Msk 64 шкала сейсмической интенсивности. Сейсмическая шкала

1. Классификация, принятая в шкале

Типы сооружений:

Здания, возведенные без необходимых антисейсмических мероприятий.

Тип А - здания из ровного камня, сельские постройки, дома из кирпича - сырца, глинобитные дома
Тип Б - обычные кирпичные дома, здания крупноблочного и панельного типа, фахверковые строения, здания из естественного тесаного камня.
Тип В - каркасные железобетонные здания, деревянные дома хорошей постройки.

Количественные характеристики:
отдельные - около 5%
многие - около 50%
большинство - около 75%

Классификация повреждений:
1 степень. Легкие повреждения: тонкие трещины в штукатурке и небольших кусков штукатурки.
2 степень. Умеренные повреждения: небольшие трещины в стенах, откалывание довольно больших кусков штукатурки, падение кровельных черепиц, трещины в дымовых трубах, падение частей дымовых труб.
3 степень. Тяжелые повреждения: большие и глубокие трещины в стенах, падение дымовых труб.
4 степень. Разрушения: сквозные трещины и проломы в стенах, обрушение частей зданий, обрушение внутренних стен и стен заполнения каркаса.
5 степень. Обвал: Полное разрушение зданий.

Группировка признаков шкалы
а) Люди и их окружение,
б) Сооружения,
в) Природные явления.

2. Интенсивность (в баллах)

I балл. Неощутимое землетрясение.
а) Интенсивность колебаний лежит ниже предела чувствительности людей; сотрясение почвы обнаруживаются и регистрируются только сейсмографами.
б) -
в) -

II балла. Едва ощутимое землетрясение.
а) Колебания ощущаются только отдельными людьми, находящимися в покое внутри помещений, особенно на верхних этажах.
б) -
в) -

III балла. Слабое сотрясение.
а) Землетрясения ощущаются немногими людьми, находящимися внутри помещений; под открытым небом - только в благоприятных условиях. Колебания схожи с сотрясением, создаваемым проезжающим легким грузовиком. Внимательные наблюдатели замечают легкое раскачивание висячих предметов, несколько более сильное на верхних этажах.
б) -
в) -

IV балла. Заметное сотрясение.
а) Землетрясение ощущается внутри зданий многими людьми; под открытым небом - немногими. Кое-где спящие просыпаются, но никто не пугается. Колебания схожи с сотрясением, создаваемым проезжающим тяжело нагруженным грузовиком. Дребезжание окон, дверей, посуды. Скрип полов и стен. Начинается дрожание мебели. Висячие предметы слегка раскачиваются. Жидкость в открытых сосудах слегка колеблется. В стоящих на месте автомашинах толчок заметен.
б) -
в) -

V баллов. Пробуждение.
а) Землетрясение ощущается всеми людьми внутри помещения, под открытым небом - многими. Многие спящие просыпаются. Немногие лица выбегают из помещений. Животные беспокоятся. Сотрясение здания в целом. Висячие предметы сильно качаются. Картины сдвигаются с места. В редких случаях останавливаются маятниковые часы. Некоторые неустойчивые предметы опрокидываются или сдвигаются. Незапертые двери и окна распахиваются и снова захлопываются. Из наполненных открытых сосудов в небольших количествах выплескивается жидкость. Ощущаемые колебания схожи с колебаниями, создаваемыми паданием тяжелых предметов внутри здания.
б) Возможны повреждения 1степени в отдельных зданиях типа А.
в) В некоторых случаях меняется дебит источников.

VI баллов. Испуг.
а) Землетрясение ощущается большинством людей как внутри помещений, так и под открытым небом. Многие люди, находящиеся в зданиях, пугаются и выбегают на улицу. Немногие лица - теряют равновесие. Домашние животные выбегают из укрытий. В немногих случаях может разбиться посуда и другие стеклянные изделия; падают книги. Возможно движение тяжелой мебели; может быть слышен звон малых колоколов на колокольнях.
б) Повреждение 1 степени в отдельных зданиях типа Б и во многих зданиях типа А. В отдельных зданиях типа А повреждения 2 степени.
в) В немногих случаях в сырых грунтах возможны трещины шириной до 1 см; в горных районах отдельные случаи оползней. Наблюдаются изменения дебита источников и уровня воды в колодцах.

VII баллов. Повреждение зданий.
а) Большинство людей испуганы и выбегают из помещений. Многие люди с трудом удерживаются на ногах. Колебания отмечаются лицами, ведущими автомашины. Звонят большие колокола.
б) Во многих зданиях типа В повреждения 1 степени; во многих зданиях типа Б - повреждения 2 степени. Во многих зданиях типа А - повреждения 3 степени, в отдельных зданиях этого типа - повреждения 4 степени. В отдельных случаях - оползни проезжих частей дорог на крутых склонах и трещины на дорогах. Нарушение стыков трубопроводов; трещины в каменных оградах.
в) На поверхности воды образуются волны, вода становится мутной вследствие поднятия ила. Изменяется уровень воды в колодцах и дебит источников. В немногих случаях возникают новые или пропадают существующие источники воды. Отдельные случаи оползней на песчаных или гравелистых берегах рек.

VIII баллов. Сильное повреждение зданий.
а) Испуг и паника; испытывают беспокойство даже лица, ведущие автомашины. Кое-где обламываются ветки деревьев. Сдвигается и иногда опрокидывается тяжелая мебель. Часть висячих ламп повреждается.
б) Во многих зданиях типа В - повреждения 2 степени, в отдельных зданиях этой группы - повреждения 3 степени. Во многих зданиях типа Б - повреждения 3 степени, в отдельных - 4степени. Во многих зданиях типа А повреждения 4 степени, в отдельных - 5 степени. Отдельные случаи разрыва стыков трубопроводов. Памятники и статуи сдвигаются. Надгробные камни опрокидываются. Каменные ограды разрушаются.
в) Небольшие оползни на крутых откосах выемок и насыпей дорог; трещины в грунтах достигают нескольких сантиметров. Возникают новые водоемы. Иногда пересохшие колодцы наполняются водой или существующие колодцы иссякают. Во многих случаях изменяется дебит источников и уровень воды в колодцах.

IX баллов. Всеобщие повреждение зданий.
а) Всеобщая паника; большие повреждения мебели. Животные мечутся и кричат.
б) Во многих здания типа В повреждения 3 степени и в отдельных - 4 степени. Во многих зданиях типа Б - повреждения 4 степени и в отдельных - 5 степени. Во многих зданиях типа А - повреждения 5 степени. Памятники и колонны опрокидываются. Значительные повреждения искусственных водоемов; разрывы части подземных трубопроводов. В отдельных случаях - искривление железнодорожных рельсов и повреждение проезжих частей дорог.
в) На равнинах наводнения, часто заметны наносы песка и ила. Трещины в грунтах достигают ширины 10 см, а по склонам и берегам рек - свыше 10 см; кроме того большое количество тонких трещин в грунтах. Скалы обваливаются;частые оползни и осыпания грунта. На поверхности воды большие волны.

X баллов. Всеобщие разрушения зданий.
б) Во многих зданиях типа В - повреждения 4 степени, а в отдельных - 5 степени. Во многих зданиях типа Б - повреждения 5 степени, в большинстве зданий типа А повреждения 5 степени. Опасные повреждения плотин и дамб, серьезные повреждения мостов. Легкие искривления железнодорожных рельсов. Разрывы или искривления подземных трубопро-водов. Дорожные покрытия и асфальт образует волнообразную поверхность.
в) Трещины в грунтах шириной несколько дециметров и в нескольких случаях - до 1 м. Параллельно руслам водных потоков появляются широкие разрывы. Осыпание рыхлых пород с крутых склонов. Возможны большие оползни на берегах рек и крутых морских побережьях. В прибрежных районах перемещаются песчаные и илистые массы; выплескивание воды в каналах, озерах, реках и.т. д. Возникают новые озера.

XI баллов. Катастрофа.
б) Серьезные повреждения даже зданий хорошей постройки, мостов, плотин и железнодорожных путей; шоссейные дороги приходят в негодность, разрушение подземных трубопроводов.
в) Значительные деформации почвы в виде широких трещин, разрывов и перемещений в вертикальном и горизонтальном направлениях; многочисленные горные обвалы.
Определение интенсивности сотрясения (балльности) требуют специального исследования.

XII баллов. Изменение рельефа.
б) Сильное повреждение или разрушение практически всех наземных и подземных сооружений.
в) Радикальные изменения земной поверхности. Наблюдаются значительные трещины в грунтах с обширными вертикальными и горизонтальными перемещениями. Горные обвалы и обвалы берегов рек на больших площадях. Возникают озера, образуются водопады; изменяются русла рек.
Определение интенсивности сотрясения (балльности) требует специального исследования.

План лекции:

1. Сейсмические шкалы: шкала Института физики земли ИФЗ-64

2. Сопоставимость сейсмических шкал, применяемых в различных странах мира

3. Сущность и понятие риска

4. Риски нанесения ущерба от чрезвычайных событий

В 1883г. Появилась шкала Росси-Фореля, которая быстро получила распространение во многих странах Европы. В 1911г. Русский сейсмолог Б.Б. Галицын, используя данные по опрокидыванию параллелепипедов высотой от 8до 83 см при ускорениях колебаний основания от 20 до 220 см/с, предложил 10-бальную шкалу. В 1917г.

Международной сейсмической ассоциацией была принята 12-бальная шкала Меркалли–Канкани–Зиберга, которой пользуются и сейчас в ряде европейских стран.

В США применяют 12-бальную, так называемую модифицированную, шкалу Меркалли (кратко ММ), предложенную в 1931г. Вудом и Ньюманом.

Шкала ИФЗ – Института физики земли

В СССР действовал ГОСТ 6249-52, при составлении которого была использована шкала Института физики Земли АН СССР (шкала ИФЗ), разработанная проф. С.В. Медведевым. Во всех этих шкалах приведена градация интенсивности землетрясений по баллам (в СССР) или по степеням (за рубежом).

Шкала ИФЗ имеет инструментальную и описательную части. Решающей частью для оценки интенсивности землетрясения является инструментальная часть шкалы. Последняя основана на показаниях сейсмометра СБМ, предложенного С.В. Медведевым. Этот прибор измеряет максимальные относительные смещения (х, мм) сферического упругого маятника сейсмометра, характеристики которого подобраны, так, чтобы примерно соответствовали характеристикам малоэтажных жестких зданий (период собственных колебаний 0,25 с, логарифмический декремент =0,5). Описательная часть состоит из трех разделов.

Интенсивность землетрясения классифицирована по степени повреждения сооружений, выполненных без антисейсмических мер.

Шкала ИФЗ, как впрочем, и все другие, имеет некоторые признаки, допускающие субъективную оценку. Известно, например, что при одной и той же интенсивности землетрясения здания с хорошей по прочности и монолитности кладкой могут получить малые повреждения, в то время как при плохом качестве кладки такие здания могут разрушиться.

Для многих населенных мест (особенно новых) описательная часть по разделу «Здания и сооружения» вообще не может быть использована в связи с отсутствием в этих населенных пунктах зданий без антисейсмических мероприятий.

В тоже время, несмотря на эти и некоторые другие недостатки, шкала ИФЗ была наиболее совершенной по сравнению с другими, как по большой полноте признаков, так и по своей инструментальной части. По-видимому, только последняя и может служить объективной основой для оценки интенсивности землетрясений.

Для приближенного сравнения интенсивности землетрясений по шкалам различных стран могут быть использованы данные таблицы 2.

В 1964г. С.В. Медведев (СССР), В. Шпонхойер (ГДР) и В.Карник (Чехословакия) разработали шкалу MSK, являющуюся усовершенствованием предшествующих. В этой шкале, кроме смещений маятника СБМ, приведены скорости и ускорения почвы, характерные для различных баллов.

В 1975г. ИФЗ и другими сейсмологическими институтами подготовлена новая редакция шкалы. В эту шкалу, так же как и в шкалу MSK, введены смещения маятника, скорости и ускорения почвы, однако значения их приняты большими, чем в шкале MSK. В новом варианте шкалы приведены характеристики повреждений зданий с антисейсмическими усилениями.

Весьма важными, существенно влияющими на разрушительный эффект землетрясения, характеристиками является продолжительность его активной части и спектральный состав колебаний грунта. Эти характеристики не отражены в нормативной части проекта новой шкалы. Правда, в приложении к шкале даны некоторые акселерограммы реальных землетрясений, однако вопрос о том, насколько они представительны и на какие случаи распространяются, остается спорным.

В предыдущем параграфе рассмотрены характеристики очага землетрясения. Для практических целей важно связать эти характеристики с сотрясением на поверхности Земли. Н.В. Шебалиным для этой цели предложены следующие эмпирические зависимости: для интенсивности I, баллы: I = 1.5M – 3.5 lg,

откуда максимальная интенсивность (в эпицентре при )

I=1.5M – 3.5 lgh + 3

и уравнение для среднего радиуса изосейсты

- 1,

где , а и - минимальные и максимальные эпицентральные расстояния для одной и той же изосейсты.

Таким образом, зная магнитуду М, глубину очага h, км, и эпицентральное расстояние А в км, можно приближенно определить в любой точке на поверхности Земли интенсивность землетрясения – I, баллы.

Сейсмическая шкала MSK-64, принятая с 1964г, состоит из инструментальной и описательной (макросейсмической) частей. По инструментальной части устанавливают балльность землетрясений силой от 5 до 10 баллов. При этом используют показания сейсмометров, установленных на грунте. Макросейсмическая часть шкалы MSK-64 включает характеристику степени повреждения зданий, возведенных без антисейсмических мероприятий и подразделяемых на группы:

А – здания из рваного камня, сельские постройки, дома из кирпича-сырца, глинобитные дома;

Б – обычные кирпичные дома, здания крупноблочного и панельного типов, фахверковые строения, здания из естественного тесаного камня;

В – каркасные железобетонные здания, деревянные дома хорошей постройки.

Во многих европейских странах применяют 12-балльную шкалу (например, в США пользуются шкалой Меркалли – кратко шкала ММ.). В Японии в качестве стандарта действует 7-балльная сейсмическая шкала. Соотношение между японской шкалой и шкалой ММ, примерно соответствующей шкале MSK-64, приближенно выражается следующей формулой:

I м = 0.5 + 1.5*Iя,

где I м – интенсивность землетрясения по шкале ММ;

Iя - то же, по шкале Японии.

Таблица 1

Сопоставимость сейсмических шкал, применяемых в различных странах мира

Сущность и понятие риска

Под риском понимается возможная опасность потерь, вытекающая из специфики тех или иных явлений природы и видов деятельности человеческого общества.

Риск – это историческая и экономическая категория. Как экономическая категория риск представляет собой событие, которое может произойти или не произойти. В случае совершения такого события возможны три экономических результата:

Отрицательный (проигрыш, ущерб, убыток);

Нулевой;

Положительный (выигрыш, выгода, прибыль).

Риском можно управлять, то есть использовать различные меры, позволяющие в определенной степени прогнозировать наступление рискового события и принимать меры по снижению степени риска.

Эффективность организации управления риском во многом определяется классификацией риска.

Под классификацией риска следует понимать распределение риска на конкретные группы по определенным признакам для достижения поставленных целей.

Научно обоснованная классификация риска позволяет четко определить место каждого риска в их общей системе. Она создает возможности для эффективного применения соответствующих методов, приемов управления риском. Каждому риску соответствует своя система приемов управления риском.

Классификационная система рисков включает группу, категории, виды, подвиды и разновидности рисков.

В зависимости от возможного результата (рискового события) риски можно поделить на две большие группы: чистые и спекулятивные.

Чистые риски означают возможность получения отрицательного или нулевого результата. К этим рискам относятся следующие риски: природно-естественные, экологические, политические, транспортные и часть коммерческих рисков (имущественные, производственные, торговые).

В дипломном проекте рассматриваются природно-естественные риски, возникающие вследствие сейсмических катастроф. Природа сейсмических катастроф может быть естественной и искусственной, техногенной, вызванной недальновидной и неосторожной производственной деятельностью людей.

Спекулятивные риски выражается в возможности получения как положительного, так и отрицательного результата. К этим рискам относятся финансовые риски, являющиеся частью коммерческих рисков.

Риск является обязательным элементом любой экономики. Появление риска как неотъемлемой части экономического процесса – объективный экономический закон. Существование данного закона обусловлено элементом конечности любого явления, в том числе и хозяйственного процесса. Каждое явление имеет свой конец, так как объективные явления всегда ограничены, все элементы имеют свой дефицит. Ограниченность (конечность) материальных, трудовых, финансовых, информационных и других ресурсов вызывает в реальности их дефицит и способствует появлению риска как элемента хозяйственного процесса.

Риск представляет собой действие в надежде на счастливый исход по принципу «повезет – не повезет». Риск зависит в первую очередь от таких факторов как: неопределенность и случайность.

Сложность и противоречивость научно-технического прогресса заключается в том, что многие его достижения одновременно с решением материальных и экономических проблем привносят дополнительные трудности и опасности.

В первую очередь это связано с увеличением числа и сложности технических систем, с концентрацией энергонасыщенных производств, повышением их мощности. Ускоренная урбанизация концентрирует источники риска на небольшой территории, приближая к источникам опасности. Созданная и развиваемая техногенная сфера накопила в себе огромные потенциальные опасности. В результате аварий и катастроф гибнут люди, наносится огромный вред окружающей природной среде. Насыщенность народного хозяйства потенциально аварийными объектами рождает риск причинения вреда здоровью человека и окружающей природной среде.

Осуществляя хозяйственную деятельность, человек берет на себя риск серьезных негативных последствий для окружающей среды. Конечно устойчивость человека и устойчивость элементов окружающей среды к действию вредных загрязняющих веществ могут существенно отличаться. Экосистемы способны к само поддержанию и саморегулированию. Вместе с тем экосфера не имеет природной балансовой системы противодействия антропогенному воздействию, поэтому по мере нарастания внешних факторов экосистема может утерять свою способность противостоять внешним возмущениям, и ее целостность нарушается.

Понятие сейсмического, и как следствие, экологического риска складывается из следующих факторов:

Техногенный фактор;

Антропогенный фактор.

Первый является результатом внезапных отклонений от нормального режима функционирования технических и инженерных систем с выделением вещества и энергии, приводящих к деградации природных процессов. Как правило, последствия этого вида риска при его реализации носят локальный характер, хотя иногда имеют субглобальный охват (например, Чернобыльская авария).

Второй вид риска связан с аналогичными последствиями, приводящими к локальным и региональным, а также глобальным эффектам, но являющимися результатом накопления (аккумулирования) ряда процессов в окружающей среде при «нормальном функционировании» технических и инженерных систем.

Риск для здоровья человека, связанный с загрязнением окружающей среды, возникает при следующих необходимых и достаточных условиях:

Существование источника риска;

Присутствие данного источника в определенной, вредной для экосистемы дозе (причем пороговые величины этих доз не всегда могут быть установлены);

Подверженность человека или экосистемы в целом воздействию вредного вещества.

Понятие приемлемого риска

В последние годы ученые и практики стали уделять значительное внимание вопросам управления производственной безопасностью на основе «приемлемого» риска. Она исходит из того, что постоянное наличие в окружающей среде потенциально вредных для здоровья человека веществ всегда создает ту или иную степень реального риска, который никогда не равен нулю.

Существует уровень риска, который можно считать пренебрежимо малым. Если риск от какого-то объекта не превышает такого уровня, нет смысла принимать дальнейшие меры по повышению безопасности, поскольку это требует значительных затрат, а люди и окружающая среда все равно будут подвергаться прежнему риску. С другой стороны, есть уровень риска, который не должен быть превышен, каковы бы ни были расходы. Между двумя этими уровнями лежит область, в которой и нужно уменьшить риск, отыскивая компромисс между социальной выгодой и финансовыми убытками, связанными с повышением безопасности.

В настоящее время отсутствует однозначное решение по этому вопросу и предельно-допустимый уровень (ПДУ) промышленного риска может колебаться в зависимости от национальных особенностей страны, уровня ведения хозяйства, законодательной политики. Другими словами решение о том, какой риск считать допустимым (или согласно теории приемлемого риска – приемлемым), а какой нет, определение порогового уровня риска являясь очень важной, носит не только технический характер, но и политический и во многом определяется экономическими возможностями страны. Ресурсы любого общества ограничены и если оно вкладывает неоправданно много средств в защитные мероприятия по снижению степени риска, то из-за этого оно вынуждено урезать финансирование социальных программ, тем самым снижая уровень жизни общества.

Методология оценки и управления сейсмическим

и экологическим риском

За последние 15-20 лет сформировались достаточно четкие элементы методологии анализа риска, произошла дифференциация сфер приложение анализа риска, а именно:

Оценка риска новых технологий, безопасности технологических систем, включая аварийные ситуации;

Воздействия токсического и других видов загрязнения на здоровье человека и окружающую среду, в том числе медико-экологических последствий аварий и катастроф; кумулятивного и суммарного эффекта воздействия токсичных веществ на здоровье человека и экосистемы;

Восприятия риска людьми.

Эти направления отражают в какой-то мере эволюцию взглядов на анализ риска: от инженерного к медицинским и социально-психологическим аспектам.

В мировой практике уже к концу 70-х годов сложилось представление о различиях между анализом (оценкой) риска и управлением риском.

Оценка риска – это научный анализ его генезиса, включая его выявление, определение степени опасности в конкретной ситуации.

Управление риском – это анализ самой рисковой ситуации, разработка и обоснование управленческого решения, как правило, в форме нормативного акта, направленного на минимизацию риска, поиск путей сокращения риска.

Общим в оценке и управлении риском является то, что два аспекта, две стадии единого процесса принятия решения, основанного на характеристике риска. Эта общность обусловлена единой целью – определением приоритетов действий, направленных на минимизацию риска. Для достижения этого приоритета необходимо знать основные источники и факторы риска (оценка риска) и наиболее эффективные пути его сокращения (управление риском).

Основное различие между оценкой и управлением риском состоит в том, что оценка строится на фундаментальном анализе (естественнонаучном и инженерном) источников и факторов риска, в частности загрязняющих веществ, с учетом особенностей конкретной экологической ситуации и механизма взаимодействия между ними. Управление риском опирается на экономический и социальный анализ, а также на правовые рычаги, которые не нужны и не используются при оценке риска.

Примечание. 9,8 м/с 2 – ускорение свободного падения.

Общая качественная картина воздействия землетрясения на различные объекты видна из табл. 1.3, зависимость степени разрушения различных объектов от интенсивности землетрясения приведена в приложении 1.

При оценочных расчетах интенсивности землетрясения в баллах по известной магнитуде для расстояний от эпицентра можно пользоваться формулами:

, (1.3)

где - интенсивность землетрясения в эпицентре, балл; – магнитуда; – глубина очага, км; – расстояние до эпицентра, км; ∆ - поправка, учитывающая вид грунта: для скального грунта, для песчаников и известняков, для песчаных грунтов и глинистых толщ, для рыхлых насыпных грунтов.

При отображении на карте или схеме очага поражения при землетрясении наносятся линии равной интенсивности – изосейсты . Обычно очаг поражения ограничен изосейстой , что соответствует слабым разрушениям зданий, сооружений.

Очаг поражения в плане, как правило, представляет собой сложную фигуру, что связано с влиянием местных геологических условий на распространение сейсмических волн, в ряде случаев форма очага приближается к эллипсообразной.

Основным способом снижения потерь и ущерба при землетрясениях является строительство сейсмостойких зданий и сооружений.

1.4.2. Наводнения

Наводнение – это значительное затопление местности в результате подъема уровня воды в реке, озере, прибрежном районе моря. В России наводнения занимают первое место среди других стихийных бедствий по площади распространения, повторяемости и суммарному среднему годовому ущербу.

В зависимости от причины, вызвавшей подъем уровня воды, различают следующие виды наводнений: половодье, паводок, подпорное, прорыва, нагонное, при действии подводного источника большой энергии .

Половодье и паводок связаны с прохождением большего, чем обычно объема воды по руслу реки.

Половодье – ежегодно повторяющееся в один и тот же сезон относительно длительное увеличение расхода воды (весеннее таяние снега, продолжительные дожди). Длится половодье от 15-20 дней до 2-3 месяцев, подъем воды до 2-5 метров на малых реках, до 10-20 метров – на больших.

Паводок – кратковременный (1-2 суток) подъем воды в реке, вызванный ливневыми дождями или бурным таянием снега. Паводки могут повторяться несколько раз в год. Примеры: лето 2002 г. Сев. Кавказ р. Кубань – подъем воды до 10 метров; Германия, Чехия – подъем воды в реках Эльба, Влтава до 9 метров.

Подпорное наводнение возникает из-за резкого увеличения сопротивления стоку воды при загромождении русла льдом во время ледохода (заторы) или внутриводным льдом (зажоры).

Наводнение прорыва возникает при разрушении плотин, дамб и образовании волны прорыва.

Нагонные наводнения создаются ветровыми нагонами воды в заливах, бухтах, устьях крупных рек. В Санкт-Петербурге такие наводнения разной интенсивности наблюдаются ежегодно.

Подводные землетрясения и извержения вулканов могут сопровождаться образованием волн цунами, которые затапливают прибрежную местность.

Половодье . Одна из основных характеристик течения реки – расход – объем воды (), проходящей через поперечное сечение русла в единицу времени. Изменение расхода во времени (гидрограф) в период половодья показано на рис. 1.4, где – бытовой (обычный) расход, – максимальный расход.

При половодье имеет место относительно медленное изменение пара-

метров потока. Величина расхода рассчитывается по формуле.

Увеличение магнитуды на 2 единицы соответствует увеличению энергии в 1000 раз. Для получения примерного линейного соотношения между энергией и магнитудой можно воспользоваться логарифмом энергии

lg E = aМ + b,

где a и b - коэффициенты, значения которых, согласно мировой практике, принимаются равными 1,5 и 11,8 соответственно.

Обобщенную зависимость между длиной разрыва и магнитудой можно представить формулой

lg L = сМ + d .

2.1.3. Шкалы интенсивности землетрясений

Интенсивность I сейсмических колебаний грунта на поверхности Земли измеряется в баллах. В разных пунктах наблюдения она различна, тогда как магнитуда у толчка только одна. Для оценки интенсивности используются соответствующие шкалы - MSK, Росси - Фореля, модифицированная шкала Меркалли и др.

Все шкалы интенсивности делятся на два принципиально разных типа: макросейсмические - построенные на основании обследования разру-

шений различного типа сооружений; инструментальные - созданные на основе регистрации параметров сей-

смических колебаний соответствующими приборами.

В России применяется 12-балльная шкала. Колебания интенсивностью до 4 баллов не приводят к разрушениям; колебания в 5 и 6 баллов ощущаются населением и приводят к появлению отдельных трещин в постройках; 7-балльное землетрясение может характеризоваться как сильное и приводить к разрушениям. Катастрофические землетрясения интенсивностью в 11 и 12 баллов приводят к практически полному разрушению сооружений и изменению рельефа местности.

Площадь разрушений S зависит от магнитуды М землетрясения. Например, площадь разрушения 7-балльной зоны S 7 при очаге землетрясения на глубине 40 км в зависимости от магнитуды М растет следующим образом:

Количество человеческих жертв при землетрясениях зависит от ряда факторов: времени начала землетрясения, магнитуды, глубины очага, степени удаления от населенных пунктов, типа построек и их качества, наличия в зоне землетрясения взрыво- и пожароопасных объектов, водохранилищ и плотин и др. Основной причиной гибели людей является обрушение зданий.

Последствия землетрясения определяются его интенсивностью (табл. 2). Сейсмическая опасность при землетрясениях определяется как интенсивными колебаниями грунта, так и вторичными факторами, среди которых: лавины, оползни, обвалы, опускание и перекосы земной поверхности, разжижение грунта, наводнения при разрушении и прорыве плотин и защитных дамб, а также пожары.

Т а б л и ц а 2

Последствия землетрясения в зависимости от его интенсивности (по международной шкале Меркалли)

2.1.4. Методы прогноза землетрясений

Методы прогноза землетрясений основываются на наблюдении за аномалиями геофизических полей, измерении значений этих аномалий и обработке полученных данных.

Различают несколько методов прогноза землетрясений:

1. Метод оценки сейсмической активности. Месторасположение и число толчков различной магнитуды может служить важным индикатором приближающегося сильного землетрясения. Часто сильное землетрясение со-

провождается большим числом слабых толчков. Выявление и подсчет землетрясений требует большого числа сейсмографов и соответствующих устройств для обработки данных.

2. Метод измерения движения земной коры. Географические съемки

с помощью триангуляционной сети на поверхности Земли и наблюдения со спутников из космоса могут выявить крупномасштабные деформации на ней. Точная съемка ведется с помощью лазерных источников света. Повторные съемки требуют больших затрат времени и средств, поэтому измерения проводят один раз в несколько лет.

3. Метод выявления опускания и поднятия участков земной коры. Вертикальные движения поверхности Земли можно измерить с помощью точных нивелиров (на суше или море), мореографов (в море). Поднятие и опускание участков земной коры, как правило, свидетельствует о наступлении сильного землетрясения.

4. Метод измерения наклонов поверхности. Для измерения вариаций угла наклона земной поверхности используются специальные приборы - наклономеры. Сеть наклономеров устанавливают около разломов на глубине 1…2 м и ниже, измерения указывают на изменения наклонов незадолго до возникновения землетрясения.

5. Метод измерения деформации горных пород. Для измерения деформации горных пород бурят скважину и устанавливают в ней деформографы, фиксирующие величину относительного смещения двух точек.

6. Метод определения уровня воды в колодцах и скважинах. Уровень грунтовых вод перед землетрясением часто повышается или понижается изза изменений напряженного состояния горных пород. Уровень воды в скважинах вблизи эпицентра часто испытывает стабильные изменения: в одних скважинах он становится выше, в других - ниже.

7. Метод оценки изменения скорости сейсмических волн. Скорость сейсмических волн зависит от напряженного состояния горных пород, через которые волны распространяются, а также от содержания воды и других физических характеристик. При землетрясениях образуются различные типы сейсмических волн. Наибольший интерес среди этих волн представляют продольная P и поперечная S волны. Установлено, что перед сильным землетрясением наблюдается резкое уменьшение отношения скоростей волн P и S , что может явиться признаком, подтверждающим возможность землетрясения.

8. Метод регистрации изменения геомагнитного поля. Земное магнитное поле может испытывать локальные изменения из-за деформации горных пород и движений земной коры. С целью измерения малых вариаций магнитного поля используют специальные приборы - магнитометры.

9. Метод регистрации изменения земного электросопротивления. Одной из причин изменения электросопротивления горных пород может стать изменение напряженности горных пород и содержания воды в земле, что, в свою очередь, может быть связано с возможностью возникновения землетрясения.

Измерения электросопротивления проводятся с помощью электродов, помещаемых в почву на расстоянии нескольких километров друг от друга, при этом измеряется электрическое сопротивление толщи земли между ними.

10. Метод определения содержания радона в подземных водах. Радон - это радиоактивный газ, присутствующий в грунтовых водах и воде скважин. Период его полураспада составляет 38 сут, он постоянно выделяется из земли в атмосферу. Перед землетрясением происходит резкое изменение количества радона, выделяющегося из воды глубоких скважин.

11. Метод наблюдения за поведением животных, птиц, рыб. Необычное поведение многих живых существ объясняется тем, что они гораздо более чувствительны к звукам и вибрациям, чем человек.

2.1.5. Оценка последствий землетрясений

Для принятия решения по ликвидации последствий землетрясений важно правильно оценить эти последствия.

Оценка разрушений зданий и сооружений на территории населенного пункта проводится на основании:

определения характеристик степеней разрушения; оперативного построения изосейст, в том числе на основе сейсмического

микрорайонирования; определения зоны средней балльности и балльности для различных зда-

ний и сооружений.

При оценке, а также прогнозировании характера и степени разрушения зданий и сооружений рассматриваются три типа объектов, являющихся элементами застройки:

точечные - характеризуются размерами в плане (длина и ширина), каждый из которых меньше ширины зоны средней балльности;

площадные - характеризуются размерами в плане (длина и ширина), каждый из которых превышает ширину зоны средней балльности;

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

При выборе типа наземного здания используется следующая классификация зданий по этажности: малоэтажные (высотой до 4 этажей); многоэтажные (от 5 до 8 этажей); повышенной этажности (от 9 до 25 этажей); высотные (более 25 этажей).

Для оценки последствий землетрясений определяют параметры поражающих факторов.

Интенсивность землетрясения вычисляется по формуле

где I б - интенсивность землетрясения, баллы (балльность базисной изосейсты); М- магнитуда; R - эпицентральноерасстояние, км; h - глубинаочага, км.

— классификация землетрясений по магнитудам, основанная на оценке энергии сейсмических волн, возникающих при землетрясениях. Шкала была предложена в 1935 году американским сейсмологом Чарльзом Рихтером (1900‑1985), теоретически обоснована совместно с американским сейсмологом Бено Гутенбергом в 1941‑1945 годах, получила повсеместное распространение во всем мире.

Шкала Рихтера характеризует величину энергии, которая выделяется при землетрясении . Хотя шкала магнитуд в принципе не ограничена, существуют физические пределы величины выделившейся в земной коре энергии.
В шкале использован логарифмический масштаб , так что каждое целое значение в масштабе указывает на землетрясение, в десять раз большее по мощности, чем предыдущее.

Землетрясение с магнитудой 6,0 по шкале Рихтера вызовет в 10 раз более сильное колебание грунта, чем землетрясение с магнитудой 5,0 по той же шкале. Магнитуда землетрясения и его полная энергия — не одно и то же. Энергия, выделяющаяся в очаге землетрясения, при увеличении магнитуды на единицу возрастает примерно в 30 раз.
Магнитуда землетрясения — безразмерная величина, пропорциональная логарифму отношения максимальных амплитуд определенного типа волн данного землетрясения, измеренных сейсмографом, и некоторого стандартного землетрясения.
Существуют различия в методах определения магнитуд близких, удаленных, мелкофокусных (неглубоких) и глубоких землетрясений. Магнитуды, определенные по разным типам волн, отличаются по величине.

Землетрясения разной магнитуды (по шкале Рихтера) проявляются следующим образом:
2,0 — самые слабые ощущаемые толчки;
4,5 — самые слабые толчки, приводящие к небольшим разрушениям;
6,0 — умеренные разрушения;
8,5 — самые сильные из известных землетрясений.

Ученые считают, что землетрясения более сильные, чем с магнитудой 9.0, произойти на Земле не могут. Известно, что каждое землетрясение представляет собой толчок или серию толчков, которые возникают в результате смещения горных масс по разлому. Расчеты показали, что размер очага землетрясения (то есть величина площади, на которой произошло смещение горных пород, которыми и определяется сила землетрясения и его энергия) при слабых, едва ощутимых человеком толчках измеряется в длину и по вертикали несколькими метрами.

При землетрясениях средней силы, когда возникают в каменных зданиях трещины, размеры очага достигают уже километров. Очаги же при самых сильных, катастрофических землетрясениях имеют протяженность 500‑1000 километров и уходят на глубину до 50 километров. У максимального из зарегистрированных на Земле землетрясений очаг равен 1000 x 100 километров, т.е. близок к максимальной длине разломов, известных ученым. Невозможно и дальнейшее увеличение глубины очага, так как земное вещество на глубинах более 100 километров переходит в состояние, близкое к плавлению.

Магнитуда характеризует землетрясение как цельное, глобальное событие и не является показателем интенсивности землетрясения, ощущаемой в конкретной точке на поверхности Земли. Интенсивность или сила землетрясения, измеряемая в баллах, не только сильно зависит от расстояния до очага; в зависимости от глубины центра и типа горных пород сила землетрясений с одинаковой магнитудой может различаться на 2‑3 балла.

Шкала балльности (не шкала Рихтера) характеризует интенсивность землетрясения (эффект его воздействия на поверхности), т.е. измеряет ущерб, нанесенный данной местности. Балльность устанавливается при обследовании района по величине разрушений наземных сооружений или деформаций земной поверхности.

Существует большое число сейсмических шкал, которые можно свести к трем основным группам . В России применяется наиболее широко используемая в мире 12‑балльная шкала МSK‑64 (Медведева‑Шпонхойера‑Карника), восходящая к шкале Меркалли‑Канкани (1902), в странах Латинской Америки принята 10‑балльная шкала Росси‑Фореля (1883), в Японии — 7‑балльная шкала.