بخشی از مقاله
چکیده
ایران کشوری لرزهخیز است که بر روی کمربند کوهزایی و فعال آلپ -هیمالیاواقعشدهاست.یکی از راهکارهای کاهش خطرپذیری زلزله، استفاده از سامانه هشدار به هنگام زلزله میباشد . در این سامانه استفاده از امواج اولیه و غیر مخرب - P wave - ، جهت تخم ین پارامترها ی جنبش نیرومند زمین مورد توجه قرار میگیرد. اولین قدم در این روش، تخمین بزرگای زلزله از روی اطلاعات ثانیههای ابتدایی دریافت موج P بود. در این رویکرد محققان مختلف از دو پارامتر پریود غالب - - pmax و پریود میانگین - - c جهت تخمین بزرگی زمینلرزه استفاده کردهاند.
در این مقاله با استفاده از روش پریود میانگین رابطهای برای تخمین بزرگای زلزله احتمالی در استان البرز ارائه شده است. برای بدست آوردن این رابطه، داده های ثبت شده مربوط به زلزله های رخ داده در شعاع ًًٍ کیلومتری شهر کرج تحلیل شده و پس از استخراج پارامترهای مورد نیاز، رابطه تخمین بزرگا ارائه شده است. به منظور صحتسنجی، نتایج مطالعات با تحقیقات انجام یافته در محدوده شهر تهران و ناحیه لرزه زمین ساختی البرز مقایسه شده که نتایج بیانگر همگرایی مناسب بین روابط پیشنهادی با رابطه ارائه شده برای ناحیه لرزه زمین ساختی البرز میباشد.
1 -مقدمه
به منظور مواجهه با خطر زلزله، مطالعات متعددی در زمینههای گوناگون صورت پذیرفته است. از جمله این مطالعات میتوان به شبیهسازی زلزلههای مختلف به صورت سینماتیکی [1-3] و دینامیکی [4-6] جهت شناخت پارامترهای چشمه لرزهزا اشاره کرد. استفاده از مدیریت بحران در قبل و پس از رخداد زلزله نیز همواره جهت کاهش خطرپذیری مورد بحث و بررسی قرارگرفته و اصولا هدف تمامی مطالعات در زمینه زلزله، افزایش دادههایی است که به مدیریت بحران و کاهش آسیبهای ناشی از زمینلرزه کمک می کند یقیناً. پیشبینی دقیق زلزله نیز بر کاهش اثر زلزله بسیار موثر بوده و همواره تلاشهای فراوانی جهت پیشبینی زلزلهصورت گرفته است.
اما با توجه به اینکه شروع و فرآیند گسلش توسط عوامل مختلفی - مثل توزیع زمانی و مکانی تنش، پارامترهای اصطکاکی گسل، اندرکنش بخشهای مختلف پوسته - کنترل میشود که با اثرگذاری روی هم به صورت یک ساختار پیچیدهعمل میکنند، پیشبینی دقیق زلزله بسیار مشکل بوده و با عدم قطعیتهای فراوانی همراه است .[7] یک راه دیگر برای کاهش خسارات ناشی از زلزله، استفاده از سامانه هشدار به هنگام زلزله است.
بازه زمانی عملکرد این سامانه از زمان رسید موج P به اولین ایستگاه - چندین ثانیه قبل از وقوع زلزله در محل ایستگاه - تا رسیدن موج مخرب برشی - S - به منطقه هدف میباشد. به عبارت دیگر این سامانه حداکثر تا یک دقیقه قبل از وقوع زلزله فعال میگردد. در واقع سامانه هشدار به هنگام زلزله، حلقه ارتباطی بین فاز پیش و پس از رخداد زلزله در مدیریت بحران میباشد. ایده اصلی هشدار زلزله با توجه به دو اصل مهم فیزیک در سال توسط کوپر مطرح گردید.
اولین اصل تفاوت سرعت موج غیرمخرب زلزله - امواج - P با امواج مخرب زلزله - موج S یا امواج سطحی - میباشد. بر این اساس همیشه یک تأخیر زمانی برای رسیدن امواج مخرب زلزله نسبت به امواج اولیه وجود داشته - شکل ٌ - و در این بازه زمانی میتوان از وقوع زلزله در یک منطقه مشخص مطلع شد. از طرفی سرعت امواج رادیویی بیشتر از امواج زلزله است. بنابراین میتوان قبل از رسیدن امواج زلزله به منطقه هدف، به آن منطقه اعلام هشدار نمود. در واقع هدف اصلی از بکارگیری این سامانه، تخمین پارامترهای زلزله به صورت آنی و اعلام هشدار به همان منطقه، یا مناطق دیگر میباشد .[8]
کوپر پیشنهاد داد که در نزدیکی گسل، سنسور لرزهای نصب شود و هنگامی که این سنسور وقوع زلزله را ثبت کرد، یک سیگنال الکتریکی با تلگراف به سانفرانسیسکو ارسال گشته و با بصدا درآوردن زنگ ناقوس بزرگ شهر، مردم از وقوع زلزله با خبر گردند. البته این ایده کوپر هرگز عملی نشد. بهترین مثال برای عملی شدن این سامانه، استفاده از آن در سامانه راهآهن ژاپن در دهه جهت توقف یا کند کردن حرکت قطارهای سریعالسیر در هنگام زلزله میباشد .[9] ناکامورا از رویکرد تک ایستگاهی استفاده کرده است که در آن سیگنال لرزهای، در محل پردازش شده و هنگامی که جنبش زمین از یک آستانه معین فراتر رود، سامانه اعلام هشدار میکند.
در زمان وقوع پسلرزههای زلزله لوماپریتا - Mw=6.9 - از سامانه هشدار به هنگام زلزله برای محافظت از کارگران ساختمانی که مشغول بازسازی آزادراهی آسیب دیده در اوکلند، با فاصله کیلومتر از رومرکز زلزله بودند، استفاده شد .[10] استفاده از این سامانه، زمانی در حدود ثانیه برای هشدار فراهم کرد که فرصت تخلیه محلهای خطرناک را به کارگران میداد. در مکزیک در سال یک سامانه هشدار لرزهای جهت اعلام به هنگام زلزله به ساکنان ناحیه لرزهای گوئررو ، در فاصله کیلومتری شهر مکزیکوسیتی، توسعه داده شد .
[11] در فاصله سالهای تا در تایوان طی یک برنامه منسجم دو هدف هشدار به هنگام زلزله و گزارش به هنگام پس از زلزله مورد مطالعه و بررسی قرارگرفت و یک سامانه هشدار به هنگام به عنوان الگو جهت استفاده از فناوریهای نوین در این زمینه، در شهر هوآلین به اجرا درآمد. سامانه هشدار به هنگام تایوان متشکل از ایستگاه بوده که در سطح این کشور توزیع شدهاند. این سامانه برای کلانشهرهایی با فاصلهای بیش از کیلومتر از رومرکز زلزله طراحی شده است. به عنوان مثال در مورد رخدادی که محل آن منطبق با محل زلزله چی چی بوده است، برای کلانشهر تایپه با فاصله کیلومتری از رومرکز زلزله، بیش از ثانیه زمان هشدار وجود خواهد داشت.
در سال آلن و کاناموری، امکان راهاندازی سامانه هشدار به هنگام در جنوب کالیفرنیا را با شبکه لرزهنگاری موجود - TriNet - بررسی کردند. آنها به این نتیجه رسیدند که این سامانه میتواند زمان هشداری در حد کمتر از یک دقیقه برای مناطق در معرض خطر فراهم کند. علاوه بر موارد فوق، سازمان هواشناسی ژاپن - - JMA در سال مدلی برای سامانه هشدار اضطراری ارائه داد و استفاده آزمایشی از این سامانه را با همکاری دانشگاهها و موسسات خصوصی آغاز کرد. جزئیات این مدل در مطالعه اوداکا و همکاران ارائه شده است.
در حال حاضر با پیشرفت تکنولوژی در ابزارهای لرزهنگاری، سنجش از دور، کامپیوتر و ابزارهای ذخیره اطلاعات، بیشتر کشورهای لرزهخیز دنیا در حال استفاده یا راهاندازی سامانه هشدار به هنگام زلزله میباشند. وضعیت فعلی بکارگیری این سامانه در کشورهای مختلف در شکل - ٍ - نشان داده شده است. در کشور ایران هنوز استفاده از این سامانه عملیاتی نشده، البته مطالعاتی در این خصوص صورت گرفته و روابطی برای شهر تهران ارائه شده است.
2 -محدوده مورد مطالعه
با توجه به وجود گسلهای متعدد که استان البرز را محصور کردهاند و همچنین تراکم جمعیتی بالای شهر کرج به عنوان مرکز این استان، لزوم استفاده از سامانه هشدار به هنگام در جهت کاهش تلفات و خسارات ناشی از زلزله بزرگ احتمالی، مشهود است. لذا در این تحقیق سعی بر آن است که استفاده از سامانه هشدار به هنگام زلزله برای استان البرز مورد بررسی قرار گرفته، روابط و پارامترهای لازم جهت تخمین آنی بزرگای زلزله ارائه گردد. در شکل - َ - محدوده مورد مطالعه و گسلهای اصلی موجود در این ناحیه نشان داده شده است.
3 -تحلیل دادهها
در این مطالعه از روش پریود میانگین جهت استخراج رابطهای به منظور تخمین بزرگای زلزله استفاده شده است. در این روش، پریود میانگین در یک بازه زمانی خاص - به عنوان مثال َ ثانیه - اندازهگیری شده و رابطهای مابین این پارامتر و بزرگی زلزله تخمین زده میگردد. پریود میانگین از رابطه زیر محاسبه میگردد:
در مورد دادههای شتابنگاری مورد استفاده در این مطالعه، ابتدا تمامی رکوردها به همراه خصوصیات ایستگاهها و بزرگای زلزله مربوطه و دیگر پارامترهای مربوط به هر رخداد، در یک پایگاه داده تحت نرمافزار متلب جمع-آوری شدند. از آنجا که شرط ابتدایی برای استفاده از روشهای مختلف تخمین بزرگای زلزله با هدف هشدار بههنگام زلزله، تعیین زمان رسید موج P میباشد، در این مطالعه زمان رسید موج P برای تمامی رکوردها به صورت چشمی تعیین گردید.
لازم به ذکر است که علیرغم وجود الگوریتمهای مختلف تعیین اتوماتیک زمان رسید موج P، در این تحقیق به سبب بالا بردن دقت مطالعات تمامی رکوردها توسط کارشناس بررسی گردیده و زمان رسید موج P برای هر رکورد تعیین شده است. پس از تعیین زمان دقیق رسیدن موج P به هر ایستگاه، لازم است یک محدوده زمانی به منظور تعیین پریود میانگین تعیین گردد. هرچه این محدوده زمانی بیشتر گردد، دقت تخمین پریود میانگین بیشتر شده و هرچه این زمان کمتر انتخاب شود، زمان اعلام هشدار بیشتری فراهم میگردد.
در واقع انتخاب این پنجره زمانی، چالشی مابین دقت و سرعت میباشد. در این تحقیق سه پنجره زمانی دو، سه و چهار ثانیه جهت تحلیل دادهها انتخاب گردید که طی تحلیلهای مکرر مشخص شد زمان َ ثانیه دارای دقت کافی بوده و با افزایش زمان تغییر محسوسی در دقت نتایج مشهود نمیگردد. لذا تمامی نتایج نهایی، بر مبنای پنجره زمانی َ ثانیه استوار است. برای تمامی رکوردهای انتخابی، روند محاسبات اشاره شده در رابطه ، در پنجره زمانی َ ثانیه پس از رسیدن موج P، انجام یافته و برای هر رکورد یک پریود میانگین محاسبه شده است. سپس تمامی رکوردهای هر زلزله میانگینگیری شده و برای هر رخداد یک پریود میانگین که میانگین پریود رکوردهای آن رخداد میباشد تعیین گردید.
