中國農村地震災害脆弱性研究(POD版)（簡體書）

《中國農村地震災害脆弱性研究》在地震災害系統脆弱性理論框架下，運用設定地震災害模擬經濟損失的方法，基於中國歷史地震數據庫，對中國農村鄉鎮地震災害的結構承災體脆弱性進行了實證研究。並以雲南省為例，研究承災體脆弱性對地震災情的放大/縮小作用和區域地震災害系統脆弱性的形成根源；以汶川地震為例，探討了脆弱性分析方法在案例中的應用。最後對我國農村地震災害的備災、減災給出了相應的措施建議。《中國農村地震災害脆弱性研究》是在大量歷史數據、調查數據基礎上，運用脆弱性理論，從區域、案例角度對中國農村地震災害脆弱性進行的系統研究，可供民政、保險、再保險、地震等領域的科學工作者、工程技術人員及高等院校相關專業師生參考。·

艾茲拉·傑克·季茲

1916年出生，在美國布魯克林長大，一生幾乎都居住在紐約市。他的父母為波蘭移民，家境貧窮。季茲是猶太人，年輕時飽受歧視，因此他對其他受歧視的種族，具有深刻的同情心。艾茲拉·傑克·季茲是美國一位以小黑人為主角的童書創作者，希望能藉由圖畫書消弭種族間的歧視。幸運的是，美國凱迪克獎，並沒有因為主角膚色而忽略這位偉大的創作者，將金獎頒給了他的一本作品《下雪天》。
季茲從小就展現藝術天份，八歲時就為當地的店面畫招牌，因此賺得25分美元的報酬。高中時期得獎無數、非常耀眼。第二次世界大戰後，他為了精進繪畫深度及廣度，前往法國巴黎深造，目前在法國第五大道的店面裡，仍有許多油畫作品被展示。季茲一生都很愛孩子，曾為聯合國兒童基金會（UNICEF）代言募款活動，並參與1971年白宮兒童會議。EzraJackKeats基金會每年頒發EzraJackKeats獎，在於鼓勵優秀的童書繪者及新鮮血液。

前言第1章 極限與連續1.1 基本要求1.2 重點與難點1.3 內容提要1.4 典型方法與例題分析1.5 同步練習題1.6 自我測試題第2章 導數與微分2.1 基本要求2.2 重點與難點2.3 內容提要2.4 典型方法與例題分析2.5 同步練習題2.6 自我測試題第3章 微分中值定理與導數的應用3.1 基本要求3.2 重點與難點3.3 內容提要3.4 典型方法與例題分析3.5 同步練習題3.6 自我測試題第4章 不定積分4.1 基本要求4.2 重點與難點4.3 內容提要4.4 典型方法與例題分析4.5 同步練習題4.6 自我測試題第5章 定積分及其應用5.1 基本要求5.2 重點與難點5.3 內容提要5.4 典型方法與例題分析5.5 同步練習題5.6 自我測試題第6章 多元函數微分學6.1 基本要求6.2 重點與難點6.3 內容提要6.4 典型方法與例題分析6.5 同步練習題6.6 自我測試題第7章 二重積分7.1 基本要求7.2 重點與難點7.3 內容提要7.4 典型方法與例題分析7.5 同步練習題7.6 自我測試題第8章 微分方程與差分方程8.1 基本要求8.2 重點與難點8.3 內容提要8.4 典型方法與例題分析8.5 同步練習題8.6 自我測試題第9章 無窮級數9.1 基本要求9.2 重點與難點9.3 內容提要9.4 典型方法與例題分析9.5 同步練習題9.6 自我測試題綜合測試題測試題(一)測試題(二)測試題(三)測試題(四)測試題(五)同步練習與測試題答案與提示參考文獻·

第1章 緒 論
1.1 引 言
2008年中國汶川發生8.0級地震，2011年日本東部又發生9.0級地震。近年來發生的一系列大震級地震說明，地球又進入一個新的地震多發時間段。
地震災害作為造成死亡人口最多的自然災害之一（范寶俊，1999），始終是災害研究中最受關注的災害種類。由于城市人口高度密集、財富極度集中，地震災害研究的重點關注區域一直是城市地震，但是，更大面積的農村地震安全問題卻被人們忽視了。
隨著經濟的發展，尤其是1990年以來，農村居住建筑正在經歷一個更新換代的高潮，經濟較落后的地區向房屋磚瓦化發展，經濟發達的地區建兩三層磚混結構樓房（高云學，1995；鄢家全和郝玉芹，2003），可是這些居住建筑很少經過正規的設計，抗震性能更無從談起。
1990年2月，江蘇省常熟-太倉發生5.1級地震，造成106621間房屋遭到不同程度的破壞，其中損失最嚴重的就是農民自建樓房，約103565間，主要原因是建筑結構不合理、空間跨度大、房蓋重、施工質量差。這次地震總經濟損失為13296.29萬元，直接經濟損失達11133.89萬元，是我國一個震級小、烈度低、損失大的典型震例（安徽省地震局，1996）。
1998年1月10日河北省張北發生6.2級地震，災區主要是張北、尚義、萬全、康保4個縣，雖然4個縣人口密度小，都是以農牧業為主的農村，但是地震造成49人死亡，362人重傷，直接經濟損失達8億多元，主要原因就是災區的主要房屋類型――“里軟外硬”結構房屋，內墻石塊、外墻包磚，內外“兩層皮”，整體性極差，基本不具備抗震性能，房屋極易倒塌，導致石塊砸死、砸傷人。此外，當地農民在建房時，不考慮地基影響，山前、溝河兩側多坡積和洪積物堆積，地基松軟，工程地質條件差都是造成這次地震震害重的原因（中國地震局監測預報司，2001）。上述震例暴露了我國在農村抗震設防管理上的諸多失誤：缺乏專門為農村居民設計的具有良好抗震性能的房屋；缺乏相應的農村地震災害防御管理部門，對農村建筑物不能進行抗震設計要求，無法進行各種監督管理。
1990～2007年我國地震災情表明，近20年來發生的破壞性地震99%以上都發生在農村地區；我國公元前23世紀以來的歷史地震的統計分析結果也說明，我國農村發生地震的概率要遠遠大于城市，農村面臨的地震危險遠遠高于城市。隨著21世紀我國農村城市化進程的加快，農村地震災害的損失也將隨之加重，分析農村承災體脆弱性特點，針對我國農村地震風險管理的現狀，制訂符合我國國情的農村地震減災策略，是我國地震研究的一個重要方面。
1.2 基本概念
1.地震
地震是指伴隨著地殼上的能量釋放而引起的地球表面的振動，這種能量釋放是由于地殼某些部位的突然斷裂、火山爆發或人為原因而引起的。強烈地震發生時，地震區的地面劇烈搖晃、顛簸，地面振動在很大范圍內都能被感知，全世界都能用儀器測出。在震中附近，地面會發生變形、隆起、下陷或水平位移。地震還會引發大規模的滑坡、山崩等地質災害以及海嘯等。大多數毀滅性地震是由地殼的斷裂引起的。
地震一般分為天然地震和人工地震兩大類。
天然地震又分為構造地震和火山地震。①構造地震是由于地下深處巖石破裂、錯動把長期積累起來的能量急劇釋放出來，以地震波的形式向四面八方傳播出去，地震波到達地面，引起房搖地動，構造地震約占天然地震總數的90%以上，因此對人類的威脅最大。
②火山地震，因火山爆發引發的火山地震只占地球地震總數的7%。此外，某些特殊情況也會產生地震，如巖洞崩塌（陷落地震）、大隕石沖擊地面（隕石沖擊地震）等。人工地震是由人類活動引起的地面振動，如采礦、工業爆破、地下核試驗造成的振動；大水庫蓄水后增加了地殼的壓力、在深井中進行高壓注水等也會誘發地震。
地震震級（M）表示地震釋放能量的多少，是表征地震大小強弱的指標，也是地震的基本參數之一，通常用里氏震級ML、面波震級MS、體波震級MB三種方式來表示。據研究，震級每相差1級，地震釋放的能量相差約30倍；震級每相差0.1級，釋放的能量平均相差約1.4倍，即一個6級地震相當于30個5級地震，或相當于900個4級地震。
根據震級的大小，將地震分為4類。①小震：指震級為4級以下的地震；②中強震：指震級為5～6級的地震；③強震：一般指7級以上的地震；④特大地震：8級以上地震。
根據震源的深淺，將地震分為3類。①淺源地震：震源深度小于70km；②中源地震：震源深度在70～300km；③深源地震：震源深度大于300km。
地震動是指由地震震源形成的地震波傳播到地表引起地表附近物質的振動。這種振動作用在建筑結構上，就會引起建筑結構的震害。每種地震動的特征均可由振幅、頻譜和持時來描述，稱為地震動的三要素，各類建筑結構的震害表現是這三個基本要素綜合影響的結果。
2.地震災害
地震災害是指地震對人類社會的破壞，它具有突發性、隨機性、續發性、毀滅性等特點，破壞面積分布通常較大，對社會生活和經濟發展都會造成極為嚴重的危害。據統計，全世界每年平均發生破壞性地震近千次，其中震級達7級或7級以上的大地震約十幾次。研究各種地震災害案例是人們進行抗震設計、完善防震減災技術、開拓研究領域的重要依據。
一般來說，地表破壞引起的結構破壞屬于靜力破壞，而因地面振動引起的結構破壞屬動力破壞。在一次地震發生之后，在震中區及其鄰近的范圍內，破壞主要由地面斷裂和地面振動造成，而在其他地區，破壞主要是由地面振動引起的。根據地震災害的后果不同，地震災害可分為直接災害、次生災害（又稱鏈生災害）。
1）直接災害
直接災害是指強烈地震動和地面破壞作用引起的結構破壞、倒塌及城市生命線系統的損壞，這些都屬于地震造成人員傷亡和經濟損失的最直接原因。建筑結構的地震反應是由輸入的地震動特征（強度、頻譜、持時，即地震動的三要素）和結構的特性（結構的剛度、阻尼、自振周期等）共同決定的，當建筑結構的抗力不足以抵御地震作用時，建筑就會發生不同程度的破壞。生命線系統主要包括供水系統、供電系統、供氣系統、通信系統及交通系統等，地震后生命線系統的破壞將嚴重影響震后居民的正常生活，給震后的應急救援和恢復重建工作帶來障礙。
2）次生災害
自然災害通常是多重過程發生，一種災害常常會觸發其他災害。例如，地震引發山崩、地陷、地裂、滑坡、泥石流等地質災害，后者進而引起堰塞湖，堰塞湖潰壩又造成洪水災害。這一系列因地震引發的其他災害就稱為次生災害，也稱鏈生災害。例如，1786年6月1日，四川瀘定發生7.5級地震，大渡河沿岸山崩引起河流壅塞斷流；10日后，河道潰決，高數十丈的洪水洶涌而下，淹沒民眾10余萬。
地震引發的次生災害通常還有火災、水災、毒氣泄漏、爆炸和放射性污染等。地震時房屋倒塌，生命線系統破壞，火源失控導致起火，同時由于消防系統受損、社會秩序混亂，火勢不易得到有效控制，從而釀成大災。例如，1923年9月1日日本關東發生7.9級地震，由于地震發生時正好是做午飯時間，地震造成整個災區都發生了火災；據統計共發生火災227起，其中133起火災蔓延。在死亡的10萬人中，因建筑物倒塌壓死的不過數千人；在毀壞的70萬棟房屋中，燒毀的房屋達44.7萬棟。1994年美國Northridge地震造成了多處起火，其中一處由于地裂縫造成一根22英寸的煤氣管道裂開，一輛卡車發動引發泄漏的煤氣著火，導致周圍數個停車房被燒，大約100輛汽車被燒毀。
此外，中毒也是震后極易發生的次生災害。化工廠藏有毒物質的容器、管道在地震作用下破壞后，可導致毒氣、毒液及放射性等有毒物質的溢出，造成毒氣泄漏災害。1976年唐山地震時，在天津市發生毒氣污染7起，使3人死亡、18人中毒。1979年1月14日日本伊豆大島近海地震，使位于東京西南160km處的礦業公司一個蓄水壩開裂，被氰化物污染的大量泥水排入附近的持越河和狩野川河，致使10萬條魚中毒死亡。
由于次生災害是緊緊伴隨著地震災害發生的，在地震災害損失評估時，很難區分是直接地震災害損失還是次生災害損失，故將它們都計算在一起，稱為直接災害損失。
除了上述直接災害、次生災害外，隨著社會的進步和經濟技術的發展，地震災害往往還會引發一些新的、危害巨大的間接災害，包括停工停產、數據丟失、經濟失衡、社會混亂、瘟疫、心理創傷等。而2011年3月日本東部9級大地震引發的海嘯，之后引發的核電廠爆炸，以及全球核輻射危險，更讓人們深刻地感受到由于現代社會的科技進步所帶來的各種意料不到的間接災害。
3.脆弱性
1974年，G.F.White在其著作NaturalHazards中提出“脆弱性”（vulnerability）的概念，他分析了人類對各種自然災害等極端事件作出反應、調整的方式，首次在理論上將人們防災減災的視線從單純的致災因子研究和工程措施防御擴展到人類對災害的行為反應，指出通過調整人類行為而減少災害影響和損失的途徑，為其后的災害研究與實踐奠定了理論基礎。30年來，“脆弱性”概念在可持續發展領域以及風險學、災害學、氣候變化等領域都得到了廣泛應用（Whiteetal.，1975；Raskinetal.，1996；Cutter，2001；Mileti，1999；Kaspersonetal.，2003）。
筆者認為，脆弱性是指承災體（人類社會經濟系統）對致災因子的敏感反映程度。脆弱性越大，則致災后易形成災情；反之，脆弱性越小，則致災后不易形成災情。因此，脆弱性研究就是對自然災害承災體易于受到致災因子的破壞、傷害或損傷的特性和各類承災體對自然災害的承受能力進行分析，其最終結果就是建立各災害強度與災害損失之間的函數關系，如地震災害中各類建筑物的“烈度-平均損失率”曲線，即可認為是地震災害脆弱性。
4.恢復性
恢復性是與脆弱性相伴隨的另一災害系統特性。UN/ISDR（2004）認為，在面對自然災害潛在壓力時，恢復性是自然界和人類系統一個有價值的特性，有助于減小脆弱性及保持可持續發展。
災后恢復不僅是設施的重建，更是一個復雜的社會功能再造問題（Milesetal.，2006）。恢復牽涉區域中的各種主體，包括居民家庭、社區、政府、商業等。災后恢復的目標就是達到或者超過恢復主體原有的各種社會指標，如人口健康水平、居民生活水平和社會安全水平等（LiuandDlyer，2009）。
通常，社會邊緣群體由于不容易獲得保險、貸款、急救護理、政府政策參與權等恢復資源，且要忍受低收入房屋的缺陷，所以這類人群的恢復性會相對較差（Msilimba，2010）。此外，種族、社會經濟狀態等對災后恢復也有較強的影響（Fussell，2010）。
5.自然災害風險管理
UN/ISDR在《與風險共存》報告中提出，自然災害風險是指自然災害與承災體的脆弱性相互作用所導致的一種災害結果和預期損失（UN/ISDR，2004）。而自然災害風險管理是包含災前降低風險、災時應急處置和災后恢復重建一系列的過程，并形成一種循環模式。在自然災害頻發的今天，災害風險管理受到越來越多的重視（Catter，1991）。
加深對自然災害脆弱性形成機制的了解，進行高效而科學的自然災害風險管理，是減少自然災害損失、實現可持續發展的必然手段。一方面，基于脆弱性分析結果，可以預測自然災害可能造成的經濟損失，進而制定相應的風險管理措施；另一方面，對自然災害系統進行脆弱性分析，可以找到管理中的脆弱環節，有針對性地完善災害風險管理。例如，Y.Ye等（2002）通過對中國和日本的一些歷史地震案例對比，分析區域性脆弱性，提出必須進行包括搜尋、營救、治療等在內的多方面綜合地震風險管理。Pelin等通過比較分析了土耳其兩次地震的社會、技術、行政、法律、經濟等脆弱性因素，提出了土耳其災害管理的改善措施（Pelinetal.，2002）。
因此，科學的地震災害風險管理必須在正確的災害脆弱性分析基礎上進行，脆弱性分析的最終目的就是為自然災害風險管理服務。
6.中國農村鄉鎮的界定
農村是指從事農業的農民的聚居地，是相對于城市、城鎮范圍而言的。但是，由于我國長期以來龐大的農業人口比例，以及近十年來城市化的快速發展，出現了大范圍的城鄉結合帶、人口密集的小城鎮，使得我國農村的范圍很難進行清晰的界定。
嚴格意義上來說，城市只應該是各城鎮的建成區部分。但是，在實際統計中建成區的空間分布很難準確界定，缺乏可操作性。1999年，國家統計局發布了《關于統計上劃分城鄉的規定》（試行），其中第六條指出：“城市是指經國務院批準設市建制的城市市區”。它包括設區市的市區和不設區市的市區。設區市的市區是指：①市轄區人口密度在1500人/km2及以上的，市區為區轄全部行政區域；②市轄區人口密度不足1500人/km2的，市區為市轄人民政府駐地和區轄其他街道辦事處地域。不設區市的市區是指市人民政府駐地和市轄其他街道辦事處地域。
按照我國2007年行政區劃，截至2007年12月1日，我國除香港、澳門、臺灣外，共有283個地級市、368個縣級市、1632個縣（旗）、1個林區、2個特區、1個自治州直轄地區。縣級行政單元分布見圖1-1。從目前世界范圍看，人口接近100萬的城市才被定義為中等城市（世界銀行，2000）。根據我國2007年各省（自治區、直轄市）統計年鑒，284個地級市轄區的平均人口密度為1040人/km2114個地級市人口超過100萬；400個縣級市的平均人口密度為440人/km2僅有68個縣，級市城市人口超過100萬；1632個縣（旗）的平均人口密度為256人/km2。也，就是說，縣級市的人口密度與縣（旗）的人口密度相差不到2倍。
此外，我國目前的縣級市大多是1985年后由整縣改為市的，地域面積較大，人口密度較低，農村比例較大。以經濟發達地區的浙江省為例，縣級市內的行政村與居民區的平均比例為3.8∶1（方泉堯等，2003），縣級市的居住人群依然以農民為主。
本書所進行的農村地震災害研究，主要目的是分析與大、中城市承災體有較大差別的農村鄉鎮對地震的脆弱性，以及應該采取的相應防災、減災對策。因此，為了研究數據的可獲得性，本書的農村范圍主要從行政單元上研究我國農民目前的主要聚集地，包括368個縣級市和1632個縣（旗）共計2000個行政單元的所有區域，稱之為“縣級農村鄉鎮”。
這種縣級農村鄉鎮范圍比上述國家統計局的城鄉劃分規定的鄉村范圍相對要大，因此書中數據會和農村鄉鎮實際情況存在一些差距，尤其是我國東部發達地區的農村鄉鎮，城鎮化水平較高，書中的承災體類型與實際情況會存在一些差異，有待將來更深入的數據加以完善。
1.3 中國地震災害數據庫
地震災害是一種破壞力極大的自然災害，因此長期以來地震記錄都受到各國高度重視。中國的地震記錄具有悠久的歷史，最早在堯舜時代（公元前23世紀），發生在蒲州（現稱）的地震就有史書記載。近代，特別是新中國建立以來，一方面逐步完善地震監測網的建設，使其遍布全國各地震區，并于1986年建成中國數字地震臺網（CDSN），使地震監測工作與國際接軌。另一方面不斷收集整理歷史地震資料，編輯出版多部歷史地震目錄，資料的科學性和規范程度也逐步提高。前人大量的工作使得中國歷史地震數據在時間和空間尺度上都具備較為完善的數據。
1.數據來源
《中國歷史強震目錄》（公元前23世紀～公元1911年）（Ms≥4.0）（國家地震局震害防御司，1995）和《中國近代地震目錄》（公元1912～1990年，Ms≥4.7）（中國地震局震害防御司，1999），記載了共計5323條歷史地震信息，包括地震發震時間、發震地點（震中經緯度）、震級大小、震源深度、震中烈度等地震要素基本信息，以及一些地震災情的文字描述。