طراحی و اجرای سامانه پاسخ سریع زمین‌لرزه در شهر تهران

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 مدیر کل امور پژوهشی، مرکز تحقیقات راه، مسکن و شهرسازی

2 پژوهشگر

چکیده

چکیده
موقعیت زمین‌شناسی و لرزه زمین‌ ساختی ایران، در طول تاریخ باعث رویداد زمین‌لرزه‌های ویرانگر در این سرزمین شده است. در این میان با نگاهی تاریخی و از دیدگاه لرزه‌خیزی به محدوده جغرافیایی شهر تهران نشان‌دهنده، فعالیت لرزه‌خیزی بالای آن است. با توجه به سوابق لرزه خیزی آن و  وجود گسل‌های مهم در شهر تهران، احتمال رویداد یک زمین لرزه در این شهر بزرگ وجود دارد. در این راستا نیاز است تمهیدات لازم جهت مدیریت در شرایط بحران، به کار گرفته شود. یکی از ابزارهای مدیریت بحران، داشتن اطلاعات دقیق از رویداد زمین‌لرزه است. در این شهر بزرگ در موقع رویداد زمین لرزه ای مخرب، بدون اتکا به داده‌های سریع و دقیق از مکان زمین‌لرزه و سایر پارامترهای اساسی آن امکان پذیر نیست. در این خصوص، شبکه ملی شتابنگاری زلزله ایران، طراحی و اجرای یک سامانه پاسخ سریع زمین لرزه که اطلاعات اساسی را در فاصله زمانی اندکی از رویداد زمین‌لرزه در اختیار مسؤولان ذیربط قرار دهد اجرا نموده است. تا کنون بیست ایستگاه شتابنگاری پاسخ سریع در دانشگاه‌های صنعتی شریف، شهیدعباسپور، تهران، الزهرا، شهید رجایی، تربیت مدرس، شهید بهشتی، علم و صنعت ایران، خواجه نصیر طوسی، علوم و تحقیقات، مرکز تحقیقات، پارک شهر، سازمان زمین شناسی، شهرداری ناحیه 2 منطقه 5 ، شهرداری منطقه 22 ، بیمارستان فیاض‌بخش، فرهنگسرای خاوران، فرهنگسرای بهمن، فرمانداری شهرری و بخشداری چهاردانگه نصب و راه‌اندازی شده است. اطلاعات این ایستگاه‌ها به صورت برخط، از طریق خطوط مخابراتی زمینی ام پی ال اس (Multiprotocol Label Switching) به سرور مرکزی در مرکز تحقیقات راه، مسکن و شهرسازی انتقال
می‌یابد و بر اساس اطلاعات دریافت شده نقشه‌های هم لرزه تولید می‌شود که در فاصله زمانی یک دقیقه به هنگام می‌گردد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


طراحی و اجرای سامانه پاسخ سریع زمین‌لرزه در شهر تهران

حسین میرزایی علویجه*1، اسماعیل فرزانگان 2، فریدون سیناییان3،  حسین عبداللهی تیچی4

1- مربی، زمین شناسی، مرکز تحقیقات راه، مسکن و شهرسازی، تهران

2- مربی، تکتونیک، مرکز تحقیقات راه، مسکن و شهرسازی، تهران

3- دانشیار، مرکز تحقیقات راه، مسکن و شهرسازی

4- کارشناس، جغرافی، مرکز تحقیقات راه، مسکن و شهرسازی

* تهران، مرکز تحقیقات راه، مسکن و شهرسازی mirzaei@bhrc.ac.ir

چکیده

موقعیت زمین‌شناسی و لرزه زمین‌ ساختی ایران، در طول تاریخ باعث رویداد زمین‌لرزه‌های ویرانگر در این سرزمین شده است. در این میان با نگاهی تاریخی و از دیدگاه
لرزه‌خیزی به محدوده جغرافیایی شهر تهران نشان‌دهنده، فعالیت لرزه‌خیزی بالای آن است. با توجه به سوابق لرزه خیزی آن و  وجود گسل‌های مهم در شهر تهران، احتمال رویداد یک زمین لرزه در این شهر بزرگ وجود دارد. در این راستا نیاز است تمهیدات لازم جهت مدیریت در شرایط بحران، به کار گرفته شود. یکی از ابزارهای مدیریت بحران، داشتن اطلاعات دقیق از رویداد زمین‌لرزه است. در این شهر بزرگ در موقع رویداد زمین لرزه ای مخرب، بدون اتکا به داده‌های سریع و دقیق از مکان زمین‌لرزه و سایر پارامترهای اساسی آن امکان پذیر نیست. در این خصوص، شبکه ملی شتابنگاری زلزله ایران، طراحی و اجرای یک سامانه پاسخ سریع زمین لرزه که اطلاعات اساسی را در فاصله زمانی اندکی از رویداد زمین‌لرزه در اختیار مسؤولان ذیربط قرار دهد اجرا نموده است. تا کنون بیست ایستگاه شتابنگاری پاسخ سریع در دانشگاه‌های صنعتی شریف، شهیدعباسپور، تهران، الزهرا، شهید رجایی، تربیت مدرس، شهید بهشتی، علم و صنعت ایران، خواجه نصیر طوسی، علوم و تحقیقات، مرکز تحقیقات، پارک شهر، سازمان زمین شناسی، شهرداری ناحیه 2 منطقه 5 ، شهرداری منطقه 22 ، بیمارستان فیاض‌بخش، فرهنگسرای خاوران، فرهنگسرای بهمن، فرمانداری شهرری و بخشداری چهاردانگه نصب و راه‌اندازی شده است. اطلاعات این ایستگاه‌ها به صورت برخط، از طریق خطوط مخابراتی زمینی ام پی ال اس (Multiprotocol Label Switching) به سرور مرکزی در مرکز تحقیقات راه، مسکن و شهرسازی انتقال
می‌یابد و بر اساس اطلاعات دریافت شده نقشه‌های هم لرزه تولید می‌شود که در فاصله زمانی یک دقیقه به هنگام می‌گردد.

کلید ‌واژگان:  گسل، زمین لرزه، شتابنگاری، پاسخ سریع، سامانه

 

Design and Installation of Rapid Response System for Tehran City

H. Mirzaei Alavijeh*1, E. Farzanegan2, F. Sinaeian3, H. Abdolahi Tichi4

1- Iran Strong Motion Network, Road, Housing, and Urban Development Research Center, Tehran, Iran

2- Iran Strong Motion Network, Road, Housing, and Urban Development Research Center, Tehran, Iran

3- Iran Strong Motion Network, Road, Housing, and Urban Development Research Center, Tehran, Iran

4- Iran Strong Motion Network, Road, Housing, and Urban Development Research Center, Tehran, Iran

* P.O. Box 1463917151, Tehran, Iran, mirzaei@bhrc.ac.ir

Abstract

The Greater Tehran Area is located at the foot slope area of the Alborz Mountains, which form part of the Alpine-Himalayan Orogenic Zone. The urban area of Tehran has been developed on alluvial layers accumulated on hard rock through complex geological formations. Seismologists believe that a strong earthquake will strike Tehran in near future, because the city has not experienced a disastrous earthquake since 1830. Fast growth of population and urbanization in previous decades due to immigration, lack of strong regulations for urban development and existence of several active faults around the city cause the vulnerability of Tehran against the moderate to large earthquakes. A modern strong motion network in Tehran plays an important role in making a rapid response to the incoming earthquakes. This network is able to improve the conditions for determination of magnitude, location and engineering parameters of the regional earthquakes. With the aims of acquiring and monitoring of strong motion data, development of empirical strong ground motion data base, improvement in microzonation, and obtaining effective information for estimation of ground shaking and damage, a strong motion network including 20 stations has been installed in Tehran metropolitan area. Establishment of this network has been done by Iranian Strong Motion Network (ISMN) department of Building and Housing Research Center (BHRC) in frame of a pilot project called “design, installing and operating of earthquake rapid response system for 20 strong motion stations in Tehran’’.

Keywords

Styles, vulnerability, strong motion,rapid response, microzonation

 

 

 

  1. مقدمه

مدیریت مخاطرات طبیعی، به خصوص زمین‌لرزه امری مشکل است. اگر چه امروزه بشر با پیشرفت‌های تکنولوژیکی، به خصوص در زمینه مقابله با زمین‌لرزه به نتایج مطلوبی رسیده است و نمود عینی آنها را در آئین‌نامه‌های ساخت‌و‌ساز مشاهده می‌کنیم[1]. ولیکن هنوز زمین‌لرزه در زمره
مخاطره‌آمیزترین پدیده‌های طبیعی محسوب می‌شود. امروزه دانشمندان علوم زمین‌لرزه صراحتاً بر این نکته تاکید دارند که پیش‌بینی زمین‌لرزه به این معنا که بزرگا و مکان آن مشخص گردد با دانش فعلی بشر امکان پذیر نیست، ولیکن سیستم‌های هشدار و پاسخ سریع زمین‌لرزه می‌توانند درکاهش خسارات جانی و مالی زمین‌لرزه بسیار سودمند باشند.

   نیاز به یک سامانه هشدار سریع در زمینه زمین‌لرزه به‌خصوص در مورد مکان رویداد آن ریشه‌ای تاریخی دارد. شاید لرزه‌نگار ابتدایی چینی‌ها که بیش از 2000 سال قدمت دارد اولین کوشش‌های بشر در راه رسیدن به این نیاز بود. اگرچه هنوز نیز بشر نتوانسته این مسأله را به‌خوبی حل کند چرا که می‌بینیم در زمین‌لرزه ژانویه 1995 کوبه ژاپن[2] ، یک روز زمان صرف شد تا ابعاد گسترده فاجعه آشکار شود و در ایران بارها نیز با این معضل روبرو بوده‌ایم. سیستم‌های هشدار و پاسخ سریع به این نیاز اطلاعاتی آشکارا پاسخ مثبت می‌دهند.

   زمین‌لرزه 21 سپتامبر 1999 چیـچی تایوان اولین تجربه عملکرد مثبت این سیستم بود [3]. اطلاعات به‌دست آمده از این سیستم در این زمین‌لرزه تصویر دقیقی از اثرهای این رویداد را آشکار و مسیر امداد را مشخص و کمک شایانی به امداد گران نمود. مدیریت موثر بحران در این زمین‌لرزه جان تعداد زیادی از مردم را نجات داد. این سیستم بر اساس عملکرد صدها دستگاه شتابنگار و لرزه‌نگار که در سراسر جزیره نصب شده‌اند عمل  می‌کند که همه آنها به یک سیستم کنترل مرکزی متصل هستند. مشابه این سیستم در استانبول ترکیه، مکزیکو سیتی، کالیفرنیا و هند در حال فعالیت هستند [4، 5، 6، 7].

   سامانه‌های هشدار و پاسخ سریع زمین‌لرزه بر اساس اختلاف زمانی رسید امواج p یا اولیه و امواج s یا ثانویه استوار هستند و با توجه به این اختلاف و تفاوت سرعت بسیار زیاد امواج رادیویی یا مشابه با امواج زمین‌لرزه قادر به ارسال هشدار در بدو رویداد زمین‌لرزه و یا ارایه اطلاعات اساسی جنبش نیرومند زمین بلافاصله بعد از رویداد زمین‌لرزه هستند. نکته مهم در سامانه پاسخ سریع زمین‌لرزه فاصله زمانی بین رسید امواج p و s است که هر چه این زمان بیشتر باشد، فرصت بیشتری برای هشدار وجود خواهد داشت. در سامانه پاسخ سریع زمین‌لرزه شهر تهران و در مرحله اول 20 دستگاه شتابنگار در مناطق مختلف تهران نصب شد. ارتباطات آنها از طریق خطوط تلفن ام پی ال اس میسر شد. با توجه به شرایط بحران در هنگام وقوع زمین‌لرزه، نیاز است ارتباطات غیر زمینی، مانند: ارتباطات موبایل (GSM) و در نهایت سیستم ماهواره‌ای، مورد بهره‌برداری قرار گیرد.

 

  1. دلایل ایجاد سامانه‌های پاسخ سریع در جهان

دهها میلیون انسان به وسیله بلایای طبیعی در جهان در معرض خطر هستند. فاجعه‌ای که به‌وسیله زمین‌لرزه‌ها یا فعالیت آتشفشان‌ها، طوفان‌ها، سیل‌ها و قحطی به‌وجود می‌آیند، جان هزاران نفر از انسان‌ها را می‌گیرد و همچنین باعث خسارتهای اقتصادی در حدود 1012-109 دلار در هر سال می‌شود. برای مثال، در سال 2004، بلایای طبیعی بیش از 180000 قربانی گرفت و در حدود 145 میلیارد دلار خسارت مالی ایجاد کرد. با اضافه نمودن قربانیان سونامی در جنوب آسیا در 26 دسامبر 2004 تعداد مرگ و میر به بیش از 300000 نفر رسید. در دهه‌های گذشته نیز به‌خصوص به دلیل افزایش آسیب پذیری جوامع در معرض خطر، تعداد بلایا به‌طور چشمگیری فزونی یافته است. آسیب‌پذیری جوامع انسانی به دلیل فاکتورهای پیچیده اجتماعی و اقتصادی مثل رشد جمعیت و مهاجرت، روند پیشرفت و توسعه صنعتی و همچنین مداخله در سیستمهای طبیعی است. تحقیق بیشتر در مورد دلایل فیزیکی این پدیده‌ها در چند سال گذشته منتهی به توسعه تکنیکی و
به‌کارگیری ابزارهایــی برای پیش‌بینی و پیشگیری بعضی از آنها گردید. با توجه به ماهیت زمین‌لرزه، مسأله بسیار پیچیده‌تر است. پیش‌بینی زمین‌لرزه هنوز قابل اعتماد نیست و نمی‌توان زمان، مکان و بزرگی زمین‌لرزه را با روش قطعی اعلام کرد. این هم به دلیل ناهمگنی زمین، عدم دسترسی به زون‌های گسلی برای اندازه‌گیری‌ها، تنوع و گستردگی و سازوکارهاست. همچنین، عدم قطعیت‌های شرایط اولیه قابل پیش‌بینی بودن زمین‌لرزه قوی را به‌طور چشمگیری محدود می‌نماید. در حالی‌که بیشتر کارشناسان برای سرمایه‌گذاری‌های سنگین برای پیش نشانگرها (precursors) ابهام دارند، ولی تقریباً همگی بر روی سرمایه‌گذاری به منظور کاهش ریسک زمین‌لرزه توافق دارند. در طی تحقیقات انجام گرفته این‌گونه نتیجه‌گیری شده است که سیستم هشدار سریع زمین‌لرزه و سیستم پاسخ سریع زمین‌لرزه، در راستای کاهش خسارتها و تلفات انسانی، از کار انداختن شریان‌های حیاتی (در صورت نیاز) بسیار موثر هستند.

 

  1. 3.          ضرورت ایجاد سامانه پاسخ سریع در شهر تهران

شهر تهران در دامنه جنوبی البرز کوه مرکزی و بر روی نهشته‌های آبرفتی کواترنر بنا شده و قسمت جنوبی آن کم و بیش در کناره شمال باختری کویر بزرگ مرکزی ایران قرار دارد. اختلاف بلندی ناگهانی و شدید میان شهر تهران (با میانگین ارتفاع 1300 متر) و نزدیکترین قله به آن در یک فاصله کمتر از 10 کیلومتر (قله توچال با بلندی نزدیک به 3933 متر) یکی از ویژگیهای پستی و بلندی گستره تهران است که به نظر چالنکو (1974) [8]، نتیجه‌ی مولفه‌ی شاغولی است که در راستای راندگی جنبای شمال تهران رویداده است. علاوه بر وجود راندگی جنبای شمال تهران و چند گسل جوان و جنبای دیگر در شمال و جنوب شهر، نهشته‌های آبرفتی دشت تهران و شهر ری دارای شکستگی‌های کوچک فراوانی است که ممکن است به هنگام جنبیدن گسل‌های بزرگ و زمین‌لرزه دچار لغزش، جنبش و جابه‌جایی شوند. زمین‌لرزه‌های مخرب تاریخی در ناحیه شهر ری در زمان 4 سده پیش از میلاد مسیح و همچنین زمین‌لرزه‌های تاریخی 743، 855 و 958 شهر ری و از سوی دیگر رویداد زمین‌لرزه‌های مهم 1177 و 1962 میلادی بوئین زهرا، که برآورد می‌شود همگی بزرگایی بیش از 7 داشته‌اند، نمایانگر احتمال رویداد زمین‌لرزه‌های مخرب در ناحیه شهری یا در نزدیکی گستره شهر تهران است[9].

رویداد زمین‌لرزه‌های بزرگ در شهر تهران پیامدهای فاجعه باری به دنبال خواهد داشت به طوری‌که اثرهای ویرانگر آن بر جامعه و اقتصاد کشور خسارات جبران‌ناپذیرخواهد گذاشت. مهمترین چالش‌های پیش رو در برابر رویداد یک زمین‌لرزه ویرانگر در این شهر به صورت خلاصه بدین صورت است :

• ایمنی تاسیسات مهم وحیاتی، مانند: بیمارستانها، مراکز آتش‌نشانی، مراکز کمک‌رسانی

• وضع ساختمان‌های شهر تهران که شامل تعداد بسیار زیادی ساختمان قدیمی فاقد اسکلت و ساختمانهای نوساز فاقد مقاومت در برابر زمین‌لرزه هستند.

• لوله‌های فرآورده‌های نفتی و گازی و انبارهای بزرگ فرآورده‌های نفتی به‌خصوص در مناطق جنوبی تهران

• لوله‌کشی گاز تهران و احتمال رویداد آتش‌سوزی

• ایمنی سدهای پیرامون تهران و برش لوله‌های آورنده آب به شهر تهران

• ایمنی کابلهای فشار قوی

• روانگرایی خاک در برخی مناطق به‌خصوص در جنوب شهر تهران

• احتمال رویداد زمین لغزش و سنگ‌ریزش به‌خصوص در مناطق شمالی و کوهستانی پیرامون

موارد فوق تنها فهرست اندکی است که از خطرهای یک زمین‌لرزه احتمالی در شهر تهران می‌توان برشمرد. مهمترین سوالی که در پی رویداد یک زمین‌لرزه بزرگ در شهری مانند تهران مطرح است، شناسایی مناطقی است که بیشترین خسارتها و تلفات را در هنگام رویداد متحمل شده‌اند. مسلما اتکا به روشهای سنتی و تجربیات گذشته کشور در برابر زمین‌لرزه نمی‌تواند برای ابرشهری مانند تهران کارساز باشد. لذا ضروری است با به‌کارگیری امکانات مدرن سخت‌افزاری و نرم‌افزاری و سامانه‌های ارتباطی ایمن، دامنه خسارات این پدیده طبیعی را به حداقل رساند. امروزه در کشور‌های مدرن و لرزه‌خیز به‌کارگیری سامانه‌های واکنش و هشدار سریع زمین‌لرزه به یک ضرورت اجتناب‌ناپذیر در امر مدیریت بحران بدل شده است.

 

  1. سیستم‌های هشدار سریع

چند ساعت اولیه پس از وقوع زمین‌لرزه، اطلاعات مربوط به واقعه بسیار مهم و حیاتی هستند و به شدت این اطلاعات برای بهینه کردن توزیع منابع و مدیریت بحران مورد نیاز است. سیستم‌های هشدار زلزله از سیستم‌های اطلاعاتی داده – زمان واقعی زمین‌لرزه هستند و شامل تعداد زیادی از ایستگاه‌های لرزه‌‌نگاری و شتابنگاری است که با نظم و الگوی معینی در منطقه مورد نظر نصب شده‌اند. با توجه به این که دستگاه‌های لرزه‌نگار باند پهن در نزدیکی مراکز زمین‌لرزه اشباع می‌شوند و دستگاه‌های شتابنگار قادر به ثبت خرد لرزه ها نیستند، ترجیحا هر دو نوع دستگاه با چیدمانی معین در سطح یک منطقه شهری یا ناحیه‌ای توزیع می‌شوند. یک ارتباط مستمر و مداوم با پایگاه پردازشگر مرکزی مورد احتیاج است و هر ثانیه این دستگاه‌ها به‌طور مستمر اطلاعات را به کنترل مرکزی می‌فرستند. ایستگاه‌های سیستم‌های هشدار سریع می‌توانند به‌وسیله وسایل مختلف ارتباطی، مانند: تلفن، تلفن‌های همراه، اینترنت و ماهواره مجهز شوند. از این طریق اطلاعات پارامترهای جنبش زمین را به پایگاه می‌فرستند. این اطلاعات برای تهیه نقشه‌های لرزش به صورت اتوماتیک، لازم و اساسی هستند که خود این نقشه‌ها ورودی‌های اصلی برای تخمین و برآورد خسارات و کشته‌ها می‌باشند. در بحث سیستم‌های هشدار با سه مرحله اصلی روبرو هستیم که نوع آرایش و سیستم‌های مورد استفاده متفاوت هستند [10].

الف) چند ثانیه قبل از زمین لرزه:

سامانه‌های هشدار اولیه زمین لرزه (Earthquake Early Warning System) نقش اساسی را در این مواقع ایفا می‌نمایند. زمان هشدار از صفر تا حد اکثر 90 ثانیه است. این سامانه بر اساس ثبت اولین رسید موج p توسط تعدادی از دستگاه لرزه‌نگار و با علم به اینکه بین رسید امواج p و امواج مخرب‌تر s فاصله زمانی وجود دارد عمل می‌کنند. عملکرد ناشی از هشدار این سامانه می‌تواند به تخلیه ساختمانها (که البته تعداد کمی از مردم
می‌توانند در مدت 30 ثانیه ساختمان را تخلیه کنند) و توقف عملکرد شریانهای حیاتی و مترو منجر شود.

ب) حین زمین‌لرزه

سامانه‌های اعلان خطر لرزه‌ای (Seismic Alarm System) اعلان خطر یا زنگ خطر این سیستم لرزه‌ای می‌تواند هشدار یا سیگنال لازم برای قطع شریانهای حیاتی داخل سیستم‌های مسکونی مانند گاز و آسانسورها،
سیستم‌های توزیع برق در داخل شهرها و را تامین نماید.

ج) بلافاصله پس از زمین‌لرزه

سامانه پاسخ سریع زمین‌لرزه (Earthquake Rapid Response System) در این حالت اطلاعات به‌دست آمده در این سامانه چند ثانیه پس از رویداد زمین‌لرزه منجر به تهیه نقشه‌های خسارت بر اساس مقادیر شدت طیفی (spectrum intensity) می‌گردند. این نقشه‌ها مناطق آسیب‌دیده را مشخص و کمک فراوانی به امدادگران برای رسیدن به مناطق با خسارات بالا
می‌نماید.

از میان سامانه‌های شرح داده شده در بالا، سامانه پاسخ سریع زمین‌لرزه پیچیده‌تر از سایر سامانه‌هاست. این سامانه نیاز به دستگاههای شتابنگار دارد که بتوانند به‌صورت برخط (on line) مقادیر بیشینه شتاب و شدتهای طیفی را در نزدیکی چشمه زمین‌لرزه مهیا کند و ارتباط مستمری بین ایستگاههای لرزه‌ای و مرکز پردازش داده‌ها برقرار باشد. البته سامانه هشدار سریع زمین‌لرزه می‌تواند به عنوان سامانه اعلان خطر و پاسخ زمین‌لرزه نیز عمل کند، در صورتی که تعدادی از دستگاههای شتابنگار در ساختمانهای مهم و به‌طور یکنواخت در مناطق شهری نصب گردند. به طور نمونه این چنین سیستمی می‌بایست شامل تعدادی از ایستگاههای لرزه‌نگاری در مناطق نزدیک به چشمه‌های لرزه‌زا باشد. کاربردهای اصلی این سامانه در مناطق شهری، قطارهای سریع السیر، سامانه‌های توزیع گاز و سایر شریانهای حیاتی و مراکز مهم اقتصادی است.

در مورد سامانه اعلان خطر، دستگاههای شتابنگار در داخل سازه‌ها جایی که سیگنالهای هشدار مورد نیاز است قرار دارند (مثلاً یک نیروگاه اتمی). ارتباط مداوم بین ایستگاههای لرزه‌نگار و مرکز اعلان خطر باید برقرار باشد، اما سامانه پاسخ سریع زمین‌لرزه نیاز به تعداد زیادی دستگاه شتابنگار دارد که این دستگاهها به‌صورت یکنواخت در مناطق شهری نصب می‌گردند. ایستگاههای شتابنگاری می‌توانند مجهز به سیستم‌های ارتباطی موبایل باشند تا بلافاصله پس از زمین‌لرزه از طریق ارسال پیام کوتاه، اطلاعات لازم را به مرکز کنترل ارسال نمایند. پیام ارسالی می‌تواند شامل اطلاعاتی نظیر بیشینه شتاب ثبت شده، مقادیر شتاب طیفی و.... باشد که اساس تهیه نقشه‌های خسارت و آسیب هستند.

سیستم‌های هشدار سریع و اعلان خطر بیشتر برای قطع شریانهای حیاتی و آسیب‌پذیر به‌کار برده می‌شود و هدف آنها تقریباً یکی است و سامانه‌های پاسخ سریع معمولاً برای مناطق بزرگ شهری و صنعتی جایی که مدیریت بحران حایز اهمیت بسیار است، کاربرد دارند. مهمترین خروجی یک سامانه پاسخ سریع زمین‌لرزه نقشه‌های لرزش زمین هستند. این ابزار یکی از کارآمدترین ابزارهای یک سیستم مدیریت بحران بلافاصله بعد از رویداد زمین‌لرزه است. این نقشه‌ها توزیع لرزش زمین را به‌صورت پارامترهای جنبش زمین نشان می‌دهند. اولین نقشه لرزش اتوماتیک به‌وسیله والد و همکاران (1999) برای زمین‌لرزه در کالیفرنیای جنوبی به عنوان قسمتی از پروژه (TriNet) تهیه گردید[11].

برای سامانه پاسخ سریع شهر تهران، در فاز اول 20 ایستگاه شتابنگار بدین منظور نصب شد تا در یک فاصله زمانی مطلوب نقشه‌ای از جنبش زمین را در مناطق مختلف تهیه و ارایه نماید. ولی رسیدن به یک نقشه قابل اعتماد نیاز به بیش از 130 دستگاه شتابنگار دیگر در مناطق شهر تهران دارد. طراحی یک سامانه ارتباطی مطمئن و نرم افراز مدیریت سامانه از مراحل دیگر اصلی کار خواهند بود.

در سامانه پاسخ سریع زمین‌لرزه شهر تهران از نرم‌افزار peeqMap استفاده شد. این نرم‌افزار برای تولید نقشه‌های مدیریت اضطراری پس از زمین‌لرزه است. این نرم‌افزار قابلیت تعیین محل و بزرگی زمین‌لرزه، برای تولید نقشه‌های لرزش در مقیاس منطقه‌ای و نیز توانایی ترسیم نقشه‌های لرزش شهری را داراست و قالب‌های بصری گوناگون را در دسترس قرار
می‌دهد. در این نرم افزار قابلیت وارد کردن اثر تشدیدی ناشی از ساختگاه‌های گوناگون گنجانده شده است. روند پردازش اطلاعات در مقیاس شهری توسط نرم افزار peeqMap به اختصار شامل مراحل زیر است [12]:

1- دریافت مقادیر بیشینه شتاب جمع‌آوری شده در ایستگاه‌ها

2- تصحیح دامنه پارامترهای جنبش زمین به ساختگاه سنگ

3- درون‌یابی عددی

4- تصحیح دامنه پارامترهای جنبش زمین به ساختگاه اصلی مبدأ

5- ترسیم نقشه نهایی

   مراحل 2 و 4 از فرایند فوق در صورت فراهم نبودن اطلاعات مطلوب قابل صرف‌نظر کردن هستند. درون‌یابی عددی انجام شده در الگوریتم بالا، در واقع محاسبه صفحه گذرنده از بین نقاط داده به‌دست آمده از ایستگاه‌های مشاهداتی است که نمونه ای از آن در شکل زیر مشاهده می‌شود.

 

 

 

شکل1 صفحه گذرنده از نقاط داده به‌دست آمده از ایستگاه‌ها

   نرم افزار peeqMap در سرور موجود در مرکز داده پروژه راه‌اندازی شد. پنجره جغرافیایی مطلوب برای ترسیم نقشه لرزش با توجه به پوشش شبکه از شرق و غرب مماس با حدود شهر تهران ('4 °51 - '37 °51) و از  جنوب و شمال ( '32 °35 - '50 °35 ) تعیین گردید. پس از ایجاد تطبیق و هماهنگی برای بهره‌برداری از داده‌های جمع‌آوری شده از ایستگاه‌ها، نقشه‌های لرزش هر یک دقیقه یک‌بار توسط نرم‌افزار peeqMap مطابق شکل زیر تولید می‌شوند. علاوه بر نقشه‌های حاصل در قالب بصری خروجی نرم‌افزار در قالب فایل متنی می‌تواند به عنوان ورودی در سایر نرم‌افزارها از جمله نرم‌افزارهای برآورد خسارت و تلفات و GIS به‌کار گرفته شود.

 

 

شکل 2 نقشه خروجی بعد از پردازش داده‌های شتابگاری

 

  1. سیستم جامع ارتباطی سامانه پاسخ سریع

سیستم جامع ارتباطی، یک سیستم یکپارچه و برخط مدیریت داده‌های شتابنگاری در این طرح است. بدیهی است بنا بر مقتضیات زمان و نیازهای تعریف شده شبکه‌ی شتابنگاری در آینده، می‌توان آن را توسعه داد و برای کل کشور مورد استفاده قرار داد. توسط این سیستم اطلاعات شتابنگاری پس از پردازش اولیه از سراسر ناحیه تحت پوشش به‌صورت پیوسته و برخط (online)  جمع‌آوری و به‌صورت متمرکز و با یک استاندارد باز بر روی بانک اطلاعاتی مرکزی ذخیره می‌گردد. این اطلاعات در صورت نیاز و پس از پردازش‌های تکمیلی، قابلیت تبدیل به نقشه‌های لرزه‌ای (Shake Map) منطقه‌ای و سراسری را خواهند داشت. همچنین می‌توان اطلاعات را برای استفاده سایر سازمانها و با هر پروتکل توافقی میان سازمانی به‌صورت پیوسته در اختیار آنان قرار داد. این سیستم از تجهیزات متصل به دستگاه‌های شتابنگاری، سیستم جمع‌آوری و انتقال اطلاعات، سیستم ذخیره‌سازی اطلاعات، سیستم پردازش اطلاعات، سیستم ارایه اطلاعات و هشداردهی، سیستم کنترل و مانیتورینگ اجزای پروژه، تشکیل شده است.

5-1- تجهیزات متصل به دستگاه‌های شتابنگار:  این زیر سیستم در لایه صفر پروژه قرار دارد. عملیات تولید اطلاعات در این لایه صورت می‌گیرد. این تجهیزات دو نوع هستند :

•        تجهیزات دارای پورت Ethernet

•        تجهیزت دارای پورت RS232

سامانه مدیریت شتابنگاری در صورت نیاز قابلیت جمع آوری اطلاعات از روی تجهیزات با پورت های استاندارد و یا هر پورت اطلاعاتی دیگر را دارد و قابلیت به‌کارگیری تجهیزات شتابنگاری جدید و قدیمی را در کنار هم برای سیستم فراهم می‌کند. با این روش می‌توان از تمامی تجهیزات موجود به صورت بهینه استفاده کرد و در شرایطی باعث صرفه‌جویی و کاهش هزینه خرید تجهیزات جدید می‌گردد.

5-2- زیر سیستم جمع‌آوری و انتقال اطلاعات: این زیر سیستم می‌تواند به طرق مختلف در سراسر منطقه تحت پوشش پروژه ایجاد شود. برای این کار از پورتهای ارتباطی مخابرات در کشور استفاده می‌گردد که می‌تواند کلیه اجزای سیستم را به‌صورت یک شبکه محلی مجازی توزیع شده در سراسر کشور و به صورت دایمی (IP Base) به هم متصل کند. در مکانهایی که امکان بر قراری ارتباط توسط مخابرات وجود ندارد می‌توان از هر امکان مخابراتی دیگری، مانند: خط تلفن، خطوط مخابراتی موبایل، ارتباطات ماهواره‌ای و ... استفاده کرد. همچنین می‌توان از این ابزار به عنوان راه حل ارتباطی پشتیبان (Backup) برای مراکز با حساسیت بالاتر سود جست.

به منظور تسریع کار و کم کردن حجم اطلاعات، عملیات جمع‌آوری اطلاعات مبتنی بر طراحی نهایی می‌تواند به صورت مرکزی و یا توزیع شده در سطح کشور و توسط چند مرکز جمع‌آوری صورت گیرد.

 

  1. تجهیزات سامانه پاسخ سریع

در حال حاضر سامانه پاسخ سریع شهر تهران فقط دارای بیست ایستگاه شتابنگاری است. ولی برای یک سامانه در حد مطلوب نیاز به تعداد 130 دستگاه شتابنگار دیجیتال سه مولفه ای دیگر به شرح ذیل است:

 

الف) دستگاههای شتابنگار:

•        قابلیت ثبت شتاب جنبش نیرومند زمین g2 +/-

•        قابلیت تفکیک 18 یا 24 بیتی

•        قابلیت ثبت حداقل 2 ساعت جنبش نیرومند زمین

•        دامنه دینامیکی 114 دسی بل

•        پاسخ فرکانسی DC-80  هرتز

•        نرخ نمونه‌برداری تا 200 نمونه در ثانیه

ب) سیستم کنترل و پردازش مرکزی

•        سیستم کنترل و پردازش مرکزی سامانه هشدار و پاسخ سریع زمین‌لرزه با هدف جمع‌آوری سریع تمامی اطلاعات ثبت شده به‌وسیله دستگاه‌های ثبت‌کننده جنبش نیرومند زمین از مهمترین قسمتهای این سامانه است. اطلاعات حاصل به‌منظور اخذ نتایج اولیه در مورد ماهیت جنبش و استخراج پارامترهای اساسی برای تهیه نقشه‌های مورد نیاز در این بخش پردازش و تحلیل خواهد شد. این قسمت مشتمل بر رایانه‌های متعددی خواهد بود که از طریق سیستم‌های ارتباطی ایمن با کلیه مراکز ثبت لرزه در ارتباط است واطلاعات حاصل به مراکز مهم نظیر مراکز امدادی و امنیتی و مراکز مدیریت بحران ارسال خواهد شد.

•        ارتباطات از طریق سیستم‌های ماهواره‌ای و .G.S.M برقرار خواهد بود. سیستم کنترل مرکزی این سامانه در مرکز تحقیقات راه، مسکن و شهرسازی، مستقر خواهد شد.

 

  1. وضعیت فعلی شبکه شتابنگاری شهر تهران

با توجه به اهمیت شهر تهران توجه ویژه‌ای نسبت به پوشش مناسب این منطقه از کشور از سوی شبکه شتابنگاری مبذول شده است و تعداد 55 ایستگاه شتابنگاری در شهر تهران آماده به کار هستند. از این میان دستگاههای شتابنگار سامانه پاسخ سریع زمین لرزه شهر تهران 20 ایستگاه شتابنگاری (شکل 3، جدول1) است و در نهایت نیاز به 130 ایستگاه دیگر خواهد بود. این ایستگاه‌ها در فضای باز و در اتاقک‌های فایبرگلاس (120*120 سانتیمتر) نصب شده‌اند (شکل 4). در حال حاضر حدود 55 دستگاه در تهران بزرگ نصب است. از این میان 20 ایستگاه مربوط به سامانه پاسخ سریع زمین‌لرزه، هستند (شکل 3).

 

 

شکل3 نقشه جانمایی دستگاه‌های شتابنگار

 

 

 

 

 

 

 

 

 

جدول1  ایستگاه‌های سامانه پاسخ سریع زمین لرزه شهر تهران

ردیف              نام ایستگاه                               طول        عرض         کد

1  مرکز تحقیقات راه، مسکن و شهرسازی          51.364   35.741     TH001   

2  دانشگاه شهید عباسپور                           51.585    35.739     TH002

3  دانشگاه شهید بهشتی                            51.396    35.801     TH003

4  دانشکده فیزیک دانشگاه تهران                51.332     35.697     TH004

5  سازمان زمین‌شناسی کشور                     51.504     35.746     TH005

6  دانشگاه علم و صنعت ایران                     51.392    35.741      TH006

7   دانشگاه الزهرا                                    51.399     35.647      TH007

8   فرهنگسرای بهمن                                51.351     35.704      TH008 

9   دانشگاه صنعتی شریف                        51.428     51.593      TH009

10 فرمانداری شهر ری                             51.491     35.779      TH010

11 دانشگاه شهید رجایی                         51.411     35.683       TH011

12 پارک شهر                                       51.504     35.746       TH012 

13 دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی    51.41      35.764      TH013  

14 دانشگاه تربیت مدرس                        51.381     35.720       TH014

15 بخشداری چهاردانگه                          51.305     35.604       TH015

16 شهرداری ناحیه 2 منطقه  5                 51.283     35.754       TH016  

17 شهرداری ناحیه 2 منطقه 22                 51.244     35.725       TH017

18 دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات تهران 51.32       35.79       TH018

19 بیمارستان فیاض‌بخش                       51.262      35.676       TH019            

     20  فرهنگسرای خاوران                          51.468      35.652       TH020

 

 

شکل4  نمونه ای از ایستگاه‌های شتابنگاری پاسخ سریع زمین‌لرزه

 

  1. نتیجه‌گیری

با توجه به رشد بی‌رویه شهرها در مناطق لرزه‌خیز، امروزه کشورهای پیشرفته از توسعه علم در زمینه ثبت، پردازش و انتقال داده‌های زمین‌لرزه، برای هشدار سریع و پاسخ سریع زمین‌لرزه در شهرهای مهم استفاده می‌کنند. با توجه به شرایط زمین‌شناسی، اقتصادی و اجتماعی شهر تهران، ضرورت دارد از این امکانات برای پاسخ سریع زمین‌لرزه استفاد شود. این مهم در مرحله اول به صورت آزمایشی، با طراحی و ایجاد بیست ایستگاه شتابنگاری پاسخ سریع، نصب تجهیزات سخت‌افزاری و فراهم نمودن امکانات نرم‌افزاری برای انتقال داده‌ها به سرور مرکزی انجام شد. در حال حاضر اطلاعات کلیه ایستگاه‌ها به صورت برخط، به کنترل مرکزی مرکز تحقیقات راه، مسکن و شهرسازی ارسال می‌شود. برای استفاده از این داده‌ها نیاز است لایه اطلاعاتی مورد نیاز آن کامل شود و تعداد ایستگاه‌ها، حداقل در شهر تهران به 150 ایستگاه برسد. با کامل شدن این سامانه می‌توان انتظار داشت تا در زمان رویداد زمین‌لرزه، اطلاعات لازم از شتاب ثبت شده، میزان خسارت‌ها در مناطق مختلف تخمین، و اطلاعات در اختیار مدیریت بحران کشور قرار گیرد.

 

  1. مراجع

[1] آیین‌نامه طراحی ساختمانها در برابر زلزله (استاندارد 2800)،
ویرایش 4، مرکز تحقیقات راه، مسکن و شهرسازی، نشریه 253.

[2] Koketsu, Kazuki; Yoshida, Shingo; Higashihara, Hiromichi (1998). "A fault model of the 1995 Kobe earthquake derived from the GPS data on the Akashi Kaikyo Bridge and other datasets" (PDF). Earth, Planets and Space. 50: 803. Bibcode:1998EP&S...50..803K.

 [3] Development of the On-site Earthquake Early Warning System in System in Taiwan Paper Title Line 1 Pei-Yang Lin, Shieh-Kung Huang & Hung-Wei Chiang National Ceenter for Research on Earthquake Engineering, Taiwan

[4] Nakamura Y, Tucker BE. 1988. Japan’s earthquake warning system: should it be imported to California? Calif. Geol. 41(2):3340.

[5]  Espinosa-Aranda JM, Jimenez A, Ibarrola G, Alcantar F, Aguilar A, et al. 1995. Mexico City seismic alert system. Seismol. Res. Lett. 66:42–53.

[6]  Espinosa-ArandaJM, Rodriguez FH.2003.The seismic alert system of Mexico City. See Lee et al. 2003, pp. 1253–59.

[7]  Erdik, M., Aydinoglu N., Fahjan Y., Sesetyan K., Demircioglu M., Siyahi B., Durukal E., Ozbey C., Biro Y., Akman H., and Yuzugullu O., (2003a). Earthquake Risk Assessment for Istanbul Metropolitan Area.Earthquake Engineering and Engineering Vibration, V.2, No.1, pp. 1-25.

[8]  Tchalenko, J.S., Berberian, M., Iranmanesh, H., Bailly, M., Arsovsky, M., 1974b. Tectonic framework of the Tehran region, Geological Survey of Iran, Report no 29.

[9]Berberian, M., 1994. Natural hazards and the first earthquake Catalog of Iran, vol. 1: historical hazards in Iran prior 1900, I.I.E.E.S. report.

[10]      Kanamori H. “Earthquake Prediction an Overview.” Lee WHK, Kanamori H, Jennings PC, Kisslinger C, Editors. International handbook of Earthquake and Engineering Seismology. Academic Press, 2003: 1205-1216.

[11]      Wald, D. J., V. Quitoriano, T. H. Heaton, H. Kanamori, C. W. Scrivner, and C. B. Worden (1999). TriNet "Shake Maps": Rapid Generation of Peak Ground Motion and Intensity Maps for Earthquakes in Southern California, Earthquake Spectra, Vol. 15, No. 3, 537-556

[12] Sadeghi Bagherabadi, A., Sadeghi, H., Hosseini, S. K., Babaei, P. (2010) peeqMap: A software for producing emergency earthquake maps, AGU fall meeting, San Francisco, California, USA.

 

  1. مراجع

[1] آیین‌نامه طراحی ساختمانها در برابر زلزله (استاندارد 2800)،
ویرایش 4، مرکز تحقیقات راه، مسکن و شهرسازی، نشریه 253.

[2] Koketsu, Kazuki; Yoshida, Shingo; Higashihara, Hiromichi (1998). "A fault model of the 1995 Kobe earthquake derived from the GPS data on the Akashi Kaikyo Bridge and other datasets" (PDF). Earth, Planets and Space. 50: 803. Bibcode:1998EP&S...50..803K.

 [3] Development of the On-site Earthquake Early Warning System in System in Taiwan Paper Title Line 1 Pei-Yang Lin, Shieh-Kung Huang & Hung-Wei Chiang National Ceenter for Research on Earthquake Engineering, Taiwan

[4] Nakamura Y, Tucker BE. 1988. Japan’s earthquake warning system: should it be imported to California? Calif. Geol. 41(2):3340.

[5]  Espinosa-Aranda JM, Jimenez A, Ibarrola G, Alcantar F, Aguilar A, et al. 1995. Mexico City seismic alert system. Seismol. Res. Lett. 66:42–53.

[6]  Espinosa-ArandaJM, Rodriguez FH.2003.The seismic alert system of Mexico City. See Lee et al. 2003, pp. 1253–59.

[7]  Erdik, M., Aydinoglu N., Fahjan Y., Sesetyan K., Demircioglu M., Siyahi B., Durukal E., Ozbey C., Biro Y., Akman H., and Yuzugullu O., (2003a). Earthquake Risk Assessment for Istanbul Metropolitan Area.Earthquake Engineering and Engineering Vibration, V.2, No.1, pp. 1-25.

[8]  Tchalenko, J.S., Berberian, M., Iranmanesh, H., Bailly, M., Arsovsky, M., 1974b. Tectonic framework of the Tehran region, Geological Survey of Iran, Report no 29.

[9]Berberian, M., 1994. Natural hazards and the first earthquake Catalog of Iran, vol. 1: historical hazards in Iran prior 1900, I.I.E.E.S. report.

[10]      Kanamori H. “Earthquake Prediction an Overview.” Lee WHK, Kanamori H, Jennings PC, Kisslinger C, Editors. International handbook of Earthquake and Engineering Seismology. Academic Press, 2003: 1205-1216.

[11]      Wald, D. J., V. Quitoriano, T. H. Heaton, H. Kanamori, C. W. Scrivner, and C. B. Worden (1999). TriNet "Shake Maps": Rapid Generation of Peak Ground Motion and Intensity Maps for Earthquakes in Southern California, Earthquake Spectra, Vol. 15, No. 3, 537-556

[12] Sadeghi Bagherabadi, A., Sadeghi, H., Hosseini, S. K., Babaei, P. (2010) peeqMap: A software for producing emergency earthquake maps, AGU fall meeting, San Francisco, California, USA.