Univerza v LjubljaniFakulteta za matematiko in fiziko

Oddelek za fiziko

Seminar 4POTRESNA HIDROLOGIJA

Avtor: Martin Vavpotič

Mentor: doc. Jure Bajc

20.5.2009

PovzetekTema seminarske naloge so hidrogeološki pojavi in njihove povezave s potresi.

Definirane bodo nekatere nove količine, kot so omejen in neomejen vodonosnik, statičnein dinamične obremenitve, poroelastičnost, porast vsebnosti tekočine (angleško incrementof fluid content) in Darcyjev tok.

Pojasnili bomo razliko med statičnimi in dinamičnimi obremenitvami in poudarili razlikomed njimi.

Začeli bomo z najopaznejšimi hidrološkimi pojavi, nadaljevali s fizikalnimi izpeljavami insi ogledali konkreten primer. Omenili bomo bolj kompleksne metode proučevanja z modeliin si za konec ogledali pojave, ki jih povzročajo dinamične obremenitve.

Kazalo1 Uvod 3

2 Osnove hidrologije 42.1 Biotov model v eni dimenziji . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52.2 Biotov model v treh dimenzijah . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82.3 Modeliranje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

3 Dejanski primer odziva vodnjakov na bližnji potres 11

4 Vodnjaki kot seizmometri 12

5 Primeri posledic dinamičnih obremenitev 12

6 Zaključek 13

7 Viri 14

1 UvodVečjim potresom sledijo spremembe v količini, smeri ali moči vodnega toka v strugah invodnem tlaku pod površjem. Opazovanje takšnih pojavov nudi zanimiv vpogled v hidroge-ološke procese in njihovo povezanost s tektonskimi procesi v različnih prostorskih in časovnihskalah, ker zaradi težke dostopnosti običajni načini pridobivanja podatkov ne bi bili mogoči.

Hidrološki odzivi niso nepričakovani. Potresi povzročijo obremenitve, zaradi katerih sespremeni tlak, in s tem spremenijo hidrogeološke lastnosti materiala, na primer prepust-nost oziroma permeabilnost, ki nadzoruje moč toka. Najpomembnejše lastnosti hidrološkihodzivov so velika občutljivost na majhne napetostne spremembe v skorji, velika amplitudaodzivov in presenetljive razdalje, čez katere je seizmični vpliv opazen [1].

Znani pojavi

Sledi pregled hidroloških pojavov, ki spremljajo potrese. Ponavadi ti pojavi ne vplivajodrastično na človeško prebivalstvo, čeprav so znani zgodovinski primeri opuščanja naselbinzaradi usahnitev vodnjakov [1].

Delijo se predvsem na pojave, ki jih povzročajo statične ali dinamične obremenitve.Statične obremenitve se pojavijo ob dolgoperiodnih hidrogeoloških spremembah, ki trajajood nekaj minut do več dni. Dinamične obremenitve pa so tiste, ki so relativno kratkotrajne.Najpogosteje je to kar prehod potresnih valov, ki traja nekaj sekund.

Posledice dinamičnih obremenitev bomo na hitro omenili le na koncu. Kategorije po-javov, ki jih povzročajo statične deformacije, pa so naslednje:

• Nivo vode v vodnjakihNivo vode v vodnjakih meri tlak tekočine v globini, v kateri je vodnjak izpostavljenokoliškim formacijam. Opaženi so naslednji odzivi: koseizmično (med samim potre-som) in postseizmično (več minut ali ur po potresu) osciliranje nivoja vode ter pre-seizmične (pred potresom), koseizmične in postseizmične spremembe vodnega nivoja.Vodnjaki delujejo kot seizmometri, ker voda v njih včasih močno zaniha in na ta način’meri’ nihanje tal, zlasti nihanje ob prehodu dolgoperiodnih Rayleighovih valov.

• Spremembe v toku v strugahNajbolj opazne spremembe so v strugah na površju. Povečan pretok je opazen vsajdokler večja količina padavin ne prekrije sprememb, vendar ni nikoli enoličen: ekstremv povečanem pretoku se lahko pripeti v enem dnevu ali pa več tednov po potresu.

• Umetno povzročene statične spremembeNaftne vrtine delujejo podobno kot vodnjaki. Če nafto na površje dviguje lasten tlak,potem je možno izčrpati le okoli 30% nafte, ki je v rezervoarju. S črpanjem vode vtakšen naraven rezervoar nafte uspejo vzdrževati tlak in s tem nadaljujejo črpanje alipa nafto dejansko odplaknejo iz rezervoarja. Voda, ki je bila tako načrpana, lahkopronica v okoliški material (če je material okoli naftnega rezervoarja nepropusten zanafto, ni nujno nepropusten za vodo) in s tem spremeni lastnosti materiala, zaradivečje gostote vode se spremeni tudi tlak [1].Postavitev rečnih jezov prav tako lahko spremeni potresne lastnosti zajezenega po-dročja. Že sama konstrukcija jezu lahko spremeni lokalne geološke strukture, šepomembnejši dejavnik pa je poplavljenje rečnih dolin. Zajezitev povzroči znatno

3

povečanje vodne mase, ki pritiska na material spodaj. Dodatna obremenitev je ra-zlog za začasne ali trajne spremembe hidrogeoloških lastnosti področja okoli zajez-itve. Rezultat so seizmične nestabilnosti, ki se kažejo kot občasne potresne motnje.Varnostni ukrepi narekujejo, da so vse na novo zgrajene hidroelektrarne opremljene sseizmometri [1].

2 Osnove hidrologijeVodnjaki črpajo podtalno vodo iz vodonosnikov (slika 1). Vodonosnik (angleško aquifer) jepodročje poroznega materiala v podzemlju, v katerem so pore nasičene z vodo. Pomem-bno je vedeti, da se voda ne nahaja v nekakšnih podzemnih jezerih, ampak zgolj v porahporoznega materiala. Poznamo omejene in neomejene vodonosnike. Razlika med njimi jepredvsem dostopnost. Zgornja meja neomejenih vodonosnikov je kar vodna miza; to jepovršina, kjer se vodni in zračni tlak izenačita. Neomejeni vodonosniki so v stiku z površin-skimi rekami. Spodnja meja neomejenih vodonosnikov in hkrati zgornja meja omejenihvodonosnikov je običajno material z majhno poroznostjo in zato onemogoča prisotnost inprehajanje vode [2].

Vplivi statičnih obremenitev bodo glavna tema seminarske naloge. Posledice dinamičnihobremenitev so zapletene, težje razumljive in manj raziskane, zato jih bomo tukaj izpustili.

Slika 1: Shema vodonosnikov: neomejeni (zgoraj) so nad nepropustno plastjo (temni pas),omejeni pa pod njo. Vir: [2].

4

Poroelastičnost je teorija kontinuumov o poroznih materialih. Proučuje elastično ma-triko (3D kos materiala), ki vsebuje med seboj povezane pore, nasičene z vodo ali drugokapljevino ali celo pline. Opazujemo porozen material, ko je ta izpostavljen obremenitvam.Elastična matrika se deformira, kar vodi do volumskih (prostorninskih) sprememb v ma-terialu, porah in tekočini. Prisotnost vode utrdi material in hkrati povzroči tekočinski tokmed področji z različnim tlakom. Upoštevati moramo tudi viskoznost.

Za opis najpomembnejših lastnosti zadostuje že najenostavnejši model. To je klasičnilinearni Biotov model (Biot Diffusion-Deformation Model) s tekočinskim tokom in defor-macijami poroznega materiala, popolnoma nasičenega s tekočino (ni praznih por, vse sonapolnjene). Formiral ga je ameriški fizik belgijskega rodu Maurice Anthony Biot (1905 -1985). Ta model je neposredna posledica kombinacije zakona o ohranitvi mase tekočine,Darcyjevega zakona za laminarni tok in Hookovega zakona za elastične deformacije [3].

V Biotovemmodelu je pomembna ustrezna sklopitev med tekočinskim tlakom in napetostjov materialu. Sklopitev trdnina-tekočina povzroči, da sprememba v napetosti povzroči spre-membo v tekočinskem tlaku oziroma vpliva na tok tekočine. Zaradi sklopitve tekočina-trdnina tudi spremembe v tlaku tekočine povzročijo spremembo v napetosti materiala. Ve-likost sklopitve je odvisna od stisljivosti elastične matrike, stisljivosti samih por, stisljivostizrn materiala, stisljivosti tekočine in poroznosti materiala.

2.1 Biotov model v eni dimenziji

Najprej pride na vrsto enodimenzionalna oblika Biotovega modela [3]. Napetost celotneelastične matrike je vsota tlaka v porah in efektivne napetosti (slika 2):

σ = σeff + p . (1)

Na tektonski prelomnici se napetost veča. Med potresom se napetost sprosti in pride dodeformacije materiala. Na spremembo napetosti najprej reagira tekočina. Spremembonapetosti celotnega sistema opišemo:

σ + ∆σ = σeff + p+ ∆p . (2)

Tlačna sprememba povzroči tok tekočine iz predelov s presežkom tlaka v dele z manjšimtlakom. Ta tok sčasoma povzroči zmanjšanje presežka tlaka tekočine.

Presežek celotne napetosti ostaja enak, ker ga podaja zunanja deformacija. Ker tekočin-ski tlak upade, se za ohranitev celotne napetosti poveča efektivna napetost:

σ + ∆σ = σeff + ∆σeff + p . (3)

Vodni tlak se ne vrne nujno za natančno enako vrednost kot pred potresom. V tem primerupride do trajnih sprememb v vodnem tlaku v porah in tudi do trajnih sprememb v nivojuvode v vodnjakih.

5

Slika 2: Celotna napetost (σT ) je uravnovešena z napetostjo trdne matrik (σe) in tlakatekočine (PW ). Vir: [4].

Če je celotna napetost konstantna, potem lahko zapis (1) diferenciramo in dobimo:

dσ = dσeff + dp = 0 (4)

oziromadσeff = −dp = −ρgdh . (5)

V hidrogeologiji so mnogi zakoni fenomenološki [5]. Eden od njih je Darcyjev zakon, kiopisuje tok tekočine skozi porozen material, ki ga žene tlačni gradient. Darcyjev tok (slika3) je definiran kot:

Q = −κAµ

(Pb − Pa)L

, (6)

kjer sta Pa in Pb tlaka v točkah a in b na sliki 3, κ prepustnost (enota: m2; eksperimentalnodoločen za razne materiale ; sorazmerno s kvadratom efektivne velikosti por) in µ dinamičnaviskoznost (uporabljeno v mehaniki kontinuumov; enota: kg

ms). Enačbo na obeh stranehdelimo z velikostjo površine A. Enačbo (12) preoblikujemo v:

q = −κµ∇P , (7)

kjer je q gostota volumskega toka.

Slika 3: Definicija količin, ki jih uporabljamo pri opisu toka v porozni kamnini. Vir: [5].

Biotov model, za katerega smo do zdaj napisali že veliko enačb, se da napisati še boljpreprosto [3]. Dejansko se da opisati ključne lastnosti med izotropnimi volumskimi spre-membami in napetostmi z le dvema enačbama. Definiramo relativno spremembo volumna

6

elastične matrike (ε) in porast vsebnosti tekočine, to je porast količine vode v elastičnimatriki (ξ):

ε = dVsVs

; ξ = mv −mv0ρv0

. (8)

Odvisnost teh dveh količin od efektivne napetosti in tekočinskega tlaka zapišemo na nasled-nji način:

ε = a11σeff + a12p (9)

ξ = a21σeff + a22p (10)

oziroma matrično(ε, ξ) = A(σeff , p) , (11)

kjer so aij elementi matrike A. Posamezne elemente dobimo kot odvode po σeff ali p:

a11 = dε

dσeff|p=konst = 1

K= βs . (12)

Koeficient a11 je torej stisljivost materiala v osušenem (angleško drained) stanju. Podobnodoločimo koeficienta a12 in a21:

a12 = dε

dp|σ=konst = 1

H= βp (13)

a21 = dξ

dσeff|p=konst = 1

H= βp , (14)

ki sta enaka, kar sledi iz Onsager-Kasimirjevih relacij, da morajo biti mešani odvodi ter-modinamskega potenciala med seboj enaki. 1

H je poroelastični razteznostni koeficent, ki gav običajni teoriji elastičnosti ni. Preostane še zadnji koeficient:

a22 = dξ

dp|σ=konst = 1

R= βp + nβv = Sσ , (15)

ki ga imenujemo koeficient neomejene specifične zaloge.

Enačbe (8) - (15) opisujejo medsebojni vpliv materiala in tekočine v porah. Efektivnanapetost σeff deluje praviloma le na snov in tekočinski tlak p le na tekočino. Križna naravakoeficientov vmesne matrike A iz enačbe (11) nam pove, da efektivna napetost posrednovpliva tudi na tekočino. Prav tako tekočinski tlak vpliva poleg tekočine tudi na material.

Naravo te sklopitve opišejo elementi matrike A, definirani v enačbah (12) - (15). Prvičlen a11 je po pričakovanjih enostaven, saj opisuje vpliv efektivne napetosti na material.Člen a12 opisuje vpliv tekočinskega tlaka na material in člen a21 vpliv efektivne napetosti natekočino. Oba lahko enačimo z na prvi pogled nenavadno količino, ki jo imenujemo stisljivostpor: βp = − 1

Vp

dVpdσeff

. Sprememba volumna por je vsota spremembe volumna tekočine inmateriala in je posledica sklopitve med tekočinskim tlakom in napetostjo materiala.

Zadnji člen a22 opisuje vpliv tekočinskega tlaka na tekočino. Pričakovali bi, da bo taenostaven in podoben a11, vendar rezultat v enačbi (15) vsebuje dva člena: eden je že prejobrazložena stisljivost por, druga pa vključuje stisljivost tekočine. Količino tekočine v porahlahko povečamo na dva načina: ali tekočinski tlak razširi pore, poveča njihov volumen ins tem vpliva na material ali pa dejansko stisne tekočino v porah in nastane več prostoraza tekočino. Člen a22 vključuje oba vpliva. Oba skupaj povečata možno količino tekočine,ki je lahko shranjena v določeni matriki. Zato se imenuje koeficient neomejene specifičnezaloge.

7

2.2 Biotov model v treh dimenzijah

V treh dimenzijah se stvari zapletejo (slika 4).

Slika 4:Neizotropna deformacija vodi v anizotropne lastnosti snovi, ki opis zapletejo. Vir: [4].

Porozne trdnine se zaradi napetosti deformirajo, zaradi česar se vodni tlak v porah spre-meni. Osnovna teorija poroelastičnosti opisuje povezavo med spremembami napetosti pij(negativen pij pomeni stiskanje), deformacijami uij , tlakom tekočine v porah P in snovnimilastnostmi materiala.

Popolni opis in diskusija presegata časovni okvir seminarja, zato si oglejmo le najpre-prostejšo obliko [6]. Vzemimo izotermen, linearen, izotropen poroelastičen material. Mate-rial se na napetost pij odzove z deformacijo uij :

uij = 12G[pij −

ν

1 + νpkkδij

]+ α

3KPδij , (16)

kjer je G strižni modul, K elastični volumski modul, ν Poissonovo razmerje in α Biot-Willisov koeficient. Če odmislimo drugi člen na desni strani enačbe, prepoznamo enačboHookove elastičnosti, ki smo jo izpeljali pri Mehaniki Kontinuumov (enačba 2.117 v skriptaRudi Podgornik: Mehanika kontinuov, 2002). Drugi člen opisuje prispevek tekočine vporah materiala k celotni deformaciji. Tlak učinkuje izotropno, intenziteto vpliva tlaka naelastično matriko pa umerita koeficienta α in K.

Formalna definicija Biot-Willisovega koeficienta je:

α = 1− K

KS, (17)

kjer je KS elastični volumski modul trdnine.Vidimo torej, da je α brezdimenzijski koeficient in da predstavlja razmerje med stisljivostjo

por in stisljivostjo tekočine in tako pomeni razmerje med volumnom vode, ki je iztisnjenaiz materiala, in celotno spremembo volumna zaradi obremenitve – vse pri konstantnemtekočinskem tlaku.

Porast (inkrement) vsebnosti tekočine ξ (uporabljali smo ga že v enačbah (14) - (21)in pomeni spremembo v masi tekočine na enoto volumna, deljeno z gostoto tekočine vreferenčnem stanju) je v treh dimenzijah enaka:

ξ = α

3Kσkk + α

KBP , (18)

kjer je B Skemptonov koeficient, ki je še en pomemben koeficient teorije poroelastičnosti.Definiran je kot razmerje med induciranim tlakom v porah in obremenitvijo, s katero sesnov odzove na tlak, vse pri privzetku, da so vse pore polne tekočine.

8

Skemptonov B koeficient ima še eno definicijo:

B = Ku −KαKu

, (19)

kjer je Ku elastični volumski modul materiala v neizsušenem (angleško undrained) stanju.Skemptonov koeficient ima vrednost med 0 in 1. Materiali s porami polnimi plinov

imajo to vrednost blizu 0, kompaktni materiali med 0,5 in 0,9, nečvrsti materiali, tudi česo nasičeni s tekočino, blizu 1. Skemptonov koeficient je v zvezi s prepustnostjo κ.

2.3 Modeliranje

Bolj zapletene teoretične napovedi zahtevajo uporabo računalniških modelov, ki se jim bomozaradi prevelikega obsega snovi ognili. Navedimo le najpomembnejše značilnosti: če jemodel enostaven oziroma vsebuje majhno število vhodnih parametrov, potem lahko opiševečje število primerov, kjer so bili med potresi dokumentirani tudi hidrološki pojavi. Slabastran njegove enostavnosti je, da ima napoved takšnega modela manjšo natančnost. Če bihoteli, da imajo napovedi večjo natančnost, bi morali uporabiti bolj zapletene modele, kipa morajo biti prilagojeni lokalnim razmeram, ki so bile prisotne med samim potresom [1].

Diagram na sliki 5 je rezultat enostavnega modeliranja z uporabo Biotovega teoretičnegaozadja. Kot je razvidno s slike 5, takšen model lahko pojasni večino hidroloških pojavov,vendar obstajajo izjeme. Za pojasnitev teh bi potrebovali bolj podroben model, ki pa gaverjetno ne bi mogli uporabiti na drugem področju oziroma za drug primer, saj bi imelzaradi lokalnega značaja omejeno veljavnost.

Model, ki je bil uporabljen v primeru potresa z magnitudo 6,5 na Islandiji leta 2000, je biluporaben tudi pri nekaterih drugih potresih, na primer za potres Tokachi-oki z magnitudo8,0 na Japonskem leta 2003. A ko so ga hoteli uporabiti na podatkih, pridobljenih za potresChi-Chi z magnitudo 7,5 na Tajvanu leta 1999 ali za potres z magnitudo 9 na Sumatrileta 2004 , so bili dejanski hidrološki pojavi v nasprotju z napovedmi, predvidenimi izseizmoloških izmerkov [7].

Slika 5: posledice potresa na Islandiji iz leta 2000 z močjo 6,5 po Richterju. Predvidene(barvasta območja) in opažene (črne in bele pike) koseizmične spremembe v nivoju vode. Črnepike ponazarjajo porast, bele upad nivoja vode. Bela črta ponazarja površinski prelom. Vir: [7].

9

3 Dejanski primer odziva vodnjakov na bližnji potresIdealna priložnost za oceno modelov, ki opisujejo ko- in post-seizmične nivoje vode, se jepojavila ob potresu 21. septembra 1999 blizu vasi Chi-Chi na osrednjem Tajvanu [8].

Leta 1992 je bilo na oddaljenosti 2-50 km od epicentra potresa leta 1999 nameščenih 73enakomerno razporejenih hidroloških postaj, skupno 188 vodnjakov, opremljenih z analog-nimi in digitalnimi merilniki višine gladine. V vsaki hidrološki postaji je bilo 1-5 vodnjakovz globino od 14-300 metrov.

Prvotni vzrok za izgradnjo tako obsežnega merilnega sistema vodnjakov je bil nad-zorovati podtalnico v porečju reke Choshui. Zaradi industrijskih razlogov je v zadnjihtridesetih letih nivo podtalnice upadel. Gosta merilna mreža je sistematično beležila ob-sežno količino podatkov. Digitalni merilniki so beležili višino gladine vsako uro, analognipa neprestano s časovno resolucijo 3-5 minut.

V bližini je bila tudi gosta mreža širokopasovnih seizmoloških opazovalnic, ki je beležilagibanje tal. V preteklosti so ti merilniki izmerili razlike predvsem zaradi črpanja za indus-trijske namene in zaradi pritoka vode zaradi dežja. Amplituda nihanja gladine zaradi tehvzrokov so bile do decimetra s periodo nihanja do ene ure.

Od 179 vodnjakov jih je med potresom beležilo spremembe 157. Ostali niso delovali alipa so bili prehudo poškodovani med potresom. Od teh 179 vodnjakov jih je 67 namerilokoseizmične spremembe višine gladine več kot en meter. Največja sprememba je bila 11,1m.

Slika 6: Shema mreže vodnjakov v porečju reke Choshui v bližini epicentra potresa Chi-Chi1999, Tajvan. Vir: [8].

10

Vodnjaki, ki so posredovali podatke, so vodili v več rezervoarjev podtalnice in so bilirazlično oddaljeni od prelomnice.

Vodnjak JS, od prelomnice oddaljen 2 km (globina 66-96 metrov), ki je kazal razmere vdelno omejenem vodonosniku, je za nivo podtalnice pokazal koseizmičen, stopničast upadza 7,12 m (digitalen izmerek) oziroma 6,9 m (analogen).

Vodnjak YL, oddaljen od prelomnice za 13 km (globina 51-69 metrov), ki je kazalrazmere v popolnoma omejenem vodonosniku, je pokazal izrazito drugačen vzorec ko-seizmičnih sprememb nivoja podtalnice: koseizmičen stopničast vzpon za 6,55 m (digitalenizmerek) oziroma 6,5 m (analogen izmerek). Ta vodnjak je lociran v področju nekompaktnihsedimentov.

Vodnjak TC (globina 50 metrov) je nadzoroval stanje podtalnice v neomejenem vodonos-niku. Ta vodnjak je bil od prelomnice oddaljen 13 km in se je obnašal precej drugače kotprej omenjena vodnjaka. Medtem ko je digitalni merilnik izmeril vzpon v amplitudi za 0,2metra, je analogni pokazal 1,4 metra. V tem vodnjaku je bilo mogoče videti tudi osciliranjevodne gladine, ki ima precej manjšo časovno periodo kot samo variiranje višine globine. Vvodnjaku TC je analogni merilnik zaznal oscilacijo gladine 6,2 m. Po osciliranju se je nivovode vrnil v stanje pred potresom že po dvajsetih minutah.

Po potresu so bile opažene poseizmične spremembe. Gladina vode v vodnjakih se jevračala nazaj na prvotno stanje v različno dolgih časih. Vodnjak TC, ki je kazal stanjev neomejenem vodonosniku, se je vrnil v prvotno stanje že po nekaj urah. Vodnjak YL(delno omejen vodonosnik) je potreboval za vrnitev v prvotno stanje nekaj dni. VodnjakJS (popolnoma omejen vodonosnik) je potreboval več tednov.

4 Vodnjaki kot seizmometriUporaba vodnjakov kot seizmometrov ne omogoča natančnega vpogleda v intenziteto inlokacijo nastanka potresa, lahko pa morda napove bližajočo se tektonsko dejavnost [1].

Obstaja povratna zveza med hidrološkimi pojavi in potresi. Prisotnost vode v materialu,spremembe v njeni količini na površju ali pod površjem lahko vpliva na pojavljanje potresov.Umetno črpanje vode v podzemlje, kot počnejo pri naftnih vrtinah in plinskih poljih, jedober primer spremembe vodnega tlaka, ki utegne vplivati na seizmičnost. Podobno delujetudi črpanje vode iz podzemlja. Splošno dejstvo, do katerega so prišle mnoge raziskave, je,da so potrebne zelo majhne spremembe v napetosti, da se sprožijo potresi.

5 Primeri posledic dinamičnih obremenitevZa konec omenimo še pojave, ki so posledica dinamičnih obremenitev [1].

• Utekočinjanje tal (angleško liquefaction)Zelo slikovit je pojav, kjer prsti izgubijo svojo rigidnost in postanejo kvazi-tekoče.V nasutem materialu ste vzpostavijo takoimenovane napetostne niti, po katerih serazporedijo napetosti, povzročene zaradi lastne teže in zunanjih tlakov. Potresnamotnja povzroči, da se posamezni gradniki materiala zasukajo in premaknejo, doklerse ne vzpostavi novo ravnovesno stanje. Če je prazen prostor med gradniki napolnjen zvodo, potem se čas, ki ga gradniki porabijo za vzpostavitev novega ravnovesja, zaradiviskoznosti tekočine poveča. Med tem časom gradniki med seboj niso v stiku in plavajov tekočini. Skupna zmes materiala in vode posledično izgubi strižne lastnosti in seobnaša kot tekočina.

11

Utekočinjanje tal je velika nevarnost za zgradbe, ker temelji izgubijo vso podporo.Večina utekočinjanja se zgodi blizu prelomnic, so pa znani primeri tudi precej dlje odepicentra.

• Blatni vulkaniBlatni vulkani so še en pojav, ki se zgodi zaradi potresov in ga zato skušajo uporabitiza proučevanje interakcije med potresi in hidrologijo. Pojavijo se lahko tudi en danpo potresu. Slaba stran je, da so ponavadi podatki o blatnih vulkanih preslabi inpremalo številni.Nujni pogoj za vulkane je utekočinjenje materiala. Utekočinjanje tal je podobenpojav, vendar se pripeti v plitvem področju (v globini nekaj deset metrov). Blatnivulkani so lahko visoki nekaj centimetrov do več sto metrov in utegnejo imeti premerveč kilometrov.

• GejzirjiPotresi ne povzročijo samega pojava gejzirjev, lahko pa spremenijo frekvenco njihovihizbruhov.

Omenili smo že, da se vodo črpa v podzemlje zaradi več razlogov (črpanje nafte, gretjevode z geotermalnim virom). Ta voda lahko pronica v material. Vdor vode oziroma spre-memba v količini vode v porah materiala ne pomeni nujno trajne spremembe. Nove razmerelahko le začasno spremenijo fizične lastnosti materiala, vse dokler novo stanje ni stabi-lizirano, vendar se v tej dobi prilagajanja na novo količino vode lahko ravno pripetijo potresi,ki se zaradi nestabilnega stanja okrepijo (lahko tudi oslabijo).

6 ZaključekPogledali smo si osnove hidrologije in zapisali glavne zakonitosti opisa statičnih hidrološkihsprememb. Opisu dinamičnih sprememb smo se ognili, saj je presegal vsebinski in časovniokvir seminarske naloge.

Definirali smo najenostavnejšo obliko Biotovega modela, ki je osnova vseh predstavljenihhidroloških zakonitosti. Osredotočili smo se na lastnosti medsebojnega vpliva materialain tekočine, tako imenovane sklopitve efektivne napetosti materiala in tekočinskega tlakatekočine, s katerimi je možno opisati pronicanje vode skozi material.

Omenili smo, kakšen vpliv ima črpanje vode v podzemlje oziroma izčrpavanje vode izpodzemlja na lokalno seizmičnost na različnih področjih.

Spoznali smo, da je med hidrološkimi in seizmološkimi pojavi povezava in da se hidrološkespremembe utegnejo pojaviti celo pred seizmičnimi, kar je glavni motiv proučevanja teh po-javov.

Kljub mnogim raziskavam in mnogim razvitim modelom znanstvenikom še ni uspelodovolj zanesljivo povezati hidroloških sprememb in sprožitve potresov, da bi bilo to mogočeuporabiti za napovedovanje potresov. Mnogo hidroloških učinkov se ob potresih ponekodpojavi, spet drugod pa jih ni opaziti, tako da jih je težko nedvoumno povezati.

12

7 Viri• [1] Treatise on Geophysics, vol.4: Earthquake seismology, Elserier, 2007, 700 str.

• [2] http://en.wikipedia.org/wiki/Aquifer (Preneseno: 3.3.2008; ogled: 5.2.2009)

• [3] http://www.engr.usask.ca/classes/GEOE/475/notes/Unit06-poroelast.ppt (Prene-seno: 3.3.2008; ogled: 9.11.2008)

• [4] Kevin M. Hiscock, Hydrogeology: principles and practice; Malden, Oxford, Carl-ton: Blackwell, 2007

• [5] http://en.wikipedia.org/wiki/Darcy%27s_law (Ogled: 25.2.2009)

• [6] J.R. Rice: Elasticity of Fluid-Infiltrated Porous Solids (Poroelasticity) (Preneseno shttp://www.freebookcentre.net/physics-books-download/Elasticity-of-Fluid-Infiltrated-Porous-Solids-(Poroelasticity).html; ogled 11.6.2009)

• [7] Jonsson S, Segall P, Pedersen R, and Bjornsson G; Post-earthquake ground move-ments correlated to pore-pressure transients, 2003; Nature 424: 179-183.

• [8] Changes of Groundwater Level due to the 1999 Chi-Chi Earthquake in the ChoshuiRiver Alluvial Fan in Taiwan, by Yeeping Chia, Yuan-Shian Wang, Jessie J. Chiu,and Chen-Wuing Liu; Bulletin of the Seismological Society of America, 91, 5, pp.1062–1068, October 2001.

13