2. 山东省地震局, 济南 250014
2. Shandong Earthquake Agency, Jinan 250014, China
城市是人口密集、财富集中的区域,也是多层和高层建筑、生命线工程、大型商业综合体、地下基础设施等集中的区域。城市一旦遭遇灾害性地震事件,其人员伤亡、经济损失和社会影响都是巨大的。因此,城市是需要采取特别抗震设防措施的地区。针对城市特点,如何对城市进行更加科学的抗震设防,是各国特别是地震多发国家重点考虑的问题。普遍的做法是,进行更为精细的抗震设防单元划分,地震小区划就是解决这一问题的方法(胡聿贤等,1983a、1983b;廖振鹏,1987、1989;蒋溥等,1990;朱百成,1991、1994;章在墉,1996)。
地震小区划的历史可以追溯到20世纪50年代初。日本在1944年东南海8.1级和1946年南海道8.3级等灾害性地震事件发生后,提出以场地分类为基础的地震小区划方案,并于1954年在东京、横滨等城市编制了地震小区划图。1952年苏联专家麦德维杰夫提出了基于烈度调整的地震小区划方法,并利用该方法在苏联多个城市开展了地震小区划,许多东欧国家也都采用了这种方法(廖振鹏,1989;章在墉,1996)。美国曾分别于1972年(西雅图)、1978年(旧金山)、1982年(西雅图)召开过三次国际地震小区划会议,讨论地震小区划学术问题(胡聿贤等,1983a、1983b;廖振鹏,1989;章在墉,1996)。此后,无论是基于地震危险性分析,还是基于地震灾害分析的地震小区划方法,在美国、日本、意大利、土耳其、智利、秘鲁等地震多发国家的许多城市得到广泛应用(Kitagawa et al,1984;Romeo et al,2006;Frankel et al,2007;Ansal et al,2010;Lanzo et al,2011;Calderon et al,2014;Pagliaroli et al,2014;Becerra et al,2015;Celikbilek et al,2016;Aversa et al,2016)。
中国地震小区划工作自20世纪50年代至80年代中期先后探索借鉴和实践应用了几种方法,比如烈度调整法、场地分类法和平均剪切模量法(廖振鹏,1987、1989;朱百成,1991;章在墉,1996)。80年代中期以后,主要采用了基于地震危险性分析和土层地震动反应分析的地震小区划方法,这也是当前国际上普遍采用的新方法(胡聿贤,1999;高孟潭,2003;高孟潭等,2006;卢寿德,2006)。随着《中华人民共和国防震减灾法》的实施,中国地震小区划工作已经作为国家的法律制度被确立下来(安建等,2009)。先后有一批城市完成了地震小区划工作(周锡元,1981;黄兴建,1985;卢寿德,1988、2006;王承春等,1989;姚文斌,1990;聂树明等,2007;程山等,2012)。地震小区划成果已在城市规划、国土综合利用、建设工程抗震设计等方面,得到了较好的应用。当然,在贯彻落实地震小区划法律制度过程中,也存在一些问题,比如地震小区划法律制度执行得不好、城市政府对地震小区划工作重视不够、还有更多的城市未开展地震小区划工作、地震小区划成果应用不充分等问题,这些都需要认真研究并加以解决。
本文利用文献调研和统计学方法,系统总结了中国20世纪80年代中期以来城市地震小区划工作开展情况,分析存在的问题,并对今后推进地震小区划工作提出了建议。
1 地震小区划法律规定和技术要求地震小区划是指对某一特定区域范围内的地震安全环境进行划分,确定这一范围内可能遭遇到地震影响的分布。地震小区划的目的主要有三个方面:一是为城市(包括城镇、厂矿企业、经济技术开发区)等土地利用规划制定提供基础资料;二是为工程震害预测预防、救灾措施制定提供基础资料;三是为建设工程抗震设防提供设计地震动参数(卢寿德,2006)。
在实践的基础上,地震小区划制度已经上升为法律制度。2008年12月27日完成修订、2009年5月1日起施行的《中华人民共和国防震减灾法》将地震小区划作为国家的法律制度正式确立下来,该法第三十七条规定:“国家鼓励城市人民政府组织制定地震小区划图。地震小区划图由国务院地震工作主管部门负责审定”(安建等,2009)。此前,2002年1月16日国务院地震工作主管部门就颁布了《建设工程抗震设防要求管理规定》(中国地震局令第7号),对需要开展地震小区划的情形作出了规定,同时指出,经过地震小区划工作区域内的建设工程,必须按照地震小区划结果确定的抗震设防要求进行抗震设防。因此,组织开展城市地震小区划工作,是各级城市人民政府应当履行的法定职责。各省、自治区、直辖市出台的地方性法规规章也有相应的规定(晁洪太等,2015)。
地震小区划工作是技术性较强的工作。地震小区划相关技术要求,在国家标准GB17741-2005《工程场地地震安全性评价》中进行了详细规定(卢寿德,2006;中国地震局,2010)。地震小区划的技术途径就是在获取地震活动性、地震构造、地球物理等资料和工程钻探、工程物探、土动力实验等数据基础上,通过地震危险性分析、场地工程地质条件分析和场地地震反应分析,对城市一定区域给出地震动参数小区划和地震地质灾害小区划(图 1)。其中,地震动参数小区划又包括地震动峰值小区划和地震动反应谱小区划。
地震小区划与全国地震区划相比,虽然都是为一般建设工程(这里的“一般建设工程”是指除重大建设工程以外的建设工程,因为重大建设工程的抗震设防要求,来自于专门的地震安全性评价,而不是地震小区划图或全国地震动参数区划图)提供抗震设防要求,但二者的工作细致程度、工作深度和工作内容有较大差异(高孟潭,2015)。全国地震区划是在平均场地条件下对全国范围内的地震安全环境进行区域划分,对于某一城市或经济开发区等特定区域的场地而言,因场地条件的分布不同所产生的地震动参数的差异在全国地震区划中没有得到具体体现。因此,有必要以大比例尺的形式,在一个城市范围内按不同场地地震反应分析的结果,详细划分出不同抗震设防要求的小区域。鉴于地震小区划可以从更大比例尺角度对设计地震动参数等指标进行精细化表述,从而使得建设工程抗震设防更具有针对性。
2 地震小区划工作进展据数据统计,1986—2022年6月,中国31个省级行政区划(不含港澳台地区,下同)共完成城市地震小区划项目369个(表 1)。从时间进度看(表 2、图 2),2002年以前,主要处于地震小区划理论研究和试点探索阶段,这时期每年完成的地震小区划项目在个位数量级。随着2002年《建设工程抗震设防要求管理规定》(中国地震局令第7号)颁布,以及2005年修订后的国家标准GB17741-2005《工程场地地震安全性评价》实施和2008年修订后的《中华人民共和国防震减灾法》正式施行,地震小区划法律制度得到进一步明确,技术标准得到进一步细化,地震小区划工作也得到了较好的推广。2008年四川汶川8.0级特大地震发生后,各地区各部门从地震灾害巨大损失的沉痛教训中获得启示,全国加大了实施地震小区划工作的力度。2011年,地震小区划项目实施达到高峰,当年共完成了40个地震小区划项目。
根据对地震小区划面积的统计,全国完成城市地震小区划总面积22856.6km2。从时间分布看,地震小区划面积变化趋势与地震小区划项目变化趋势基本一致。2005年之前,每年完成的地震小区划面积一般在500km2以下,年均254.1km2;2005年之后,在起伏变化中出现了三个高峰,2006年完成1617.0km2,2011年完成3407.3km2,2016年完成1538.1km2,2011年达到最高峰。
3 地震小区划区域分布从地震小区划地域分布看,除上海市、贵州省和西藏自治区外,其他28个省(自治区、直辖市)都有地震小区划项目实施(表 1、图 3)。其中,地震小区划项目数量前3名的省份为山东省、广东省和新疆维吾尔自治区,分别完成119个、45个和32个项目,占全国总数的32.2%、12.2%和8.7%,3个省份完成的项目合计占全国总数的53.1%。此外,还有7个省份完成10个以上项目,分别为四川省、陕西省、辽宁省、海南省、山西省、河南省和广西壮族自治区,其余省份完成项目数均在个位数。从地震小区划面积统计看,前4名的省份为山东省、陕西省、广东省和新疆维吾尔自治区,完成的地震小区划面积分别为6819.8km2、2760.2km2、1866.2km2和1775.0km2,占全国地震小区划总面积的29.8%、12.1%、8.2%和7.8%,4省份完成的面积合计占全国总数的57.9%。
据数据统计,有19个省会城市或直辖市的主城区完成或部分完成地震小区划工作,占全部31个省会城市和直辖市的61.3%。以设区的市和地(州、盟)驻地城市为统计对象,有110个设区的市和地(州、盟)驻地城市完成或部分完成地震小区划工作,占所有333个设区的市和地(州、盟)驻地城市的33.0%。以县(市、区、旗)为统计对象,有401个县(市、区、旗)所在城市完成或部分完成地震小区划工作,占所有2843个县(市、区、旗)所在城市的14.1%。
此外还可以看出,在实施地震小区划项目方面,各地的做法和特点各不相同。山东省的特点是“面上推广”,85%县(市、区)城市规划区完成了地震小区划工作。广东省的特点是“组团实施”,聚焦于珠三角城市群组团式开展地震小区划工作。新疆维吾尔自治区的特点是“线状展开”,主要沿天山北麓和塔里木盆地南缘城市走廊实施地震小区划项目。其他省份例如四川省、陕西省和辽宁省主要围绕省会城市圈开展地震小区划工作,山西省、广西壮族自治区等省份主要针对市(地)级城市开展地震小区划工作。
4 讨论及建议中国城市地震小区划工作虽然取得上述进展,但是,与防御和减轻城市地震灾害的需求相比,还存在较大差距。下面分别从提高认识、强化管理、优化法律制度以及完善技术标准等方面,就有关问题展开讨论并提出政策建议。
(1) 提高对城市和城市群地震灾害高风险的认识。随着中国城市化进程持续加快,城市和城市群面临着越来越紧迫的地震灾害高风险威胁,主要表现在以下几方面:一是地下风险底数不清,地震活动断层是否存在,具体分布和活动程度不清;城市直下型地震发生的潜在风险不明确;地下抗震不利地段和地震地质灾害易发地段探查不够。二是城市抗震设防规划粗线条,地上建设工程抗震设防标准不精细,抗震设防的针对性不强。三是城市新建“高大特”建(构)筑物工程缺乏地震事件检验,潜在风险估计不足。四是一定比例的建设工程没有达到抗震设防要求,特别是未达到抗震设防要求的老旧建设工程依然在使用。五是由于城市生命线工程网络结构本身的脆弱性,导致地下管线工程抗震能力薄弱。因此,城市政府应当增强忧患意识,坚持底线思维,进一步提高对城市和城市群所面临地震灾害高风险的认识,通过综合施策,努力把潜在的震灾损失降到最低程度。
(2) 提高对地震小区划重要性的认识。某城市除了不同地点所面临的地震构造环境存在一定差异之外,该城市不同地点的地基条件往往具有较大差异,由此,不同地点的建设工程抗震设防标准会存在差别。地震小区划不仅考虑了地震构造环境差异,还充分考虑了地基条件差异,此外,还对地震活动断层等抗震不利地段和包括砂土液化在内的地震地质灾害潜在区域进行了精细化识别和分区。地震小区划是精细划分城市抗震设防单元和更科学确定抗震设防要求的重要技术途径,是城市实现“地下搞清楚、地上建牢固”的重要基础性工作,还是未来数字化城市建设的重要内容之一。地震小区划工作无论对城市科学规划,还是对城市建设工程科学设防,都具有重要意义。因此,应当进一步提高对地震小区划重要性的认识。
(3) 依法依标准开展地震小区划工作。既然地震小区划工作已经作为法律制度确立下来,就应该依法开展地震小区划工作。各级地震工作主管部门应当加大执法力度,督促城市政府履行法定责任和义务,限期完成城市地震小区划工作。既然地震小区划工作的技术标准已经在国家标准中予以明确,承担地震小区划工作的技术单位就必须依照国家标准的规定,根据城市政府的委托完成地震小区划技术工作,并编写地震小区划技术报告。地震工作主管部门还应当依据法律授权,依法组织专家对地震小区划技术报告进行技术审查。城市规划、城市建设等行业主管部门应当依照审查通过的地震小区划成果开展城市抗震设防规划、国土综合利用规划和建设工程抗震设计等工作。
(4) 消除地震小区划实施区域不平衡问题。省会城市和直辖市尤其是特大城市应当率先开展地震小区划工作,设区的市和地(州、盟)驻地城市跟进安排实施地震小区划工作,也鼓励更多有条件的县(市、区、旗)所在城市积极完成地震小区划工作。地震重点监视防御城市和位于地震重点监视防御区内的城市应当优先完成地震小区划工作。目前各级城市“欠帐”较多,表现在许多城市尚未开展地震小区划工作,有的城市虽然开展了地震小区划工作,但城区覆盖面不够,因此,需要列出详细计划分批分区实施。完成较好的省份,例如山东省,应当在查漏补缺基础上,不断总结和积累经验,再在其他省份进行推广。还未开展地震小区划的省份,可先行开展地震小区划工作试点,在试点的基础上逐步推广实施。通过不懈努力,逐步消除地震小区划实施区域不平衡问题。
(5) 不能用城市地震活动断层探测工作代替地震小区划工作。当前,有一些城市开展了地震活动断层探测工作,在摸清地震灾害风险方面,从一个角度进行了努力。但是,这只是解决了部分问题,所解决的是建设工程对地震活动断层避让的问题,而并未解决精细化抗震设防标准的问题,也没有解决识别其他地震地质灾害和其他抗震不利地段的问题。这就需要在地震活动断层探测基础上,按照地震小区划技术思路,继续完成地震小区划工作,更好地服务于城市国土空间规划和建设工程抗震设防。
(6) 鼓励开展区域性地震安全性评价工作。近年来,为进一步改善营商环境,减轻企业负担,国家倡导对经济开发区等园区开展“多评合一”,对包括地震安全性评价在内的有关评价或评估工作,统一组织实施,极大地提高了工作效率,降低了社会成本。利用地震小区划技术思路,对经济开发区等园区开展区域性地震安全性评价工作,有利于细化园区内各类建设工程的抗震设防标准。从技术角度看,区域性地震安全性评价与地震小区划的技术思路基本一致,可以理解为地震“小小”区划。因此,针对经济开发区等园区的区域性地震安全性评价工作是值得鼓励和提倡的。
(7)“过时”的地震小区划成果如何“复活”问题。据统计,随着时间的推移,有22.2%的城市地震小区划成果已经“过时”。这些成果之所以“过时”,其主要原因是国家标准GB18306-2015《中国地震动参数区划图》颁布后,给出的某些城市抗震设防参数结果高出了这些城市的地震小区划给出的抗震设防参数结果(高孟潭,2015),也就是说,全国地震动参数区划图结果替代了该城市地震小区划结果。其实,即使这样,也并非地震小区划技术报告中给出的所有结果都过时失效了。例如,地基条件的数据和场地类型划分、地震地质灾害小区划结果、地震活动断层的探测结果等“静态”结论都还是有效的。要实现“过时”的地震小区划成果“复活”,关键是在补充收集原地震小区划技术报告完成之后的时间段内的地震活动新资料、地质勘探新资料、地球物理探测新资料等基础上,利用国家标准GB18306-2015《中国地震动参数区划图》优化的计算方法,重新进行计算,获得新的计算结果,重新编制地震小区划技术报告,按照规定的程序进行重新审查,审查通过后,“过时”的地震小区划成果就“复活”了。
(8) 建议将地震小区划制度列入防震减灾法强制性条款。目前,地震小区划制度在防震减灾法中属于鼓励性条款,不是强制性条款,由此,各级城市政府对地震小区划制度重视不够,落实得不是太好。国家要求各级政府必须树立“两个至上”执政理念,做到统筹发展和安全,鉴于地震安全性评价制度已经确立为强制性评估事项,地震小区划制度也应当同样对待,把地震小区划制度列入防震减灾法强制性条款是必要的。这对于城市科学编制国土空间规划和提升城市建设工程抗震设防能力具有重要促进作用。建议今后修订防震减灾法时,对地震小区划制度的法律地位予以重点考虑。
(9) 建议尽早出台专门的地震小区划技术标准。当前,地震小区划技术标准出自国家标准GB17741-2005《工程场地地震安全性评价》中“地震小区划”一章,技术方面的规定比较宏观,尤其是对场地工程地质条件分析所需要的工程钻探、工程物探和土动力实验具体工作量缺乏详细和硬性规定,其他技术环节也需要补充完善。此外,对技术成果如何使用也需要提出明确要求。因此,出台专门的地震小区划技术标准十分迫切,对于进一步落实地震小区划法律制度、提高地震小区划技术质量以及发挥地震小区划成果应用效能均具有重要意义。
致谢: 感谢各省级地震部门和有关单位在资料收集和核实过程中给予的帮助;感谢审稿专家提出的宝贵修改意见。
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