סיכון סייסמי

מטריצת פגיעות אמפירית אופיינית לאירופה שהייתה בשימוש במחצית השנייה של המאה ה-20. מטריצה זו מוצגת מכיוון שהיא פשוטה להבנה. מטריצות הפגיעות כיום מורכבות הרבה יותר, וקשות הרבה יותר להבנה על ידי מי שאינם עוסקים בתחום.

סיכון סיימי (באנגלית: Seismic risk) מוגדר כהסתברות לשיעור נזק באתר נתון בתוך פרק זמן נתוןתבנית:הערה.

הגדרות

• סכנה סייסמית (באנגלית: Seismic Hazard) היא ההסתברות שתאוצת קרקע מרמה מסוימת ומעלה, כתוצאה מרעידת אדמה, תתרחש באתר נתון, בתוך פרק זמן נתוןתבנית:הערה. הגדרה נוספת של "המכון לחקר הנדסת רעידות אדמה" - EERIתבנית:אנ: "תופעה פיזיקלית (תנודת קרקע/כשל קרקע) שנגרמת על ידי רעידת אדמה, שעלולה להשפיע באופן שלילי על פעילויות אנושיות"תבנית:הערהתבנית:ביאור.
• עוצמה סייסמית (באנגלית: Seismic Intensity)תבנית:ביאור היא הערכת תאוצת הקרקע המקסימלית באתר מסוים בעת רעידת אדמה, על בסיס חומרת האפקטים הסייסמיים שנצפו בותבנית:ביאור. הגדרה נוספת של "המכון לחקר הנדסת רעידות אדמה" - EERI: "מדידהתבנית:ביאור איכותנית או כמותית של חומרת תנודות הקרקע באתר ספציפי"תבנית:הערה
• פגיעוּת (באנגלית: Vulnerability) היא שיעור הנזק הצפוי לאוכלוסיות שבסיכוןתבנית:ביאור (בדרך כלל מבנים)תבנית:ביאור, אך פגיעות זו תלויה בכל כך הרבה משתנים כמו השעה ביממה בה מתרחשת רעידת האדמה, או היום הספציפי (חג או לא חג), מזג אוויר וכיוצא בזה. בקליפורניה המרכז לטכנולוגיה יישומית (ATC) נאלץ להסתמך על הערכות מומחים בעניין פגיעות בני אדם ברעידות אדמה בהיעדר נתונים אמפיריים יציבים, להבדיל מנתונים אודות מבנים. לא בכדי תיאר מרכז זה את הניסיון להעריך פגיעות בני אדם כאמנות יותר מאשר מדעתבנית:הערה. באתר נתון, שסובל מדרגת עוצמה סייסמית נתונהתבנית:הערה. הגדרה נוספת של "המכון לחקר הנדסת רעידות אדמה" - EERI: "רמת האובדן/ההפסד של אובייקט/ים שנמצא/ים תחת סיכון של פגיעה מרעידת אדמה במגניטודה נתונה או עוצמה סייסמית נתונה, שבדרך כלל מבוטא על סקאלה של מ-אפס (ללא נזק כלל) עד 10 (נזק טוטאלי)"תבנית:הערה.
• מטריצת פגיעות אמפירית - נתונים בדבר שיעור הנזק שנגרם/ייגרם למבנים בחתך איכויות הבנייה שלהם, והעוצמות הסייסמיות שנצפו/שצפויות ברעידת אדמה (ראו דוגמה היפותטית ופשוטה משמאלתבנית:ביאור).
• סיכון סייסמי (באנגלית: Seismic Risk) הוא שילוב של הסכנה הסייסמית עם הפגיעוּתתבנית:הערה, ומוגדר כהסתברות לשיעור נזק באתר נתון כתוצאה מרעידת אדמה בתוך פרק זמן נתוןתבנית:הערה. הגדרה נוספת של "המכון לחקר הנדסת רעידות אדמה" - EERI: "ההסתברות שתוצאות חברתיות או כלכליות מרעידות אדמה יהיו שוות או מעל ערך נתון באתר/ים כלשהו/הם, או באזור במהלך תקופה מסוימתתבנית:הערה.

אי הבהירות הקיימת בהגדרות

קיימת לכאורה אי בהירות טרמינולוגית בשימוש במונחים: סיכון סייסמי וסכנה סייסמית. ברוב מכריע של הפרסומים בעברית בנושא, רוֹוֵחַ השימוש במונח סיכון או סיכונים או סיכוני רעידת אדמה (Risks) וכיוצא בזה, כאשר הכותבים מתכוונים למעשה לסכנות מרעידת אדמה (Hazards). כך למשל המכון הגיאולוגי לישראל מפרסם באתר האינטרנט שלו את סיכוני רעידת (ה)אדמה, כאשר רוב מכריע של פרקי המשנה בפרק זה מתייחס לסכנות. קל יותר לציין פרק משנה שמשתמש נכון במונחים, מאשר את אלה שלא. הכוונה ל-"מפת סכנה ארצית לגלישות-מדרון בישראל; גיליון מרכז, קנ"מ 1:200,000"תבנית:ביאור.

הגדרת הסיכון באמצעות תרחיש ייחוס

ניתן להעריך סיכונים (ותגובת חירום בעקבות האירוע) גם באמצעות שימוש בתרחיש ייחוס לרעידת אדמה. במתודולוגיה זו נעשה שימוש על ידי המכון הגיאולוגי לישראל בפרסום משנת 2012: "תרחישי נזק מרעידות מרעידות אדמה בישראל כבסיס לתרגיל החרום הלאומה של רעידת אדמה 'נקודת מפנה 6'"תבנית:הערה. בפרסום זה מתייחס המכון לחמשת גורמי הנזק העיקריים ברעידות אדמה: 1. תנודות קרקע (תאוצות קרקע מקסימליות); 2. קריעת פני שטח; 3. כשל במדרון; 4. התנזלות; ו-5.צונאמי, ותפרושתם המרחביתתבנית:הערה של גורמים אלה. בסוף הפרסום קיים נספח איורים (מפות) האמורים להציג את הסכנות והסיכונים. איורים 2 - 9 הם מפות סכנה בלבדתבנית:הערה, גם אם באיור 2 המפה נקראת "מפת סיכונים גאולוגיים" ולא היא. מפות 10 - 14 הן אכן מפות סיכונים בהיותם כאלה שמציגים את הנזקים והתוצאות מרעידת אדמה במגניטודה 7, שהן אלמנט הפגיעוּת, ורעידת האדמה בגודל 7 היא אלמנט הסכנה, שיש לה הסתברות נתונה להתרחשותהתבנית:הערה.

הסקר הגאולוגי של ארצות הברית עושה שימוש רוֹוֵחַ בתרחישים לרעידות אדמה, המתבססים על נתוני עוצמה סייסמית ברעידות אדמה היסטוריות שנחקרו היטב, ויש מידע אמין אודות האפקטים הסייסמיים שנצפו באתרים/ישובים השונים. רעידות האדמה הנבחרות כבסיס לתרחיש, הן רעידות אדמה שההסתברות להתרחשותן לפחות פעם אחת ב-50 שנה היא 10%, 5%, ו-2%, כפי שהתקנים לבנייה אמידה כנגד רעידות אדמה, מחייבים שם (וגם בישראל) את הבנייה כנגד רעידות אדמה שמתרחשות בהסתברות זו, עבור שלושה סוגים של מבנים על פי חשיבותם ורגישותם. שם, כמוהן התרחשו במהלך המאה ה-20 בקליפורניה, לא מעט רעידות אדמה בגדלים הרלוונטיים במחוזות השונים של המדינה. ניתן אם כן, לבחור ברעידת אדמה כזו, ועל פי נתוני העוצמה הסייסמית שנצפו בכל יישוב ואתר, להחיל את מטריצות הפגיעות האמפיריות לרעידת אדמה הנכונות לאותה מדינה (ראו דוגמה היפותטית למעלה, ומקרה מבחן באזור סן פרנסיסקו להלן) - מטריצות אשר מהוות אלמנט של חיזוי לעוצמת הנזקים הצפויים ברעידת אדמה בגודל (מגניטודה) נתון ובחתך סוגי המבנים - שהם למעשה התרחיש. דוגמה אופיינית לשימוש בנתוני העוצמה הסייסמית, שנצפתה באזורים השונים ברעידת אדמה הרלוונטית לכל אזור משנה באזור מפרץ סן פרנסיסקו, מופיעה במסמך מפורט בן 152 עמודים, מטעם איגוד הממשלים באזור המפרץ (Association of Bay Area Governments)תבנית:ביאור.

עוד יצוין, שבשנת 2006 פורסמו תרחישי רעידת אדמה הכוללות, מפות תאוצות קרקע מקסימלית עבור אזור מפרץ סן פרנסיסקו, לרעידת אדמה M=7.0, הדומה לזו שהרסה את סן פרנסיסקו בשנת 1906.

הסכנה הסייסמית

תבנית:ערך מורחב כאמור לעיל, הסכנה סיסמית היא ההסתברות שתאוצת קרקע מסוימת, כתוצאה מרעידת אדמה, תתרחש באתר נתון, בתוך פרק זמן נתון. במדינות המערב, לרבות בקליפורניהתבנית:ביאור, מקובל, שהסכנה הסייסמית שכנגדה מתכוננים היא תאוצת הקרקע שההסתברות להתרחשותה לפחות פעם אחת ב-50 שנה היא 10%. קרי; כתוצאה מרעידת אדמה שזמן המחזור הוודאי שלה הוא 475 שנה. על כן, גם התקן הישראלי לבנייה עמידה בפני רעידות אדמה מתבסס על תאוצות קרקע (מקסימליות) שיתרחשו בכל אתר במדינה, ברעידת אדמה העונה להגדרה זו, ואשר מוקדה הפוטנציאלי הוא בנקודה הקרובה ביותר האפשרית לאתר. המקור העיקרי, אם לא היחיד, לרעידות אדמה הרסניות באזורנו הוא הבקע הסורי אפריקני/בקע ים המלח וגם "העתק יגוּר" המהווה סעיף שלו, ואשר משתרע לאורך עמק יזרעאל בואכה מפרץ חיפה וממשיך אל תוך הים התיכון. על פי חישובים גאו-סטטיסטיים המתבססים על נתונים היסטוריים של רעידות אדמה באזור ארץ ישראל, גודל או מגניטודת רעידת האדמה העונה להגדרה המוזכרת בתחילת פרק זה הוא כ־6.3 בסולם ריכטר. על כן, הסכנה הסייסמית בכל אתר ואתר במדינה, מוגדרת כהסתברות לתאוצת הקרקע המקסימלית שתתרחש באתר מרעידת אדמה בגודל זה במקום הקרוב ביותר לאתר בבקע הסורי אפריקאי או בהעתק היגוּר ובתקופה של 50 שנה. הדרך לחשב את תאוצת הקרקע המקסימלית (להלן: PGA: Peak Ground Acceleration) היא באמצעות משוואת ניחות של תאוצות קרקע, המקובלת בכל העולםתבנית:הערה. אלא שמשוואה שכזו תקפה רק בהנחה שהאתר ממוקם על סלע אם צפוףתבנית:אנ שאינו גורם כלל להגברת תאוצות הקרקע באתר. על כן, ה־PGA הצפויה באתר לפי משוואה זו היא סטנדרטית, וכדי להגיע למסקנה בדבר ה-PGA האמיתי שצפויה באתר יש לחשב או למדוד (תלוי בנסיבות) את ההגברה הצפויה של תאוצות הקרקע באתרתבנית:ביאור. משוואת ניחות מקובלת שעל פיה מקובל לחשב את ה-PGA הצפויה בכל ישוב במדינה היא:

$logAR=0.43+0.23*(M-6)-log(R)-0.0027*R$.

כאשר: AR היא תאוצת הקרקע המקסימלית במרחק R קילומטרים מהמוקד, ו-M היא מגניטודת רעידת האדמה בסולם ריכטר. משוואת ניחות זו תקפה אך ורק לרעידות אדמה הגדולות ממגניטודה 6 בסולם ריכטר. לדוגמה (היפותטית): אם נניח שבעיר מסוימת המרוחקת כ־70 קילומטר ממוקד אפשרי בבקע ים המלח/הירדן, מתקבלת על פי משוואה זו PGA של 0.1g (כלומר 1 מ' לשנייה בריבוע) ועל פי החישובים או המדידות הגאולוגיות/הנדסיות, מקדם ההגברה בעיר הוא 10, אזי בעיר הזו תאוצת הקרקע שצפויה ברעידת אדמה בגודל של כ־6.3 בסולם ריכטר, שמוקדה במקום הקרוב ביותר האפשרי לעיר, היא 1g (פי 10 מהתאוצה הסטנדרטית הצפויה, היינו כ־10 מ' לשנייה בריבוע) - תאוצת קרקע הרסנית ביותר. כלומר, הסכנה הסייסמית בעיר זו בהסתברות של 10% לתקופה של 50 שנה היא 1g.

בהקשר זה של סכנה סייסמית, קיימת בציבוריות הישראלית אמירה, שאחת ל-100 שנים בממוצע, מתרחשת רעידת אדמה הרסנית באזור ארץ ישראל. ההסבר לכך הוא, שראשית מדובר בממוצע גס מאד; כי למשל, מבט על 500 השנים האחרונות מציג 4 רעידות אדמה הרסניות באזור, בשנים: 1927, 1837, 1759, והרביעית בשנת 1546. בנוסף, מאמר מדעי משנת 1983 מציג עקומת שכיחות של רעידות אדמה בעמק הירדן, שבה, על פי המחקר, רעידת אדמה בגודל +M=6 מתרחשת לפחות אחת ל-100 שניםתבנית:ביאור.

פגיעוּת (המבנים)

הסיכון הסייסמי כפונקציה של הסכנה הסייסמית ופגיעוּת המבנים שנמצאים בסיכון. הסקיצה היא בעקבות המתודולוגיה האוניברסלית של הערכת סיכונים שגורסת שהסיכון הסייסמי R הוא תוצאה של מכפלת ההסתברות P להתרחשות המאורע המֵסַכֵּן, עם עלות הנזק L הצפוי להיגרם.

פגיעות מבנים מוגדרת כשיעור הנזק שנגרם למבנה (או ייגרם למבנה) באיכות בנייה ידועה ובאתר נתון שסבל (או יסבול) מעוצמה סייסמית נתונה (או מתאוצת קרקע מקסימלית נתונה)תבנית:ביאור. פגיעות זו ניתנת להערכה ואף לחישוב על סמך נתונים היסטוריים, של מבנים דומים, בעלי אותה איכות בנייה, שניזוקו מרעידת אדמה שיצרה אותה רמה של תאוצת קרקע מקסימלית באתר בו ממוקם המבנה. ברוב המדינות ששכיחוּת רעידות האדמה ההרסניות בהן היא גבוהה יחסית, למשל קליפורניה ומרכז ודרום אירופה, קיימות, כתוצאה ממחקרים אודות רעידות אדמה היסטוריות שהתרחשו באזור, מטריצות פגיעות אופייניות - ראו דוגמה פשוטה בראש הערך.

הסיכון הסייסמי

הסיכון הסייסמי הוא שילוב של הסכנה הסייסמית עם הפגיעותתבנית:הערה, ומוגדר כהסתברות לשיעור נזק באתר נתון בתוך פרק זמן נתוןתבנית:הערה. בדוגמה בעיר ההיפותטית (שכתובה מתחת למשוואת הניחות בפרק הסכנה הסייסמית), תאוצת הקרקע הצפויה באותה עיר לפחות פעם אחת בהסתברות של 10% ובתקופה של 50 שנה היא 1g. העוצמה הסייסמית המתאימה לערך כה גבוה של תאוצת קרקע היא כ־XI-X (11-10 בספרות רומיות). על כן הסיכון הסייסמי באותה עיר יוגדר כהסתברות של 10% לתקופה של 50 שנה שכ־50% מהמבנים בעיר יקרסו חלקית, ל־45% מהם ייגרם נזק משמעותי, וכ־5% מהמבנים יקרסו לגמרי. זוהי הערכת סיכון סייסמי מינימלית לפי עוצמה סייסמית חזויה של X במטריצת הפגיעות. לפי עוצמה XI במטריצת הפגיעות, הרי כמעט כל המבנים בעיר יהרסו חלקית או לגמרי, בהסתברות של 10% ל־50 שנה. יודגש, שמדובר במטריצות פגיעות פשוטות ומיושנות, שמובאות לצורך המחשה בלבד.

בשנת 2017, פרסמה חברת Air Worldwideתבנית:אנ, חברה בינלאומית העוסקת בין השאר בהערכת סיכונים מרעידות אדמהתבנית:ביאור, מסמך הנקרא "מידול סיכון רעידת אדמה בישראל". לא ברור מי הזמין את העבודה הזו. לצורך העבודה החברה הכינה קטלוג סטטיסטי של רעידות אדמה ממקורות היסטוריים, וממכשירי מדידה סייסמולוגיים (סייסמומטרים); נתונים פליאוסייסמיים; נתוני העתקים פעילים; ונתוני גאודזיה - GPS. הם מציגים את נתוני המקורות הסייסמיים בישראל (הידועים לכל זה מכבר -הבקע הסורי אפריקני והעתק הכרמל); מציגים את הַאִיזוּר הסייסמי על פי פרסום של המכון הגאופיסי לישראל; ונתוני GPS בדבר תנועות הסטה יחסיות על פני השטח. מציגים שיטה לכאורה לאיתור העתקים פעילים בלתי ממופים, וחיזוי של תאוצות קרקע מקסימליות, תוך התייחסות לתופעת תגובת אתר סייסמית. מתוך כך הם מסכמים את הסיכון הסייסמי בישראל על מפה, שמציגה את הסיכון הסייסמי לאזורים השונים במדינה, בחמש רמות של סיכון: מסיכון נמוך (צבע ירוק כהה) לסיכון גבוה (צבע אדום כהה). בהמשך הם מציגים נתונים ושיטה לניהול הסיכונים הללו (החידוש העיקרי של העבודה), כשהמסקנה שאזור הצפון, ובמיוחד חיפה הם בעלי מקדם נזק גבוה (לא חדש), בעוד ששאר אזורי הארץ, הם בעלי מקדמים נמוכים בהרבה. לסיכום הם מציגים שדגם רעידת האדמה של AIR לישראל, נבנה תוך שימוש בגרסה העדכנית ביותר שלהם; ושכל הניתוחים והתרשימים שהציגו, מאפשרים: לנהל את החשיפה (לסיכונים); לצבור ולהחיל יחסי נזק לאזורים השונים, אירועים (צפויים) וסכנות; "להריץ" מודלים סטטיסטיים, ולהעריך את הסיכון הסייסמי; ולתקן בעצמם (מזמיני העבודה) את ההערכות להפסדים, כדי ליצור התייחסות עצמית של הסיכוןתבנית:ביאור.

מפות סיכונים סייסמיים

גלובאלית עולמית

הכְּרָזָה העולמית של מפת הסיכונים הסייסמית (v2023.1) כוללת שלוש מפות גלובליות, ודירוג של 15 המדינות המובילות לפי חמישה מדדי/מטריצות סיכון: המפה הראשיתתבנית:ביאור מציגה את ההתפלגות הגאוגרפית של ההפסד השנתי הממוצע (Average Annual Loss) של השטח הבנוי עקב תאוצת קרקע מקסימלית בסך כל מבני מגורים, מבני מסחר ותעשייה. המפה אינה מתחשבת בהשפעות של צונמי, התנזלות, גלישות קרקע ומפולות ושריפות בעקבות רעידות האדמה. תוצאות אלו הן עדכון של המפות העולמיות שפורסמו ב-2018, ומבוססים על מיטב מערכי הנתונים והמודלים הזמינים והנגישים לציבור, אשר נאספו, אוצרו ותוחזקו בשיתוף פעולה בין מומחים מקומיים ומדענים של קרן GEN - Global Earthquake Model. בנוסף ל-AAL של השטח הבנוי המתואר בכרזה, מערך הנתונים הבסיסי כולל גם אומדנים של הפסדים כלכליים שנתיים ממוצעים, מספר מבנים שאבדו, אוכלוסייה שנותרה חסרת בית והרוגים.

אירופה

מפות דומות, ואף מפורטות יותר קיימות עבור אירופה, בחתך כל המדינות ומשתנים רבים נוספים.

ארצות הברית

בארצות הברית פרויקט ההנדסה והסיכונים (ERP - Engineering and Risk Project) הוא חלק מוועדת המשנה לסכנות, השפעה וסיכונים (HIR - Hazard, Impact & Risk) של ועדת התיאום המדעית (SCC - Science Coordination Committee) של התוכנית לסיכוני רעידות אדמה (EHO - Earthquake Hazard Program) של ה-U.S.G.S. כיום מזוהות שתי משימות של ה-ERP להרחבת מדע הסיכונים ולהפחתה הנדסית של סיכוני רעידות האדמה. כלומר, לשפר את היכולת של הסביבה הבנויה לעמוד בפני סכנות. לשתי המשימות מרכיבי מחקר והסברה שמחייבים: שיתוף פעולה עם מהנדסים חיצוניים ועם פרויקט National Seismic Hazard Model - NSHM בנושא תאוצות קרקע (מקסימליות) ברעידת אדמה עבור תקני בנייה, תוך "תרגום" והפיכת סכנות טבעיות (Hazards) להגדרת סיכונים וכדלקמן: 1. סיכון סיסמי לתשתית קריטית; 2. תחזיות כשל קרקע שנגרמים מרעידות אדמה; 3. תרחישי תאוצות קרקע מקסימליות והשפעתן 4. הערכת סכנות מרובי סיכונים; 5. בטיחות סייסמית של מבנים גבוהים ומבנים אחרים בעלי זמן מחזור ארוך. 

משימות ותת-משימות אלו תוכננו לשתף פעולה עם הקהילה הפנימית למשל עם: פרויקט ה־USGS NSHM ומֵרכַּז המידע הלאומי של ה-USGS לרעידות אדמה (NEIC), כדי לפתח את הנתונים, השיטות והכלים הדרושים להערכת סיכונים למערכות תשתית בנייני מגורים ומבנים אחרים (מורכבים בדר"כ) שאינם משמשים למגורים. המטרות מושגות על ידי שיתוף פעולה עם הקהילה החיצונית למשל: ה-Building Seismic Safety Council - BSSC, וסוכנות ניהול החירום הפדרלית - FEMA, כדי להעריך עומסים תכנוניים (loads) ולהפחית את הסיכון הסייסמי.  

מפות הסיכונים בארצות הברית הן נושאיות (תמטיות), ומפגישות את האוכלוסיות שבסיכוןתבנית:ביאור עם הסכנה הסייסמית. למשל, ה־U.S.G.S. מציג מפה של התפרושת המרחבית של צפיפות אוכלוסין עם התפרושת המרחבית של תאוצות קרקע מקסימליות ברעידת אדמה שזמן המחזור שלה הוא 100 שנה, קרי רעידת אדמה גדולה במיוחד, כי התקן למבנים בעלי סיכון "רגיל" מכוון לרעידת אדמה שזמן המחזור שלה הוא 475 שנהתבנית:ביאור.

ישראל

ראו בפרק משנה "הגדרת הסיכון באמצעות תרחיש ייחוס" לעיל, ובפסקה השנייה של פרק "הסיכון הסייסמי".

ראו גם

• רעידת אדמה
• סולם סייסמי
• חיזוי רעידות אדמה
• סייסמולוגיה

לקריאה נוספת

• תבנית:עוגן

קישורים חיצוניים

• רון אבני, 2008. הכנת תרחישים לרעידות אדמה באזורים בעלי רמה סייסמית בינונית. אופקים בגאוגרפיה, 70; עמ' 104-92.