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ENSI Erfahrungs- und Forschungsbericht 2011

gebieten geologischer Tiefenlager. Dazu wurden

die wichtigsten Prozesse untersucht, welche zur

Bodenbewegung bei Erdbeben beitragen. Diese

umfassen die Beschreibung der Abminderung der

seismischen Energie mit grösser werdender Distanz

zum Erdbebenherd, die Entwicklung von Model-

len für die Verstärkung der Bodenbewegungen in

Oberflächennähe sowie das Verständnis der Phä-

nomene der seismischen Wellenausbreitung in he-

terogenen, nichtlinearen Medien. Ausserdem wur-

de an alternativen Modellen zur Charakterisierung

von seismischen Quellen in der Schweiz geforscht

sowie der historische Erdbebenkatalog weiter er-

gänzt.

Für die Abschätzung der Bodenbewegung an

einem Standort sind neben der Charakterisie-

rung der Erdbebenquelle vor allem die Abmin-

derung der seismischen Energie mit der Distanz

zum Erdbebenherd und die Verstärkung von Bo-

denbewegungen durch lokale Sedimentabla-

gerungen entscheidend (vgl. Resultate des PE-

GASOS Refinement Projects PRP). In der Schweiz

ist die Seismizität relativ gering und somit eben-

so die Datenverfügbarkeit (beschränkte Spannwei-

te an Mag nituden und Bodenbewegungs-Ampli-

tuden). Die Modellierung der Bodenbewegungen

anhand sogenannter Ground Motion Prediction

Equa tions (GMPEs) basiert daher mehrheitlich auf

global erhobenen Datensätzen, welche Schweiz-

spezifische geologische Eigenschaften vernach-

lässigen. Zur Ergänzung der in PRP vorhandenen

globalen GMPEs wurde durch den SED mittels ei-

ner stochas tischen Methode eine Schweiz-spezi-

fische GMPE eingeführt, welche auf dem in der

Schweiz vorhandenen Datensatz basiert und die

geologischen Bedingungen und Beobachtungen

in der Schweiz am besten repräsentiert. Die Ex-

pertengruppe Starkbeben engagiert sich bei der

Weiterentwicklung dieses Schweiz-spezifischen

Abminderungsmodelles, untersucht dessen Ei-

genschaften mit den verfügbaren Daten und ver-

gleicht es mit den globalen GMPEs.

Die Berücksichtigung der lokalen Einflüsse der Se-

dimentbedeckungen an einem Standort (Standort-

effekt) erfolgt meist über eine Standortcharakteri-

sierung und daraus a/jointfilesconvert/360025/bgeleitete standortspezifische

frequenzabhängige Amplifikationsfunktionen für

die horizontale Bodenbewegung. Mit dem V/H-

Verhältnis lässt sich die Bodenbewegung in verti-

kaler Richtung aus der horizontalen Bodenbewe-

gung herleiten. Die aktuellen Erdbebengefähr-

dungs-Analysen (Probabilistic Seismic Hazard As-

sessement – PSHA) bedingen den Einsatz von V/H-

Verhältnissen, um die vertikale Komponente der

Bodenbewegung an die relevanten Szenarien für

die horizontale Komponente anzupassen. Es wur-

de eine Methode entwickelt, mit welcher das V/H-

Bodenbewegungsverhältnis für weiche Ablage-

rungen an einen spezifischen Standort angepasst

werden kann. Ein neu eingeführter Parameter

(quarter-wave-length seismic impedance constrast

parameter) scheint deutliche Verbesserung zu zei-

gen, insbesondere für die Berücksichtigung von

Resonanzphänomenen im V/H-Verhältnis.

Um zukünftige Entwicklungen im Bereich der Erd-

bebengefährdungs-Analyse abzuschätzen, unter-

sucht die Expertengruppe Starkbeben die Voraus-

setzung für den Übergang von der probabi-

listischen zur physik-basierten Erdbebengefähr-

dungsanalyse, die für die weitere Entwicklung

nach dem PRP eine tragende Rolle spielen wird.

Die Charakterisierung von seismischen Quellregio-

nen, die aktuell auf klassischen Zonierungsmodel-

len beruhen, ist ein wesentliches Element der

heuti gen Erdbebengefährdungs-Analysen. Da in

der Schweiz aufgrund der geringen Seismizität,

der relativen kurzen Beobachtungszeit und der oft

diffus auftretenden Seismizität seismisch aktive

Brüche kaum oder gar nicht bekannt sind, wird in-

nerhalb einer Quellregion die Seismizität als räum-

lich und zeitlich homogen verteilt angenommen.

Durch die Extrapolation auf die niedrigen Eintre-

tenswahrscheinlichkeiten von Erdbeben, welche

für Kernanlagen relevant sind, sind die Resultate

mit relativ hohen Unsicherheiten behaftet. Deswe-

gen werden diese Modelle immer stärker durch

geo logisch und physikalisch parametrisierte Mo-

delle ersetzt. Der SED verfolgte deswegen einen

neuen Ansatz und modellierte mit fraktaler Vertei-

lung von Erdbeben eine realitätsnahe Verteilung

der Seismizität. Dieser Ansatz stellt einen ersten

Schritt zur simulationsbasierten Gefährdungsbe-

rechnung der Quellen dar und wird langfristig mit

der Modellierung komplexer Wellenausbreitungs-

phänomene und mit nichtlinearem Verhalten der

Wellenausbreitung kombiniert. Die Expertengrup-

pe hat dazu begonnen, Wellenausbreitungsphäno-

mene in dreidimensionalen und heterogenen

Medien sowie die Auswirkungen von nichtlinea-

rem Bodenverhalten auf die lokalen Amplifikatio-

nen und Standort effekte zu untersuchen. Dabei

wird das Wissen über physikalische Grenzen der

Bodenbewegun gen von Sedimenten und Fels ver-

bessert. Dies wird langfris tig die Unsicherheiten in

den Gefährdungsanalysen reduzieren, um somit die

Gefährdung besser einzuschätzen. Im Jahr 2011

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