Геоэкология. Инженерная геология, гидрогеология, геокриология, 2020, № 1, стр. 52-56

ВВЕДЕНИЕ

Центральная Азия (ЦА) включает 5 республик бывшего СССР: Казахстан, Кыргызстан, Таджикистан, Туркменистан и Узбекистан. Данный регион подвержен многим стихийным бедствиям: землетрясения, оползни, обвалы, лавины, сели, наводнения, прорывы высокогорных озер, а также техногенные катастрофы. Наибольший ущерб приносят как сами катастрофические землетрясения, так и возникающие при этом вторичные процессы. В регионе находится более 130-ти объектов с отходами горнодобывающих предприятий, которые содержат радионуклиды, соли тяжелых металлов (кадмий, свинец, цинк), а также токсичные вещества (цианиды, кислоты, силикаты, нитраты, сульфаты и т.п.). Существует постоянная угроза возможных экологических катастроф вследствие разрушения хранилищ, расположенных в районах с высокой сейсмичностью и активностью оползневых процессов. При этом в ряде случаев потенциально опасные источники загрязнения окружающей среды расположены на территориях одной страны, а их негативные воздействия проявляются на территории других [2]. В ЦА будет строиться первая атомная станция на территории Узбекистана. В начале мая 2019 г. выбрана площадка для строительства атомной станции в 25 км от г. Бухары рядом с водохранилищем Тудакуль. Создана корпорация УЗАТОМ, которая совместно с РОСАТОМОМ будет вести строительство. Ввод в эксплуатацию планируется в 2028 г.

В 1991 г., после распада СССР, на территории ранее единой страны образовалось 15 независимых государств, а существующие общие природные опасности стали трансграничными. В сейсмологии, как и в других отраслях науки, в это время началось разрушение сложившихся структур и научных связей между учеными. Из-за недостаточного финансирования во многих республиках сократилось число сейсмических станций, начался отток квалифицированных кадров из научных организаций. Несмотря на все трудности начала 1990-х годов, когда научно-исследовательским институтам пришлось фактически выживать в тяжелых условиях, специалисты старались продолжать исследования и сохранить мониторинговую сеть. Постепенно стали поступать предложения от зарубежных коллег о научных грантах, об установке современных цифровых сейсмических станций. Так в Казахстане, Кыргызстане и Таджикистане стала развиваться современная мониторинговая система, состоящая из комплектов цифровых сейсмических станций, предоставленных по грантам из Германии, Швейцарии, США и Канады. В Туркменистане и Узбекистане сейсмический мониторинг осуществляется за счет государственного финансирования. Проблемы оценки сейсмического риска привлекают все большее внимание научного сообщества, а также правительственных и неправительственных организаций, что привело к реализации проектов по оценке сейсмического риска для некоторых городов региона.

СЕЙСМИЧЕСКАЯ ОПАСНОСТЬ

Центральная Азия – один из сейсмически активных регионов в мире, в соответствии с современной картами сейсмической опасности, интенсивность сотрясений может достигать 9–10 баллов (по шкале MSK-64). По данным [1], с позиций геодинамики и концепции тектоники плит на территории ЦА ярко проявляются результаты столкновения крупнейших плит, которое началось 50–70 млн лет назад: Индостанская с юга и Евразийская с севера, а также более мелкие Туранская и Таримская плиты. Крупнейшие горные структуры, Гималаи, до сих пор сохраняют самые высокие скорости движений – 4–5 см в год, подкачивая энергией и тем самым поддерживая высокий уровень сейсмичности на всей территории ЦА.

Разрушительные землетрясения в ЦА неоднократно происходили в прошлом, затрагивая территории каждой из стран региона, разрушая города и села и унося человеческие жизни. Очевидно, что сильные землетрясения в регионе будут происходить и в будущем. Прогнозные оценки ученых-сейсмологов показывают высокие значения магнитуд потенциальных будущих землетрясений (7 и выше), что соответствует вероятному уровню макросейсмической интенсивности 9 и более баллов (по шкале MSK-64).

Принимая во внимание, что зоны с высоким уровнем сейсмической опасности совпадают с густонаселенными районами, можно констатировать, что в каждой из стран ЦА существующий уровень сейсмического риска очень высокий, и (как показывает печальный опыт недавних землетрясений в других районах планеты) последствия будущих землетрясений могут быть катастрофическими. В XX в. сильные землетрясения с магнитудой М > 7 были зафиксированы на территории каждого из пяти государств ЦА (табл. 1); они неизбежно приводили к колоссальному экономическому ущербу и огромным человеческим потерям.

В любой стране сейсмология начинает развиваться после сильного землетрясения. Так институты и научные центры открывались в странах ЦА после катастрофических землетрясений, произошедших в XX в. По состоянию на 2019 г. в каждой республике действуют научно-исследовательские институты, изучающие проблемы оценки сейсмической опасности и сейсмостойкости зданий и сооружений, центры сейсмического мониторинга. Восстановлены каталоги землетрясений.

СЕЙСМИЧЕСКИЙ РИСК

Несмотря на различные интерпретации и подходы к проблемам оценки риска у различных авторов, общепризнанно, что концепция сейсмического риска отражает оценку потенциальных потерь при вероятных будущих землетрясениях. При этом основными составляющими факторами, определяющими уровень риска, являются опасность и уязвимость, а также ценности, подверженные существующей угрозе. Сейсмическая уязвимость – важный компонент сейсмического риска и, в конструктивном смысле, она подразумевает способность зданий и сооружений противостоять сейсмическим воздействиям. Чем выше сейсмическая уязвимость зданий и сооружений, тем больший социально-экономический ущерб при прочих равных условиях, могут причинить землетрясения. При оценке сейсмической уязвимости, в первую очередь, принимается во внимание конструктивный тип и материал несущих конструкций зданий, что принципиальным образом определяет их несущую способность и сейсмостойкость. Однако, помимо этого сейсмическая уязвимость зданий и сооружений зависит от множества других факторов, включая архитектурные и объемно-планировочные особенности зданий; их конфигурацию и регулярность конструктивной схемы, как в плане, так и по высоте; качество проектирования и строительства; уровень антисейсмических мероприятий; эксплуатационное состояние, в том числе возможные изменения планировки, затрагивающие конструктивную схему, а также повреждения, накопленные в результате природных или техногенных воздействий. Кроме этого для оценки повреждаемости зданий и сооружений при сейсмических воздействиях важно учитывать свойства грунтовых оснований, их сцепление с фундаментом, а также соотношение параметров системы “грунт – сооружение”, имея в виду, с одной стороны, вероятность возникновения резонансных эффектов усиления колебаний и, как следствие, увеличения нагрузок на элементы конструкций, а, с другой – вероятность проявления вторичных эффектов, связанных с потерей устойчивости грунтов оснований. Анализ всех этих факторов позволяет оценить сейсмическую уязвимость застройки, а в совокупности с оценками сейсмической опасности и распределения элементов, подверженных этой опасности, включая население, объекты инфраструктуры и другие материально-экономические ценности, получить адекватные оценки существующего сейсмического риска.

Cравнивая жилую застройку городов и населенных пунктов стран ЦА, можно отметить значительное сходство типов зданий в разных странах, что обусловлено как географическими, так и историческими особенностями. В частности, в советское время было широко распространено типовое проектирование, во всех республиках использовались единые нормы и правила, и строительство велось на основе единых методов и технологий. Строительство зданий из местных материалов, особенно распространенных в сельской местности, велось и зачастую ведется в настоящее время на основе схожих технологий и с использованием схожих материалов.

После распада СССР, в 1990-х гг. в республиках появились свои национальные СНиПы по сейсмостойкому строительству, которые базировались на последнем советском СНиПе 1984 г., но отличались в каждом государстве. Созданы национальные карты сейсмической опасности, работа над которыми продолжается. Расширяется и усовершенствуется сейсмическая мониторинговая сеть.

За последние 20 лет строительная палитра возведения гражданских зданий в ЦА регионе, как в городе, так и в сельской местности, резко изменилась: появились новые строительные материалы, конструктивные системы, ранее не применяемые в строительстве. Исчезли привычные, проверенные экспериментально-теоретическими исследованиями и реальными землетрясениями конструктивные системы, практически прекратило свое существование типовое проектирование гражданских зданий. Не проводятся масштабные экспериментальные работы. Резко снизилось качество применяемых материалов. В условиях ограниченного финансирования исследовательских работ в области сейсмостойкого строительства возникает серьезная проблема при оценке сейсмической безопасности жилищно-гражданских зданий современной постройки и выработке концепций смягчения последствий землетрясений [3]. Ввиду того, что именно на сейсмоопасных территориях стран ЦА проживает большая часть населения и расположены жилые, гражданские и промышленные здания и сооружения, а также объекты инфраструктуры проблема оценки и уменьшения сейсмического риска является особенно актуальной.

Таким образом, при анализе сейсмической уязвимости и сейсмического риска необходимо учитывать, что, с одной стороны, жилая застройка в странах ЦА характеризуется присутствием большого числа однотипных зданий, с другой стороны, – в каждой из стран существуют свои различия, как по типам зданий, так и по структуре застройки. Как показывают проведенные исследования, структура застройки (композиционный состав) весьма разнородна, в том числе, существенно различается между собой жилая застройка городов и сельских населенных пунктов [3].

Важно подчеркнуть, что в настоящее время в каждой из стран региона используются собственные (основанные на новых национальных строительных нормах и различающиеся между собой) подходы к классификации существующих типов зданий по сейсмической уязвимости, что затрудняет единый подход к расчетам и трансграничному картированию сейсмического риска. В связи с этим для обеспечения возможности сравнительного анализа сейсмической уязвимости застройки в разных странах и построения единой карты сейсмического риска для всего Центрально-Азиатского региона была предложена унифицированная методика, разработанная на основе Европейской Макросейсмической Шкалы (EMS-98) и ранее использованная для территории Германии [5]. Шкала EMS-98 представляет собой дополненный и усовершенствованный вариант шкалы МСК-64, которая до настоящего времени является основным инструментом для оценки макросейсмической интенсивности в странах региона. Учитывая, что при разработке шкалы EMS-98 (как и ее предшественницы – шкалы МСК-64) использовались макросейсмические данные прошлых землетрясений в различных странах, в том числе и Центральной Азии, можно говорить об обоснованности ее применения в регионе.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Правительства стран ЦА придают большое значение реализации целенаправленных мер по защите населения и территорий от сейсмической опасности, созданию условий для проведения научно-исследовательских работ в области сейсмологии и сейсмостойкого строительства. Усилия по снижению риска природных катастроф требуют значительных финансовых затрат, при этом основные расходы несет государство, как конституционно ответственное за обеспечение национальной безопасности, включая защиту населения и территорий от природных катастроф. В каждой стране ЦА в бюджет ежегодно закладываются ассигнования на расходы, связанные с чрезвычайными ситуациями, при этом фактические расходы бюджета на такие события значительно превышают запланированные. Для проведения превентивных мероприятий с целью снижения ущерба и социальных потерь от будущих землетрясений необходимо провести оценку и картирование сейсмического риска. Работы по созданию карт сейсмического риска в настоящее время осуществляются для городов Алматы (Казахстан) и Ашхабад (Туркменистан), в которых в XX в. произошли разрушительные землетрясения. Учитывая трансграничную природу стихийных бедствий, для адекватной оценки и уменьшения существующего уровня сейсмического риска необходима совместная координированная работа сейсмологов и инженеров, проектных и плановых организаций, органов управления различного уровня, национальных министерств по чрезвычайным ситуациям и их подразделений на местах. Координация усилий в сейсмоопасных районах вдоль национальных границ позволит идентифицировать и картографировать зоны с наибольшим уровнем риска, разработать эффективную систему мероприятий по управлению риском и обеспечению готовности к будущим сильным землетрясениям как в каждой из стран Центральной Азии, так и в регионе в целом.