تحقیق درباره خسارات نوين ناشي از زلزله

در اثر توسعه اقتصادي ساليان گذشته، خصوصاً 20 سال اخير، كشورهاي در حال توسعه به طور چشمگيري تغيير نموده اند. تمركز جمعيت و اطلاعات در شهرهاي بزرگ به طور محسوسي پيشرفت داشته است. امكانات جديدي كه تاكنون در مورد يك زلزله قوي تجربه شده اند، در حال رشد و توسعه است: آسمان خراشها، ساختمانهاي با سيستم هاي هوشيار، پلهاي معلق عظيم، بزرگراههاي زيرزميني، مراكز خريد زيرزميني، مترو، انواع و اقسام كامپيوترها و … در نتيجه اين پيشرفتها وضعيت و آثار ناشي از خرابي هاي زلزله هم تغييراتي نموده است.

مقدمه اي بر توسعه شهرها و افزايش خسارات اقتصادي

جالب است بدانيم كه اكثريت مردم جهان معتقدند هر چه زمان پيش مي رود زلزله هاي بيشتر و قويتري روي مي دهد. اين عقيده گرچه از نظر فيزيكي و توجيه وقوع زلزله ها ممكن است منطق درستي نداشته باشد؛ ليكن با توجه به سه مطلب زير بطور منطقي درست مي باشد:

الف- ظهور شهرها و شهركهاي جديد در مناطق مختلف، كه اين امر باعث مي شود تا زلزله هايي كه قبلاً در بيابان و در مناطق عاري از سكنه روي مي دادند، اين بار پس از دوره بازگشت خود در منطقه اي روي دهند كه تاسيسات مختلفي در آن درست شده و جمع زيادي در آن زندگي مي كنند.

ب- گسترش جمعيت و تاسيسات شهري كه خود عامل ديگر افزايش خسارات و تلفات مي باشد. هر چه شهرها مدرن تر شوند، خسارات بيشتري از نظر ارزش بوجود مي آيد. مثلاً در سال 1995 شهر مدرني مانند كوبه ژاپن و شهرهاي حومه آن بواسطه خسارت (مستقيم و غيرمستقيم) تاسيسات پيشرفته آنها متحمل هزينه بسيار سنگيني بالغ بر 150 ميليارد دلار آمريكا گرديد.

ج- پيشرفت دانش بشر در زمينه لرزه شناسي قادرست لرزه هاي زيادي در اقصي نقاط جهان ثبت نمايد، در حاليكه در قديم خيلي از زلزله ها ثبت نمي شد. لذا به نظر مي رسد كه زلزله ها افزايش يافته اند.

تقسيم بندي خسارات اقتصادي

پس از وقوع زلزله، خسارات اقتصادي را به طور كلي بهتر است به دو قسمت تقسيم نمود:

1-    خسارات مستقيم

اينگونه خسارات بطور عمومي عبارتند از خسارات ناشي از خراب شدن ساختمانها و تاسيسات، جاده ها، پلها، راه آهن، لوله هاي آب و گاز، خطوط برق و مخابرات و تاسيسات آنها. خسارت مستقيم تقريباً هزينه آن چيزي است كه در اثر خرابي از دست رفته است و از سرويس خارج مي گردد. اين مثل آن است كه بطور مستقيم بايستي براي برگشت مجدد آنها هزينه نمود.

2-    خسارت غيرمستقيم

وقتي تاسيسات و ساختمانها آسيب ببينند، نمي توانند مورد بهره برداري قرار گيرند. عدم امكان بهره برداري از آنچه كه در زلزله آسيب ديده است، قطع گردد. در واقع در خسارتهاي غيرمستقيم عايدي ناشي از بهره برداري قطع مي گردد كه مي تواند رقم بسيار قابل ملاحظه اي و گاهي اوقات برابر يا حتي بيشتر از خسارات مستقيم شود. معطل ماندن سرمايه گذاريها، فرار سرمايه ها از مناطق آسيب ديده، بيكاريها، ورشكستگيها و نظاير آنها از جمله مهمترين مصاديق خسارات غيرمستقيم هستند.

خسارات اقتصادي و آسيب هاي وابسته

تاكنون، تمامي كوشش ها مصروف كاهش دادن تلفات جاني تا حداقل ميزان ممكن، در يك زلزله بوده است. در واقع اين امر هنوز هم مساله اساسي محسوب مي شود و وضعيت كنوني شهرهاي بزرگ، كه شرايط پيچيده اي دارند، از عوامل آن است. امروزه در كلان شهرها حجم بالايي از پول و اطلاعات، صرف تهيه و تنظيم بهترين مكانيسم ممكن مي شود. مكانيسمي كه در آن نه تنها حداقل تلفات جاني رخ دهد، بلكه ميزان آسيبهاي اقتصادي نيز به حداقل ممكن كاهش يابد.

خسارات ناشي از عدم بهره برداري

ماشينهايي كه از آنها جهت تنظيم و اداره مكانيسم هاي مذكور استفاده مي شود، به راحتي خراب مي شوند و تعميرات مجدد آنها به راحتي امكان پذير نيست. در مورد وسايل الكتريكي كه اخيرا ساخته مي شود، اگر يك قسمت وسيله خراب شود، بجاي تعويض كل وسيله مي توان آن قسمت را با يك قسمت سالم تعويض و جابجا نمود. اما در مورد شهرها چنين نيست و نمي توان قسمتهاي مختلف شهري را به راحتي عوض نمود. يكي از مشكلاتي كه در مورد خسارات ناشي از زلزله وجود دارد، جابجايي گسل ها و آثار آن براي يك شهر مي باشد. در اين باره مي توان گفت كه حتي اگر جان افراد به خطر نيفتد و كسي هم كشته نشود، اما آثار و خسارات وابسته به آن در شهري مانند تهران كه داراي جايگاه مهمي از نظر موقعيت كليدي آن در منطقه مي باشد، (از نظر ايجاد مشكلات ترافيكي و يا ارتباطاتي) در حدي است كه منجر به فلج شدن امور شهري مي گردد و عدم بهره برداري از منابع انساني و مادي مي گردد.

حتي اگر زماني برسد كه قادر باشيم زمان وقوع زلزله را پيش بيني نماييم، آسيب هاي فيزيكي امري غيرقابل اجتناب است. به دليل تمركز بالاي جمعيت در يك شهر تعداد آسيب هاي معمولي ممكن است به هزاران برسد. همچنين هزينه ها و خسارات اقتصادي ناشي از تعمير ساختمانها و يا وسايل آسيب ديده ممكن است بسيار زياد گردد. در ابر شهرهايي همچون توكيو و تهران مجموعه هاي نفيس و گرانقيمت و موزه هاي زيادي از اشياء باارزش وجود دارد كه احتمال آسيب ديدگي آنها هم وجود دارد.

پيشتر، ژاپنيها اين تصور را داشتند كه خسارات اقتصادي هر قدر هم كه بزرگ شد در صورتي كه تلفات جاني در پي نداشته باشند و افراد بتوانند زنده بمانند، قابل تحمل و قبول هستند. همچنين در گذشته نگرش ساده اي نسبت به بازسازي وجود داشت. اما از آنجا كه هم اكنون ژاپن يك كشور صنعتي محسوب مي شود، ميزان خسارات اقتصادي ناشي از زلزله بسيار مهم مي باشند.

زلزله اي كه خسارتي در حدود 200 ميليارد دلار در پي داشته (26 تريليون ين) بسيار جدي بوده و مي توانست كشور ژاپن را در شرايطي قرار دهد كه ديگر نتواند پذيراي سرمايه گذاريهاي خارجي باشد و باعث مشكل سرمايه گذاريهاي اين كشور در خارج گردد. اگر اين اتفاق رخ مي داد، بي شك اثرات قابل توجهي بر بازارهاي مالي كشورهاي ديگر هم اعمال مي گرديد. لذا هم اكنون در مطالعات محققين، كنترل خسارات اقتصادي نيز بايد كاملا لحاظ گشته و تنها به كنترل تلفات جاني بسنده نشود.

براستي آيا 26 تريليون ين حجم هنگفتي از سرمايه هاي كشور را شامل نمي شود؟

هم اكنون در حدود 20% از مردم كشور ايران در تهران زندگي مي كنند و اين شهر نه تنها به عنوان قطب اقتصادي كشور، بلكه دربرگيرنده تعداد زيادي از مديران، متخصصان و صاحبنظران رشته هاي مختلف مي باشد. بروز زلزله اي حتي با سطح پائيني از خسارات، مي تواند لطمات جبران ناپذيري بر اقتصاد و مديريت كشور ايفا نمايد. آسيبي كه شايد جبران آن به راحتي ممكن نباشد. بررسي شرايط اقتصادي كشور و همچنين نحوه مديريت آن در صورت بروز زلزله در اين شهر، نياز به بررسي جامع و هماهنگي كامل بين كليه نهادهاي مديريتي كشور دارد.

چرا شريانهاي حياتي براي بروز زلزله مستعد مي باشند؟

مهمترين امكاناتي كه ضروريات زندگي روزمره مردم را تامين مي كنند، همانند انرژي برق، گاز، سيستم هاي آبرساني و جمع آوري فاضلاب، ترافيك، سيبستم هاي ارتباطي و … را «شريانهاي حياتي» مي گويند. با وجودي كه اين موارد پس از بروز زلزله براي حفظ جان مردم فوق العاده مهم اند، اما در اثر خسارات ناشي از زلزله به آساني دچار خرابي و ناكارآمدي مي شوند و توان عملكرد مناسب را نخواهند داشت. براي مثال نيروي برق را در نظر مي گيريم: برق رساني شامل مراحل مختلف و متعددي نظير توليد، انتقال، تغيير فشار، توزيع و … مي باشد كه تمامي اين مراحل بايد انجام شود تا برق به دست مشتركين برسد. در صورتي كه حتي اگر يكي از مراحل آسيب ببيند، سرويس دهي براي كل سيستم ناممكن مي گردد.

فرض كنيد، “ n " شماره تاسيساتي باشد كه به صورت سري به يكديگر متصل مي باشند و احتمال بروز اشكال در آنها “ p " مي باشد، در نتيجه درجه ايمني كلي قابل محاسبه است. اين رقم براي هر يك از تاسيسات “ (1-p) “ مي باشد. تمامي تاسيسات بايد سالم باقي بمانند تا ايمني كل سيستم فراهم گردد، در نتيجه درجه ايمني كلي از ضرب مقادير ايمني هر يك از تاسيسات سيستم به دست مي آيد (1-p)ⁿ .

هنگامي كه تعداد تاسيسات اندك است، درجه ايمني كلي چندان افت نمي كند، اما هنگامي كه تعداد آنها به حدود عدد 100 يا 1000 افزايش مي يابد درجه ايمني كل سيستم كاهش يافته و به راحتي خرابي و ناكارآمدي در سيستم پديد مي آيد.

براي مثال شبكه لوله هاي آبرساني شهري را در نظر بگيريد كه در زيرزمين قرار دارند. معمولاً لوله هاي آب در محل اتصالات دچار شكستگي مي شوند. از آنجايي كه به طور ميانگين به ازاء هر 4 متر طول لوله يك اتصال وجود دارد؛ در نتيجه به ازاء يك كيلومتر طول لوله در حدود 250 اتصال وجود خواهد داشت. فرض كنيد كه تنها يك درصد از اتصالات در طول زلزله دچار شكستگي شوند. (كه البته اين مقياس از آسيب يعني 100/1=01/0 براي يك ساختمان عدد خيلي ناچيزي است.) در نتيجه ضريب اطمينان هر اتصال برابر خواهد شد با 99/0=(01/0-1) و ضريب اطمينان كل سيستم با حدود 250 اتصال برابر مي شود با ²⁵⁰(01/0-1)-1

مشاهده مي شود كه حتي زلزله اي كه درجه بالايي ندارد و خسارت جدي نيز به ساختمان وارد نمي آورد و در اثر آن حتي در ديوارها ترك هم ايجاد نمي گردد، باعث بروز ناكارآمدي در شريانهاي حياتي مي گردد. مانند اختلال در توزيع برق، توقف در آبرساني شهري، عدم سرويس دهي راه آهن و مشكلاتي از اين دست. همچنان كه در قسمتهاي قبل بيان شد دليل اين امر همان گستردگي طول شبكه شريانهاي حياتي مي باشد. هرگونه خسارتي كه به يكي از بخشهاي ضعيف اين شبكه وارد آيد بر تمامي مجموعه اثر مي گذارد و باعث ناكارآمدي كل سيستم مي گردد.

بنابراين مي توان فهميد كه بروز مشكلات جدي در شبكه توزيع برق (حتي اگر فقط در حد 1 يا 2 ساعت پس از زلزله باشد) پس از بروز يك زلزله امري حتمي و مشكل ساز است. در واقع حتي زلزله هاي كوچك هم باعث وارد آمدن خساراتي به روند توليد برق مي‌شوند.

بعد از يك زلزله بزرگ، حتي اگر امكانات و وسايل مخابراتي به سختي آسيب نبينند، باز هم امكان برقراري ارتباط تلفني با مناطق زلزله زده نخواهد بود، زيرا ترافيك شديدي از تلفنهاي افرادي كه مي خواهند از وضعيت بستگان و آشنايانشان در مناطق زلزله زده اطلاع يابند، ايجاد مي شود.

كمانش در خطوط راه آهن به علت نشست خاكريز

عموماً زلزله باعث مي شود كه خطوط دچار خم شدگي شوند؛ كه اين قبيل خم شدگي ها به قطارها اجازه عبور نمي دهند. در مورد تصوير اين حالت بايد گفت كه خاكريز (كه از خاكريزي يك گودال در اطراف پايه بوده است.) نشست كرده و سنگ شكسته ها، ديگر مهاري‌ها را تحمل ننموده و باعث كاهش مقاومت جانبي شده اند.

اين احتمال هست كه تنش فشاري در طول ريلهاي طويل (در حدود 2 كيلومتر) زياد شده و ريلها شروع به خم شدن و يا كمانش نموده اند. (كه اين امر بيشتر در تابستان ها اتفاق مي افتد.)

(زلزله مياگي- كن- اكي، ژاپن، 1978)

در اكثر مواقع تهيه و توليد نيروي برق در اثر بروز زلزله براي مدت زماني متوقف مي گردد. هر چند كه نسبت به ساير شريانهاي حياتي مانند گاز و يا آبرساني شهري، انرژي برق سريعتر قابليت برگشت به حالات نخستين را دارد. يكي از دلايل وارد آمدن آسيب ديدگي به روند توليد نيروي برق خرابي و شكستگي مقره هاي چيني مي باشد. مقره ها ترد و شكننده بوده و از رس پخته درست مي شوند و يكي از ضعيفترين مصالح در برابر زلزله ها محسوب مي شوند.

(زلزله مياگي- كن- اكي، ژاپن، 1978)

مطالعات انجام شده در رابطه با پست KV340 بم، نشان مي دهد كه در پستهاي برق سازه هايي كه داراي قسمت فوقاني سنگين هستند، بيشتر دچار آسيب مي شوند. همچنين مهار نمودن ترانسفورماتورهاي عظيم در محل ريل جابجايي از اهميت به سزايي برخوردار است.

آسيب پذيري لرزه اي پستهاي انتقال نيرو

پست KV240 شهر بم در اثر زلزله 5 ديماه 1382 به شدت آسيب ديد و اين مسئله در عمليات برق رساني بعد از زلزله به اين شهر مشكلات جدي ايجاد كرد. زلزله هاي گذشته آسيب پذيري تجهيزات پست ها را در مقابل زلزله نشان داده است و بروز مجدد خسارات در تجهيزات اين پست لزوم اتخاذ تدابير پيشگيرانه در مقابل زلزله را گوشزد مي نمايد.

طي تحقيقات انجام شده توسط مركز تحقيقات وزارت نيرو (متن) عمده علل آسيب ديدگي اين پست بررسي شده كه در اين خصوص موارد ذيل حائز اهميت مي باشد:

تاكنون رويكرد اصلي در طراحي پستهاي انتقال برق معطوف به حفظ سازه ها بجاي رويكرد معطوف به حفاظت از تجهيزات بوده است كه اين امر مهمترين عامل آسيب پذيري تجهيزات پست ها مي باشد.

افزايش ارتفاع تجهيزات (به دليل افزايش ولتاژ) تمركز جرم در قسمت هاي فوقاني، تردشكني مقره هاي اتكايي (موضوع تصوير قبل)، اندركنش تجهيزات مجاور به واسطه كابلهاي متصله از مواردي هستند كه آسيب پذيري تجهيزات را افزايش مي دهد.

فرايندهاي طراحي مناسب:

1-    انتخاب تجهيزات مناسب (مثلا عدم استفاده از تجهيزات با قسمت فوقاني سنگين)

2-    مهار تجهيزات (مثلا مهار ترانسفورماتورهاي عظيم در ريل هاي خود)

3-    استفاده از ادوات جاذب انرژي

4-    توجه به افزايش پديده ارتعاش مجموعه سازه- تجهيزات (ايزولاسيون پايه)

ايجاد شكستگي در خط لوله مدفون در اثر نشست خاكريز

فونداسيون پلها معمولاً خيلي محكم هستند به طوري كه حتي در طول زلزله ها هم نشست نمي كنند. اما خاكريز مجاور پايه پلها به راحتي دچار نشست مي شود و دليل آن مشكل بودن متراكم كردن محل اتصال مي باشد. اين نشست معمولاً باعث قطع سيم تلفنها مي گردد كه دليل آن برآمدگي موجود در محل اتصال بين خاكريز و پايه مي باشد. برآمدگي تصوير روبرو اين شكل را نشان مي دهد.

(زلزله مياگي- كن- اكي، ژاپن، 1978)