Глава 1. Экологические последствия землетрясений
Наиболее часто приземлетрясениях возникают гравитационные склоновые процессы: обвалы, осыпи,оползни, сели. При наиболее мощных землетрясениях в земной поверхностиобразуются трещины, иногда достаточно значительные по своим размерам. В целомпроисходит определенное изменение ландшафта. Известно, что ландшафт — результатдлительного геолого-исторического процесса, затрагивающего не только главныежизнеобеспечивающие геосферные оболочки, но и биоту. Поэтому любые изменения,прежде всего в рельефе местности, в существенной мере дестабилизируют гомеостазландшафта, а тем самым приводят к стрессу в биогеоценозах.
Именно гравитационныепроцессы, да и собственно сами землетрясения особенно сильно изменяют рельефместности, провоцируя изменение положения водотоков, конфигурацию и размерыводоемов, их глубину, скорость движения воды, изменяется режим формированияречных долин и абразии в озерах и искусственных водоемах.
«Запруживание»оползневыми телами, обвальными массами, осыпями и селевым материалом рек иручьев, поступление грунтового материала в озера формирует заболоченныетерритории и влечет за собой деградацию почв, изменяя эдафогенные факторысреды. Вызванные землетрясениями цунами приводят к затоплению низменныхучастков земной поверхности соленой морской водой, что практически уничтожаетпочвенный слой, приводит к засолению подстилающих грунтов, а следовательно, кгибели практически всей растительности, да и всей трофической цепи взатопленной части территории. Величина засоления в этих районах по натрию,калию, магнию, хлору в несколько раз превышает ПДК, а это также губительно дляживого вещества.
По достаточно точнымданным до землетрясения, при его наступлении и после землетрясения в грунтовойатмосфере наблюдается повышенное содержание радона, отрицательное экологическоевоздействие которого установлено многими экспериментальными исследованиями идаже включено в специальные оценки при проведении инженерно-экологическихизысканий для строительства.
Кроме понижений врельефе, возникающих при землетрясениях, достаточно часто возникают иположительные формы довольно большой высоты и крутизны; при этом в силу того,что грунты в оползневых телах, осыпных и обвальных массах не прошли в полноймере процессов консолидации, при наличии активного воздействия ветра идвижущейся воды возникает интенсивная плоскостная и овражная эрозия, а вотдельных случаях формируются селевые потоки
Вышеуказанные процессыменяют микроклиматические условия существования биогеоценозов, составфитоценозов, а вслед за этим зооценозов и, естественно, видовой сославпредставите других империй живых организмов. В неменьшей степени существенноменяются экологические условия и в экосистемах поверхностных водоемов. Преждевсего это выражается в изменениях глубин, направлений и скоростей движенияподводных течений; обычно происходит перемещение нерестилищ рыб, отрыв бентосаи перифитона, температурные изменения в водоемах приводят к изменениям видовогосостава гидробионтов.
Достаточно тривиален фактналичия взаимосвязи поверхностной и подземной гидросферы ивзаимообусловленности существования в гомеостазе всех жизнеобеспечивающихгеосферных оболочек и их влияния на биоценозы всех иерархических уровней. Приземлетрясениях всегда происходит нарушение режима подземных вод; естественно,что меняется положение уровней, величин напоров, расходов, даже направлениядвижения; возможен переход от ламинарных условий движения подземных вод ктурбулентным. Установленным фактом является изменение положения областейпитания, распространения и разгрузки подземных вод. В отдельных случаяхотмечено резкое понижение уровня грунтовых вод, «пересыхание»колодцев, нарушение работы водозаборных скважин. В других случаях возникаетподтопление территорий — все это в определенной мере обусловлено изменениямикак в условиях залегания водоносных и водоупорных слоев грунтов, так и в отдельныхслучаях изменениями состояния, строения и свойств собственно водовмещающихгрунтов и водоупоров.
Отмечены изменения втемпературном режиме подземных вод после землетрясений, что при наличии вгидросфере трансграничное™ в переносе загрязнений может коренным образомизменить условия биотопов. Изменения в подземной гидросфере существеннымобразом сказываются на эдафогенных условиях, на функционировании фитоценозов какпродуцентов, на жизнедеятельности редуцентов и вообще на процессах как созданияживого вещества, существования его, так и разложения.
В определенной степеникак фактор нарушения гомеостаза экосистем при землетрясениях и возникающихвследствие их многоступенчатых чрезвычайных ситуациях могут рассматриваться ещенекоторые возможные виды загрязнений. Сейсмодеформации особенно в видеразломов, трещин большой глубины, могут служить источниками выноса наповерхность определенного количества тяжелых металлов, в том числерадиоактивных, особенно если землетрясения происходят в рудоносных районах.
Аналогичного типанегативные воздействия на окружающую среду при землетрясениях могут возникатьпри их возникновении в нефтегазоносных районах, что может привести к выбросамнефти или газа и дальнейшему их проникновению в гидросферу, атмосферу и наповерхность земли. Естественно, что при этом создаются настолько негативныеусловия в окружающей среде, что становится возможным переход состоянияэкосистем и биогеоценозов из гомеостаза в зону стресса, а во многих случаяхприводит к необратимой деградации и даже гибели составляющих биоценозов исобственно экосистем.
Особое место врассмотрении влияния землетрясений на экологическую обстановку занижает их рольв возникновении техногенных катастроф. Практически любое из техногенных ЧСможет быть спровоцировано землетрясением даже не очень большой силы. Разрушениездания или серьезные его деформации могут вызвать нарушение функционирующих внем технологий; особенно опасно в экологическом отношении нарушениепроизводственных процессов на нефтехимических, микробиологических,фармацевтических производствах; на предприятиях, перерабатывающих, обогащающих сильнодействующиеядовитые вещества, радиоактивное топливо и отходы, взрывчатые и легковоспламеняющиесявещества, биологически опасные вещества, а также в местах их хранения и при транспортировании.Практически всегда в этих случаях происходит значительное загрязнение окружающей среды вследствиесконцентрированного воздействия загрязнителя на ограниченной территории.
Наличие колоссальногоколичества отходов производства и потребления, стоков, шламов, шлаков,сельскохозяйственных удобрений, во многих случаях неправильно соскладированных,хранящихся и захороненных, при землетрясениях могут быть просто разрушены.Находящийся в них «материал», а точнее загрязнитель, вконцентрированном виде может быть выброшен в окружающую среду с далеко идущиминегативными экологическими последствиями. Весьма уязвимыми сооружениями дляземлетрясений считаются так называемые «линейные» — дороги и дорожныесооружения, водопроводы, канализационные сооружения, все виды подземныхсооружений, но особое место среди них занимают трубопроводы различногоназначения. Наиболее опасными в экологическом отношении являются нефте- игазопроводы и особенно так называемые продуктопроводы, по которымперекачиваются промежуточные продукты в технологических линиях химическихзаводов. Разрывы, трещины в этих сооружениях как в подземном, так и вповерхностном обустройстве всегда приводят к выбросам больших количеств «недружественных»природной среде веществ, что сопровождается сильным загрязнением среды,влекущим за собой практически всегда разрушение попавших в эту зону экосистем.
Разрушение приземлетрясениях энергетических объектов, не говоря уже о таких, как АЭС, почтивсегда провоцирует возникновение пожаров как в зданиях и сооружениях, так илесных, степных и хлебных полей. Пожары и взрывы губительны не только длярастительности и почвы, но и вызывают загрязнение атмосферы продуктами горения,которые могут переноситься на значительные расстояния, а затем выпадать вкачестве кислотных дождей, снега и т. п. Кроме того, снижается прозрачностьатмосферы, а значит и поступление солнечной энергии и последующее падениепродуктивности, прежде всего фитоценозов.
Таким образом,землетрясения либо непосредственно, либо как фактор образования комплексныхмногоступенчатых чрезвычайных ситуаций оказывают значительное влияние насостояние окружающей среды. Сами землетрясения сопутствовали всей геологическойистории нашей планеты, и в связи с этим природная среда в значительной степениадаптировалась к воздействиям землетрясений, правда эти адаптации былидостаточно продолжительными с точки зрения человека, но природная средавсе-таки «залечивала» раны, нанесенные землетрясениями. Однако всовременных условиях при колоссальной индустриализации человеческойдеятельности, росте численности населения человечества, активногостроительства, росте городов, увеличении плотности населения в отдельных регионах,нарушении в функционировании природных экосистем и тем более антропогенныхсистем, в частности урбосистем влияние землетрясений на ускорение глобальногоэкологического кризиса становится все более значимым.
Глава 2. Обследования последствий землетрясений
2.1 Основные виды изадачи обследований
Обследования и оценкапоследствий землетрясений производятся для многих целей, имеющих как общие, таки специфические задачи. При сильных землетрясениях на основании визуальныхосмотров, в том числе с летательных аппаратов и по аэрокосмоснимкам, выполняютследующие виды работ и исследований.
1. Обзорное обследованиеи оценка масштаба стихийного бедствия с целью принятия срочных оперативныхдействий по спасению людей и имущества; предотвращения возможных экологическихкатастроф и пожаров; обеспечения охраны государственного и личного имущества,общественного порядка; оценки необходимых сил и средств, требующихся дляжизнеобеспечения пострадавшего населения; планирования дальнейших действий иработ по минимизации ущерба и ликвидации последствий землетрясения. Дляполучения необходимой информации МЧС и/или его региональные подразделенияорганизуют вертолетный облет или объезд на автомашинах эпицентральной зоны ителефонный опрос глав администраций и своих представителей в более удаленных отэпицентра населенных пунктах. К этой работе могут быть привлечены сейсмологи,геологи, экологи, строители, медики и другие специалисты, необходимые вконкретных условиях.
Во ВНИИ по проблемамгражданской обороны и чрезвычайных ситуаций Федерального центра науки и высокихтехнологий создана ТИС «Экстремум» (занявшая первое место в мире всвоем классе), позволяющая в случае возникновения разрушительного землетрясенияв любой точке земного шара уже через 2 ч определить возможные человеческиепотери, количество сил и средств, необходимых для жизнеобеспеченияпострадавшего населения. ГИС «Экстремум» находится на круглосуточномдежурстве и обеспечиваетинформацией правительства 22 стран Европейского сообщества- Созданная вфедеральном центре территориально распределенная система приема и обработкиавиационно-космической информации охватывает весь Евроазиатский континент.Полученную от ГИС «Экстремум» информацию используют в первую очередьдля предварительной оценки общего масштаба сейсмической катастрофы.
2. Выявление и уточнениеколичества пострадавших и оставшихся без крова жителей для организации ихмедицинского обслуживания, обеспечения продуктами питания, жильем, одеждой.Количество и состав бригад для выполнения этой работы определяют йа основанииинформации, полученной от ГИС «Экстремум» или при обзорномобследовании, однако оказывать первую медицинскую помощь нужно немедленно, впредельно сжатые сроки, не ожидая пребытия спасателей. Уже через 1 ч послеземлетрясения 40 % общего числа людей, получивших тяжелые травмы и неполучивших первой медицинской помощи, относятся к безвозвратным потерям, через3 ч — 60 %, через 6 ч ~ 95 %.
3. Обследование и оценкасостояния объектов жизнеобеспечения населения (вода, электроэнергия,канализация, газ, очистные сооружения, средства связи, дороги) на предмет ихбезаварийного функционирования и при необходимости подготовки мероприятий по ихбыстрому восстановлению. В этом и последующих случаях может производитьсяоперативное и детальное обследование. Оперативное обследование — визуальныйосмотр и опрос специалистов с целью оценки возможности безаварийного, в томчисле временного, функционирования конкретного объекта без ремонта. Детальноеобследование производится в случае серьезного повреждения объекта или егочасти. При этом составляется анкета (паспорт), подробно описывается характерповреждения с приложением схем, эскизов, результатов замеров, фотоматериалов идругой документации, необходимой для разработки проекта восстановления,усиления или принятия другого решения.
4. Обследование и оценкасостояния жилых, общественных и промышленных зданий и сооружений на предметвозможности их безаварийной эксплуатации.
5.Обследование, оценка идокументирование повреждений конкретных зданий и сооружений с целью частичногоили полного возмещения ущерба их владельцам страховыми компаниями илигосударством.
6. Обследование, оценка и документирование поврежденийзданий и сооружений с целью составления проектов и смет на их восстановление иремонт или принятия решения о сносе.
7. Выявление на основе анализа проведенных обследований наиболееудачных и неудачных конструктивных и планировочных решений зданий и сооружений,наиболее хорошо и плохо показавших себя строительных материалов с цельюпоследующей корректировки соответствующих стандартов.
8. Оценка общего экономического ущерба, связанного сфакто произошедшего землетрясения: повреждение и разрушение зданий; ранение игибель людей; жизнеобеспечение пострадавшего населения; спад деловой активности(промышленное производство, торговля, туризм, общественные мероприятия и др.);охрана общественного порядка; восстановление разрушенного хозяйства; лечение иреабилитация пострадавших и т. д. [30].
9. Количественная оценка сотрясаемости на всейтерритории, где землетрясение ощущалось людьми или проявилось в виде реакцийзданий, сооружений, предметов или земной поверхности, с целью составления картыизосейст, уточнения параметров землетрясения, геодинамического режима района иположения сейсмогенерирующих разломов, совершенствования карт общего и детальногосейсмического районирования, проверки и совершенствования методов прогнозаземлетрясений, решения других научных и практических задач, в том числе врамках международного сотрудничества.
10.Детальное(поквартальное) обследование реакции зданий, сооружений, людей и предметов впределах застроенных территорий с целью уточнения существующих или составленияновых карт сейсмического микрорайонирования, совершенствования методики СМР.
Все виды обследованийдолжны быть проведены быстро, так как информация теряется с каждым днем, аобъективные результаты обследования чрезвычайно важны как для принятия срочныхмер по ликвидации последствий землетрясения, так и для практического и научногоиспользования в дальнейшем.
Достоверность и качествоинформации зависят, в частности, от квалификации и степени подготовленностиобследователей, обеспечении их необходимой документацией, транспортом,средствами связи. Обследователи должны знать также правила техникибезопасности. Необходимо учитывать, что поврежденные здания могут частично илиполностью самопроизвольно разрушиться, особенно при наличии повторных толчков;сейсмодеформации (оползни,обвалы, камнепады, лавины и др.) могут возникать не только в моментземлетрясения, но и несколько позже.
Ниже рассматриваютсяметоды получения макросейсмической информации, используемой для решения задачобщей и инженерной сейсмологии.
2.2 Обследование и оценкараспределения макросейсмическогоэффекта в пределах всего макросейсмического поля
Макросейсмическаяинформация — ценнейший материал как для развития общей и инженернойсейсмологии, так и для решения практических задач, связанных с хозяйственнымосвоением и ” застройкой территорий. Сбор объективных макросейсмическихданных, особенно по сильным землетрясениям задача государственной важности.Поэтому сразу после сильного землетрясения одна из государственных организаций,имеющая на это полномочия (например, специализированный отдел одного изинститутов РАН или МЧС), создает штаб для организации макросейсмическихобследований. К работе могут привлекаться сотрудники академических инаучно-исследовательских институтов, вузов, проектных и других организаций(сейсмологи, геологи, строители), имеющие опыт проведения макросейсмическихобследований или прошедшие специальное обучение.
Штаб формирует бригадыдля проведения обследований (по 2-4 чел. каждая в зависимости от поставленныхзадач), разрабатывает схемы маршрутов каждой бригады, указывает населенныепункты, подлежащие обследованию, обеспечивает обследователей транспортом,необходимой документацией (карты, командировочные удостоверения, полномочия наполучение информации у административных органов и населения и др.), организуеттелефонный опрос для получения сведений о проявлении землетрясения в удаленныхот эпицентра населенных пунктах, получает, обрабатывает и анализирует(совместно с обследователями) поступающую информацию.
Для макросейсмическогообследования крупных городов с целью составления в будущем или уточнениясуществующих карт СМР могут создаваться отдельные (автономные) группы обследователей,состоящие, главным образом, из специалистов строительного профиля, однако штабосуществляет общее методическое руководство, получает и использует собраннуюими информацию.
В первую очередьобследуется эпицентральная зона, так как здесь информация теряется очень быстро(разрушаются дома, не подлежащие ремонту, убираются завалы, нивелируются изасыпаются сейсмодислокации и т. д.). В этот момент важно получить привозможности первичные видео- и фотоматериалы с указанием их точного адреса.
Общее количествоучастников обследования зависит от масштабов стихийного бедствия и работ,которые им предстоит выполнить. Например, при Дагестанском землетрясении 1970 г. макро-сейсмическое обследование проводили 22 чел. (в разные промежутки времени от 8 до 14чел. одновременно), не считая бригад, выполнявших поквартальное обследованиетерритории г. Махачкалы. Обследование проходило по маршрутам, общаяпротяженность которых составила 5 тыс. км, и при посещении 250 населенныхпунктов. По 150 населенным пунктам сведения были получены путем опросов. Общаяплощадь, по которой были собраны данные для составления карты изосейст,составила 432,5 тыс. км2, в том числе площадь зон (тыс. км2):7 баллов— 3,5; 6 баллов — 12; 5 баллов — 37; 4 балла — 380.
До настоящего времени нетединой общепризнанной методики проведения макросейсмических обследованийбольших площадей. Наиболее часто используют традиционное (обзорное)обследование, дифференциально-статистический и статистический методыопределения балльности.
Обзорное обследованиесостоит в осмотре строений, беседе с жителями, выделении в ходе этой работы наоснове интуиции и опыта обследователя наиболее характерных признаков поведениялюдей, повреждения зданий, сейсмодислокации. Наибольшее значение при слабыхтолчках придается таким признакам, как раскачивание предметов, ощущениеземлетрясения всем населением или его частью, пробуждение спящих, движение ипадение предметов; при более сильных толчках основой для оценки становятсятипичные (наиболее распространенные в данном населенном пункте) поврежденияхорошо известных обследователю видов зданий. При такой методике работыдокументация на обследованные здания не заполняется, подсчет относительногочисла зданий с той или иной степенью повреждения обычно не производится.Первичный материал представляется в произвольной форме — от указания толькобалла 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; невозможностьоценки точности; трудность формализации информации для компьютерной обработки.Несомненное преимущество метода для опытного наблюдателя—довольно высокаяскорость обследования. Метод можно рекомендовать для оценки сотрясаемости вудаленных от эпицентра зонах и при предварительном (оперативном) осмотретерриторий.
Дифференциально-статистическийметод, предложенный И.В.Ананьиным, основан на применении шкалы М8К-64 к даннымофициальной статистики, получаемым от администраций населенных пунктов, свыборочным контролем на местности. Точность метода зависит от достоверности икачества контроля данных. Градации официальной статистики обычно не соответствуютградациям шкалы МЗК-64 (см. прил. 4 или табл. 11.1), что затрудняет привязкуполученной информации к макросейсмической шкале и ее обработку. Как правило, вадминистративных документах здания подразделяют по категориям: «Неповреждено», «Требует текущего ремонта», «Требуеткапитального ремонта», «Не подлежит восстановлению». В худшемслучае выделяют категории: «Не повреждено», «Повреждено», «Разрушено».При этом под категорией «Разрушено» часто понимается не физическоеразрушение, а непригодность здания для жилья или работы. Учитывая этиобстоятельства, для использования данных официальной статистики требуются ихкритический анализ и выборочная проверка на местности. Такую работу быстро икачественно могут выполнить лишь опытные специалисты. Для более надежнойпривязки данных официальной статистики составлена таблица перехода ототносительного числа поврежденных и разрушенных зданий к средней степениповреждения с последующим переходом от средней степени повреждения к балльностиСтатистический метод определения балльности был разработан Н.В. Шебалиным какразвитие принципов, заложенных в шкалу I М8К-64. Согласно этой шкале, при анализе повреждений учитываетсяотносительное число зданий с двумя наибольшими степенями повреждения. Вописываемой методике в отличие от этого строится полное распределение числа зданийпо всем степеням повреждения. При небольшом числе построек в населенном пунктеобследуют все здания, в противном случае — выборочно, причем выборка должнаосуществляться так, чтобы избежать систематической ошибки (при естественномжелании осмотреть наиболее поврежденные здания).
Таблица 2.1. Шкала повреждения зданий Степень повреждения d Структурные повреждения (повреждения материала и ненесущих конструкций) Конструктивные повреждения (повреждения несущих конструкций) Отсутствие видимых повреждений. Допускается осыпание чешуек побелки. Отсутствие повреждений 1 Слабые повреждения: тонкие трещины в штукатурке; откалывание небольших кусочков штукатурки; вскрытие швов между панелями и в разделки печей, дверных коробок; тонкие трещины в перегородках, карнизах, фронтонах, трубах Отсутствие повреждений 2 Значительные повреждения: падение пластов штукатурки, сквозные трещины в перегородках, повреждения карнизов, фронтонов, труб, материала кровли Слабые повреждения: тонкие трещины в несущих конструкциях, незначительные деформации стыков панелей и узлов каркаса 3 Разрушения: обвалы перегородок, карнизов, фронтонов, труб, оград Значительные повреждения: сквозные трещины в несущих блоках, значительные деформации каркаса, вывалы отдельных кирпичей 4 Не фиксируются Разрушения: проломы в несущих стенах, обрушения частей здания, нарушение связей между частями здания 5 Не фиксируются Обвалы: Обрушение здания в целом или полное обрушение двух-трёх стен и крыши
Можно использовать дваприема: во-первых, на плане населенного пункта наметить заранее подлежащиеобследованию здания, выбранные по некоторому принципу (например, каждое пятоездание или все угловые на каждом перекрестке плюс несколько зданий внутриквартала и т. п.); во-вторых, обследовать здания группами, т. е. обследовавнесколько зданий подряд, миновать некоторое расстояние и опять обследоватьподряд несколько зданий. В каждом населенном пункте желательно обследовать неменее 10 (лучше около 30) зданий основных типов. Если территория населенногопункта отчетливо разделяется на несколько участков с разным рельефом илиразличными инженерно-геологическими условиями, обследования производят длякаждого участка раздельно; В ходе работы каждому обследованному зданиюприсваивают определенную степень повреждения. Для ускорения работ и обеспечениясохранности первичной документации можно использовать специальные карточки, вкоторых фиксируется эта информация. В процессе обработки полученной информациидля каждого типа зданий вычисляют приведенную (среднюю) степень повреждения dcp (dcp A, dcp Б, dcp В):
dcp =∑djnj/∑nj,
где nj— число обследованных зданий данноготипа (А, Б или В), имеющих степень повреждения dj.
Переход от среднейстепени повреждения dcpк балльности I осуществляется по специальной таблице или графику (рис. 2.1).Метод позволяет выполнять разновременный сбор и обработку макросейсмическойинформации, в том числе с использованием вычислительной техники; оценитьточность полученных результатов (табл. 2.2);
Таблица2.2. Средняя степень повреждения dср при преобладании крайних значенийстепени поврежденияЗначения d Процент зданий без повреждений (или с максимальными повреждениями) 60 70 80 90 95 98 d=0 0,3 0,1 -0.1 -0,4 -0,6 -0,9 d=5 4,7 4,9 5,1 5,4 5,7 5,9
Первичный итог всейработы — карта изосейст. Для ее составления результаты оценки интенсивности вобследованных (в том числе опросным методом) населенных пунктах наносят накарту. В случае несовпадения оценок в пунктах, обследованных двумя или болеенаблюдателями, окончательная оценка балльности принимается после совместногообсуждения и анализа первичного материала. Изосейсты проводят как сглаженныекривые, огибающие зоны размещения пунктов с данной балльностью. Сглаживаниемизосейсте придается упрощенная форма овальной (по возможности всюду выпуклой)кривой с плавно меняющейся кривизной. При необходимости форма изосейсты можетбыть и более сложной, однако повышение порядка линии должно быть обоснованодостаточно большим числом пунктов с известной балльностью. Число «чужих»пунктов (т. е. пунктов, не соответствующих проведенным изосейстам) не должнопревышать 10 % от числа пунктов данного
/>
/>/>/>/>Рис. 11.1. Соотношения между интенсивностьюI (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 бытьпримерно равным.
Площадью изосейсты i-го балла (при вычислении глубиныочага землетрясения и др.) считается площадь, оконтуренная этой изосейстой,включая шгощади более высоких баллов. Площадью зоны i-го балла (при расчете плотности обследования, экономическихподсчетах и т. п.) считается площадь между i-й и i +1изосейстами.
После завершения работвесь фактический материал передается в архив для дальнейшего использования внаучно-производственной деятельности и, в частности, для уточнения сейсмическойопасности на подвергшейся сотрясениям территории.
В настоящее время имеетсякомпьютерная программа, позволяющая в течение короткого времени обрабатыватьполученную от обследователей информацию о макросейсмических последствияхземлетрясения и выдавать результат в виде карты изосейст для оперативногоиспользования. Достоинство программы — возможность поэтапного уточнения картыпо мере поступления новой макро-сейсмической информации.
При оценке проявившейсясейсмичности и построении карты изосейст необходимо учитывать некоторыеособенности, не вошедшие в явном виде в шкалу М5К-64:
в пересеченной ихолмистой местностях амплитуды колебаний, а следовательно, и интенсивность сотрясенийвозрастают с высотой и с увеличением крутизны склонов;
на границахнегоризонтальных неоднородностей и тектонических нарушений, в том числе подтолщами нескольких сотен метров, интенсивность может резко возрасти;
в многоэтажных зданияхреакции зданий, людей и предметов на верхних этажах сильнее, чем на первом;
в зданиях одного типа иэтажности степень повреждения может зависеть от вида междуэтажного перекрытия(деревянное, сборное или монолитное железобетонное) и кровли.
При оценке балльностиобзорным методом по данным о наиболее значительных разрушениях, приуроченныхчасто к неблагоприятным геологическим структурам или инженерно-геологическимусловиям, интенсивность сейсмического воздействия по отношению к среднимгрунтовым условиям может оказаться завышенной, что приведет к искажению картыизосейст.
2.3 Детальное(поквартальное) макросейсмическое обследование застроенных территорий
Идея поквартальногообследования территории города после сильного землетрясения и составления наэтой основе карты сейсмического микрорайонирования была выдвинута иосуществлена на примере г. Ашхабада СВ. Медведевым [20].
Основой для оценкибалльности по повреждениям зданий является их классификация по степенямповреждения d— объективным независимымхарактеристикам состояния. Изданий после сейсмического воздействия.Распределение числа поврежденных зданий по степеням повреждения с достаточнойточностью может считаться нормальным, одни пользоваться градациями шкалыМ8К-64. На этой основе был разработан и применен метод статистической обработкимакросейсмических данных, собранных на территории города [11].
На фиксированной площадке
землетрясениегравитационный 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 конструктивныхповреждениях (см. табл. 2.1);n—количествозданий на площадке осреднения. Все здания при этом подразделяются на типы А, Би В, Выделяют также типы зданий, имеющих антисейсмические усиления: С7, С8, С9рассчитанные соответственно на 7, 8 и 9 баллов.
Сбор и обработкумакросейсмических данных можно проводить несколькими способами. Один из них —сбор информации равномерно на всей территории. В этом случае при обработкемакросейсмических данных значение dср (длякаждого типа зданий отдельно) вычисляют для заранее намеченных площадокосреднения с присвоением центру площадки вычисленной средней степениповреждения. Смещая площадки (с частичным перекрытием), обследованнуютерриторию покрывают сеткой, каждому из узлов которой присваиваетсясоответствующее значение dср, а затем проводят изолинии dcp, Чем меньше размер площадки и большестепень перекрытия, тем «гуще» сетка.
Вычисление dcp можно вести с постоянной детальностью(площадка постоянных размеров) и с постоянной точностью (число зданийсохраняется, а размер площадки меняется). Практически удобнее (безиспользования компьютерных программ) метод постоянной детальности; постояннойже точности следует добиваться равномерным распределением по площади объектовнаблюдения. Пока недостаточно изучен вопрос об оптимальных величинах площадки ишага осреднения. Очевидно, что с увеличением размеров площадки растет ошибка,связанная с влиянием инженерно-геологических условий; при малых площадкахсказывается влияние недостаточного числа объектов наблюдения. При компьютернойобработке данных в программу следует включать оптимальные параметры. Можнорекомендовать увеличение площадки и шага осреднения при однородных грунтах и ихуменьшение при частой смене инженерно-геологических условий.
В качестве примераотметим, что обработка макросейсмического материала по г. Махачкалапроизводилась на топографической основе масштаба 1:5000; вся территорияразбивалась на квадратные площадки со стороной 200 м (площадь 0,04 км2); шаг скользящего осреднения (расстояния между центрами соседнихплощадок после очередного смещения) был принят равным 100 м; на одну площадку приходилось примерно 10 зданий [11].
В том случае, если натерритории города преобладают однотипные здания, инженерно-геологическиеусловия известны, а возможности сбора информации ограничены, можно воспользоваться«кустовым» способом. На нескольких участках с различнымиинженерно-геологическими условиями обследуют подряд определенное количествозданий (например, 15—20 на каждом участке) и вычисляют dср длякаждого участка. Это значение распространяют на всю территорию с аналогичнымиинженерно-геологическими условиями.
При обработке материаловмакросейсмических обследований землетрясения 1971 г. в г. Петропавловске-Камчатском в связи со сложностью инженерно-геологических условий и большимразнообразием типов и конструкций зданий территория города была разделена научастки различной конфигурации и площади. При выделении площадок осредненияосновную роль играли два фактора: относительная однородностьинженерно-геологических условий и наличие на площадке не менее 10 однотипныхзданий.
В связи с тем что шкалаповреждений (см. табл. 2.1) является открытой в крайних градациях (d-0 -отсутствие повреждений, наблюдается при любых сколь угоднослабых воздействиях, меньших некоторого предела; d= 5-полное обрушение здания, наблюдается при любых скольугодно 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 соответствуютсредним воздействиям, меньшим тех, которые соответствуют d = 0. Значения dср > 5 соответствуют средним воздействиям, большим тех,которые соответствуют dcp=5.
Переход от среднейстепени повреждения dср к балльности I может бытьосуществлен на основе количественных характеристик процента повреждения всоответствии со шкалой МSК-64.На рис. 2.1 приводятся графики перехода от dcp к I для зданий различного типа. За стандарт следует приниматькривую 2 для зданий типа Б (кирпичные). Для зданий других типов графики требуютуточнения.
Ошибка оценки балльностискладывается из ошибки определения dcpошибки перехода от dcpк I.Первая (при Dср=1-4) при достаточных размерах выборки может быть определена слюбой разумной точностью (для оценки dср с ошибкой ±0,25 необходима выборка из10 зданий). Вторая ошибка не превышает ±0,25, но может быть уменьшена дляспециально исследованных зданий стандартного типа.
При преобладании зданий сd—0 желательно использовать и другие показатели шкалы МSК-64. Проведение детальногомакро-сейсмического обследования землетрясения 1971 г. в г. Петропавловске-Камчатском показало, что по аналогии со степенью повреждения можно ввестипонятия средней степени воздействия на предметы (pcp) и средней степени воздействия на людей (lср). Используя эти величины иизложенную выше методику, по показателям рср и Iср можно получать макросейсмическуюоснову для СМР. Особенно важно иметь такую информацию при землетрясенияхинтенсивностью 4—6 баллов. Учитывая возможность многофакторного анализа сприменением ЭВМ, значения рср и Icp могут быть использованы также приобследовании землетрясений и большей интенсивности.
Для уточнения карты СМР(в дополнение к макросейсмическим обследованиям) могут использоваться иинструментальные данные. Учитывая, что сейсмодеформации в породахсопровождаются изменением их физических свойств, Т.Н. Назаровым (2003)разработан метод приближенной количественной оценки сейсмичности по изменениямсейсмических и электропроводных свойств пород после сейсмического воздействия*Эффективными для такой оценки оказались сейсморазведочные измерения,фиксирующие изменения скоростей прохождения продольных и поперечныхсейсмических волн, происходящие в массиве после сильного (^ 6 баллов)сейсмического воздействия. Метод может быть использован на территориях, гдепроводились сейсморазведочные измерения до землетрясения.
Литература
1. АнаньевВ.П., Потапов А.Л. Инженерная геология. — М.: Высшая школа, 2007.
2. АнаньевВ.М., Потапов А.Л.- Основы геологии, минералогии и петрографии. — М: Высшаяшкола, 2005,
3. АпродовК.Л. Зоны землетрясений. — М: Мысль, 2000.
4. АхундоваС.Е. Подготовка населения к землетрясению — один из способов смягчения последствийприродной катастрофы сб. «Оценка и управление природными рисками». Т.2. — М.: КРУК, 2001
5. БелыйЛ.Л. Современные тектонические движения и сейсмичность. Труды Гидропроекта.Вып. 36. – М.1974.
6. БолтБ.Л. Землетрясения. — М: Мир, 1981.
7. ВегенерА. Происхождение материков и океанов. Современные проблемы естествознания. —Кн. 24. — М.- Л.: Госиздат, 1925.
8. Геологическиестихии/Б.А. Болт, УЛ. Хорн, Г.А.: Мир, 1978.
9. ГирДж., Шах X. Зыбкая твердь. — М.: Мир, 1988.
10. ГубинИ.Е. Избранные труды. — Т. 1 и 2. — М.: РАН, 2003.
И. Землетрясение 14 мая 1970 года и его проявление натерритории г. Махачкалы/ Н.В. Шебалин, Ю.В. Быстрицкая” РА Левкович и др.В сб. «Сейсмическое микрорайонирование г. Махачкалы». — Махачкала 1970с. 146—159.
12. Инструкцияпо применению сейсморазведки (РСН-45-77). — М. 1977,
13. Картасейсмического микрорайонирования г. Махачкалы/В.В.Попов, Г.И. Назаров, И.Л,Ревелис и др. В сб. «Сейсмическое микрорайонирование г. Махачкалы». —Махачкала, 1970.
14. КасахараК. Механика землетрясений. — М: Мир, (985.
15. КоффГ.Ж., Гусев А.Л., Козшенко С.М. Экономическая оценка последствийкатастрофических землетрясений. — М.; РЭФИА, 1996.
16. КурмаевА, М. Сейсмостойкие конструкции зданий. — Кишенев, 1989.
17. ЛобацкаяР.М., Кофф Г.М. Разломы литосферы и чрезвычайные ситуации. — М.: Наука, 1997,
18. МартемъяновА.Ж. Проектирование и строительство зданий и сооружений в сейсмических районах.— М.: Стройиздат, 1985.
19. МартемъяновА.Ж, Ширин В.В. Способы восстановления зданий и сооружений, поврежденныхземлетрясением. — М.: Стройиздат, 1978.
20. МедведевС.В. Инженерная сейсмология. — М.: Стройиздат 1962
21. Медведев С.А, Шебалин Н.В. С землетрясением можноспорить. — М: Наука, 1967.
22. Моги К. Предсказание землетрясений. — М.: Мир, 1988.
23. Методические рекомендации по инженерному анализупоследствий землетрясений/ЦНИСК им. Кучеренко. — М., 1968.
24. Мушкетов И.Л. Физическая геология. Т. 1. Сейсмическиеявления. — СПб.: Экономика и финансы, 1891.
25. Мушкетов И.В., Орлов А.Н. Каталог землетрясенийРоссийской империи.— СПб.: Записки ИРГО по обшей географии, 1893.
26. Назаров Г.Н. Методические указания по комплекснымсейсмогео-логическим и инженерно-геологическим исследованиям с применениемсейсморазведочных установок, — М.: ВИА, 1969.
27. Назаров Г.Н. Оледенения и геологическое развитиеЗемли;—М.: Недра, 1971,
28. Назаров Г.Н. Памятки ддя оценки прочностных свойствгрунтов 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 трещиноватыхгорных пород. — М.: Недра, 1970.
37. Рихтер Ч.Ж. Элементарная сейсмология. — М.: Иностраннаялитература, 1963.
38. Сейсмическая шкала и методы измерения сейсмическойинтенсивности. — 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//Природныеопасности России. Т> 2. — М,: КРУК, 2000.
42. Сейсмическое районирование территории РоссийскойФедерации — ОСР-97. Карта на 4 листах/Гл. ред. В.Н. Страхов и В.И. Уломов; ОИФЗРАН. — М.: Текарт, 2000.