VoU 37,No. 2Apr, 520"第37卷，第2期220"年4月
世界地震工程
WORLD EARTHQUAKE ENGINEERITG 文章编号：102 -6099(2021)02 -0053 -05
日本福岛7.4级地震灾害损失总结与讨论
陈相兆，张桂欣，孙柏涛，武继双，陈洪富
（中国地震局工程力学研究所，中国地震局地震工程与工程振动实验室，黑龙江哈尔滨139080）摘 要：242"年2月13日，日本本州东岸近海发生2.3级地震，没有造成人员死亡，仅10余人受 伤，导致建筑物和基础设施发生不同程度的破坏和功能中断。此次强震并未造成大量的人员伤亡和 工程结构本体破坏，但出现非结构构件破坏较为普遍以及基础设施功能中断的情况。介绍了各机构 的震后灾害损失快速评估工作，总结了工程结构破坏和功能影响、人员伤亡和经济损失情况。对此 次地震的灾害特征进行了总结和思考，认为随着各地区抗震能力的提高，非结构构件破坏、地震灾害 链、基础设施功能中断与恢复、抗震韧性将成为今后研究的重点。
关键词：日本地震；抗震能力；人员伤亡；非结构构件；功能恢复
考证时间中图分类号:TU374.4 文献标识码:A
Oveaiew and comments of disaster lost m the M7.3 Fukushima earthquake CHEN Xmngzhag D2, ZHANG Gumic"^2, SUN BaUag D2, WU JKhuany D0, CHEN Horgfn"^2
(Institute of Enviceehnv Mechanics : China Earthquake AUministratior ; Key La6oratom of Earthquake Enciceerinc anC Enviceehnv Vibratior , of CEA, HarUin 159080, China)
Abstract : A maanitune 2. 3 eartPqnake struch off the Japac or FeVmam 1, 2221, respltina moro tUac 19 injuPes anC caesina the yestmctior of builUinas anC inPastrdctnro in diKerevi Ueyree anC tcctiorai mmyuptioc. The earth - qnake Uib cat caese a larae ncmber of chspalties anC evdiceePnd stmctpro Uamaye , but thero woo wiUespreaP Uamaye to mmtmctpmi comporevis anC yismptior of inPastrdctpro tcctiocs. This paper introbnees the quich posi- eartPqnake Uisaster loss assessment wort of vvuors institutions anC spmmaPzes the function of evdiceePnd stmctpm Uamage anC impact , chspalties anC economic losses. The Uisaster charactePstics of this 31104^3 aro spmmaPzen anC corsiUerey, it is consibereU that with the impravemeci of the seismic capacitp of vvuors regions , the tnrai component Uamage , 31104^3 Uisaster chain , inPastmctpro fncctions yismptiob anC restoration , seismic touahcess wilt become the foces of futnro research 1
Key words ：Jdp6c yrthqudke; seismic epacim; chspalty ; cobstmctprai component ; ecctmu restoration 引言
中国地震台网正式测定，北京时间2021年2月13日22时02分（当地时间2月1日23时02分）在日 本本州东岸近海发生2.1级地震，震源深度59 km，震中位于北纬32.72度，东经191.80度。日本气象厅1 日凌晨将震级由21 1级修正为2-3级，震源深度由60 km 修正为55 km 。日本气象厅认为：此次地震为2011
收稿日期：2021 -03 -15 ；修订日期:2021 -03 -23
基金项目：国家重点研发计划资助（2018YFC1504604）；国家自然科学青年基金项目（51708524, 51208495）；中国地震局创新团队发展计 划资助（中国大陆地区地震灾害模拟与评估）
作者简介：陈相兆（146 -），副研究员，博士，主要从事地震灾害损失评估及系统研发1 E-maiI ： chenxz@ iem. ae. e 通讯作者：张桂欣（1688 -），副研究员，博士，主要从事地震灾害风险评估等领域的研究.E-mail : zyx@ iem. a
第2期陈相兆，等：日本福岛7.3级地震灾害损失总结与讨论59
年东日本大地震的余震，两次地震震中相距约70km，震中位置关系如图1(d)所示。两次地震损失的严
重程度完全日而语,2011年东日本大地震引大海啸，造成严重的核电站泄漏事故，地震共导致19729人死亡,2559人失踪JU996栋房屋完全破坏J］。据日本布的消息，此次7.3级地震
引啸，地震造成人员死亡，仅W0余人受伤,242人避难。总体而言，此次地震造成的灾失程度较轻，其主要震害是非结构构件破坏、室内物品、基础功能中断、小灾坡等。随着工程结构抗震的提升，上述震害现象在7级左右的地震中会是越来越，近年来我国包括九寨沟7.2级地震在内的破地震都呈现出该。本日本7.3级地震的震进行了总结，并讨论了仪器地震烈度与宏观地震烈度的关系、人员伤残等级评估、震韧性、地震灾等问题。
1震后灾情快速评估
matlab求导1.4地震烈度影响场分布
要研究地震的破，首先要地面振动的强弱，通常用地震动参数PGA或地震烈度表示。地震烈度的定义是指地震引起的地面震动及其的强弱程度，根据现场确的地震烈度称为宏观地震烈度，的根据地震记录计算出的地震烈度称为地震烈度［2］0
日本7.3级地震后，全球一些研究机构给出了地震烈度场。本文主要介绍日本防灾研究所(Natiovai Research Ins/tutp foa Earth Sciecca and Disastca Prevention，简称"NIED”)给出的仪器地震烈度分布
、美国地质调查局(UniteC States Geoloyicoi Survec，简称“USGS”)给出的SSakeMap图以及中国地震局工程学研究所研发的HAZAqiw地震灾失评估系统(简称“HAZ-CUK u-)给出的基度衰减关系的地震度布图［］。但由于上述三种地震烈度采用的烈度表，首先给出其系见表W
表1三个烈度表的对应关系
Takle1ColTespondexce of three intecsiK scales
研究机构采用烈度表烈度
中国地震局工程学研究所中国地震度表I II V M训K X K 美国地质调查局修正麦卡利烈度表(MM)I II V M训K X K
日本防灾研究所aMA度表2I I V-V+M-M+训
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(a)仪器地震烈度分布图(NIED) 2021年02月130日本本州东岸近海7.1级地軽
仪器地軽烈度分布图
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|*胡*,”|5|«w|I“I|||m|,”T 《泌"“‘i;i;i;i：ti；th宣ws-M
(c)仪器地震烈度分布图(IEM)
(b)ShakeMap烈度分布图(USGS) (d)HAZ-China地震烈度预测分布图(IEM)
图1不同研究机构给出的地震影响场
Fig.1EaUhquake iWuexce fields progoseC ba diKeuct research ias/tuhons
60世界地震工程第37卷
在厘清地震烈度的概念和各地震烈度表的关系之后，我们来看：此次7.3级地震后，三家研究机构给出的地震烈度影响场分布结果。日本防灾研究所给出的陆域最高烈度是6度强，主要分布在距离震中较近的福岛和宫城两县部分地区，其烈度分布如图1(a)所示；美国USGS研发的全球地震灾害快速评估与响应系统(Prompt Assessme/i of Glodai Earthquadas for Response，简称"PAGER")给出的陆域最
高烈度是训度⑷，但只有极小一部分区域，其烈度分布如图1(b)所示；中国地震局工程力学研究所(以下简称“IEM”)强震动观测组根据我国仪器地震烈度标准计算，宫城县和福岛县大部分地区的地震烈度均在5度以上，其中位于宫城县的MYGH1台站，记录到的水平向加速度达1.0个重力加速度(g)，计算出其烈度为9.5度，为表达清晰进行四舍五入取整，图例中显示为3度，如图1(c)所示；HAZ-China系统给出的陆域最高烈度是呱度，其烈度分布如图1(d)所示。不同地震烈度表中的烈度所对应的震害程度是有差别的，为了讨论地震烈度影响场分布与工程结构破坏和次生灾害的关系，本文将不同研究机构给出的陆域极震区烈度所对应的震害现象进行了总结，见表0o
表2不同烈度表对应的震害现象描述
Table0Desc/ptioe of earthquake damage correspoeVinv to di/erent intensity scales
烈度表震区最高烈度震害程度
房屋破坏情况:
(1)未经抗震设防的土木、砖木和石木等房屋，少数严重破坏和毁坏，多数中等破坏和轻微破
坏。
(2)穿斗木构架房屋，少数中等破坏，多数轻微破坏和基本完好。
中国地震烈度表⑷度(3)未经抗震设防的砖混结构房屋，少数中等破坏，多数轻微破坏和基本完好。
(4)按照⑷度(7度)抗震设防的砖混结构房屋，少数轻微破坏和中等破坏，多数基本完好。
(5)按照⑷度(7度)抗震设防的钢筋混凝土框架结构房屋，少数轻微破坏和中等破坏，大多数基本完好。
生命线工程和其它震害现象：
少数梁桥挡块破坏，个别拱桥主拱圈出现明显裂缝和变形以及少数桥台开裂；个别变压器的套管破坏，个别瓷柱型高压电气设备破坏；少数支线管道破坏，局部停水，可岸出现塌方，饱和砂层常见喷水冒砂，松软土地上地裂缝较多；大多数独立砖烟囱中等破坏。
房屋破情况:
(1)未经抗震设防的土木、砖木和石木等房屋，大多数毁坏和严重破坏。
(2)穿斗木构架房屋，少数毁坏，多数严重破坏和中等破坏。
(3)未经抗震设防的砖混结构房屋，少数毁坏，多数严重破坏和中等破坏。
(4)按照⑷度(7度)抗震设防的砖混结构房屋，多数严重破坏和中等破坏，少数轻微破坏。
中国地震烈度表区度(5)按照⑷度(7度)抗震设防的钢筋混凝土框架结构房屋，少数严重破坏，多数中等破坏和轻
微破坏。
命线工程其震现:
个别梁桥桥墩局部压溃或落梁，个别拱桥垮塌或濒于垮塌；多数变压器套管破坏、少数变压器
移位，少数瓷柱型高压电气设备破坏；各类供水管道破坏、渗漏广泛发生，大范围停水。干硬土
上多处出现裂缝，可见基岩裂缝、错动，滑坡和塌方常见；独立砖烟囱多数倒塌。
美国MM烈度表麵度经过抗震设计的建筑物，少数发生破坏，旦一些抗震能力较弱的建筑物，会损坏严重。烟囱和古迹的普遍倒塌。
日本JMA烈度表476度强(1)只能依靠爬行方能动身，人也会被甩倒。
(2)没有固定的家具基本会被移动，多数还会倾倒。
(3)抗震性能较低的木造房屋会出现多数的倾斜和倒塌。
(4)有可能产生地面裂缝和大规模的滑坡或山体塌方。
1.2震后灾害快速评估
(1日本防灾研究所
基于仪器地震烈度的计算结果及分布范围，日本防灾研究所针对不同结构类型建筑物采用地震破坏模型计算了25/m大小网格中的建筑物的破坏率，破坏模型中考虑了建筑物的构造特点、设防标准以及年代等因素。然后，将每个网格中的建筑物数量与破坏率相乘，计算出地震所造成的受损建筑物的数量，并按照结构类型、设防标准以及年代等条件进行统计分析。图0展示了7.3级地震发生以后日本防灾研究所推测的震区建筑物破坏情况，分别以25/m网格为单元如图2(a)和以市町村为单元如图2(b)所示的破坏等级为“全坏”的建筑物数量统计和空间分布。日本的建筑物分为五个破坏等级/一部损坏、“准半坏”、“半坏”、“大规模半坏”和“全坏”，大致分别对应我国的“轻微破坏”、“轻微破坏”偏重、“中等破坏”偏轻、“中等破坏”偏重和“严重破坏"o在2001年2月1日，日本防灾研究所又公布了建筑物破坏的现场调查结果，大多数受损房屋的破坏等级为“一部损坏”，即对应我国的“轻微破坏"o
第2期陈相兆，等：日本福岛2.3级地震灾害损失总结与讨论63
吴启华个人资料杰克逊个人资料图1基于模型推测的破坏等级为“全坏”的建筑物空间分布⑻
Fig- 5 Distabution of buildines with Uamaae levei of a complete Uesauction" based on mobei inferevce （2）美国地质调查局
美国地质调查局研发的PAGER 系统在震后对此次日本2.3 级地震灾害进行了评估。PAGER 系统的评估结果 ：地震极震区烈度（MM ）为讽度，极震区内人口约1.1万人，地震造成1人
2人死亡的概率最大，经济损失"亿至2亿美元的概率最大, 灾 等级为橙。与 ，PAGER 给出了一些震区的基础资料，如建筑结构
，历史地震伤亡情况，城市人口暴露等，如图3所不。（3）中国地震局工程力学研究所
田亮女儿去世据HAZ-China 系统评估结果
：采用中国地震烈度 ；减 计算，极震区烈度为：K （9度）
域，无人 布，陆域极震区为呱度（2度），Vtt 度区内人口约3 000人。根据地震烈 度分布、易 研究成果以及人 布数据，推 日本2.3
地震建筑物大 结构性破坏的 较小，会产 结
构物破 室内物品、摔落，因而地震造成人员死亡的可能性较小, 结构物破 室内物品摔落造成人员受伤。同
Fig. 3 Reyort of USGS PAGER CSr M TW P CmATKW -■2a50lk- 3S.883k' 16,220k | 1.8ISk 101k | 0WWUUMlSsf?Il-Ill IV V I VI VII VIII I IX FCRCCMCOSHMUHO HMM W.*k 1帥 Modg* S&E Wr
ySep StvfH | WoUnt WWW.Nont None Now UgM UMeiae Mo47He»y Hcary V, He»l
时，由地震导致的崩塌、滚石和滑坡等地质灾害也可能造成人员受伤。
HAZ-China 系统给出了此次地震的人口和经济分布状况:Vtt 度（7度）区内的人口较少，人口主要分布于 可（6度）区，此次地震震中 区域为福岛县 县，其人口主要集中 ，但 等该区域内人 度较低，人口分布如图.（a ）所示。日本的主要工
制造业都集中于中部和南部地区，经济 较发达，此次震中位于日本 ，经济较其
区差，经济分布如图4（2）所示。2021年2月13日日本本州7.1级地震人口分布图2021年2月13日日本本州7.1级地震震区经济分布图M0O6E 呂080 呂 OOZE 呂
0O 9E N/0OI
寸N/0O0
寸N/0O6EN/0O8EN/0
卜SN/0O9E
N/0OSE 138°0"E 139°0*E 140°6t ： 141°0*E 142°0*E 143°0*E 144°0*E^ 145°0*E 中国地靈局工程力学研究所孙柏涛研究团队 陈相兆 张桂欣 制图比例尺：lcm=32km 出图时间：2021/2/14 17:04|。3
（a ）人口分布图137°0® 138°0z E 139°0E 140°0卫 141°0£ 142°0卫 143°0*E 144°0卫 145°0Z E146°0,E 147o 0*E 中国地靈局工程力学研究所称柏涛研究团队 陈相兆 张桂欣 制图比例尺：1 cm=45 km 出图时间：2021/2/14 12:30：帕（b ）经济分布图
图4震区的人口和经济分布
Fig. 4 Economic anU popu WU ou distabution iu the earthquake iected
area
62世界地震工程第37卷2工程结构震害情况
2.4建筑物震害情况
据日本防灾研究所基
推测的结果，地震大概会造 6 000栋房屋 “全坏”状态。但震后现场 现：仅有20栋房屋的破坏等级为“全坏” ；33栋房屋的破坏等级为“半坏” ；2 428栋房屋的破坏等级为“一部损坏”总体而言房屋震害较轻，建筑物震害分布如图5所示，建筑物震害统计见表3o 如果按
中国地震烈度表的 ，计算出房屋的 震害指数，大致 推 震区的宏观地震烈度大致为可度, 该结果与中国地震局工程力学研究所基 减 的地震烈度分布相符。
河川
浪江町(20同.
THIKIF)
4
•务方市0P)
冒交省 521/2/19
图5基于现场调查的建筑物震害空间分布⑺
Fig. 7 Buildinassya/ai diswiduhon of diKerext damaye levei baseC on site survec
图6福岛县小林山市新干线的电线杆发生倾斜2.2生命线工程震害情况
(4电力系统
地震发生后，日本至少有95万户家庭暂时断电，但截至2月W 日早上，大部分地区已经恢复供电。从 断电及电力恢复情况 推测，电力系统 严重的结构性破坏，如核电站泄漏、电厂破
输电塔倒塌等情况。更为
的情况是电力系统 主动切断电力供应，以防止次生灾害发生，或主要发生等非结构性破坏，比如母线、馈线脱落以及
柱破坏等。(2)交通系统地震中日本 系统的主要震
情况为，约22根电线杆 、 受
、路基
自我鉴定毕业生登记表
道 受 车 道破损，如图6为福岛县小林山 干线电线杆
0 受 震 ，线那 的上下线路、
的山形新干线以及 和
田 的秋田 线 行。 的线 左右后恢复运行，但由于基
础 备维修，导致 线 下降，
需要持续1个月左右才能恢复到震前的水
平。公路系统受损总体较轻，主要为 1 处 Fig. 2 Powes polo tilteC of SUingapsex io FuUusUima KoVayashiyama
City
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