ความมั่นคงปลอดภัยของเขื่อนชลประทานจากแรงกระทำแผ่นดินไหว
ภัยพิบัติจากแผ่นดินไหวก่อให้เกิด ความเสียหายต่อชีวิตและทรัพย์สินจำนวนมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งแรงกระทำแผ่นดินไหวต่อโครงสร้างเขื่อน ประเทศไทยเป็นประเทศเกษตรกรรม มีเขื่อนเพื่อการชลประทานใช้งานอยู่มากกว่า 4,000 เขื่อน ในอดีตประเทศไทยไม่มีเหตุการณ์แผ่นดินไหวที่รุนแรงที่สร้างความเสียหายให้แก่เขื่อน มาตรฐานการออกแบบเขื่อนจึงยังมีข้อจำกัดด้านความมั่นคงปลอดภัย เนื่องจากเขื่อนเพื่อการชลประทานส่วนใหญ่เป็นเขื่อนขนาดกลางและขนาดเล็ก การออกแบบไม่ได้คำนึงถึงผลกระทบของวัสดุตัวเขื่อนจากแรงกระทำแผ่นดินไหวในเชิงพลศาสตร์
ด้วยเล็งเห็นความสำคัญของปัจจัยที่มีผลต่อการต้านทานแรงกระทำแผ่นดินไหวและแนวทางป้องกันผลกระทบจากแผ่นดินไหวต่อเขื่อนเพื่อการชลประทานในประเทศไทย ผศ.ดร.สุทธิศักดิ์ ศรลัมพ์ และคณะวิจัยจากศูนย์วิจัยและพัฒนาวิศวกรรมปฐพีและฐานราก ภาควิชาวิศวกรรมโยธา คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ จึงได้ทำการศึกษาผลกระทบของแผ่นดินไหวต่อเขื่อนเพื่อการชลประทานในประเทศไทย โดยมุ่งเน้นที่เขื่อนขนาดกลางและขนาดเล็ก ศึกษาคุณสมบัติทางพลศาสตร์ของชั้นวัสดุถมตัวเขื่อนและชั้นฐานรากที่ก่อสร้างเขื่อนชลประทานในประเทศไทย ศึกษาปัจจัยด้านองค์ประกอบตัวเขื่อนที่มีผลต่อพฤติกรรมการตอบสนองทางพลศาสตร์ของเขื่อนต่อแรงกระทำแผ่นดินไหว เพื่อศึกษาถึงอันตรายเนื่องจากการขยายความรุนแรงของชั้นดินตะกอนฐานรากที่ส่งผลถึงความปลอดภัยของเขื่อนต่อแรงกระทำแผ่นดินไหวร่วมกับหน่วยงานที่เกี่ยวข้องปรับปรุงข้อกำหนดในการออกแบบ ชนิดและองค์ประกอบเขื่อนที่เหมาะสมในการป้องกันการเกิดความเสียหายจากแรงกระทำแผ่นดินไหว
รูปทรงทั่วไปของหน้าตัดเขื่อนดินถมเนื้อเดียวและเขื่อนดินถมแบ่งส่วนที่ใช้ในการวิเคราะห์
ตัวอย่างการวิเคราะห์ค่า Kh และ Ky ของเขื่อน
งานวิจัยนี้ได้ทำการศึกษาเขื่อนดินเพื่อการชลประทาน ที่มีความสูงไม่เกิน 30 เมตร ในบริเวณพื้นที่เสี่ยงภัยแผ่นดินไหว 2ก และ 2ข ตามแผนที่เสี่ยงภัยแผ่นดินไหวของกรมทรัพยากรธรณี ปี 2550 จากแบบก่อสร้าง 79 เขื่อนที่ศึกษา ประกอบด้วยเขื่อนดินถมแบ่งส่วน 58 เขื่อน และเขื่อนดินถมเนื้อเดียว 21 เขื่อน โดยมีการแบ่งกลุ่มตามความสูงเขื่อนและชนิดชั้นกรอง ทำการวิเคราะห์ทางพลศาสตร์โดยศึกษาองค์ประกอบตัวเขื่อนที่เกี่ยวข้องกับการต้านทานแรงกระทำแผ่นดินไหวที่สำคัญ ได้แก่ ระยะเผื่อต้องสูงมากเพียงพอต่อการทรุดตัวในขณะรับแรงสั่นไหว สันเขื่อนและแกนเขื่อน ต้องไม่เกิดรอยแตกภายใน ชั้นกรองต่างๆ สามารถควบคุมการกัดเซาะภายในและยังทำงานได้เมื่อสันเขื่อนทรุดตัว รวมถึงตัวเขื่อนที่ต้องไม่เกิดการเลื่อนไถลและเคลื่อนตัวมากจนเกิดการไหลล้นข้ามสันเขื่อน ทั้งในระหว่างและหลังจากต้านทานแรงกระทำแผ่นดินไหว
Mode shape ของการเคลื่อนตัวในแนวราบของเขื่อนดินถมเนื้อเดียวและเขื่อนดินถมแบ่งส่วน
แรงเฉือนที่เกิดจากแรงกระทำแผ่นดินไหว M3 ที่ Peak time ของเขื่อน
การศึกษารูปแบบและองค์ประกอบเขื่อน จากแบบก่อสร้างนี้ ต้องจำลองรูปแบบเขื่อนในการวิเคราะห์การตอบสนองของเขื่อนทางพลศาสตร์ให้ครอบคลุมกับรูปแบบเขื่อนที่มีอยู่จริงในประเทศไทย จากแบบก่อสร้างจำนวน 79 เขื่อน ซึ่งองค์ประกอบของเขื่อนที่สัมพันธ์กับขนาดและรูปร่างของแบบจำลอง และนำมาพิจารณาร่วมกับขนาดขององค์ประกอบที่ทำให้เขื่อนมีความแข็งแรงน้อยที่สุดเมื่อต้านทานแรงกระทำแผ่นดินไหว แต่ไม่น้อยกว่าเกณฑ์ที่กรมชลประทานกำหนดไว้ ข้อมูลแผ่นดินไหวที่ใช้ในการวิเคราะห์ในงานวิจัยได้มาจากฐานข้อมูลของ PEER ซึ่งทำการคัดเลือกจากขนาด 5-6 และ 6-7 ริกเตอร์ ที่ระยะทางไม่เกิน 30 และ 60 กิโลเมตร ซึ่งเป็นคลื่นที่ตรวจวัดได้ในชั้นหิน
แรงเฉือนที่เกิดจากแรงกระทำแผ่นดินไหว M3 ที่ Peak time ของเขื่อน
ผลจากการรวบรวมข้อมูลเพื่อจัดทำฐานข้อมูลเขื่อน สามารถเก็บข้อมูลได้จำนวน 478 เขื่อน ทั้งเขื่อนขนาดใหญ่ ขนาดกลางและขนาดเล็ก โดยข้อมูลประกอบด้วยรหัสเขื่อน ชื่อเขื่อน ละติจูดและลองติจูดที่ตั้ง พิกัดแผนที่ ชื่อตำบล อำเภอและจังหวัดที่ตั้งเขื่อน ประเภทของเขื่อน ความสูง ความยาว ความจุของอ่างเก็บน้ำ และปีที่ก่อสร้างเสร็จ ระยะห่างที่น้อยที่สุดจากเขื่อนถึงชุมชนท้ายน้ำและจำนวนประชากรที่อาศัยในแหล่งชุมชน
การเคลื่อนตัวที่แตกต่างกันบริเวณสันเขื่อนดินถมแบ่งส่วน
จากข้อมูลที่ได้นี้พบว่ามีเขื่อนที่ตั้งอยู่เขตเสี่ยงภัยแผ่นดินไหว (2ข) จำนวน 18 เขื่อนตั้งอยู่บริเวณเสี่ยงภัยปานกลาง (เขต 2ก) จำนวน 97 เขื่อน ตั้งอยู่บริเวณเสี่ยงภัยน้อย (เขต 1) จำนวน 40เขื่อน และมีเขื่อนที่ตั้งอยู่ในพื้นที่ไม่เสี่ยงต่อการเกิดแผ่นดินไหว (เขต 0) จำนวน 111 เขื่อน โดยส่วนใหญ่เป็นเขื่อนดินถมจำนวน 262 เขื่อน เป็นเขื่อนอายุตั้งแต่ 6-35 ปี (นับถึง พ.ศ. 2549) จำนวน 197 เขื่อนโดยเขื่อนส่วนใหญ่มีความสูง 5-15 เมตร จำนวน 149 เขื่อน มีปริมาณเก็บกัก 2.1-100 ล้านลูกบาศก์เมตร จำนวน 142 เขื่อน มี 260 เขื่อนที่มีหมู่บ้านตั้งอยู่ใกล้เขื่อนภายใน 5 กิโลเมตร โดยส่วนใหญ่แต่ละเขื่อนมีประชากรอาศัยอยู่ในแหล่งชุมชนประมาณ 260-3600 คน
ผลการศึกษาหน้าตัดเขื่อนที่ได้ดำเนินการก่อสร้างจริงจาก 79 เขื่อนของกรมชลประทาน พบว่า 74% เป็นเขื่อนดินถมแบ่งส่วน มีความสูง 15-40 เมตร อีก 26% เป็นเขื่อนดินถมเนื้อเดียว สูง 15-30 เมตร ส่วนใหญ่มีขนาดสันเขื่อนกว้าง 8 เมตร มีชั้นกรองทั้งแบบ Horizontal, Vertical และ Chimney กว้าง 2 เมตร ทั้งเขื่อนดินถมเนื้อเดียวและเขื่อนดินถมแบ่งส่วนมีความลาดชันด้านเหนือน้ำ 1:3 และความลาดชันด้านท้ายน้ำ 1:2.5 ซึ่งองค์ประกอบดังกล่าวมีความสำคัญต่อการต้านทานแรงกระทำแผ่นดินไหว โดยทั้งหมดมีขนาดตามเกณฑ์ของกรมชลประทาน (2545)
ผลการศึกษาคุณสมบัติพื้นฐานและคุณสมบัติทางวิศวกรรมของวัสดุถมตัวเขื่อน พบว่าแต่ละองค์ประกอบเขื่อนประกอบด้วยดินหลายประเภท
ผลการศึกษาความมั่นคงปลอดภัยของเขื่อนเพื่อการชลประทานในประเทศไทยจากแรงกระทำแผ่นดินไหวโดยการวิเคราะห์การตอบสนองทางพลศาสตร์ด้วยแบบจำลองคณิตศาสตร์ โดยให้แรงแผ่นดินไหวกระทำในแนวราบ(Kh)มีหน่วยเป็นจำนวนเท่าของค่าความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วงของโลก(g) และค่า Kh ที่ทำให้อัตราส่วนความลาดชันเท่ากับ 1 เรียกว่า Yield acceleration (Ky) ผลการวิจัยพบว่าค่า Ky ของเขื่อนดินถมอยู่ระหว่าง 0.54g ถึง0.63g และเขื่อนดินถมแบ่งส่วนมีค่าระหว่าง 0.4g ถึง 0.43g ซึ่งมีค่าสูงกว่าค่า Kh ที่ใช้ในการออกแบบเขื่อนในประเทศไทยมาก ทำให้สรุปเบื้องต้นได้ว่า เขื่อนที่จำลองรูปแบบขึ้นนี้มีอัตราส่วนความปลอดภัยผ่านตามเกณฑ์มาตรฐาน โอกาสที่ตัวเขื่อนขนาดกลางและขนาดเล็กในประเทศไทยจะเสียหายเนื่องจากแรงสั่นสะเทือนจากแผ่นดินไหวจะมีน้อย ในขณะที่ผลการวิเคราะห์ค่าการทรุดตัวของตัวเขื่อน พบว่าค่าการทรุดตัวของตัวเขื่อน มีการเคลื่อนตัวหรือมีความเสียหายไม่มากนักภายใต้การรับแรงกระทำแผ่นดินไหวตามค่าในแบบจำลองที่ใช้ในงานวิจัยนี้
![]() |
ที่มาข้อมูล : โครงการวิจัยทุนอุดหนุนวิจัย มก.
หัวหน้าโครงการ : ผศ.ดร.สุทธิศักดิ์ ศรลัมพ์ ผู้ร่วมวิจัย : นายชิโนรส ทองธรรมชาติ นายมนตรี จินากุลวิพัฒน์ นางสาวบัญชรี คำมา นายเมฆ เมฆขาว นายคมจักร กลิ่นภักดี นายเจษฎา เฟื่องอักษร น.ส.ศิริลักษณ์ ศิริสิงห์ ศูนย์วิจัยและพัฒนาวิศวกรรมปฐพีและฐานราก ภาควิชาวิศวกรรมโยธา คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์
เรียบเรียง : ฝ่ายเผยแพร่งานวิจัย สถาบันวิจัยและพัฒนาแห่ง มก. โทร. 02 561 1474 e-mail : rdiwan@ku.ac.th |
ผศ.ดร.สุทธิศักดิ์ ศรลัมพ์ |