 |
Seismic hazard and microzonation of Budapest
|
Help 
Print 
|
Here you can view and search the projects funded by NKFI since 2004
Back »
|
| |
Details of project |
|
|
| Identifier |
105399 |
| Type |
K |
| Principal investigator |
Győri, Erzsébet |
| Title in Hungarian |
Budapest földrengés-veszélyeztetettsége és mikrozonációja |
| Title in English |
Seismic hazard and microzonation of Budapest |
| Keywords in Hungarian |
valószínűségi becslés, helyi hatás, mikrozonáció |
| Keywords in English |
probabilistic seismic hazard, site effect, microzonation, S wave velocity, resonance, GIS |
| Discipline |
| Geophysics, Physics of the Lithosphere, Seizmology (Council of Complex Environmental Sciences) | 100 % | | Ortelius classification: Vulnerability assessment (Geophysics) |
|
| Panel |
Earth sciences 1 |
| Department or equivalent |
Geodetic and Geophysical Institute (Research Centre for Astronomy and Earth Sciences) |
| Participants |
Gráczer, Zoltán
Gribovszki, Katalin Eszter
Marótiné Kiszely, Márta
Mónus, Péter
Szanyi, Gyöngyvér
Tildy, Péter
Tóth, László
Zsíros, Tibor
|
| Starting date |
2013-01-01 |
| Closing date |
2016-12-31 |
| Funding (in million HUF) |
10.984 |
| FTE (full time equivalent) |
6.80 |
| state |
closed project |
Summary in Hungarian A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
A kutatás fő célja Budapest valószínűségi földrengés-veszélyeztetettségének – a helyi geológiai viszonyok módosító hatását is figyelembe vevő – meghatározása. Bár veszélyeztetettséggel kapcsolatos vizsgálatok korábban is folytak, számos lényeges kérdés továbbra is megválaszolatlan maradt.
A tervezett kutatás során összehasonlítjuk a várható talajgyorsulások meghatározására szolgáló, a helyi geológiai viszonyokat is fegyelembe vevő mikrozonációs módszereket. Ehhez a hazai mérési adatok alapján kiválasztjuk a legjobb új (az altalaj hatását a VS30 értéken és az üledékvastagságon keresztül magában foglaló) csillapodási egyenleteket.
A felszínközeli rétegek S hullám sebességének meghatározására vizsgáljuk a szeizmikus zaj keresztkorrelációs függvényének inverzióján alapuló új eljárás helyi viszonyok közötti alkalmazhatóságát. Hazai mérések felhasználásával kalibráljuk a műholdas magasságmérési adatokból számított lejtő dőlésszögek és a VS30 értékek közötti korrelációs összefüggést, majd ezt felhasználva számítjuk a sebességek területi eloszlását.
Geológiai térképek alapján lehatároljuk a rezonanciára hajlamosnak ítélt területeket, majd H/V módszerrel számítjuk a sajátfrekvenciát. Ezek és a különböző épülettípusokra meghatározott frekvenciák összevetésével kijelöljük azokat a területeket, ahol rezonancia várható.
Azonosítjuk a területen előforduló, károkat növelő egyéb (topográfiai, geológiai, hidrogeológiai) tényezőket, és megvizsgáljuk, hogyan lehet őket beépíteni a veszélyeztetettség meghatározásának folyamatába.
A projekt végén előállítjuk Budapest gyorsulás és intenzitás alapú veszélyeztetettségi térképeit az Eurocode 8 szabványnak megfelelő valószínűségi szintre.
Mi a kutatás alapkérdése?
Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek.
Budapest talajviszonyokat is figyelembe vevő földrengés-veszélyeztetettségének kutatása során a következő kérdésekre keressük a választ:
• milyen eljárást kövessünk a várható gyorsulások meghatározására irányuló mikrozonációnál;
• milyen gyorsulás-gyengülési összefüggéseket alkalmazzunk a számításokban;
• használható-e a mikroszeizmikus zaj keresztkorrelációján alapuló inverziós módszer a felszínközeli rétegekben az S hullámok sebességének meghatározására;
• tudjuk-e hazai mérések alapján javítani az SRTM mérésekből meghatározott dőlésszögek és a VS30 értékek korrelációs összefüggését, ami a nagyobb területek költséghatékony feltérképezésében hasznos;
• hol vannak Budapesten azok a területek, ahol talaj-épület rezonancia várható;
• a legfelső talajrétegek S hullám sebességén kívül mely tényezők befolyásolják a veszélyeztetettséget (speciális topográfiai, geológiai, geomorfológiai és hidrogeológiai körülmények), azok a város mely területein találhatók, és hogyan tudjuk beépíteni őket a földrengés-veszélyeztetettség meghatározásának folyamatába;
• milyen eljárást kövessünk Budapesten a várható intenzitás-eloszlás meghatározására?
A felsorolt kérdéseket megválaszolva lehetővé válik Budapest kellően megalapozott mikrozonációja tetszőleges valószínűségi szinten, akár a várható intenzitások, akár a gyorsulások meghatározása a cél.
Mi a kutatás jelentősége?
Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának!
A kutatás megvalósításától főként Budapest földrengés-veszélyeztetettségére vonatkozó, de általánosan is használható új eredményeket várunk.
A hazai S hullám sebesség mérések és az SRTM adatok korrelációjának meghatározásával megkíséreljük javítani a nagyobb területek VS30 becslésére széleskörűen használt eljárás hazai alkalmazhatóságát. Ennek segítségével nagyobb pontossággal lehet a talajok osztályozását elvégezni olyan nagyobb területeken is, ahol kevés sebességmérés áll rendelkezésre.
A mikroszeizmikus zaj keresztkorrelációs függvényének inverzióján alapuló sebesség meghatározási módszer – sikeres próbamérések esetén – más területeken is alkalmazható lesz az S hullám sebesség költséghatékony meghatározására.
Az új, hazánkban mért regisztrátumok alapján kalibrált csillapodási egyenletek használhatók lesznek az egész Pannon medencében. Különálló létesítmények (atomerőmű, ipari létesítmények és más szerkezetek) veszélyeztetettségének becslésére, valamint kisebb és nagyobb területek veszélyeztetettségi térképének előállításánál egyaránt felhasználhatók.
Budapest geológiai adottságai, a múltbeli érezhető földrengések tapasztalatai, a korábban és a projekt során elvégzett mérések, számítások és térinformatikai elemzések együttes feldolgozásával meghatározzuk Budapest földrengés-veszélyeztetettségét az Eurocode 8-nak megfelelő valószínűségi szintre. A kidolgozott módszer alapján a mikrozonáció később, különböző felhasználási módoknak megfelelően, tetszőleges valószínűségi szintre, gyorsulásokra és intenzitásra egyaránt elvégezhető lesz.
A szeizmikus veszélyeztetettség becslésére szolgáló mikrozonációnak számos alkalmazási területe létezik. Nagyon fontos a katasztrófavédelem szempontjából, bemeneti adatokat szolgáltat a szeizmikus tervezéshez a földrengés-biztonsági szabványokon keresztül, valamint a településfejlesztés területén, a talajfolyósodás és a földcsuszamlás előfordulásának becsléséhez. Szintén ez képezi az alapját a földrengések miatt keletkező, lehetséges épületkárok feltérképezésének, ami a keletkező anyagi veszteségek meghatározásának, a szeizmikus kockázatbecslésnek bemeneteként szolgál. A szeizmikus kockázatbecslés a biztosítási szektor számára nyújt nagyon fontos információkat.
A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára
Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára.
A nagyvárosok sebezhetősége a földrengésekkel szemben erősen megnőtt az utóbbi évtizedekben. Hogy a lehetséges károk ellen védekezni tudjunk, nagyon fontos annak ismerete, hogy egy területen milyen mértékű talajmozgás várható.
Nagyobb területekre a veszélyeztetettségi számítások egységesen, minden pontban egy keményebb altalaj feltételezésével készülnek. A tapasztalatok azonban azt mutatják, hogy a helyi geológia erősen befolyásolja a károk kialakulását. A javasolt kutatásban a helyi adottságokat is figyelembe vevő, ún. mikrozonációs eljárások különböző típusainak vizsgálatát tervezzük.
A talajviszonyok osztályozásának alapját a felső rétegekben a nyíróhullámok terjedési sebességének nagysága adja. Ennek mérése a szokásos, aktív forrásokat használó szeizmikus módszerekkel nagyobb területeken és nagyvárosi környezetben igen költséges és nehezen megvalósítható.
Ezért műholdas magasságméréseken, és a mikroszeizmikus háttérzaj mérésén alapuló új eljárásokat fejlesztünk tovább és tesztelünk. Térinformatikai elemzésekkel vizsgáljuk az egyéb, károkat fokozó körülményeket, mint például a talaj-épület rezonancia, magas talajvízszint, domborzat, csuszamlásra hajlamos lejtők hatását, összevetve a korábban Budapesten is érezhető illetve károkat is okozó földrengések hatásaival (Dunaharaszti 1956, Gyömrő 2006, Oroszlány 2011).
Vizsgáljuk a különböző típusú talajgyorsulás, és intenzitás alapú, új mikrozonációs eljárások hazai, illetve speciálisan Budapestre történő alkalmazhatóságát. A kutatás eredményeit felhasználva lehetővé válik a különböző célú – biztosítási, városfejlesztési vagy katasztrófavédelmi célból készülő –, speciális mikrozonációs térképek előállítása.
| Summary Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
The aim of the project is to assess probabilistic seismic hazard of Budapest including the effect of local geology. Although earthquake hazard of the area has been studied earlier, many important questions have remained unanswered. During the proposed research we will compare the microzonation methods developed for the computation of the expected ground acceleration. Using recorded data, we examine the applicability of the recently constructed attenuation relationships which involve the effect of the subsoil through the VS30 and sediment thickness values. We will examine the local applicability of a new method based on the inversion of the cross-correlation function of the seismic noise for the determination of the S wave velocity of the near-surface layers. Using the Hungarian velocity measurements we will calibrate the relationship between the slope angles computed from SRTM data and the VS30 values to the local soil conditions; using this formula we will determine the spatial distribution of the VS30 values. Based on geological maps we will outline the areas considered to be susceptible to resonance; using the H/V method we will determine the natural frequencies. Using these values and the frequencies estimated for various types of buildings we will delineate the areas where resonance effects are expected. We will identify the other (topographical, geological, hydrogeological) factors occurring in the area which can increase damages and examine the possibility to build them into the process of hazard estimation. Based on a proper understanding of the local conditions, the final goal of the research is to compile a coherent seismic hazard zonation map of Budapest.
What is the major research question?
Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments.
During the seismic hazard investigation of Budapest, which takes into account the local site conditions, the following questions are to be answered:
• What kind of method is appropriate for the microzonation if we want to determine the ground accelerations?
• Which acceleration attenuation relationships should be used in the calculations?
• Is it applicable to use the inversion method based on the cross-correlation of the microseismic noise data for the determination of the near surface S wave velocity?
• Can we improve the relationship between the slope angles determined from SRTM data and the measured VS30 values using local measurements, which is useful in cost efficient mapping of larger areas?
• Where are the areas in Budapest where soil-building resonance can be expected?
• Which factors (special topographical, geological, geomorphological and hydrogeological conditions) influence the hazard besides the S wave velocity in the upper soil layers? In which areas of the city can they be located and how can we incorporate them into the process of seismic hazard estimation?
• What procedure should we follow to estimate the expected intensity distribution in Budapest?
Answering these questions listed above, allows us to perform the well-founded microzonation of Budapest at any level of probability, regardless whether the determination of the expected intensity or acceleration is aimed.
What is the significance of the research?
Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field.
From the realization of the proposed project we expect new results for the seismic hazard of Budapest, however at the same time they may be useful in a more general context.
We will try to improve the applicability of the widely used procedure to estimate VS30 in larger areas by determining the correlation between SRTM data and the S wave velocity measurements carried out in Hungary. This allows the classification of soils with greater accuracy where only few velocity measurements are available.
The velocity inversion method based on the microseismic noise cross-correlation function, in case of successful test measurements, can also be used cost effectively to determine S wave velocity in other areas, too.
The new attenuation formulas will be applicable in the entire Pannonian basin, because they will be calibrated on the basis of earthquake records of Hungarian seismological stations. They can be used in the hazard assessment of individual sites (nuclear power plant, industrial facilities and other structures), in macro- and microzonation, too.
We will determine the seismic hazard of Budapest by co-processing the following factors: the geological conditions, the experiences of past earthquakes, the measurements carried out earlier and during the project, according to the probability level required by Eurocode 8. Later, using the resulting elaborated methodology, microzonation can be performed for different end users, expressed both in accelerations and in intensity, for any probability level.
Microzonation for seismic hazard has many application areas. It is very important for disaster management purposes; it can provide input for seismic design, land use management, and estimation of the potential for liquefaction and landslides. It also provides the basis for estimating and mapping the potential damage to built environment. It is the base of mapping the losses expected from a particular level of seismic shaking, which is called microzonation for seismic risk. Seismic risk analysis is also very important for the insurance sector.
Summary and aims of the research for the public
Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others.
The vulnerability of large cities against earthquakes has increased sharply in recent decades. In order to defend against the potential damages, it is important to know what level of ground motion can be expected in a specific area.
For larger areas, the seismic hazard is mapped for a standard ground condition, usually rock or stiff soil. However, past experiences have shown that the local geology strongly influences the damage level. In the proposed research we plan to investigate the different types of the microzonation methods which take into account the local soil conditions.
In seismic hazard studies the soil classification is based on the shear wave velocity of the upper soil layers. Its measurement with the usual methods using active seismic sources in large areas and in urban environment is very costly and difficult to implement.
Therefore, we further develop and test new methods based on satellite altimetry and microseismic background noise measurement. Using GIS, we analyse other damage amplifying conditions such as soil-building resonance, high water table, topography, effects of landslide prone areas and compare them to the effects of earlier earthquakes felt and/or damaging in Budapest (Dunaharaszti 1956, Gyömrő 2006, Oroszlány 2011) .
We examine the applicability of the different types of acceleration and intensity based new microzonation procedures in Hungary, and specifically in Budapest. The results of the research allow to produce special microzonation maps, which can be used for different purposes (insurance, urban planning, disaster management).
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
