شیوه تحلیل خطرپذیری شریان های حیاتی مندرج در HAZUS

برای بررسی و تحلیل خطر پذیری خطوط لوله و شریان های حیاتی، از شیوه AZUS که برای تحلیل خطر لرزه‌ای تعریف و پایه گذاری شده است استفاده می‌گردد. این شیوه به علت اینکه دارای جامعیت فوق العاده‌ای در تمام زمینه‌ها می‌باشد مورد استفاده قرار گرفته است. در مورد شیوه های مشابه تحلیل خطر لرزه ای می توان به این نکته اشاره نمود که برای تخمین خطر پذیری لرزه ای در دنیا مورد مشابه دیگری که به صورت مدون و مشخص بتواند در مورد خطر لرزه ای مورد استفاده قرار بگیرد مشاهده نگردید. در بعضی موارد مشخص و محدود مطالعاتی برای تدوین چنین آیین نامه هایی در حال انجام است که هنوز در مرحله مطالعات می باشند و به مرحله اجرا و عمل نرسیده اند. بنابراین منطقی ترین و صحیح ترین شیوه مورد استفاده و معتبر در دنیا که شیوه HAZUS می باشد مورد استفاده قرار گرفت.

 در این شیوه، یکی از دسته‌های اصلی بررسی، شریانهای حیاتی می‌باشند. بر اساس شیوه HAZUS ، شریانهای حیاتی شامل شبکه‌های آب آشامیدنی، فاضلاب، نفت (خام و یا پالایش شده)، گاز طبیعی، جریان برق و شبکه‌های ارتباطی می‌باشند. در این شیوه برای ارزیابی سطح خطر هر کدام از این شریانهای حیاتی دستور العمل مخصوصی صادر شده است که مشخصا در این مطالعه به بررسی بخش گاز طبیعی خواهیم پرداخت.

با توجه به اجزای تشکیل دهنده شبکه گاز طبیعی، می‌توان به این نتیجه رسید که این شبکه در برابر زمین لرزه آسیب پذیر بوده و نیاز به بررسی دقیق و موشکافانه دارد. زیرا علاوه بر خسارت‌های اقتصادی وارده در اثر زلزله، شکست در خط لوله می‌تواند منجر به آتش سوزی و انفجار نیز گردد که باعث افزایش اهمیت بررسی‌هایی از این دست می‌گردد.

در بخش نخست از تحلیل خطرپذیری، مدلی مکانی از خطر زلزله ساخته می­شود. این مدل مکانی، مبین احتمال رخداد سطوح مختلف خطر ارتعاش قوی زمین است و از تجمیع آثار چشمه‌های مختلف زلزله در قالب تئوری احتمال کل حاصل می­شود. همچنین علاوه بر ارتعاش، پدیده­ دیگری که می­تواند باعث رخداد خرابی در یک خط لوله شود رخداد پدیده گسلش سطحی یا روانگرایی است که مبین احتمال رسیدن گسلش به سطح زمین و یا نشست زمین است. با ارایه توابع مناسبی می­توان این خطر را نیز کمّی نموده و در مدل وارد نمود. خروجی بخش اول، توابع خطر برای کمی سازی احتمال ارتعاش و نیز احتمال گسلش برای خط لوله است.

بخش دوم تحلیل خطرپذیری، ارایه مدلی برای کمی سازی آسیب ­پذیری لرزه­ای یک خط لوله است. این مدل عموما در قالب تابع آسیب­ پذیری ارایه شده و مبین احتمال رخداد خرابی در خط لوله به شرط رخداد سطوح مشخص زلزله است. تابع آسیب­پذیری مناسب مستلزم بررسی همبستگی آماری پارامترهای مختلف شدت زلزله و پاسخ غیرخطی خط لوله به عنوان یک سیستم سازه ­ای است. ماحصل انتگرال­گیری توابع خطر و آسیب ­پذیری، احتمال رخداد خرابی در نقاط مختلف خط لوله است. هر دو تابع مورد نیاز برای تحلیل خطرپذیری لرزه ­ای، دارای اهمیت یکسانی است و لازم است برای برآورد هر تابع از روشهای نظام­مند سازگار با یافته ­های علمی و پژوهشی سود جست.

بر اساس HAZUS شریانهای حیاتی به دو شاخه کلی سیستم‌های حمل و نقل و سیستمهای کاربردی تقسیم می‌گردند. شبکه گاز رسانی نیز از زیر مجموعه‌های سیستم های کاربردی محسوب می‌گردد. یک شبکه گاز رسانی به صورت کلی از ایستگاه‌های تقویت فشار گاز و خطوط لوله مدفون یا سطحی انتقال گاز تشکیل می‌گردد. هر کدام از این اجزا می‌توانند در برابر زمین لرزه‌های شدید آسیب پذیر باشند. خسارتهای مربوطه می‌تواند در دو دسته خسارت‌های مستقیم و خسارت‌های غیر مستقیم بررسی گردد.

توضیحات اجزای مختلف سیستم گاز رسانی:

الف) ایستگاه‌های تقویت فشار گاز: این ایستگاه‌ها برای حفظ مقدار جریان عبوری گاز از خطوط لوله، در کل طول مسیر خط لوله احداث می‌شوند. ایستگاه‌های تقویت فشار گاز شامل کمپرسور‌های سانتریفوژ و یا کمپرسورهای رفت و برگشتی می‌باشند. هر چند، در تحلیل و بررسی خطوط لوله انتقال گاز، نوع کمپرسور اهمیت خاصی پیدا نمی‌کند. ایستگاه‌های تقویت فشار گاز به دو دسته «با اجزای مهار شده» و «با اجزای مهار نشده» تقسیم بندی می‌شوند. ایستگاه‌های تقویت فشار گاز در شیوه HAZUS همانند تلمبه‌خانه‌های نفت مورد بررسی قرار می‌گیرند.

ب) خطوط لوله گاز طبیعی: خطوط لوله گاز طبیعی به طور معمول از جنس فولاد نرم با اتصالات جوش زیر پودری و یا جوش الکترود دستی بوده و در بعضی خطوط قدیمی ممکن است از جوش گازی (جوش اکسی استیلن) نیز استفاده شده باشد. این خطوط برای انتقال گاز در مسافت های طولانی به کار می‌روند.

کلیات شیوه HAZUS

دامنه اعتبار شیوه HAZUS شامل توسعه روشهایی برای تخمین زدن آسیب‌های زلزله بر روی سیستم گازرسانی می‌باشد؛ که این تخمین بر اساس اطلاعات اجزاء مختلف سیستم (ایستگاههای تقویت فشار گاز و خطوط انتقال گاز)، دسته بندی این اجزاء (برای ایستگاههای تقویت فشار گاز، مهار شده و یا مهار نشده بودن تجهیزات و متعلقات سیستم) و پارامترهای حرکت زمین (بیشینه شتاب زمین(PGA)، بیشینه سرعت زمین(PGV) و یا تغییر شکل ماندگار زمین(PGD)) به دست می‌آید. بیان‌هایی که در مورد سطح آسیب به هر یک از اجزاء سیستم گاز رسانی وجود دارد، به صورت کیفی بیان می‌شود (به عنوان مثال آسیب جزئی، آسیب متوسط، آسیب شدید و تخریب کامل برای تاسیسات و تعداد تعمیرات خط لوله در هر کیلومتر برای خطوط لوله انتقال گاز). نمودارهای شکست برای هر یک از اجزای سیستم گاز رسانی، توسعه یافته و به دست آمده است. این نمودارها احتمال رسیدن و یا فراتر رفتن سطح مشخصی از آسیب به اجزاء را در قبال سطح مشخصی از تحریک حرکت زمین ( یا گسلش زمین) مشخص می‌کند. در این شیوه بایستی اطلاعاتی را به عنوان ورودی در تحلیل وارد نمود که این اطلاعات بنا به نوع تاسیسات عبارتند از:

  • برای ایستگاههای تقویت فشار گاز:
  • موقعیت جغرافیایی تاسیسات (یعنی طول و عرض جغرافیایی)
  • بیشینه شتاب زمین و تغییر شکلهای ماندگار زمین
  • دسته بندی تاسیسات (دارای اجزاء دارا یا فاقد مهار بندی در برابر زلزله)
  • برای خطوط لوله گاز طبیعی:
  • موقعیت جغرافیایی اتصالات (طول و عرض جغرافیایی نقاط ابتدایی و انتهایی)
  • بیشینه سرعت زمین و تغییر شکلهای ماندگار زمین
  • دسته بندی خط لوله (از لحاظ نرم و یا ترد و شکننده بودن)

خروجی آسیب‌های مستقیم وارده به سیستم گاز رسانی شامل تخمین‌های احتمالاتی برای کارآیی اجزاء سیستم و خسارت، که بر اساس نسبت آسیب به اجزاء سیستم (نسبت هزینه تعمیر به هزینه جایگزینی) می‌باشد. توجه شود که نسبت آسیب به هر یک از اجزاء سیستم‌های گاز رسانی به صورت مجزا در این شیوه مشخص شده است.