ΣΥΣΤΗΜΑ ΕΓΚΑΙΡΗΣ ΠΡΟΕΙΔΟΠΟΙΗΣΗΣ ΕΠΕΡΧΟΜΕΝΟΥ ΣΕΙΣΜΟΥ ΚΑΙ ΤΗΣ ΕΠΙΚΙΝΔΥΝΟΤΗΤΑΣ ΑΥΤΟΥ

 

   ΣΥΣΤΗΜΑ

(Το σύστημα SHIELDS και όλες οι παρατιθέμενες εφαρμογές αποτελούν  κατοχυρωμένη στον ΟΒΙ πνευματική ιδιοκτησία  του Καθηγ. Α. Τσελέντη και της ομάδας του)

 

Ο σεισμός είναι ένα φυσικό φαινόμενο αρκετά συνηθισμένο στον τόπο μας, που παρά τις προόδους της τεχνολογίας συνεχίζει να προκαλεί δέος, αλλά και μεγάλες καταστροφές. Ο άνθρωπος στην προσπάθειά του να αντιμετωπίσει τις καταστροφικές συνέπειες του σεισμού, από πολύ νωρίς προσπάθησε αφ ενός να μελετήσει τους μηχανισμούς γένεσης και εκδήλωσης του φυσικού αυτού φαινομένου και εφ ετέρου να επινοήσει τεχνικές μεθόδους αντιμετώπισής του. Σε γενικές γραμμές η προσπάθεια αυτή κινήθηκε παράλληλα σε δύο τομείς :

         την πρόληψη, η οποία αφορά κυρίως στη λήψη μέτρων για την επαρκή ενίσχυση των κατασκευών-εγκαταστάσεων και

         την έγκαιρη προειδοποίηση για την επερχόμενη καταστροφή, η οποία στην ακραία έκφρασή της λαμβάνει τη μορφή μεθόδων και συστημάτων που αποπειρώνται να προγνώσουν το σεισμό, με αμφίβολα βέβαια αποτελέσματα μέχρι σήμερα.

Χωρίς να παραγνωρίζεται η αξία της πρόληψης στην αντιμετώπιση των καταστροφικών συνεπειών ενός σεισμού, επισημαίνεται ότι αυτή αφορά σε μια παθητική αντιμετώπιση του κινδύνου. Η αντιμετώπιση αυτή αποτελεί μέχρι σήμερα τον πλέον αποτελεσματικό τρόπο αντιμετώπισης των καταστροφικών συνεπειών ενός σεισμού και σε ορισμένους τομείς θα συνεχίσει και στο άμεσο μέλλον να είναι, όπως για παράδειγμα στο θέμα καθορισμού επαρκών οικοδομικών κανονισμών. Τα τελευταία χρόνια όμως, η ραγδαία ανάπτυξη της τεχνολογίας μας προσφέρει τη δυνατότητα ανάπτυξης μεθόδων αντιμετώπισης των καταστροφικών συνεπειών ενός σεισμού, χρησιμοποιώντας ενεργητικά συστήματα που αποτελούν ειδικές μορφές συστημάτων αυτομάτου ελέγχου. Τα συστήματα αυτά αξιοποιώντας τη δυνατότητα έγκαιρης πληροφόρησης για την επερχόμενη καταστροφή, είναι δυνατό να προβούν σε σειρά ενεργειών με στόχο την αντιμετώπιση ή έστω την ελαχιστοποίηση των καταστροφών.

Το  σύστημα έγκαιρης προειδοποίησης επερχόμενου σεισμού και της επικινδυνότητας αυτού SHIELDS (=ΑΣΠΙΔΑ),  αναπτύχθηκε  από τον Καθηγητή Άκη Τσελέντη και τους συνεργάτες του, αποτελεί κατοχυρωμένη ευρεσιτεχνία και έχει ήδη ξεκινήσει η πιλοτική ανάπτυξη και εφαρμογή του στην περιοχή της Αττικής για την προστασία του δικτύου φυσικού αερίου. Το πρόγραμμα αυτό συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση, τη ΔΕΠΑ και τη Διεύθυνση Πολιτικής Προστασίας του Υπουργείου Εσωτερικών, ενώ σ΄ αυτό συμμετέχουν και αναγνωρισμένα Πανεπιστήμια και εταιρείες του εξωτερικού.

   

  Τα συστήματα έγκαιρης προειδοποίησης επερχόμενου σεισμού και της επικινδυνότητας αυτού που είναι γνωστά σήμερα, μπορούν γενικά να ομαδοποιηθούν σε δύο κύριες κατηγορίες.

Στην πρώτη κατηγορία ανήκουν τα συστήματα που αποπειρώνται πρόγνωση του σεισμού που πρόκειται να συμβεί. Όπως προαναφέρθηκε, το κυριότερο μειονέκτημα των συστημάτων αυτών είναι το γεγονός ότι στηρίζονται σε αμφισβητούμενες (ή τουλάχιστον επιστημονικά μαχητές) αρχές, μεθόδους και τεχνικές. Επισημαίνεται δε ότι η επαναληψιμότητά τους και συνεπώς και η αξιοπιστία τους δεν είναι δεδομένη και γενικά οι πληροφορίες πρόγνωσης που παρέχουν δεν έχουν εκμεταλλεύσιμη μέχρι σήμερα ακρίβεια τόσο χρονική όσο και τοπική.

Στη δεύτερη κατηγορία ανήκουν οι συσκευές και τα συστήματα που μετρούν τα χαρακτηριστικά του σεισμού όταν αυτός συμβαίνει και προειδοποιούν για την επικινδυνότητά του όταν τα χαρακτηριστικά του σεισμού ξεπεράσουν κάποια κριτήρια. Τα συστήματα αυτά αντλούν τις πληροφορίες τους από την καταμέτρηση των κινήσεων της γης κατά τη διάρκεια του σεισμού, μέσω της παρακολούθησης κάποιας παραμέτρου της κίνησης αυτής, η οποία είναι δυνατό να μετρηθεί και συνήθως είναι οι επιταχύνσεις της γης καθώς αυτή δονείται. Τα συστήματα αυτά βρίσκονται τοποθετημένα κοντά στους χώρους που προστατεύονται, στους οποίους παρέχουν κάποιου είδους προειδοποίηση (ηχητική ή οπτική), ή απλά κάνουν καταγραφή των δεδομένων για μετέπειτα μελέτη. Το κυριότερο μειονέκτημα των συστημάτων αυτών είναι το γεγονός ότι ο χρόνος αντίδρασης και λήψης κάποιων μέτρων πρόληψης καταστροφών, εάν το σύστημα παρέχει τέτοια δυνατότητα, είναι πολύ μικρός και συγκεκριμένα στην καλύτερη περίπτωση είναι της τάξης των 5sec.
 

  Το σύστημα που αναπτύχθηκε στο Πανεπιστήμιο Πατρών αποτελεί μια νέα πρωτοποριακή προσέγγιση του προβλήματος και μπορεί να παρέχει σε κάποιο συγκεκριμένο χώρο, πληροφόρηση σχετικά με την άφιξη εντός μικρού χρονικού διαστήματος σεισμικών κυμάτων και σχετικά με την ένταση αυτών.  Σε γενικές γραμμές το σύστημα αποτελείται από :

α.         αισθητήρες της έντασης του σεισμού η λειτουργία των οποίων στηρίζεται στη μέτρηση των επιταχύνσεων της γης και βρίσκονται τοποθετημένοι μακριά από τον υπό προστασία χώρο,

β.        από υπολογιστικό σύστημα για τους απαραίτητους υπολογισμούς της έντασης και καταστροφικότητας του σεισμού,

γ.         από ένα δίαυλο επικοινωνίας ασύρματο ή ενσύρματο (συμπεριλαμβανομένου και των οπτικών ινών), στον οποίο η ταχύτητα διάδοσης των πληροφοριών είναι μεγαλύτερη από την ταχύτητα των σεισμικών κυμάτων και τέλος

δ.         συσκευές πληροφόρησης και ελέγχου που βρίσκονται στον υπό προστασία χώρο και του παρέχουν ενδείξεις (οπτικές, ηχητικές και ηλεκτρικές) σχετικά με την άφιξη, την ένταση και την καταστροφικότητα του επερχόμενου σεισμού.

 


  Διάγραμμα Βαθμίδων (Block Diagram) συστήματος  

Η αρχή λειτουργίας του συστήματος έγκαιρης προειδοποίησης στηρίζεται στο γεγονός ότι τα σεισμικά κύματα απαιτούν ένα πεπερασμένο χρονικό διάστημα για να φτάσουν από το χώρο δημιουργίας τους (σεισμική εστία) μέχρι τους χώρους που προστατεύονται από το σύστημα. Αυτό συμβαίνει πολύ φυσικά διότι τα σεισμικά κύματα διαδίδονται με πεπερασμένη ταχύτητα, η οποία μάλιστα είναι της τάξης των 3-6 km/sec. Το παραπάνω σε συνδυασμό με το γεγονός ότι ο δίαυλος επικοινωνίας παρέχει πολύ μεγαλύτερες ταχύτητες (300.000 km/sec για την περίπτωση ασύρματου διαύλου ή χρήσης οπτικών ινών), εξασφαλίζει στον υπό προστασία χώρο ένα σημαντικό χρονικό διάστημα αντίδρασης, το οποίο βέβαια εξαρτάται από την απόσταση της σεισμικής εστίας και των αισθητήρων από τον υπό προστασία χώρο. Στο παραπάνω χρονικό διάστημα προστίθεται και το χρονικό διάστημα που απαιτείται μέχρι τον καταστροφικό συντονισμό των κτιριακών ή άλλων εγκαταστάσεων. 

Για παράδειγμα αν οι αισθητήρες βρίσκονται σε μια απόσταση της τάξης των 60km από τον υπό προστασία χώρο, παρέχονται κατ ελάχιστο 10 sec και έως 20 sec περίπου μέγιστο, μέχρι την άφιξη των σεισμικών στον υπό προστασία χώρο. Αν προστεθεί και ο χρόνος για καταστροφικό συντονισμό τότε το περιθώριο αντίδρασης φτάνει τα 15-25sec περίπου. Από τους χρόνους αυτούς θα πρέπει να αφαιρεθεί ένας εύλογος χρόνος αντίδρασης του συστήματος, που για τη σημερινή τεχνολογία ηλεκτρονικών εκτιμάται ότι δεν υπερβαίνει τα 2-3 sec. Φυσικά σε μια περιοχή με γνωστή σεισμική ιστορία (και η χώρα μας είναι μια από τις πιο καλά μελετημένες περιοχές του κόσμου) είναι δυνατό οι αισθητήρες να είναι ακόμα μακρύτερα από τον υπό προστασία χώρο και πιο κοντά στα γνωστά σεισμικά ρήγματα με αποτέλεσμα την ανάλογη αύξηση του χρόνου αντίδρασης. Μια καλλιτεχνική απεικόνιση του συστήματος φαίνεται και στο Σχήμα 2, όπου ο υπό προστασία χώρος είναι ένα ολόκληρο αστικό κέντρο

 

Οι εφαρμογές που μπορεί να έχει το παραπάνω σύστημα καθορίζονται από το ποιος μπορεί να είναι ο υπό προστασία χώρος, παράγοντας που καθορίζει και τις πιθανές εφαρμογές για ένα τέτοιο σύστημα. Μερικές από τις πιθανές εφαρμογές είναι:

 

α.Προστασία των δικτύων φυσικού αερίου.  

Αυτό μπορεί να γίνει με τη χρήση στο δίκτυο ηλεκτρομηχανικών βαλβίδων που θα κλείνουν αυτόματα από το σύστημα. Η χρήση των βαλβίδων μπορεί να γίνει σε επίπεδο εθνικού δικτύου (ΔΕΠΑ, ΔΕΦΑ), βιομηχανικών μονάδων που χρησιμοποιούν φυσικό αέριο, αλλά και απλού οικιακού καταναλωτή. Όπως προαναφέρθηκε η εν λόγω εφαρμογή είναι και η πρώτη για το συγκεκριμένο σύστημα, ο σχεδιασμός και η υλοποίηση της οποίας έχει ήδη ξεκινήσει για την περιοχή της Αττικής. Το πρόγραμμα αφορά την πιλοτική ανάπτυξη του συστήματος με στόχους :

(1)       την προστασία των εγκαταστάσεων αποθήκευσης υγροποιημένου φυσικού αερίου στη Ρεβυθούσα,

(2)       της ενημέρωσης του Κέντρου Ελέγχου της ΔΕΠΑ στο Πάτημα Ελευσίνας,

(3)       του κλεισίματος μιας ηλεκτρομηχανικής βαλβίδας στο δίκτυο υψηλής πίεσης της ΔΕΠΑ στην περιοχή του Σχιστού,

(4)       του κλεισίματος μιας ηλεκτρομηχανικής βαλβίδας παροχής σε κτίριο στην αστική ζώνη της Αθήνας και τέλος

(5)       της έγκαιρης ενημέρωσης του Κέντρου Επιχειρήσεων της Διεύθυνσης Πολιτικής Προστασίας του Υπουργείου Εσωτερικών.

 

β.Προστασία εγκαταστάσεων καυσίμων.  

Τέτοιες εγκαταστάσεις είναι οι δεξαμενές υγροποιημένου αερίου (Ρεβυθούσα) αλλά και όλα τα διυλιστήρια. Στην περίπτωση αυτή μπορεί να εξεταστεί και το ενδεχόμενο συνεργασίας με ασφαλιστικές εταιρείες που καλύπτουν τέτοιες εγκαταστάσεις, με άμεσο οικονομικό όφελος για τις βιομηχανίες.

 

γ.Προστασία μεγάλων εγκαταστάσεων-κατασκευών  

Στην κατηγορία αυτή εντάσσονται φράγματα (ΔΕΗ),μεγάλες γέφυρες (π.χ. Ρίο-Αντίρριο), οδικές και σιδηροδρομικές σήραγγες (Πρέβεζα-Άκτιο, σήραγγα Μαλιακού κόλπου, Τέμπη, Κακιά Σκάλα, σήραγγες του ΟΣΕ κτλ.), ακόμη και το μετρό της Αθήνας.
          δ.Προστασία σχολείων.  

Το σύστημα μπορεί να αναπτυχθεί σε εθνικό επίπεδο για την προστασία των μαθητών στα σχολεία τουλάχιστον των πιο σεισμογενών περιοχών της χώρας. Η έγκαιρη ειδοποίηση των μαθητών, σε συνδυασμό με κατάλληλο πρόγραμμα εκπαίδευσης για τις απαιτούμενες ενέργειες-κινήσεις σε περίπτωση σεισμού (πχ. συντονισμένη και οργανωμένη εγκατάλειψη του σχολείου, προστασία κάτω από τα θρανία κτλ.) σύμφωνα και με τις οδηγίες του ΟΑΣΠ, ελαχιστοποιεί τις πιθανότητες τραυματισμών ή ακόμη και απωλειών στο μαθητικό πληθυσμό. Τοποθετώντας ένα μόνο δέκτη ανά σχολείο και ειδική μεγαφωνική εγκατάσταση σε κάθε αίθουσα θα μπορούμε να ενημερώνουμε μέσω ενός αυτόματου συνθέτη φωνής τους μαθητές. Ακόμη και στην περίπτωση μικρού σεισμού το σύστημα αποβαίνει εξαιρετικά ωφέλιμο αφού καταστέλλει τον πανικό. Για παράδειγμα "παιδιά σε λίγα δευτερόλεπτα θα αισθανθείτε ένα μικρό σεισμό  μείνετε ως έχετε δεν υπάρχει πρόβλημα".    

ε.Προστασία νοσοκομείων.

Το σύστημα θα μπορούσε να παρέχει έγκαιρη προειδοποίηση στα νοσοκομεία στο προσωπικό και τους ασθενείς, αλλά θα μπορούσε ακόμη να ενεργοποιεί τις τυχόν εφεδρικές γεννήτριές τους προκειμένου να μην υπάρξει πιθανότητα διακοπής ρεύματος σε κρίσιμο ιατρικό εξοπλισμό (πχ. συστήματα διατήρησης ζωής σε μονάδες εντατικής ή κατά τη διάρκεια μιας εγχείρησης).

 

στ.Προστασία κατοικιών

Είναι δυνατή η δημιουργία δικτύου προστασίας κατοικιών, έτσι ώστε οι χρήστες είτε να ελέγχουν αυτόματα εξοπλισμό της κατοικία τους (πχ. βαλβίδες για το φυσικό αέριο), αλλά και να λαμβάνουν οι ίδιοι μέτρα προστασίας (πχ. εγκατάλειψη της οικίας). Ένα άλλο ενδεχόμενο παράδειγμα εφαρμογής σε πολυκατοικίες θα μπορούσε να είναι η αυτόματη στάση των ανελκυστήρων προκειμένου να αποφευχθούν τυχόν εγκλωβισμοί.

   

          ζ. Αυτόματη ελάττωση ταχύτητας τραίνων  προς αποφυγή εκροχιασμού
                    κ.λ.π.

         

    Η νέα γενιά συρμών  μεγάλων ταχυτήτων που σύντομα θα εγκαινιάσει ο ΟΣΕ απαιτούν την εφαρμογή συστημάτων αυτόματης τροχοπέδησης σε περίπτωση ισχυρών σεισμών. Το σύστημα SHIELDS έχει σχεδιασθεί για να είναι άμεσα εφαρμόσιμο και σε αυτή την περίπτωση.

Τονίζεται ότι σε όλες τις παραπάνω πιθανές εφαρμογές σημαντικό πλεονέκτημα του συστήματος, εκτός από το γεγονός της έγκαιρης ενημέρωσης σχετικά με την έλευση σεισμικών κυμάτων, είναι και το γεγονός ότι η έντασή τους και συνεπώς η επικινδυνότητά τους είναι από πριν γνωστά. Έτσι σε περίπτωση μικρού σεισμού αποφεύγεται ο πανικός, ενώ σε περίπτωση μεγάλου και καταστροφικού σεισμού παρέχεται επαρκής χρόνος για λήψη προληπτικών μέτρων, ακόμη και για απομάκρυνση από κτίρια.

 

                  

Εικόνα 1 : Φωτιά σε εργοστάσιο στη βιομηχανική περιοχή του Kobe, μετά το σεισμό της 17-1-1995.

 

                               

Εικόνα 2 : Περιοχές της πόλης του Kobe που κατεστράφησαν ολοσχερώς από φωτιές που προκλήθηκαν από το σεισμό της 17-1-1995.

 


 
Σχήμα 2 : Καλλιτεχνική απεικόνιση συστήματος έγκαιρης προειδοποίησης επερχόμενου σεισμού.