Learn

การประเมินภัยพิบัติแผ่นดินไหว (Seismic Hazard Analysis)

นิยาม

โดยคำจำกัดความ คำว่า ภัยพิบัติแผ่นดินไหว (seismic hazard) หมายถึง ระดับแรงสั่นสะเทือนของพื้นดินในแต่ละพื้นที่ ในขณะที่คำว่า เสี่ยงภัยแผ่นดินไหว (seismic risk) หมายถึง ระดับความเสี่ยงภัยต่อชีวิตและทรัพย์สินของมนุษย์ ซึ่งประเมินจากมูลค่าหรือความสำคัญของชีวิตและทรัพย์สินของมนุษย์ในแต่ละพื้นที่ซึ่งมีโอกาสได้รับภัยพิบัติแผ่นดินไหว ดังนั้นในทาง วิทยาคลื่นไหวสะเทือน หรือ แผ่นดินไหววิทยา (seismology) คำว่า ภัยพิบัติแผ่นดินไหว และ เสี่ยงภัยแผ่นดินไหว จึงมีความหมายแตกต่างกัน และพื้นที่ภัยพิบัติแผ่นดินไหวสูงจึงไม่จำเป็นต้องเป็นพื้นที่เสี่ยงภัยสูง เช่น แหล่งกำเนิดแผ่นดินไหวที่มีพฤติกรรมการเกิดแผ่นดินไหวสูงแต่อยู่กลางป่าลึก แปลความว่า ภัยพิบัติแผ่นดินไหวสูงแต่เสี่ยงภัยต่ำ เนื่องจากมีโอกาสเกิดแผ่นดินไหวขนาดใหญ่และมีแรงสั่นสะเทือนแผ่นดินไหวรุนแรงแต่ไม่กระทบต่อชีวิตและทรัพย์สินของมนุษย์ ในขณะที่แหล่งกำเนิดแผ่นดินไหวมีพฤติกรรมการเกิดแผ่นดินไหวต่ำแต่อยู่ใกล้กับชุมชนเมือง แปลความว่า ภัยพิบัติแผ่นดินไหวต่ำแต่เสี่ยงภัยสูง เนื่องจากมีแรงสั่นสะเทือนแผ่นดินไหวไม่รุนแรงแต่อาจสร้างความเสียหายให้กับชีวิตและทรัพย์สินของมนุษย์ เป็นต้น

ภัยพิบัติแผ่นดินไหว จากแผ่นดินไหวขนาด 6.4 ประเทศไต้หวัน (ที่มา : www.shwemom.com)

การประเมินภัยพิบัติแผ่นดินไหว (Seismic Hazard Analysis, SHA) (Kramer, 1996) คือ การประเมินระดับแรงสั่นสะเทือนแผ่นดินไหว (ground shaking) ที่มีโอกาสเกิดขึ้นในแต่ละพื้นที่ในอนาคต โดยแสดงอยู่ในรูปแบบของอัตราเร่งสูงที่สุดบนพื้นดิน (Peak Ground Acceleration, PGA) (หน่วย g หรือ gal) ซึ่งกำหนดให้ 1g = 9.81 เมตร/วินาที2 คือ อัตราเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วงของโลก ในขณะที่ 1gal = 1 เซนติเมตร/วินาที2 = 1/981g = 0.001g

แผนที่โลกแสดงการกระจายตัวเชิงพื้นที่ของระดับภัยพิบัติแผ่นดินไหว (USGS, 2010)

ตัวแปรที่พิจารณา

ในการประเมินภัยพิบัติแผ่นดินไหว นักแผ่นดินไหวกำหนดตัวแปรที่จำเป็นต่อการประเมินภัยพิบัติแผ่นดินไหว 3 ตัวแปร ได้แก่

1) แหล่งกำเนิดแผ่นดินไหว (earthquake source) พิจารณาทั้งรูปร่างและพฤติกรรมการเกิดแผ่นดินไหว ซึ่งในการพิจารณาแหล่งกำเนิดแผ่นดินไหวที่อาจส่งผลกระทบด้านแรงสั่นสะเทือนแผ่นดินไหวต่อพื้นที่ศึกษาใดๆ Gupta และคณะ (2002) นำเสนอให้ขยายพื้นที่พิจารณาเพิ่มเติมจากพื้นที่ศึกษาออกไปอย่างน้อย 300 กิโลเมตร (Gupta และคณะ, 2002) เช่น การประเมินภัยพิบัติแผ่นดินไหวในประเทศไทยควรขยายพื้นที่พิจารณาแหล่งกำเนิดแผ่นดินไหวออกไปคลอบคลุมถึงประเทศพม่า อินโดนีเซียและประเทศลาว เป็นต้น

ปัจจัยที่จำเป็นสำหรับการประเมินภัยพิบัติแผ่นดินไหว (Kramer, 1996) 1) แหล่งกำเนิดแผ่นดินไหว 2) แบบจำลองการลดทอนแรงสั่นสะเทือนแผ่นดินไหวและ 3) การตอบสนองแรงสั่นสะเทือนแผ่นดินไหว

2) แบบจำลองการลดทอนแรงสั่นสะเทือนแผ่นดินไหว (strong-ground motion attenuation model) โดยธรรมชาติ เมื่อคลื่นไหวสะเทือนเดินทางออกจากจุดศูนย์กลางแผ่นดินไหวผ่านตัวกลางต่างๆ แรงสั่นสะเทือนแผ่นดินไหวจะลดทอนลงตามระยะห่างจากจุดศูนย์กลางแผ่นดินไหวที่มากขึ้น ซึ่งลักษณะการลดทอนของแรงสั่นสะเทือนแผ่นดินไหวจะแตกต่างกันขึ้นอยู่กับลักษณะเฉพาะทางธรณีวิทยาในแต่ละพื้นที่ ดังนั้นในการประเมินภัยพิบัติแผ่นดินไหวในพื้นที่ใดๆ จึงจำเป็นต้องเลือกใช้แบบจำลองการลดทอนแรงสั่นสะเทือนแผ่นดินไหวที่เหมาะสม

3) การตอบสนองแรงสั่นสะเทือนแผ่นดินไหวในพื้นที่ (site respond) นอกจากนี้นักแผ่นดินไหวพบว่าในบางกรณี แรงสั่นสะเทือนแผ่นดินไหวสามารถเพิ่มขึ้น ซึ่งปัจจัยสำคัญของการเพิ่มขึ้นของแรงสั่นสะเทือนแผ่นดินไหว คือ ลักษณะเฉพาะของดินหรือตะกอนที่ปกคลุมชั้นหินแข็งในแต่ละพื้นที่ เช่น องค์ประกอบและความหนาของชั้นดิน

จากทั้ง 3 ปัจจัย ดังที่อธิบายในข้างต้น นักแผ่นดินไหวนำเสนอวิธีการประเมินภัยพิบัติแผ่นดินไหว 2 วิธี คือ การประเมินภัยพิบัติแผ่นดินไหวด้วยวิธีกำหนดค่าและวิธีความน่าจะเป็น ซึ่งทั้ง 2 วิธี ประเมินจากตัวแปรด้านแผ่นดินไหวที่คล้ายกัน แต่มีความแตกต่างกันทั้งวิธีการ ผลลัพธ์และจุดประสงค์การใช้ผลการประเมินภัยพิบัติแผ่นดินไหวดังกล่าว

การประเมินภัยพิบัติแผ่นดินไหว (seismic hazard analysis) คือ การประเมินระดับแรงสั่นสะเทือนของพื้นดินในแต่ละพื้นที่ที่มีโอกาสเกิดขึ้นในแต่ละพื้นที่ในอนาคตในรูปแบบของอัตราเร่งสูงที่สุดบนพื้นดิน โดยพิจารณาจาก 1) ตำแหน่ง รูปร่างและพฤติกรรมของแหล่งกำเนิดแผ่นดินไหว 2) ลักษณะการลดทอนแรงสั่นสะเทือนแผ่นดินไหวและ 3) การตอบสนองแรงสั่นสะเทือนแผ่นดินไหวในพื้นที่

การประเมินภัยพิบัติแผ่นดินไหวด้วยวิธีกำหนดค่า

การประเมินภัยพิบัติแผ่นดินไหวด้วยวิธีกำหนดค่า (Deterministic Seismic Hazard Analysis, DSHA) (Hull และคณะ, 2003) เป็นแนวคิดการประเมินภัยพิบัติแผ่นดินไหวสูงที่สุดที่สามารถเกิดขึ้นได้ (worst-case scenario) ในแต่ละพื้นที่ โดยพิจารณาจาก 1) แผ่นดินไหวขนาดใหญ่ที่สุดที่สามารถเกิดขึ้นได้ (maximum credible earthquake, MCE) และ 2) แผ่นดินไหวดังกล่าวเกิดใกล้กับพื้นที่ศึกษามากที่สุดเท่าที่สามารถเกิดขึ้นได้ ซึ่งแนวคิดดังกล่าวนิยมใช้ประเมินภัยพิบัติแผ่นดินไหวในพื้นที่สำคัญ เช่น โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ เขื่อน หรืออาคารสูง เป็นต้น โดยการประเมิน DSHA ประกอบด้วย 4 ขั้นตอน ได้แก่

ขั้นตอนการประเมิน DSHA (Hull และคณะ, 2003)

1) วิเคราะห์รูปร่างและตำแหน่งแหล่งกำเนิดแผ่นดินไหวทั้งหมดที่อาจส่งผลกระทบต่อพื้นที่ศึกษา รวมทั้งประเมินค่า MCE ในแต่ละแหล่งกำเนิดแผ่นดินไหวดังกล่าว (ขั้นตอนที่ 1) ซึ่งรูปร่างของแหล่งกำเนิดแผ่นดินไหวขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อมทางธรณีแปรสัณฐาน เช่น แผ่นดินไหวที่เกิดจากการประทุของภูเขาไฟมีจุดศูนย์กลางแผ่นดินไหวกระจุกตัวอยู่เป็นกลุ่มบริเวณภูเขาไฟ ในการประเมินภัยพิบัติแผ่นดินไหวจึงกำหนดให้เป็น แหล่งกำเนิดแผ่นดินไหวแบบจุด (point source) ในกรณีของแผ่นดินไหวที่เกิดตามแนวรอยเลื่อน นักแผ่นดินไหวจำแนกเป็น แหล่งกำเนิดแผ่นดินไหวแบบเส้น (line source) นอกจากนี้แผ่นดินไหวอาจเกิดกระจายตัวในพื้นที่กว้างและมีจุดศูนย์กลางแผ่นดินไหวไม่สัมพันธ์กับภูเขาไฟหรือรอยเลื่อนอย่างชัดเจน ในทางวิทยาคลื่นไหวสะเทือนประเมินว่าเป็น แหล่งกำเนิดแผ่นดินไหวแบบพื้นที่ (area source) เรียกว่า เขตกำเนิดแผ่นดินไหว (seismic source zone) หมายถึง กรอบพื้นที่ซึ่งประเมินว่ามีพฤติกรรมการเกิดแผ่นดินไหวเหมือนกันในทุกพื้นที่ย่อยภายในเขตกำเนิดแผ่นดินไหว

2) ประเมินระยะทางจากแหล่งกำเนิดแผ่นดินไหวถึงพื้นที่ศึกษา (ขั้นตอนที่ 2) โดยแหล่งกำเนิดแผ่นดินไหวแบบจุดสามารถตรวจวัดระยะทางระหว่างแหล่งกำเนิดแผ่นดินไหวและพื้นที่ศึกษาได้โดยตรง ในขณะที่แหล่งกำเนิดแผ่นดินไหวแบบเส้นหรือแบบพื้นที่ นักแผ่นดินไหวแบ่งเส้นหรือพื้นที่ออกเป็นพื้นที่ย่อยและตรวจวัดระยะทางจากในแต่ละพื้นที่ย่อยของแหล่งกำเนิดแผ่นดินไหวถึงพื้นที่ศึกษา หลังจากนั้นคัดเลือกระยะทางที่ใกล้ที่สุดเป็นตัวแทนของระยะทางจากแหล่งกำเนิดแผ่นดินไหวถึงพื้นที่ศึกษา

3) ประเมินแรงสั่นสะเทือนแผ่นดินไหวในรูปแบบของค่า PGA จากค่า MCE และระยะทางที่ใกล้ที่สุดระหว่างแหล่งกำเนิดแผ่นดินไหวถึงพื้นที่ศึกษา (ขั้นตอนที่ 3) โดยใช้แบบจำลองการลดทอนแรงสั่นสะเทือนแผ่นดินไหวที่เหมาะสมกับพื้นที่ศึกษา

4) เปรียบเทียบค่า PGA ที่ประเมินได้จากแหล่งกำเนิดแผ่นดินไหวต่างๆ และคัดเลือกค่า PGA สูงที่สุดเป็นตัวแทนภัยพิบัติแผ่นดินไหวในพื้นที่ศึกษา (ขั้นตอนที่ 4)

จากการศึกษางานวิจัยในอดีต Pailoplee (2009) ประเมิน DSHA ที่อาจส่งผลกระทบต่อกรุงเทพมหานคร จากแหล่งกำเนิดแผ่นดินไหว 55 รอยเลื่อน ซึ่งกระจายตัวอยู่ทั้งภายในประเทศไทยและพื้นที่ข้างเคียง (รูป ก; Pailoplee และคณะ, 2009a) โดยประเมินค่า MCE ในแต่ละรอยเลื่อนจากความยาวสูงที่สุดของรอยเลื่อน (หน่วย กิโลเมตร) และปรับเทียบเป็นขนาดแผ่นดินไหว (หน่วย Mw) ตามสมการความสัมพันธ์ระหว่างความยาวรอยเลื่อนและขนาดแผ่นดินไหว ซึ่งนำเสนอโดย Wells และ Coppersmith (1994) หลังจากนั้นตรวจวัดระยะทางที่ใกล้ที่สุดจากรอยเลื่อนต่างๆ ถึงกรุงเทพมหานคร และประเมิน DSHA โดยใช้แบบจำลองการลดทอนแรงสั่นสะเทือนแผ่นดินไหวของ Idriss (1993) โดยผลการประเมิน DSHA บ่งชี้ว่าในแต่ละรอยเลื่อนส่งผลกระทบด้านแรงสั่นสะเทือนแผ่นดินไหวต่อกรุงเทพมหานคร แตกต่างกัน ซึ่งรอยเลื่อนเจดีย์สามองค์เป็นรอยเลื่อนที่อยู่ใกล้กับกรุงเทพมหานครมากที่สุดและสามารถสร้างภัยพิบัติแผ่นดินไหวสูงที่สุดต่อกรุงเทพมหานคร (PGA = 0.12g) จากการประเมิน DSHA

แผนที่ภูมิภาคอาเซียนแผ่นดินใหญ่แสดง (ก) รอยเลื่อน (Pailoplee และคณะ, 2009a) (ข) เขตกำเนิดแผ่นดินไหว (Pailoplee และ Choowong, 2013)
กราฟแสดง ค่า MCE (หน่วย Mw) ระยะทางใกล้ที่สุดจากแหล่งกำเนิดแผ่นดินไหวถึงพื้นที่ศึกษา (หน่วย กิโลเมตร) และ แรงสั่นสะเทือนแผ่นดินไหว (หน่วย g) จากการประเมิน DSHA โดยพิจารณา 55 รอยเลื่อนที่อาจส่งผลกระทบต่อกรุงเทพมหานคร (Pailoplee, 2009)

นอกจากนี้ Pailoplee (2014e) ประเมิน DSHA ในบริเวณเขื่อนขนาดใหญ่จำนวน 19 เขื่อน ที่ตั้งอยู่ตามแม่น้ำโขง (ตารางด้านล่าง) ผลการประเมินบ่งชี้ว่าเขื่อนต่างๆ มีโอกาสได้รับแรงสั่นสะเทือนแผ่นดินไหวสูงที่สุดแตกต่างกัน (PGA = 0.09-0.44g) โดยเขื่อนที่มีภัยพิบัติแผ่นดินไหวสูงที่สุด คือ เขื่อนหลวงพระบาง เขื่อนไซยะบุรีและเขื่อนปากลาย (Pak Lay) ทางตอนเหนือของประเทศลาว โดยมีค่า PGA ประมาณ 0.41-0.44g และเขื่อนที่มีความปลอดภัยที่สุดจากภัยพิบัติแผ่นดินไหว คือ เขื่อนบ้านกุ่ม (Ban Koum) เขื่อนลาดสัว (Lat Sua) เขื่อนดอนสะโฮง (Don Sahong) เขื่อนสตรึงเตรง (Stung Treng) และเขื่อนสมโบร์ (Sambor) ทางตอนใต้ของประเทศลาว รวมทั้งเขื่อนต้าเฉาซาน (Dachaochan) และเขื่อนนัวซาดู (Nuozhadu) ในประเทศจีน ซึ่งมีค่า PGA = 0.09-0.16g ในขณะที่เขื่อนอื่นๆ มีค่า PGA อยู่ในช่วง 0.23-0.36g

ตาราง ผลการประเมิน DSHA และ PSHA (หน่วย g) จากเขื่อนที่ตั้งอยู่ตามแม่น้ำโขง (Pailoplee, 2014e)

หมายเหตุ: 1) POE คือ โอกาสที่แรงสั่นสะเทือนแผ่นดินไหว ≥ PGA ดังกล่าว และ 2) MMI คือ ความรุนแรงแผ่นดินไหวตามมาตราเมอร์คัลลีแปลง

ลำดับ เขื่อน DSHA 2% POE 50 ปี 10% POE 50 ปี 2% POE 100 ปี 10% POE 100 ปี
1. กองกัวเคียว (Gongguoqiao) 0.36 0.66 0.39 0.80 0.50
2. เสี่ยววาน (Xiaowan) 0.36 0.66 0.39 0.80 0.49
3. ม่านวาน (Manwan) 0.32 0.66 0.39 0.80 0.49
4. ต้าเฉาซาน (Dachaochan) 0.16 0.66 0.39 0.80 0.49
5. นัวซาดู (Nuozhadu) 0.15 0.66 0.39 0.80 0.49
6. จิงหง (Jinghong) 0.31 0.68 0.42 0.81 0.52
7. กันลันบา (Ganlanba) 0.30 0.67 0.42 0.81 0.51
8. เมืองสอง (Mengsong) 0.28 0.67 0.41 0.80 0.51
9. ปากเบง (Pak Beng) 0.27 0.67 0.40 0.81 0.50
10. หลวงพระบาง (Luang Phabang) 0.44 0.66 0.40 0.80 0.50
11. ไซยบุรี (Xayabouri) 0.41 0.66 0.40 0.80 0.50
12. ปากลาย (Pak Lay) 0.44 0.66 0.40 0.80 0.50
13. สานะคาม (Sanakham) 0.29 0.66 0.39 0.80 0.50
14. ปากชม (Pak Chom) 0.23 0.66 0.39 0.80 0.50
15. บ้านกุ่ม (Ban Koum) 0.09 0.66 0.39 0.80 0.49
16. ลาดสัว (Lat Sua) 0.09 0.66 0.39 0.80 0.49
17. ดอนสะโฮง (Don Sahong) 0.09 0.66 0.39 0.80 0.49
18. สตรึงเตรง (Stung Treng) 0.09 0.66 0.39 0.80 0.49
19. สมโบร์ (Sambor) 0.09 0.66 0.39 0.80 0.49

การประเมินภัยพิบัติแผ่นดินไหวด้วยวิธีความน่าจะเป็น

การประเมินภัยพิบัติแผ่นดินไหวด้วยวิธีความน่าจะเป็น (Probabilistic Seismic Hazard Analysis, PSHA) (Cornell, 1968) เป็นการประเมินภัยพิบัติแผ่นดินไหวโดยใช้แนวคิดความน่าจะเป็นช่วยในการประเมินผล เช่น ความน่าจะเป็นของการเกิดแผ่นดินไหวขนาดต่างๆ ความน่าจะเป็นของระยะทางจากแหล่งกำเนิดแผ่นดินไหวถึงพื้นที่ศึกษารวมทั้งความน่าจะเป็นจากความไม่แน่นอนของการลดทอนแรงสั่นสะเทือนแผ่นดินไหว โดยการประเมิน PSHA ประกอบด้วย 4 ขั้นตอน ได้แก่

ขั้นตอนการประเมิน PSHA (Kramer, 1996)

1) จำแนกรูปร่างแหล่งกำเนิดแผ่นดินไหว เช่นเดียวกับการประเมิน DSHA หลังจากนั้นประเมินระยะทางจากแหล่งกำเนิดแผ่นดินไหวถึงพื้นที่ศึกษาในรูปแบบของความน่าจะเป็นในแต่ละระยะทาง (ขั้นตอนที่ 1) โดยแบ่งแหล่งกำเนิดแผ่นดินไหวออกเป็นพื้นที่ย่อยและตรวจวัดระยะทางในแต่ละพื้นที่ย่อยถึงพื้นที่ศึกษา หลังจากนั้นประเมินความน่าจะเป็นในแต่ละระยะทางที่พิจารณา ซึ่งก แสดงผลการประเมินความน่าจะเป็นของระยะทางจากรอยเลื่อนแม่ทาถึงจังหวัดเชียงใหม่ โดยแบ่งออกเป็น 50 กรณีศึกษา พบว่าระยะทางจากรอยเลื่อนแม่ทาถึงจังหวัดเชียงใหม่อยู่ในช่วง 23-105 กิโลเมตร ซึ่งความน่าจะเป็นส่วนใหญ่ของระยะทางอยู่ในช่วง 30-55 กิโลเมตร

กราฟแสดงความน่าจะเป็นของ (ก) ระยะทางจากรอยเลื่อนแม่ทาถึงจังหวัดเชียงใหม่ (ข) ขนาดแผ่นดินไหวที่มีโอกาสเกิดขึ้นจากรอยเลื่อนแม่ทา (สันติ ภัยหลบลี้ และคณะ, 2553)

2) ประเมินความน่าจะเป็นของการเกิดแผ่นดินไหวในแต่ละขนาดของแหล่งกำเนิดแผ่นดินไหวต่างๆ(ขั้นตอนที่ 2) ซึ่งประเมินในเบื้องต้นจากฐานข้อมูลแผ่นดินไหวที่ตรวจวัดได้จากเครื่องมือตรวจวัดแผ่นดินไหว โดยวิเคราะห์ ค่า a และค่า b จากสมการความสัมพันธ์ การกระจายตัวความถี่-ขนาดแผ่นดินไหว (Frequency-Magnitude Distribution, FMD) หรือที่นักแผ่นดินไหวบางกลุ่มวิจัย เรียกว่า สมการกูเต็นเบิร์ก-ริกเตอร์ (Gutenberg-Richter Relationship) ซึ่งเป็นตัวแปรสำคัญในการประเมิน PSHA

อย่างไรก็ตามสืบเนื่องจากฐานข้อมูลแผ่นดินไหวที่ตรวจวัดได้จากเครื่องมือตรวจวัดแผ่นดินไหวบันทึกเหตุการณ์แผ่นดินไหวในช่วง 40-60 ปี ประกอบกับธรรมชาติของการเกิดแผ่นดินไหวขนาดใหญ่ที่มีคาบอุบัติซ้ำการเกิดแผ่นดินไหวที่ยาวนาน โดยเฉพาะแผ่นดินไหวที่มีขนาด ≥ 6.0-7.0 Mw ดังนั้นในบางกรณีศึกษา นักแผ่นดินไหวพบว่าฐานข้อมูลแผ่นดินไหวที่ตรวจวัดได้จากเครื่องมือตรวจวัดแผ่นดินไหวไม่บันทึกเหตุการณ์แผ่นดินไหวขนาดใหญ่ จึงไม่แสดงพฤติกรรมการเกิดแผ่นดินไหวทั้งหมดอย่างแท้จริงของแหล่งกำเนิดแผ่นดินไหว

ดังนั้นเพื่อที่จะประเมินโอกาสเกิดแผ่นดินไหวในแต่ละขนาดให้ถูกต้องแม่นยำ Schwartz และ Coppersmith (1984) และ Youngs และ Coppersmith (1985) จึงนำเสนอแบบจำลองการประเมินพฤติกรรมหรือโอกาสเกิดแผ่นดินไหวในแต่ละขนาด เรียกว่า แบบจำลองแผ่นดินไหวลักษณะเฉพาะ (characteristic earthquake model) โดยพิจารณาทั้งฐานข้อมูลแผ่นดินไหวที่ตรวจวัดได้จากเครื่องมือตรวจวัดแผ่นดินไหวร่วมกับบันทึกทางธรณีวิทยาหรือข้อมูลธรณีวิทยาแผ่นดินไหว เช่น อัตราเลื่อนตัวของรอยเลื่อนและพื้นที่ปริแตกของรอยเลื่อน

แบบจำลองแผ่นดินไหวลักษณะเฉพาะ ซึ่งประเมินความน่าจะเป็นของการเกิดแผ่นดินไหวจากฐานข้อมูลแผ่นดินไหวที่ตรวจวัดได้จากเครื่องมือตรวจวัดแผ่นดินไหวและข้อมูลธรณีวิทยาแผ่นดินไหว(Youngs และ Coppersmith, 1985)

รูป ข (รูปด้านบน) แสดงผลการประเมินความน่าจะเป็นของการเกิดแผ่นดินไหวขนาดต่างๆ ของรอยเลื่อนแม่ทา โดยแบ่งขนาดแผ่นดินไหวที่พิจารณาอยู่ในช่วง 4.2-6.6 Mw ออกเป็น 10 กรณีศึกษา บ่งชี้ว่าแผ่นดินไหวขนาด 4.2-6.0 Mw มีโอกาสเกิดลดลงจาก 0.23 (23%) ถึง 0.04 (4%) สอดคล้องกับพฤติกรรมการเกิดแผ่นดินไหว ตามสมการความสัมพันธ์ FMD (.1ข) หลังจากนั้น แผ่นดินไหวขนาด 6.3-6.6 Mw มีโอกาสเกิดคงที่ประมาณ 0.03 (3%) สอดคล้องกับแบบจำลองแผ่นดินไหวลักษณะเฉพาะ (Youngs และ Coppersmith, 1985)

3) ประเมินค่า PGA (หน่วย g หรือ gal) จากแบบจำลองการลดทอนแรงสั่นสะเทือนแผ่นดินไหวที่เหมาะสมกับพื้นที่ศึกษา (ขั้นตอนที่ 3) โดยพิจารณาจากทุกกรณีศึกษาของระยะทางและขนาดแผ่นดินไหวที่ประเมินได้จากขั้นตอนที่ 1-2 ซึ่งค่า PGA ที่ประเมินได้ในแต่ละกรณีศึกษาของระยะทาง (r) และขนาดแผ่นดินไหว (m) ดังกล่าว กำหนดให้เป็นค่าเฉลี่ย (PHA ในสมการด้านล่าง) ของแรงสั่นสะเทือนแผ่นดินไหวที่มีโอกาสเกิดขึ้น โดยมีส่วนเบี่ยงเบนมาตรฐาน (SD) จากความไม่แน่นอนของการลดทอนแรงสั่นสะเทือนแผ่นดินไหว (ค่า SD แตกต่างกันในแต่ละแบบจำลองการลดทอนแรงสั่นสะเทือนแผ่นดินไหว) หลังจากนั้นกำหนดช่วงกรณีศึกษาของแรงสั่นสะเทือนแผ่นดินไหว (A0) ซึ่ง Pailoplee และ Palasri (2014) กำหนดให้อยู่ในช่วง 0.005-2.995g และสร้างกราฟแสดงการกระจายตัวแบบบัวซองก์ (Poison distribution, F) ของความน่าจะเป็นของการเกิดค่า PGA ≥ A0 ที่พิจารณา ดังแสดงในสมการ (1)

สมการ (1)

4) สร้างกราฟภัยพิบัติแผ่นดินไหว (seismic hazard curve) (ขั้นตอนที่ 4) ซึ่งเป็นกราฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่างความน่าจะเป็น (แกน Y) ของการเกิดค่า PGA ≥ A0 ที่พิจารณา (แกน X) โดยประเมินความน่าจะเป็นโดยรวมจากทั้งความน่าจะเป็นของระยะทาง ขนาดแผ่นดินไหวและความไม่แน่นอนของแบบจำลองการลดทอนแรงสั่นสะเทือนแผ่นดินไหว ดังแสดงในสมการ (2-3)

สมการ (2)
สมการ (3)

กำหนดให้ lamda(A ≥ A0) คือ ความน่าจะเป็นของการเกิดค่า PGA ≥ A0 ที่พิจารณา (probability of exceedance, POE) ในขณะที่ fRi(r) คือ ความน่าจะเป็นของระยะทาง r จากแหล่งกำเนิดแผ่นดินไหวถึงพื้นที่ศึกษา (ขั้นตอนที่ 1) ส่วนในกรณีของ fMi(m) คือ ความน่าจะเป็นของการเกิดแผ่นดินไหวขนาด m (ขั้นตอนที่ 2) และ P[A(m,r) ≥ A0 | m,r] คือ ความน่าจะเป็นจากความไม่แน่นอนของแบบจำลองการลดทอนแรงสั่นสะเทือนแผ่นดินไหว ที่ประเมินจากกรณีศึกษาระยะทาง r และแผ่นดินไหวขนาด m (ขั้นตอนที่ 3) โดยกำหนดให้ ni คือ อัตราการเกิดแผ่นดินไหวโดยรวมของแหล่งกำเนิดแผ่นดินไหว i จากแหล่งกำเนิดแผ่นดินไหวที่พิจารณาทั้งหมด Ns แหล่งกำเนิด และ alpha และ beta คือ ค่าคงที่และสัมพันธ์กับค่า a และค่า b จาก สมการความสัมพันธ์ FMD

 รูปด้านล่าง แสดงตัวอย่างผลการประเมิน PSHA และสร้างกราฟภัยพิบัติแผ่นดินไหว (Pailoplee และ Charusiri, 2016) บ่งชี้ว่าจังหวัดกาญจนบุรีมีภัยพิบัติแผ่นดินไหวสูงที่สุด ในขณะที่จังหวัดตาก เชียงราย เชียงใหม่ และจังหวัดภูเก็ต มีความน่าจะเป็นของการเกิดค่า PGA ในแต่ละระดับลดลงตามลำดับ ซึ่งเมื่อเปรียบเทียบกับจังหวัดอื่นๆ ดังที่อธิบายในข้างต้น กราฟภัยพิบัติแผ่นดินไหวบ่งชี้ว่ากรุงเทพมหานครมีภัยพิบัติแผ่นดินไหวต่ำที่สุด โดยมีความน่าจะเป็น 0.00001 ครั้ง/ปี ที่จะได้รับค่า PGA ≥ 0.05g หรือแปลความว่า กรุงเทพมหานครมีคาบอุบัติซ้ำที่ค่า PGA ≥ 0.05g ในทุก 100,000 ปี (1/0.00001) จากการประเมิน PSHA

กราฟภัยพิบัติแผ่นดินไหว (seismic hazard curve) แสดงความสัมพันธ์ระหว่างความน่าจะเป็นและแรงสั่นสะเทือนแผ่นดินไหว ประเมินที่บางจังหวัดของประเทศไทย (Pailoplee และ Charusiri, 2016)

อย่างไรก็ตามการประเมิน PSHA ดังกล่าว เป็นการประเมินค่า PGA โดยอนุมานว่าจังหวัดต่างๆ ตั้งอยู่บนชั้นหินแข็ง (rock site condition) หรือพิจารณาเฉพาะปัจจัยที่ 1-2 ใน ซึ่งหากพิจารณาการตอบสนองแรงสั่นสะเทือนแผ่นดินไหว (ปัจจัยที่ 3 ใน) อำนาจ ยานุวิริยะกุล และ สุทธิศักดิ์ ศรลัมพ์ (2552) ประเมินว่ากรุงเทพมหานครและพื้นที่ข้างเคียงสามารถเพิ่มหรือขยายแรงสั่นสะเทือนแผ่นดินไหวได้ 2-3 เท่า เมื่อเปรียบเทียบกับแรงสั่นสะเทือนแผ่นดินไหวที่เดินทางในชั้นหินแข็ง

นอกจากกราฟภัยพิบัติแผ่นดินไหว ซึ่งนำเสนอความสัมพันธ์ระหว่างความน่าจะเป็นหรือคาบอุบัติซ้ำที่แรงสั่นสะเทือนแผ่นดินไหว ≥ PGA ระดับต่างๆ ที่พิจารณา นักแผ่นดินไหวยังนิยมแสดงผลการประเมิน PSHA ในรูปแบบของค่า PGA (หน่วย g หรือ gal) ที่มีโอกาส P% ที่แรงสั่นสะเทือนแผ่นดินไหว ≥ PGA ดังกล่าว ในอีก T ปี (P% POE ในอีก T ปี) ดังแสดงในสมการ (4) (Kramer, 1996)

สมการ (4)

กำหนดให้ PHC คือ ความน่าจะเป็นจากกราฟภัยพิบัติแผ่นดินไหว เช่น หากต้องการแสดงผลการประเมินในรูปแบบของค่า PGA ที่มีโอกาส 10% POE ในอีก 50 ปี ความน่าจะเป็นของกราฟภัยพิบัติแผ่นดินไหว (PHC) = -ln(1-0.1)/50 = 0.0021 ซึ่งจากกราฟภัยพิบัติแผ่นดินไหวที่ได้จากการประเมิน PSHA ของกรุงเทพมหานคร บ่งชี้ว่ากรุงเทพมหานครมีความน่าจะเป็น 0.0021 ที่จะได้รับค่า PGA ≥ 0.02g แปลความว่า ในอีก 50 ปี กรุงเทพมหานครมีโอกาส 10% ที่แรงสั่นสะเทือนแผ่นดินไหว ≥ 0.02g เป็นต้น ซึ่งปัจจุบัน นักแผ่นดินไหวนิยมแสดงผลการประเมิน PSHA โดยพิจารณาค่า PGA ที่มีโอกาส 2% และ 10% POE ในอีก 50 ปี (Kramer, 1996)

นอกจากนี้ Kramer (1996) นำเสนอการแสดงผลการประเมิน PSHA ในรูปแบบของโอกาส (หน่วย %) ที่แรงสั่นสะเทือนแผ่นดินไหว ≥ PGA ที่พิจารณา ในอีก T ปี ดังแสดงในสมการ (5) (Kramer, 1996)

สมการ (5)

 เช่น หากต้องการแสดงผลการประเมินในรูปแบบของโอกาสที่กรุงเทพมหานครจะได้รับค่า PGA ≥ 0.02g ในอีก 50 ปี ซึ่งเมื่อพิจารณาค่า PGA ≥ 0.02g ใน พบว่ามีความน่าจะเป็น 0.0021 ดังนั้น โอกาสที่กรุงเทพมหานครจะได้รับค่า PGA ≥ 0.02g ในอีก 50 ปี (P) = (1-e-(0.0021×50))x100 = 90% เป็นต้น

Share: