1.3. Методика прогнозирования и оценки обстановки в населенных пунктах при землетрясении

Обстановку в районах разрушительных землетрясений при­нято оценивать по комплексным показателям, характеризующим инженерную обстановку, объемы аварийно-спасательных работ и перечень мероприятий по жизнеобеспечению населения.

1.3.1. Инженерная обстановка

Инженерная обстановка в районе разрушительных землетрясений характеризуется и оценивается такими основными показателями:

• количество зданий, получивших обвалы, частичные разру­шения, тяжелые, умеренные и слабые повреждения, шт.;

• площадь разрушенной части города, в пределах которой за­стройка получила тяжелые повреждения, частичные разрушения и обвалы (разрушения 3, 4 и 5-й степени), км²;

• объем завалов, м³;

• протяженность заваленных улиц и проездов, м.

Кроме основных показателей, при оценке инженерной обстановки могут определяться вспомогательные показатели, харак­теризующие завалы, такие, как дальность разлета обломков и высоты завалов, количество аварий на коммунально-энергетических сетях.

Объемы аварийно-спасательных работ и решения задач жизнеобеспечения населения в зонах разру­шительных землетрясений оцениваются по показателям:

• численность пострадавших людей, структура потерь;

• численность людей, оказавшихся под завалами и оставшихся без крова;

• потребность во временном жилье (палатках, домиках).

Кроме того, необходима информация о пожарной, радиационной и химической обстановке в зоне разрушений. Для этого расчеты проводятся по методикам оперативного прогнозиро­вания.

1.3.2. Алгоритм проведения расчетов

Для оценки инженерной обстановки большие населенные пункты (города) разбиваются на несколько площадок. Значения ко­ординат площадок принимаются равными значениям координат их центров. Малые населенные пункты рассматриваются в виде одной элементарной площадки её координаты определяются как координаты центра населенного пункта).

Определяются расстояния от эпицентра землетрясения до центра площадок, и рассчитывается интенсивность землетрясения для каждой площад­ки по формуле (1.1). При заблаговременном прогнозировании возможная интенсив­ность землетрясения принимается по картам общего сейсмичес­кого районирования территории России (ОСР-78; ОСР-97).

Количество зданий P_j, ед., получивших j-ю степень разрушений, определяется по формуле

(1.2)

где К_i – количество зданий i-го типа в городе;

С_ij – вероятность получения зданием i-го типа j-й степе­ни разрушения, принимаемая по табл.  1.2;

n – число типов рассматриваемых зданий (максимальное число типов n = 6 – А, Б, В, С7, С8. С9).

Площадь разрушений части города S_разр, км², в пределах которой заст­ройка получила тяжелые, частичные разрушения и обвалы, оп­ределяется по формуле

, (1.3)

где Р_j – количество зданий, получивших 3, 4 и 5-ю степень повреждения (1.2), зд.;

Ф – плотность застройки в городе, зд./км².

Общий объем завалов W, м³, определяется из условия, что при час­тичном разрушении здания объем завала составляет примерно 50 % от объема завала при его полном разрушении

, (1.4)

где С₄, С₅ – вероятность получения зданиями 4 и 5-й степени разрушения;

Н_з – средняя высота застройки, м;

 – доля застройки, представляющая отношение суммарной площади зданий к рассматриваемой площади;

 – коэффициент объема завала на 100 м³ объема здания, принимаемый для промышленных зданий равный 20, для жилых – 40.

Если город большой, с неравномерной плотностью и этажностью застройки, то расчеты следует проводить по участкам (площадкам), на которые предварительно разбивается город. Затем результа­ты вычислений суммируются.

Опыт ликвидации последствий разрушительных землетрясе­ний показал, что при проведении спасательных работ разбирает­ся примерно 15 % завалов от их общего объема.

Количество участков, требующих укрепления (обрушения) по­врежденных или частично разрушенных конструкций, принимается равным числу зданий, получивших частичные разрушения (4-я степень разрушения).

Протяженность заваленных проездов L_пп, км определяется из условия, что на 1 км² разрушенной части города в среднем приходит­ся 0,6 км заваленных маршрутов (данные получены на основе анализа последствий разрушительных землетрясений):

, км, (1.5)

где S_разр. – площадь разрушений части города определяется по формуле (1.3).

Как показывает опыт, вынос завала за контуры зданий при их полном разрушении невелик и составляет, например, для 9-этажных зданий 7–9 метров. Поэтому проезды в зонах земле­трясений оказываются практически не заваленными. На проез­жей части могут оказаться отдельные отлетевшие обломки кон­струкций зданий. Это подтверждает и опыт землетрясения в Армении. Например, в городе Ленинакан, в старой части города, где ширина улиц не превышала 10 метров, при разрушении 1–2-этажных зданий на проезжей части образовались небольшие за­валы из туфовых блоков.

Однако все вышесказанное справедливо только для случаев разрушения зданий без опрокидывания. В районах с пониженной несущей способностью и большой деформированностью грун­тов возможны случаи разрушений высотных зданий с их опро­кидыванием. Высота и длина завала в этом случае будет зави­сеть от размеров здания.

Наиболее характерными повреждениями дорог в зонах разру­шений при землетрясениях являются: разрушение участков до­рог вследствие оползней; образование трещин (до несколько де­сятков сантиметров) в дорожном полотне, а также разрушение дорожного покрытия (в девятибальной зоне).

В горной местности возможно образование каменных и снеж­ных завалов, разрушение мостов, путепроводов, тоннелей.

Следует отметить, что при землетрясении 9 баллов и более могут быть разрушены аэродромные покрытия.

Обобщенные зависимости по определению дальности разлета обломков l, м, и высоты завалов h, м, при землетрясении имеют вид

, (1.6)

где Н_з – высота здания, м;

 – объем завала на 100 м³ строительного объема неразру­шенного здания.

Количество аварий на коммунально-энергетических сетях (КЭС) определяется из условия, что на 1 км² разрушенной части города приходится 6–8 аварий:

(1.7)

где S_разр. – площадь разрушений части города определяется по формуле (1.3).

Устойчивость систем жизнеобеспечения определяется по табл. 1.3.

Таблица 1.3

Устойчивость систем жизнеобеспечения (степень повреждения), %

Система	Интенсивность землетрясения, баллы
	6	7	8	9	10
Водоснабжение	80/90	53/80	48/53	36/48	24/36
Электроснабжение	85/95	75/85	60/75	43/60	32/43
Газоснабжение	90/95	85/90	77/85	62/77	50/62
Теплоснабжение	85/90	77/85	50/77	28/50	15/28
Транспорт	90/95	85/90	68/85	55/68	20/55
Канализация	100/100	90/100	82/90	55/68	45/60
Связь	100/100	90/100	82/90	55/82	30/55

Примечание. В числителе процент систем жизнеобеспечения, способных к функционированию немедленно, в знаменателе – после восстановительных работ в течение суток

Эти данные получены на основании анализа последствий раз­рушительных землетрясений.

Причины, вызывающие повреждения КЭС, можно разделить на 2 группы.

К первой группе относятся причины, связанные с волновым дви­жением грунта, вследствие чего в элементах КЭС появляются ра­стягивающие и сдвигающие усилия, которые вызывают движение подземных коммуникаций и сооружений КЭС – коллекторов, тру­бопроводов, колодцев, кабельных линий.

Ко второй группе относятся причины, связанные с разрушени­ем вводов в наземные здания и сооружения, а также повреждения элементов КЭС обломками здании.

Последствия от аварий на КЭС могут оказывать поражающие действия на людей: поражение электрическим током при прикос­новении к оборванным проводам; отравление попавших в завалы газом; возникновение пожаров вследствие коротких замыканий и возгорания газа.

Кроме того, возможны затопления территорий вследствие раз­рушения водопроводных труб и канализационных коллекторов, а также ожоги людей при разрушении элементов системы паро- и теплоснабжения.

Аварии на КЭС могут привести к прекращению снабжения зданий и сооружений водой, электроэнергией и теплом.

Обобщенную зависимость по определению потерь при разру­шительных землетрясениях N, чел, можно представить в виде:

, (1.8)

где В – вероятность размещения людей в зоне риска в здани­ях (в среднем В = 0,83);

N_i – численность людей в зданиях i-й группы, чел;

С_i – вероятность поражения людей в зданиях i-й группы (табл. 1.4).

Более точно значение В для формулы (1.8) принимаются рав­ными

с 23.00 до 7 часов В = 1;

с 7.00 до 9 часов В = 0,6:

с 9.00 до 18 часов В = 0,7;

с 18.00 до 20 часов В = 0,65;

с 20.00 до 23 часов В = 0,9.

Таблица 1.4