Геофизические процессы и биосфера: статья

ОЦЕНКА СОЦИАЛЬНЫХ И ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ СЕЙСМИЧЕСКОГО РИСКА НА ПРИМЕРЕ г. АНГАРСК
ФРОЛОВА НИНА ИОСИФОВНА1
МАЛАЕВА НАТАЛЬЯ СЕРГЕЕВНА1
РУЖИЧ ВАЛЕРИЙ ВАСИЛЬЕВИЧ 2
БЕРЖИНСКАЯ ЛИДИЯ ПЕТРОВНА2,3
ЛЕВИНА ЕЛЕНА АЛЕКСЕЕВНА2
СУЩЕВ СЕРГЕЙ ПЕТРОВИЧ 4
ЛАРИОНОВ ВАЛЕРИЙ ИВАНОВИЧ4,1
УГАРОВ АЛЕКСАНДР НИКОЛАЕВИЧ4
1 Институт геоэкологии им. Е.М. Сергеева РАН, г. Москва, Россия 2 Институт земной коры СО РАН, г. Иркутск, Россия 3 Иркутский научно-исследовательский технический университет, г. Иркутск, Россия 4 Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана, г. Москва, Россия
Журнал: Геофизические процессы и биосфера
Том: 21
Номер: 2
Год: 2022
Страницы: 86-113
УДК: 624.131.1:551.252
DOI: https://doi.org/10.21455/GPB2022.2-5
Полный текст статьи
Ключевые слова: сейсмическая опасность, уязвимость застройки, показатели сейсмического риска, ГИС «Экстремум», надежность оценок показателей риска.
Аннотация: В статье решается задача подбора и описания методических приемов оценки социальных и экономических показателей сейсмического риска на примере г. Ангарск Иркутской обл., расположенного в опасной близости (100–120 км) от сейсмоопасных разломов горного поднятия Восточного Саяна и Байкальской рифтовой зоны, характеризуемой магнитудами М = 6.5–8.0. Актуальность исследования определяется востребованным уточнением сейсмичности активно развивающегося региона и декларацией Сендайской рамочной программы по снижению риска природных катастроф на 2015–2030 гг., призывающей к совершенствованию методологии оценки риска и реализации мероприятий по его снижению. Целью являлось получение достоверных оценок показателей риска, необходимых и достаточных для принятия решения по его снижению. Научная новизна обусловлена тем, что впервые в рамках одной работы для отдельно взятого города представлены результаты выполнения всех этапов исследования, включая уточнение оценки сейсмической опасности, уязвимости элементов риска и расчет различных показателей возможного ущерба, связанных с риском. Также впервые реализован совместный анализ всех полученных величин. Для оценки показателей риска применены методы имитационного компьютерного моделирования с использованием ГИС «Экстремум», разработанной с участием авторов данной статьи. Кроме описания методических приемов, в статье приводится обоснование параметров возможных и наиболее опасных сейсмических событий. Для г. Ангарск это 8 и 9 баллов по шкале MMSK-86. Выполнена оценка социальных и экономических показателей сейсмического риска, значения которого наиболее высоки на территории микрорайонов Байкальск, Старо-Байкальск, Китой, Новый-4, что предполагает необходимость осуществления специальных мероприятий, включающих обследование и усиление сейсмостойкости зданий.
Список литературы: Бержинская Л.П. Сейсмический риск жилищного фонда агломерации городов Иркутск–Ангарск–Шелехов // VII Рос. нац. конф. с междунар. участием по сейсмостойкому строительству и сейсмическому районированию: Тез. докл. Сочи, 2007. C. 107–108.

Бержинская Л.П., Бержинский Ю.А. Методы паспортизации зданий в сейсмических районах // Вопросы инженерной сейсмологии. 2009. Т. 36, № 2. C. 57–69.

Бержинская Л.П., Бержинский Ю.А. Уязвимость школьного фонда г. Ангарск в рамках региональной программы по сейсмобезопасности Иркутской области // Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений. 2013. № 4. С. 32–35.

Бержинский Ю.А. Региональная макросейсмическая шкала для Прибайкалья: Автореф. дис. ... канд. геол.-мин. наук. Иркутск, 2001. 19 c.

Бержинский Ю.А. Экспериментально-теоретические исследования региональной сейсмобезопасности (на примере Байкальского региона) // Геодинамика и тектонофизика. 2014. Т. 5, № 1. P. 183–199. https://doi.org/10.5800/GT-2014-5-1-0123

Бержинский Ю.А., Бержинская Л.П., Павленов В.А., Фролова Н.И. Последствия прогнозируемого землетрясения для Иркутска и региона: Тр. науч. сес. «Сейсмологический мониторинг в Сибири и на Дальнем Востоке». Иркутск: ИЗК СО РАН, 2002. С. 200–206.

Бержинский Ю.А., Бержинская Л.П., Иванькина Л.И., Ордынская А.П., Саландаева О.И., Чигринская Л.С., Акулова В.В., Черных Е.Н. Оценка сейсмической надежности жилых и общественных зданий при землетрясении 27.08.2008 г. на Южном Байкале // Вопросы инженерной сейсмологии. 2009. Т. 36, № 1. C. 23–39.

Гилева Н.А., Мельникова В.И., Радзиминович Я.Б., Тубанов Ц.А. Сильные землетрясения Прибайкалья в 2020–2021 гг. // Разломообразование в литосфере и сопутствующие процессы: Тектонофизический анализ: Тез. докл. Всерос. совещ. памяти проф. С.И. Шермана, г. Иркутск, 26–30 апреля 2021 г. / Отв. ред. К.Ж. Семинский. Иркутск: Изд-во ИГУ, 2021. С. 182–183. https://doi.org/10.26516/978-5-9624-1919-0.2021.1-233

Имаев В.С., Бержинский Ю.А., Бержинская Л.П. Оценка ущерба в результате землетрясения 27.08.2008 г. для урбанизированных территорий с учетом региональных особенностей затухания сейсмической интенсивности в Прибайкалье // Материалы XV Междунар. науч.-практ. конф. «Проблемы защиты населения и территорий от чрезвычайных ситуаций», г. Уфа, 16–18 феврала 2010 г. Уфа: ФГУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ), 2010. C. 219–228.

Кочарян Г.Г., Кишкина С.Б. Физическая мезомеханика очага землетрясения // Физическая мезомеханика. 2020. Т. 23, № 6. C. 9–24.

Ларионов В.И., Фролова Н.И. Общая методология оценки рисков // Энциклопедия безопасности: Строительство, промышленность, экология. В 3 т. / Котляревский В.А., Ларионов В.И., Сущев С.П. М.: Наука, 2005. Т. 1. Аварийный риск. Взрывные и ударные воздействия. С. 2–34.

Ларионов В.И., Сущев С.П., Угаров А.Н., Фролова Н.И. Оценка сейсмического риска с применением ГИС-технологий // Природные опасности России / Под ред. А.Л. Рагозина. М.: Изд-во «КРУК», 2003. Т. 6. Оценка и управление природными рисками. C. 209–231.

Ларионов В.И., Фролова Н.И., Бержинский Ю.А., Бержинская Л.И., Саландаева О.И. Оценка природных и природно-техногенных рисков для Байкальского региона с применением ГИС-технологий: Материалы III Всерос. науч. конф. с междунар. участием «Экологический риск и экологическая безопасность», г. Иркутск, 24–27 апреля 2012 г. Иркутск: Ин-т географии им. В.Б Сочавы СО РАН, 2012. Т. 2. C. 206–208.

Левина Е.А. Оперативная оценка распределения степени сейсмической опасности средствами ГИС // Геоинформатика. 2016. № 1. C. 3–8.

Методика прогнозирования последствий землетрясений. М.: ВНИИ ГОЧС; ЦИЭКС; СЦ ИГЭ РАН, 2000. 27 c.

Новый каталог сильных землетрясений на территории СССР с древнейших времен до 1975 г. / Отв. ред. Н.В. Кондорская, Н.В. Шебалин. М.: Наука, 1977. 506 c.

Общее сейсмическое районирование территории Российской Федерации ОСР-2016: Поясн. зап. к комплекту карт ОСР-2016 и список населенных пунктов, расположенных в сейсмоактивных зонах // Инж. изыскания. 2016. № 7. С. 49–121.

Оценка сейсмической опасности и риска: Пособие для должностных лиц. М.: БСТС Центр, 1997. 54 с.

Пономарева Е.И., Ружич В.В., Левина Е.А. Оперативный среднесрочный прогноз землетрясений в Прибайкалье и его возможности // Изв. Ирк. гос. ун-та. Сер. Науки о Земле. 2014. Т. 8. C. 67–79.

Попов В.Л. Механика контактного взаимодействия и физика трения: От нанотрибологии до динамики землетрясений. М.: Физматлит, 2013. 340 c.

Радзиминович Н.А. Механизмы очагов землетрясений юга Байкальского региона и Северной Монголии // Геодинамика и тектонофизика. 2021. Т. 12, № 4. C. 902–908. https://doi.org/10.5800/GT-2021-12-4-0562

Ризниченко Ю.В. Размеры очага корового землетрясения и сейсмический момент // Исследования по физике землетрясений. М.: Наука, 1976. C. 9–27.

Ружич В.В. Сейсмотектоническая деструкция в земной коре Байкальской рифтовой зоны. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 1997. 144 c.

Ружич В.В., Кочарян Г.Г., Травин А.В., Савельева В.Б., Остапчук А.А., Рассказов С.В., Ясныгина Т.А., Юдин Д.С. Определение РТ-условий при формировании сейсмогенных подвижек по глубинному сегменту краевого шва Сибирского кратона // Докл. Акад. наук. 2018. Т. 481, № 4. С. 434–437. https://doi.org/ 10.31857/S086956520001774-4

Ружич В.В., Левина Е.А., Пономарева Е.А. О возможности и результатах среднесрочного прогноза опасных землетрясений в Прибайкалье и его роли в снижении сейсмического риска // Материалы IV Всерос. симп. с участием иностранных ученых, посв. 90-летию со дня рождения акад. Н.А. Логачева / Под ред. С.В. Рассказова, С.П. Приминой. Иркутск: ИЗК СО РАН, 2019. C. 167–169.

Сущев С.П., Ларионов В.И., Фролова Н.И. Оценка и управление сейсмическим риском с применением ГИС «Экстремум» // Материалы XV междунар. научно-практ. конф. «Проблемы защиты населения и территорий от чрезвычайных ситуаций», г. Уфа, 16–18 февраля 2010 г. Уфа: ФГУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ), 2010. C. 327–345.

Фролова Н.И., Угаров А.Н. База знаний о сильных землетрясениях как инструмент повышения надежности оперативных оценок потерь // Геоэкология. 2018. № 6. C. 3–20.

Фролова Н.И., Габсатарова И.П., Петрова Н.В., Угаров А.Н., Малаева Н.С. Влияние особенностей затухания сейсмической интенсивности на надежность оперативных оценок потерь от землетрясений // Геоэкология. 2019. № 5. C. 23–37.

Чипизубов А.В., Смекалин О.П. Палеосейсмодислокации и связанные с ними палеоземлетрясения по зоне Главного Саянского разлома // Геология и геофизика. 1999. Т. 40, № 6. C. 936–947.

Шебалин Н.В. Методы использования инженерно-сейсмологических данных при сейсмическом районировании // Сейсмическое районирование СССР. М.: Наука, 1968. C. 95–121.

Шебалин Н.В. Опорные землетрясения и уравнения макросейсмического поля // Новый каталог сильных землетрясений на территории СССР с древнейших времен до 1975 г. М.: Наука, 1977. С. 20–30.

Шебалин Н.В., Ершов И.А., Шестоперов Г.С. и др. Улучшенный вариант шкалы сейсмической интенсивности (MMSK-86) на базе шкал MSK-64 и МСССС-73: Заключительный отчет. М.: МСССС; ИФЗ АН СССР, 1986. 61 с.

Шерман С.И., Бержинский Ю.А., Павленов В.А., Аптикаев Ф.Ф. Региональные шкалы сейсмической интенсивности. Новосибирск: Изд-во СО РАН; Филиал «Гео», 2003. 188 с.

Шойгу С.К., Шахраманьян М.А., Кофф Г.Л., Кенжебаев Е.Т., Ларионов В.И, Нигметов Г.М. Анализ сейсмического риска, спасение и жизнеобеспечение населения при катастрофических землетрясениях: Сейсмические, методологические и методические аспекты. Ч. 1, 2. М.: ГКЧС РФ; ИЛСАН, 1992. 295 c.

Aguilar-Melendez A., Pujades L.G., de la Puente J., Barbat A.H., Ordaz S M.G., Natan Gonzalez-Rocha S., Welsh-Rodrнguez C.M., Rodriguez-Loyola H., Lantada N., Ibarra L., Garcнa-Elias A., Campos Rios A. Probabilistic assessment of seismic risk of dwelling buildings of Barcelona. Implication for the city resilience. Ch. 13. Urban resilience for risk and adaptation governance, resilient cities / Eds G. Brunetta et al. Springer Inter. Publ. AG, pt. of Springer Nature, 2019. https://doi.org/10.1007/978-3-319-76944-8_13

Calvi G., Pinho R., Magenes G., Bommer J., Restrepo-Vйlez L., Crowley H. Development of seismic vulnerability assessment methodologies over the past 30 years // ISET J. Earthq. Technol. 2006. V. 43 (3). P. 75–104.

Carreno M.L., Cardona O.D., Barbat A.H. Seismic risk evaluation for an urban centre // Proc. 250th anniversary of the 1755 Lisbon earthquake, Lisbon, Portugal, 2005. Lisbon, 2005.

Chen Y. Estimating losses from earthquakes in China in the forthcoming 50 years. Beijing: Seismol. Press, 1992.

Crowley Y., Colombi M., Borzi B., Faravelli M., Onida M., Lopez M., Polli D., Meoni F., Pinho R. A comparison of seismic risk maps for Italy // Bull. Earthq. Engin. January, 2009. V. 7 (1). P. 149–180. https://doi.org/10.1007/s10518-008-9100-7

da Porto F., Donа M., Rosti A., Rota M.,•Lagomarsino S., Cattari S., Borzi B., Onida M., De Gregorio D., Perelli F.L., Del Gaudio C., Paolo Ricci P., Speranza E. Comparative analysis of the fragility curves for Italian residential masonry and RC buildings // Bull. Earthq. Engin. 2021. V. 19. P. 3209–3252. https://doi.org/10.1007/s10518-021-01120-1

di Pasquale G., Orsini G., Romeo R. New developments in seismic risk assessment in Italy // Bull. Earthq. Engin. 2005. V. 3 (1). P. 101–128.

Dolce M., Prota A., Borzi B., da Porto F., Lagomarsino S., Magenes G.,•Moroni C., Penna A., Polese M., Speranza E.,•Verderame G.M., Zuccaro G. Seismic risk assessment of residential buildings in Italy // Bull. Earthq. Engin. 2021. V. 19. P. 2999–3032. https://doi.org/10.1007/s10518-020-01009-5

Epstein B., Lomnitz C. Модель возникновения крупных землетрясений // Nature. 1966. V. 211. P. 954–956. http://dx.doi.org/10.1038/211954b0

Fournier d'Albe. An approach to earthquake risk management // Eng. Struct. 1982. V. 4. P. 145–152.

Fournier d'Albe. The assessment of seismic risk // Proc. of UNDRO/UNESCO/USSR seminar on earthquake prediction and mitigation of earthquake losses, Dushanbe, 1986. Geneva: UNDRO, 1986.

Frolova N., Larionov V., Bonnin J. Earthquake casualties estimation in emergency mode // Human casualties in earthquakes, advances in natural and technological hazards research. Springer Sci., 2011. P. 107–124.

Frolova N., Bonnin J., Larionov V., Ugarov A. Complexity in seismic risk assessment at different levels with GIS technology application // Proc. of XII Inter. IAEG congr., Torino, 2014 / Eds G. Lollino et al. Springer Intern. Publ. Switzerland, 2015. V. 5. Eng. Geol. for Soc. and Terr. P. 381–385.

Frolova N.I., Larionov V.I., Bonnin J., Sushchev S.P., Ugarov A.N., Kozlov M.A. Loss caused by earthquakes: Rapid estimates // Nat. Hazards. 2017. V. 88, appl. 1. P. 63–80. https://doi.org/88:S63-S80 http://dx.doi.org/10.1007/s11069-016-2653-x

Gomez-Zapata J.C., Brinckmann N., Harig S., Zafrir R., Pittore M., CottonF., Babeyko A. Variable-resolution building exposure modelling for earthquake and tsunami scenario-based risk assessment: An application case in Lima, Peru // Nat. Hazards. Earth Syst. Sci. 2021. V. 21. P. 3599–3628. https://doi.org/10.5194/nhess-21-3599-2021

Iezzi F., Roberts G., Walker J. F., Papanikolaou I. Occurrence of partial and total coseismic ruptures of segmented normal fault systems: Insights from the Central Apennines, Italy // J. Struct. Geol. 2019. V. 126. P. 83–99. https://doi.org/10.1016/j.jsg.2019.05.003

Jaiswal K.S., Wald D.J., Hearne M. Estimating casualties for large earthquakes worldwide using an empirical approach. 2009. 78 p. (U.S. Geol. Survey open-file rep. of 2009–1136).

Karnik V. Existing recommendations and definitions on disaster insurance // The Geneva Pap. V. 9, N 30. 1984. P. 3–7.

Karnik V., Algermissen S.T. Seismig zoning: The assessment and mitigation of earthquake risk. Paris: UNESCO, 1978. P. 11–47.

Kocharyan G.G., Ostapchuk A.A., Pavlov D.V. Fault sliding modes-governing, evolution and transformation // Multiscale biomechanics and tribology of inorganic and organic systems / Eds G.P. Ostermeyer, V.L. Popov, E.V. Shilko, O.S. Vasiljeva. Springer: Springer Tracts in Mech. Eng., 2021. https://doi.org/10.1007/978-3-030-60124-9_15

Lagomarsino S., Cattari S., Ottonelli D. The heuristic vulnerability model: Fragility curves for masonry buildings // Bull. Earthq. Engin. 2021. V. 19. P. 3129–3163. https://doi.org/10.1007/s10518-021-01063-7

Leonard M. Earthquake fault scaling: Self-consistent relating of rupture length, width, average displacement, and moment release // Bull. Seismol. Soc. Amer. 2010. V. 100 (5A). P. 1971–1988. https://doi.org/10.1785/0120090189

Lumantarna E., Lam N., Tsang H., Wilson J., Gad E., Goldsworthy Y. Review of methodologies for seismic vulnerability assessment of buildings // Proc. of Austr. Earthq. Engin. Soc. Conf. Lorne, Victoria, 2014. P. 21–23.

Manighetti I., Campillo M., Bouley S., Cotton F. Earthquake scaling, fault segmentation, and structural maturity // Earth and Planet. Sci. Let. 2007. V. 253 (3–4). P. 429–438. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2006.11.004

Meroni F., Squarcina Th., Pessina V., Locati M., Modica M., Zoboli R. A Damage scenario for the 2012 Northern Italy earthquakes and estimation of the economic losses to residential buildings // Inter. J. Disaster Risk Sci. 2017. https://doi.org/10.1007/s13753-017-0142-9

Mitigating natural disasters: Phenomena, effects and options. A manual for policy makers and planners. N.Y.: UNDRO, 1991. 164 p.

Natural disasters and vulnerability analysis: UNDRO rep. of Expert Group Meeting, 9–12 July 1979. Geneva: UNDRO, 1980. 48 p.

Pittore M. Focus maps: A means of prioritizing data collection for efficient geo-risk assessment // Ann. of Geophys. 2015. V. 58, N 1. S0107. http://dx.doi.org/10.4401/ag-6692

Rahnama M., Wang Z., Mortgat C., Masuda M., Ahmad F., Zhang L. China probabilistic seismic risk model. Pt. 2. Building vulnerablity and loss estimation // Proc. 14 WCEE, Beijing, China, 2008.

Ranguelov B. Seismic risk mapping – state of the art in the PECO countries. Pt. 2 // Proc. Second sci. conf. with intern. particip. «Space, ecology, nanotechnology, safety», Varna, Bulgaria, June 2006.

Ranguelov B. Natural hazards – nonlinearities and assessment. Sofia: Acad. House M. Drinov, 2011. 237 p.

Risk assessment and mapping guidelines for disaster management, 2010. http://register.consilium.europa.eu/pdf/en/10/st17/st17833.en10.pdf

San’kov V.A, Chipizubov A.V., Lukhnev A.V. et al. Assessment of strong earthquake hazard in the main sayan fault zone from GPS data and paleoseismological evidence // Geol. Geofiz. 2004. V. 45 (11). P. 1369–1376.

Tyagunov S., Grunthal G., Wahlstrom R., Stempniewski L., Zschau J. Seismic risk mapping for Germany // Nat. Hazards Earth Syst. Sci. 2006. V. 6. P. 573–586.

UNISDR terminology on disaster risk reduction, 2009. http://www.unisdr.org/eng/terminology/UNISDR-terminology-2009-eng.pdf

Wells D.L., Coppersmith K.J. New empirical relationships among magnitude, rupture length, rupture width, rupture area, and surface displacement // Bull. Seismol. Soc. Amer. 1994. V. 84. P. 974–1002.

Wesnousky S.G. Displacement and geometrical characteristics of earthquake surface ruptures: Issues and implications for seismic-hazard analysis and the process of earthquake rupture // Bull. Seismol. Soc. Amer. 2008. V. 98 (4). P. 1609–1632. https://doi.org/10.1785/0120070111

Xin D., Daniell J., Wenzel F. Review of fragility analyses for major building types in China with new implications for intensity-PGA relation development // Nat. Hazards Earth System Sci. August 2019. V. 20. P. 643–672. https://doi.org/10.5194/nhess-2019-195

Xu Z., Wu S., Dai E., Li K. Quantitative assessment of seismic mortality risks in China // J. Resour. Ecol. 2011. V. 2 (1). P. 83–90.

Zaalishvili V., Burdzieva O., Kanukov A., Melkov D. Seismic risk of modern city // The Open Constr. and Build. Technol. J. 2019. V. 13. P. 308–318. https://doi.org/10.2174/1874836801913010308

Zhang L., Tao Z., Wang G. Assessment and determination of earthquake casualty gathering area based on building damage state and spatial characteristics analysis // Intern. J. Disaster Risk Reduction. 2021. V. 67. https://doi.org/10.1016/j.ijdrr.2021.102688