УДК 624.131.1:551.252

ОЦЕНКА СОЦИАЛЬНЫХ И ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ

СЕЙСМИЧЕСКОГО РИСКА НА ПРИМЕРЕ г. АНГАРСК

Е.А. Левина2, С.П. Сущев4, В.И. Ларионов4, 1, А.Н. Угаров4

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

*e-mail: frolovanina7@gmail.com

Поступила в редакцию 05.03.2022 г.; после доработки 28.04.2022 г.

Принята к публикации 05.05.2022 г.

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.

Ключевые слова: сейсмическая опасность, уязвимость застройки, показатели сейсмического

риска, ГИС «Экстремум», надежность оценок показателей риска.

DOI: https://doi.org/10.21455/GPB2022.2-5

Цитирование: Фролова Н.И., Малаева Н.С., Ружич В.В., Бержинская Л.П., Левина Е.А.,

Сущев С.П., Ларионов В.И., Угаров А.Н. Оценка социальных и экономических показателей

сейсмического риска на примере г. Ангарск // Геофизические процессы и биосфера. 2022.

Т. 21, № 2. С. 86–113. https://doi.org/10.21455/GPB2022.2-5

Введение

Уроки стихийных бедствий, произошедших во всем мире в последние годы,

показывают, что оценка их риска и управление ими все еще нуждаются в улучшении и

остаются основным вопросом в программах обеспечения готовности к катастрофам и

устойчивого развития. Совершенствование методологии оценок риска природных катастроф

и реализация мероприятий по снижению риска – одна из глобальных задач,

сформулированных в рамках Сендайской рамочной программы по снижению риска

природных катастроф на 2015–2030 гг. (https://www.unisdr.org/files/43291.pdf).

Землетрясения являются одними из самых разрушительных природных явлений,

поражающих человечество. Сейсмические события и связанные с ними негативные

природные и техногенные воздействия чаще всего приводят к гибели людей и значительным

экономическим ущербам.

При проведении расчетов потерь от землетрясений и сейсмического риска в Российской

Федерации, как и в большинстве стран мира, придерживаются единой концепции, принятой

и описанной в руководствах ООН и трудах международных и европейских конференций по

инженерной сейсмологии и сейсмостойкому строительству [Karnik, Algermissen, 1978;

Fournier d'Albe, 1982, 1986; Karnik, 1984; Mitigating..., 1991; Оценка..., 1997; UNISDR..., 2009;

Risk..., 2010; Ranguelov, 2011]. Согласно этой концепции, сейсмический риск определяется

как суперпозиция сейсмической опасности и уязвимости различных элементов риска (люди,

инженерные сооружения гражданского и промышленного назначения, линии

жизнеобеспечения, другие составляющие инфраструктуры, экономическая и коммерческая

деятельность и т.д.). В Руководстве по оценке и картированию природного и техногенного

риска на территории стран Европейского Союза (ЕС) та же концепция получила дальнейшее

развитие (http://register.consilium.europa.eu/pdf/en/10/st17/st17833.en10.pdf) [Risk..., 2010].

Расчеты показателей риска в России и других сейсмоопасных странах, как правило,

выполняются на национальном, муниципальном и городском уровнях [Chen, 1992; Carreno et

al., 2005; di Pasquale et al., 2005; Calvi et al., 2006; Ranguelov, 2006; Tyagunov et al., 2006;

Rahnama et al., 2008; Crowley et al., 2009; Jaiswal et al., 2009; Xu et al., 2011; Lumantarna et al.,

2014; Pittore, 2015; Meroni et al., 2017; Aguilar-Melendez et al., 2019; Xin et al., 2019; Zaalishvili

et al., 2019; Gomez-Zapata et al., 2021; da Porto et al., 2021; Dolce et al., 2021, Lagomarsino et

al., 2021; Zhang et al., 2021]. Соответственно результаты отображаются на картах разного

масштаба в виде количественных и качественных показателей риска, связанных с

экономическими и социальными потерями. Большинство исследований сейсмического риска

направлено на оценку повреждения зданий. Оценивается (%) количество зданий, которые

могут остаться неповрежденными или получить повреждения различной степени тяжести,

связанные с прямыми экономическими потерями при их ремонте или замене. В некоторых

случаях оценивается возможное количество пострадавших в обрушившихся зданиях.

Оценка и картирование сейсмического риска осуществляются с учетом интересов

конечного пользователя, как правило, органов управления различного уровня, и

используются при принятии решений о проведении превентивных мероприятий по

снижению уровня риска для населения или во время оперативного реагирования на только

что произошедшее событие.

Оценка сейсмического риска для г. Ангарск включает ряд этапов, связанных с

изучением сейсмотектонической обстановки (характеризуемой уровнем потенциальной

сейсмической опасности на территории города), исследованием свойств уязвимости

застройки, формированием имитационной компьютерной модели сейсмического воздействия

на застройку, позволяющей получить меру последствий возможных сценарных

землетрясений, а также оценить различные показатели сейсмического риска. Перечисленные

этапы имеют особенности, проявляющиеся при их реализации, что обусловлено

применением средств, адаптированных к конкретным условиям территории Ангарска. Это

приводит к необходимости внесения изменений в известные методы оценки сейсмического

риска. Стремление авторов к повышению качества оценок привело к переоценке требований

к результатам, получаемым на всех этапах расчета показателей риска. Обобщение и анализ

полученных данных позволили сформулировать рекомендации, направленные на снижение

риска для населения г. Ангарск.

В качестве инструмента для получения оценок показателей сейсмического риска

использована специализированная ГИС «Экстремум» [Ларионов, Фролова, 2003; Ларионов и

др., 2005; Сущев и др., 2010; Frolova et al., 2011, 2015, 2017], включающая детальное

описание свойств местности и зданий г. Ангарск. Основные отличительные черты системы –

включенная в нее база знаний с описанием сейсмических событий и их последствий

[Фролова, Угаров, 2018; Фролова и др., 2019] и математические модели, позволяющие

имитировать сейсмическое воздействие на здания, сооружения и расположенное в них

население.

В качестве исходных данных о параметрах наиболее опасных возможных для жителей

г. Ангарск событий используются результаты исследований по среднесрочному прогнозу

землетрясений [Ружич, 1997; Пономарева и др., 2014]. С помощью мультидисциплинарного

подхода определено наиболее вероятное местоположение очагов прогнозируемых сценарных

землетрясений в Еловском сегменте Главного Саянского разлома (ГСР), а также их

возможные энергетические параметры в магнитудных значениях и временной интервал

ожидания. Сценарными названы возможные события с магнитудами M = 7.1 и М = 7.8,

отнесенные к Еловскому сегменту ГСР.

В качестве исходной информации о застройке города и ее уязвимости используются

результаты наземной паспортизации и космические снимки высокого разрешения. По типу

застройки город условно разделяется на следующие части [Бержинская и др., 2009]:

1) старая историческая часть города – расположенная к северо-западу от центра города

и в основном застроенная 2-этажными каменными и крупноблочными жилыми домами

постройки начала 1950-х годов без антисейсмического усиления (тип Б1 и В1 по шкале

MMSK-86), имеющими значительный физический износ конструкций. Сюда же относятся

микрорайоны (мкр.) Китой и Майск, расположенные вдоль Транссиба, и примыкающий с

юго-востока мкр. Байкальск. Практически вся застройка мкр. Китой – деревянная

одноэтажная (тип Б); мкр. Майск и мкр. Байкальск имеют здания разной высоты, в основном

кирпичные 2–3-этажные (тип Б2) и одноэтажные деревянные (тип Б) индивидуальной

постройки. Характерной особенностью большей части зданий прилегающих поселков

является значительный процент физического износа конструкций;

2) центр исторической административно-деловой части города, представленный 2–4-

этажными каменными зданиями, выполненными в сталинском стиле 1950-х годов, с

минимальным уровнем сейсмоусиления или без него (типы В и класс С7 по шкале MMSK-

86); 3) южная часть города с преобладанием застройки из 4–5-этажных крупнопанельных

жилых домов серии 1-335с с наружными стенами из газозолобетона (тип В или С7) и их

модификаций с разными конструктивными особенностями. Многие здания имеют

значительный физический износ и относятся к «проблемным». В этой части города

встречается также застройка 2–4-этажными жилыми домами из шлакоблоков (тип Б по

шкале MMSK-86);

4) центральная часть г. Ангарск с более современной многоэтажной застройкой,

представленной типовыми крупнопанельными жилыми домами серий И-163.04, И-163.02 и

каркасными зданиями различной этажности (5–10 этажей) (класс С7), а также более высокой

современной застройкой в 9–18 этажей, преимущественно в монолитном и каркасно-

монолитном исполнении (класс С8 или С7).

Особенность нашего исследования в том, что для оценки пространственного

распределения интенсивностей сценарных землетрясений используются модели затухания,

описываемые уравнением Н.В. Шебалина [1968, 1977] и формулой экспоненциального

закона затухания интенсивности Е.А. Левиной [2016], ориентированных на применение в

пределах Байкальской зоны.

Для оценки воздействия сценарных землетрясений на здания применены две модели,

одна из которых представлена обобщенным законом разрушения В.И. Ларионова [Ларионов

и др., 2003], вторая – региональной моделью Ю.А. Бержинского [Бержинский, 2001;

Бержинский и др., 2002, 2009; Шерман и др., 2003]. Модель Ю.А. Бержинского

сформирована на основе шкалы РШСИ–2002 [Шерман и др., 2003], закон В.И. Ларионова –

на основе шкалы MMSK-86 [Шебалин и др., 1986]. Обе зависимости предназначены для

моделирования поведения зданий различных типов в условиях сейсмического воздействия

разной силы.

Для кварталов города с дефицитом сейсмостойкости приводятся оценки возможных

степеней повреждения зданий и относительного материального ущерба. Для наиболее

неблагоприятных сценарных событий поквартально оценивается индивидуальный

сейсмический риск как вероятность гибели или ранения людей и экономический риск как

определенные потери имущества от землетрясения в год.

Полученные оценки риска рекомендуется учитывать при подготовке планов

реагирования на случай чрезвычайных ситуаций, обусловленных землетрясением, и при

проведении превентивных мероприятии, в том числе по сносу или реконструкции зданий,

расположенных в кварталах с высокими показателями сейсмического риска. Снос и

реконструкция зданий рекомендуется только после соответствующего инструментального

обследования надежности их конструкции.

Сейсмотектоническая обстановка и оценка потенциальной сейсмической опасности

района исследования

Сейсмотектонические условия района исследований

Согласно актуализированной линеаментно-доменно-фокальной модели зон

возникновения очагов землетрясений для Байкальской рифтовой зоны (БРЗ), которая

является основой комплекта карт ОСР-2016 [Общее…, 2016], наиболее опасным для

г. Ангарск является возможное землетрясение на ГСР с Мmax = 8 (рис. 1). Для уточнения

сегмента ГСР и параметров возможных землетрясений, опасных для жителей г. Ангарск,

авторами были детально изучены сейсмотектоническая обстановка и уровень сейсмической

опасности рассматриваемого региона.

Город Ангарск расположен в южной части Сибирского кратона на удалении порядка

100–120 км от ГСР – одного из значимых в Байкальской рифтовой зоне (рис. 2). В пределах

ГСР, согласно проведенным сейсмогеологическим исследованиям сотрудников Института

земной коры СО РАН, были зафиксированы следы доисторических сейсмогенных разрывов

(палеосейсмодислокаций), возраст которых оценивается в сотни – первые тысячи лет, а

энергия в магнитудных значениях достигала уровня М = 8.0 [Чипизубов, Смекалин, 1999;

San’kov et al., 2004].

Изучение процессов подготовки очагов землетрясений с целью среднесрочного

прогноза и определения параметров наиболее опасных возможных событий для г. Ангарск

осуществлялось в значительной мере путем анализа и интерпретации каталога

землетрясений БРЗ с К ≥ 9.0, предоставленного Байкальским филиалом ФИЦ «Единая

геофизическая служба РАН» (БФ ФИЦ ЕГС РАН) (г. Иркутск) за период инструментальных

наблюдений с 1950 по 2021 г., а также каталога исторических землетрясений [Новый...,

1977].

Использовался комплекс накопленных геолого-геофизических данных и параметров

сейсмического режима с применением созданной ГИС для их обработки [Ружич, 1997;

Левина, 2016]. При анализе современного сейсмотектонического режима в пределах БРЗ по

геоструктурным признакам учитывались выраженные в рельефе линеаменты,

свидетельствующие о проявлении позднекайнозойского сейсмотектонического периода

разломообразования. Чтобы с наибольшей достоверностью обосновать существование

сейсмической угрозы для г. Ангарск нами применен мультидисциплинарный подход. Он

основан на выявлении признаков подготовки очагов опасных землетрясений и оценке их

параметров средствами разрабатываемого среднесрочного прогноза [Пономарева и др., 2014;

Ружич и др., 2019]. Применительно к г. Ангарск главной геолого-структурной особенностью

сейсмотектонической обстановки является существование сейсмоопасной зоны ГСР взбросо-

сдвигового типа, расположенной в Восточно-Саянской ветви краевого шва Сибирского

кратона. Юго-восточный сегмент этой зоны приурочен к западному замыканию Байкальской

рифтовой впадины, к области влияния режима рифтогенного растяжения земной коры. Это

привело к локальной трансформации характерных взбросо-сдвиговых смещений в

рифтогенные сбросо-сдвиговые, что нашло отражение в механизмах очагов сильных

землетрясений.

Заметно выраженная сейсмотектоническая активизация в зоне ГСР проявилась при

недавнем Быстринском 7-балльном землетрясении 21.09.2020 г. (К = 14.5, М = 5.5),

имеющим отчетливо выраженный левостороний взбросо-сдвиговый механизм очага [Гилева

и др., 2020]. Эпицентр землетрясения располагался на минимальном (~90 км) удалении от

г. Ангарск. Примечательно также возникновение сильного землетрясения в районе

оз. Хубсугул 11.01.2021 г., М = 6.8, с взбросо-сдвиговым механизмом очага [Радзиминович,

2021]. Эти события свидетельствуют о резко возросшей за последние месяцы

сейсмотектонической активизации на юго-восточном участке БРЗ, в процессе которой на

юго-западном сегменте ГСР произошли сбросо-сдвиговые смещения крыльев. Отчетливо

проявилась направленная к северо-западу пространственная миграция возникших очагов,

что также следует рассматривать как рост сейсмической угрозы в ближайшие десятилетия

для территории г. Ангарск. Чтобы оценить масштабы угрозы в первую очередь следует

определить три сейсмотектонических параметра: в рамках среднесрочного прогноза

установить вероятное местоположение наиболее опасного очага прогнозируемого

сценарного землетрясения в Еловском сегменте ГСР, уточнить его вероятные

энергетические параметры в магнитудных значениях и временной интервал ожидания

возможного последующего опасного землетрясения.

Методы оценки сейсмического потенциала территории

В современной сейсмогеологии оценки энергии палеоземлетрясений принято получать

из регрессионного соотношения L/M при учете протяженности отождествляемых с

косейсмическими разрывами древних сейсмодислокаций с моментной магнитудой. По

наличию нескольких многокилометровых протяженных палеосейсмодислокаций,

выявленных при полевых исследованиях, было установлено, что предельный энергетический

уровень доисторических землетрясений в исследуемом регионе мог достигать значений

М = 8.0–8.2 [Чипизубов и др., 1999]. Период повторяемости событий подобного

энергетического уровня оценивался по возрастам палеосейсмодислокаций и исчислялся

интервалами длительностью сотни–первые тысячи лет [San’kov et al., 2004]. На основании

этих сведений для Саянского сектора БРЗ в зоне ГСР традиционно принималась оценка

сейсмического потенциала на уровне Mmax = 8.0. Однако, не преуменьшая значимость

палеосейсмологического метода, назвать используемую в настоящее время оценку Mmax

бесспорной нет достаточных оснований. Причина в том, что сейсмогеологический подход

основан на далеко неоднозначно понимаемых происхождении разрывных нарушений и

сведениях о многокилометровой протяженности отнесенных к палеоразрывам разрывных

нарушений, фиксируемых в осыпающихся рыхлых осадочных отложениях.

Неопределенность имеет место и при оценке возраста палеосейсмодислокаций, особенно

полученных на основе измерения углов откосов осыпавшихся стенок трещин. В подобных

условиях точность оценок параметра Mmax, основанная на расчетах с использованием

собственных эмпирических уравнений для соотношений L/M, остается слабо обоснованной.

Следует признать, что возможности весьма трудоемкого палеосейсмологического метода

имеют существенные ограничения по точности. По опыту одного из авторов, принимавшего

непосредственное участие в проведении подобных полевых исследований, осредненные

отклонения могут достигать значений 0.5–0.75 магнитуды.

В данной работе предпринята попытка на основе дополнительных сведений применить

новый подход, который за несколько последних десятилетий получил признание в

международном научном сообществе и используется для получения потенциальных оценок

Mmax в зонах сейсмоактивных разломов.. Он основан на представлениях о геомеханическом

разделении в настоящее время зон сейсмогенерирующих магистральных разломов на

сейсмоактивные сегменты и сегменты относительно пассивные, «запертые». Подобные

режимы фиксируются инструментальными измерениями деформационной и сейсмической

активности за периоды длительностью десятки–сотни лет [Wells, Coppersmith, 1994;

Wesnousky, 2008; Iezzi et al., 2019]. Протяженные «запертые» участки принято рассматривать

как потенциально опасные сейсмические бреши, в пределах которых при накоплении

упругих деформаций могут с повышенной вероятностью возникать очаги сильных

землетрясений [Leonard et al., 2010]. Данный подход основывается на известных

трибологических закономерностях, учитываемых, в частности, в машиностроении и

подтверждаемых фиксируемыми закономерностями контактного взаимодействия

неровностей при скольжении поверхностей твердых тел с разной скоростью [Попов, 2013].

Законы трибологии в настоящее время находят все более широкое использование в

геомеханике [Ружич и др., 2018; Кочарян, Кишкина, 2020; Kocharyan et al., 2021].

Упомянутые представления о сегментации магистральных разломов были использованы для

уточнения исходных оценок потенциальной сейсмической опасности от выявленного

Еловского сегмента в шовной зоне ГСР.

Оценка магнитуды вероятного события в районе Еловской бреши

В настоящее время при дефиците геолого-геофизической информации сложно

однозначно оценивать протяженность косейсмических разломов, которые могут возникнуть

при сейсмической активизации участков ГСР в пределах выявленных брешей. Также нельзя

исключать, что косейсмическое вспарывание по участку сейсмической бреши, указанной на

рис. 2, может происходить не только как однократное по всей длине оси бреши, но и как

каскадные вспарывания с более короткими косейсмическими разрывами, которые проявятся

несколькими более слабыми землетрясениями. Авторы ориентировались на максимальные

по протяженности косейсмические разрывы и соответственно на более опасные случаи с

максимальными значениями энергии возможных землетрясений.

Сейсмический потенциал «запертых» сегментов, как отмечалось выше, можно

оценивать по эмпирическим соотношениям L/M, где L – протяженность запертого участка

или сейсмической бреши, в пределах которого предполагается возникновение

косейсмического скольжения. Данный способ, основанный на проявлениях

сейсмодинамической сегментации разломов, был использован нами для уточнения оценки

сейсмического потенциала одного из сейсмоопасных сегментов, в пределах которого есть

повышенная вероятность возникновения очага сильного землетрясения, выявленного по

современным сейсмологическим данным в зоне ГСР на удалении примерно 100–120 км от

г. Ангарск.

Для уточнения последствий подобных сценарных событий были приняты во внимание

оценки Mmax, рассчитанные с учетом максимальной протяженности косейсмического

вспарывания «запертых» сегментов зоны ГСР, достигающих 60 км согласно выявленной в

сегменте ГСР бреши. В итоге получено значение Mmax = 7.8 (К = 16.6) с использованием

формулы [Ризниченко, 1976]

lg(L) = –2.266 + 0.244K, (1)

где К – энергетический класс; L – длина косейсмического разрыв, км.

Магнитуды вычислялись по классам, указанным в каталоге на сайте БФ ФИЦ ЕГС РАН

по формулам:

К = 4 + 1.8М для К ≤ 14.0;

К = 8 + 1.1М для К > 14.0. (2)

Использовалось также значение Mmax = 7.1, вычисленное согласно формуле (3) из

работы [Leonard, 2010], которая получена на основе обощения сведений по всему миру:

M = 4.40 + 1.52 lg(L). (3)

Результаты расчетов для оценки сейсмического потенциала сценарного землетрясения в

Еловском сегменте ГСР представлены в табл. 1.

Согласно расчетам, при максимальной (L = 60 км) протяженности с предполагаемого

косейсмического разрыва, возникшего в ходе одноактного сильного землетрясения, его

энергетический потенциал будет иметь значения Mmax = 7.8–7.1. Однако не исключено, что

накопленная в районе бреши упругая энергия может высвободиться в виде серии менее

протяженных косейсмических разрывов и соответственно менее опасных землетрясений с

меньшими значениями Mmax. Такие сведения могут быть уточнены при проведении

детальных инструментальных наблюдений на участке разлома.

Оценка вероятности возникновения землетрясений

При оценках показателей сейсмического риска наряду с параметром Мmax важно также

знать длительность периодов ожидания возможных землетрясений, которые зависят от их

энергетического уровня. То есть необходимо оценивать вероятность возникновения

землетрясений. Оценку вероятности возникновения землетрясения можно осуществить с

помощью известного распределения Пуассона, которое является моделью для описания

редких явлений. Уравнение используется нами для оценки вероятности появления

некоторого количества сильных и очень сильных землетрясений в определенном районе в

заданный промежуток времени при известной повторяемости таких событий. Для

вычисления подобной вероятности была использована формула из работы [Epstein et al.,

1966]:

)( 



e

np n

(4)

где p(n) – вероятность того, что n сильных землетрясений произойдут в заданный

промежуток времени;  – среднее количество сильных землетрясений в единицу времени,

т.е. параметр повторяемости землетрясений.

Рассматривался район, ограниченный координатами: 51º–53º с.ш.; 100º–108º в.д.

Результаты показаны в табл. 2. В первом столбце таблицы указаны энергетические классы

событий, вероятность возникновения которых в выбранном районе требуется оценить. Во

втором столбце – количество землетрясений соответствующего класса из исторического

каталога землетрясений, начинающегося с 1725 г. Эта величина использовалась для

вычисления периода повторяемости. В столбцах 3–5 приведены значения вероятностей Р

возникновения хотя бы одного сейсмического события заданного класса в следующие 10, 50

и 98 лет соответственно.

Значение Р вычислялось по формуле

P = p(1) + p(2) + … = 1 – p(0), (5)

где p(n) – вероятность того, что n сильных землетрясений произойдут в заданный

промежуток времени.

При таком подсчете для оценок повторяемости землетрясений с различной энергией

необходимо, чтобы рассматриваемый период времени был не менее, чем в 3 раза длиннее

того, на который делается прогноз. Так как исторический каталог включает события за 296

лет, прогноз может быть сделан только на 98 лет. Вероятность сильных событий возрастает с

увеличением периода ожидания. Согласно данным, представленным в табл. 2, вероятность

возникновения хотя бы одного землетрясения с М ≥ 8.0 (К = 17) в ближайшие 10–50 лет

сравнительно невелика – Р = 0.03 и 0.16 соответственно. Однако угроза от землетрясений с

К = 15 и К = 16 за этот период заметно увеличивается – до значений Р от 0.36 до 0.89 для

событий с К = 16 и от 0.26 до 0.78 для событий с К = 15.

Рассмотренные параметры ожидаемых сценарных землетрясений с М = 7.1 или М = 7.8,

возможные в близко расположенном Еловском сегменте ГСР, и оценки их вероятности Р

далее использованы в качестве исходных данных при разработке специализированного ГИС-

проекта для расчета социальных и экономических показателей сейсмического риска для

г. Ангарск.

Типовая застройка г. Ангарск

В соответствии с типами существующей застройки территорию г. Ангарск можно

условно разделить на четыре зоны жилой застройки [Бержинская, 2007]: старая

историческая часть, центр исторической административно-деловой части, южная часть с

преобладанием 4–5-этажной застройкой крупнопанельными жилыми домами и центральная

часть современного г. Ангарск с многоэтажной застройки. Существует также пятая зона –

зона промышленной застройки (см. рис. 4).

Для проведения расчетов показателей сейсмического риска был выполнен анализ

данных наземной паспортизации [Бержинская, Бержинский, 2009, 2013; Бержинский, 2014]

и данных дистанционного зондирования. Разработаны модели поквартальной застройки

города с учетом доли зданий разного типа, классифицированных по шкале MMSK-86

[Шебалин и др., 1986], и их средних высот (табл. 3, рис. 3).

На рис. 4 показано поквартальное распределение типовой застройки на территории

г. Ангарск: типы А, Б, В и класс С7 в соответствии со шкалой MMSK-86. Процент зданий

класса С8 незначителен для города и на рис. 4 не представлен.

Часть города к северо-западу от центра застроена в основном 2-этажными каменными и

крупноблочными жилыми домами постройки 1950-х годов (типы Б1 и В1 по шкале MMSK-

86), имеющими значительный физический износ конструкций. Сюда же административно

относятся территории с деревянной одноэтажной застройкой (тип Б) микрорайонов Китой и

мкр. Майск и мкр. Байкальск на юго-востоке, основная застройка в котором это 2–3-этажные

кирпичные дома (тип Б2). В южной части города преобладают 4–5-этажные

крупнопанельные жилые дома первой массовой серии 1-335с с наружными стенами из

газозолобетона (класс С7), которые в настоящее время считаются «проблемными».

Одновременно с крупнопанельными зданиями в некоторых кварталах города велась

интенсивная застройка 2-, 3- и 4-этажными жилыми домами из шлакоблоков (тип Б2),

которые также имеют значительный процент физического износа. Микрорайоны

центральной современной части города застроены новыми многоэтажными комплексами –

это крупнопанельные жилые дома серий И-163.04 и И-163.02, каркасные жилые и

общественные здания различной этажности от 5 до 10 этажей, запроектированные с

сейсмоусилением на 7 баллов, а с принятием карт ОСР-97 в 2000 г. и на 8 баллов (классы С7

и С8). Здания класса С7 составляют более 50 % общей площади жилищного фонда города,

класса С8 – до 4 %, типа В – около 30 %. Около 80 % населения проживает в домах класса С7

и типа В.

Распределение средней высоты зданий по кварталам города показано на рис. 5. На

рис. 6 приведены фотографии типовой застройки города.

Методология оценки последствий землетрясений и показателей сейсмического риска

Под сейсмическим риском понимается вероятность социального или экономического

ущерба, связанного с возможным землетрясением на заданной территории в течение

определенного интервала времени.

Концепция оценки показателей риска, предусмотренная математическими моделями

ГИС «Экстремум» [Оценка..., 1997; Методика…, 2000], соответствует единой концепции,

принятой и описанной в руководствах ООН и трудах международных и европейских

конференций по инженерной сейсмологии и сейсмостойкому строительству [Natural…, 1980;

Fournier d'Albe, 1982; Karnik, Algermissen, 1978; Karnik, 1984; Mitigating…, 1991; UNISDR…,

2009; Risk…, 2010]. Согласно положениям этой концепции, сейсмический риск определяется

как суперпозиция сейсмической опасности и уязвимости различных элементов риска. В

качестве элементов риска в настоящей статье рассматриваются люди и жилая застройка

г. Ангарск.

Математические модели ГИС «Экстремум» позволяют рассчитать такие социальные

показатели сейсмического риска, как вероятность гибели людей, получение ранений разной

степени тяжести, потеря жилья при землетрясениях. В качестве экономических показателей

оцениваются вероятности средних степеней повреждений застройки города в целом и/или

для отдельных типов зданий, относительные материальные потери при получении зданиями

разных степеней повреждений, а также экономические потери при наличии исходной

информации о стоимости квадратного метра определенного типа зданий или стоимость

здания.

Поскольку основной причиной социальных и экономических потерь при

землетрясениях являются разрушенные или поврежденные здания, то процедура

определения показателей сейсмического риска связана с оценкой вероятности получения

зданиями разной степени повреждения при землетрясениях.

Расчет вероятности гибели, ранения людей и потери имущества Pk(I) в здании k-го типа,

классифицированных по шкале MMSK-86, при землетрясении интенсивности I проводится

по формуле





n

iijBk BCPIPIP i

),()()(

(6)

где

)(IP i

– вероятность наступления i-й степени повреждения здания при заданном

значении интенсивности землетрясения I; P(CjBi) – вероятность получения поражения

людьми j-й степени (гибели, ранения разной степени тяжести, потери имущества) при

условии, что наступила i-я степень повреждения здания; n – рассматриваемое число степеней

повреждения зданий.

Значения P(CjBi) могут быть получены на основе статистической обработки

эмпирических данных. При проведении расчетов социальных показателей сейсмического

риска желательно использовать региональную статистику потерь от землетрясений,

учитывающую особенности застройки региона и сейсмических процессов.

Социальный или индивидуальный сейсмический риск рассчитывается [Методика…,

2000; Ларионов, 2003; Ларионов, Фролова, 2005] по формуле

   

max

min

,),()()(),,(

kei dydxdtdIyxtfIPIyxf

(7)

где H – вероятность землетрясения для рассматриваемого района в течение года; N –

численность жителей в населенном пункте/квартале; Sг – площадь города/квартала (область

интегрирования); Imin и Imax – минимально и максимально возможная интенсивность

сотрясений в пределах заданной площадки; f(x, y, I) – плотность вероятности распределения

интенсивности землетрясения в пределах площадки с координатами x, y; Pk(I) –

параметрический закон поражения людей, размещенных в зданиях i-го типа, при

интенсивности землетрясения равной I; f(t) – функция, учитывающая размещение людей в

зданиях в течение суток; (x, y) – плотность размещения людей в пределах элементарной

площадки с координатами x, y.

Экономические показатели сейсмического риска также определяются через оценку

физического ущерба зданиям и другие элементы риска. Как правило, используемая для

практических расчетов потерь от землетрясений процедура предусматривает следующую

последовательность действий:

1) определение элементов сейсмического риска в рассматриваемом районе;

2) определение уязвимости элементов риска на сейсмическое воздействие;

3) вероятностную оценку уровня сейсмической опасности в виде возможных

землетрясений определенной интенсивности за определенный период времени на

рассматриваемой территории;

4) определение переходных коэффициентов от степени повреждения элементов риска к

стоимостным показателям, например среднее отношение ущерба или отношение стоимости

замены и сноса элемента риска к стоимости ремонта и восстановления (отношение ремонта

и/или сноса элемента риска к первоначальной стоимости).

В рамках процедуры оценки экономических показателей сейсмического риска для

определения нанесенного зданиям физического ущерба по формуле (6) рассчитывается

вероятность наступления неблагоприятного события, т.е. получения зданием определенного

типа степени повреждения от d = 1 до d = 5:

Pd = M(Vd)/V, (8)

где M(Vd) – математическое ожидание числа зданий определенного типа со степенью

повреждений d; V – общее число зданий определенного типа (шкала MMSK-86) в

рассматриваемом пункте.

Величина математического ожидания M(Vd) рассчитывается по формуле

 

max

min

,),(),,()()(

Bd dIdydxyxIyxfIPVM d

(9)

где

)(IP d

– вероятность получения зданиями определенного типа степени повреждения d

при интенсивности землетрясения I; f (x, y, I) – плотность распределения случайной

величины I в точке с координатами x, y; (x, y) – плотность зданий определенного типа на

площадке с координатами x, y; Imin , Imax – минимально и максимально возможные

интенсивности землетрясения в пределах заданной площадки; Sг – площадь рассматриваемой

территории.

Математическое ожидание относительных материальных потерь определяется по

формуле

,)( 5





dBdk d

PKUM

(10)

где

– вероятность получения зданием определенного типа степени повреждения d,

определяемая по формуле (8); Kd – ущерб для зданий со степенью повреждения d в долях от

первоначальной стоимости, т.е. уязвимость. Значения Kd приведены в табл. 4 [Шойгу и др.,

1992].

Экономические показатели сейсмического риска определяются как математическое

ожидание ущерба зданиям определенного типа в стоимостном выражении по формуле

,)( 5





dBd d

PKDUM

(11)

где D – величина равная первоначальной стоимости зданий определенного типа.

Экономический риск определяется как вероятность ущерба определенного рода за год и

рассчитывается для зданий определенного типа по формуле

 



г

max

min

,),(),,()()( 5

edIdydxyxIyxfIPKDVHR d

(12)

где Н – вероятность наступления землетрясения за год; остальные обозначения те же, что в

формулах (7)–(9).

Ниже приводятся результаты расчета социальных и экономических показателей

сейсмического риска для г. Ангарск, выполненные с помощью ГИС «Экстремум». Расчеты

проводились на случай возможных землетрясений в Еловском сегменте ГСР.

Использовались альтернативные математические модели: уравнения макросейсмического

поля Н.В. Шебалина [1968, 1977] и экспоненциального закона затухания интенсивности для

Байкальской зоны [Левина, 2016] – для моделирования затухания интенсивности;

обобщенного закона разрушения зданий [Ларионов и др., 2003; Ларионов, Фролова, 2005] и

регионального закона разрушения на основе региональной макросейсмической шкалы

РШСИ-2002 [Бержинский, 2001; Шерман и др., 2003; Бержинский и др., 2009; Ларионов и

др., 2012] – для моделирования поведения зданий различного типа. Следует отметить, что

при построении РШСИ был предложен и реализован принципиально новый тип шкалы

сейсмической интенсивности – региональный, учитывающий сейсмологические, инженерно-

геологические и строительно-климатические особенности Прибайкалья [Бержинский, 2001].

Результаты расчета последствий сценарных событий в Еловском сегменте ГСР

для г. Ангарск

В соответствии с вышеприведенным обоснованием расчеты последствий сценарных

землетрясений в г. Ангарск выполнены для возможных событий в Еловском сегменте ГСР с

наиболее вероятным местоположением очага с координатами эпицентра 51.95º с.ш. и

102.76º в.д. для двух значений магнитуд – М = 7.1 и М = 7.8.

Для гипоцентра очага сценарных событий выбрана средняя глубина его залегания

h = 17 км, учитывающая статистику глубин очагов в Байкальской рифтовой зоне (БРЗ) в

интервале значений от 10 до 20 км.

Для вероятности события в год были приняты значения Р = 0.003 и Р = 0.02

соответственно для событий с М = 7.8 и М = 7.1 с использованием данных табл. 2.

На рис. 7 показаны результаты расчета возможных степеней повреждений типовой

застройки г. Ангарск в случае более вероятного сценарного землетрясения с М = 7.1 с

использованием двух законов затухания интенсивности и двух законов разрушения зданий.

При учете в расчетах обобщенного закона разрушений 60 % общей площади застройки

города может получить легкие повреждения (d = 1) и 40 % – умеренные (d = 2). При этом в

случае использования уравнения макросейсмического поля Н.В. Шебалина [1968, 1977]

наиболее уязвимые здания типа А могут получить умеренные (d = 2) и тяжелые повреждения

(d = 3), а в случае применения экспоненциального закона затухания – повреждения зданий

типа А могут оказаться более серьезными, вплоть до частичного обрушения (d = 4).

При использовании регионального закона разрушения зданий [Бержинский, 2001;

Шерман и др., 2003] и уравнения макросейсмического поля Н.В. Шебалина 60 % общей

площади жилищного фонда в городе останется неповрежденной, 39 % – может получить

легкие повреждения (d = 1) и 1 % – умеренные повреждения (d = 2). В случае применения

экспоненциального закона большинство зданий (78 % общей площади) в городе могут

получить легкие повреждения (d = 1), а незначительное количество (18 %) – умеренные

повреждения (d = 2).

На рис. 8 приведены результаты расчета возможных степеней повреждений типовой

застройки г. Ангарск в случае сценарного землетрясения с М = 7.8 с вероятностью Р = 0.003.

Видно, что для более редкого, но более сильного события в Еловском сегменте ГСР в

среднем по городу получены более неблагоприятные оценки возможных степеней

повреждения. Меняется в сторону ухудшения и оценка степени повреждения отдельных

типов зданий, особенно при использовании экспоненциального закона затухания

интенсивности и обобщенного закона разрушения. При таком сценарии степени

повреждения зданий типа А и Б могут достигать значений d = 4 и d = 5.

Для районов с преобладающей застройкой одно- и двухэтажными зданиями типа А и В,

таких, например, как микрорайон Старо-Байкальск (рис. 9), ситуация с ущербом от

сценарного землетрясения с М = 7.8 в Еловском сегменте ГСР может быть намного

серьезнее. Так, согласно расчетам, только 5 % общей площади застройки квартала останется

неповрежденной, почти 60 % может получить повреждения от d = 2 до d = 4, а 8 %

жилищного фонда может быть полностью разрушено (d = 5).

В микрорайонах, основную застройку которых составляют сейсмостойкие здания,

например мкр. 18 (рис. 10), где 96 % жилого фонда это здания класса С7, а 4 % – здания типа

Б (2 %) и класса С8 (2 %), в случае сценарного события с М = 7.8 в Еловском сегменте ГСР в

среднем 82 % общей площади застройки могут получить легкие (d = 1) или умеренные

(d = 2) повреждения. До 3 % зданий класса С7 могут получить тяжелые повреждения (d = 3),

здания типа Б (17 % общей площади застройки) получат частичные разрушения (d = 4), а 3 %

всех зданий могут быть полностью разрушены (d = 5).

Наибольшие значения относительных материальных потерь, рассчитанных по формуле

(9) для средних степеней повреждения всех типов зданий в квартале, получены для

возможного события в Еловском сегменте ГСР с М = 7.8 при использовании

экспоненциального закона затухания интенсивности и обобщенного закона разрушения

зданий (рис. 11).

В табл. 5 приведены оценки относительных материальных потерь для сценариев «б» и

«г» (см. рис. 11) и подверженности населения последствиям сценарных событий с М = 7.8 и

М = 7.1 согласно результатам расчетов, выполненных с использованием экспоненциального

закона затухания и обобщенного закона разрушения.

В случае события с М = 7.8 в Еловском сегменте ГСР в домах с относительным

материальным ущербом в диапазоне от 0.6 до 1.0 может оказаться более 50 % жителей

города. В случае события с М = 7.1 более 90 % населения будет в домах с незначительными

материальными потерями.

В случае события с М = 7.8 в Еловском сегменте ГСР более 50 % жилой застройки

города может получить относительный материальный ущерб от 0.6 до 1.0, а в случае

события с М = 7.1 – более 90 % жилой застройки получит незначительные материальные

потери.

Зная стоимость зданий разного типа, по формуле (11) можно перейти от относительных

значений к абсолютным экономическим потерям от возможных событий.

На рис. 12 приведен пример расчета относительных материальных потерь для

отдельных типов зданий в г. Ангарск. Анализ представленных на рис. 12 данных показывает,

что несмотря на значительные потери в зданиях типа Б, основной вклад в материальные

потери от сценарного события связан с повреждениями и разрушениями зданий типа А и В,

так как процент зданий типа Б в общей застройке жилых зон невелик.

Для принятия решений о проведении превентивных мероприятий и составления планов

реагирования на чрезвычайные ситуации, вызванные землетрясениями, чаще всего

используют социальные показатели сейсмического риска. Нами выполнены оценки трех

показателей:

– Rs1 – вероятности определенного количества смертельных исходов на заданной

территории в течение определенного интервала времени;

– Rs2 – вероятности определенного количества смертельных исходов и возможности

получить ранения разной степени тяжести на заданной территории в течение определенного

интервала времени;

– Rs3 – вероятности определенного количества смертельных исходов, возможности

получить ранения разной степени тяжести и оказаться без крова на заданной территории в

течение определенного интервала времени.

В табл. 6 приведены диапазоны изменения значений риска и их качественная

характеристика.

Пример оценки социального показателя риска Rs1 для наиболее опасного, но редкого

сценарного события в Еловском сегменте с М = 7.8 с Р = 0.003 для разных законов затухания

интенсивности и законов разрушения приведен на рис. 13.

Наибольшие значения показателя Rs1 получены при использовании экспоненциального

закона затухания интенсивности для Байкальской зоны и обобщенного закона разрушения

зданий. Для 15 % площади г. Ангарск уровень риска Rs1 является незначительным, для 47 %

площади – умеренным. Для 30 % площади города риск оценивается как высокий и весьма

высокий, требующий проведения мероприятий по снижению уровню риска. А для 5 %

площади города уровни показателей рисков являются недопустимо высокими – более 50∙10–

5/год (табл. 7). Соответственно и средние показатели рисков Rs2 и Rs3 для разных районов

города будут весьма высокими (рис. 14).

При использовании в расчетах риска уравнения макросейсмического поля Н.В.

Шебалина и регионального закона разрушения количество жителей в зонах высокого риска

уменьшается (см. табл. 7, рис. 15).

На рис. 16 приведены результаты расчета социальных показателей риска Rs1, Rs2 и Rs3

для более частого (Р = 0.02), но с меньшей магнитудой М = 7.1 возможного события в

Еловском сегменте ГСР для экспоненциального закона затухания интенсивности и

обобщенного закона разрушения, которые дают наибольшие значения риска.

Для 52 % населения г. Ангарск уровень риска Rs1 при таком сценарии является

незначительным, а для 12 % – умеренным. Для 30 % населения риск оценивается как

высокий и весьма высокий, требующий проведения мероприятий по снижению уровня риска,

а для 6 % риски являются недопустимо высокими – более 50∙10–5/год (см. табл. 7).

Соответственно и показатели риска Rs2 и Rs3 будут весьма высокими (рис. 17, табл. 8).

Анализ полученных социальных показателей риска показывает, что при любом

сценарном событии в Еловском сегменте ГСР (М = 7.1 или М = 7.8) наиболее пострадавшими

являются микрорайоны Байкальск и Старо-Байкальск и квартал 258, расположенные в

южной части зоны I; часть мкр. Китой, расположенного в северной части зоны I; квартал 252

и мкр. Новый-4, расположенные на юго-западе зоны IV. Для этих же районов города были

получены и наиболее высокие значения относительных материальных потерь от сценарных

событий (рис. 18).

Обсуждение полученных результатов. Рекомендации по снижению показателей

сейсмического риска для г. Ангарск

Несмотря на неоднозначность оценок уровня сейсмической опасности, связанную с

недостаточной изученностью энергетических, пространственно-временных и

пространственных параметров подготовки очагов землетрясений в зоне ГСР, анализ

полученных в статье результатов моделирования социальных и экономических показателей

сейсмического риска для г. Ангарск свидетельствует о необходимости проведения

мероприятий по снижению его уровня.

Разброс в оценке показателей риска связан как с магнитудой возможного события, так и

с параметрами законов затухания интенсивности и разрушения зданий. Использование в

расчетах экспоненциального закона затухания интенсивности для Байкальской зоны [Левина,

2016] дает более высокие показатели ущерба и потерь по сравнению с расчетами по

уравнению макросейсмического поля Н.В. Шебалина [1968, 1977]. Региональный закон

разрушения зданий [Бержинский, 2001] дает более умеренные оценки показателей риска по

сравнению с обобщенным законом разрушения [Ларионов и др., 2003; Ларионов, Фролова,

2005].

При оценке возможных социальных показателей риска в г. Ангарск в случае сценарных

землетрясений в Еловском сегменте ГСР с М = 7.1 и М = 7.8 нами использовались разные

законы, чтобы получить максимально неблагоприятные оценки, которые могут быть учтены

органами МЧС для обоснования краткосрочных и долгосрочных планов реагирования на

случай сильного землетрясения.

Полученные в статье экономические показатели риска свидетельствуют о

разнородности жилой застройки города и разной степени сейсмической уязвимости его

частей. Часть застройки г. Ангарск может характеризоваться благоприятными факторами,

часть – неблагоприятными. К благоприятным относятся:

– высокий суммарный процент жилых домов с классом сейсмостойкости С7–С8;

– высокая доля общей площади зданий, выполненных в крупнопанельном и

монолитном вариантах.

К неблагоприятным факторам относится значительный дефицит сейсмостойкости

жилых домов старой массовой застройки.

Учет полученных оценок уязвимости жилой застройки и экономических показателей

риска для г. Ангарск в случае сейсмотектонической активизации в зоне Главного Саянского

разлома позволяет сформулировать рекомендации, направленные на смягчение последствий

возможных землетрясений на его территории. Необходимо:

– провести комплексные исследования по уточнению карт сейсмического

микрорайонирования, отражающих фактически сложившиеся на территории города условия;

– провести паспортизацию городских объектов общественного назначения (категории В

согласно карте ОСР-2015);

– провести массовое инженерно-техническое обследование старых 2–3-этажных

кирпичных зданий (тип Б) в северо-западной части города с целью уточнения степени

сцепления кирпичной кладки и по результатам обследования назначить необходимые

конструктивные мероприятия;

– провести паспортизацию крупнопанельных жилых домов серии 1-335с (класс С7), по

результатам которой определить методы сейсмоусиления данной застройки в рамках

целевых программ по обеспечению сейсмобезопасности населения Иркутской обл.

Заключение

Авторами разработаны принципы и алгоритм количественной оценки социальных и

экономических показателей сейсмического риска для урбанизированной территории. На базе

ГИС «Экстремум» создан специализированный цифровой проект г. Ангарск,

предназначенный для проведения оценок социальных и экономических показателей

сейсмического риска урбанизированных территорий.

В статье уточнены оценки местоположения и энергетических характеристик сценарных

событий в Еловском сегменте ГСР на основе использования сведений о сегментации ГСР,

соотношений M/L и выявления потенциально опасного района для г. Ангарск в виде

сейсмической бреши. Актуализирована информация о наземной паспортизации жилой

застройки г. Ангарск на основе использования данных дистанционного зондирования.

Город Ангарск находится на удалении 100–120 км от Еловского сегмента ГСР, где

возможны события с М = 7.8 и М = 7.1 с вероятностью соответственно Р = 0.03 и Р = 0.36

для периода ожидания 10 лет и Р = 0.16 и Р = 0.89 для периода ожидания 50 лет. Расчеты

показателей риска выполнены для наиболее опасного, но редкого события с М = 7.8 и для

относительно более слабого события с М = 7.1, вероятность возникновения которого

достаточно высока.

Расчеты показателей риска выполнены с помощью ГИС «Экстремум» для

альтернативных законов затухания интенсивности: уравнения макросейсмического поля Н.В.

Шебалина и экспоненциального закона затухания интенсивности для Байкальской зоны. При

моделировании поведения зданий использовались обобщенный закон разрушения зданий и

региональный закон разрушения на основе макросейсмической шкалы РШСИ-2002.

Несмотря на существенную неопределенность в параметрах возможных событий и

оценках социальных и экономических показателей риска, полученные результаты

свидетельствует о важности мероприятий по понижению уровня риска и обеспечению

безопасности населения г. Ангарск.

Полученные оценки риска для сценарного события с М = 7.1 могут быть использованы

региональным подразделением МЧС РФ для подготовки краткосрочного плана реагирования

на случай относительно слабого события с высокой вероятностью. Оценки для редкого

события с М = 7.8 можно учесть при разработке долгосрочного плана реагирования и

проведения превентивных мероприятий.

Анализ поведения зданий разного типа в г. Ангарск в случае сценарных событий с

М = 7.1 и М = 7.8 позволяет обосновать решения директивных органов города о сносе или

реконструкции зданий, расположенных в кварталах с высокими показателями сейсмического

риска, с учетом инструментального обследования надежности конструкций зданий.

Отмеченная выше неопределенность оценок уровня сейсмической опасности и

показателей сейсмического риска носит объективный характер. Причины такой

неопределенности связаны с отсутствием достаточно полной и надежной информации о

развитии сейсмогеологических процессов при подготовке очагов землетрясений.

Недостаточно исследованы региональные особенности затухания сейсмической

интенсивности и уязвимости существующей застройки города.

Дальнейшему повышению надежности и точности оценок параметров подготовки

очагов опасных для города землетрясений и показателей риска могут способствовать

организация технически оборудованных полигонов для проведения постоянных

инструментальных наблюдений в выявленных сейсмоопасных сегментах разломов и оценка

уязвимости существующей застройки и других элементов риска в городе.

В дальнейшем авторы планируют продолжить исследования по оценке показателей

сейсмического риска для г. Ангарск с учетом возможных аварий на промышленных объектах

города, что позволит более обоснованно планировать мероприятия по понижению уровня

риска для обеспечения безопасности населения города.

Финансирование

Статья подготовлена в рамках выполнения государственного задания Института

геоэкологии им. Е.М. Сергеева РАН по теме НИР № г.р. 122022400105-9 «Прогноз,

моделирование и мониторинг эндогенных и экзогенных геологических процессов для

снижения их негативных последствий» базового бюджетного проекта «Современная

геодинамика, механизмы деструкции литосферы и опасные геологические процессы в

Центральной Азии».

Благодарности

Авторы выражают благодарность своим коллегам за постоянную поддержку и

конструктивные предложения при обсуждении методических вопросов оценки показателей

сейсмического риска. Особая благодарность сотрудникам Центра исследований

экстремальных ситуаций за плодотворное сотрудничество и вклад в развитие среды ГИС

«Экстремум».

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Литература

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

Сведения об авторах

ФРОЛОВА Нина Иосифовна – Институт геоэкологии им Е.М. Сергеева РАН. Россия,

101000, г. Москва, Уланский пер., д. 13, стр. 2, а/я 145. E-mail: frolovanina7@gmail.com

МАЛАЕВА Наталья Сергеевна – Институт геоэкологии им Е.М. Сергеева РАН. Россия,

101000, г. Москва, Уланский пер., д. 13, стр. 2, а/я 145. E-mail: natashamalaeva@yandex.ru

РУЖИЧ Валерий Васильевич – Институт земной коры СО РАН. Россия, 664033,

г. Иркутск, ул. Лермонтова, д. 128. E-mail: Ruzhich@crust.irk.ru

БЕРЖИНСКАЯ Лидия Петровна – Институт земной коры СО РАН. Россия, 664033,

г. Иркутск, ул. Лермонтова, д. 128. E-mail: Вerj.LP@yandex.ru

ЛЕВИНА Елена Алексеевна – Институт земной коры СО РАН. Россия, 664033, г. Иркутск,

ул. Лермонтова, д. 128. E-mail: levina@crust.irk.ru

СУЩЕВ Сергей Петрович – Московский государственный технический университет им.

Н.Э. Баумана. Россия, 105005, г. Москва, 2-я Бауманская ул., 5, стр. 1. E-mail:

Sersan150@mail.ru

ЛАРИОНОВ Валерий Иванович – Московский государственный технический университет

им. Н.Э. Баумана. Россия, 105005, г. Москва, 2-я Бауманская ул., 5, стр. 1. E-mail:

larionovvi14@yandex.ru

УГАРОВ Александр Николаевич – Московский государственный технический

университет им. Н.Э. Баумана. Россия, 105005, г. Москва, 2-я Бауманская ул., 5, стр. 1.E-mail:

garo@esrc.ru

ASSESSMENT OF SOCIAL AND ECONOMIC PARAMETERS OF SEISMIC RISK: THE

ANGARSK CITY AREA

S.P. Suchshev4, V.I. Larionov4, 1, A.N. Ugarov4

1 Sergeev Institute of Environmental Geosciences, Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia

2 Institute of the Earth Crust, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, Irkutsk, Russia

3 Irkutsk Scientific-Research Technical University, Irkutsk, Russia

4 Bauman Moscow State Technical University, Moscow, Russia

*e-mail: frolovanina7@gmail.com

Abstract.This paper selects and describes the procedures for assessing social and economic

parameters of seismic risk using the example of the Angarsk City, Irkutsk region located at

distances of 100–120 km from active seismic faults in the East Sayan Uplift and the Baikal Rift

Zone, where earthquakes of magnitude М = 6.5–8.0 can occur. The relevance of this study follows

from the required verification of the seismic hazard level of this rapidly developing region and the

Declaration of the Sendai Framework Program for the Natural Disasters Risk Reduction for 2015–

2030, calling for the improvement of risk assessment methodology and the implementation of

measures to reduce it. The paper has for its goal reliable estimates of seismic risk parameters, which

are necessary and sufficient in order to take a decision for risk reduction. The scientific novelty is

due to the fact that for the first time in the study of a single city, the results of all stages of the study

are presented, including the verified seismic hazard assessment, the vulnerability of elements at

risk, as well as computation of various parameters of possible damage associated with the risk. For

the first time, we did a joint analysis of all obtained variables. Methods of computer simulation

were used to assess the risk parameters along with the «Extremum» GIS developed with the

participation of the authors of this article. In addition to the methodological procedures, the article

provides a justification for the parameters of possible and most hazardous seismic events. For the

Angarsk City, the events have grades 8, 8, and 9 on the MMSK-86 intensity scale. The resulting

values of the social and economic parameters of seismic risk proved to be the highest for the city

districts of Baikalsk, Starobaikalsk, Kitoy, and Novy-4, which implies the need for implementation

of special measures, including inspection and strengthening of the buildings.

Keywords: seismic hazard, vulnerability of existing structures, seismic risk parameters,

«Extremum» GIS, reliability of risk parameter estimates.

About the authors

FROLOVA Nina Iosifovna – Sergeev Institute of Environmental Geosciences, Russian Academy

of Sciences. Russia, 101000, Moscow, Ulansky lane, 13-2. E-mail: frolovanina7@gmail.com

MALAEVA Natalya Sergeevna – Sergeev Institute of Environmental Geosciences, Russian

Academy of Sciences. Russia, 101000, Moscow, Ulansky lane, 13-2. E-mail:

natashamalaeva@yandex.ru

RUZHICH Valery Vasilievich – Institute of the Earth’s Crust, Siberian Branch of the Russian

Academy of Sciences. Russia, 664033, Irkutsk, Lermontova st., 128. E-mail: Ruzhich@crust.irk.ru

BERZHINSKAYA Lidiya Petrovna – Institute of the Earth’s Crust, Siberian Branch of the

Russian Academy of Sciences. Russia, 664033 Irkutsk, Lermontova st., 128. E-mail:

Вerj.LP@yandex.ru

LEVINA Elena Alekseevna – Institute of the Earth’s Crust, Siberian Branch of the Russian

Academy of Sciences. Russia, 664033, Irkutsk, Lermontova st., 128. E-mail: levina@crust.irk.ru

SUCHSHEV Sergey Petrovich – Bauman Moscow State Technical University. Russia, 105005,

Moscow, 2nd Baumanskaya st., 5/1. E-mail: Sersan150@mail.ru

LARIONOV Valery Ivanovich – Bauman Moscow State Technical University. Russia, 105005,

Moscow, 2nd Baumanskaya st., 5/1. E-mail: larionovvi14@yandex.ru

UGAROV Alexander Nikolaevich – Bauman Moscow State Technical University. Russia,

105005, Moscow, 2nd Baumanskaya st., 5/1.E-mail: garo@esrc.ru

Cite this article as: Frolova N.I., Malaeva N.S., Ruzhich V.V., Berzhinskaya L.P., Levina E.A.,

Suchshev S.P., Larionov V.I., Ugarov A.N. Assessment of social and economic parameters of

seismic risk: The Angarsk city area, Geofizicheskie Protsessy i Biosfera (Geophysical Processes and

Biosphere), 2022, vol. 21, no. 2, pp. 86–113 (in Russian). https://doi.org/10.21455/gpb2022.2-5

English version: Izvestiya, Atmospheric and Oceanic Physics, 2022, vol. 58. ISSN: 0001-4338

(Print), 1555-628X (Online). https://link.springer.com/journal/volumesAndIssues/11485

Таблица 1. Оценки прогнозируемого сейсмического потенциала сценарного землетрясения в

Еловском сегменте ГСР с учетом протяженности ожидаемых косейсмических разрывов

Показатель

Формула (1)

Формула (3)

L, км

Mmax

6.0

7.1

7.8

6.4

6.8

7.1

14.6

15.8

16.6

15.0

15.5

15.8

Таблица 2. Оценка вероятности возникновения землетрясения с энергией К = 15,16 и 17 в

районе исследования за разные временные интервалы

Вероятность Р хотя бы одного события

Класс К

Количество

событий за 296

лет (1725–2021

гг.)

за 10 лет

за 50 лет

за 98 лет

0.26

0.78

0.95

0.36

0.89

0.98

0.03

0.16

0.28

Таблица 3. Поквартальные модели застройки г. Ангарск

Микрорайон (мкр.) / квартал

Общая площадь

строительного фонда

микрорайонов (кварталов) по

классам сейсмостойкости, %

Этажность строительного

фонда микрорайонов

(кварталов) по классам

сейсмостойкости, м

Кварталы 1–61

0.52

0.255

0.173

0.052

Кварталы 72–74, 80–81, 88–89,

0.69

0.196

0.114

Кварталы 55, 58, 75–78, 106–

107, 123–124

0.222

0.144

0.634

Микрорайон (мкр.) / квартал

Общая площадь

строительного фонда

микрорайонов (кварталов) по

классам сейсмостойкости, %

Этажность строительного

фонда микрорайонов

(кварталов) по классам

сейсмостойкости, м

Кварталы 79, 87, 90, 189, 208–

210, 221–222, 225А, 250–258,

272, 279–290, мкр. Новый-4,

Китой, Европейский

0.04

0.68

0.28

Кварталы 82, 85, 86

0.16

0.28

0.56

Кварталы 84, 85А, 95, мкр. 29

0.127

0.348

0.313

0.21

Кварталы 91–94, 99–103, Л

0.02

0.1

0.56

0.32

Кварталы 108, 120, 125, 192,

205–206, 212, 219–220, 225,

мкр. 12А, 19, 22, 30–34

114-й квартал, мкр. 11–14

0.1

0.72

0.18

Кварталы 126, 259, 266,

мкр. Байкальск, Кирова,

Северный, Старица, Старо-

Байкальск, Строитель, Юго-

Восточный

0.48

0.06

0.46

Квартал 177

0.11

0.89

Кварталы 178–180, 182, 188

0.08

0.92

Кварталы 211, А, Б,

мкр. Шеститысячник, пос.

Цементный

Кварталы 215, 232, мкр. 15

0.03

0.97

Кварталы 271–279, мкр. 6, 6А,

7, 7А

0.01

0.99

мкр. 8–10

0.05

0.49

0.46

мкр. 17, 17А, 18

0.02

0.96

0.02

мкр. Майск

Таблица 4. Значения показателя ущерба зданий в зависимости от степени их повреждения

Степени повреждений

Уязвимость (Kd)

d = 1

K1 = 0.03

d = 2

K2 = 0.15

d = 3

K3 = 0.50

d = 4

K4 = 0.90

d = 5

K5 = 1.00

Таблица 5. Оценки площади возможных последствий в г. Ангарск от сценарных

землетрясений в Еловском сегменте ГСР с М = 7.8 и М = 7.1, рассчитанных с использованием

экспоненциального закона затухания и обобщенного закона разрушения

Диапазон

относительны

материальных

потерь

Сценарное событие с M = 7.8

Сценарное событие с M = 7.1

Площадь

км2

0–0.2

1.6

12.7

0.2–0.4

7.5

15.6

0.4–0.6

3.5

0.5

0.6–0.8

14.3

0.7

0.8–1.0

2.4

Итого

29.4

100

29.4

100

Таблица 6. Интервалы изменения значений сейсмического риска, использованные при

построении карт социальных показателей риска Rs1, Rs2, Rs3

Границы интервала рисков,

Rs (1∙10–5)

Качественная характеристика

уровня рисков

менее 1

Незначительный

1–10

Умеренный

10–20

Высокий

20–50

Весьма высокий

более 50

Недопустимо высокий

Таблица 7. Площади зон с разным уровнем сейсмического риска в случае сценарного

землетрясения с М = 7.8 с Р = 0.003

Диапазоны

Rs, 10–5/год

Rs1 (см. рис. 12, а)

Rs1 (см. рис. 12, б)

Rs1 (см. рис. 12, в)

Площадь

км2

менее 1

9.4

36.0

43.9

1–10

29.3

11.6

17.6

10–20

3.6

11.8

0.8

20–50

17.1

2.1

более 50

2.9

0.8

Итого

62.2

100

62.2

100

62.2

100

Таблица 8. Площади зон с разным уровнем сейсмического риска в случае сценарного

землетрясения с М = 7.1 с Р = 0.02 при использовании экспоненциального закона затухания

для Байкальской зоны и обобщенного закона разрушения

Диапазоны

Rs, 10–5/год

Rs1 (см. рис. 18, а)

Rs2 (см. рис. 18, б)

Rs3 (см. рис. 18, в)

Площадь

км2

менее 1

38.2

34.0

1–10

5.0

5.5

1.7

10–20

4.5

2.8

4.2

20–50

11.6

1.0

2.4

более 50

2.9

19.0

20.0

Итого

62.2

100

62.2

100

62.2

100

ПОДПИСИ К РИСУНКАМ

Рис. 1. Фрагмент актуализированной линеаментно-доменно-фокальной модели зон ВОЗ для

Байкальской рифтовой зоны

1 – домены; 2 – линеаменты

Рис. 2. Структурно-тектоническая карта района исследований

1 – основные геоструктурные объекты: а – юго-западный фрагмент Байкальской

рифтовой впадины, б – Сибирский крвтон; 2 – главные сейсмоактивные разломы; 3 –

эпицентры землетрясений разных энергетических классов (К = 11–16), произошедших с

1950 г.; 4 – сейсмическая брешь в сегменте Главного Саянского разлома, сформировавшаяся

за последние 20 лет. «Звездочкой» показано предполагаемое по геоструктурным признакам

место расположения эпицентра сценарного сильного землетрясения

Рис. 3. Схема расположения кварталов г. Ангарск

1–3 – типы кварталов: 1 – жилые; 2 – промышленные; 3 – садовые участки

Рис. 4. Поквартальное распределение типовой застройки в г. Ангарск: типы А (а), Б (б), В (в)

и класс С7 (г)

1–4 – распределение типов зданий в квартале: 1 – нет зданий данного типа; 2 – менее

20 %; 3 – 20–50 %; 4 – более 50 %. I – старая историческая часть города; II – центр

исторической административно-деловой части города; III – южная часть города; IV –

центральная часть; V – промышленная застройка (преимущественно)

Рис. 5. Распределение средних высот в зданиях разного типа на территории г. Ангарск

1–4 – количество этажей в зданиях: 1 – 1–2 этажа; 2 – 3–4 этажа; 3 – 5 этажей; 4 –

больше 6 этажей

Рис. 6. Примеры конструктивных типов зданий в застройке г. Ангарск

а, б – каменные здания, выполненные в сталинском стиле (тип В); в – крупнопанельный

жилой дом с наружными стенами из газозолобетона серии 1-335с (класс С7); г – жилой дом

из крупных шлакобетонных блоков (тип Б); д–ж – крупнопанельные жилые дома серий И-

163.02, И-163.04 и 1-447c соответственно (класс С7)

Рис. 7. Распределение степеней повреждения типовой застройки в г. Ангарск для сценарного

землетрясения с М = 7.1

I – расчеты по обобщенному закону разрушения зданий; II – расчеты по региональному

закону разрушения зданий; а – расчеты по уравнению макросейсмического поля Н.В.

Шебалина; б – расчеты в соответствии с экспоненциальным законом затухания

интенсивности для Байкальской рифтовой зоны

Рис. 8. Распределение степеней повреждения типовой застройки в г. Ангарск для сценарного

землетрясения с М = 7.8

I – расчеты по обобщенному закону разрушения зданий; II – расчеты по региональному

закону разрушения зданий; а – расчеты по уравнению макросейсмического поля Н.В.

Шебалина; б – расчеты в соответствии с экспоненциальным законом затухания

интенсивности для Байкальской рифтовой зоны

Рис. 9. Распределение степеней повреждения зданий разных типов в квартале «мкр. Старо-

Байкальск» для сценарного землетрясения с М = 7.8 (экспоненциальный закон затухания,

обобщенный закон разрушения)

Рис. 10. Распределение степеней повреждения зданий разных типов в квартале «18-й мкр.»

для сценарного землетрясения с М = 7.8 (экспоненциальный закон затухания, обобщенный

закон разрушения)

Рис. 11. Распределение относительных материальных потерь по кварталам г. Ангарск,

рассчитанных для разных сценарных событий

а – М = 7.8, уравнение Н.В. Шебалина, обобщенный закон разрушений; б – М = 7.8,

экспоненциальный закон затухания, обобщенный закон разрушения; в – М = 7.8,

экспоненциальный закон затухания, региональный закон разрушения; г – М = 7.1,

экспоненциальный закон затухания, обобщенный закон разрушения.

1–5 – относительные материальные потери: 1 – 0–0.2; 2 – 0.2–0.4; 3 – 0.4–0.6; 4 – 0.6–

0.8; 5 – 0.8–1.0. I–V – административно-территориальные части города (см. рис. 4)

Рис. 12. Относительные материальные потери для зданий разного типа в г. Ангарск

(сценарное событие с М = 7.8 в Еловском сегменте ГСР, обобщенный закон разрушения)

1–5 – см. на рис. 11

Рис. 13. Социальные показатели сейсмического риска для жителей г. Ангарск в случае

сценарного события с М = 7.8 в Еловском сегменте ГСР с Р = 0.003

а – Rs1 (экспоненциальный закон затухания интенсивности для Байкальской зоны,

обобщенный закон разрушения зданий); б – Rs1 (уравнение макросейсмического поля

Н.В. Шебалина, обобщенный закон разрушения зданий); в – Rs1 (экспоненциальный закон

затухания интенсивности для Байкальской зоны, региональный закон разрушения зданий).

1–5 – вероятность, 10–5/год: 1 – < 1; 2 – 1–10; 3 – 10–20; 4 – 20–50; 5 – > 50. I–V – см. на

рис. 4

Рис. 14. Средние значения социальных показателей сейсмического риска Rs1, Rs2 и

Rs3 (10–5/год) для разных (I–IV) частей г. Ангарск для сценарного события с M = 7.8 (см.

рис. 13, а)

I–IV – см. на рис. 4

Рис. 15. Процент площади зон с разным уровнем сейсмического риска в г. Ангарск в случае

сценарного землетрясения с М = 7.8 с Р = 0.003

а – Rs1 (экспоненциальный закон затухания интенсивности для Байкальской зоны,

обобщенный закон разрушения зданий); б – Rs1 (уравнение макросейсмического поля

Н.В. Шебалина, обобщенный закон разрушения зданий); в – Rs1 (экспоненциальный закон

затухания интенсивности для Байкальской зоны, региональный закон разрушения зданий).

Усл. обозн. см. на рис. 13

Рис. 16. Социальные показатели сейсмического риска Rs1 (а), Rs2 (б) и Rs3 (в) для жителей

г. Ангарск в случае сценарного события с М = 7.1 в Еловском сегменте ГСР с Р = 0.02

(экспоненциальный закон затухания интенсивности для Байкальской зоны, обобщенный

закон разрушения зданий)

1–5 – вероятность, 10–5/год: 1 – < 1; 2 – 1–10; 3 – 10–20; 4 – 20–50; 5 – > 50. I–V – см. на

рис. 4

Рис. 17. Средние значения социальных показателей сейсмического риска Rs1, Rs2 и Rs3 (10–

5/год) для разных (I–IV) частей г. Ангарск для сценарного события с M = 7.1

(экспоненциальный закон затухания интенсивности для Байкальской зоны, обобщенный

закон разрушения зданий (см. рис. 16))

I–IV – см. на рис. 4

Рис. 18. Процент площади зон с разным уровнем сейсмического риска Rs1 (а), Rs2 (б) и Rs3

(в) в случае сценарного землетрясения с М = 7.1 с Р = 0.2 для экспоненциального закона

затухания интенсивности для Байкальской зоны и обобщенного закона разрушения зданий

Усл. обозн. см. на рис. 16