مقاله ارائه یک روش ارزیابی سریع خطرپذیری لرزهای برای سامانه های حمل ونقل برون شهری

بخشی از مقاله

*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***

ارائه یک روش ارزیابی سریع خطرپذیري لرزهاي براي سامانه هاي حمل ونقل برون شهري

چکیده

در این مقاله روشی برای ارزیابی سریع خطرپذیری لرزهای۱ سامانههای حملونقل جادهای برونشهری معرفی، و کـاربرد آن درمورد جاده های کشور ایران در محدودههای استانی ارائه شدهاست. بطور کلـی در اکثـر مطالعـات انجـامشـده در زمینه ارزیابی خطرپذیری لرزهای، تنهـا معیارهـای خطـر و آسـیبپـذیری فیزیکـی زیرسـاختهـای حمـلونقـل مـدنظر قرارگرفتهاند، حال آنکه در شبکه حملونقل برونشهری علاوه بر معیارهای فوق، موضوعات عبور مسافر و حمـل کـالا نیـز در مطالعات خطرپذیری بسیار مؤثر هستند. با ترکیب معیارهای خطر زلزله، آسیبپذیری و ترافیک عبوری مـیتـوان یـک روش جدید دو مرحلهای برای ارزیابی خطرپذیری لرزهای، و بر آن اساس یک مـدل جدیـد بـرای مـدیریت خطرپـذیری لرزهای جادههای برونشهری ارائه کردد. مرحله اول روش پیشنهادی، که در این مقالـه بـه آن پرداختـه مـیشـود، بـرای ارزیابی سریع و مرحله دوم آن، که در مقالهای دیگر مورد بحث قرار خواهد گرفت، برای ارزیـابی تفـصیلی اسـت. نتیجـه حاصل از مرحله اول روش یک اولویتبندی منطقیتر برای بکارگیری مـدیریت خطرپـذیری لـرزهای ، بـه ویـژه بهـسازی لرزهای سامانههای جادهای کشور است، که با استفاده از آن بخشهایی که باید مورد بررسی تفـصیلی قـرار گیرنـد تعیـین میشوند. اینگونه اولویتبندی میتواند به تصمیمسازان حملونقل ایران و کشورهای مشابه، به ویـژه کـشورهای درحـال توسعه، در فرآیند کاهش خطرپذیری و تخصیص بودجه کمک فراوانی کند. روش پیشنهادی این ویژگـی را دارد کـه قـادر است متغیرهای مرتبط را مستقلاﹰ یا در ترکیب با یکدیگر درنظر بگیرد و بین آنهـا یـک ارتبـاط مناسـب، ازلحـاظ نـوع، وزن، اولویت و ...، برقرار کند. میتوان ادعا کرد که در این زمینه، روش معرفیشده کاملاﹰ جدید است و تاکنون مـورد مـشابهی در دنیا، به ویژه برای جادههای برونشهری، ارائه نشدهاست.

.1 مقدمه

اهمیت سامانههاي ترابري برونشهري به عنوان مهمتـرین نمـاد و اساسیترین پیشنیاز توسعه در هر کشور بر کسی پوشیده نیست. از سوي دیگر آسیبپذیرينسبتاً زیاد ایـن سـامانههـا تحـت اثـر زلزله به ویژه در کشورهاي در حال توسـعه، از جملـه ایـران، در دهههاي اخیر بر اهل فن روشن شده است. جادههاي بینشـهري براي خدمترسانی پساز بحران نیز باید قابلیتهاي خود را حفظ کنند. در زلـزله دي ماه سـال 1382 شهرهاي بـم و بروات، جـاده ارتباطی آنها با مرکز استان آسیب چندانی ندیدهبود، ولی به دلیـل حجم بالاي ترافیک براي کمکرسانی به منطقه و علیرغم آنکه از طرق هوایی و ریلی نیز با تمام ظرفیـت کـار امدادرسـانی انجـام میشد، راه موجود ظرفیت کافی نداشت. موضـوع عـدم کـارآئی لازم جادهها بلافاصله پس از زلزله، با وجود آنکه آسیب سـازهاي قابل ملاحظـهاي ندیـدهبودنـد در زلزلـه تیرمـاه سـال 1381 آوج (چنگـوره) هـم دیـده شـدهبـود. پـس از وقـوع زلزلـه مـذکور، امدادرسانی از طریق تنها جاده فرعی روسـتایی کـه پـلهـا (و در واقع آبروهاي) آن توان مقاومت در برابـر عبـور کـامیون وبعـضاً تریلی را نداشتند انجام میشد .[1]

سنگریزش حاصل از زلزله فیروزآباد کجور که در خردادماه سـال 1383 محور کندوان، واقع در جاده چالوس را تحت تأثیر قرارداد

و باعث ریزش سـنگهـاي بـزرگ از کـوه بـر روي جـاده شـد، تخریـب کیلومترهـا راه اصـلی، فرعـی و روسـتایی و همچنـین هزینهاي بالغ بر هزاران میلیون ریال جهت بازسازي و ایمنسازي محور را بههمراه داشت. محاسبه خسارات غیرمـستقیم اقتـصادي ناشی از بیکاري رستوران دارها، خرابی محصولات کشاورزي بـه دلیل حمل نکردن بهموقع آنها در سطح کشور و ... نیز - که بسیار مشکل است- از پیامدهاي تخریـب و عملکـرد نـامطلوب جـاده چالوس بود .[2] در زلزله داهوئیه زرند نیز که در اسفندماه 1383 رخ داد، تنها جاده ارتباطی روستاي داهوئیه و روستاهاي اطراف با شهر زرند به دلیل سقوط تختهسنگهاي بزرگ بسته شد .[3]

در زلزلههاي ویرانگر دیگري همچـون منجیـل- رودبـار (1369)، نـورثـریج آمریکـا (1994)، کوبـه ژاپـن (1995)، ازمیـت ترکیـه (1999) و چـیچـی تـایوان (1999) نیـز دیـدهشـدهاسـت کـه شریانهاي حیاتی از جمله جادهها (اعم از درون شـهري و بـرون شهري) در مقابل زلزله آسیب دیدهاند که در برخی مـوارد باعـث ایجاد راهبندانهاي طـولانی شـدهبودنـد .[4] عـدم امـدادرسـانی بموقـع، قطـع فعالیـتهـاي اقتـصادي روزمـره، از دسـت رفـتن محصولات کشاورزي و صنعتی، از دست دادن بازارهاي منطقهاي

و بینالمللی، بیماري، بیکاري، مهاجرت و ... بـه طـور مـستقیم و غیرمستقیم حاصل خرابی و یا عدم کارآیی مناسب راههـا پـس از وقوع زلزله است.

ملاحظه میشود که علیرغم اهمیت فوقالعـاده ایـن سـامانههـا و آسیبپذیري لرزهاي بالاي آنها، موضـوع خطرپـذیري لـرزهاي و مدیریت خطرپذیري2 در مورد این سامانهها هنوز آن طور که باید

و شاید مورد توجه متخصصین مهندسی زلزله قرار نگرفته اسـت. آشکار است که اساسیترین اقدام براي کاهش خطرپذیري لرزهاي این سامانهها بهسازي و ایمنسازي لرزهاي آنها است، ولی از آنجا که کشور چه از لحاظ مالی و چه از نظر فنی (تخصصین و فنآوري مورد نیاز براي بهسازي) با محدودیت رو به روست و زلزله بعدي نیز ممکن است هر لحظه در بخشی از کشور روي دهد، ضرورت دارد که اقدام براي بهسازي و ایمنسـازي مـستحدثات براسـاس

"اولویتبندي" باشد. اولویتبندي نیز مستلزم برآورد خطرپذیري در سطح کلان و سپس در سطح خرد است و این برآوردها خـود نیازمند مدل هستند.

باتوجه به این نیاز اساسی در ایـن مقالـه سـعی شـده یـک روش حتیالامکـان جـامع بـراي ارزیـابی سـریع خطرپـذیري لـرزهاي سامانههاي حملونقل جادهاي برونشهري ارائه شـود. بـراي ایـن منظور در ابتدا تعریفی از خطرپذیري و عوامل مرتبط در آن ارائـه و به مهمترین تحقیقاتی که در این زمینه توسط پژوهشگران انجام شده، اشاره گردیدهاسـت. در قـسمت بعـدي، متغیرهـایی کـه در روش ارزیابی خطرپذیري بکار رفتهاند معرفیشده و بر آن اساس روابط ارزیابی سریع خطرپذیري لرزهاي توسعه داده شـدهاسـت. روش پیشنهادي ایـن ویژگـی را دارد کـه قـادر اسـت متغیرهـاي موجود مهمی که به آنها توجه کمتري شدهاست رامـستقلاً یـا در ترکیب با یکدیگر درنظر بگیرد. برقراري یک ارتباط مناسـب بـین متغیرها (ازلحـاظ نـوع، وزن، اولویـت و ...) از دیگـر خـصایص روش پیشنهادي است. نهاتاًی بـراي نـشان دادن توانـایی مـدل در بـرآورد سـریع خطرپـذیري بـا اسـتفاده از آن، سـامانه ترابـري برونشهري کل ایران مورد بررسی قـرار گرفتـه و اولویـتبنـدي موردنظر براساس روش پیشنهادي صورت گرفته است. این روش میتواند مبناي تصمیمات مدیریتی در سـطح کـلان قرارگرفتـه و براي ارزیابی تفصیلی خطرپذیري لرزهاي (برآورد خطرپذیري در سطح خرد) مورد استفاده قرارگیرد.

.2 تعریف مفاهیم کلیدي و بنیادي در خطرپذیري

در این بخش مهمترین مفاهیم کلیدي و بنیادي در مبحث ارزیابی خطرپذیري تعریف میشوند. در ارائه این تعاریف سعی شدهاست حتیالامکان از آن دسته از منابع رسمی (و غیر رسمی) داخلـی و خارجی، اعم از کتب، مقالات و گزارشهاي فنی استفاده شود که مورد اجماع متخصصان و صاحبنظران امر هستند.

1-2 خطر

خطر3، به هر پدیده بالقوه آسیبرسان میگویند که در هر مکان و یا منطقهاي متأثر از فعالیتهاي طبیعی یا غیرطبیعی امکـان ظهـور دارد. از ایــن رو بــه عنــوان اولــین و مهــمتــرین پدیدآورنــده خطرپذیري4 محسوب شده و نـسبت مـستقیمی بـا آن دارد. اکثـر سازمانها مانند مجمع جهانی راه یا پیارك[5] 5 و همچنین آژانس

مدیریت اضطراري فدرال ایالات متحـده[6] 6 خطـرات را بـه دو گروه کلی خطرات طبیعی7 و خطرات مصنوعی یا انسان سـاخته8 تقسیم میکنند.

از خطرات طبیعی که بر جسم راه و ابنیـه فنـی آن تـأثیر گذارنـد میتوان زلزلـه، زمـینلغـزش، طوفـان، سـیل، بهمـن، یخبنـدان و گسترش پوشش گیاهی نامطلوب را نـام بـرد 7] و .[8 بـهعنـوان نمونه زلزله باعث خسارت و حتی انهدام پلها، لغزش، روانگرایی و گـسیختگی زمـین و در نتیجـه آسـیب بـه بدنـه راه مـیشـود. زمینلغزش باعث حرکت تودههاي بـزرگ خـاك و خرابـیهـاي وسیع و روانشـدن گـل و لاي مـیشـود. طوفـان باعـث طغیـان رودخانه و سیل بر روي جاده میشود .[9] بهمن نیز باعـث قطـع جریـان ترافیـک و خـسارت بـه سـازههـاي راه از جملـه پـل و دیوارهاي حائل میگردد.

ازجمله خطرات مصنوعی میتوان به بمباران، خرابکاري، انفجـار، واژگونی کامیونهاي حامل مواد سـوختی و شـیمیایی خطرنـاك، سقوط اشیاء و یا وسایل نقلیه بر روي جاده، عبـور وسـایل نقلیـه سنگین یا حجم ترافیک بیش از ظرفیت راه و عـدم ایمنـی کـافی جادهاي اشاره کرد.

2-2 آسیبپذیري

آسیبپذیري، میزان یا درجه صدمات ناشی از وقـوع یـک خطـر اســت و بــه صــورت کــسري از ارزش اقــلام و یــا تأسیــسات آسیبدیده بیان میشود. آسـیبپـذیري را از جنبـههـاي مختلـف میتوان تقسیمبندي کرد: کلان و خـرد، مـستقیم و غیـر مـستقیم، فیزیکی و اجتماعی، و ...، به طور مثال آسیبپذیري مستقیم راهها را که تقرباًی به طور دقیق قابل محاسبه است میتوان به دو بخـش عمده سازهاي و غیر سازهاي تقسیمبندي کرد که هر یـک از ایـن دو بخش نیز اهمیت خاص خود را دارند. آسیبپـذیري بدنـه راه بیشتر در مواردي است که یک عامل خارجی باعث انسداد مـسیر شود یا بخشی از جاده در اثر ناپایداري شیب زیر آن دچار لغزش شـود. در مـورد ابنیـه فنـی راه مـیتـوان پـلهـا را بـه عنـوان آسیبپذیرترین جزء راه معرفی کـرد چـرا کـه در حـوادثی نظیـر سیل، زلزله و رانش، احتمال خرابی و شکست آنها بیـشتر اسـت. تونـلهــا در برابـر بــسیاري از حـوادث داراي ایمنــی بیــشتر و آسیبپذیري کمتري هستند، امـا از آنجـا کـهمعمـولاً در منـاطق صعبالعبور احداث میشوند و مـسیرهاي جـایگزینی نمـیتـوان

براي آنها در نظر گرفت در صورت آسیب دیدن، خـسارات قابـل توجهی از لحاظ انسداد مسیر بر شبکه حملونقل تحمیل میکنند. محاسبه خسارت ناشی از آسیبپذیري غیرمستقیم همچـون قطـع فعالیت اقتصادي، قطع شبکه برق و مخابرات، خطوط لوله، نفـت

و گاز ناشی از خرابی جاده و جریان ترافیـک (یـا تـأخیر در آن)، بیخانمانیها، بیکاري افراد و ... مشکلتر و با دقت کمتر و حتـی در پارهاي موارد نا ممکن اسـت. خـسارات غیرمـستقیم اغلـب از خسارات مستقیم بیشتر وبعضاً غیرقابل جبـران هـستند و هزینـه آنها در مقیاس کلان به کشور از آن تحمیل مـیشـود. در تخمـین خسارات، عوامل بسیاري دخالت دارند؛ خسارات مـستقیم اغلـب محلی و خسارات غیرمستقیم منطقهاي هستند. عدم قطعیتهـا در متغیرها و فرآیندها، و اندرکنش گستردهاي که مانع جداسازي هـر مؤلفه براي تخمین خسارت آن میشـود در پیچیـدگی محاسـبات دخیل هستند و بنابراین تعجبی ندارد که کوششهـاي پیـشین، در مقیاس شهري و منطقهاي متمرکز بوده ویا فقط براي خسارتهاي وارده به سامانههاي حملونقل در مقیاس بزرگ انجام شده اسـت
10] و[11

در تحقیقی که توسط Mayet و همکار ایشان انجـام شـده، یـک مدل تصمیمگیري براي بهینهسازي سیاستهاي نگهداري، تـرمیم

و بازسازي براي سامانه مدیریت پل تدوین شدهاست تا اثر زلزلـه را نیز در نظر بگیرد .[12] محققین مذکور تنها تخریب کامل را به عنوان خرابی در نظر گرفتهاند و حالتهاي ضعیفتر خسارت را مدنظر قرار ندادهاند، معنی تخریـب در تحقیـق ایـشان آن سـطح خرابی است که باید پل آسیبدیده با یـک پـل جدیـد جـایگزین شود. آنها نه تنها پلها را در داخل شبکه مطالعه نکردهانـد، بلکـه به جاي استفاده از تک تک اجزاي پلها (عرشه، کوله، پایـه و ...) به عنوان المانهاي شبکه درون یک پل، کل پـل را "یـک المـان" فرض کردهاند.

در تحقیقی دیگر، شینوزوکا و همکارانش خسارت وارده بـر یـک شبکه بزرگراهی را تحت زلزلههاي مختلف جهـت برنامـهریـزي شرایط اضطراري مورد مطالعه قراردادند .[10] آنها اظهار داشتهاند که خسارت به سامانههاي بزرگراهی در زلزلههاي اخیـر نیـاز بـه پیشبینی خسارت وارده به سامانههاي بزرگراهـی موجـود را بـه دلیل درنظر گرفتن معیارهاي مؤثر بر کـاهش خـسارات ناشـی از زلزلههاي آتی مورد تأکید قرارداده است. آنها در مقاله خـود یـک شبکه آزادراهی واقع در منطقـه لـسآنجلـس و اورنـج کـانتی در

کالیفرنیا را مورد بررسی قراردادهانـد. سـطح خرابـیهـاي درنظـر گرفتهشده در آن تحقیق کم، متوسط، زیاد و انهدام است، بنابراین شاخص خسارت پل9 را براساس این 4 سطح و به ترتیب مقـادیر 0/1، 0/3، 0/75 و 1/0 تعریف کردهاند. شاخص خسارت رابـط10 را که جذر مجموع مربعات11 شاخصهاي خسارت پلهاست بـه صورت رابطه (1) معرفی کردهاند.

به طوري که BDIJ، شاخص خسارت پل براي پل J در پیونـد I و JI مجموع کل پلهاي واقع در رابط هستند. رابطه بین شاخص خسارت رابط I و حالت خرابی رابط را به صورت زیـر تعریـف کردند (جدول .(1

آن تحقیق، همان طور که محققین آن اعلام داشـتهانـد، در برخـی حالات براي مسئولین مدیریت خطرپذیري مفید نباشد.

3-2 خطرپذیري

بـراي خطرپـذیري تعریـفهـاي گونـاگونی ارائـه شـده اسـت؛ خطرپذیري را میتوان پیامد محتمل یک خطـر تعریـف کـرد کـه برابر با احتمال فراگذشتن خسارات اجتماعی یا اقتصادي آن خطر از ارزش تعیینشده براي سرمایههـاي موجـود در یـک یـا چنـد منطقه در فاصله زمانی مشخص است 13]و .[14 به بیـانی دیگـر، خطرپذیري بـه معنـی "احتمـال فراگذشـتن تبعـات اجتمـاعی و اقتـصادي ناشـی از خطـر از میـزان مـشخص شـدهاي در زمـان مشخص و در مکان و یا مکانهاي مشخص است" .[14]

UN-ISDR در گزارش نهایی و جدیـد خـود تعریـف زیـر را از خطرپذیري ارائه میدهد [15] ، که عبارت است از:

دو نکته قابل تأمل در آن تحقیق وجـود دارد. اول آنکـه، محاسـبه شاخص خرابی رابط براساس شاخص خرابی پـلهـاي آن رابـط انجام شده است. اگر یک پل داراي سـطح خرابـی انهـدام باشـد، ممکن است از روش جذر مجموع مربعات بـا ترکیـب بـا سـطح خرابی پلهاي دیگر همان رابط، نتیجه سطح خرابی متوسط براي رابط حاصل شود. بدیهیاست وقتی یک پل در یک رابط به ویژه در شبکههاي حملونقل برونشهري تخریب میشود، سالم بـودن یا نبودن پلهاي دیگر مسیر ممکن است چنـدان اهمیتـی نداشـته باشد؛ بنابراین نباید باهم ترکیب شوند، چون مسیر به خاطر همان پل منهدم شده، بسته خواهدبود و اهـداف اصـلی امدادرسـانی و برقراري جریان ترافیک ناممکن خواهدبود. دوم آنکه، در صورتی که در یک رابط بهتعداد زیاد پل وجود داشته باشد و آسیبپذیري آنها نیز کم ارزیابی شود، نتیجه ترکیب خسارات آنهـا طبـق روش مجذور جمع مربعات و شاخص خسارت معرفیشده ممکن است حالت خسارت زیاد براي رابط مورد نظر (LDI > 1.5) باشد کـه این نتیجه منطقی به نظر نمیرسد. از این رو انتظار میرود نتـایج

(2)

و ابراز مـیدارد کـه برخـی از صـاحبنظران، مفهـوم »در معـرض بودن«13 را نیز براي توجه ویژه به جنبههاي فیزیکی آسیبپـذیري به رابطه اضافه میکنند.

در برآورد میزان تبعات ناشی از زلزله، باید کل تبعات احتمـالاتی ناشی از زلزله، یعنی ترکیب حالات مختلـف وقـایع لـرزهاي کـه ممکن است در شدتهاي مختلفـی بـه وقـوع بپیونـدد و اثـرات مشابهی داشتهباشد، در نظر گرفته شـوند. Andrews و Moss در کتـاب خـود بـا عنـوان قابلیـت اعتمـاد و ارزیـابی خطرپـذیري
(Reliability and Risk Assessment) منتـشر شـده در سـال

2002، خطرپذیري را احتمال وقوع یک واقعه مشخص ناخواسته یا ایجاد یک احتمال خرابی مهم میدانـد Brabhaharan.[16] در سال 2000 رابطه (3) را براي خطرپذیري ارائه میکند :[17]

(3) پیامدها  احتمال خطر = خطرپذیري کـه در آن، پیامـدهاعمـدتاً شـامل ایـن مواردنـد: هزینـه تعمیـر، خسارات بالقوه زنـدگی، خـسارت دسترسـی بـراي خودروهـاي امدادرسـانی، قطــع جریــان حمــلونقـل (بــراي راههــا)، قطــع فعالیـتهــاي اجتمــاعی و خــسارات اقتــصادي ناشــی از قطــع فعالیـتهـاي اقتـصادي و مـوارد دیگـري همچـون ارزشهـاي فرهنگــی، نظــامی و زیــستمحیطــی کــه از اهمیــت بــالاتري برخوردارند.