Система раннього попередження про землетрус, доцільність її застосування для зменшення сейсмічної небезпеки Чернівців

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Система раннього попередження про землетрус, доцільність її застосування для зменшення сейсмічної небезпеки Чернівців

Вступ. Проблема зниження сейсмічної небезпеки має багато аспектів: науковий, інженерний, економічний, соціальний, адміністративний, психологічний, але не всі вони розроблені у достатній мірі. Пріоритетними напрямками її вирішення є прогнозування землетрусів і запровадження антисейсмічних заходів, у першу чергу - сейсмостійкого будівництва. Прогноз землетрусу може вважатись повним і практично значущим, якщо завчасно передбачені три елементи наступної небезпечної події: місця, інтенсивності і часу поштовху. Відповідь на перші два запитання дає сейсмічне районування, яке містить елементи прогнозу можливої максимальної інтенсивності і середньої частоти повторюваності землетрусів на певній території. Діючим для території України є комплект карт сейсмічного районування ОСР-2004 [3], на основі якого розроблені Державні будівельні норми [1], обов'язкові до виконання в усіх сейсмонебезпечних районах країни. Разом з тим, найважливіший елемент прогнозу - передбачення часу прояву поштовхів, попри усі зусилля науковців і величезні матеріальні витрати на проведення досліджень, наразі не знайшов надійного вирішення. За таких умов, базовим елементом зниження сейсмічної небезпеки є розробка і запровадження системи раннього попередження, під якою розуміється завчасне повідомлення про час прояву на певній території руйнівних поштовхів вже зареєстрованого в епіцентральному районі землетрусу. Системи раннього попередження для небезпечних умов (Rapid Early Warning System For Dangerous Fadlities), надалі - REWS, наразі, функціонують у 9-ти державах світу: США, Японії, Мексиці, Китаї (Тайвань), Італії, Греції, Туреччині, Індії та Румунії.

Метою дослідження є вивчення принципу дії системи раннього попередження про землетрус та оцінка можливості і доцільності її застосування для захисту міста Чернівці.

Виклад основного матеріалу. Фізичною основою REWS є, по-перше, різниця у швидкостях пробігу поздовжньої (Р) і поперечної (S) сейсмічних хвиль. Первинна хвиля Р поширюється зі швидкістю близько 7 км/с, вона не викликає руйнувань, швидкість вторинної хвилі S є значно меншою (3,54 км/с), проте на неї припадає до 70% енергії землетрусу. По-друге, у системі використовується різниця між швидкостями проходження сейсмічних хвиль в гірських породах і електричного сигналу по лініях зв'язку. Фактично, REWSдає можливість використовувати тривалість проміжку часу між моментом реєстрації хвилі Р в епіцентральному районі і проявом хвилі S на території, яка має бути захищеною. На рис. 1 показано, як здійснюється реалізація базових принципів функціонування REWS.

В епіцентральному районі створюється локальна сейсмічна мережа для реєстрації часу вступу поздовжньої хвилі, Т Мережа повинна мати конфігурацію, яка забезпечує відхилення хибних сигналів, генерованих місцевими, у тому числі - техногенними процесами. При регіональних варіаціях величин швидкості хвилі Р час її вступу, Т_р залежить від глибини гіпоцентру землетрусу,

Tp=H/Vp, де (1)

Н - глибина гіпоцентру землетрусу;

Vp - швидкість поздовжньої хвилі.

Апаратура локальної мережі потребує певного часу, То для ідентифікації вступу поздовжньої хвилі. Таким чином, час подачі попередження, Тпп буде визначатись, як:

сейсмічний землетрус епіцентр

Тпп=Тр+То. (2)

Завчасність попередження Тп є різницею між часом подачі попередження і часом пробігу поперечної хвилі від гіпоцентру до розрахункової точки:

Тп=Т - Тпп, де (3)

Тп - завчасність попередження;

Ts- час пробігу поперечної хвилі;

Тпп- час подачі попередження.

Рис.1. Принцип дії системи раннього попередження

Рис.2. Епіцентральна і фактична відстані для глибокофокусного землетрусу

Час пробігу хвилі S визначається її швидкістю і величиною епіцентральної відстані, Д:

Ts= Д/Vs, де (4)

Д - епіцентральна відстань;

Vs - швидкість поперечної хвилі.

Рівняння (4) використовується у випадку, коли епіцентральна відстань багатократно перевищує глибину гіпоцентру (корові землетруси, Д>>Н). При співмірності величин епіцентральної відстані і глибини гіпоцентру (близькі глибокофокусні землетруси,Д?Н), час пробігу хвилі S розраховується за виразом:

Ts=Lф/Vs, де

Lф - фактична відстань між вогнищем землетрусу і розрахунковою точкою на земній поверхні, рис. 2,

Фактична відстань визначається виразом:

Lф=SQR Н²+ДЕЛЬТА² (5)

Сигнал про початок землетрусу в реальному часі через швидкісну мережу передачі даних надходить до центру аналізу і обробки інформації. Програмне забезпечення центру дозволяє оцінювати параметри землетрусу і рівень його небезпечності, ці дані через лінії зв'язку (радіо, Інтернет, GPRS, SMS) передаються користувачам для реагування. Застосування REWS дозволяє завчасно розпочинати проведення антисейсмічних заходів: оповіщення служб цивільного захисту населення, охорони громадського порядку, швидкої медичної допомоги, пожежних частин, зупиняти небезпечні технологічні процеси, захищати нафто- і газопроводи, електромережі і лінії зв'язку, тощо. Окремо сигнал тривоги може передаватись населенню через системи мобільного зв'язку. Реалізація принципів функціонування REWS забезпечується апаратурними комплексами, конфігурація яких визначається запитами користувачів.

Території Румунії і України мають спільне джерело сейсмічної небезпеки - епіцентральну область гір Вранча. Її особливостями є стійкість глибокофокусних гіпоцентрів і знаходження в постійному режимі підготовки сильного землетрусу [2]. Основні параметри найсильніших землетрусів області, що класифікуються, як катастрофічні події, наведені в табл. 1.

Прояви цих землетрусів в Румунії викликали руйнування будинків і загибель людей [2]. Максимальна інтенсивність прояву поштовхів області гір Вранча на території Чернівецької області і м. Чернівці спостерігалась під час землетрусу 26.10.1802 р., проте, вона не перевищувала 7 балів шкали MSK.

Значення розрахункової сейсмічної інтенсивності для найбільших населених пунктів Чернівецької області при різних періодах повторюваності землетрусів наведені в табл. 2.

За існуючого, досить високого, рівня сейсмічної небезпеки актуальною є оцінка завчасності, яка може бути забезпечена для захисту Чернівців системою раннього попередження. У табл. 3 наводяться значення завчасності попередження T_n, розраховані для трьох варіантів можливої сейсмічної події з епіцентром в області гір Вранча при використанні REWS, діючої на території Румунії.

Найбільш ймовірною є сейсмічна подія, епіцентр якої буде знаходитись в центральній, найбільш активній частині області Вранча, (45? 42' N, 26? 36' E) з гіпоцентром на глибині 130 км. У такому випадку, завчасність періоду попередження для міста Чернівці становитиме близько 60 секунд. Для порівняння, оцінені тривалості періодів попередження для двох граничних ситуацій: «найгіршої» - при максимальній глибині гіпоцентру і мінімальній епі- центральній відстані, і «найкращої» при найменшій для області глибині гіпоцентру і найбільшій епіцентральній відстані. При таких сейсмічних подіях тривалість періоду попередження становитиме, відповідно, 30 і 80 секунд. При обладнанніНайсильніші землетруси епіцентральної області гір Вранча [2]

Таблиця 1

Таблиця 2. Розрахункова сейсмічна інтенсивність в балах шкали MSK для населених пунктів Чернівецької області [1]

Таблиця 3. Завчасність періодів попередження про ймовірний землетрус з епіцентром в області гір Вранча для міста Чернівці при використанні REWS

REWS на території Чернівецької області тривалість періоду попередження про землетрус буде істотно меншою. Використання апаратурного комплексу, встановленого в місті Чернівці, може забезпечити тривалість періоду попередження близько 30, у найближчому до епіцентру майбутнього землетрусу пункті області - близько 35 секунд. Така завчасність є незначною, проте такою ж, як і для міста Бухарест [4].

Доцільність застосування системи раннього попередження для захисту Чернівців від ймовірного землетрусу з епіцентром в області гір Вранча визначається можливістю створення систем сигналізації і блокування, що працюють в автоматичному режимі, здатних ефективно використовувати проміжок часу близько однієї хвилини.

Література

1. Державні будівельні норми ДБН В.1. - 12: Будівництво в сейсмічних районах. - К.: Міністерство будівництва, архітектури і житлово-комунального господарства України, 2006. - 97с.

2. Друмя А.В., Сильнейшие землетрясенияКарпатского региона в ХМПІ - ХХ веках. / Друмя А.В., Степаненко Н.Я., Симонова М.А. // Buletinul Institutului Geofizicasi Geologieal ASM. J№1. - 2006. - С. 37-64.

3. Пустовитенко Б.Г. Новые карты общего сейсмического районирования территории Украины. Особенности модели долговременной сейсмической опасности. / Пустовитенко Б.Г., Кульчицкий В.Е., Пустовитенко А.А. // Геофизический журнал. - 2006. - Т28, №>3. - С.54-77.

4. Institutul Roman De Seismologie Aplicata [Електронний ресурс]: http://www.fotonsas.ro

References:

1. Derzhavni budivel'ni normy DBN. V1-12: Budivnytstvo v sejsmichnykh rajonakh [State building codes DBN. V1- 12: Buildingin seismic areas]. - K.: Ministerstvo budivnytstva, arkhitektury i zhytlovo-komunal'noho hospodarstva Ukrainy - Ministry of Construction, Architecture and Housingand Communal Services of Ukraine, 2006, 97р. [in Ukrainian].

2. Drumja A.V., Sil'nejshiezemletrjasenija Karpatskogo regiona v XVIII - ХХ vekah. [The strongest earthquakes in the Carpathian region of ХУШ - XX centuries].Buletinul Institutului Geofizicasi Geologieal ASM. J№1, 2006,pp. 3764. [inRussian].

3. Pustovitenko B.G. Novye karty obshhego sejsmiches- kogo rajonirovanija territorii Ukrainy Osobennosti modeli dolgovremennoj sejsmicheskoj opasnosti [New maps of general seismic zoning of the territory of Ukraine. Features of the model of long-term seismic ha- zard].Geofizicheskij zhurnal -Geophysical journal, 2006,vol. 28, no.3,pp.54-77. [inRussian]

Размещено на Allbest.ru