Erdbebenrisikominderung in Echtzeit in urbanen Umgebungen

Einführung

In den letzten 35 Jahren (1976 bis Oktober 2010) wurde Europa (einschließlich des Nahen Ostens) von 162 zerstörerischen Erdbeben heimgesucht, was 20 % aller zerstörerischen Erdbeben weltweit entspricht. Diese Erdbeben forderten etwa 62.000 Todesopfer (6,7 % aller Todesopfer weltweit) und verursachten wirtschaftliche Schäden in Höhe von 110.900 Millionen Euro. (EM-DAT, die internationale Katastrophendatenbank der OFDA/CRED, www.em-dat.net). Obwohl Teile Europas, der USA und Japans einer ähnlich hohen Erdbebengefahr ausgesetzt sind, ist die relative Gefährdung der europäischen Bevölkerung etwa zehnmal höher als in Japan und hundertmal höher als in den USA. Der Schutz kritischer Infrastrukturen und Lebensadern ist eine der Prioritäten der EU. Um dieser potenziellen Anfälligkeit entgegenzuwirken, forderte der Europäische Rat 2004 die Entwicklung eines Europäischen Programms zum Schutz kritischer Infrastrukturen (EPCIP). Seitdem wurden umfassende Vorbereitungsarbeiten durchgeführt, die in einem Grünbuch zusammengefasst wurden.

Präventive Maßnahmen wie die Nachrüstung von Bauwerken und die Verbreitung von Bauvorschriften sind natürlich wesentliche Elemente einer umfassenden Strategie zur Minderung von Erdbebenkatastrophen. Sie reichen jedoch nicht aus und lassen sich nicht überall ohne Weiteres anwenden. In europäischen Städten lebt ein erheblicher Teil der Bevölkerung in Gebieten mit höherer Erdbebengefahr nach wie vor in älteren (historischen) Gebäuden, die nicht den modernen Erdbebensicherheitsstandards entsprechen und derzeit nicht auf wirtschaftlich tragbare Weise verstärkt werden können. In vielen Gebieten mit hohem Erdbebenrisiko befinden sich auch kulturelle Zentren von großer Bedeutung.

Ein realistisches langfristiges Ziel für Europa ist es, die individuelle Gefährdung seiner Bevölkerung auf ein Niveau zu senken, das mit dem Japans und der USA vergleichbar ist. Die Anwendung von Maßnahmen zur Echtzeit-Minderung des Erdbebenrisikos durch gezielte Aktionen zur Verringerung der physischen Anfälligkeit und Exposition kann einen wesentlichen Beitrag zu diesem Ziel leisten. Diese Maßnahmen erfordern die Entwicklung und den Einsatz von probabilistischen Prognosen (die sich durch einen hohen Wahrscheinlichkeitsgewinn und niedrige absolute Wahrscheinlichkeitswerte auszeichnen), Frühwarnungen und einer schnellen Bewertung von Verlusten und Schäden unter Berücksichtigung der zeitlichen Entwicklung der Anfälligkeit und des Risikos.

Die Herausforderung

Alle Komponenten eines Echtzeit-Systems zur Verringerung des Erdbebenrisikos werden erstmals in REAKT gemeinsam und kohärent unter Verwendung eines systemischen Ansatzes behandelt. Das in WP6 entwickelte Entscheidungssystem wird Informationen aus operativen Vorhersagemodellen (WP3), Frühwarnsystemen (WP4 und 7), Schnellwarnsystemen (WP4) und der Echtzeit-Identifizierung von Veränderungen der physischen Anfälligkeit (WP5) umfassen. Die Zuverlässigkeit der operativen Vorhersagen und Frühwarnungen wird durch Informationen über die Dynamik von Erdbebenprozessen und transienten Phänomenen verbessert, die von den Arbeitspaketen 2 und 4 bereitgestellt werden. Mit Hilfe eines systemischen Ansatzes können alle Unsicherheiten entlang der Echtzeit-Risikominderungskette an die verschiedenen Endnutzer weitergegeben werden, wo Entscheidungen unter Berücksichtigung des unsicheren Wissens getroffen werden müssen. Entscheidend für den Erfolg von REAKT ist auch die Notwendigkeit, die Leistung des gesamten Systems aus der Perspektive der Endnutzer zu betrachten. Aus diesem Grund sind gezielte Anwendungen (WP7) und die enge Einbindung der Endnutzer durch die Endnutzergruppe (EUG) integrale Bestandteile des REAKT-Arbeitsplans.

Ziele

Das allgemeine Ziel des Projekts ist es, die Effizienz von Methoden zur Echtzeit-Erdbebenrisikominderung und deren Fähigkeit zum Schutz von Bauwerken, Infrastrukturen und Menschen zu verbessern. REAKT zielt darauf ab, bewährte Verfahren für die gemeinsame Nutzung aller Informationen aus Erdbebenvorhersagen, Frühwarnungen und Echtzeit-Risikobewertungen zu etablieren. All diese Informationen müssen in einem vollständig probabilistischen Rahmen, einschließlich realistischer Unsicherheitsschätzungen, kombiniert werden, um für die Entscheidungsfindung in Echtzeit genutzt werden zu können.

REAKT wird einen systemischen Ansatz der Erdbebenforschung verfolgen, der erfordert, dass die verschiedenen zeitlichen Skalen, die für die Gefahren- und Risikominderung in den verschiedenen Arbeitspaketen relevant sind, durch gemeinsame Tools, Datenbanken und Methoden integriert werden.

Die wichtigsten spezifischen Ziele sind:

• ein besseres Verständnis der physikalischen Prozesse, die den Veränderungen der Seismizität auf einer Zeitskala von Minuten bis Monaten zugrunde liegen;
• die Entwicklung, Kalibrierung und Erprobung von Modellen zur probabilistischen Erdbebenvorhersage und die Untersuchung ihres Potenzials für die operative Erdbebenvorhersage;
• Entwicklung zeitabhängiger Fragilitätsfunktionen für Gebäude, ausgewählte Infrastrukturen und Versorgungssysteme;
• Entwicklung von Modellen zur Echtzeit-Schadensabschätzung über die Lebensdauer von Bauwerken und Systemen aufgrund von Vorbeben, Hauptbeben und den darauf folgenden Nachbebenfolgen.
• die Erstellung einer detaillierten Methodik für eine optimale Entscheidungsfindung im Zusammenhang mit einem Erdbebenfrühwarnsystem (EEWS), mit operativer Erdbebenvorhersage (OEF) und mit Echtzeit-Anfälligkeits- und Schadensbewertung, um die Auswahl von Maßnahmen zur Risikominderung durch die Endnutzer zu erleichtern;
• Untersuchung des Inhalts und der Art der öffentlichen Kommunikation unter Berücksichtigung des Wertes einer gewissen Selbstorganisation bei der Entscheidungsfindung in der Gemeinschaft;
• die Anwendung von Echtzeit-Risikominderungssystemen auf verschiedene Situationen (Züge, Industrie, Krankenhäuser, Brücken, Schulen usw.).

Partner

Hauptforscher

1. AMRA – Prof. Paolo Gasparini
2. GFZ – Prof. Jochen Zschau
3. ETHZ – Dr. Stefan Wiemer
4. BRGM – Prof. Hormoz Modaressi
5. INGV – Dr. Warner Marzocchi
6. AUTH – Prof. Kyriazis Pitilakis
7. KIT – Prof. Friedemann Wenzel
8. EMSC – Dr. Rémy Bossu
9. EUCENTRE – Dr. Carlo Giovanni Lai
10. IMO – Dr. Kristin Vogfjord
11. CNRS – Prof. Pascal Bernard
12. UEDIN – Prof. Ian Main
13. IST – Prof. Carlos Oliveira
14. KOERI – Prof. Mustafa Erdik
15. NIEP – Dr. Gheorghe Marmureanu
16. ULSTER – Prof. Sandy Steacy
17. UPAT – Dr. Efthimios Sokos
18. CCEO – Herr Tony Gibbs
19. SCEC – Prof. Thomas Jordan
20. UWI – Dr. Richard Robertson
21. NTU – Prof. Yih-Min Wu
22. JMA – Dr. Mitsuyuki Hoshiba
23. NKUA – Prof. Kostas Makropoulos