Система и методы прогнозирования землетрясений и их последствий

Федеральное государственное автономное

образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Инженерно-строительный институт

Кафедра «СКиУС»

 

 

 

РЕФЕРАТ

 

по Сейсмостойкости зданий и сооружений

наименование дисциплины

 

Система и методы прогнозирования землетрясений и их последствий

тема                                    

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Преподаватель                                                             В.И. Палагушкин

                                                               подпись, дата            инициалы, фамилия

 

         Студент       СБ 11-12                                                     Д.П. Шахтарина

                           номер группы           подпись, дата             инициалы, фамилия

 

 

 

Красноярск 2015

СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение………………………………………………………………………….....3

1. Прогноз землетрясений…………………………………………………………4
2. Методы прогнозирования землетрясений…………………..…………………5

3   Этапы предсказания землетрясений…………..……………………………...10

4   Оценка последствий землетрясений……………………………………….....13

Заключение………………………………………………………………………...15

Список использованных источников………………………………………….....16

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Методы прогнозирования последствий землетрясений получили широкое развитие в последние десятилетия.

    Большое значение в борьбе с землетрясениями имеют предупредительные работы. Важно знать причины возникновения и характер землетрясений. Это позволит исключить их или ослабить силу разрушающего воздействия. Заблаговременно принятые методы помогут более действенно осуществить меры по ликвидации последствий.

   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Прогноз землетрясений

 

Каждый год на земном шаре происходят несколько сотен тысяч землетрясений, и около 100 из них - разрушительные, несущие гибель людям и целым городам. Чаще всего землетрясения происходят в районах быстро меняющегося рельефа: в области перехода островной дуги к океанологическому желобу или в горах.

Ответ на вопрос возможности прогнозирования землетрясений ученые ищут на протяжении многих лет. Тысячи сейсмостанций, плотно окутавших Землю, следят за дыханием нашей планеты, и целые армии сейсмологов и геофизиков, вооружившись приборами и теориями, пытаются спрогнозировать эти страшные стихийные бедствия.

Заинтересованность в прогнозе очень велика - тысячи человеческих жизней могут быть спасены, если предсказание окажется точным, целые города могут быть эвакуированы зря, если оно окажется ложным. Из-за многих неточностей, связанных с землетрясением, удачное их предсказание бывает весьма редким.

К числу удачных прогнозов землетрясений относят верные предсказания китайских ученых сильного, почти 8-балльного землетрясения в северо-восточной части Китая в феврале 1975 г. Надвигающаяся беда была предугадана с точностью до нескольких часов. Из района вероятного землетрясения было эвакуировано свыше 1 млн. человек. И хотя многие здания в городах были разрушены или сильно повреждены, число погибших составило всего 500 человек из числа тех, кто был оставлен для охраны порядка.

 

 

2. Методы прогнозирования землетрясений

 

Старейший и наиболее известный метод предсказания землетрясений - это статистический метод, основанный на анализе сейсмологической истории региона: т.е. это данные о числе, размерах и частоте повторения землетрясений. Предполагая, что сейсмичность региона не меняется со временем, можно по этим данным оценить вероятность будущих землетрясений.

Другие идеи научного прогноза землетрясений базируются на возможности изучения ряда характеристик Земли, значения которых регулярно изменяются перед землетрясениями и служат как бы предвестниками приближающихся катастроф.

Сейсмическое прогнозирование ничем не способствует предотвращению материальных потерь и разрушений. Даже успешное предсказание не избавит от сильного ущерба. В случае надежного прогноза эвакуация городов с миллионным населением вряд ли возможна. Поэтому гораздо большее значение имеют работы по уточнению сейсмического районирования с дифференциацией территории по степени опасности землетрясений. Можно многое сделать для уменьшения числа жертв, сокращения материального ущерба и облегчения процесса восстановления социально-экономического потенциала пострадавших районов, если заранее усвоить то, что надо делать в случае его возникновения.

Чтобы прогноз землетрясения был возможен, надо знать, как оно возникает. Основу современных представлений о возникновении очага землетрясения составляют положения механики разрушений. Согласно подходу основателя этой науки Гриффитса, в какой-то момент трещина теряет устойчивость и начинает лавинообразно распространяться. В неоднородном материале перед образованием крупной трещины обязательно появляются различные предверяющие этот процесс явления – предвестники, а отклонения от нормальных значений называются аномалиями.

Основные предвестники:

- Сейсмичность. Положение и число землетрясений различной магнитуды может служить важным индикатором приближающегося сильного землетрясения. Например, сильное землетрясение часто предваряется роем слабых толчков. Выявление и подсчет землетрясений требует большого числа сейсмографов и соответствующих устройств для обработки данных;

- Движения земной коры. Геофизические сети с помощью триангуляционной сети на поверхности Земли и наблюдения со спутников из космоса могут выявить крупномасштабные деформации (изменение формы) поверхности Земли. На поверхности Земли проводится исключительно точная съемка с помощью лазерных источников света. Повторные съемки требуют больших затрат времени и средств, поэтому иногда между ними проходит несколько лет и изменения на земной поверхности не будут вовремя замечены и точно датированы. Тем не менее, подобные изменения являются важным индикатором деформаций в земной коре;

- Опускание и поднятие участков земной коры. Вертикальные движения поверхности Земли можно измерить с помощью точных нивелировок на суше или мареографов в море. Поскольку мареографы устанавливаются на грунте, а записывают положение уровня моря, они выявляют длительные изменения среднего уровня воды, которые можно интерпретировать как поднятия и опускания самой суши;

-  Наклоны земной поверхности. Для измерения угла наклона земной поверхности был сконструирован прибор, называемый наклономером. Наклономеры обычно устанавливаются около разломов на глубине 1-2 м ниже поверхности земли и их измерения указывают на выразительные изменения наклонов незадолго до возникновения слабых землетрясений.

- Деформации. Для измерения деформаций горных пород бурят скважины и устанавливают в них деформографы, фиксирующие величину относительного смещения двух точек. После этого деформация определяется путем деления относительного смещения точек на расстояние между ними. Эти приборы настолько чувствительны, что измеряют деформации в земной поверхности вследствие земных приливов, вызванных гравитационным притяжением Луны и Солнца. Земные приливы, представляющие собой движение масс земной коры, похожее на морские приливы, вызывают изменения высоты суши с амплитудой до 20 см;

-  Скорости сейсмических волн. Скорость сейсмических волн зависит от напряженного состояния горных пород, через которые волны распространяются. Изменение скорости продольных волн - сначала ее понижение (до 10%), а затем, п еред землетрясением, возврат к нормальному значению, объясняется изменением свойств горных пород при накоплении напряжений;

-  Геомагнитизм. Земное магнитное поле может испытывать локальные изменения из-за деформации горных пород и движения земной коры. С целью измерения малых вариаций магнитного поля были разработаны специальные магнитометры. Такие изменения наблюдались перед землетрясениями в большинстве районов, где были установлены магнитометры;

-  Земное электричество. Изменения электросопротивления горных пород могут быть связаны с землетрясением. Измерения проводятся с помощью электродов, помещенных в почву на расстоянии нескольких километров друг от друга. При этом измеряется электрическое сопротивление толщи земли между ними. Опыты, проведенные сейсмологами Геологической службы США обнаружили некоторую корреляцию этого параметра со слабыми землетрясениями.

-  Содержание радона в подземных водах. Радон - это радиоктивный газ, присутствующий в грунтовых водах и в воде скважин. Он постоянно выделяется из Земли в атмосферу. Изменения содержания радона перед землетрясением впервые были замечены в Советском Союзе, где десятилетнее возрастание количества радона, растворенного в воде глубоких скважин, сменилось резким его падением перед Ташкентским землетрясением 1966 года (магнитуда 5.3).

-  Уровень воды в колодцах и скважинах. Уровень грунтовых вод перед землетрясениями часто повышается или понижается, как это было в Хайчэне (Китай), из-за изменений напряженного состояния горных пород. Землетрясения могут и прямо влиять на уровень воды; вода в скважинах может колебаться при прохождении сейсмических волн, даже если скважина находится далеко от эпицентра. Уровень воды в скважинах, находящихся вблизи эпицентра, часто испытывает стабильные изменения: в одних скважинах он становится выше, в других – ниже;

-  Изменение температурного режима приповерхностных земных слоев. Инфракрасная съемка с космической орбиты позволяет “рассмотреть” своеобразное тепловое покрывало нашей планеты - невидимый глазу тонкий слой в сантиметры толщиной, создаваемый вблизи земной поверхности ее тепловым излучением.

-  Поведение  животных. В течение столетий многократно сообщалось о необычайном поведении животных перед землетрясением. Так, лягушки, змеи, черви перед землетрясением выползают из своих убежищ. Крысы заблаговременно покидают норы. Птицы улетают в глубь материка в сторону более спокойных районов. Лошади, ослы, овцы и свиньи проявляют повышенную нервозность. Особым предчувствием отличаются кошки и собаки, известны случаи, когда собаки заставляли своих хозяев покидать здания, впоследствии разрушенные подземными ударами.

Встречаются люди, наделенные способностью предчувствовать сейсмические колебания. Так, например, в 1835 г. слуга японского самурая предсказал сильное землетрясение в городе Иедо (первое название Токио).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Этапы предсказания землетрясений

 

Предсказание землетрясений обычно ведется в три этапа. Сначала выявляют возможные сейсмически опасные зоны на ближайшие 10-15 лет, затем составляют среднесрочный прогноз – от месяца до года, и если вероятность землетрясения в данном месте велика, то проводится краткосрочное прогнозирование (на неделю и меньше).

В основе долгосрочного прогноза лежит изучение многолетней цикличности хода сейсмотектонического процесса, выявление периодов активизации, миграционных процессов и т.д. Сегодня на карте земного шара очерчены все области и зоны, где в принципе могут случиться землетрясения, из чего следует, что можно определить места, где нельзя строить, например, атомные электростанции и где надо строить сейсмостойкие дома.

Среднесрочный прогноз базируется на выявлении предвестников землетрясений. В научной литературе зафиксировано более сотни видов среднесрочных предвестников, из которых около 20 упоминается наиболее часто. Сложность среднесрочного прогнозирования состоит в том, что аномалии могут проявляться не только в зоне очага, и поэтому ни один из известных среднесрочных предвестников нельзя отнести к универсальным.

Но человеку важно знать, когда и где конкретно ему грозит опасность, то есть нужно предсказание события за несколько дней. Именно такие краткосрочные прогнозы пока являются для сейсмологов главной трудностью.

Основной признак грядущего землетрясения - исчезновение или уменьшение среднесрочных предвестников. Природа многих видов предвестников еще не изучена, поэтому приходится просто анализировать текущую сейсмическую обстановку. Анализ включает измерение спектрального состава колебаний, типичность или аномальность первых вступлений поперечных и продольных волн, выявление тенденции к группированию, оценку вероятности активизации тех или иных тектонически активных структур и др. Иногда в качестве природных индикаторов землетрясения выступают предварительные толчки - форшоки. Все эти данные могут помочь спрогнозировать время и место будущего землетрясения.

По данным ЮНЕСКО, такая стратегия уже позволила предсказать семь землетрясений в Японии, США и Китае. Наиболее впечатляющий прогноз был сделан зимой 1975 года в городе Хайчэн на северо-востоке Китая. Район наблюдали в течение нескольких лет, возрастание числа слабых землетрясений позволило объявить всеобщую тревогу 4 февраля в 14 часов. А в 19 часов 36 минут произошло землетрясение силой более 7 баллов, город оказался разрушенным, но жертв почти не было. Эта удача очень обнадежила ученых, однако за ней последовал ряд разочарований: предсказанные сильные землетрясения не произошли. И на сейсмологов посыпались упреки, т.к. произошла остановка многих промпредприятий, в том числе непрерывного действия, отключение электроэнергии, прекращение подачи газа, эвакуацию населения.

В России первым шагом в организации сейсмического мониторинга в было создание в конце 1996 года Федерального центра прогнозирования землетрясений Геофизической службы РАН (ФЦП РАН). Теперь Федеральный центр включен в мировую сеть аналогичных центров, и его данные используют сейсмологи всего мира. В него стекается информация с сейсмических станций или комплексных пунктов наблюдений, расположенных по всей стране в сейсмоопасных районах. Эту информацию обрабатывают, анализируют и на ее основе составляют текущий прогноз землетрясений, который еженедельно передается в Министерство чрезвычайных ситуаций, а оно в свою очередь принимает решения о проведении соответствующих мероприятий.

Тем не менее, ученые вынуждены признать, что главная задача сейсмологии еще не решена. Можно говорить лишь о тенденциях развития сейсмической обстановки, но редкие точные прогнозы вселяют надежду, что в недалеком будущем люди научатся достойно встречать одно из самых грозных проявлений силы природы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Оценка последствий землетрясений

 

  Опасные последствия землетрясений делятся на природные и связанные  с деятельностью  человека.  К  природным  последствиям  относятся:  сотрясения, нарушения грунта( трещины  и смещения),  оползни,  лавины, сели, разжижение грунта, оседания, цунами, сейши.

  К последствиям землетрясений, связанных с деятельностью человека, относятся:

    - Разрушение или обрушение зданий и мостов;

    -Наводнения при прорывах плотин;

    - Пожары при повреждениях нефтехранилищ и разрывах газопроводов;

    -Повреждение транспортных средств, линий энерго и водоснабжения,

    -Радиоактивные утечки при повреждении ядерных реакторов.

Далее рассмотрим воздействие последствий землетрясений на здания и сооружения. Степень разрушения зданий и сооружений определяется превышением фактической интенсивности землетрясения (в баллах) над расчетной в месте их расположения. Под расчетной сейсмостойкостью понимается максимальная интенсивность сейсмического воздействия землетрясения, при котором здания и сооружения не получают разрушений, либо получают допускаемые повреждения, сохраняя при этом свои эксплуатационные качества и обеспечивая безопасность людей и сохранность оборудования.

При оценке и прогнозировании характера и степеней разрушения зданий и сооружений рассматриваются три типа объектов – элементов застройки населенного пункта:

-  Точечные объекты характеризуются размерами в плане (длина и ширина), каждый из размеров превышает ширину зоны средней балльности.

- Площадные объекты характеризуются размерами в плане (длина и ширина), один из размеров которых значительно превышает другой и превышает ширину зоны средней балльности.

- Протяженные объекты характеризуются размерами в плане (длина и ширина), один из размеров значительно превышает другой и превышает ширину зоны средней балльности.

Сейсмическое микрорайонирование – количественная оценка изменения (увеличения или уменьшения) сейсмической балльности по сравнению с ее исходной величиной на основе комплексного изучения сейсмических свойств грунтов, инженерно-геологических особенностей площадок строительства.

Здания и сооружения с сейсмической защитой отличаются от других зданий и сооружений тем, что в них применены инженерные мероприятия и технические решения, позволяющие повысить расчетную сейсмостойкость до 7–9 баллов.

Для оценки последствий требуются следующие исходные данные: план или карта местности (населенного пункта, объекта) с нанесенными изосейстами прогнозируемых землетрясений с учетом сейсмического микрорайонирования; детальная характеристика застройки с указанием типов и конструктивных особенностей зданий и сооружений.

В случае отсутствия плана или карты местности с нанесенными изосейстами прогнозируемых землетрясений вместо них должны быть: мощность очага землетрясения, характеризуемая магнитудой; глубина очага землетрясения, км. При необходимости построения изосейст на основе микрорайонирования к указанным данным добавляются инженерно-геологические условия местности (населенного пункта, объекта).

 

 

 

 

 

 

Заключение

    

В давние времена землетрясения считали наказанием, которое посылают людям разгневанные боги. Теперь мы знаем, как и где происходят землетрясения, знаем все параметры этого стихийного бедствия, умеем защищаться от него и уменьшить катастрофические последствия, хотя бы частично. На земном шаре очерчены области и зоны, в которых может случиться землетрясение той или иной силы. Тысячи сейсмографов, деформометров, акселерографов круглосуточно вслушиваются в пульс Земли. Но так же, как и тысячи лет назад, мы не в состоянии предвидеть, где, какой силы и, главное, когда произойдет очередной удар подземной стихии. В настоящее время степень предсказуемости долго- и среднесрочного прогноза имеет вероятность 0,7-0,8. Хуже обстоит дело с краткосрочными прогнозами, для которых пока не установлены значимые связи с предвестниками. Любой прогноз землетрясений носит вероятностный характер, и главная цель сейсмологии еще не достигнута.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список использованных источников

 

1. Аварии и катастрофы. Предупреждение и ликвидация  последствий.  Кн.          1/Под ред. Е.Е. Кочеткова и др. М., 1995.

2. Ликвидация последствий  аварий и стихийных бедствии. М.,  1979г.  Михно  Е.П. 

3. Чрезвычайные ситуации  природного характера  и  защита  от  них.  Учеб. пособие для студ. высш. учеб.  заведений._  М.,  Издательство  ВЛАДОС- ПРЕСС. Баринов А.В.

4. «Гражданская оборона» Акимов, Ширшиев, Атаманюк.

5. Обеспечение безопасности жизнедеятельности: Учебное пособие /Под ред.

В.Я.Сюнькова М.; Центр инноваций в педагогике. 1998.

6. Федеральный закон "О защите населения и территорий от ЧС природного и техногенного характера" от 11.11.94г. Ст.Ст. 14, 15, 18, 19 //Гражданская за-щита. 1996. №.1 С. 78-85.

7. Постановление правительства РФ от 10 ноября 1996г. №1342 "О порядке создания и использования резервов материальных ресурсов для ликвидации чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера" //Собрание законодательства РФ. 1996. №47. С. 10385.

8. Организационные указания по подготовке населения РФ по гражданской обороне на 1996-1997 годы //Гражданская оборона. 1996. №3. С.79-86.

9. http://www.resque.ssti.ru/index.php - сайт МЧС

10. http://www.oksion.ru/zakluchenie.html - электронное учебное пособие «Предупреждение и ликвидация чрезвычайных ситуаций».