Введение к работе
Актуальность работы.
Только на территории России свыше 20 млн. человек, живущих в сейсмоактивных районах, постоянно испытывают угрозу разрушительных землетрясений. За 48 лет (от Ашхабадского землетрясения 05.10.1948 г. до Нефтегорского землетрясения 27.05.1995 г. на о. Сахалин) на территории бывшего СССР, а затем России погибло более 250 тыс. человек.
Сейсмическая опасность с каждым годом растет в прямой связи с хозяйственным освоением все новых и пока недостаточно изученных сейсмоактивных территорий и техногенным воздействием человека на верхний слой литосферы Земли. Повышенный сейсмический риск связан и с большим числом действующих и строящихся атомных электростанций, химических комбинатов и других экологически опасных, сейсмически уязвимых объектов техносферы. Рассматривая потенциальную сейсмическую опасность России, можно утверждать, что существует вероятность возникновения крупных землетрясений на Северном Кавказе, в Прибайкалье и на Дальнем Востоке. Некоторую опасность представляют и считающиеся малоактивными территории России: Европейская часть страны, в том числе Карелия и Кольский полуостров, Воронежская и другие области, Средний Урал. Для эффективных мероприятий по снижению риска от сейсмических событий ныне действующие нормативные карты сейсмического районирования оказываются недостаточными. Более того, не существует пока нормативных карт сейсморайонирования Европейской части Российской Федерации, Западной и Центральной Сибири, шельфа окраинных и внутренних морей.
Соответственно, большое внимание уделяется проблеме оценки сейсмической опасности в национальном, региональном и глобальном масштабах. Так, в рамках ГНТП России "Глобальные изменения природной среды и климата" в 1992 г. получила статус самостоятельной Проблема "Сейсмичность и сейсмическое районирование Северной Евразии".
Разрабатываются крупнейшие международные проекты, и в том числе сформированная в 1992 г. Программа оценки глобальной сейсмической опасности (Global Seismic Hazard Assessment Programme (GSHAP)), осуществляемая в рамках Международной программы "Литосфера" (International Lithosphere Programme (ILP)) и деятельности Международной ассоциации сейсмологии и физики недр Земли (International Association for Seismology and Physics of the Earth Interior (IASPEI)). Определяющим направлением вышеперечисленных программ, в рамках которых выполнялось настоящее исследование, является поиск и разработка подходов к созданию целостной унифицированной методологии и оптимальных технологических основ количественной оценки сейсмической опасности. Но и новые карты сейсморайонировання, создаваемые с применением традиционной "бумажной" технологии, уже не могут адекватно отражать результаты исследований, оперативно отслеживать изменения, связанные с новейшими землетрясениями, и эффективно использоваться в практических приложениях. Необходимо цифровое представление данных. Для решения этих задач весьма перспективным считается применение мощных и гибких средств географических информационных систем (ГИС).
Цель и задачи.
Цель настоящей работы - разработка и апробирование технологии оценки сейсмической опасности с помощью многоцелевой многодисциплинарной интегрированной (растр/вектор) модульной ГИС.
В соответствии с этим для апробирования различных вариантов технологаческого процесса обработки данных в условиях использования единой модульной геоинформационной среды в работе были решены следующие задачи:
1. Анализ и классификация завершенных разработок ГИС с позиций их применимости к оценке сейсмической опасности с одной стороны и анализ
существующих технологических принципов и схем сейсмического районирования с другой стороны;
-
Разработка специализированных программных модулей многоцелевой многодисциплинарной интегрированной ГИС "АТТИЛА" для реализации базовых звеньев технологических схем сейсмического районирования с использованием вероятностных и детерминистских алгоритмов сейсморайонирования;
-
Адаптация к среде ГИС "АТТИЛА" метода оценки сейсмической опасности Бепдера-Перкпнса [ Bender В., Perkins D.M., 1987 ] и его компьютерной реализации в виде программы SEISRISK ПІ;
-
Применение разработанной технологии для создания экспериментальных прототипов базовых карт сейсмического районирования Крым-Кавказского региона и о. Сахалин;
-
Разработка типовых технологических схем расчета и картирования модельных интенсивностей по данным срочных донесений служб сейсмических наблюдений, существующих и прогностических каталогов землетрясений.
Основные защищаемые положения.
-
Создана законченная, готовая к практическому применению многоцелевая многодисциплинарная модульная ГИС с функциональными элементами, ориентированными на задачи оценки сейсмической опасности.
-
Технология многоцелевой многодисциплинарной интегрированной модульной ГИС эффективно применима для региональной оценки сейсмической опасности и сейсмического районирования. Она обеспечивает реализацию целостной унифицированной методологаи, апробированных и вновь разработанных алгоритмов расчетов, способствует формулированию и проверке новых гипотез, существенно облегчает и ускоряет генерацию, воспроизведение и сравнение результатов сейсморайонирования для различных исходных данных.
-
Составленные в единой модульной геоинформационной среде экспериментальные прототипы базовых карт сейсмического районирования Крым-Кавказского региона и о. Сахалин позволили апробировать ряд вариантов технологического процесса обработки исходных сейсмологических данных различной структуры и могут являться основой для построения усовершенствованных карт в дальнейших исследованиях, в частности, путем оперативного включения данных по новейшим землетрясениям.
-
Разработанные технологические схемы расчета и картирования модельных интенсивностей в среде ГИС позволяют оперативно определять ожидаемые зоны поражения для новейших событий, зарегистрированных службами сейсмических наблюдений, а также оценивать пространственное распределение модельных интенсивностей на основе существующих каталогов землетрясений и элементов прогноза.
Научная новизна.
В работе впервые предложена и использована многодисциплинарная интегрированная ГИС модульного типа в качестве технологической платформы для оценки сейсмической опасности. Данный подход на всех этапах исследований позволяет: получать оптимальные технологические схемы расчетов; применять унифицированные программно-методические средства; сокращать затраты времени на выполнение расчетов и подготовку материалов; повышать воспроизводимость результатов; оценивать стабильность результатов по отношению к изменениям исходных данных, используемых моделей и алгоритмов. В традиционных методах оценки сейсмической опасности и сейсмического районирования одновременная реализация всего вышеперечисленного крайне затруднена. Впервые выполнена адаптация к среде ГИС метода оценки сейсмической опасности Бендера-Перкинса [ Bender В., Perkins D.M., 1987 ] и соответствующей программы SEISRISK III.
Практическая ценность работы.
Созданная многоцелевая многоднециплинарная ГИС, включающая в свой состав специализированные программные модули оценки сейсмической опасности, является законченной разработкой, пригодной к практическому применению. Разработанная технология единой модульной геоинформационной среды представляет интерес для решения практических задач оценки сейсмической опасности и сейсмического районирования. Оптимизация технологических схем расчетов и унификация программно-методических средств предлагаемой технологии способствуют стандартизации материалов сейсморайонирования, получаемых в результате региональных исследований, и их сопряжению в пограничных зонах. Результаты могут быть использованы при подготовке сейсмических бюллетеней, в практике организаций, занимающихся проблемами сейсмической устойчивости и сейсмостойкого строительства (НИКСЦ РАН, ИГ РАН) и в целях информационного обеспечения действий оперативных подразделений МЧС.
Апробаиня работы и публикации.
Ход и результаты работы регулярно докладывались на семинарах Центра изучения компьютерных геофизических данных (ЦИГЕД) ОИФЗ РАН. Основные результаты работы также доложены и обсуждены на международных рабочих совещаниях "Динамические системы, искусственный интеллект и ITIC в приложениях к банкам данных в геофизике" (Валферданж, Люксембург, 1993 г., 1995 г., 1996 г.), (Афины, Греция, 1994 г.), "Методология и алгоритмы изучения региональной сейсмической опасности Крым-Кавказ-Копетдагского региона" (Ашгабат, Туркменистан, 1994 г.), на XXI Генеральной ассамблее Международного союза геодезии и геофизики (Болдер, США, 1995 г.) и на Российско-французском семинаре "Базы геофизических данных - анализ и интерпретация - базы геофизических знаний" (Москва, 1996 г.). По теме диссертации опубликованы 4 печатные работы, 1 находится в печати. Электронная публикация по материалам основных разделов работы размещена
в сети Internet на WWW-сервере на странице
.
Структура и объем работы.
Диссертация состоит' из введения, пяти глав, заключения, списка литературы (114 наименований, в том числе 59 иностранных) и четырех приложений, содержит 206 страниц машинописного текста, 46 рисунков.
Работа выполнялась в Центре изучения компьютерных геофизических данных (ЦИГЕД) Объединенного института физики Земли им. О.Ю.Шмидта РАН под руководством д.ф.-м.н., проф. Гвишиани А.Д. и к.т.н. ^Елютина А.В., которым автор выражает свою признательность за постоянное внимание к проводившимся исследованиям. Автор считает своим приятным долгом также выразить благодарность проф. Уломову В.И. (ОИФЗ РАН) и проф. Соболеву Г.А. (ГЦ РАН) за полезные обсуждения и ценные советы.