بخشی از مقاله
چکیده
با پیشرفت سریع دانش بشری در زمینه ی زلزله و به دنبال آن تغییرات روزافزون در آئین نامه های مرتبط، نیاز به تعیین کارآمدترین روش برای ارزیابی سازه های بزرگ و پراهمیت بیش از پیش احساس می شود. از آنجایی که نتایج اغلب این آئین نامه ها برای حالت های کلی ارائه شده و در رابطه با یک منطقه ی خاص تعریف نشده اند، در این مقاله به ارزیابی شرایط لرزه ای ناحیه ی شبکه آبرسانی شهرهای شیراز و تبریز به طور اختصاصی پرداخته شده است.
برای دستیابی به چنین هدفی ابتدا، پس از تحقیق و محاسبه روابط کاهیدگی مناسب برای مناطق مورد مطالعه، خطر لرزه ای آن ها براساس روش تحلیل خطر احتمالی برای سه دوره بازگشت 75، 475، و 2475 سال برآورد شده و به دنبال آن مقادیر PGA برروی سنگ بستر مشخص شده است. براساس مقادیر PGA به دست آمده مناطق دربرگیرنده خطوط انتقال آب مربوط به دو شهر شیراز و تبریز به زون های لرزه خیزی متفاوت تقسیم شده اند. در ادامه، طیف پاسخ شتاب طراحی بر اساس روش های آماری محاسبه و بعد از مقایسه آن با طیف مندرج در آئین نامه 2800 ایران، طیف نهایی طراحی برای مولفه های افقی و قائم بیشینه شتاب زمین ارائه شده اند.
مقدمه
با توجه به سابقه وقوع زلزله در کشورمان، کاهش خسارت های مالی و تلفات محتمل جانی، برنامه ریزی صحیح و جامع و توجه به امر مقاوم سازی و مهیا سازی تاسیسات و شریان های حیاتی برای ارایه خدمات مناسب در زمان وقوع زلزله و کاهش خسارات و صدمات، جنبه الزامی پیدا میکند. طرح آبرسانی شهر تبریز از زرینه رود با طول 180 کیلومتر و دبی 5 مترمکعب بر ثانیه، یکی از بزرگترین و طولانیترین خطوط انتقال آب در نوع خود بوده و در ابعاد مختلف اجتماعی، سیاسی و اقتصادی اهمیتی ویژه و منحصر بفرد دارد.
همچنین قسمتی از سامانه تامین آب شهر شیراز شامل تامین آب از منابع آب های سطحی از طریق سد درودزن می باشد و برای ظرفیت آبرسانی 6500 تا 9600 مترمکعب در ساعت طراحی شده است. به دلیل گستردگی زیاد، وابستگی عملکرد، و حجم بالای تامین منابع آب شهروندان شیراز و نواحی اطراف، این خطوط از اهمیت خاصی برخوردارند. در نتیجه با توجه به موقعیت ویژه این دو مجموعه و لرزه خیزی نواحی تبریز و شیراز ، در این مقاله به تحلیل خطر لرزه ای مناطقی که این خطوط انتقال آب را دربرمی گیرند پرداخته شده است.
ویژگیهای لرزهای مناطق مورد مطالعه
مطالعه دقیق لرزه خیزی تاریخی، امروزی و گسلش جوان میتواند ابزار مهمی برای فهم زمین ساخت قاره ای فعال، و در نتیجه نقشه راهی کارآمد برای شناسایی لرزه خیزترین و حساس ترین نقاط منطقه باشد نقشه رومرکز زمینلرزه های تاریخی و دستگاهی نشان می دهد که ایران بصورت یک زون لرزه خیز با پهنایی بالغ بر 1000 کیلومتر از پلاتفرم توران - جنوب اوراسیا در شمال شرق تا صفحه عربی در جنوب غرب امتداد یافته است کپه داغ و زاگرس بصورت دو کمربند چین خورده رانده فعال در شمال شرق و جنوب غرب ایران قرار دارند. براساس مطالعات زمین شناسی، تقریبا اکثر زمین لرزه های واقع در کمربند غربی و جنوب غربی ایران در جنوب رواندگی زاگرس و در زاگرس چین خورده تمرکز یافته و گویای رابطه ی بین مناطق چین خورده و گسل خورده با نقاط فعال زلزله است.
در ادامه ی بررسی های انجام گرفته،شهر شیراز، از لرزه خیزترین نقاط زاگرس مرکزی و شهر تبریز ، به دلیل واقع شدن در محل اتصال دو رشته کوه مهم و اصلی ایران، یعنی البرز و زاگرس ، به عنوان دو منطقه ی مورد مطالعه ی این مقاله انتخاب شدند.
درادامه به توصیفی اجمالی در باب ویژگی های زمین شناسی موثر در رفتار لرزه ای این دو شهر می پردازیم:
شهرتبریز ، یکی از کلانشهرهای ایران، به دلیل همجواری با گسلهای فعال از توان لرزه خیزی بالایی برخوردار است و زلزله های شدید ثبت شده در طول تاریخ که در هرکدام بخش یا تمامی شهر ویران شده،گواه این موضوع می باشند. گسل تبریز از کوه های زنجان-سلطانیه در ایران تا کوه های آرارات در ترکیه تداوم دارد و تقریبا از 5 کیلومتری شمال شرق تبریز عبور می کند. گسل تبریز مهم ترین گسل شمال غرب کشور است و حدود 600 کیلومتر طول دارد. طبق استاندارد ملی ایران 2800 شهر تبریز جزو مناطق با لرزه خیزی "بسیار بالا" شناخته شده است.در این مقاله ناحیه خطوط آبرسانی شهر از زرینه رود مورد بررسی لرزه ای قرار گرفته که به طول 180 کیلومتر و شامل شبکه ای از لوله های انتقالی بتنی پیش تنیده و فولادی می باشد.
شهر شیراز از جمله مناطقی از کشور می باشد که با وجود فاصله ی نسبتا دور از گسل 20 - کیلومتر - تاکنون زلزله های شدیدی را تجربه نموده است. گسل سبز پوشان از غرب شهر شیراز عبور کرده و به سمت شمال ادامه یافته است؛ همچنین گسل پنهان و پی سنگی زاگرس مرتفع نیز به عنوان مهمترین عناصر ساختاری، به لحاظ لرزه ای نیز نقش بسیار مهمی دارد و منطقه ی شیراز جزو دسته ی نواحی با لرزه خیزی "بالا" طبق آئین نامه 2800 ایران شناخته شده است. در مقاله ناحیه ی خطوط انتقال شهر شیراز مورد مطالعه قرار گرفته که به طول 102 کیلومتر می باشد و از آبگیر واقع در دریاچه پشت سد درودزن شروع شده و به مخازن زخیره شهر پایان می یابد.
انتخاب مدل کاهیدگی جنبش نیرومند زمین
به منظور برآورد پارامترهای جنبش زمین مناسبترین راهکار بکارگیری روابط کاهیدگی - Attenuation Relationships - میباشد که مشخص کننده میزان کاهش انرژی و دامنه جنبش زمین نسبت به فاصله از چشمه مورد نظر میباشد. با توجه به وقوع پی در پی زمینلرزهها و اطلاعات و تجارب کسب شده از آنها لازم است تا حد امکان از روابط کاهیدگی جدیدتر و البته همخوان با گستره مورد مطالعه استفاده گردد.
لرزهخیزی در فلات ایران و از جمله در گستره ی شهرهای شیراز و تبریز بر حسب ناحیه زمینساختی فعال و همراه با زمینلرزههای کم عمق رویداده در پوسته تقسیم بندی میشود که روابط کاهیدگی زیادی برای آن معرفی شده؛ لذا استفاده از روابط تجربی برای تخمین پارامترهای جنبش نیرومند زمین مناسبترین راهکار و روش مورد انتخاب برای این مقاله میباشد. بر این اساس در این مقاله از آخرین روابط کاهیدگی تجربی ارائه شده نظیر روابط آمبرسیز و داگلاس، که برای مناطق پوستهای کم عمق و فعال زمینساختی سراسر دنیا وهمچنین اطلاعات لرزهای ایران ارائه شده استفاده شده است.
لذا با توجه به تعدد روابط بکار برده شده در هنگام برآورد پارامترهای جنبش نیرومند زمین به صورت میانگینگیری وزن دار که به هر یک از این روابط وزن مساوی داده شده است عمل گردیده و پارامترهای شتاب قائم و افقی محاسبه میشوند. علت انتخاب این روابط جوابهای بسیار مناسب بویژه روابط ارائه شده برای ایران و پارامترهای فراوان مدل شده در رابطه کاهیدگی کمپبل-بزرگنیا، درنظر گرفتن نگاشتهای میدان نزدیک در روابط آمبرسیز -داگلاس ، و رابطه خاص محاسبه شده برای ایران در روابط قدرتی و همکاران و مهدویان میباشد. به این ترتیب پوشش دهنده نقاط ضعف یکدیگر بوده و تقریبی نزدیکتر به واقعیت را نتیجه خواهند داد.
برآورد شتاب نیرومند زمین - PGA - با استفاده از روش احتمالی مدل چشمههای خطی-نواری لرزهزا
در این روش، تحلیل خطر زمینلرزه بر اساس روش اصلی معرفی شده توسط کرنل، - Cornell, 1968 - 1968 و روابط ارائه شده توسط بندر و پرکینز - - Bender & Perkins که به صورت برنامه نرم افزاری معتبر - SEISRISK-III, 1987 - در دسترس می باشد انجام شده است. این برنامه نرمافزاری که بطور گستردهای در تمامی جهان مورد استفاده قرار میگیرد برنامه مادر و یکی از معتبرترین برنامههای تحلیل خطر زمینلرزه بوده و ارائه دهنده نتایج مناسب در کلیه نقاط جهان میباشد.
بر اساس این روش احتمال فزونی پارامتر مورد نظر جنبش زمین - در این مقاله شتاب یا طیف پاسخ شتاب - با توجه به روابطه کاهیدگی انتخاب شده در ساختگاه های مورد نظر در مسیر کلیه سامانه های آبی شهرشیراز و پیرامون آن ازجمله مسیر خط انتقال آب از سد درودزن ، وهمچنین خطوط انتقال آب تبریز از زرینه رود به شهر محاسبه میشود. این محاسبات برپایه مدلسازی چشمههای لرزهزا به صورت چشمههای خطی یا پهنهای نواری لرزه زا - - seismic source zone و نسبت دادن پارامترهای لرزه خیزی براساس توابع دو کراندار گوتنبرگ-ریشتر و روش کیجکو-سلوول -گراهام به هریک از چشمهها صورت گرفته است.
بطوریکه هر چشمه لرزهزا به صورت یک خط لرزهزا - گسلهای امتداد لغز یا با شیب زیاد - و یا پهنهای نواری لرزهای - گسلهای رانده و شیب دار - با توجه به حد بالا و پایین لایه لرزه زا، بزرگای آستانه و حداکثر منتسب شده به آن و نزدیکترین فاصله به ساختگاه مورد تحلیل قرار گرفته و با بکارگیری توأم تمامی چشمههای لرزهزا، پارامترهای مورد نظر جنبش زمین برای احتمالهای فزونی مورد نظر و عمر مفید سازه - برای این طرح 100 سال - به دست میآید.به طور کلی برای هر چشمه منفرد از ترکیب سه تابع احتمال زیر استفاده میگردد:
- احتمال اینکه یک زمینلرزه با بزرگای خاص در بازه زمانی مشخص بر روی یک چشمه روی دهد،
- احتمال اینکه گسیختگی مرتبط با این چشمه و بزرگای این رویداد در فاصلهای خاص از ساختگاه روی دهد،
- احتمال اینکه جنبش نیرومند زمین ناشی از زمینلرزهای با بزرگا و فاصله مشخص از سطح خاصی در ساختگاه فزونی یابد.
براساس این روش و استفاده از روابط کاهیدگی پیش گفته شده کمپبل-بزرگنیا، آمبرسیز-داگلاس و مهدویان بیشینه مقادیر شتاب افقی و قائم برروی سنگ بسترلرزه ای محاسبه ونمونه ای از آن در شکل 1 ارائه شده است . لازم به ذکر است که بیشینه مقادیر شتاب سنگ بستر لرزهای براساس میانگینگیری بین سه رابطه بالا و برای دوره بازگشتهای مختلف محاسبه شده و در این مقاله به اختصار، به نمودار مولفه افقی در دوره بازگشت 475 سال منطقه تبریز بسنده شده است.
شکل :1 نواحی همشتاب خطوط انتقال آب تبریز - خطر زمینلرزه - برای دوره بازگشت 475 ساله
با توجه به تواناییهای این روش، کاربر میتواند با توجه به خطرپذیری مورد نظر و براساس استانداردهای موجود برای سطوح مختلف طراحی لرزهای، بیشینه مقادیر پارامترشتاب سنگ بستر را منطبق بر دوره بازگشت و یا احتمال فزونی مورد نظر به صورت دقیق تعیین نماید. به این منظور و برای نمایش مقادیر بیشینه شتاب در گستره مورد بررسی طرح، این مقادیر مورد بررسی آماری قرار گرفت و در نتیجه بستر سنگی دو گستره مورد بررسی از نظر میزان پارامتر جنبش زمین درچهار گروه با لرزهخیزی پائین، متوسط و بالاوخیلی بالا مطابق با تقسیم بندی لرزهای مندرج در آئین نامه لرزهای ساختمانهای ایران - استاندارد [7] - 2800 در ادامه ارائه می گردند.
معیار انتخاب بیشینه مقادیر شتاب جنبش زمین برای سطوح مختلف طراحی لرزهای
به منظور گزینش بیشینه مقادیر شتاب زمین در این سطوح طراحی لرزهای انتخاب سطح %50 یا %84 خطا در روابط کاهیدگی از اهمیت خاص برخوردار میباشد. با توجه به پتانسیل لرزه خیزی موجود در گستره طرح و اهمیت این سازههای آبی از نقطه نظر دیدگاه اقتصادی-اجتماعی و درنظرگرفتن شرایط مندرج درآئین نامه 2800 ایران ، سطح %50 خطای روابط کاهیدگی برای تعیین بیشینه مقادیر پارامترهای جنبش نیرومند می باشد.
