U osmom mjesecu aktivnosti 1 nastavlja se rad na analizi dostupne literature o postojećim metodologijama za procjenu rizika od potresa. U ovom je razdoblju napravljen osvrt na postojeće programske pakete za procjenu rizika od potresa. Obrađeno je detaljnije sedam postojećih programskih paketa – HAZUS, ERGO, SELENA, CAPRA, ER2, EQRM i ELER. Cilj je pronaći optimalnu programsku podršku za provedbu metodologije koja će biti predložena u okviru ovog projekta.

Programski paketi za procjenu rizika od potresa

U zadnjih nekoliko desetljeća, mnogo je truda uloženo u programsku podršku za procjenu rizika od potresa. U sljedećoj tablici navedena su neka od postojećih rješenja koja će i detaljnije biti opisana.
 
Tablica 1. Programski paketi za procjenu rizika od potresa (Hosseinpour i dr., 2021, Erdik, 2017)

Programski paket	Institucija	Programski jezik	Primjenjivost	Program otvorenog pristupa	Hazard	Oštetljivost	Grafičko sučelje
HAZUS-MH	FEMA	VB6, C++	SAD	Ne	Determ. Probabil.	Analitički	Da
Ergo (MAEviz)	Uni. Illinois	Java	SAD	Da	Determ. Probabil.	Analitički Empirijski	Da
SELENA	NORSAR	Matlab, C++	Definira korisnik	Da	Determ. Probabil.	Analitički	Da
CAPRA	World Bank	Visual Basic.NET	Srednja Amerika	Da	Determ. Probabil.	Analitički Empirijski	Da
ER2	NRCan, CSSP	Java	Kanada (Quebec City)	Ne	Determ. Probabil.	Analitički	Da
EQRM	Geoscience Australia	Python, Matlab	Definira korisnik	Da	Determ. Probabil.	Analitički Empirijski	Ne
ELER	Bogazici Uni., NERIES/JRA-3, NORSAR, Imperial Coll.	MATLAB	Definira korisnik	Da	Determ. Probabil.	Analitički Empirijski	Da
RiskScape-Earthquake	GNS	Java	Novi Zeland	Da	Determ. Probabil.	Analitički Empirijski	Da
OpenQuake	GEM	Python	Definira korisnik	Da	Determ. Probabil.	Analitički Empirijski	Da* (export u QGIS)

 

HAZUS

Američka federalna agencija za upravljanje u hitnim situacijama (FEMA) je devedesetih godina prošlog stoljeća započela s razvojem programskog paketa HAZUS za proračun učinaka potresa na zgrade i infrastrukturu, te društvene i ekonomske gubitke na različitim administrativnim razinama, a postoji i napredni inženjerski modul za proračun gubitaka na razini građevine. HAZUS se distribuira kao besplatni program temeljen na GIS sustavu (potrebna je licenca za ArcGIS) i predstavlja standardiziranu metodologiju modeliranja rizika na području SAD-a.
Danas HAZUS omogućava proračun gubitaka i za druge hazarde kao što su poplave, tornada i tsunamiji, no u ovom poglavlju će biti riječi samo o modulu za potres čiji su osnovni dijelovi prikazani na sljedećoj slici.



Slika 1. Shematski prikaz HAZUS potresnog modula (FEMA, 2020)
 
HAZUS se temelji na vrlo opsežnim podacima o potresnoj opasnosti, izloženosti i oštetljivosti.
Što se tiče potresne opasnosti, iako je poznato da većinu štete od potresa prouzrokuje podrhtavanje tla, HAZUS uzima u obzir i sljedeće pojave koje mogu uzrokovati trajne pomake tla i oštetiti različite građevine, cestovne mreže, vodove i ostalo, a to su rasjedanje, likvefakcija i klizišta. Također, uzet je u obzir i tip tla te potencijalna amplifikacija potresnog gibanja korištenjem različitih podataka američke geološke službe USGS.
Ako govorimo o izloženosti, HAZUS definira 16 osnovnih tipova zgrada koji obuhvaćaju sljedeće konstrukcijske sisteme: drvene okvire, drvene industrijske i poslovne zgrade, čelične okvire, čelične okvire sa spregovima, čelične lagane okvire, čelične okvire s betonskim posmičnim zidovima izvedenim na mjestu, čelične okvire s ispunom od ziđa, betonske okvire, betonske zidove, betonske okvire s ispunom od ziđa, predgotovljene betonske zidove, predgotovljene okvire s betonskim posmičnim zidovima, armirano ziđe s drvenim ili čeličnim dijafragama, armirano ziđe s predgotovljenim betonskim dijafragama, nearmirano ziđe,  te mobilne kuće.
HAZUS je pionir među programskim paketima za procjenu rizika od potresa te obuhvaća velik broj naprednih modula. Nažalost, većina ulaznih podataka na kojima se procjena temelji je prilagođena području SAD-a koje se značajno razlikuje po seizmotektonskim značajkama i po značajkama fonda građevina od područja RH.

 

ERGO (MAEviz)

ERGO (ERGO, n.d.) se temelji na HAZUS-u, a razvijen je u suradnji Nacionalnog centra za superračunalne primjene (NCSA, National Center for Supercomputing Applications) Sveučilišta Illinois i Centra za potresno inženjerstvo središnje Amerike (MAE, Mid-America Earthquake Centre), pretežno za procjene rizika od potresa saveznih država u središnjem dijelu SAD-a.



Slika 2. Shematski prikaz postupka procjene u programu ERGO

Ergo implementira takozvano upravljanje rizikom temeljeno na posljedicama (CRM, consequence-based risk management), koristeći vizualni sustav s izbornikom, kako bi se generirale procjene gubitaka na temelju znanstvenih i inženjerskih principa i podataka. Također se mogu procijeniti učinci na prometne mreže te društvene i ekonomske sustave.
Od ulaznih podataka potrebno je definirati potresnu opasnost, inventar (građevine izložene hazardu) i modele oštetljivosti. Inventar može obuhvaćati različite tipove građevina kao što su zgrade, mostovi i infrastruktura (voda, plin, struja, itd.). Na zgradama se procjenjuju konstrukcijska i nekonstrukcijska oštećenja, financijski gubici i šteta uslijed likvefakcije. Što se tiče mostova, proračunava se oštećenje, gubitak funkcionalnosti i trošak popravka. Za infrastrukturu, procjenjuje se oštećenje mreže i stopa popravka. Također se proračunavaju društveno-ekonomski gubici kao što su potrebe za smještajem, prekidi u poslovanju i slično.
.

SELENA

SELENA (SEismic Loss EstimatioN using a logic tree Approach) je razvijena 2007. godine u suradnji međunarodnog centra za geohazarde (International Centre for Geohazards ICG) kroz NORSAR i Sveučilišta Alicante.
SELENA se temelji na metodologiji HAZUS-a. Korisnik prilaže ulazne podatke u predefiniranom ASCII formatu (npr. popis građevina, stanovništvo i potresni scenarij), a programski paket proračunava parametre gibanja tla, vjerojatnosti oštećenja, ekonomske gubitke i broj žrtava (Molina i dr., 2010a,b).

Slika 3. Shematski prikaz postupka procjene u programu SELENA (Molina i dr., 2010b)
 
Za razliku od većine drugih programskih paketa koristi se pristup s logičkim stablima što omogućava uzimanje u obzir epistemičkih nesigurnosti povezanih s različitim ulaznim podacima.
 

Slika 4. Prikaz rezultata dobivenih u SELENI pomoću RISe preglednika
 
SELENA se potencijalno može upotrijebiti i za različite regije koje definira korisnik uz uvjet da su podaci o gibanju tla i krivulje kapaciteta građevina prikladno promijenjene, što je omogućeno na način da su u programskom paketu jasno odvojeni ulazni podaci vezani za regiju od postupaka proračuna.
 

CAPRA

Platforma CAPRA (CAPRA, n.d.), objavljena je 2008. godine uz podršku Svjetske Banke. Sadrži paket programa otvorenog koda, specijaliziranih za procjenu hazarda, oštetljivosti i rizika, programiranih u Visual Basicu s relativno jednostavnim grafičkim sučeljem. Postoje različiti moduli: za potresnu opasnost CAPRA-EQ, CRISIS 2007, SEISMIC HAZARD INTEGRATION i SOIL EFFECTS, za definiranje izloženosti (prikupljanje podataka o građevinama) koristi se CAPRA Data Entry, za oštetljivost FUNVUL Simplified, ERN-Vulnerabilidad i FUNVUL Components, a za samu probabilističku procjenu rizika CAPRA-GIS. Osim potresa, platforma obuhvaća i druge hazarde, kao što su klizišta, vulkani, suša, poplava, tornada i slično, no o tome se neće ovdje govoriti. Primjena CAPRE je uglavnom usmjerena na područje Srednje Amerike.


Slika 5. Prikaz modula ERN-Vulnerabilidad platforme CAPRA

ER2

ER2-Earthquake (Rapid Risk Evaluator) je interaktivna web aplikacija za procjenu rizika, prilagođena korisniku, a razvija ga institucija Natural Resources Canada koristeći programske jezike Javu i Python. Otvorenog je koda i besplatna za korisnike. Mora se spomenuti da je aplikacija namijenjena i osobama koje nisu stručnjaci u području što je velika rijetkost, i ER2 intuitivno vodi korisnike korak po korak uz upute na zaslonu kroz inače složene scenarije rizika.
Aplikacija kombinira tri glavne ulazne komponente: potresnu opasnost, izložene građevine i odgovarajuće oštetljivosti. Rizik se može procijeniti za određeni deterministički scenarij potresa ili za probabilističke scenarije kroz povratna razdoblja od 100 do 10.000 godina.

Slika 6. Shematski prikaz koraka u provođenju procjene rizika pomoću programa ER2 (prilagođeno prema Hosseinpour i dr., 2021)

Analize se temelje na HAZUS metodologiji, s time da ER2 uvodi neiterativni postupak umjesto standardne metode spektra kapaciteta (CSM) kako bi se odredila točka zahtijevanog ponašanja (tj. ciljani pomak).
Postupak započinje zadavanjem niskih vrijednosti spektralnog ubrzanja koje uzrokuju elastični odziv na krivulji kapaciteta. Zatim se one postupno povećavaju dok se ne postigne razumno velik pomak pri odzivu u plastičnom području krivulje kapaciteta. Rezultati brojnih scenarija se pohranjuju u bazi podataka za svaki tip zgrade, tako zamjenjujući dugotrajne iteracije potrebne za određivanje točke zahtijevanog ponašanja s jednostavnim povlačenjem podataka iz odgovarajućeg unaprijed izračunatog potresnog scenarija.
Prednost aplikacije ER2 je svakako i kratki postupak proračuna, pa primjerice za urbano središte od milijun stanovnika i ako nema dodatnih zahtjeva za unos podataka od strane korisnika osim scenarija potresa (ER2 koristi unaprijed popunjene baze podataka o izloženosti i oštetljivosti), jedan prolaz traje obično manje od minute (Hosseinpour i dr., 2021; Abo El Ezz i dr., 2019).
 

EQRM

EQRM (Earthquake Risk Model) je alat za procjenu rizika od potresa razvijen od institucije Geoscience Australia i namijenjen je za primjenu u australskim gradovima. Temelji se na HAZUS-u, no prilagođen je australskim uvjetima (konstrukcijski sustavi zgrada i mostova, geološki uvjeti, hazard i ostalo). Koristi se preko programskog jezika Python ili Matlaba i nema grafičko sučelje, što otežava primjenu kod korisnika koji nisu stručnjaci.

 

Slika 7. Oštećenja stambenih zgrada od potresnog scenarija za dolinu Latrobe Valley, Victoria, Australia dobivena korištenjem EQRM (prema Dhu i dr., 2008)
 
Program je postao vrlo važan alat za upravljanje u hitnim situacijama te se upotrebljava za planiranje odziva na katastrofu za određene scenarije. Ima potencijal da se poveže s programima bilježenja seizmičke aktivnosti kako bi se automatski dobile procjene gubitaka na temelju zabilježenih događaja na mreži seizmoloških postaja (Robinson i dr., 2007).
 

ELER

Metodologiju i programski paket ELER (Earthquake Loss Estimation Routine) za brzu procjenu gibanja tla i gubitaka od potresa u Euro-mediteranskoj regiji su razvili istraživači s institucija KOERI, Imperial College, NORSAR, EMSC i ETH-Zürich u okviru EU projekta NERIES (Network of Research Infrastructures for European Seismology) (Erdik, 2017). Programiran je u MATLAB okruženju koje se koristi i za prikaz rezultata, no rezultati također mogu biti uvezeni u neki od programa temeljenih na GIS sustavu (ELER v3.0, 2010).
Osnovni koraci u provedbi metodologije su sljedeći (Slika 8):

• za zadane podatke o magnitudi potresa i položaju epicentra, procjenjuje se prostorna raspodjela odabranih parametara gibanja tla koristeći atenuacijske jednadžbe prilagođene regiji te raspodjelu brzine posmičnih valova ili neki drugi pokazatelj tla;
• ako je dostupno, moguće je uklopiti podatke o jakim trešnjama kako bi se poboljšale teorijske procjene;
• procjena oštećenja građevina i žrtava može se vršiti za različite razine složenosti koje ovise o dostupnosti podataka o izloženosti;
• procjena izravnih financijskih gubitaka nastalih od oštećenja građevina;
• procjena oštećenja gradskih vodova.

Znači, u ELER -u se nakon procjene prostorne raspodjele odabranih parametara gibanja tla, gubici (šteta i žrtve) mogu procijeniti na različite načine ovisno o razini složenosti (razina 0, 1 i 2) koje ovise o dostupnosti podataka o izloženosti (o samim građevinama, stanovništvu i ostalo).
Razine 0 i 1 se temelje na analitičkom određivanju raspodjele intenziteta i procjeni ukupnog broja žrtava na način da se kod razine 0 koristi korelacija intenzitet-žrtva ili korelacija magnituda-žrtva, prilagođene uvjetima u regiji (vrlo slično sustavu PAGER USGS-a), a kod razine 1 se koriste regionalne baze podataka o građevinama s vjerojatnostima oštećenja ovisnim o makroseizmičkom intenzitetu (EMS98). Razina 2 se temelji na analitičkim odnosima oštetljivosti sličnim HAZUS-u i SELENI, pri čemu se oni mogu odrediti različitim analitičkim postupcima kao što su metoda spektra kapaciteta, modificirana metoda spektra odziva ubrzanje-pomak i ostale. Za klasifikaciju građevina upotrebljava se europska taksonomija razvijena u okviru EU FP5 projekta RISK-UE, kao i neki tipovi zgrada iz HAZUS-a. Za procjenu oštećenja gradskih vodova koristi se metodologija iz HAZUS-a.


Slika 8. Shematski prikaz metodologije ELER (prilagođeno prema ELER v3.0, 2010)

ELER je korišten za procjenu potresnih gubitaka u Istanbulu i nekoliko drugih gradova u Turskoj te u nekim drugim gradovima u sklopu projekata, kao što su u Karachi-Pakistan), Irbid-Jordan, Tbilisi-Gruzija, Yerevan-Armenija i Tyr-Libanon (Erdik, 2017).