نشریه سنجش از دور و GIS  ایران

نشریه سنجش از دور و GIS ایران

ارزیابی مکانی و شبیه سازی خسارات ناشی از زلزله درکلان شهر تبریز

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان
1 استادیار ژئومورفولوژی، گروه جغرافیا، دانشکده ادبیات و علوم انسانی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران
2 استاد ژئومورفولوژی، گروه جغرافیا، دانشکده ادبیات و علوم انسانی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران
3 دانش آموخته ژئومورفولوژی، دانشکده برنامه ریزی و علوم محیطی، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران
چکیده
چکیده مبسوط فارسی

سابقه و هدف

کلان‌شهر تبریز، واقع در یک دشت آبرفتی وسیع و در حاشیه گسل فعال شمال تبریز، دارای سطح بالایی از ریسک لرزه‌ای است. گسترش سریع شهری، رشد جمعیت، توسعه نواحی ساخته‌شده در محدوده تأثیرگذاری گسل، تغییرات کاربری اراضی و گسترش بافت‌های فرسوده شهری، به‌طور قابل‌توجهی آسیب‌پذیری شهر در برابر مخاطرات لرزه‌ای را افزایش داده‌اند. هدف این پژوهش، ارزیابی فضایی و شبیه‌سازی میزان خسارت ناشی از یک سناریوی زلزله (شدت ۸ در مقیاس مرکالی) است. برای دستیابی به این هدف، یک چارچوب کمی و تکرارپذیر مبتنی بر تئوری کاتاستروف و سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) به‌کار گرفته شد تا تمامی مراحل فرآیند تحلیل، از گردآوری داده‌ها تا پشتیبانی از تصمیم‌گیری مبتنی بر ریسک، به‌صورت یکپارچه پوشش داده شود.

مواد و روش ها

پایگاه داده مورد استفاده در این پژوهش شامل: طرح جامع شهر تبریز (۱۳۹۵)، نقشه‌های توپوگرافی و زمین‌شناسی، مدل رقومی ارتفاع (DEM) حاصل از داده‌های ALOS-PALSARو داده‌های کاربری-جمعیتی بود. شاخص‌های مورد بررسی در سه گروه اصلی طبقه‌بندی شدند: ۱) شاخص‌های طبیعی شامل: فاصله از گسل، ویژگی‌های لیتولوژیکی و شیب ۲) شاخص‌های سازه‌ای شامل: نوع مصالح ساختمانی، تعداد طبقات و ۳) شاخص‌های برنامه‌ریزی شهری شامل: جمعیت و تراکم ساختمانی، دسترسی به مراکز امدادی، فضاهای باز و شبکه معابر. در مجموع، ۱۳ شاخص به‌صورت لایه‌های رقومی استاندارد و بی‌بعدسازی‌شده وارد مدل‌سازی شدند. به‌منظور کاهش ذهنیت‌گرایی در وزن‌دهی معیارها و افزایش قابلیت تکرارپذیری، از یک رویکرد ترکیبی مبتنی بر تئوری کاتاستروف و توابع عضویت فازی استفاده شد. به‌کمک الگوریتم خوشه‌بندی جنکس (Jenks) نوع تابع کاتاستروف مناسب برای هر زیرسیستم تعیین و سپس پارامترها نرمال‌سازی شدند. در نهایت، ضریب آسیب‌پذیری لرزه‌ای برای سناریوی شدت ۸ مرکالی با استفاده از یک رابطه تجربی محاسبه و پهنه‌بندی شد.

نتایج و بحث

یافته‌های پژوهش نشان می‌دهد که آسیب‌پذیری لرزه‌ای شهر تبریز حاصل برهم‌کنش سه مؤلفه اصلی است. نخست، شرایط زمین‌شناسی و ژئومورفولوژیکی، شامل مجاورت بخش‌های گسترده‌ای از محدوده شهری با گسل فعال شمال تبریز و توسعه ساخت‌وساز بر روی رسوبات سست و نهشته‌های آبرفتی، به‌طور چشمگیری پتانسیل خسارت ناشی از زلزله را افزایش می‌دهد. دوم، ضعف سازه‌ای در بخش قابل‌توجهی از ساختمان‌ها، به‌ویژه ساختمان‌های احداث‌شده با سیستم‌های ساختمانی سنتی، مصالح کم‌کیفیت و مقاومت لرزه‌ای ناکافی، سهم بسزایی در افزایش آسیب‌پذیری دارد. سوم، الگوهای نامناسب توسعه شهری، از جمله تراکم بالای جمعیتی و ساختمانی، گسترش ساخت‌وساز در پهنه‌های مجاور گسل، کمبود فضاهای باز امدادی و محدودیت دسترسی از طریق شبکه معابر، به‌ویژه در بافت‌های قدیمی شهر، موجب تشدید خطرپذیری لرزه‌ای شده‌اند. ارزیابی یکپارچه نشان داد که بخش‌های متعددی از شهر، به‌ویژه مناطق ۴، ۸ و ۱۰ و همچنین نواحی شمالی و شمال‌شرقی، در سناریوی زلزله با شدت ۸ مرکالی، در معرض خسارات شدید قرار دارند. در این نواحی، بخش قابل‌توجهی از ساختمان‌ها در محدوده تخریب بالا قرار می‌گیرند، به‌گونه‌ای که برخی محلات دارای احتمال تخریب ۵۰ تا ۱۰۰ درصد هستند. در مقابل، نواحی مرکزی و جنوب‌غربی شهر که دارای کیفیت سازه‌ای بالاتر و تراکم‌ متعادل‌تر هستند، آسیب‌پذیری نسبی کمتری نشان می‌دهند. به‌طور کلی، پهنه‌های با آسیب‌پذیری زیاد حدود ۱۴ درصد از مساحت کلان‌شهر تبریز را دربر می‌گیرند، در حالی که پهنه‌های با آسیب‌پذیری متوسط تا زیاد، سهم قابل‌توجهی از محدوده شهری را شامل می‌شوند. این نتایج بر ضرورت اتخاذ راهبردهای هدفمند برای کاهش خطرپذیری و افزایش تاب‌آوری شهری در برابر زلزله تأکید دارد.

نتیجه‌گیری

پژوهش حاضر ارزیابی جامعی از وضعیت آسیب‌پذیری لرزه‌ای کلان‌شهر تبریز ارائه می‌دهد و نشان می‌دهد که این شهر در برابر وقوع یک زلزله شدید با چالش‌های جدی مواجه است. اثرات توأمان مجاورت با گسل فعال شمال تبریز، گستردگی بافت‌های فرسوده و ساختمان‌های دارای مصالح کم‌دوام، تراکم بالای ساختمانی و جمعیتی و محدودیت ظرفیت خدمات امدادی، موجب شده است که بخش‌های قابل‌توجهی از شهر در سناریوی شدت ۸ مرکالی در معرض تخریب گسترده قرار گیرند. یافته‌های این پژوهش نشان می‌دهد که کاهش ریسک لرزه‌ای در تبریز مستلزم اتخاذ رویکردی یکپارچه و داده‌محور است؛ رویکردی که به‌طور هم‌زمان بهسازی سازه‌ای، بازآفرینی بافت‌های فرسوده، کنترل توسعه در پهنه‌های تحت تأثیر گسل، ارتقای زیرساخت‌ها و خدمات امدادی و بهبود استانداردهای ساخت‌وساز را در برگیرد. مدل ارائه‌شده می‌تواند به‌عنوان ابزاری کارآمد برای پشتیبانی از تصمیم‌گیری مدیران و برنامه‌ریزان شهری مورد استفاده قرار گیرد تا برنامه‌های توسعه شهری و مدیریت بحران بر اساس الگوی مکانی آسیب‌پذیری لرزه‌ای بازنگری و بازطراحی شوند. در مجموع، یافته‌های
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Spatial Assessment and Simulation of Earthquake Induced Damage in the Tabriz Metropolis

نویسندگان English

masoud rahimi 1
Seyed Reza Hosseinzadeh 2
Mansour Kheirizadeh Arouq 3
1 Assistant Professor of Geomorphology, Geography Department, Faculty of Literature and Humanities, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran
2 Professor of Geomorphology, Geography Department, Faculty of Literature and Humanities, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran
3 Phd. in Geomorphology, Faculty of Planning and Environmental Sciences, University of Tabriz, Tabriz, Iran
چکیده English

Extended Abstract

Background and Objective:

The metropolis of Tabriz, located on an extensive alluvial plain and adjacent to the active North Tabriz Fault, is characterized by a high level of seismic risk. Rapid urban expansion, population growth, the development of built-up areas within the fault influence zone, land-use changes, and the proliferation of deteriorated urban fabric have substantially increased the city’s vulnerability to earthquake hazards. This study aims to provide a spatial assessment and simulation of potential earthquake-induced damage under a Modified Mercalli Intensity (MMI) VIII scenario. To achieve this objective, a quantitative and reproducible framework based on catastrophe theory and Geographic Information Systems (GIS) was adopted to support the entire analytical workflow from data acquisition to risk-informed decision-making.

Material and Methods:

The research database consisted of the Tabriz Master Plan (2016), topographic and geological maps, an ALOS-PALSAR digital elevation model, and population data. The selected vulnerability indicators were categorized into three principal groups: (1) natural factors, including distance from the fault, lithological characteristics, and slope gradient; (2) structural factors, including building material type, number of stories; and (3) urban planning factors, including population and building density, accessibility to emergency facilities, availability of open spaces, and characteristics of the road network. A total of 13 indicators were integrated into the modeling framework as standardized, dimensionless spatial layers. To reduce subjectivity in indicator weighting and improve model reproducibility, a hybrid catastrophe theory approach incorporating fuzzy membership functions was applied. The appropriate catastrophe function for each subsystem was determined using the Jenks natural breaks classification method, followed by parameter normalization. Finally, the seismic vulnerability index for the MMI VIII earthquake scenario was derived using an empirical formulation and spatially represented through vulnerability zonation mapping.

Results and Discussion:

The findings indicate that seismic vulnerability in Tabriz results from the interaction of three dominant components. First, geological and geomorphological conditions, including the proximity of extensive urban areas to the active North Tabriz Fault and the widespread construction on unconsolidated sediments and alluvial deposits, significantly increase potential damage levels. Second, structural deficiencies in a considerable proportion of buildings, particularly those constructed using traditional systems with inadequate material quality and limited seismic resistance, contribute substantially to vulnerability. Third, inappropriate urban development patterns, including high building and population densities, expansion within fault-proximal areas, insufficient emergency open spaces, and restricted road accessibility, particularly in older urban districts, further intensify seismic risk. The integrated assessment demonstrates that several parts of the city, particularly Zones 4, 8, and 10 as well as the northern and northeastern sectors, are likely to experience severe damage under an MMI VIII earthquake scenario. In these areas, a considerable proportion of buildings are classified within the high-damage category, with some neighborhoods exhibiting estimated damage probabilities ranging from 50% to 100%. Conversely, the central and southwestern parts of the city, characterized by better building conditions and more balanced urban densities, show comparatively lower levels of vulnerability. Overall, high-vulnerability zones encompass approximately 14% of the metropolitan area, while medium-to-high vulnerability classes comprise a substantial proportion of the city, highlighting the urgent need for targeted risk-reduction strategies.

Conclusion:

This study provides an integrated assessment of seismic vulnerability in the Tabriz metropolis and demonstrates that the city faces a substantial risk of widespread damage in the event of a major earthquake. The combined effects of proximity to the active North Tabriz Fault, deteriorated urban fabric, low-quality construction materials, high building and population densities, and limitations in emergency infrastructure place substantial portions of the city at considerable risk of severe damage under a Modified Mercalli Intensity (MMI) VIII earthquake scenario. The results of this study demonstrate that reducing seismic risk in Tabriz requires an integrated and data-driven approach that combines structural retrofitting, regeneration of deteriorated urban fabric, regulation of development in fault-proximal areas, enhancement of emergency response networks, and improvement of construction standards. The proposed model provides an effective decision-support framework for urban planners and disaster management authorities, enabling the optimization of development policies and emergency preparedness plans based on spatial vulnerability zoning.

کلیدواژه‌ها English

Seismic Vulnerability
Microzonation
Catastrophe Theory
North Tabriz Fault
Tabriz Metropolis

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 05 آبان 1405