بخشی از مقاله
محاسبه شتاب، طیف خطر یکنواخت، جدایش خطر لرزه ای و زمین لرزه کنترل کننده در ساختگاه سد بایچه باغ به روش احتمالی
چکیده
این مقاله به منظور بررسی و انجام مطالعات لرزهخیزی لرزهزمین ساخت و تحلیل خطر زمین لرزه گستره 150 کیلومتری سد مخزنی بایچه باغ در شمال غرب شهرستان ماه نشان مورد توجه قرار گرفته است. این بررسی ها شامل شناسایی چشمههای لرزهزا و برآورد پارامترهای لرزه خیزی می باشند. بر اساس این مطالعات بیشینه مقادیر شتاب و طیف خطر برای موئلفه افقی به روش احتمالی در ساختگاه سد محاسبه گردیده است. علاوه بر آن جدایش خطر لرزه ای به منظور تعیین زمین لرزه کنترل کننده برای بیشینه شتاب و پریود های 0/2، 0/5، 2 و 4 ثانیه انجام پذیرفته است.
واژه های کلیدی: سد مخزنی بایچه باغ؛ چشمه لرزه زا؛ طیف خطر؛ جدایش خطر لرزه ای؛ زمین لرزه کنترل کننده.
-1 مقدمه
در سال های اخیر توجه به ماهیت لرزه خیزی طرح های عمرانی مهم، از جمله سد سازی، مورد تاکید سازمان ها و نهاد های دولتی می باشد چرا که از جمله موثر ترین عوامل در غیر اقتصادی یا اقتصادی نمودن یک طرح عمرانی، میزان پارامتر های جنبش نیرومند زمین در عمر مفید سازه است. ساختگاه سد مخزنی بایچه باغ در موقعیت جغرافیایی 47.23 عرض شمالی و 36 .88 طول شرقی در ناحیه شمال غرب ایران، در استان زنجان و در فاصله 40 کیلومتری شمال شرق شهرستان ماه نشان (شمال غرب استان زنجان) بر روی رودخانه قلعه چای از سرشاخههای رودخانه قزل اوزن واقع گردیده است. این سد از نوع بتنی وزنی به ارتفاع 120 متر و گنجایش مخزن 75 میلیون مترمکعب خواهد بود. در شکل 1 موقعیت ساختگاه سد مخزنی بایچه باغ نسبت به موقعیت سایر سدهای مهم استان زنجان نشان داده شده است. در این مقاله به بررسی وضعیت لرزه خیزی گستره 150 کیلومتری ساختگاه سد بایچه باغ پرداخته شده و پارامتر های شتاب افقی زمین به روش احتمالی((PSHA، طیف خطر یکنواخت((UHS، جدایش خطر لرزه ای و زمین لرزه کنترل کننده محاسبه گردیده است. برآورد احتمالی خطر زمین لرزه را می توان به صورت یک عملیات چهار مرحله ای در نظر گرفت.[1] نخستین مرحله تشخیص و تعیین چشمه های لرزه زا می باشد. مرحله دوم شامل تعیین پارامترهای لرزه خیزی می باشد. این پارامترها عبارتند از پارامترهای , و Mmax برای هر چشمه. انتخاب رابطه کاهندگی مناسب با شرایط لرزه زمین ساختی منطقه موردمطالعه مرحله سوم در روش احتمالی می باشد. نهایتاً در مرحله چهارم عدم یقین مکان زمین لرزه ها، بزرگی زمین لرزه ها و پیش بینی پارامتر حرکات زمین با هم ترکیب شده و پارامتر حرکات زمین برای احتمال رویداد موردنظر تخمین زده می شود.
-2 مواد و روشها
طیف خطر یکنواخت، طیف پاسخی است که احتمال وقوع یکسانی در تمام دامنه های آن در پریودهای مختلف برقرار می باشد. در حقیقت، طیف خطر یکنواخت از مجموعه ای از نقاط که برای یک احتمال وقوع یکسان (مثلاً %10 در 50 سال) محاسبه شده اند تشکیل شده است. مراحل تهیه طیف خطر یکنواخت شبیه به مراحل تهیه نقشه های بیشینه شتاب((PGA به روش احتمالی می باشد. در فرآیند تهیه طیف خطر یکنواخت تعداد m رابطه کاهندگی طیفی برای پارامترهای طیفی در m پریود یا فرکانس به جای رابطه کاهندگی برای PGA استفاده می شود . به عبارت دیگر برای تخمین هر پارامتر طیفی برای احتمال مورد نظر از یک رابطه کاهندگی طیفی برای پریود مورد نظر (مثلاً پریود 0/2، 0/3، 0/5 ثانیه) برحسب بزرگا، فاصله و شرایط خاک استفاده میشود.[3] درنهایت به جای یک منحنی هم شتاب PGA، m منحنی هم شتاب طیفی برای پریودهای مورد نظر خواهیم داشت. با مشخص نمودن سطح احتمال مورد نظر %50) در 50 سال، 10 درصد در 50 سال و ... ) برای هر نقطه در محدوده مطالعاتی، m پارامتر طیفی برای mپریود استخراج شده، که نهایتاً با استفاده از این مقادیر، طیف خطر یکنواخت برای احتمال مورد نظر تهیه میشود. عمده مشکل تهیه این گونه طیف ها حجم زیاد محاسبات برای شبکه مورد نظر می باشد .[4][3] مزیت های مهم این گونه طیف های خطر یکنواخت به طور خلاصه عبارتند از: الف) پارامترهای لرزه خیزی و وابسته به روابط زمین لرزه درتهیه طیف در نظر گرفته شده است. ب) برای تهیه طیف های یکنواخت مستقیماً از روابط کاهندگی طیفی استفاده شده است و ج) احتمال رویداد پارامتر طیفی برای تمام پریودها در طیف خطر یکنواخت یکسان است. تفکیک خطر لرزهای ابزار مفیدی در تعیین بزرگا و فاصله متوسط و همچنین محتمل ترین چشمه که بیشترین مشارکت را برای خطر لرزهای در یک نقطه دارد، میباشد. تفکیک خطر لرزهای محققین را قادر میکند که فاصله و آزیموت و بزرگای چشمههای غالب لرزهای را به همراه بزرگا و فاصله متوسط تعیین کنند که میتوان با استفاده از این چشمههای لرزهای، تاریخچههای زمانی شتاب را برای تحلیل دینامیکی و مقاوم سازی لرزهای بدست آورد. بر اساس توصیه های موجود [5] از روش تفکیک خطر لرزه ای برای انتخاب زمین لرزه کنترلی استفاده می شود.
-1 -2 عناصر ساختاری
گسل های فعال منطقه با پردازش تصاویر ماهواره ای و نقشههای زمین ساخت ایران، مورد بررسی قرار گرفته اند. از این میان گسل تخت سلیمان با سازوکار معکوس و شیب به سوی شمال شرق، در فاصله 20 کیلومتری سد قرار گرفته است و بیشترین شتاب را در ساختگاه ایجاد می نماید. توان لرزه زایی گسل های محدوده مورد مطالعه بر اساس روابط تجربی میان طول گسیختگی و بزرگای زمین لرزه [8][7][6]، بر اساس درخت منطقی[9] شکل 2 در جدول 1 محاسبه و وزن دهی شده است. در این بخش میزان طول گسیختگی برابر 37 درصد طول گسل [6] منظور شده است.
-3 بحث و ارائه نتایج
با توجه به عناصر لرزهزای معرفی شده و بیشینه لرزه خیزی منطقه ، نتایج مربوط به تحلیلهای مکانی و زمانی از نظر میگذرد.
-1-3 بررسی های آماری
به منظور بررسی پیشینه لرزه خیزی منطقه و همچنین پراکندگی زمین لرزه های امروزی، فهرست رویداد های تاریخی[10] و دستگاهی [11] گردآوری و پس از حذف پیش لرزه ها و پس لرزه ها[12]، مورد پردازش قرار گرفته است. به منظور ارائه دید مناسب از وضعیت لرزه خیزی منطقه، در نمودار 1 نسبت عمق کانونی و بزرگای زمین لرزه ها به فراوانی آن ها در گستره های شعاعی 50، 100، 150 و 200 کیلومتری از ساختگاه سد نشان داده شده است. از این نمودار ها چنین استنباط می شود که عمق رخداد 7.5 تا 12.5 کیلومتر و بزرگای 4 تا 6 بیشترین فراوانی را از لحاظ آماری در میان زمین لرزه های منطقه دارا می باشند . علاوه بر آن از نمودار های مذکور می توان چنین استنباط کرد که در گستره های دورتر فراوانی زمین لرزه ها افزایش می یابد.
-2-3 پارامتر های لرزه خیزی و گزینش رابطه کاهندگی
در این مقاله ضرایب a،b از روش آماری کمترین مربعات[13] محاسبه و سپس پارامتر های لرزه خیزی منطقه [14] برای هر یک از چشمه های لرزه زا محاسبه گردیده است(جدول .(3 همچنین، یکی از اساسی ترین پارامترها در محاسبه شتاب نیرومند زمین در ارتباط با یک عنصر لرزه زا، نرخ فعالیت و نرخ لغزش می باشد. از آن جا که برآورد نرخ لغزش نیازمند انجام مطالعات دیرینه لرزه شناسی بوده و برای اکثر گسل های ایران، نرخ لغزش تعیین نشده، از این رو در این مقاله نرخ فعالیت چشمه های لرزه زا محاسبه و در تحلیل ها مورد استفاده قرار گرفته است.[15] با توجه به مواردی که بدان ها اشاره گردید و با داوری کارشناسی و اعمال وزن مناسب، نرخ فعالیت لرزه ای در بزرگای کمینه با توجه به درخت منطقی(شکل (2 به چشمه های لرزه زا وزن دهی گردیده و نتایج آن در نمودار 2 و جدول 3 آورده شده است. در این جدول مشخصات چشمه های لرزه زا برای استفاده در تحلیل های نرم افزاری [16] بر مبنای محاسبات پیشین و پارامتر های گسیختگی [17]، محاسبه گردیده است. همچنین با مطالعه و بررسی روابط کاهندگی مختلف موجود [4] و با توجه به ویژگی ها و شرایط زمین شناسی، زمین ساختی و لرزه زمین ساختی ایران زمین، همچنین با در نظر گرفتن قرار گیری سازه سد بر روی سنگ سخت و ویژگی های این روابط و محدودیت های هر یک، در نهایت از روابط [20][19][18]، در تحلیل خطر زمین لرزه این پژوهش استفاده شده است.
-3-3 محاسبه شتاب افقی زمین
در این مقاله از روش احتمالی جهت محاسبه شتاب زمین برای دوره بازگشت های مختلف استفاده می شود. در بخش های قبل چشمه های لرزه زا شناسایی و روابط کاهندگی مناسب انتخاب گردید. حال با در نظر گرفتن ضرایب لرزه خیزی هر چشمه و محاسبه تابع چگالی احتمال بزرگا برای آن ها و استفاده از نظریه احتمال، در نهایت با توجه به درخت منطقی (شکل (2 روابط کاهندگی وزن دهی شده و منحنی خطر لرزه ای در سایت مورد نظر بدست می آید. نتایج حاصل از این تحلیل ها در جدول 4 و نمودار های 3 و 4 آورده شده است
-4-3 طیف خطر یکنواخت
محاسبه شتاب طیفی21]،[22، از جمله مهم ترین مراحل در طراحی لرزه ای برای سازه های مهمی چون سد های بتنی به شمار می رود. در ادامه به کمک تحلیل های نرم افزاری [16] طیف خطر یکنواخت برای پریود صفر ثانیه تا 4 ثانیه به روش احتمالی با اعمال وزن یکسان [9] به هر یک از روابط کاهندگی طیفی18]،19،[20، محاسبه و در نمودار 5 نشان داده شده است. بر این اساس شتاب طیفی از پریود صفر تا 0.175 ثانیه افزایش و از آن به بعد کاهش پیدا کرده است.
نمودار : (5) طیف خطر یکنواخت افقی به روش احتمالی برای دوره بازگشت های مختلف
-5-3 تفکیک خطر لرزهای
