ГЕОЭКОЛОГИЯ. ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ. ГИДРОГЕОЛОГИЯ. ГЕОКРИОЛОГИЯ, 2015, № 1, с. 3-19
УДК 550.34
ОЦЕНКА СЕЙСМИЧЕСКОГО РИСКА ТЕРРИТОРИИ г. Б. СОЧИ
© 2015 г. В. И. Осипов*, В. И. Ларионов*, С. П. Сущев**, Н. И. Фролова*, А. Н. Угаров*, С. В. Кожаринов*, Т. В. Барская*
* Институт геоэкологии им Е.М. Сергеева РАН, Уланский пер., д. 13, стр. 2, Москва, 101000 Россия. E-mail: frolova@comail.ru ** Центр исследований экстремальных ситуаций, Подколокольный переулок, д. 16/2,
Москва, 109028 Россия.
Поступила в редакцию 10.06.2014 г.
Среди других природных катастроф сильные землетрясения часто приводят к гибели людей и значительным экономическим ущербам. Согласно статистике Международного центра эпидемиологии катастроф (www.cred.be) землетрясения остаются среди лидеров по всем показателям: количеству погибших, пострадавших и причиненному экономическому ущербу.
Признанная в мире стратегия снижения ущерба и социальных потерь - превентивные мероприятия в зонах повышенного риска, для выявления которых применяется картирование с различной детальностью.
В России около 5% территории относятся к зонам повышенной сейсмической опасности, где интенсивность сотрясений может достигать 8-9 и 9-10 баллов по шкале MMSK-86, один из наиболее опасных и густонаселенных регионов страны - Кавказский. В связи с проведением в 2014 г. Олимпийских игр были выполнены работы по оценке сейсмического индивидуального риска г. Б. Сочи, включая территории размещения объектов Олимпийского комплекса. Анализируются результаты мониторинга сейсмического риска, полученные в 2007 и 2013 гг.
Ключевые слова: сейсмический риск, уязвимость элементов риска, дистанционное зондирование Земли, фотопанорама.
ВВЕДЕНИЕ
Оценка и картирование сейсмического риска осуществляются с учетом интересов органов управления различного уровня и используются при принятии решений о проведении превентивных мероприятий по снижению уровня риска для населения.
Надежность оценок сейсмического риска зависит как от параметров математических зависимостей, используемых для моделирования поведения зданий и сооружений различного типа и возможного числа пострадавших в поврежденных зданиях, так и от достоверности исходных данных, используемых для расчета потерь от землетрясений.
В настоящей статье рассматривается общая концепция оценки сейсмического риска и уязвимости элементов риска. Особое внимание уделяется процедуре уточнения сейсмической уязвимости существующей застройки города с использованием материалов дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) и фотопанорам, размещенных на веб-сайтах информационных служб. Анализируются результаты мониторинга
сейсмического риска для территории г. Б. Сочи, полученные в 2007 и 2013 гг. Оценена величина снижения риска за счет сноса ветхого жилья и нового сейсмостойкого строительства.
КОНЦЕПЦИЯ ОЦЕНКИ СЕЙСМИЧЕСКОГО РИСКА
При проведении расчетов сейсмического риска в Российской Федерации (РФ), как и в большинстве стран мира, придерживаются единой концепции, принятой и описанной в руководствах ООН, а также трудах международных и европейских конференций по инженерной сейсмологии и сейсмостойкому строительству [17, 21-23, 36-41, 43]. Согласно этой концепции риск определяется как суперпозиция сейсмической опасности и уязвимости различных элементов риска (люди, инженерные сооружения гражданского и промышленного назначения, линии жизнеобеспечения, другие составляющие инфраструктуры, экономическая и коммерческая деятельность и т.д.).
В Руководстве по оценке и картированию природного риска на территории стран Европейского Союза (ЕС), подготовленным специальной
рабочей группой Европейской Комисси (ЕК) и опубликованым 5.01.2011 г. на сайте Совета министров ЕС (http://register.consilium.europa.eu/pdf/ еп/10М17М17833.en10.pdf) [42], предложенная экспертами ООН концепция нашла дальнейшее развитие.
Концепция, предложенная экспертами ООН, легла в основу методики оценки сейсмического риска в РФ - "Методики прогнозирования последствий землетрясений", одобренной Межведомственной комиссией по предупреждению и ликвидации чрезвычайных ситуаций (МВК, протокол от 19.01.2001 г. № 1) [9].
В качестве наиболее приемлемых критериев оценки степени опасности для жизни, здоровья и благосостояния людей используются оценки индивидуального риска [1, 3-8, 10-12, 14,15, 18-20, 24-35, 42]. Индивидуальный сейсмический риск определяется в настоящей статье как вероятность смертельного исхода за год при землетрясении на рассматриваемой территории.
Индивидуальный сейсмический риск является суперпозицией сейсмической опасности Н и сейсмической уязвимости V. Уязвимость населения для сейсмической опасности в настоящей статье определяется как отношение ожидаемого количества погибших к общему количеству людей, размещенных в однотипных зданиях и/или в зданиях различных типов населенного пункта в целом. Индивидуальный сейсмический риск
может быть рассчитан через математическое ожидание социальных потерь Ы(К) с учетом общего количества жителей N в рассматриваемом населенном пункте и вероятности сейсмического события Н:
= н ■ v(Т) = н ■ м(Ы) N (1)
где Vs(I) - сейсмическая уязвимость населения для рассматриваемого населенного пункта; Н -вероятность сейсмического события в течение года; N - общее число жителей в рассматриваемом населенном пункте.
Сейсмическая уязвимость населения Vs(I) в зданиях у-го типа равна отношению ожидаемого числа пораженных с летальным исходом М(^) с учетом распределения людей в них в течение суток к общему числу людей N в зданиях рассматриваемого типа у [2]:
Vsj(í) = М(Ыу )Шу. (2)
Уязвимость населения Vs(I) в зданиях разного типа равна отношению ожидаемого числа пора-
женных с летальным исходом М(^ в населенном пункте к их общему числу N
т т
Vs(I) = N/м( N) = N / vSj(I) Nj. (3)
у=1 у=1
Математическое ожидание М(^) числа пораженных с летальным исходом в зданиях у-го типа при равномерном размещении людей по населенному пункту в целом и с учетом миграции населения определяется по формуле
Imax
)= Ц У Р^Г) ■/(л, у, I) X
^(л, у) /(1) dТdxdy, (4)
где !т<п и !тах - максимально и минимально возможные интенсивности сотрясений; £с - площадь населенного пункта; Рс(И) - вероятность смертельного исхода при условии повреждения зданий у-го типа от сейсмического воздействия с интенсивностью I; / (x,y,Т) - плотность вероятности случайной величины I в точке с координатами л, у; "фу(х, у) - плотность населения в зданиях у-го типа в пределах рассматриваемой площадки; /¿) - функция, характеризующая размещение людей в зданиях в течение суток, получаемая на основе статистической обработки информации по перемещению людей в течение 24 часов. Расчет Ру!) проводится по формуле
5
Рсу(Г) = /РдгСО $ Р(Су1В,) (5)
г = 1
где Р^Р) - вероятность поражения людей при землетрясении интенсивностью I; РВ(Р) - вероятность наступления /-ой степени повреждения здания при заданном значении интенсивности землетрясения; Р(С/|В/) - вероятность получения людьми у-й степени поражения при условии, что наступила /-я степень повреждения здания.
Расчет Рс(И) проводится для зданий и сооружений, классифицированных по шкале ММБК-86 [16]:
• тип А - здания со стенами из местных строительных материалов (глинобитные без каркаса, из самана или сырцового кирпича);
• тип Б - здания с деревянным каркасом с заполнителем из самана или глины и легкими перекрытиями; здания из жженого кирпича или бетонных блоков на цементном растворе; деревянные щитовые дома;
Рис. 1. Фрагменты карты СМР для Адлерского (а) и Хостинского (б) районов г. Б. Сочи: 1 - I = 7(7.5); 2 - I = 8(8.5); 3 - I = 8.5(9); 4 - I = 9(9*).
• тип В - рубленые деревянные дома в "лапу". Железобетонные, каркасные, крупнопанельные и армированные крупноблочные дома;
• типы С7, С8, С9 - здания и типовые сооружения всех видов с антисейсмическими мероприятиями для расчетной сейсмичности 7, 8 и 9 баллов соответственно.
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ, ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ПРИ ОЦЕНКЕ РИСКА
При оценке риска для г. Б. Сочи в качестве элементов риска рассматривались жилая и промышленная застройка и население города. Для проведения расчетов и построения карт сейсмического риска для территории города был разработан ГИС проект, включающий: базу данных с информацией, описывающей свойства территории Б. Сочи, включая территорию размещения объектов Олимпийского комплекса; программные средства, предназначенные для вычисления показателей риска; интерфейс, с помощью которого формируется тематическая карта и текстовый отчет установленной формы. Базы данных содержат информацию, описывающую географическое положение территории, ее структуру, основные ориентиры и форму границ. Тематическое содержание базы данных представлено пространственной информацией, описывающей границы зон разной балльности в соответствии с картой сейсмического микрорайонирования (СМР) террритории города, включая участки расположения Олимпийских объектов в районе Имеритинской низменности (Адлер) в масштабе 1 : 25 000, разработанной Институтом
геоэкологии им. Е.М. Сергеева РАН (ИГЭ РАН), границы кварталов города с однотипными моделями застроек (процент зданий разного типа по шкале ММБК-86 и их средние высоты) и описанием распределения населения в кварталах города. Все элементы блока имеют географическую привязку или координатное описание границ.
На рис. 1 приведены фрагменты карт СМР для Адлерского (рис. 1а) и Хостинского (рис. 1б) районов города, на рис. 2 приведены диаграммы распределения площадей административных районов города с разным уровнем прогнозируемой интенсивности для Т = 500 лет и Т = 1000 лет в соответствии с картами СМР территории города. Приводятся значения сейсмической интенсивности I в баллах для объектов массовой застройки, период повторяемости сотрясений Т = 500 лет и в скобках приводятся значения сейсмической интенсивности I в баллах для объектов повышенной ответственности, период повторяемости сотрясений Т = 1000 лет.
В пределах одного квартала города сейсмичность оценивается однозначно. Кварталы выделяются таким образом, что каждому приписывается одна характеристика сейсмической интенсивности со своим п
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.