大限度减少人员伤亡,防控次生灾害发生。

  七是科学布局建设应急避难场所、应急处置队伍和救援队伍,提高大震应急处置和救援能力。大震发生后,部分住宅房屋会出现倒塌或不同程度破坏,被压埋人员急需被搜寻救出,受伤人员需要立即救治,受灾群众需要尽快安置,这就需要在最短时间内能够到达灾区的救援和医疗救护队伍,也需要就近足够的应急避难场所临时安置灾民。另一方面,高铁、核设施、易燃易爆有害物质生产储存企业等需要根据预警信息紧急处置;交通、供电、通讯、供水、供气等生命线工程设施可能会因地震破坏或暂时中断。这都需要相关专业紧急处置队伍进行紧急抢修或处置恢复。这些应急措施也是在灾害发生时减少人员伤亡和经济损失的最后一道防线。

  八是强化科普宣传教育和激励政策,提高全社会防灾减灾意识和应急避险、自救互救能力。抗震韧性城乡建设要靠社会公众良好防灾减灾素质和积极共同参与的基础支撑,特别是在鼓励社会力量参与防灾减灾行动方面,还需要制定相应准入和激励政策,完善社会资金和人力资源参与防灾减灾的机制与渠道。

  (参考文献:[1] 中国地震局官网:1999年台湾集集地震的相关信息;[2] 王亚勇,皮声援,台湾9.21大地震特点及震害经验,工程抗震,pp42-46,2000年6月第2期。)


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