Экологические последствие землетрясений

До настоящего времени нет единой общепризнанной методики проведения макросейсмических обследований больших площадей. Наиболее часто используют традиционное (обзорное) обследование, дифференциально-статистический и статистический методы определения балльности.

Обзорное обследование состоит в осмотре строений, беседе с жителями, выделении в ходе этой работы на основе интуиции и опыта обследователя наиболее характерных признаков поведения людей, повреждения зданий, сейсмодислокации. Наибольшее значение при слабых толчках придается таким признакам, как раскачивание предметов, ощущение землетрясения всем населением или его частью, пробуждение спящих, движение и падение предметов; при более сильных толчках основой для оценки становятся типичные (наиболее распространенные в данном населенном пункте) повреждения хорошо известных обследователю видов зданий. При такой методике работы документация на обследованные здания не заполняется, подсчет относительного числа зданий с той или иной степенью повреждения обычно не производится. Первичный материал представляется в произвольной форме — от указания только балла до описания повреждений в домах и цитат из рассказов очевидцев. Недостатками метода являются: отказ от фиксации количественных характеристик реакции людей, зданий, предметов; трудность контроля качества обследования; невозможность оценки точности; трудность формализации информации для компьютерной обработки. Несомненное преимущество метода для опытного наблюдателя—довольно высокая скорость обследования. Метод можно рекомендовать для оценки сотрясаемости в удаленных от эпицентра зонах и при предварительном (оперативном) осмотре территорий.

Дифференциально-статистический метод, предложенный И.В.Ананьиным, основан на применении шкалы М8К-64 к данным официальной статистики, получаемым от администраций населенных пунктов, с выборочным контролем на местности. Точность метода зависит от достоверности и качества контроля данных. Градации официальной статистики обычно не соответствуют градациям шкалы МЗК-64 (см. прил. 4 или табл. 11.1), что затрудняет привязку полученной информации к макросейсмической шкале и ее обработку. Как правило, в административных документах здания подразделяют по категориям: "Не повреждено", "Требует текущего ремонта", "Требует капитального ремонта", "Не подлежит восстановлению". В худшем случае выделяют категории: "Не повреждено", "Повреждено", "Разрушено". При этом под категорией "Разрушено" часто понимается не физическое разрушение, а непригодность здания для жилья или работы. Учитывая эти обстоятельства, для использования данных официальной статистики требуются их критический анализ и выборочная проверка на местности. Такую работу быстро и качественно могут выполнить лишь опытные специалисты. Для более надежной привязки данных официальной статистики составлена таблица перехода от относительного числа поврежденных и разрушенных зданий к средней степени повреждения с последующим переходом от средней степени повреждения к балльности Статистический метод определения балльности был разработан Н.В. Шебалиным как развитие принципов, заложенных в шкалу I М8К-64. Согласно этой шкале, при анализе повреждений учитывается относительное число зданий с двумя наибольшими степенями повреждения. В описываемой методике в отличие от этого строится полное распределение числа зданий по всем степеням повреждения. При небольшом числе построек в населенном пункте обследуют все здания, в противном случае — выборочно, причем выборка должна осуществляться так, чтобы избежать систематической ошибки (при естественном желании осмотреть наиболее поврежденные здания).

Таблица 2.1. Шкала повреждения зданий

Можно использовать два приема: во-первых, на плане населенного пункта наметить заранее подлежащие обследованию здания, выбранные по некоторому принципу (например, каждое пятое здание или все угловые на каждом перекрестке плюс несколько зданий внутри квартала и т. п.); во-вторых, обследовать здания группами, т. е. обследовав несколько зданий подряд, миновать некоторое расстояние и опять обследовать подряд несколько зданий. В каждом населенном пункте желательно обследовать не менее 10 (лучше около 30) зданий основных типов. Если территория населенного пункта отчетливо разделяется на несколько участков с разным рельефом или различными инженерно-геологическими условиями, обследования производят для каждого участка раздельно; В ходе работы каждому обследованному зданию присваивают определенную степень повреждения. Для ускорения работ и обеспечения сохранности первичной документации можно использовать специальные карточки, в которых фиксируется эта информация. В процессе обработки полученной информации для каждого типа зданий вычисляют приведенную (среднюю) степень повреждения dcp (dcp A, dcp Б, dcp В):

dcp =∑djnj/∑nj,

где nj— число обследованных зданий данного типа (А, Б или В), имеющих степень повреждения dj.

Переход от средней степени повреждения dcp к балльности I осуществляется по специальной таблице или графику (рис. 2.1). Метод позволяет выполнять разновременный сбор и обработку макросейсмической информации, в том числе с использованием вычислительной техники; оценить точность полученных результатов (табл. 2.2);

Таблица2.2. Средняя степень повреждения dср при преобладании крайних значений степени повреждения

Первичный итог всей работы — карта изосейст. Для ее составления результаты оценки интенсивности в обследованных (в том числе опросным методом) населенных пунктах наносят на карту. В случае несовпадения оценок в пунктах, обследованных двумя или более наблюдателями, окончательная оценка балльности принимается после совместного обсуждения и анализа первичного материала. Изосейсты проводят как сглаженные кривые, огибающие зоны размещения пунктов с данной балльностью. Сглаживанием изосейсте придается упрощенная форма овальной (по возможности всюду выпуклой) кривой с плавно меняющейся кривизной. При необходимости форма изосейсты может быть и более сложной, однако повышение порядка линии должно быть обосновано достаточно большим числом пунктов с известной балльностью. Число "чужих" пунктов (т. е. пунктов, не соответствующих проведенным изосейстам) не должно превышать 10 % от числа пунктов данного

Рис. 11.1. Соотношения между интенсивностью I (баллы) по шкале МSК-64 и средней степенью повреждения dcp; 1-для зданий типа А; 2 — то же, типа Б; 3 — то же, типа В балла, причем число "чужих" пактов внутри и вне данной изосейсты должно быть примерно равным.

Площадью изосейсты i-го балла (при вычислении глубины очага землетрясения и др.) считается площадь, оконтуренная этой изосейстой, включая шгощади более высоких баллов. Площадью зоны i-го балла (при расчете плотности обследования, экономических подсчетах и т. п.) считается площадь между i-й и i +1 изосейстами.

После завершения работ весь фактический материал передается в архив для дальнейшего использования в научно-производственной деятельности и, в частности, для уточнения сейсмической опасности на подвергшейся сотрясениям территории.

В настоящее время имеется компьютерная программа, позволяющая в течение короткого времени обрабатывать полученную от обследователей информацию о макросейсмических последствиях землетрясения и выдавать результат в виде карты изосейст для оперативного использования. Достоинство программы — возможность поэтапного уточнения карты по мере поступления новой макро-сейсмической информации.

При оценке проявившейся сейсмичности и построении карты изосейст необходимо учитывать некоторые особенности, не вошедшие в явном виде в шкалу М5К-64:

в пересеченной и холмистой местностях амплитуды колебаний, а следовательно, и интенсивность сотрясений возрастают с высотой и с увеличением крутизны склонов;

на границах негоризонтальных неоднородностей и тектонических нарушений, в том числе под толщами нескольких сотен метров, интенсивность может резко возрасти;

в многоэтажных зданиях реакции зданий, людей и предметов на верхних этажах сильнее, чем на первом;

в зданиях одного типа и этажности степень повреждения может зависеть от вида междуэтажного перекрытия (деревянное, сборное или монолитное железобетонное) и кровли.

При оценке балльности обзорным методом по данным о наиболее значительных разрушениях, приуроченных часто к неблагоприятным геологическим структурам или инженерно-геологическим условиям, интенсивность сейсмического воздействия по отношению к средним грунтовым условиям может оказаться завышенной, что приведет к искажению карты изосейст.

2.3 Детальное (поквартальное) макросейсмическое обследование застроенных территорий

Идея поквартального обследования территории города после сильного землетрясения и составления на этой основе карты сейсмического микрорайонирования была выдвинута и осуществлена на примере г. Ашхабада СВ. Медведевым [20].

Основой для оценки балльности по повреждениям зданий является их классификация по степеням повреждения d— объективным независимым характеристикам состояния. Изданий после сейсмического воздействия. Распределение числа поврежденных зданий по степеням повреждения с достаточной точностью может считаться нормальным, одни пользоваться градациями шкалы М8К-64. На этой основе был разработан и применен метод статистической обработки макросейсмических данных, собранных на территории города [11].

На фиксированной площадке

землетрясение гравитационный обвал макросейсмический

dcp=∑d/n,

где d — степени повреждения отдельных зданий, принятые в шкале МSК-64,с добавлением d = 0 и введением понятий о структурных и конструктивных повреждениях (см. табл. 2.1);n—количество зданий на площадке осреднения. Все здания при этом подразделяются на типы А, Б и В, Выделяют также типы зданий, имеющих антисейсмические усиления: С7, С8, С9 рассчитанные соответственно на 7, 8 и 9 баллов.

Сбор и обработку макросейсмических данных можно проводить несколькими способами. Один из них — сбор информации равномерно на всей территории. В этом случае при обработке макросейсмических данных значение dср (для каждого типа зданий отдельно) вычисляют для заранее намеченных площадок осреднения с присвоением центру площадки вычисленной средней степени повреждения. Смещая площадки (с частичным перекрытием), обследованную территорию покрывают сеткой, каждому из узлов которой присваивается соответствующее значение dср, а затем проводят изолинии dcp, Чем меньше размер площадки и больше степень перекрытия, тем "гуще" сетка.

Вычисление dcp можно вести с постоянной детальностью (площадка постоянных размеров) и с постоянной точностью (число зданий сохраняется, а размер площадки меняется). Практически удобнее (без использования компьютерных программ) метод постоянной детальности; постоянной же точности следует добиваться равномерным распределением по площади объектов наблюдения. Пока недостаточно изучен вопрос об оптимальных величинах площадки и шага осреднения. Очевидно, что с увеличением размеров площадки растет ошибка, связанная с влиянием инженерно-геологических условий; при малых площадках сказывается влияние недостаточного числа объектов наблюдения. При компьютерной обработке данных в программу следует включать оптимальные параметры. Можно рекомендовать увеличение площадки и шага осреднения при однородных грунтах и их уменьшение при частой смене инженерно-геологических условий.

В качестве примера отметим, что обработка макросейсмического материала по г. Махачкала производилась на топографической основе масштаба 1:5000; вся территория разбивалась на квадратные площадки со стороной 200 м (площадь 0,04 км2); шаг скользящего осреднения (расстояния между центрами соседних площадок после очередного смещения) был принят равным 100 м; на одну площадку приходилось примерно 10 зданий [11].

В том случае, если на территории города преобладают однотипные здания, инженерно-геологические условия известны, а возможности сбора информации ограничены, можно воспользоваться "кустовым" способом. На нескольких участках с различными инженерно-геологическими условиями обследуют подряд определенное количество зданий (например, 15—20 на каждом участке) и вычисляют dср для каждого участка. Это значение распространяют на всю территорию с аналогичными инженерно-геологическими условиями.

При обработке материалов макросейсмических обследований землетрясения 1971 г. в г. Петропавловске-Камчатском в связи со сложностью инженерно-геологических условий и большим разнообразием типов и конструкций зданий территория города была разделена на участки различной конфигурации и площади. При выделении площадок осреднения основную роль играли два фактора: относительная однородность инженерно-геологических условий и наличие на площадке не менее 10 однотипных зданий.

В связи с тем что шкала повреждений (см. табл. 2.1) является открытой в крайних градациях (d-0 -отсутствие повреждений, наблюдается при любых сколь угодно слабых воздействиях, меньших некоторого предела; d= 5-полное обрушение здания, наблюдается при любых сколь угодно сильных воздействиях, больших некоторого предела), определение dср при наличии на площадке осреднения более 50 % зданий с d = 0 или d=5 производится по табл. 2.2. Отрицательные значении dcp соответствуют средним воздействиям, меньшим тех, которые соответствуют d = 0. Значения dср > 5 соответствуют средним воздействиям, большим тех, которые соответствуют dcp=5.

Переход от средней степени повреждения dср к балльности I может быть осуществлен на основе количественных характеристик процента повреждения в соответствии со шкалой МSК-64. На рис. 2.1 приводятся графики перехода от dcp к I для зданий различного типа. За стандарт следует принимать кривую 2 для зданий типа Б (кирпичные). Для зданий других типов графики требуют уточнения.

Ошибка оценки балльности складывается из ошибки определения dcp ошибки перехода от dcp к I.Первая (при Dср=1-4) при достаточных размерах выборки может быть определена с любой разумной точностью (для оценки dср с ошибкой ±0,25 необходима выборка из 10 зданий). Вторая ошибка не превышает ±0,25, но может быть уменьшена для специально исследованных зданий стандартного типа.

При преобладании зданий с d—0 желательно использовать и другие показатели шкалы МSК-64. Проведение детального макро-сейсмического обследования землетрясения 1971 г. в г. Петропавловске-Камчатском показало, что по аналогии со степенью повреждения можно ввести понятия средней степени воздействия на предметы (pcp) и средней степени воздействия на людей (lср). Используя эти величины и изложенную выше методику, по показателям рср и Iср можно получать макросейсмическую основу для СМР. Особенно важно иметь такую информацию при землетрясениях интенсивностью 4—6 баллов. Учитывая возможность многофакторного анализа с применением ЭВМ, значения рср и Icp могут быть использованы также при обследовании землетрясений и большей интенсивности.

Для уточнения карты СМР (в дополнение к макросейсмическим обследованиям) могут использоваться и инструментальные данные. Учитывая, что сейсмодеформации в породах сопровождаются изменением их физических свойств, Т.Н. Назаровым (2003) разработан метод приближенной количественной оценки сейсмичности по изменениям сейсмических и электропроводных свойств пород после сейсмического воздействия* Эффективными для такой оценки оказались сейсморазведочные измерения, фиксирующие изменения скоростей прохождения продольных и поперечных сейсмических волн, происходящие в массиве после сильного (^ 6 баллов) сейсмического воздействия. Метод может быть использован на территориях, где проводились сейсморазведочные измерения до землетрясения.

Литература

1. Ананьев В.П., Потапов А.Л. Инженерная геология. — М.: Высшая школа, 2007.

2. Ананьев В.М., Потапов А.Л.- Основы геологии, минералогии и петрографии. — М: Высшая школа, 2005,

3. Апродов К.Л. Зоны землетрясений. — М: Мысль, 2000.

4. Ахундова С.Е. Подготовка населения к землетрясению — один из способов смягчения последствий природной катастрофы сб. "Оценка и управление природными рисками". Т. 2. — М.: КРУК, 2001

5. Белый Л.Л. Современные тектонические движения и сейсмичность. Труды Гидропроекта. Вып. 36. – М.1974.

6. Болт Б.Л. Землетрясения. — М: Мир, 1981.

7. Вегенер А. Происхождение материков и океанов. Современные проблемы естествознания. — Кн. 24. — М.- Л.: Госиздат, 1925.

8. Геологические стихии/Б.А. Болт, УЛ. Хорн, Г.А.: Мир, 1978.

9. Гир Дж., Шах X. Зыбкая твердь. — М.: Мир, 1988.

10. Губин И.Е. Избранные труды. — Т. 1 и 2. — М.: РАН, 2003.

И. Землетрясение 14 мая 1970 года и его проявление на территории г. Махачкалы/ Н.В. Шебалин, Ю.В. Быстрицкая" РА Левкович и др. В сб. "Сейсмическое микрорайонирование г. Махачкалы". — Махачкала 1970 с. 146—159.

12. Инструкция по применению сейсморазведки (РСН-45-77). — М. 1977,

13. Карта сейсмического микрорайонирования г. Махачкалы/В.В.Попов, Г.И. Назаров, И.Л, Ревелис и др. В сб. "Сейсмическое микрорайонирование г. Махачкалы". — Махачкала, 1970.

14. Касахара К. Механика землетрясений. — М: Мир, (985.

15. Кофф Г.Ж., Гусев А.Л., Козшенко С.М. Экономическая оценка последствий катастрофических землетрясений. — М.; РЭФИА, 1996.

16. Курмаев А,М. Сейсмостойкие конструкции зданий. — Кишенев, 1989.

17. Лобацкая Р.М., Кофф Г.М. Разломы литосферы и чрезвычайные ситуации. — М.: Наука, 1997,

18. Мартемъянов А.Ж. Проектирование и строительство зданий и сооружений в сейсмических районах. — М.: Стройиздат, 1985.

19. Мартемъянов А.Ж, Ширин В.В. Способы восстановления зданий и сооружений, поврежденных землетрясением. — М.: Стройиздат, 1978.

20. Медведев С.В. Инженерная сейсмология. — М.: Стройиздат 1962

21. Медведев С.А, Шебалин Н.В. С землетрясением можно спорить. — М: Наука, 1967.

22. Моги К. Предсказание землетрясений. — М.: Мир, 1988.

23. Методические рекомендации по инженерному анализу последствий землетрясений/ЦНИСК им. Кучеренко. — М., 1968.

24. Мушкетов И.Л. Физическая геология. Т. 1. Сейсмические явления. — СПб.: Экономика и финансы, 1891.

25. Мушкетов И.В., Орлов А.Н. Каталог землетрясений Российской империи.— СПб.: Записки ИРГО по обшей географии, 1893.

26. Назаров Г.Н. Методические указания по комплексным сейсмогео-логическим и инженерно-геологическим исследованиям с применением сейсморазведочных установок, — М.: ВИА, 1969.

27. Назаров Г.Н. Оледенения и геологическое развитие Земли;—М.: Недра, 1971,

28. Назаров Г.Н. Памятки ддя оценки прочностных свойств грунтов по величинам скоростей упругих волн. — М.: Стройиза^т, 1972.

29. Никонов А.Л. Землетрясения, — М.: Знание, 1984.

30. Оценка последствий чрезвычайных ситущий/Г.Л. Кофф, А.А. Гусев, С.Н. Козьмснко и др. — М.: РЭФИА, 1997.

31. Оценка сейсмической опасности участков размещения ядерно- и радиационноопасиых объектов на основании геодинамических данных. РБ-019-01. — М.; Атомэнергоиздат, 2001.

32. Павлов А.И. Землетрясения. — М.: МОИП, 1904.

33. Поляков С.А. Сейсмостойкие конструкции зданий. — М.: Высшая школа, 1983.

34. Поляков С.В. Последствия сильных землетрясений. — М.: Стройиз-дат, 1978.

35. Потапов А.Д. Экология. — М.: Высшая школа, 2004.

36. Рац М. В., Чернышев С.Н. Трещиноватость и свойства трещиноватых горных пород. — М.: Недра, 1970.

37. Рихтер Ч.Ж. Элементарная сейсмология. — М.: Иностранная литература, 1963.

38. Сейсмическая шкала и методы измерения сейсмической интенсивности. — М.: Наука, 1975.

39. Сейсмическое микрорайонирование. — М.: Наука, 1977.

40. Сейсмическое районирование территории СССР. — М.: Наука, 1980.

41. Сейсмические опасности/Отв. ред. Г.Л. Соболев//Природные опасности России. Т> 2. — М,: КРУК, 2000.

42. Сейсмическое районирование территории Российской Федерации — ОСР-97. Карта на 4 листах/Гл. ред. В.Н. Страхов и В.И. Уломов; ОИФЗ РАН. - М.: Текарт, 2000.

Страницы: 1, 2