Institut für Betonbau. Tsunami. Ingo Feichter Graz, Baudynamik und Erdbeben

Transkript

1 Tsunami 1

2 Überblick Entstehung Gefahrenzonen Warnsysteme Historische Ereignisse Schutzmaßnahmen State of Art Paper 519, 1376, 1392 Seebeben im Pazifik - Japan

3 Allgemein Tsunami (jap.) Tsu = Hafen Nami = Welle 3

4 Entstehung Erdbeben Vulkanismus Erdrutsch Meteoriten Einschlag 4

5 Technische Daten Höhen bis zu 50m Geschwindigkeiten bis zu 950 km/h Wellenlänge km 5

6 Technische Daten 6

7 Erdbeben 7

8 Vulkanismus 8

9 Vulkanismus 9

10 Erdrutsch 10

11 Erdrutsch 11

12 Tsunami Gefahrenzonen 12

13 Warnsystem 13

14 Warnsystem 14

15 Warnsystem 15

16 Warnsystem GPS-Bojen werden permanent durch Satelliten überwacht und melden sofort größere Bewegungen 16

17 Ablauf 17

18 Größte Tsunamis Ca Tsunamis dokumentiert Erste Dokumentation 16. Jahrhundert 10 % als Katastrophe eingestuft 18

19 Größte Tsunamis Datum Meeresregion Betroffene Regionen Mag. Max. Wellenhöhe Opfer Pazifik Japan 8,9 23,0 m Indischer Ozean Indonesien, Sumatra 9,0 34,9 m Pazifik USA, Alaska 9,2 70,0 m Pazifik USA, Alaska 8,3 525,0 m Pazifik Japan, Sanriku 7,6 38,0 m Indischer Ozean Indonesien, Indien k.a. 35,0 m Pazifik Chile 8,5 21,0 m Atlantik Portugal, Lissabon 9 12,0 m

20 20

21 Seebeben im Indischen Ozean

22 Seebeben im Indischen Ozean 2004 Sumatra-Andamanen-Beben Stärke von 9,0 nach Richter 07:58 Uhr Ortszeit in Indonesien Tote Verletzte 1,7 Millionen Obdachlose Fehlendes Warnsystem 22

23 Folgen Zusammenbruch der Versorgung Seuchen Ökologische Schäden Kulturelle Schäden Wirtschaftliche Schäden 23

24 Bilder Tsunami

25 Schutzmaßnahmen Besser Erdbebenvorhersage um mehr Zeit zu gewinnen Schutzdämme oder Mauern Wichtige Infrastruktureinrichtungen eingraben damit die Welle über diese hinweg fließen kann Frühwarnsysteme Lautsprecher und Sirenen 25

26 MANAGING RISK IN SEISMIC REGIONS Early Warning and Tsunamis Gefahrenmanagement in erdbebengefährdeten Regionen Frühwarnsysteme und Tsunamis 26

27 A GENETIC ALGORITHM FOR FEED-FORWARD CONTROL OF SEMI-ACTIVE DEVICES WITHIN AN EARLY WARNING NETWORK Ein genetischer Algorithmus für Störgrößenausschaltung von Semi- Aktiven Geräten innerhalb einer Frühwarnnetzes Quelle: Paper

28 Inhalt Paper 519 Seismische Frühwarnsysteme können Bodenbewegungen infolge eines Erdbebens messen und es können dadurch Gegenmaßnahmen wie Evakuierungen vorgenommen werden. Die Untersuchung beschäftigt sich mit der Effektivität von semi-aktiven Algorithmen, die seismische Signale überprüfen indem sie die dynamischen Eigenschaften der eingehenden Signale auslesen und darauf reagieren. Die neue Strategie dieses Systems verwendet einen genetischen Algorithmus, der den Verlauf eines seismischen Signals misst und dabei einen stationären Ansatz verwendet. Genetischer Algorithmus ist ein Algorithmus, der keinen analytische Lösung hat, sondern verschiedene Lösungsvorschläge generiert und diese miteinander kombiniert. 28

29 Inhalt Paper 519 Trotz großer Anstrengungen befindet sich die Erdbebenvorhersage noch in einem frühen Stadium. Es ist bekannt, dass keine verlässlichen theoretischen Ansätze zur Vorhersage der Ortes, der Erdbebenstärke oder dem Zeitpunkt bestehen. Die Aufgabe dieser modernen Erdbeben-Informationssysteme ist es im Speziellen schnell die Hauptmerkmale des Erdbebens zu erfassen. Diese Merkmale sind: Zeit, Ort, Stärke und dynamischen Bewegungen (Beschleunigung, Geschwindigkeit, Ausdehnung, Energieinhalt) Mit all diesen Merkmalen wird dann die Gesamtauswertung des Ereignisses abgeschätzt und die Notfallmaßnahmen werden eingeleitet. In den letzten Jahren hat sich die Möglichkeit zur Nutzung solcher Information, um aktive oder semi-aktive Kontrollsysteme zu aktivieren, entwickelt, was einen neuen Kernpunkt des seismischen Ingenieurswesens darstellt. 29

30 Funktionsweise Paper 519 Verbindung A B: Identifikation Phase Verbindung B C: Räumliche Variation Analyse Die seismischen ankommenden Ereignisse im Punkt C werden durch die Messdaten, die am Standort A gemessen wurden, abgeschätzt. 30

31 Parameterstudie Paper 519 Variante A: Abstand A-B = 5 km, A-C = 13 km P-Welle mit einer Geschwindigkeit von 4km/sec ist in 2 Sekunden in Punkt C (ohne Berücksichtigung der Übertragungszeit von den Signalen in der Berechnung) Variante B: Abstand A-B = 5 km A-C = 25 km, Zeit bis zum Eintreffen 5 Sekunden 31

32 Traffic Management of Bosphorus Suspended Bridge, Istanbul information based on earthquake real-time information Technology Verkehrsmanagement der Hängebrücke über den Bosporus in Istanbul Daten aus Istanbul basieren auf einer Echtzeit Technologie Messung Quelle: Paper

33 Inhalt Paper 1376 In vielen Ländern besteht das Risiko für Naturkatastrophen wie Erdbeben. Forschungen zur Schadensminderung nach Erbeben bieten im Hochbau wichtige praktische Anwendungen für Frühwarnsystemen. Die Studien im Bereich von EWS (early warning systems) haben Warnungen vor der Ankunft eines starken Bebens und somit Notfallmaßnahmen zum Schutz von Leben, Gebäuden, Infrastruktur und Verkehr ermöglicht. Die kürzlich entwickelte Technologie von EWS wurde gemeinsam mit seinen Anwendungen zum Brückenmanagement vorgestellt. Die Bosporus Brücke, die Europa mit Asien verbindet, wird in dieser Studie betrachtet. Die Kapazitäts- und Verkehrsstatistiken für Stoßzeiten und für den normalen Verkehr werden analysiert, um menschliche Oper und ökonomische Schäden, im Falle eines Bebens zu diesen Zeiten, zu minimieren. Die Pläne des Verkehrsmanagements basieren auf möglichen Evakuierungszeiten für die Gefahrenzonen auf der Brücke, bevor S-Wellen, welche die zerstörerische Energie transportieren, die Brücke erreichen. 33

34 Inhalt Paper 1376 In dieser Studie wird die Bosporus Hängebrücke untersucht, um ein Verkehrsmanagement bei einem möglichen kommenden Marmara-Erdbeben zu entwickeln. Diese Untersuchung wird als Pionierarbeit bei der Anwendung von EWS auf die Brückenverkehrskontrolle betrachtet. Zwar sind die getroffenen Annahmen durchaus sinnvoll um ein breites Bild des Problems zu erhalten. Die Berücksichtigung von Einsturzmodellen gemeinsam mit der Wahrscheinlichkeit eines Bebens an jedem Ort würde diesen Lösungsansatz noch stärker und effektiver machen. Der Evakuierungszeitraum in der Gefahrenzone ist größer als kalkuliert, da die Brücke nicht beim Eintreffen der 1. S-Welle einstürzen würde, da die Brücke weiter schwingt, auch nachdem das Beben bereits zu Ende ist. Zusätzliche Evakuierungszeit wird zukünftig durch die Anbringung von High-Tech-Sensoren nahe der Bruchlinie des Marmara-Meeres gewonnen werden. Berechnungsgrundlage war das Erdbeben von Gölcük am 17. August 1999 mit einer Magnitude von 7,6 auf der Richterskala. 34

35 Verkehrsaufkommen auf der Brücke Fahrzeuge pro Tag März 2010 Paper

36 Verkehrsaufkommen auf der Brücke Fahrzeuge pro Stunde Paper

37 Bosporus-Brücke Paper 1376 Hängebrücke Gesamtlänge m Breite 39 m Längste Stützweite m Abstand Wasserspiegel-Fahrbahn 64 m Bauzeit: 3 Jahr Mautpflichtig Überspannt den Bosporus und verbindet den europäischen Teil der Stadt mit dem asiatischen Teil. 37

38 Paper

39 Paper

40 Advanced Approach to Site-Specific Earthquake Early Warning for Facility Fortgeschrittener Ansatz zur ortspezifischen Erdbeben- Frühwarnung für Gebäude und Anlagen Quelle: Paper

41 Inhalt Paper 1392 Die Forscher haben unter der Mithilfe der Japan Meteorological Agency (JMA) ein Erdbeben-Frühwarnsystem (EEW) entwickelt. Drei spezifische Funktionen wurden neu entwickelt: 1. Durch die Verbesserung der für gewöhnlich verwendeten seismischen Intensitätsschätzmethode, basierend auf einer Abschwächung der Verhältnisse und eines Bodenverstärkungsfaktors, wurden die Fehler in der Schätzung verringert, unter Berücksichtigung der Unterschiede der Quellen-Standorte, der Ausbreitungsweg basiert auf einer ortspezifischen empirischen Methode. 2. Das System kann unter Verwendung verschiedener Kontroll-Techniken, das ganze Jahr arbeiten. 3. Es wurden mehrere, hoch verlässliche Benachrichtigungsgeräte und Kontroll- Techniken für kritisch gefährdete Anlagen entwickelt. Das System wurde durch 7 Anwendungen verifiziert: Baufirma, Sendeeinrichtung, Hotel, Bürogebäude, Einkaufszentrum, Stahlfirma und Kühlhaus Alle Systeme arbeiten gut und ihre Effekte wurden demonstriert. 41

42 Inhalt Paper 1392 Durch die Verbesserung der für gewöhnlich verwendeten seismischen Intensitätsschätzmethode, basierend auf einer Abschwächung der Verhältnisse und eines Bodenverstärkungsfaktors, wurden erfolgreich die Fehler in der Schätzung verringert. Unter Berücksichtigung der Unterschiede der Quellen-Standorte und des Ausbreitungsweges basiert eine ortspezifischen empirischen EEW Methode. Das vorgeschlagene EEW-System arbeitet das ganze Jahr über 24 Stunden am Tag unter Verwendung von Mechanismen, die die Verlässlichkeit garantieren. Um auf ein plötzliches Erdbeben vorbereitet zu sein, ist es wichtig, den Systembetrieb mit automatischer Fehlererkennung und einem schnellen Wiederherstellungssystem zu verwalten sowie täglich alle Komponenten und Geräte zu überwachen. Aufgrund der realen Umstände ist die eigentliche Anwendung der Systemüberwachung, die Überwachung des Zustandes der Telekommunikationsverbindungen, Empfangen und Verarbeiten der EEW-Informationen und die Kommunikation zwischen den Systemservern und den Geräten die Kontrollvorgänge berechnete und Informationen anzeigen. Mit der Einrichtung solcher Monitoring-Verfahren wird die Zuverlässigkeit des gesamten Systems verbessert und wirksamer gemacht. 42

43 Inhalt Paper 1392 Drittens wurden eine Menge verständlicher Berichte oder Signaleinrichtungen für verschiedene Nutzungen vorgesehen. Darüber hinaus werden verschiedene Techniken mit hoher Zuverlässigkeit für verschiedene Einrichtungen zur Verfügung gestellt. Das entwickelte System wurde bis auf sieben tatsächlichen Anwendungen auf verschiedene kritische Einrichtungen überprüft. Es wurde für die landesweiten Einrichtungen einer Rundfunkanstalt zur Sicherheit der Mitarbeiter unter Verwendung einer Sterntopologie durch ein virtuelles privates Netzwerk errichtet. Sterntopologie Durch die übernommene Sterntopologie sinken die Empfangskosten der EEW- Informationen je nach Konsolidierung der seismischen Intensitätsschätzung. Darüber hinaus ermöglicht es das einfache Hinzufügen von Unterstationen in der Zukunft bei niedrigen Kosten. 43

44 Inhalt Paper 1392 Es wurde auch im Imperial Hotel in Tokio vor allem dazu verwendet, um das Steckenbleiben in Aufzügen zu verhindern, wenn ein großes Erdbeben auftritt. Seit der Installation des Systems im Jahr 2006 hat es alle Aufzüge 5-mal angehalten und wurde durch das Niigataken-Chuetsuoki Erdbeben im Jahr 2007 überprüft. Etwa 50 Sekunden vor der Ankunft des starken Bebens wurde das Kommando Signal vom EEW-System an die Aufzugssteuerung gesendet, um den Aufzug in der nächsten Etage zu stoppen. Die Effizienz des vorgeschlagenen Systems wurde durch ein tatsächliches Erdbeben überprüft. Es ist zu erwarten, dass es in Zukunft zur Abschwächung der Erdbebengefährdung, zur Sicherheit der Menschen sowie zur mechanischen Kontrolle in verschiedenen kritischen Gebäuden oder Einrichtungen, beitragen wird. 44

45 Funktionsweise des Systems Paper 1392 System erkennt Erdbeben. System steuert die Aufzüge in Häusern. System gibt im Haus Warnmeldungen über installierte Lautsprecher aus. Warnleuchten werden eingeschaltet. Meldungen werden auf Bildschirmen ausgegeben. 45

46 Seebeben im Pazifik 2011 Das Tohoku-Erdbeben in Japan Stärke von 8,9 nach Richter 14:46 Uhr Ortszeit in Japan Tsunamiwelle trifft ca. 18 Minuten nach dem Erbeben auf die Küste Japans Kaum Zeit für große Evakuierungen Tote Viele Verletzte und Obdachlose Spätfolgen der Nuklearen Katastrophe? 46

47 Seebeben im Pazifik 2011 Sehr viele starke Vor- und Nachbeben Aufzeichnung des Haupterdbebens 47

50 Tsunami in Japan Eindrücke der Katastrophe 50

51 Tsunami in Japan Eindrücker der Katastrophe 51

52 Tsunami in Japan Das schwer beschädigten Atomkraftwerk Fukushima 1 In dieser Woche wurde der Nukleare Unfall auf der INES-Skala von 5 auf die höchsten Stufe 7 angehoben und es wurden Vergleiche mit dem Super GAU in Tschernobyl gemacht 52

53 Spätfolgen? 53