Forscher entwickeln einen Rahmen für die Modellierung der Widerstandsfähigkeit der Infrastruktur nach einem Erdbeben

Forscher der Oregon State University haben ein Rechenmodell zur Vorhersage der Belastbarkeit lokaler und regionaler Infrastrukturnetze und der Erholungszeit für betroffene Gemeinden nach einem massiven Erdbeben und Tsunami in der Cascadia-Subduktionszone entwickelt.

Die Arbeit ist wichtig, stellen die Forscher fest, da einige Studien eine Wahrscheinlichkeit von 7 % bis 11 % für ein größeres Beben – einen „Vollrandbruch“ – vorhersagen, das in den nächsten 50 Jahren entlang der Offshore-Verwerfung auftritt, die sich von British Columbia bis erstreckt Nordkalifornien.

Die neue Forschung unter der Leitung von Dylan Sanderson, Doktorand am College of Engineering, betraf Verkehrsnetze, aber das Modell ist auch als Rahmenwerk für die Verwendung in anderen Arten von Netzen wie Wasser- und Stromnetzen konzipiert. Die Studie konzentrierte sich auf 18 Gemeinden entlang der Küste von Oregon, von Astoria-Warrenton bis Brookings.

„Unsere Arbeit befasst sich mit der Konnektivität der Gemeinden in Oregon nach ‚dem wirklich großen‘ und wie lange es dauern könnte, bis sich das Verkehrsnetz von den Schäden durch ein Erdbeben und einen Tsunami der Stärke 9 erholt hat“, sagte Co-Autor Dan Cox, Professor für Bau- und Bauingenieurwesen an der Oregon State. „Wir betrachten die Konnektivität aus zwei Perspektiven: ein lokaler Index, der sich auf die Fortbewegung innerhalb einer Gemeinde bezieht, und ein regionaler Index, der sich auf die Fahrt von der Gemeinde zu anderen Orten bezieht. Wir zeigen, dass ohne regionale Überlegungen die Erholungszeit stark unterschätzt werden kann.“

Die Ergebnisse der Studie wurden in veröffentlicht Zeitschrift für Infrastruktursysteme.

„Unsere Arbeit ist noch nicht abgeschlossen, daher haben wir unsere Ergebnisse noch nicht in die Gemeinden gebracht, aber wir planen, uns als nächsten Schritt mit ihnen zu treffen“, sagte Cox.

Die Cascadia-Subduktionszone war der Ort eines Erdbebens der geschätzten Stärke 9 im Jahr 1700 und baut Spannungen auf, wo die Juan-de-Fuca-Platte unter die Nordamerikanische Platte gleitet.

Die Erdbebenstärke wird auf einer logarithmischen Skala von 1 bis 10 gemessen – jede ganze Zahl steht für eine 10-fache Zunahme der gemessenen Amplitude und eine 31-fache Zunahme der freigesetzten Energie.

Das größte aufgezeichnete Erdbeben war ein Erdbeben von 1960 in Chile mit einer Stärke von 9,5. Das Beben von 2011, das zu erheblichen Schäden und radioaktiver Freisetzung im Kernkraftwerk Fukushima in Japan führte, wurde mit 9,0 gemessen.

Sanderson, Cox, Andre Barbosa vom College of Engineering und John Bolte vom College of Agricultural Sciences analysierten die 18 Gemeinden in Oregon einzeln und zusammen als ein regionales Netzwerk, das sich etwa 60 Meilen nach Osten erstreckt, und berücksichtigten Faktoren wie Erdbeben, Bodenerschütterungen und Tsunami-Überschwemmungen Tiefe und Nähe sowohl zu Flughäfen als auch zu Autobahn- und Brückenwartungseinrichtungen.

„Sobald wir die regionalen und lokalen Konnektivitätsindizes erstellt hatten, untersuchten wir den Netzwerkstatus auf mehreren Ebenen“, sagte Sanderson. „In einigen Fällen erfolgt die regionale Erholung schneller als die lokale Erholung, wie in North Bend und Coos Bay, während in anderen Gemeinden wie Toledo die lokale Erholung schneller ist als die regionale.“

Für einige Gemeinden wie Rockaway Beach und Lincoln City werden die regionalen und lokalen Erholungen voraussichtlich in etwa im gleichen Tempo erfolgen, fügte er hinzu.

„Durch den Vergleich unserer Ergebnisse mit anderen Arbeiten, bei denen das regionale Netzwerk nicht berücksichtigt wurde, zeigte sich, dass die Erholungszeit für eine einzelne Gemeinde viermal länger war als zuvor geschätzt“, sagte Sanderson.

Gemeinden mit schneller regionaler Erholung hatten Zugang zu Straßen, die als vorrangig für die Wiederherstellung eingestuft wurden, und auch Zugang zu Straßen in Gebieten mit Maßnahmen zur geringeren Gefahrenintensität, sagten die Forscher. Gemeinden, die sich vor Ort schnell erholten, taten dies aufgrund ihres Zugangs zu Wartungseinrichtungen.

„Wir haben gezeigt, dass das Hinzufügen zusätzlicher Wartungseinrichtungen einigen Gemeinden geholfen hat, aber andere haben kaum oder gar keine Verbesserung der lokalen Wiederherstellungszeit festgestellt“, sagte Sanderson. „Ländlichere Gemeinden sahen rechtzeitig Verbesserungen, um sich zu erholen, als eine zusätzliche Wartungseinrichtung in der Region hinzugefügt wurde, aber Gemeinden, die näher an Ballungsgebieten liegen, erlebten nur minimale Verbesserungen.“

Die Studie hebt einige der Unterschiede in der Erholungsrate für Küstengemeinden nach großen Katastrophen hervor und zeigt, dass mehr Arbeit erforderlich ist, um diese Probleme zu lösen, sagten die Autoren.

„Kurzfristig kann der Rahmen verwendet werden, um die Entscheidungsfindung verschiedener staatlicher oder föderaler Behörden sowohl auf lokaler als auch auf regionaler Ebene zu unterstützen, insbesondere wenn die Auswirkungen verschiedener Strategien zur Verbesserung der Widerstandsfähigkeit der Gemeinschaft untersucht werden“, sagte Barbosa.