Прогнозирование и оценка обстановки при чрезвычайных ситуациях природного характера

Основными характеристиками землетрясений являются магнитуда и интенсивность.

Магнитуда землетрясения является мерой общего количества энергии, излучаемой при сейсмическом толчке в форме упругих волн, в гипоцентре землетрясения, расположенном в очаге землетрясения на глубине до 730 км. Проекция гипоцентра на поверхность земли определяет эпицентр землетрясения, вокруг которого располагается область, называемая эпицентральной и испытывающая наибольшие колебания грунта.

Интенсивность землетрясения определяется величиной колебания грунта на поверхности земли. Интенсивность в разных пунктах наблюдения различна, однако магнитуда у толчка только одна.

Сила землетрясения исчисляется в баллах, причем, обычно применяют либо шкалу Рихтера, использующую величину магнитуды (1 < М < 9), либо международную шкалу MSK (или близкую к ней шкалу Меркалли), использующие величину интенсивности землетрясения (1 < J< 12).

Землетрясения в зависимости от интенсивности колебаний грунта на поверхности земли классифицируются следующим образом: слабые (1—3 балла); умеренные (4 балла), довольно сильные (5 баллов); сильные (6 баллов); очень сильные (7 баллов); разрушительные (8 баллов); опустошительные (9 баллов); уничтожающие (10 баллов); катастрофические (11 баллов); сильно катастрофические (12 баллов).

Интенсивность землетрясение J (R) определяется по формуле

; (5.3)

где R- расстояние от эпицентра землетрясения, км; h – глубина гипоцентра землетрясения, км;

М - магнитуда землетрясение, равная:

; (5.4)

где Z_m – амплитуда земных колебаний, мкм.

Реальная интенсивность (J_реал) землетрясения и степень разрушения зданий и сооружений будет зависеть от типа грунта как под застройкой, так и на остальной окружающей местности:

; (5.5)

Где J_пост – приращение балльности для грунта ( по сравнению с гранитом), на котором построена здание; J_о.м. – приращение балльности для грунта в окружающей местности (табл. 5.1)

ЗНАЧЕНИЕ J_пост, J _о.м

Таблица 5.1

Тип грунта	Jпост, J о.м	Тип грунта	Jпост, J о.м
Гранит	0	Песчаные	1,6
Известняк	0,52	Глинистые	1,61
Щебень, гравий	0,92	Насыпные рыхлые	2,6
Полускальные грунты	1,36

Все здания и типовые сооружения традиционной постройки (без антисейсмических мероприятий) подразделяются на три группы, каждой из которых свойственна определенная сейсмостойкость (табл. 5.2).

Классификация зданий и сооружений по сейсмостойкости (J_c)

Таблица 5.2

Группа		Характеристика здания	Jс, баллы
А	А1	Здания со стенами из местных строительных материалов: глинобитные без каркаса; саманные или из сырцового кирпича без фундамента; выполненные из скатанного или рваного камня на глиняном растворе и без регулярной (из кирпича или камня правильной формы) кладки в углах и т. п.	4
	А2	Здания со стенами из самана или сырцового кирпича; с каменными, кирпичными или бетонными фундаментами; выполненные из рваного камня на известковом, цементном или сложном растворе с регулярной кладкой в углах; выполнение из пластового камня на известковом, цементном или сложном растворе; выполненные из кладки типа «мидис»; здания с деревянным каркасом с заполнением из самана или глины, с тяжелыми земляными или глиняными крышами; сплошные массивные ограды из самана или сырцового кирпича и т. п.	4,5
Б	Б1	Здания с деревянным каркасом с заполнением из самана или глины и легкими перекрытиями	5
	Б2	Типовые здания из жженого кирпича, тесаного камня или бетонных блоков на известковом, цементном или сложном растворе: сплошные ограды и стенки, трансформаторные киоски, силосные и водонапорные башни	5,5
В	В1	Деревянные дома, рубленные «в лапу» или «в обло»	6
	В2	Типовые железобетонные, каркасные, крупнопанельные и армированные крупноблочные дома; железобетонные сооружения: силосные и водонапорные башни, маяки, подпорные стенки, бассейны и т. п.	6,5
С	С1	Типовые здания и сооружения всех видов (кирпичные, блочные, панельные, бетонные, деревянные, щитовые и др.) с антисейсмическими мероприятиями для расчетной сейсмичности 7 баллов	7
	С2	То же для расчетной сейсмичности 8 баллов	8
	С3	То же для расчетной сейсмичности 9 баллов	9

Примечание. При сочетании в одном здании признаков двух или трех типов здание в целом следует относить к слабейшему из них.

Состояние зданий и сооружений после землетрясения оцени­вается степенью повреждения I (табл. 5.3).

Степени (I) разрушений зданий при землетрясениях

Таблица 5.3

Степень	Характеристика повреждений
0 Отсутствие видимых повреждении	Сотрясение здания в целом; сыплется пыль из щелей, осыпаются чешуйки побелки
1 Слабые повреждения	Слабые повреждения материала и неконструктивных элементов здания: тонкие трещины в штукатурке; откалывание небольших кусков штукатурки; тонкие трещины в сопряжениях перекрытий со стенами и стенового заполнения с элементами каркаса, между панелями, в разделке печей и дверных коробок; тонкие трещины в перегородках, карнизах, фронтонах, трубах. Видимые повреждения конструктивных элементов отсутствуют. Для ликвидации повреждений достаточен текущий ремонт здания
2 Умеренные повреждения	Значительные повреждения материала и неконструктивных элементов здания, падение пластов штукатурки, сквозные трещины в перегородках, глубокие трещины в карнизах и фронтонах, выпадение кирпичей из труб, падание отдельных черепиц. Слабые повреждения несущих конструкций: тонкие трещины в несущих стенах, незначительные деформации и небольшие отколы бетона или раствора в узлах каркаса и в стыках панелей. Для ликвидации повреждений необходим капитальный ремонт здания
3 Тяжелые повреждения	Разрушения неконструктивных элементов здания: обвалы частей перегородок, карнизов, фронтонов, дымовых труб. Значительные повреждения несущих конструкций: сквозные трещины в несущих стенах, значительные деформации каркаса, заметные сдвиги панелей, выкрашивание бетона в узлах каркаса. Возможен восстановительный ремонт здания
4 Частичное разрушение	Частичные разрушения несущих конструкций: проломы и вывалы в несущих стенах; разрывы стыков и узлов каркаса; нарушение связей между частями здания; обрушение отдельных панелей перекрытия; обрушение крупных частей здания
5 Обвал	Обрушение несущих стен и перекрытия, полное обрушение здания с потерей его формы

Примечание. В зданиях, возведенных с антисейсмическими мероприятиями, при оценке степени повреждения учитываются только повреждения несущих элементов конструкций.

Люди, находящиеся в момент землетрясения внутри зданий, поражаются преимущественно обломками строительных конструкций. Вероятность общих (Р^общ) и безвозвратных {Р^безв) потерь в зависимости от степени повреждения зданий представлена в табл. 5.4.

Вероятность общих ( ) и безвозвратных( ) потерь.

^{Таблица 5.4}

Вероятность потерь	Степень разрушения зданий (I)
	0, 1, 2	3	4	5
	0	0,05	0,5	0,95
	0	0,01	0,17	0,65

Для группы однотипных зданий в зависимости от их сейсмостойкости Jс и реальной интенсивности землетрясения J_реал может быть найдена осредненная степень разрушения (табл. 5.5), которая используется для приближенной оценки потерь населения, нахо­дящегося в этих зданиях, по данным табл. 5.4.

Зависимость осредненной степени разрушения однотипных зданий (I_ср) от приведенной интенсивности (J_реал – J_с) землетрясения

Таблица 5.5

Jреал – Jс	0	1	2	3	4	5	6
Iср	0,1	0,50	1,5	2,5	3,5	4,5	4,9

Так как степени разрушения зданий тоже являются случайными величинами (см. табл. П.2), поэтому более точно потери населения с учетом данных табл. 5.4 следует оценивать по их математическим ожиданиям. Для этого сначала вычисляются вероятности людских потерь различных видов (структура потерь) по формулам:

вероятность общих потерь населения

(5.6)

вероятность безвозвратных потерь населения

(5.7)

Вероятность санитарных потерь населения

(5.8)

где - вероятность получения зданиями степеней поражения от 3….5 (см. табл. 5.4)

Далее, учитывая, что по своей физической сущности величины Р^общ, Р^безв и Р^сан представляют собой относительные потери населения, под которыми понимают отношение численности пострадавшего населения (по видам поражения) в зданиях к его общей численности в них, то абсолютные потери населения в зданиях при землетрясении определяются по формулам:

(5.9)

где N^общ,, N^безв, N^сан - абсолютные общие , безвозвратные и санитарные потери;

N_з – численность населения, находящегося в зданиях.

Задача 1. Населенный пункт с числом жителей N = 50000 человек, расположенный на песчаном грунте и имеющий бескаркасные здания из местного материала без фундамента. а также малоэтажные кирпичные здания (до 4 этажей), крупнопанельные здания, построенные на полускальных грунтах, оказался в зоне действий землетрясений магнитудой 7 баллов по шкале Рихтера. эпицентр которого находился в 50 км от населенного пункта, а гипоцентр на глубине H = 30 км.

Определить степень разрушения зданий и потери среди населения города.

Задача 2. Населенный пункт с числом жителей N = 75000 человек, расположенный на полускальном грунте и имеющий типовые здания из жженого кирпича и бетонных блоков на цементном растворе оказался в зоне действий землетрясений магнитудой 8,5 баллов по шкале Рихтера, эпицентр которого находился в 30 км от населенного пункта, а гипоцентр на глубине H = 30 км.

Определить степень разрушения зданий и потери среди населения.

Задача 3. Населенный пункт с числом жителей N = 3000 человек, расположенный на гранитном грунте и имеющий деревянные дома оказался в зоне действий землетрясений магнитудой 7 баллов по шкале Рихтера, эпицентр которого находился в 50 км от населенного пункта, а гипоцентр на глубине H = 25 км.

Определить степень разрушения зданий и потери среди населения.

Задача 3. Населенный пункт с числом жителей N = 40000 человек, оказался в зоне действий землетрясений магнитудой 7 баллов по шкале Рихтера, эпицентр которого находился в 50 км от населенного пункта, а гипоцентр на глубине H = 25 км.

Определить степень разрушения зданий и потери среди населения.

Решение:

1. Определим интенсивность землетрясения:

балла

2. Определим реальную интенсивность землетрясения, степень разрушения зданий и сооружений и людские потери в зависимости от типа грунта и построек:

Бескаркасные здания из местного материала без фундамента на песчаном грунте.

Так как грунт, на котором построены эти здания, и грунт окружающей местности одинаков, то приращение балльности J_пост и Jо.м (см. табл. 5.1) одинаково, и для песчаного грунта составляет 1,6, поэтому

(балла).

Для зданий рассматриваемого типа параметр сейсмостойкости Jс = 4 (см. табл. 5.2),

Jреал — Jс= 7,3 — 4 = 3,3

и, согласно табл. 5.5, Iср = 2,8. При I=Iср = 2,8 3 вероятность общих потерь населения в домах рассматриваемого типа при условии, что все дома получат третью степень разрушения, по данным табл. 5.4. составит = 0,05, а безвозвратных — = 0,01.

Для более точного определения структуры потерь населения по табл. П.2 по разности величин Jреал — Jс 3,3 (принимаем Jреал — Jс 3,0) находим вероятность возникновения различных степеней повреждения зданий: для первой степени = 0,1; для второй степени = 0,3; для третьей степени = 0,5 и для четвертой = 0,1. Далее по формулам (5.6)—(5.8) находим структуру потерь:

Примем для определенности, что землетрясение произошло ночью, когда 94% населения (табл. П.3.1) находится в жилых домах, и в бескаркасных зданиях из местных материалов проживает 20% жителей населенного пункта (N₃= 0,94 • 0,2 • 50 000 = 9 400 человек).

Тогда по формулам (5.9):

(чел.);

(чел.);

(чел.).

Кирпичные малоэтажные здания на полускальных грунтах.

Так как грунт, на котором построены эти здания, полускальный, то приращение балльности для грунта (по сравнению с гранитом), на котором построено здание, составляет =1,36 (см. табл. 5.1), а приращение балльности для песчаного грунта в окружающей местности составляет 1,6 поэтому

(балла).

Для зданий рассматриваемого типа параметр сейсмостойкости Jс = 5,5 (см. табл. 5.2), тогда Jреал – Jс = 7,54 - 5,5 = 2,04, и, согласно табл. 5.5, Iср = 1,5. При I= Iср — 1,5 < 2 вероятности общих и безвозвратных потерь населения в домах рассматриваемого типа при условии, что все дома получат разрушения не более 2 степени, по данным табл. 5.4 составят и , т. е. люди не пострадают.

В соответствии с данными табл. П.2 по разности величин Jреал — Jс = 2,04

(принимаем Jреал — Jс 2) находим вероятность возникновения различных степеней повреждения зданий: для первой степени ; для второй степени ; для третьей степени .

Крупнопанельные здания, построенные на полускальных грунтах.

Так как грунт, на котором построены эти здания, полускальный, то приращение балльности для грунта (по сравнению с гранитом), на котором построено здание, составляет

Jпост = 1,36 (см. табл. 5.1), а приращение балльности для песчаного грунта в окружающей ме­стности J_о.м составляет 1,6, поэтому

(балла).

Для зданий рассматриваемого типа параметр сейсмостойкости Jс = 6,5 (см. табл. 5.2), тогда Jреал – Jс = 7,54 - 6,5 = 1,04 и, согласно табл. 5.5, Iср = 0,5. При I= Iср = 0,5 < 2 люди не пострадают (см. табл. 5.4).

Легко убедиться в том (см. табл. П.2), что при Jреал – Jс = 1,04 40% зданий рассматриваемого типа вообще не получит повреждений, 50% зданий получит повреждения первой степени, 10% —второй.

Таким образом, наибольшую опасность представляют бескар­касные здания без фундамента из местных материалов, жители которых могут серьезно пострадать.

Прогнозирование и оценка обстановки при чрезвычайных ситуациях природного характера осуществляется с использованием специальных методик и рекомендаций , часть некоторых из них изложена в данной методичке и в учебном пособии «Безопасность жизнедеятельности в ЧС природного и техногенного характера»- М.;Высш. шк.,2006г. В.А. Акимов, Ю.Л.Воробьев.