москвамонография. Сулайманов С. С
 Скачать 3.35 Mb.
|
|
2.ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ РЕАЛИЗАЦИИ ПОТЕНЦИАЛА ОБЩЕСТВЕННОСТИ УЗБЕКИСТАНА И МИРОВОГО СООБЩЕСТВА К ПОВЫШЕНИЮ ПОТЕНЦИАЛА НАСЕЛЕНИЯ ПО СНИЖЕНИЮ СЕЙСМИЧЕСКОГО РИСКА 2.1. Теоретические основы прогнозирования последствий землетрясений и реализации сейсмического риска Анализ результатов работ по изучению источников возникновения, поражающих факторов землетрясений позволил выявить масштаб, разрушительную мощность, последствий реализации сейсмического риска. Оценка сейсмической опасности для города Ташкента в свете управления сейсмическим риском рассмотрены в работах авторов [61,62,63,64,65,66,67,68,69,70,71,72]. Ими отмечены, что город Ташкент расположен на площади около 360 км 2 в пределах крупной Ташкентско-Голодностепской впадины и Чирчик – Келесского поднятия, входящих в Чаткало- Кураминскую неотектоническую систему. Впадина прилегает к южному борту Каржантауского разлома, который опускается со скоростью 3-4 мм/г. Большая часть города расположена на равнинной поверхности Чирчик-Келесского водораздела и террасовых отложениях реки Чирчик. Средняя абсолютная отметка рельефа 400-450 м над уровнем моря. На территории города выявлено продолжение Каржантауского и Северо-Алмалыкского разломов. Выделены также меридиональные разрывы, секущие площадь города в его средней части. Установлены отдельные зоны дислокаций в фундаменте и четвертичных отложениях. Глубина залегания фундамента (низкоскоростного палеозоя), перекрытого комплексом мезозой– кайнозойских отложений, составляет 2300-2500 м [61,62,67]. С учетом параметров сейсмогенерирующих структур, уровня сейсмотектонического потенциала, площадного распределения эпицентров представительных (М > 2) землетрясений, в 94 Приташкентском районе выделено пять главных сейсмоактивных зон разломов (табл. 2.1). Таблица 2.1 Сейсмический потенциал сейсмогенерирующих зон разломов Приташкентского района [67, 68,70] Зона разломов и действие ожидаемого механизма в очаге М мах ожидаем ого события Прогноз ируемая глубина очага, км Интенси вность в эпицент ре, балл Минимально е удаление от Ташкента, км Каржантауский (сбросо-сдвиг) 6,7 15 9,0 65 Ташкентская флексурно- разрывная зона (взброс) 6,1 10 8,0 0 Тешикташская (сброс) Кумбель – Кенкольская (сбросо-сдвиг) 6,5 20 8,0-9,0 25 Кумбель – Кенкольская (сбросо-сдвиг) 6,7 15 9,0 50 Пскемско-Угамская (надвиг) 6,3 15 >8,0 75 Для каждой сейсмогенерирующей зоны определены параметры сейсмического режима, мощность и глубина залегания сейсмоактивного слоя. Расчет значений магнитуд максимальных возможных землетрясений М мак проведен на основе геолого-тектонических, геологических и сейсмологических данных (сейсмическая активность, градиент геостатических нагрузок на кровлю волновода, пространственное распределение величины отношения скоростей продольных и поперечных волн, тектоническая активность, глубина и мощность сейсмоактивного слоя, размеры сейсмогенерирующих структуры (табл.2.2) [68,70]. 95 В пределах Кумбельской, Кенкольской и Каржантауской зон разломов возможны землетрясения с магнитудой 6,5- 6,7. Вероятность их возникновения Р =0,04. Глубина гипоцентров этих событий порядка 15 км, где скорость сейсмических волн 6,3-6,5 км/с. Таблица 2.2. Параметры ожидаемых сильных землетрясений Приташкентского района [69,70] Очаговая зона М мак Интенсивность сотрясений на средних грунтах на территории г. Ташкента, балл Размер разрыва в очаге, км Подвижка в очаге, см Каржантауская 6,7 7 25 80 Ташкентская 6,1 8 14 45 Тешикташская 6,5 7 15 50 Кумбель- Кенкольская 6,7 7 25 75 Пскемско- Угамская 6,3 6-7 18 65 Длина разрыва в очагах землетрясений с М=6,5- 6,7 может достигать порядка 25 км, величина подвижки в очаге – до 80 см (табл.2.2). Радиус зоны подготовки этих событий – более 70 км. Пскемско- Угамская зона находится от города на расстоянии 75 км. Величина ожидаемого землетрясения оценена М=6,3 с вероятностью Р= 0,10. Интенсивность в эпицентре может достигать более 8 баллов при величине разрыва 18 км и подвижки 65 см. С учетом экранирующего влияния глубинного Кумбельско- Кенкольского разлома землетрясения из этойц зоны на территории города должны вызывать сотрясения не выше 6-7 баллов. Тешикташская зона разлома удалена от г. Ташкента на расстояние 25 км. Магнитуда максимального ожидаемого землетрясения М=6,5 при вероятности, подсчитанной за 50 – летний период Р = 0,045. Интенсивность сотрясений в эпицентральной зоне – более 8 баллов при глубине фокуса 20 км. Его 96 положение совпадает с верхними этажами «гранитного» слоя, скорость сейсмических волн 6,5-6,7 км/с. Размер разрыва в очаге ожидаемого землетрясения – порядка 15 км при смещении по нему – около 50 см. Радиус зоны подготовки этих событий - 70 км, т.е. частично территория города попадает в эту зону. В пределах Ташкентской очаговой зоны значение магнитуды ожидаемого максимального землетрясения М=6,1 при глубине фокуса 10 км, расположенного в пределах осадочно-вулканогенного комплекса, где скорость сейсмических волн – 6,0-6,3 км\с. Интенсивность сотрясений в эпицентральной зоне не будет превышать 8 баллов. Очаг землетрясения может быть приурочен к территории города и является результатом подвижки до 45 см по разлому длиной 14 км. Вероятность события за 50-летний период составляет Р=0,39. Объединенная вероятность возникновения сильного землетрясения М > 6,0 в Приташкентской зоне до 2050 г. оценивается как Р= 0,55. Сейсмический эффект на территории города от ожидаемых землетрясений с магнитудой М определяется удаленностью очага (характером затухания балльности с расстоянием) и грунтовыми условиями. По типам грунтов территория города в зависимости от мощности лессовых отложений, уровня грунтовых вод и состава подстилающих пород разделяется на три зоны: • зона 1-лессовые отложения мощностью до 40 м, залегающие на галечнике, глубина уровня грунтовых вод 6-20 м. По сейсмическим свойствам они относятся к средним грунтам (грунты 2-ой категории) и занимают около 30% территории города; • зона 2-лессовых отложений мощностью 60-130 м, залегающие на мергеле, глубина уровня грунтовых вод 3-25 м. Эти наиболее неблагоприятные грунты расположены в северо-западной части города и занимают около 50% территории; 97 • зона 3-аллювиально-галечниковые отложения разной степени обводненности и содержания песчаного заполнителя, перекрытые лессом небольшой мощности, 2-5 м. Эти наиболее благоприятные грунты расположены в южной части города и занимают не больше 20% территории [68,70]. С учетом положения очагов и магнитуд ожидаемых землетрясений и их среднего механизма на основе модифицированной макросейсмической модели проведено построение теоретических изосейст сильных землетрясений из потенциально опасных очаговых зон Приташкентского района. Полученные карты теоретических изосейст позволили количественно оценить интенсивность возможных сотрясений на средних грунтах, представленных на территории города, от ожидаемых сильных землетрясений района. Так, землетрясения из Каржантау-Пскемской, Кумбель-Кенкольской и Тешикташской зон интенсивностью 6,5 < M < 6,7 при глубине очагов 15-20 км и удаленностью от города на расстояние 25-65 км на средних грунтах будут создавать сотрясения интенсивностью до 7 баллов. Максимально возможное по силе землетрясение с магнитудой М=6,1, которое может возникнуть в пределах Ташкентской очаговой зоны, на средних грунтах будет вызывать сотрясения интенсивностью до 8 баллов. Оценка повторяемости наблюденных сотрясений разной интенсивности на территории города проведена с использованием макросейсмических данных с 1868 г. Период повторения 5-балльных сотрясений составляет 10 лет, 6-балльных - 20, 7-балльных – 50, 8- балльных – 100 лет [68,69,70]. Таким образом, для оценки экономического ущерба для г.Ташкента от возможных землетрясений и разработки сценария (мероприятий по предупреждению) по управлению сейсмическим риском следует использовать параметры произошедших землетрясений в Ташкентской очаговой зоне. Установленные 98 величины сейсмотектонического потенциала главных разломов Приташкентского района, сейсмического эффекта (интенсивности сотрясений) для разных грунтовых условий на территории города Ташкента позволяют количественно оценить степень сейсмического риска для города от возможных сильных землетрясений, включая оценку экономического ущерба, разработать мероприятия по управлению сейсмическим риском и схему предупреждения. Столица Узбекистана город Ташкент занимает особое положение. Он имеет древнюю историю (более 2000 лет), большое количество населения около 2.5 млн. человек, и развитую промышленность. Характер застройки сильно отличается от других городов. Т.к. после Ташкентского землетрясения город был фактически заново застроен [72]. В структуре жилищного фонда города Ташкента(см. рис.2.1) преобладают крупнопанельные дома, в которых проживает 43, 4% населения. Массовое строительство 9 этажных домов началось после Ташкентского землетрясения в 1966 г. Эти здания построены уже с расчетной сейсмичностью 8 и 9 баллов. При оценке уязвимости этих зданий предполагается, что в крупнопанельных зданиях при расчетной интенсивности землетрясения не должно быть повреждений. После массового строительства этих зданий в 70 е годы прошло уже более 30 лет. За это время под техногенным влиянием происходит интенсивное изменение инженерно-геологических и гидрогеологических условий в городах. Определены следующие тенденции развития городов и геоэкологических процессов [71]: 1) укрупнение и расширение территории городов; 2) развитие отраслей и возрастание объемов строительства, типов и размеров сооружений; 3) увеличение плотности застройки; 4) увеличение величины статистических нагрузок на грунты; 5) расширение урбанизации подземного пространства; 6) увеличение 99 43,40% 29,00% 6,00% 0,70% 0,50% 6,83% 0,00% 5,00% 10,00% 15,00% 20,00% 25,00% 30,00% 35,00% 40,00% 45,00% 50,00% кр пан кирп кар пан мон Об .- бл Проч Рис.2.1. Структура жилищного фонда Ташкента по конструктивным системам [72] водопотребления; 7) увеличение использования земельных ресурсов; 8) увеличение утечек воды из коммуникационной сети; 9) обводнения территорий; 10) увеличение отходов производства и других антропогенных воздействий на геологическую среду. Все это приводит к изменению сейсмических свойств грунтов, и приращение сейсмической интенсивности может составлять более 1 балла. Уязвимость зданий увеличивается, и соответственно увеличивается сейсмический риск для людей, проживающих в этих зданиях. Наблюдается возрастание изменений геоэкологических условий городских территорий. Полученные результаты использованы для подготовки сценария управления сейсмическим риском и оценки возможного ущерба для города Ташкента в рамках выполнения Международного проекта «Радиуса» [70,71,]. Результаты прогноза последствий реализации сейсмического риска предопределяются силой воздействия первичного 100 разрушающего фактора и от плотности объектов, которые могут быть источниками вторичных поражающих факторов при разрушении строений из-за землетрясений. Степень разрушения строений при землетрясениях зависит от интенсивности сотрясений. Количества жертв и степень тяжести травм среди населения при разрушении строений определяются плотностью застройки и этажности зданий, информированностью, подготовленностью людей к действиям, находящиеся во время землетрясения дома, на работе, в школе, транспорте, общественных местах, в метро и.т.д. Поэтому при прогнозировании последствий реализации сейсмического риска необходимо учитывать вероятностный характер угрозы землетрясений и уязвимость. Угроза землетрясения в городе Ташкенте изучена в достаточной степени и целенаправленно разработаны и реализованы мероприятия по снижению уязвимости зданий, сооружений и создана система сейсмического мониторинга. Однако сейсмический риск определяется как сумма сейсмической угрозы и уязвимости. Уязвимость определяется, как опасность, коренящаяся в физической, социальной, экономической и экологической подверженности бедствию. Физическая уязвимость определяется плотностью населения, проектированием и материалами для сооружения важных объектов инфраструктуры и жилья. Социальная уязвимость связана с уровнем благосостояния граждан, сообщества, общества в целом, уровнем грамотности, образования, позитивными традиционными ценностями, обычаями и системой коллективной организации. Экономическая уязвимость включает вероятность более существенного ущерба среди бедного населения при возникновении землетрясения, а также его более ограниченные возможности восстановления после реализации разрушительных сотрясений земли. Экологическая уязвимость включает степень истощения, состояния и деградации природных ресурсов. Она в итоге 101 может привести к росту размеров ущерба от воздействия сейсмического риска. При прогнозировании последствий реализации сейсмического риска эти факторы следует учитывать. При разработке теоретической основы прогнозировании последствий реализации сейсмического риска составляется расчетно- математическая модель прогнозирования последствий землетрясения учитывающая причинно-следственная связь двух процессов: воздействия поражающих факторов (первичных и вторичных) на объект (среда деятельности и обитания) и сопротивления самого объекта этому воздействию – потенциал населения. Оба процесса носят ярко выраженный случайный характер, например, в силу того, что невозможно заранее достоверно определить, колебания земной коры какой интенсивности будут действовать в районе расположения здания. Эти поражающие факторы с разной вероятностью могут принимать различные значения. Кроме того, даже при воздействии на здания одинаковой нагрузки будет существовать только некоторая вероятность их разрушения. На вероятность разрушения зданий влияют разброс прочности материалов, отклонение строительных элементов от проектных размеров, различие условий изготовления элементов и другие случайные факторы. Поражение людей будет зависеть как от перечисленных факторов, так и от ряда других случайных событий. В частности, от вероятности размещения людей в зоне риска, плотности расселения в пределах населенного пункта и вероятности поражения людей обломками при получении зданиями той или иной степени повреждения [73,74,75]. Для прогнозирования последствий реализации сейсмического риска необходимо применять вероятностный подход. Основные факторы, влияющие на последствия землетрясения: - интенсивность воздействия поражающих факторов; 102 - положение населенного пункта относительно очага воздействия; - характеристика грунтов в месте расположения зданий и сооружений; - конструктивные решения и прочностные свойства зданий и сооружений; - плотность застройки и расселения людей в пределах населенного пункта; - режим нахождения людей в зданиях в течение суток и в зоне риска – в течение года. Перечисленные характеристики называют пространственно- временными факторами. Поражающим фактором при расчете последствий ЧС считают фактор, вызывающий основные разрушения и поражения. Прогнозирования воздействий, связанных с реализацией сейсмического риска описываются в виде аналитических, табличных или графических зависимостей. Эти зависимости позволяют определить интенсивность поражающих факторов той или иной интенсивности землетрясения в рассматриваемой точке. Зависимости, определяющие поля поражающих факторов при прогнозировании последствий реализации сейсмического риска являются моделями воздействия, они характеризуют интенсивность и масштаб воздействия [ 75]. При модельной оценке воздействий используются: - информация, основанная на факте уже реализованного сейсмического риска; приводятся координаты центра очага, интенсивность или мощность воздействия, время воздействия. - пространственная функция распределения параметров поражающих факторов Ф, характерная для рассматриваемого землетрясения, F(x, y, Ф). Типичный вид данной пространственной 103 функции для нормального характера распределения поражающего фактора приведен на рис 2.2, а. В этом случае наиболее вероятны средние значения поражающих факторов, большие и малые значения спадают по экспоненциальному закону. Рис. 2.2. Законы распределения поражающих факторов: а- функция распределения; б- функция плотности распределения вероятности; х, у – координаты рассматриваемой точки; Ф- поражающий фактор (случайная величина) -вид плотности функции распределения параметров поражающих факторов f (x, y,Ф),плотность распределения вероятности случайной величины Ф. Вид такой функции для нормального распределения приведен на рис 2.2, б. Конкретный вид функции воздействия может характеризоваться статистическим материалом, накопленным по данным натурных наблюдений. Как правило, в регионах такие данные приводятся в виде таблиц для наиболее типичных землетрясений. На основании наблюдений и заблаговременно проведенных расчетов может быть определена интенсивность воздействия. Для города Ташкента проведено микросейсморайонирование, то есть определена сейсмичность отдельных площадок (кварталов) в пределах города. Значение функции распределения для рассматриваемой землетрясения F (x,y,Ф) есть вероятность Р того, что случайная величина поражающего фактора Ф в пространственной 104 точке с координатами х,у примет значение не выше данной величины Ф 1 : F(x, y, Ф) = Р (Ф < Ф 1 ) (2.1) В общем случае в качестве случайной величины рассматриваются типичные параметры интенсивности землетрясения. Функции распределения F(x, y, Ф) поражающих факторов определяют заранее на основе статистических наблюдений и расчетно-теоретической экстраполяции. В качестве случайной величины Ф в этом случае рассматривается интенсивность землетрясения в баллах. Следует отметить, что вероятностное прогнозирование существенно зависит от заданных доверительных вероятностей наступления определенных событий и оправданности в тех или иных случаях экстраполяционных зависимостей [75]. Процесс сопротивления воздействию описывается законами разрушения и поражения. Законы разрушения характеризуют уязвимость сооружения, а законы поражения- уязвимость людей в зонах землетрясений. Эти термины являются основными при прогнозировании последствий реализации сейсмического риска. Под законом разрушения сооружения понимают зависимость между вероятностью его повреждения и расстоянием от эпицентра землетрясения до сооружения или интенсивностью проявления поражающего фактора. Если закон разрушения представляется в виде функции от расстояния, то закон называют координатным законом разрушения (рис.2.3,а) а в случае зависимости от поражающего фактора - параметрическим законом разрушения (рис.2.3,б). При оценке последствий землетрясения наиболее часто используются параметрические законы разрушения. Законы разрушения сооружения получены на основе анализа и обобщения статистических сведений о разрушении жилых, общественных и промышленных 105 зданий в результате воздействия поражающих факторов. Применены законы разрушения двух типов: вероятности наступления не менее определенной степени разрушения (повреждения) сооружений – ) (Ф P ai и вероятности наступления определенной степени разрушения (повреждения) сооружений – ) (Ф P bi (рис. 2.3, а, б). Для построения кривой, аппроксимирующей вероятности наступления не менее определенной степени разрушения (повреждения) сооружений, использован нормальный закон распределения вероятности. Учитывается, что для одного и того же сооружения могут рассматриваться не одна, а несколько степеней б- вероятность возникновения определенных степеней разрушения сооружений; 1,2,…i – степени разрушения (повреждения) сооружения; n – число степени разрушения |