国际灾害风险科学学报

面对我国地震的严峻形势和地震究竟能不能预测预报的争论，为了推动防震减灾事业的发展，在李四光论地震及我国地震科学和防震减灾工作的基础上，以地球系统科学和系统整体观为指导，提出了建立地震风险管理模式，指导防震减灾和地震应急的理论方法和实践意义，撰写了 《论地震风险》［148］一书，内容包括地震风险的识别; 地震风险的预测; 地震风险的评估和地震风险的管理等方面。该书在前言中写到:“2008 年 5 月 12 日，在人们毫无准备的情况下，四川汶川突然发生了 8 级特大地震，使 7 万人死亡，经济损失达数千亿元。特大地震震惊了全世界。2010 年 4 月 14 日，玉树发生 1级地震。废墟、纷乱、哭喊，悲情场景一如汶川。相似的情景，相似的哀痛，相似的驰援……不到两年的时间，同样的地震灾难再次沉重降临在这片国土上。从汶川特大地震到玉树地震，频发的地震灾害考验的不仅是灾区的人民、政府的应急能力，还有对地震科研工作者的拷问。于是在全国各界对地震主管部门和地震科学一片质疑声中，许多地震科学家和地震工作者，对地震能否预测的说法也在争论个不休。在这种情况下，使我们不能不想起李四光 ‘地震是可以预报的’科学论断; 对河间、唐山、渤海、海城、通海、松潘等潜在地震危险地区防震减灾战略部署的正确; 想起了他断定北京地区是 ‘安全岛’，请毛主席安心睡觉的豪言壮语; 不能不想起李四光和全国地震工作者几十年的工作成果。几十年来，中国地震局和广大地震工作者通过不懈探索和创新，在地震监测、预测、预报方面做了大量工作，1966 ～ 1976年的十年大震高潮，全面地推进了我国地震预测预报工作，在全国范围内，建设了多学科地震监测台网，建成了具有一定规模的地震监测预报队伍，开展了地震预测预报的广泛实践，形成了长、中、短、临的地震预报科学思路和工作程序。几十年来，广大地震工作者通过不懈探索和创新，初步形成了具有中国特色的渐进式地震预报科学思路，实现了 20 多次有减灾实效的短临地震预报，在国际地震预测预报研究中产生了重要影响，在地震长、中、短、临预测，特别是地震中长期预测方面，已经居于世界领先地位。令人大憾不解的是，为什么又若干年过去了，我国科学技术得到飞速发展，现在反而一些人认为地震不能预测预报了。必须指出，2009 年 5 月 1 日施行的 《中华人民共和国防震减灾法》第十三条规定: ‘编制防震减灾规划，应当遵循统筹安排、突出重点、合理布局、全面预防的原则，以震情和震害预测结果为依据，并充分考虑人民生命和财产安全及经济社会发展、资源环境保护等需要。’第二十六条规定: ‘国务院地震工作主管部门和县以上地方人民政府负责管理地震工作的部门或机构，根据地震监测信息研究结果，对可能发生地震的地点、时间和震级作出预测。’ ‘国务院地震工作主管部门根据地震活动趋势和震害预测结果，提出确定地震重点监视防御区的意见，报国务院批准。’第四十八条规定: ‘地震预报意见发布后，有关省、市、自治区、直辖市人民政府根据预报的震情可以宣布进入临震应急期……’在 《防震减灾法》中，地震预测预报显然是具有导向性的减灾措施，地震预防、地震应急、救灾重建，以及地震观测台站的部署和建设规划的制定等，都是以长、中、短、临地震预测预报和地震发展趋势预测为前提的。如果地震预测预报问题不能解决，那么 《防震减灾法》怎么实施呢。日前国务院下发 《国务院关于进一步加强防震减灾工作的意见》，要求到 2020 年，力争做出有减灾实效的短期预报或临震预报。再次促使地震工作者必须树立雄心壮志，将地震预测预报作为防震减灾的首要工作加以重视。但是，也应该客观的承认，地震预测预报是世界性难题，在短期内难以过关，尚需要艰难的探索。目前只有对那些前兆异常较多的地震类型，在震区监测基础较好和研究程度较深的条件下，做出中期，乃至一定程度的短临预报才是可能的。因此在防震减灾中，尽管人们都期待在防震减灾中把短临地震预报放在首位，但是基于我国现在的地震预测水平，如果将防震减灾完全建立在地震短临预报的基础上，不仅不现实，而且由于误报和错报，可能还会造成更大的损失，甚至影响社会安定，也就是说将造成更大的地震风险。为此，李四光当年早已指出: ‘我们地震工作还没有达到准确预报……只有预防，尽量减少灾害损失’。并且指出: ‘以预防为主，重要是确定危险区’ ‘我们不仅提出危险区，而且要指出危险地带。要划出头等危险地带，其次是重要危险地带和一般危险地带。要划分特别危险带和特别危险点，总有一天要把工作落实到这方面来。’李四光曾说: ‘我们犯了个错误，没有提前 10 年、15 年在战略性的重点地区开展这项工作。’可见李四光当年已在考虑地震风险问题。可惜，至今地震风险的研究仍然没有引起足够的重视。与地震猖獗的同时，洪水灾害也在中国大陆肆虐，现在暴雨预报准确率也只有 30%，与短临地震预测准确率基本相同，但是全国防汛抗洪工作，却在有条不紊地进行着; 虽然同样出现房倒屋塌、次生地质灾害、人员伤亡、财产损失，但似乎能够得到人民的理解。为什么会出现如此大相径庭的局面呢，这与减灾方略有着密切的关系。自从 2000 年以来，全世界在防洪减灾中不约而同地都把 “风险管理”列为重点，以系统科学与风险管理的理论为基础，分析不同流域和区域的水旱灾害风险性，既顺应自然的演变规律，又遵循社会经济发展的客观规律和承灾能力，因地制宜的探讨减灾方略，取得了显著的成就。今年 ( 2010 年)由于天气异常，暴雨成灾，至 8 月底经济损失已达 2000 亿元。为了应对日益严重的洪涝灾害，水利部立即决定编制更为详细的全国洪水风险图，指导防洪减灾。由此看来，防震减灾有必要借鉴其他自然灾害的减灾经验，对我国地震科学的发展方向和地震工作战略进行更为深入而广泛的考虑。随着国际减灾十年活动的开展和自然灾害科学研究的进展，地震科学也得到了很大的发展，逐步认识了地震灾害的双重属性，形成了对地震步步深入的研究程序，即地震危险性研究、地震危害性研究、地震风险性研究，认识到只有在了解地震风险性和社会对地震风险的承受能力的前提下，才能制定有针对性的、恰如其分的防震减灾对策。需要指出，地震危险性与地震危害性、地震风险是含义不同的三种概念，地震危险性属于自然灾变; 地震危害性则是由地震造成的社会损害; 地震风险性一般指地震未来时期发生和造成损失的可能性。地震风险指的是潜在的地震危险性和危害性。如果风险缺乏有效的预防和管理，一旦时机成熟，隐性的风险便会转化成显性的危害。因此防震减灾与地震应急的对象，不是历史时期已经发生的地震灾害，而是未来可能发生的地震风险。因此，制定防震减灾预案和地震应急预案，不能仅以在这个地区已经发生过的地震的强弱为依据，也不能仅以地震灾害的大小为依据，而要对区域地震危险性、危害性、风险性、社会的承受能力和防震减灾与地震应急能力进行全面的评估和风险预测。需要在科学发展观指导下以社会发展为总尺度，去衡量我国及各个地区的地震对社会发展可能造成的风险及化解地震风险对社会发展的积极作用。也就是说，防震减灾要步入风险管理的新阶段。2000 年召开的第 55 届联合国大会做出了 ‘国际减灾战略’行动的决议，其目标是将对灾害 ( 含地震) 的简单防御转变为对灾害风险的综合管理。据统计，有美、日、中等 21 个国家制定了防灾减灾计划，积极响应联合国发布的 《兵库宣言》及《兵库行动计划》 ( 2005 年) ，加强减轻灾害风险的国际合作，促进减灾活动与发展规划和实践的结合，提升区域和国家抗御灾害风险的能力，并确立了 2005 ～ 2015 年全球减灾工作的战略目标和行动重点。在各种自然灾害中，地震灾害是研究的重点之一。李四光等前辈和中国地震局及原国家科委、国家计委、国家经贸委自然灾害综合研究组曾做了大量工作，由此使我们深深体会到: 防震减灾的终极目标应该是减少人员伤亡和减轻经济损失及对环境的破坏，即减轻地震风险; 地震科学的核心应该是研究地震风险。通过实际工作，我们认为地震风险研究的重点是:第一，认识地震风险虽然目前对地震形成的机制和发展规律尚不清楚，但是起码可以肯定，板块活动只是形成地震的原因之一，仅仅以 ‘印度板块’的碰撞理论是难以解释为什么汶川地震和玉树地震恰恰发生在它们所在的位置; 更难以预测下一次板块在什么地方碰撞而发生地震，很难达到认识地震风险的目的。因此，还必须重视开展地震地质调查研究，查明发震的活动性构造的性质，鉴定活动性构造体系，研究构造体系复合问题，确定地应力的作用方式和方向及构造应力场的特点; 研究地震动力学机制和发展趋势，根据构造体系和地应力场的发展演化规律; 构造体系复合; 地震前兆的活动程度和地壳稳定性，划分安全区 ( 安全岛) 和危险程度不同的地震风险区，认识地震风险区内地震活动规律。第二，进行地震风险预测和地震风险评估我们认为在对地震长、中、短、临预报研究中，应该将地震预测的三要素———时间、地点、震级作为不同风险内容加以研究，进行不同尺度、不同等级的风险预测。根据我国地震科学当前的水平，既然我国地震中长期预测和地震发展趋势预测已有长足的发展，那么在制定防震减灾对策时就应该充分利用这一方面的成果。一方面根据自然灾害发展趋势预测和风险区预测，进行区域地震风险评估，编制地震风险系列区划，指导区域经济建设规划的制定和抗震设防等级标准; 另一方面，则应该根据地震风险程度和防震减灾能力的地区差异性，按照风险管理的原则，制定防震减灾分区对策。然后在可能的发震风险区进行详细的地震地质、地球物理、地球化学等方面的观测和研究工作，全面收集各种前兆资料，进行综合分析，预测可能的发震点和可能的发震时间及震级。然后根据长、中、短、临地震预测的成果，制定递进式地震应急规划。由于目前对地球科学与地震科学的认识都存在严重的分歧，企图在短期取得统一的意见是不现实的。在这种情况下，我认为以曾经为大多数人所接受，并在实践中经受过考验的李四光的防震减灾意见和地震部门多年的工作成果为基础，加以补充，然后根据防震减灾和地震应急的需求，制定地震风险管理方案，看来是可行的。第三，加强地震风险管理地震风险管理是一项系统工程，不仅包括地震监测预报、灾害防御、应急救援、恢复重建等工作体系和社会响应系统的设计与实施，也包括地震灾害社会、灾害经济、灾害环境以及地震灾害科学技术研究的目标、内容的确定及联系性、层次性、整体性的系统考虑等方面。《国务院关于进一步加强防震减灾工作的意见》中指出，加强防震减灾工作，要以人为本，把人民群众的生命安全放在首位，坚持预防为主、防御与救助相结合，依靠科技，依靠法制，依靠群众，全面提高地震监测预报、灾害防御、应急救援能力，形成政府主导、军地协调、专群结合、全社会参与的防震减灾工作格局，最大限度地减轻地震灾害损失，为社会发展创造良好条件。 《国家防震减灾规划 ( 2006 ～ 2020 年) 》已经确定了我国2020 年防震减灾总体目标，要达到这一目标，首先必须提高全社会的地震风险意识; 了解与认识各地所面临的地震风险; 需要全面提高各级政府对地震风险的处置能力，切实加强震前的综合防御能力、震时的应急处置能力和震后的紧急救援和安置能力，以及震区恢复重建能力等。为此，必须加强地震风险研究，对我国面临的地震风险和地震风险的发展态势进行预测和评估; 确定区域地震危险性、危害性、防震减灾能力和风险等级，以及地震次生灾害和灾害链的危险性和风险等级，完成我国地震风险等级的综合区划，为我国合理防范、规避地震风险，实现社会安全和可持续发展提供科技支撑。为此，我们汇集了以 2000 年前的资料为主要依据的研究成果，写了这本书。本书虽然对我国地震风险和风险管理及其相关问题进行了比较全面的分析，但客观地说许多新的理念都只是初步的探索，资料不完备，理论、方法等方面与期望达到的目的尚有相当差距，认识和结论也未必全部正确，而且随着我国经济的发展和防震应急能力的提高，大部分基础数据都将不断地发生变化，显然只能供讨论参考。但是我们坚定的认为，第一，地震风险的发生是一个自然-社会过程，应该根据地震的双重属性和对地震风险的认识、预测、评估建立相适应的防震减灾和防震应急新模式; 第二，防震减灾和防震应急是一项社会化行动，这种社会需求就要求地震科学研究的重点应从以 ‘地震现象’为中心的区域震情、灾情研究，向以 ‘社会受灾与减灾’为中心的地震风险研究转移; 第三，需要根据风险管理的原则指导防震减灾与防震应急，建立新的地震风险管理模式。这些都是值得进一步开拓深入的研究方向。本书地震风险评估的数据，以 2000 年统计资料为据，虽然不是最新的，但在另一方面，却可以近十年地震发生的实际情况为据，对原有认识起到了检验的作用。”

一、内容概述地质信息系统（GIS），产生于20 世纪60 年代。它随着人们对自然资源和环境的规划管理工作的需要以及计算机制图技术的应用而诞生，是一种对大批量空间数据采集、存储、管理、检索、处理和综合分析并以多种形式输出结果的计算机系统。1965 年，WLGarrison首先提出了“地质信息系统”这一术语，开创了这一新技术的发展史。此后，美国、加拿大、英国、澳大利亚等国均投入了大量人力、物力和财力，并逐步确立了他们在这一领域里的国际领先地位（黄润秋，2001）。二、应用范围及应用实例GIS技术在地质灾害信息系统中的应用随着人口的急剧增长，经济的迅速发展和自然资源的大量消耗，不仅生态环境恶化，而且导致自然灾害（包括地质灾害）频繁发生。美国、印度等国是世界上地质灾害较为严重的国家，地质灾害具有类型多、分布广和成灾强度高的特点。这些地质灾害大部分发生在承灾能力较低的地区，给当地的经济和社会稳定构成了严重的威胁。地质灾害是地质环境质量低劣的表现，它的频发不仅反映了自然地质环境的脆弱性，而且反映了人类工程经济活动与地质环境间矛盾的激化。要使人类工程经济活动与地质环境之间保持较为协调的关系，就必须对地质环境进行评价，以了解不同经济发展过程中区域地质环境的基本态势和变化趋势，为环境管理和城市规划等提供依据，但传统技术手段已不能完全应付迅速反应的地质灾害。地质信息系统作为当前高科技发展的产物，集图形、图像与属性数据管理、处理、分析、输入输出等功能为一体，应是当前地质环境评价与地质灾害预测的强有力工具（赵金平等，2004）。GIS 技术的产生是计算机技术和信息化发展的共同产物。是管理和研究空间数据的技术系统。可以迅速地获取满足应用需要的信息，能以地图、图形或数据的形式表示处理的结果（曹修定等，2007）。国外尤其是发达国家在GIS应用与地质灾害研究方面已做了很多工作。从20世纪60年代至今，GIS技术的应用也从数据管理、多源数据集数字化输入和绘图输出，到DEM或DTM模型的使用，到GIS结合灾害评价模型的扩展分析，到GIS与决策支持系统（DSS）的集成，到网络GIS，逐步发展深入应用（黄润秋，2001）。印度Roorkee大学地球科学系的RPGupta和BCJoshi（1990）用GIS方法对喜马拉雅山麓的Ramganga Catchment地区进行滑坡灾害危险性分带。该项研究基于多源数据集，如航空像片、MSS磁带数据、MSS图像、假彩色合成图像及各种野外数据，包括地质、构造、地形、土地利用及滑坡分布。以上数据需要进行数字、图像等处理，然后解译绘制出专题平面图，包括地质图（岩性与构造）、滑坡分布图、土地利用图等。这些图件经数字化及有关数据都存储在GIS系统中，找出与滑坡灾害评价相关的因素，如滑坡活动与岩性的关系，滑坡活动与土地利用的关系，不同斜坡类型的滑坡分布情况，滑坡分布与主要断裂带的距离关系。经过统计及经验分析，引入一个滑坡危险系数（LNRF）。LNRF值越大，表示该地滑坡灾害发生的危险性越高。并且对LNRF的3个危险级别分别赋予0、1、2三个权重。考虑到滑坡的发生是多个因素综合作用的结果，故调用GIS的叠加分类模型，将各因素的权重叠加，得到综合图件，图上反映的是每个地区的权重总和。根据给定标准，即可在这张图上勾绘出滑坡灾害危险性分区图。荷兰ITC的CJVan Westen和哥伦比亚IGAC的JBAlzate Bonilla（1990）基于GIS对山区地质灾害进行分析。他们在数据采集、整理方面做了大量工作，建立了一套完整的数据库。在此基础上，开发出了分析评价模型，如斜坡稳定性分析模型，其主要功能是计算斜坡稳定的安全系数。另外，两位学者还利用GIS所生成的数字高程模型（DEM），开发出了一部山区落石滚落速率计算模型，并据此绘出了研究区内落石速率分区图（黄润秋，2001）。美国科罗拉多州立大学Mario Mejia-Navarro和Ellen EWohl（1994）在哥伦比亚的麦德林地区，用GIS进行地质灾害和风险评估（姜作勤，2008）。利用GIS对麦德林地区地质灾害进行了分析和研究，重点考虑了基岩和地表地质条件、构造地质条件、气候、地形、地貌单元及其形成作用、土地利用和水文条件等因素。根据各因素的组成成分和灾害之间的对应关系，把每一种因素细分为不同范畴等级，借助于GIS软件（GRASS）的空间信息存储、缓冲区分析、DEM模型及叠加分析等功能，对有关滑坡、洪水和河岸侵蚀等灾害倾向地区进行了灾害分析，并对某一具体事件各构成因素的脆弱性进行评价。同样是美国科罗拉多州立大学Mario Mejia-Navarro博士后等人（1996）将GIS技术与决策支持系统（DSS）结合，利用GIS（主要是地质资源分析系统GRASS软件）及工程数学模型建立了自然灾害及风险评估的决策支持系统并应用在科罗拉多州的Glenwood Springs地区（姜作勤等，2001）。应用GIS建立指标数据库，并建立基于GIS的多个控制变量的权重关系式。对泥石流、洪水、地面沉降、由风引起的火灾等灾种进行了灾害敏感性分析、脆弱性分析及风险评估，辅助政府部门做出决策。美国地质调查局（USGS）已把加强城市地质灾害研究列为21世纪初的重要工作，借助GIS编制美国主要城市地区多种灾害的数字化图件，这种做法与西欧国家的城市地质工作的总趋势一致。其中，美国科罗拉多州格伦伍德斯普林市的城市地质灾害评价项目最具代表性。由于该市位于山区河谷地区，崩滑流地质灾害制约着城市的发展，为此，城市规划部门委托科罗拉多州立大学，开展了GIS地质灾害易损性和风险评价编图研究，最终按14种土地利用适宜性等级，对评价区进行了土地利用区划，圈出了未来城市发展的适宜地段和高风险区，在此基础上建立了城市整体化决策支持系统。综上所述，可以看出，国外尤其是发达国家将 GIS 应用于地质灾害研究起步较早（表1），研究程度已远远超过我们，此方面的应用也随着GIS技术的自身发展而深入（黄润秋，2001）。GIS在地质矿产勘查中的应用地质信息系统与现代地球及其相关科学日益增长的需求相适应，以处理地球上任何具有空间方位的海量信息为特征，具定量、定时、定位等优点，近10年来已在地质矿产勘查中得到广泛应用。一个区域各种地质资料（图形、图像、文字、逻辑、数值）的GIS分析实际上代表该区域现阶段较为客观的总认识。目前，野外收集资料、数据建库、GIS分析等尚存在规范化、标准化等问题，GIS本身解决诸多专业性较强地质问题的能力亦不足。但GIS的进一步发展与完善必将使地质矿产勘查进入一个数字化的新时期（周军等，2002）。GIS因解决地质问题而产生，其雏形可以追溯到20 世纪60 年代。加拿大测量学家RFTomlinson首先于1963年提出地质信息系统这一术语，建成世界上第一个GIS即加拿大GIS（CGIS）一并应用于资源管理与规划。1970～1976年间美国联邦地质调查局建成50多个信息系统并进行综合地质研究，德国在1986 年建成DASCH系统，瑞典、日本等国也陆续建有自己的GIS。GIS的发展与计算机科学的高速发展并行，主要发生在过去的20年中，而近10年来发展更快（周军等，2002）。表1 国外GIS在地质环境与地质灾害研究中的应用GIS因解决地质问题而产生，其雏形可以追溯到20 世纪60 年代。加拿大测量学家RFTomlinson首先于1963年提出地质信息系统这一术语，建成世界上第一个GIS即加拿大GIS（CGIS）一并应用于资源管理与规划。1970～1976年间美国联邦地质调查局建成50多个信息系统并进行综合地质研究，德国在1986 年建成DASCH系统，瑞典、日本等国也陆续建有自己的GIS。GIS的发展与计算机科学的高速发展并行，主要发生在过去的20年中，而近10年来发展更快（周军等，2002）。ArcInfo与ArcView GIS是当前最流行的两个软件包，为美国ESRI（Environmental Systems Research Institute，I）的重要产品，被许多国家官方确定为国土资源、地质、环境等管理、研究的主要地质信息系统。ESRI始建于1969年，由Jack Dansermond和Laura Dangermond用自己平时积蓄的1100美元起步，经过20世纪70年代的艰苦奋斗，1981年推出新型ArcInfo，1986年微机版的PC ArcInfo投入市场，1991 年又一力作ArcView GIS问世。1981年ESRI在其Redlands总部召开首次用户会议，仅18人到场，而1998年的用户大会有来自90个国家的8000多位代表。ESRI的发展史反映了GIS从无到有、从弱到强、迅速成长壮大的发展历程，也从一个侧面显示出GIS巨大的市场潜力和难以估量的应用价值。据悉，1995年市场上有报价的GIS 软件已达上千种，但主要占据市场的不过10 余种。除上述提到的ArcInfo与ArcView GIS外，国外的GIS代表作还有MapInfo、ErMapper、Idrisi Endas、Erdas、Genamap、Spans、Tigris等。GIS已在地质矿产勘查中得到广泛应用，并取得许多瞩目成果。美国、加拿大、澳大利亚早在1985～1989年就将其应用于地质矿产调查和填图。目前，澳大利亚开始利用笔记本电脑以数字形式采集野外地质数据，建立有关数据库，借助ArcInfo与ArcViewGIS编制第二代地质图件。三、资料来源曹修定，阮俊等GIS技术在地质灾害信息系统中的应用中国地质灾害与防治学报，18（3）：112～115黄润秋面向21世纪地质环境管理及地质灾害评价的信息技术国土资源科技管理，18：30～34姜作勤国内外区域地质调查全过程信息化的现状与特点地质通报，27（7）：956～964姜作勤，张明华野外地质数据采集信息化所涉及的主要技术及其进展中国地质，28（2）：36～42赵金平，焦述强基于GIS的地质环境评价在国外的研究现状南通工学院学报（自然科学版），3（2）：46～50周军，梁云地理信息系统及其在地质矿产勘查中的应用西安工程学院学报，24（2）：47～50