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Erdbebenrisiko

Eines der Hauptziele des Erdbebenrisikoprojektes von CEDIM ist die Abschätzung und Kartierung des Risikos für ganz Deutschland. Die erste Phase der Arbeit wird Analysen der direkten Verluste durch strukturelle Schäden an Wohngebäudebestand gewidmet.

Ausgehend von intensitätsbasierter probabilistischer Erdbebengefährdung (1), für den Wohngebäudebestand der Gemeinden entwickelter Vulnerabilitätsmodelle (2) und den Werten in Form der Wiederherstellungskosten für Wohngebäude (3) wird das Risiko berechnet. Neben der probabilistischen Erdbebenrisikokartierung werden auch deterministische Bebenszenarien generiert. Die entwickelten Modelle werden anhand beobachteter Daten einiger Schadenbeben in Deutschland und des näheren Umfelds kalibriert und validiert.

Die geplanten Tätigkeiten schließen, unter anderem, die Analysen anderer wahrscheinlicher direkter und indirekter Schäden, industrielle und öffentliche Gebäude, sowie Infrastruktur in Erdbebengefährdeten Bereichen ein.

 

Projektbeschreibung

Die Erdbebengefährdung in Deutschland ist im globalen Vergleich relativ gering, aber nicht vernachlässigbar. Schadenbeben mit Magnituden Mw von über 6, sowie Intensitäten bis VIII sind in der Vergangenheit beobachtet worden. Künftige stärkere Beben sind nicht auszuschließen. Die räumliche Verteilung der seismischen Gefährdung für Deutschland (als auch für Österreich und die Schweiz) ist der so genannten D-A-CH Karte (Grünthal et al, 1998) (http://www.gfz-potsdam.de/pb5/pb53/projects/en/dach/menue_dach_e.html) zu entnehmen, in der die Abschätzungen in Form von makroseismischen Intensitäten für eine Nichtüberschreitenswahrscheinlichkeit von 90 % in 50 Jahren (entspricht einer Wiederkehrperiode von 475 Jahren) dargestellt sind (Bild 1).





Man muss beachten, dass potentielle Verluste nicht nur vom Gefährdungsgrad abhängen, sondern auch von der Gesamtsumme der Risikoelemente im gefährdeten Bereich, vor allem von ihrem Wert und ihrer seismischen Vulnerabilität (Bild 2). Die Verluste werden umso deutlicher, wenn die Gefährdung mit einer hohen Konzentration an Risikoelementen zusammentrifft. Deshalb muss man zur Abschätzung und Kartierung des Risikos die Gesamtkombination aller relevanten Faktoren betrachten.

Starke Erdbeben können verschiedene Aspekte des gesellschaftlichen Lebens beeinflussen. Man kann sich jeweils das Risiko in Form von strukturellen (Gebäudeschaden), sozialen (Verletzte und Tote) oder finanziellen (monetäre Verluste) Schäden vorstellen. Zurzeit berücksichtigen die ersten Erdbebenrisikoabschätzungen für ganz Deutschland nur primäre ökonomische Verluste, die aufgrund struktureller Schäden am Wohngebäudebestand entstehen.

Der Wohngebäudebestand deutscher Gemeinden beinhaltet verschiedene Gebäudetypen. Die seismische Vulnerabilität des Gebäudes hängt von seinen konstruktiven und architektonischen Eigenschaften, sowie solchen Faktoren wie dem Alter, der Qualität des Gebäudes, der lokalen Bodenbeschaffenheit und weiteren ab. Je nach der Gesamtheit dieser Faktoren kann nach der EMS-98 (http://www.gfz-potsdam.de/pb5/pb53/projects/en/ems/menue_ems_e.html) die entsprechende seismische Vulnerabilitätsklasse des Gebäudes bestimmt werden. Von den sechs Vulnerabilitätsklassen (Tabelle 1), alphabetisch benannt von A (höchste Vulnerabilität) bis F (niedrigste Vulnerabilität), repräsentieren die Klassen A bis D den Wohngebäudebestand in Deutschland.


Die entwickelte Methode, die auf eine Risikoanalyse für das gesamte Land zielt, berücksichtigt die administrativen Gemeinden durch Bildung von räumlichen Zellen. Im Rahmen solch einer Untersuchung liegt das Hauptaugenmerk auf der Vulnerabilitätszusammensetzung des gesamten Gebäudebestands. Deshalb wird die Zusammensetzung der Vulnerabilität eines Gebäudebestands als Kern dieser entwickelten Methode gesehen. Die Vulnerabilitätszusammensetzung wird hier als Prozentsatz der Gebäudetypen, die den verschiedenen Vulnerabilitätsklassen der EMS-98 zugeteilt werden können, gesehen.

Die Zusammensetzungen der verschiedenen Gebäudetypen und Vulnerabilitätsklassen in verschiedenen Gemeinden sind unterschiedlich. Jedoch zeigt die Untersuchung, dass die Bausubstanz der größeren Gemeinden (urbane Gebiete) generell durch eine geringere Vulnerabilität (höhere seismische Widerstandsfähigkeit) charakterisiert ist, als die in den kleineren Gemeinden (ländliche Gebiete). Diese Regelmäßigkeit wurde bei der Risikoberechnung berücksichtigt.

Die 13490 deutschen Gemeinden werden gemäß ihrer Einwohnerzahl in fünf Klassen eingeteilt. Für jede der Gemeindeklassen wird der Wohngebäudebestand durch die aus den Vulnerabilitätsklassen der EMS-98 zusammengesetzten Vulnerabilitätsmodelle dargestellt (Tyagunov et al, 2006) (http://www.nat-hazards-earth-syst-sci.net/6/573/2006/nhess-6-573-2006.pdf). Die entwickelten Vulnerabilitätsmodelle (Bild 3) werden für die Schadenberechnungen benutzt.

Die Abschätzungen der Werte wurden durch die Asset Estimation Gruppe des CEDIM ermittelt (Kleist et al, 2006) (http://www.nat-hazards-earth-syst-sci.net/6/541/2006/nhess-6-541-2006.pdf) und in Form von gesamten Wiederbeschaffungskosten der Wohngebäude für das Jahr 2000 quantifiziert. Die Gesamtwerte einer Gemeinde beruhen auf der Anzahl der Bewohner und variieren zwischen wenigen Millionen Euro in kleinen Dörfern und mehreren Milliarden Euro in größeren Städten.

Zur Abschätzung der möglichen seismischen Schäden von potentiellen zukünftigen Erdbeben wurden die Gefährdung-, die Vulnerabilität- und die Wertedaten kombiniert (Bild 4).

Die Berechnungen wurden für jede der 13490 Gemeinden in Deutschland durchgeführt. Als Resultat ergibt sich eine in Bild 5 dargestellte Karte, die die geschätzte Verteilung des seismischen Risikos zeigt. Die Abschätzungen variieren von null bis zu mehreren hundert Millionen Euro. Keine Schäden sind in Gebieten mit Intensität V oder weniger, sowie in unbewohnten Regionen. Im Gegensatz dazu ist das höchste Risikoniveau in Gebieten mit einer hohen seismischen Gefährdung sowie einer großen Konzentration an exponierten Werten zu finden.




Es ist nochmals anzumerken, dass die vorliegenden Abschätzungen der potentiellen Schäden dem Gefährdungsniveau einer Nichtüberschreitenswahrscheinlichkeit von 90 % in 50 Jahren (eine Wiederkehrperiode von 475 Jahren) entsprechen. Für eine andere Gefährdungswahrscheinlichkeit muss man mit anderen Schadenbewertungen rechnen.

Außer der probabilistischen Risikokartierung, die für die Vergleichsanalyse verwendet werden kann, ist es möglich mit der entwickelten Methode auch deterministische Bebensszenarien zu generieren um die potentiellen Schäden von Einzelerdbeben zu analysieren.

Weitere Informationen sind dem Artikel von Tyagunov et al (2006) (http://www.nat-hazards-earth-syst-sci.net/6/573/2006/nhess-6-573-2006.pdf) zu entnehmen.

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Dr.    

Publikationen


Tyagunov S., Grünthal G., Wahlström R., Stempniewski L., Zschau J. und Münich Ch.   Erdbebenrisiko-Kartierung für Deutschland   Beton- und Stahlbetonbau, 101 2006, Heft 10, 769-782    

Grünthal, G., Thieken, A.H., Schwarz, J., Radtke, K.S., Smolka, A., Merz, B.   Comparative Risk Assessments for the City of Cologne - Storms, Floods, Earthquakes   Natural Hazards, 38, 2006, 21-44    

Tyagunov S., Hollnack D., and Wenzel, F.   Engineering-Seismological Analysis of Site Effects in the Area of Cologne   Natural Hazards, 38, 2006, 199-214    

Kleist, L., Thieken, A. H., Müller, M., Seifert, I., Borst, D., and Werner, U.   Estimation of the regional stock of residential buildings as a basis for comparative risk assessment for Germany   Natural Hazards and Earth System Sciences. Special Issue: Methods for risk assessment and mapping in Germany, 6, 2006, 541-552    

Tyagunov S., Grünthal G., Wahlström R. Stempniewski L., & Zschau J.   Seismic risk mapping for Germany   Natural Hazards and Earth System Sciences. Special Issue: Methods for risk assessment and mapping in Germany, 6, 2006, 573-586    

Tyagunov, S., Heneka, P., Stempniewski, L., Zschau, J., Ruck, B. and Kottmeier, C.   CEDIM: From Multi-Hazards to Multi-Risks   Proceedings of the 1st ARMONIA conference, Barcelona, December 2005    

Tyagunov S., Stempniewski L., Grünthal G., Wahlström R., and Zschau J.   Vulnerability and Risk Analysis for Earthquake Prone Communities   Proceedings of IABSE Symposium on Structures and Extreme Events, Lisbon, September 14-16, 2005, IABSE Report, Vol.90.    

Tyagunov S., Stempniewski L., Grünthal G., Wahlström R., Zschau J., and Müller M.   CEDIM: An approach to the regional-scale analysis of seismic risk   Proceedings of the International Conference "Problems of Seismic Hazard and Seismic Risk Estimation and Earthquake Forecasting", Tashkent, Uzbekistan, 7-8 October, 2004. (in Russian)    

Tyagunov S., Stempniewski L., Grünthal G., Wahlström R., and Zschau J.   Vulnerability and risk assessment for earthquake-prone cities   Proceedings of the 13th World Conference on Earthquake Engineering, Vancouver, BC, Canada, 1-6 August, 2004.    

Wahlström R., Tyagunov S., Grünthal G., Stempniewski L., Zschau J., and Müller M.   Seismic Risk Analysis for Germany: Methodology and Preliminary Results   Disasters and Society - From Hazard Assessment to Risk Reduction. Logos-Verlag, Berlin, 2004    

Tyagunov S., Stempniewski L., Grünthal G., Wahlström R., and Zschau J.   Seismic vulnerability and risk analysis at a national scale: Methodology and preliminary results for Germany.   Proceedings of the 3rd International Conference on Continental Earthquakes (III ICCE), Beijing, China, 12-14 July, 2004    

Tyagunov S., D. Hollnack und F. Wenzel   Risiken durch Sekundäreffekte von Erdbeben   Deutsches Forschungsnetz Naturkatatrophen (DFNK) Abschlussbericht. Eds. B.Merz, H.Apel. GeoForschungsZentrum Potsdam, 2004. 179-187    

Tyagunov S., D. Hollnack, F. Wenzel   Geo-modelling and analysis of site effects in the area of Cologne   Proceedings of the Conference "Skopje Earthquake - 40 Years of European Earthquake Engineering", Macedonia, Ohrid, 2003    

 

Links

Earthquake Engineering Research Center, University of California, Berkeley
http://eerc.berkeley.edu/

Earthquake Engineering Research Institute (EERI)
http://www.eeri.org/

European-Mediterranean Seismological Centre
http://www.emsc-csem.org/

European Seismological Commission
http://www.esc.bgs.ac.uk/

European Strong-Motion Database
http://www.isesd.cv.ic.ac.uk/

GeoHazards International (GHI)
http://www.geohaz.org/

Geophysical Survey of Russian Academy of Sciences (GSRAS)
http://www.ceme.gsras.ru/new/eng/ssd_news.htm

Incorporated Research Institutions for Seismology (IRIS)
http://www.iris.edu/

International Association of Seismology and Physics of the Earth's Interior (IASPEI)
http://www.iaspei.org/

Multidisciplinary Center for Earthquake Engineering Research (MCEER)
http://mceer.buffalo.edu/

Observatories and Research Facilities for EUropean Seismology (ORFEUS)
http://orfeus.knmi.nl/

Seismological Society of America
http://www.seismosoc.org/

Seismo-surfing the Internet for Earthquake Data
http://www.geophys.washington.edu/seismosurfing.html

Swiss Seismological Service
http://www.seismo.ethz.ch/

United States Geological Survey (USGS)
http://www.usgs.gov/