ارزیابی و تهیة نقشة زون‌های لرزه‌ای شهر خرم‌آباد با استفاده از روش سلسله‌مراتبی فازی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، گروه زمین‌شناسی، واحد خرم آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، خرم‌آباد، ایران

2 دانشیار، گروه زمین‌شناسی، واحد زاهدان، دانشگاه آزاد اسلامی، زاهدان، ایران

3 کارشناس ارشد، باشگاه پژوهشگران جوان و نخبگان، واحد خرم آباد، دانشگاه آزاد اسلامی ، خرم‌آباد، ایران

چکیده

شهر خرم‌آباد در استان لرستان به دلیل قرارگرفتن بر پهنة لرزة زمین‌ساخت زاگرس، یکی از شهرهای لرزه‌خیز ایران به شمار می‌آید. در این پژوهش به‌منظور ایمنی بیشتر در مناطق مسکونی و طرح‌های عمرانی، پهنه‌بندی خطر لرزه‌خیزی در شهر خرم‌آباد با استفاده از شش مؤلفة محیطی شامل فاصلة کانونی زمین‌لرزه‌ها از شهر خرم‌آباد، فاصلة گسل‌های اصلی از شهر، عمق رخداد زمین‌لرزه‌ها، شتاب زمین‌لرزه، لیتولوژی و شیب مطالعه شد. بدین منظور نخست با بهره‌گیری از گردآوری کاتالوگ داده‌های لرزه‌خیزی در بازة زمانی سال‌های 1900 تا 2018، نقشة عوامل فاصلة کانونی زمین‌لرزه‌ها از شهر خرم‌آباد و عمق رخداد زمین‌لرزه‌ها تهیه شد، سپس با بهره‌گیری از نقشة زمین‌شناسی و خطوط رقومی ارتفاع منطقه، نقشة فاصله از گسل، لیتولوژی و شیب شهر خرم‌آباد و با روش قطعی زلزله‌طرح (DSHA) و بهره‌گیری از روابط تجربی موجود بین مشخصه‌های زلزله، نقشة شتاب افقی زمین‌لرزه‌های (PGA) منطقه به دست آمد. پس از تهیة لایه‌های اطلاعاتی، نقشة هریک از عوامل به ترتیب با استفاده از منطق فازی و فرایند تحلیل سلسله‌مراتبی، استانداردسازی و وزن‌دهی شد. درنهایت با تلفیق همة لایه‌های استانداردسازی‌شده در وزن آنها، نقشة نهایی پهنه‌بندی خطر زمین‌لرزه در شهر خرم‌آباد با استفاده از روش تلفیقی سلسله‌مراتبی فازی تهیه شد. براساس نتایج به‌دست‌آمده با استفاده از این روش به ترتیب 43/6، 74/12، 57/24، 13/35 و 12/21درصد از مساحت شهر خرم‌آباد در کلاس‌های خطر بسیار کم، کم، متوسط، زیاد و بسیار زیاد قرار گرفت.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Evaluation and Preparation of Seismic Zone Maps of Khorramabad City using a Hierarchical-Fuzzy Method

نویسندگان [English]

  • siamak baharvand 1
  • Jafar Rahnamarad 2
  • salman soori 3
1 Assistant Professor, Department of Geology, Khorramabad Branch, Islamic Azad University, Khorramabad, Iran
2 Associate Professor, Department of Geology, Zahedan Branch, Islamic Azad University, Zahedan, Iran
3 Young Researchers and Elite club, Khorramabad Branch, Islamic Azad University, Khorramabad, Iran
چکیده [English]

The city of Khorramabad in Lorestan province is considered as one of the seismic cities of Iran due to its location on the Zagros earthquake zone. In this research, for more safety in residential areas and construction projects, seismic hazard zonation in Khorramabad city was studied using six environmental parameters including focal length of earthquakes, distance from major faults, and focal depth of earthquake events, earthquake acceleration, lithology, and slope. To this end, by using a seismic data catalog for the period from 1900 to 2018, maps of the focal lengths and the focal depths of earthquake events were prepared. Using the geologic and digital elevation maps, maps of distance from the fault, the lithology and the slope, and using a Deterministic Seismic Hazard Assessment (DSHA) and using the existing empirical relationships between the characteristics of the earthquake, the peak ground acceleration map (PGA) of the region was prepared. After providing the data layers, the map of each factor is standardized and weighed using fuzzy logic and hierarchical analysis process, respectively. By integrating all standardized layers in their weights, the final map of earthquake hazard zonation of the city was prepared using a hybrid hierarchical-fuzzy method. Based on the results of the above-mentioned method, 6.43%, 12.74%, 24.57%, 35.13% and 21.12%  of the city's area are located in very low, low, moderate, high and very high risk classes, respectively.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Zoning
  • Earthquake
  • Khorramabad
  • Hierarchy-Fuzzy Method

مقدمه

به دلیل مساعدبودن شرایط جغرافیایی، نبود مدیریت جامع محیطی و رعایت‌نکردن آستانه‌های محیطی، ایران، کشوری پرخطر به شمار می‌آید؛ به‌طوری که جزو 10 کشور بلاخیز جهان قرار گرفته است (قائدرحمتی و همکاران، 1393: 85). زلزله، یکی از فرایندهای ژئومورفیک درونی است که آثار تخریبی زیادی دارد و بعضی از شهرهای کشور ما را تهدید می‌کند. بی‌توجهی به خطر زمین‌لرزه در مکان‌گزینی شهرها و رعایت‌نکردن نکات فنی و ایمنی در ساخت تأسیسات و ساختمان‌ها، آثار زیان‌باری به دنبال دارد (نگارش، 1384: 94).

طی صد سال گذشته بیش از یک‌هزار زلزلة ویران‌کننده در هفتاد کشور جهان به وقوع پیوسته است و افزون بر 150 میلیون نفر از این زلزله‌ها آسیب دیده‌اند (علمی‌زاده و هدایی، 1388: 2). در این زمینه پهنه‌بندی خطر زمین‌لرزه برای تدوین روابط بین برنامه‌ریزی منطقه‌ای و مدیریت ریسک زلزله به‌منظور کاهش آسیب‌پذیری لرزه‌ای، امری ضروری به نظر می‌رسد. پهنه‌بندی خطر زمین‌لرزه زمانی نمود می‌کند که اولاً عوامل دخیل در لرزه‌زایی و محرک‌های لرزه‌ای به‌طور کامل شناخته شود و ثانیاً تمام عناصر یادشده با همدیگر در مدلی منسجم ارزیابی شوند. این پژوهش با هدف پهنه‌بندی خطر زمین‌لرزه در شهر خرم‌آباد با بهره‌گیری از روش تلفیقی سلسله‌مراتبی فازی صورت گرفته است.

شهر خرم‌آباد، مرکز استان لرستان، بزرگ‌ترین و پرجمعیت‌ترین شهر لرنشین و از مهم‌ترین شهرهای غربی ایران است. این شهر کوهستانی در ارتفاع ۱۳۰۰متری از سطح دریا قرار دارد. در این پژوهش عوامل محیطی مؤثر بر خطر زمین‌لرزه تا شعاع
100 کیلومتری از مرکز آن مطالعه شده است.

روش سلسله‌مراتبی، روشی نیمه‌کیفی شامل یک ماتریس وزن‌دهی برمبنای مقایسه‌های زوجی بین عوامل است و میزان مشارکت هر یک از عوامل را در پهنه‌بندی خطر لرزه‌خیزی مشخص می‌کند. این روش که ساعتی[1] در سال 1980 ارائه کرده، برمبنای سه اصل تجزیه، قضاوت تطبیقی و سنتز اولویت‌ها استوار است (احمدی و همکاران، 1390: 153). منطق فازی نیز، یک منطق چند مقداری است؛ یعنی مؤلفه‌ها و متغیرهای آن علاوه بر اختیار اعداد 0 یا 1، تمامی مقادیر بین این دو عدد را نیز اختیار می‌کنند. تعلق هر عضو مجموعة مرجع به یک عضو زیرمجموعة خاص، قطعی نیست. این نبود قطعیت با نسبت‌دادن یک عدد بین 0 و 1 به این عضو انجام می‌گیرد. با تلفیق دو روش یادشده به روشی دست یافته‌ایم که ساختاری قابل درک بین تصمیم‌گیری چندمعیاره با مجموعه‌ای از داده‌های کمی و کیفی برقرار می‌کند. همچنین این روش وجود ساختاری مرتبه‌ای، مستقل و قابل فهم را ارائه و درنهایت ضریب ناسازگاری را کاهش می‌دهد. منطق سلسله‌مراتبی فازی تفکرات بشری را در استفاده از اطلاعات تقریبی و نامطمئن برای تصمیم‌گیری بازتاب و بیشترین انعطاف را در قضاوت و واقعی‌ترین و بهترین رابطة بین معیارها و متغیرها را ارائه می‌دهد (بهاروند و سوری، 1396: 94).

 

پیشینة پژوهش

درزمینة ارزیابی و پهنه‌بندی خطر زمین‌لرزه تاکنون مطالعات زیادی در ایران و سایر نقاط جهان صورت گرفته است؛ ازجمله:

قبادی و همکاران (1386) خطر زلزله را در شهرستان مسجد سلیمان ارزیابی کردند. براساس نتایج به‌دست‌آمده بیشترین شتاب افقی ناشی از زمین‌لرزه‌های محتمل، g3/0 برآورد شده است.

امیراحمدی و آب‌باریکی (1393) با استفاده از سیستم اطلاعات جغرافیایی، ریز پهنه‌بندی خطر زلزله را در شهر سبزوار بررسی کردند. در این پژوهش که با تأکید بر عامل گسل انجام شده است، نتایج نشان داد بیش از 11 کیلومترمربع از وسعت شهر در پهنة خطر بسیار زیاد قرار دارد.

رحیمی‌شهید و همکاران (1394) با استفاده از سیستم اطلاعات جغرافیایی و سنجش از دور، نقشة زون‌های لرزه‌ای گسترة اصفهان را تهیه کردند. براساس نتایج به‌دست‌آمده، لرزه‌خیزی منطقه از جهت شمال شرق به طرف جنوب غرب افزایشی است.

جلالیان و دادگر (1394) با استفاده از روش تحلیل سلسله‌مراتبی، آسیب‌پذیری بخش چورزق شهرستان طارم را دربرابر زلزله پهنه‌بندی کردند. براساس نتایج به‌دست‌آمده بیش از 60 درصد از مساحت منطقه در کلاس خطر زیاد و بسیار زیاد واقع شده است.

قهرمانی و همکاران (1397) خطر زمین‌لرزه را به روش منطق فازی در منطقة دهک استان خراسان جنوبی بررسی کردند. نتایج به‌دست‌آمده براساس مؤلفه‌های شتاب‌لرزه‌ای نشان داد شتابی که گسل دهک به روستاهای آن منطقه وارد می‌کند، معادل 58/0 شتاب ثقلی زمین است.

آسکان و همکاران[2] (2015) خطر زلزله را در منطقة ارزینکن ترکیه ارزیابی کردند. نتایج نشان داد بیشترین مقدار شتاب زمین در مرکز شهر ارزینکن تقریباً 1 گال است.

جیاناراکی و همکاران[3] (2019) با استفاده از روش قطعی، خطر زمین‌لرزه را در شهر ایجیون یونان بررسی کردند. براساس نتایج، هماهنگی خوبی بین روش استفاده‌شده و زمین‌لرزة 4/6 ریشتری سال 1995 این منطقه وجود داشته است.

لوی و همکاران[4] (2018) با استفاده از روش قطعی و احتمالاتی، خطر زمین‌لرزه را در شبه‌جزیرة مالزی بررسی کردند. نتایج براساس هر دو روش نشان داد شهرهای مرکزی و غربی شتاب افقی زیاد و روش‌های استفاده‌شده دقت زیادی دارند.

 

روش‌شناسی پژوهش

روش پژوهش

خرم‌آباد، یکی از شهرهای لرزه‌خیز ایران، در استان لرستان واقع شده است (شکل 1). مراحل کلی پژوهش به‌منظور پهنه‌بندی خطر زمین‌لرزه در این شهر شامل گردآوری اطلاعات، استانداردسازی با استفاده از توابع عضویت فازی، وزن‌دهی با استفاده از روش سلسله‌مراتبی، هم‌پوشانی لایه‌ها و در نهایت تعیین دورة بازگشت زمین‌لرزه‌ها با استفاده از روش گوتنبرگ - ریشتر است.

 

 

شکل 1. موقعیت جغرافیایی محدودة پژوهش

 


گردآوری اطلاعات: در این مرحله شش مؤلفة محیطی شامل فاصلة کانونی زمین‌لرزه‌ها از مرکز شهر، فاصلة گسل‌های اصلی از مرکز شهر، عمق رخداد زمین‌لرزه‌ها، شتاب افقی زمین‌لرزه، لیتولوژی و شیب بررسی شده است. عوامل مختلف در نظر گرفته شده به‌منظور پهنه‌بندی خطر زمین‌لرزه در محدودة مطالعه‌شده با توجه به نکاتی از قبیل هدف، مقیاس کار و دقت قابل انتظار، بررسی زلزله‌های پیشین در ایران (میرزایی، 1381: 10) و به‌ویژه در منطقة زاگرس، شرایط محیطی شهر، میزان تأثیرگذاری هر عامل و کافی و دردسترس‌بودن اطلاعات تعیین شده است. در مطالعة انجام‌شده، نقشة هریک از عوامل مؤثر بر خطر زمین‌لرزه به شرح زیر تهیه شده است.

1. نقشة عمق و فاصلة کانونی زمین‌لرزه‌ها از شهر خرم‌آباد: به‌منظور تهیة نقشة فاصله از عمق و کانون زمین‌لرزه‌های رخ‌داده، نخست موقعیت جغرافیایی زمین‌لرزه‌ها از سال 1900 تا 2018 تعیین، با رقومی‌سازی این نقاط نقشة فاصلة کانونی زمین‌لرزه‌ها از شهر خرم‌آباد ترسیم و با درون‌یابی به روش کریجینگ، نقشة عمق کانونی زمین‌لرزه‌ها نیز تهیه شد.

2. نقشة فاصلة گسل‌ها از شهر خرم‌آباد: بدین منظور نخست با استفاده از نقشة زمین‌شناسی 1:100000 منطقه و تصاویر ماهواره‌ای، گسل‌های اصلی منطقه شناسایی و سپس با رقومی‌سازی آنها، نقشة فاصله از گسل‌های شهر خرم‌آباد ترسیم شد.

3. شتاب زمین‌لرزه: به‌منظور تهیة نقشة شتاب افقی زلزله نخستین کار، تعیین بزرگی زمین‌لرزة محتمل برای گسل‌های اصلی است. برآورد بیشترین توان لرزه‌زایی هریک از گسل‌ها برپایة رابطة میان طول گسل و بزرگی محاسبه شده است که مهاجر اشجعی و نوروزی پیشنهاد داده‌اند (رابطة 1) (Mohajer Ashjai & Nowroozi, 1978: 249-260).

براساس پژوهش مانوئل بربریان (1364) در ارزیابی خطر زمین‌لرزه در تهران، نصف طول گسل در تولید زمین‌لرزه مدنظر قرار گرفته است. بی‌تردید تمام طول گسل در ذخیره‌سازی انرژی زلزله نقش ندارد؛ یعنی هرچه طول گسل بیشتر شود، با توجه به شرایط ژئومکانیکی زمین، طول گسیختگی ناشی از زلزله کمتر خواهد بود؛ بنابراین استفاده از نصف طول گسل در محاسبات دور از واقعیت نیست (قبادی و همکاران، 1386: 49).

(1)

 

برای تعیین شتاب زمین یا شتاب طرح در محل، مطالعات زیادی صورت گرفته است که در این پژوهش از روابط کمبل[5] (1981)، (رابطة 2)، دونوان[6] (1973)، (رابطة 3) و استوا[7] (1970)، (رابطة 4) استفاده شده است.

(2)

 

(3)

 

(5)

 

در روابط بالا، (a) شتاب حداکثر زمین برحسب سانتی‌متر بر مجذور ثانیه، (R) فاصلة محل مدنظر از گسل یا کانون زلزله برحسب کیلومتر، (M) بزرگی زمین‌لرزه برحسب ریشتر و (L) طول گسل برحسب کیلومتر است. شتابی که با این روابط حاصل می‌شود، شتاب افقی طرح نامیده و برحسب (g) بیان می‌شود.

4. لیتولوژی: نقشة لیتولوژی محدودة مطالعه‌شده برمبنای نقشة زمین‌شناسی 1:100000 خرم‌آباد و مطالعات میدانی تهیه شده است.

5. شیب: به‌منظور تهیة نقشة شیب از مدل رقومی ارتفاعی استفاده شده است که از خطوط تراز نقشة توپوگرافی 1:50000 منطقة پژوهش در محیط نرم‌افزار ArcGIS تهیه شد.

استانداردسازی معیارها: در مطالعة انجام‌شده به‌منظور استانداردسازی معیارهای استفاده‌شده از توابع عضویت منطق فازی استفاده شده است. یکی از اساسی‌ترین مباحث در نظریة فازی، بحث تابع عضویت و چگونگی تعریف آن است. اساس اختلاف روش‌های فازی با روش‌های دیگر، در تعریف تابع عضویت است. تابع عضویت به‌صورت درجة تعلق عناصر مجموعة مرجع به زیرمجموعه‌های آن تعریف و به شکل c(X)µ نمایش داده می‌شود. برای به‌دست‌آوردن تابع عضویت هیچ الگوریتم مشخصی وجود ندارد؛ بلکه تجربه، نوآوری و حتی اعمال نظر شخصی در شکل‌گیری و تعریف آن مؤثر است. در این پژوهش با استفاده از توابع عضویت خطی[8] و تعریف‌شدة کاربر[9]، نقشه‌های هریک از عوامل مؤثر بر لرزه‌خیزی شهر خرم‌آباد به نقشه‌های فازی تبدیل شده‌اند.

اولویت‌بندی معیارها و وزن‌دهی آنها با استفاده از روش سلسله‌مراتبی: در این پژوهش از روش فرایند تحلیل سلسله‌مراتبی (AHP)، یکی از مدل‌های چندمعیارة تصمیم‌گیری، برای پهنه‌بندی خطر زمین‌لرزه در شهر خرم‌آباد استفاده شده است. در تحلیل سلسله‌مراتبی، روش کار به این صورت است که نخست به‌منظور تعیین ارجحیت عوامل مختلف و تبدیل آنها به مقادیر کمی از قضاوت‌های شفاهی (نظر کارشناسی) برمبنای مقایسه‌های زوجی استفاده می‌شود؛ به‌طوری که تصمیم‌گیرنده ارجحیت یک عامل را بر علل دیگر به‌صورت جدول (1) در نظر می‌گیرد و این قضاوت‌ها را به مقادیر کمی بین 1 تا 9 تبدیل می‌کند؛ سپس نتایج این مقایسه‌ها برای محاسبة شاخص ناسازگاری[10]به نرم‌افزار Expert Choice وارد می‌شود. اگر شاخص محاسبه‌شده کمتر از 1/0 باشد، نتایج پذیرفته است؛ در غیر این صورت باید دوباره در وزن‌دهی تجدیدنظر شود.

جدول 1. طبقه‌بندی ارجحیت مقادیر وزن‌ها براساس قضاوت کارشناسی (Saaty & Vargas, 2001: 103)

توصیف زبانی ارجحیت طبقات

مقدار عددی وزن‌ها

کاملاً مهم یا کاملاً مطلوب‌تر

9

اهمیت بسیار قوی

7

اهمیت یا مطلوبیت قوی

5

کمی مطلوب‌تر یا کمی مهم‌تر

3

اهمیت یا مطلوبیت یکسان

1

اولویت بین فواصل

2، 4، 6 و 8

 

تعیین دورة بازگشت زمین‌لرزه‌ها با بزرگای مشخص: بدین منظور نخست از روش گوتنبرگ - ریشتر برای توصیف میزان لرزه‌خیزی منطقه استفاده و سپس دورة بازگشت برای زمین‌لرزه‌ها با بزرگای مشخص براساس روابط تجربی تعیین شده است. روش گوتنبرگ - ریشتر، معروف‌ترین و متداول‌ترین روشی است که برای توصیف میزان لرزه‌خیزی یک ناحیه استفاده می‌شود. در این روش وضعیت لرزه‌خیزی گسترة طرح به‌صورت ریاضی معنا‌دار و رابطة بزرگا - فراوانی رویداد زمین‌لرزه‌ها تعریف می‌شود که ضرایب ثابت آن نشان‌دهندة وضعیت لرزه‌خیزی ناحیه خواهد بود (همتی و همکاران، 1396: 82). رابطة گوتنبرگ - ریشتر به‌صورت زیر ارائه شده است:

(5)

 

در آن، NC فراوانی تجمعی زلزله‌های رخ‌داده در طول زمان بررسی برای زلزله‌ای با بزرگای خاص،
a پارامتر لرزه‌خیزی منطقه که مقدار آن به تعداد زلزله‌های رخ‌داده در منطقه بستگی دارد، b پارامتر لرزه‌خیزی منطقه که مقدار آن به وضعیت تکتونیکی منطقه بستگی دارد و M بزرگی زمین‌لرزه است که در این پژوهش لرزه‌های با بزرگای Ms≥4 در دوره‌ای 118ساله از 1900 تا 2018 برای منطقة خرم‌آباد در نظر گرفته شده است.

 

یافته‌های پژوهش

پهنه‌بندی مناطق زلزله‌خیز از اقدامات مفید برای کاستن از شدت خسارات ناشی از آن به شمار می‌آید؛ زیرا بدین وسیله استفاده از مناطق پرخطر محدود و از احداث بعضی بناها در این محدوده‌ها جلوگیری می‌شود. همچنین با مشخص‌کردن پهنه‌های خطر در شهر، تصمیم‌گیری دربارة استقرار شریان‌های حیاتی در مناطق کم‌خطر امکان‌پذیر می‌شود.

بررسی عوامل مؤثر بر پهنه‌بندی خطر زمین‌لرزه در شهر خرم‌آباد نشان می‌دهد:

- گسل‌ها به‌مثابة چشمه‌های لرزه‌ای، از مهم‌ترین ساختارهای زمین‌شناسی هستند که ارتباط آنها با وقوع زمین‌لرزه انکارناپذیر است (عباس‌پور و همکاران، 1396: 111). هرچه فاصله از گسل کمتر باشد، تنش در منطقه و ریسک رخداد زمین‌لرزه بیشتر می‌شود. بر این اساس بخش غربی شهر خرم‌آباد به دلیل فاصلة نزدیک تا گسل خرم‌آباد (F8)، آسیب‌پذیرتر از سایر مناطق شهر است.

- گام نخست در بررسی ویژگی‌های لرزه‌خیزی یک گستره، گردآوری داده‌های پایه از زمین‌لرزه‌هایی است که پیش از این در گسترة مدنظر روی داده است (بیت‌اللهی و معتمد، 1389: 1). بررسی نقشة فاصلة کانونی زمین‌لرزه‌های گذشته نشان می‌دهد بخش مرکزی شهر فاصلة کمتری تا محل رخداد زمین‌لرزه‌های گذشته و پتانسیل لرزه‌خیزی بیشتری دارد. همچنین بررسی نقشة عمق کانونی نشان می‌دهد بخش شمال غربی به علت عمق کانونی کمتر و با توجه به اینکه رخداد زمین‌لرزه در سطوح کم‌عمق باعث تشدید زمین‌لرزه می‌شود، پتانسیل خطر بیشتری دارد.

- به‌منظور تهیة نقشة شتاب افقی زمین‌لرزه‌های شهر خرم‌آباد، پس از شناسایی گسل‌های اصلی منطقه (شکل 2)، با استفاده از رابطة 1، بزرگی زمین‌لرزه‌های محتمل براساس طول گسل‌ها محاسبه و سپس شتاب افقی ایجادشده بر شهر خرم‌آباد براساس روابط تجربی کمبل، دونوان و استوا تعیین شده است (جدول 2). براساس محاسبات انجام‌شده بزرگی زلزله‌های ناشی از فعالیت گسل‌های محدودة اطراف شهر خرم‌آباد بین 21/6 تا 09/7 ریشتر و بزرگ‌ترین شتاب افقی (PGA) براساس رابطة دونوان، کمبل و استوا به ترتیب 345/0، 366/0 و 299/0 گال است. با محاسبة شتاب افقی طرح برمبنای (g)، امکان ارائة توصیفی از لرزه‌خیزی منطقه وجود دارد. نقشة شتاب افقی خطر لرزه‌خیزی گسترة مدنظر در نرم‌افزار ArcGIS با استفاده از ابزار تحلیلگر زمین‌آماری ترسیم شده است (شکل 3). براساس آیین‌نامة استاندارد 2800 زلزلة ایران، اگر شتاب افقی طرح g 35/0،  g30/0، g 25/0 و g 2/0 باشد، خطر نسبی در منطقه به ترتیب بسیار زیاد، زیاد، متوسط و کم خواهد بود (مرکز تحقیقات مسکن، 1366: 22). توزیع شتاب افقی در محدودة شهر خرم‌آباد نشان می‌دهد بخش‌های غربی شهر متأثر از شتاب لرزه‌ای بیشتر و قسمت‌هایی از جنوب شهر متأثر از شتاب افقی کمتر است.

 

 

 

 

 

 

 

شکل 2. تصویر هوایی از گسل‌های اطراف شهر خرم‌آباد

جدول 2. نتایج به‌دست‌آمده از بررسی گسل‌های اطراف شهر خرم‌آباد (محاسبات: نگارندگان)

گسل

فاصله از شهر

طول

بزرگی (M)

شتاب افقی (کمبل)

شتاب افقی (دونوان)

شتاب افقی (استوا)

میانگین

F1

54

80

00/7

097/0

109/0

052/0

086/0

F2

80

40

70/6

053/0

064/0

023/0

046/0

F3

57

70

94/6

088/0

100/0

046/0

078/0

F4

51

100

09/7

108/0

120/0

060/0

096/0

F5

69

68

93/6

071/0

083/0

034/0

062/0

F6

30

84

02/7

170/0

177/0

109/0

152/0

F7

44

46

76/6

103/0

115/0

056/0

091/0

F8

8

80

7

366/0

345/0

299/0

336/0

F9

17

43

73/6

217/0

219/0

149/0

195/0

F10

86

78

99/6

057/0

069/0

026/0

050/0

F11

75

33

61/6

054/0

065/0

024/0

047/0

F12

72

13

21/6

045/0

056/0

018/0

039/0

F13

75

25

49/6

050/0

062/0

021/0

044/0

F14

98

21

42/6

035/0

045/0

013/0

031/0

 

 

- هرچه سازندهای منطقه سست‌تر باشند، امواج لرزه‌ای باعث ایجاد خسارات بیشتری در سطح منطقه خواهند شد. نقشة لیتولوژی منطقه نشان می‌دهد بخش وسیعی از سطح شهر خرم‌آباد از جنس رسوبات آبرفتی و قسمت‌هایی از غرب شهر نیز از جنس آهک و مارن است.

- بررسی نقشة شیب منطقه نشان می‌دهد قسمت‌هایی از مناطق غربی و شمال شرق شهر به دلیل شیب بیشتر، آسیب‌پذیرتر از سایر مناطق شهر هستند.

پس از آماده‌کردن لایه‌های مدنظر، استانداردسازی لایه‌ها انجام شده است. برای استانداردسازی داده‌ها، روش فازی به کار رفته است. نکته‌ای که باید در استانداردسازی لایه‌ها به آن توجه شود، انتخاب نوع تابع عضویت فازی است. در مطالعة انجام‌شده با توجه به تأثیر کلاس‌های هریک از عوامل در ایجاد رخداد زمین‌لرزه، از توابع عضویت خطی (شیب، فاصله از گسل، شتاب، عمق و فاصلة کانونی زمین‌لرزه) و تابع عضویت تعریف‌شدة کاربر (لیتولوژی) استفاده شده است (شکل 3).

پس از استانداردسازی داده‌ها، با توجه به اینکه هریک از لایه‌ها تأثیر متفاوتی بر پهنه‌بندی خطر زمین‌لرزه دارند، وزن‌دهی به لایه‌ها ضرورت می‌یابد. برای این کار از روش تحلیل سلسله‌مراتبی استفاده شده است. بدین منظور نخست با مقایسة زوجی (براساس جدول 1) لایه‌ها دوبه‌دو با هم مقایسه و نتایج به‌دست‌آمده به‌منظور محاسبة وزن‌های هریک از فاکتورهای استفاده‌شده به نرم‌افزار Expert Choice انتقال داده شد. نتایج به‌دست‌آمده از محاسبة ضریب ناسازگاری نشان داد مقایسه‌ها به‌درستی انجام شده است (جدول 3).

 

جدول 3. مقایسه‌های زوجی عوامل مؤثر بر خطر زمین‌لرزه در شهر خرم‌آباد

عوامل مؤثر بر زمین‌لرزه

 

وزن

ضریب ناسازگاری

شتاب افقی

فاصله از گسل

فاصله از کانون زمین‌لرزه

عمق کانونی زمین‌لرزه

لیتولوژی

شیب

شتاب افقی

1

1

2

2

3

3

266/0

02/0

فاصله از گسل

 

1

2

2

3

3

266/0

فاصله از کانون زمین‌لرزه

 

 

1

1

2

3

156/0

عمق کانونی زمین‌لرزه

 

 

 

1

2

3

156/0

لیتولوژی

 

 

 

 

1

2

091/0

شیب

 

 

 

 

 

1

064/

 

 

درنهایت به‌منظور تهیة نقشة پهنه‌بندی خطر زمین‌لرزه در شهر خرم‌آباد با استفاده از روش سلسله‌مراتبی فازی، نقشه‌های فازی هریک از عوامل در وزن‌های به‌دست‌آمده براساس فرایند تحلیل سلسله‌مراتبی ضرب و نقشة تمام عوامل هم‌پوشانی داده شد (شکل 4). نتایج به‌دست‌آمده از نقشة پهنه‌بندی خطر لرزه‌خیزی شهر خرم‌آباد نشان می‌دهد به ترتیب 43/6، 74/12، 57/24، 13/35 و
12/21 درصد از مساحت شهر خرم‌آباد در کلاس‌های خطر بسیار کم، کم، متوسط و بسیار زیاد قرار دارد. براساس نقشة تهیه‌شده، غرب شهر خرم‌آباد در پهنة با خطر بسیار زیاد است و بخش جنوبی حساسیت کمتری دربرابر خطر زمین‌لرزه دارد.

 

 

شکل 3. نقشة استانداردسازی‌شدة عوامل مؤثر بر خطر لرزه‌خیزی شهر خرم‌آباد

 

 

در مطالعة انجام‌شده، پس از تهیة نقشة خطر لرزه‌خیزی شهر خرم‌آباد، نقشة بافت شهری خرم‌آباد نیز تهیه شد. نتایج به‌دست‌آمده از تلفیق این نقشه‌ها نشان می‌دهد هستة تاریخی و بخش عمده‌ای از هسته‌های مسکونی شهر در پهنة با خطر لرزه‌خیزی زیاد و بسیار زیاد قرار دارند (شکل 4). شهر خرم‌آباد با مساحت قانونی 3475 هکتار، 28 محله و نقطة فرسوده با مساحتی نزدیک به 260 هکتار دارد که نسبت بافت فرسوده به کل مساحت شهر نزدیک به
7 درصد است. غالباً این بخش‌ها از ابنیه و ساختمان‌های قدیمی تشکیل شده‌اند که عمر زیادی دارند و بسیاری از این ساختمان‌ها در گذشته براساس اصول معماری و شهرسازی ساخته نشده‌اند (شکل 5). بسیاری از این ساختمان‌ها فوندانسیون و زیرسازی مناسبی ندارند و معابر آنها بسیار باریک است و در صورت بروز زلزله، حتی گاهی با کمترین لرزش تخریب می‌شوند؛ بنابراین با توجه به قرارگیری بخش عمده‌ای از شهر خرم‌آباد در پهنة با پتانسیل خطر زیاد و بسیار زیاد، توجه به بافت فرسودة این شهر اهمیت ویژه‌ای دارد.


 

 

شکل 4. پهنه‌بندی خطر زمین‌لرزه در محدودة شهر خرم‌آباد

 

 

شکل 5. نمایی از بافت فرسوده در محله‌های غربی شهر خرم‌آباد


برآورد فرمول لرزه‌خیزی گسترة مطالعه‌شده: در معادلة گوتنبرگ - ریشتر، میزان a رابطة مستقیمی با استعداد لرزه‌خیزی خاستگاه مطالعه‌شده دارد؛ به بیان دیگر هرچه مقدار آن بیشتر باشد، تعداد زلزله‌های منطقه در بازة زمانی مدنظر بیشتر است؛ اما میزان b رابطه‌ای معکوس با مقدار تنش تجمع‌یافته در ناحیه دارد و کم‌بودن آن نشان‌دهندة نسبت زیاد تعداد زلزله‌های بزرگ به کوچک در منطقه خواهد بود (Novelo Casanova et al., 2006: 354).

در این مطالعه با محاسبة Log N (فراوانی تجمعی زمین‌لرزه‌ها) و ترسیم آن برحسب Ms (بزرگی زمین‌لرزه)، پارامترهای لرزه‌خیزی منطقه یعنی
a (a=5.696) و b (b=0.832) به دست آمده است (شکل 6).

 

 

 

شکل 6- نمودار گوتنبرگ - ریشتر برای زمین‌لرزه‌های محدودة مطالعه‌شده

 

 

پس از رسم نمودار گوتنبرگ - ریشتر، با استفاده از رابطة 6 و داده‌های به‌دست‌آمده برای مقادیر a و b، محاسبة دورة بازگشت زمین‌لرزه‌ها در فاصلة 100کیلومتری مرکز شهر خرم‌آباد (فاصلة زمانی بین وقوع دوبارة یک زمین‌لرزه با بزرگی معین) امکان‌پذیر می‌شود (جدول 4).

(6)

 

در این رابطه، T دورة بررسی بزرگی زمین‌لرزه‌هاست که در این مطالعه برابر با 118 سال است. نتایج به‌دست‌آمده از بررسی دورة بازگشت زمین‌لرزه‌ها در فاصلة 100 کیلومتری مرکز شهر خرم‌آباد نشان می‌دهد دورة بازگشت برای زمین‌لرزه‌ای با بزرگای 7، حدود 158 سال است.


 

جدول 4. دورة بازگشت برای زمین‌لرزه‌هایی با بزرگای معین در محدودة اطراف شهر خرم‌آباد

تعداد وقوع در 100 سال

دورة بازگشت (سال)

فراوانی تجمعی

بزرگی (M)

74/197

50/0

254

4

11/29

43/3

40

5

28/4

33/23

4

6

63/0

45/158

1

7

 


نتیجه‌گیری

در این پژوهش با بررسی‌های لرزه‌شناسی و تکتونیک منطقه نتایج زیر حاصل شده است:

1. مهم‌ترین گسل تأثیرگذار بر محدودة مطالعه‌شده، گسل خرم‌آباد (F8) است. این گسل در 8کیلومتری غرب شهر خرم‌آباد واقع شده است و براساس رابطة کمبل توان ایجاد زمین‌لرزه‌ای با شتاب افقی g 366/0 دارد.

2. با توجه به اینکه بستر شهر خرم‌آباد از رسوبات آبرفتی کواترنری و تشکیلات آهکی مارنی تشکیل شده است، به دلیل سست‌بودن لیتولوژی بستر، شهر خرم‌آباد آسیب‌پذیری زیادی دربرابر رخداد زمین‌لرزه دارد.

3. در مطالعة انجام‌شده از روش گوتنبرگ - ریشتر برای تشریح چگونگی تغییر ویژگی‌های آماری خطر زمین‌لرزه استفاده شده است. مقدار زیاد a-value به‌دست‌آمده از این روش (a=5.696)، بیان‌کنندة میزان زیاد لرزه‌خیزی و آهنگ زیاد رخداد در سطح منطقه است.

4. نتایج به‌دست‌آمده از محاسبة دورة بازگشت زمین‌لرزه‌ها با استفاده از رابطة گوتنبرگ - ریشتر نشان می‌دهد تقریباً هر 23 سال یک‌بار رخداد زمین‌لرزه‌ای با بزرگای 6 در مقیاس ریشتر در محدودة 100کیلومتری اطراف شهر خرم‌آباد محتمل است؛ بنابراین پیشنهاد می‌شود سازه‌های ساخته‌شده طوری طراحی شوند که دربرابر زمین‌لرزه‌هایی با بزرگای بیش از 6 در مقیاس ریشتر مقاوم باشند.

5. با توجه به افزایش شیب و تأثیرپذیری ساختارهای سنگی موجود در محدوده‌های پرخطر پیش‌بینی می‌شود مشکلات دیگری همچون ریزش بلوک‌های سنگی و زمین‌لغزه‌های مخرب بر شدت تخریب‌های احتمالی ناشی از زلزله در این منطقه بیفزاید؛ بنابراین تسلیح و مقاوم‌سازی دامنه‌ها و همچنین زهکشی مناسب منابع آبی در این‌گونه مناطق از شدت حرکات احتمالی می‌کاهد و ایمنی ساختگاه تأسیسات و بناهای موجود را در این منطقه بهبود می‌بخشد.

6. نقشة پهنه‌بندی خطر زمین‌لرزة شهر خرم‌آباد نشان می‌دهد بخش‌های غربی شهر متأثر از حساسیت لرزه‌ای بیشتری هستند؛ بنابراین پیشنهاد می‌شود گسترش و رشد شهر در مناطق غربی شهر متوقف و به سمت بخش‌های جنوبی شهر کشیده شود که در پهنة با خطر لرزه‌خیزی کمتری قرار دارد. همچنین پیشنهاد می‌شود مراکز حیاتی شهر در بخش‌های جنوبی مستقر شود تا در صورت وقوع زمین‌لرزه، کمک‌رسانی به سایر نقاط شهر متوقف نشود.



[1] saati

[2] Askan et al.

[3] Giannaraki et al.

[4] Loi et al.

[5] Campbell

[6] Donovan

[7] Esteva

[8] Linear

[9] Userdefined

[10] Inconsistency

منابع
احمدی، عاطفه، موحد، علی، شجاعیان، علی، (1390). ارائة الگوی بهینة مکان‌یابی فضای سبز شهری با استفاده از GIS و روش AHP؛ منطقة مطالعه‌شده: منطقة 7 شهرداری اهواز، نشریة آمایش محیط، دورة 4، شمارة 15، 162-147.
امیراحمدی، ابوالقاسم، آب‌باریکی، زکیه، (1393). ریزپهنه‌بندی خطر زلزلة شهر سبزوار با استفاده از سیستم اطلاعات جغرافیایی GIS، نشریة جغرافیا و توسعه، دورة 12، شمارة 35،
152-133.
بهاروند، سیامک، سوری، سلمان، (1396). مکان‌یابی دفن پسماندهای جامد شهری با استفاده از روش تلفیقی سلسله‌مراتبی فازی؛ مطالعة موردی: شهر کوه‌دشت، نشریة آمایش محیط، دورة 10، شمارة 36، 108-93.
بیت‌اللهی، علی، معتمد، پانته‌آ، (1389). محاسبة پارامترهای لرزه‌خیزی برای منطقة البرز مرکزی، پژوهش‌نامة زلزله‌شناسی و مهندسی زلزله، دورة 13، شمارة 3، 8-1.
جلالیان، حمید، دادگر، حسین، (1394). پهنه‌بندی آسیب‌پذیری سکونتگاههای روستایی دربرابر زلزله با مدل AHP در محیط GIS؛ مطالعة موردی: بخش چورزق شهرستان طارم، نشریة جغرافیا و برنامه‌ریزی محیطی، دورة 26، شمارة 59، 42-29.
رحیمی شهید، مجتبی، کارگران، فریبا، رحیمی، نیما، (1394). تهیة نقشة زون‌های لرزه‌ای گسترة اصفهان با استفاده از داده‌های سنجش از دور و سیستم اطلاعات جغرافیایی، نشریة سنجش از دور و سامانة اطلاعات جغرافیایی در منابع طبیعی، دورة 6، شمارة 4، 59-47.
عباس‌پور، راضیه، موسوی، مرتضی، هیهات، محمودرضا، (1396). تحلیل فعالیت‌های لرزه‌زمین‌ساختی در گسترة شهر طبس، فصلنامة زمین‌شناسی ایران، دورة 11، شمارة 42،
127-111.
علمی‌زاده، هیوا، هدایی، علی‌اصغر، (1388). مدیریت بحران در ارتباط با خطر گسلش و زمین‌لرزه؛ مطالعة موردی: منطقة دشت سیلاخور، نشریة امداد و نجات، دورة 1، شمارة 4، 13-5.
قائدرحمتی، صفر، گندمکار، امیر، خوش‌کلام‌پور، امیر، (1393). ارزیابی متغیرهای تأثیرگذار بر آسیب‌پذیری مساکن شهری دربرابر زلزله؛ مطالعة موردی: شهر بروجرد، نشریة آمایش محیط، دورة 7، شمارة 24، 104-83.
قبادی، محمدحسین، چرچی، عباس، صفری، حجت‌الله، (1386). ارزیابی مقدماتی خطر زمین‌لرزه و نشت گاز در شهرستان مسجد سلیمان، مجلة علوم دانشگاه شهید چمران اهواز، دورة 5، شمارة 17، 58-45.
قهرمانی، محترم، موسوی، مرتضی، خطیب، محمدمهدی، منصوری، هاشم، (1397). ارزیابی خطر زمین‌لرزه به روش منطق فازی در منطقة دهک (خراسان جنوبی)، نشریة جغرافیا و توسعه، دورة 16، شمارة 50، 54-41.
مرکز تحقیقات مسکن، (1366). آیین‌نامة 2800 طرح ساختمان‌ها دربرابر زلزله، 212 ص.
نگارش، حسین، (1384). زلزله، شهرها و گسل‌ها، نشریة پژوهش‌های جغرافیایی، دورة 37، شمارة 52، 110-93.
میرزایی، نوربخش، (1381). پارامترهای مبنایی زمین‌لرزه‌های ایران، انتشارات دانش‌نگار، چاپ اول، تهران، مؤسسة ژئوفیزیک، 183 ص.
همتی، فریبا، زمانی قروه‌چمنی، بهزاد، مختاری، داوود، روستایی، شهرام، (1396). بررسی توان لرزه‌زایی گسل بناروان به روش قطعی و احتمالی، فصلنامة تحقیقات جغرافیایی، دورة 32، شمارة 4، 85-69.
Askan, A., Karimzadeh, S., Asten, M., Kilic, N., Sisman, F., Erkmen, C.‚ (2015). Assessment of seismic hazard in the Erzincan (Turkey) region: construction of local velocity models and evaluation of potential ground motions, Turkish Journal of Earth Sciences, Vol 24‚ Pp 529-565.
Campbell, K.W., (1981). Near-Source Attention of Peak Horizontal Acceleration, Bulletin. Seismological Society of American, 71 (6)‚ Pp 2039-2070.
Donovan, N., (1973). Earthquake hazards for buildings, Building practices for disaster mitigation, building science series 46, Nat. Bur of, standards, U.S. Dept. of commerce, Washington D.C., Pp 82-111.
Esteva, L., (1970). Seismic risk and seismic design. Ed, R.J. Hansen, Seismic design for Nuclear Power Plants. The M.I.T. Press, Pp 142-182.
Giannaraki, G., Kassaras, I., Roumelioti, Z., Kazantzidou, D., Ganas A., (2019). Deterministic seismic risk assessment in the city of Aigion (W. Corinth Gulf, Greece) and juxtaposition with real damage due to the 1995 Mw6.4 earthquake, Bull Earthquake Eng., Vol 17 (2)‚ Pp 603-634.
Loi, D.W., Raghunandan, E.M., Swamy, V., (2018). Revisiting seismic hazard assessment for Peninsular Malaysia using deterministic and probabilistic approaches, Natural Hazards and Earth System Sciences, Vol 18‚ Pp 2387-2408.
Mohajer Ashjai, A., Nowroozi‚ A.A., (1978). Observed and probable intensity zoning of Iran, Tectonophysics, Vol 49‚ Pp 249-260.
Novelo- Casanova, D.A., Martinez- Bringas, A., Valdes-Gonzalez, C., (2006). Temporal variations of QC − 1 and b values associated to the December 2000–January 2001, volcanic activity at the Popocatépetl, Mexico, volcano, J. Volcanol. Geotherm. Res., Vol 251, Pp 347–358.
Saaty, T.L.‚ Vargas, L.G., (2001). Models, methods, concepts, and applications of the Analytica Hierarchy process‚ 1st ed. Kluwer Academic, Boston, 333 p.