แนวทางปฏิบัติในการป้องกันภัยพิบัติชายฝั่งทะเลอันดามันจากคลื่นสึนามิ


เครื่องตรวจจับการเกิดแผ่นดินไหวและคลื่นสึนามิ



              แนวสลายคลื่นแม้ไม่สามารถสลายคลื่นได้ทั้งหมดแต่จะลดความรุนแรงลงได้เป็นอย่างมากและในระยะยาวธรรมชาติจะปรับสภาพแวดล้อมในบริเวณนี้ให้กลายเป็นแนวปะการังที่แข็งแกร่งไปในที่สุด เพื่อให้ได้ผลในด้านความปลอดภัยมากยิ่งขึ้นและด้วยต้นทุนที่ต่ำสมควรใช้คู่กับระบบเฝ้าตรวจจับ วิเคราะห์และรายงานการเกิดสึนามิ ซึ่งจะประกอบด้วย 30 สถานีตรวจจับการเกิดสึนามิ ด้วย Infrasonic- Sensor ใต้น้ำ 6 ศูนย์วิเคราะห์และรายงานและ 1 ศูนย์สังเกตการณ์กลาง


ลักษณะและความมุ่งหมาย

                เครื่องตรวจจับแผ่นดินไหวและคลื่นสึนามิตามหลักการนี้มีลักษณะสำคัญคือ ประกอบด้วยภาชนะหรือบ่อเก็บน้ำขนาดใหญ่ต่อกับท่อขนาดเล็กที่บริเวณด้านล่างของภาชนะ ท่อนี้ในยามปกติเมื่อวางในแนวตั้งจะมีระดับน้ำใกล้เคียงกับระดับน้ำในบ่อ แต่เมื่อมีเหตุการณ์ผิดปกติเกิดขึ้นเช่น น้ำขึ้น-น้ำลง แผ่นดินไหว หรือการมาของคลื่นสึนามิ ( โดยวางท่อลงใต้น้ำในบริเวณชายฝั่งทะเล) ระดับน้ำจะเปลี่ยนแปลงไปจากเดิม
                วัตถุประสงค์หลักเพื่อเป็นการแจ้งเตือนภัยจากแผ่นดินไหวและคลื่นสึนามิล่วงหน้า ให้มีเวลามากพอที่จะป้องกันความสูญเสียในชีวิตและทรัพย์สิน
                วัตถุประสงค์ประการต่อมาเพื่อให้เป็นจุดเริ่มในการพัฒนาไปสู่ระบบแจ้งเตือนภัยพิบัติล่วงหน้า(Hazard Early- Warning system) ที่ถูกต้องและเชื่อถือได้อันจะเป็นประโยชน์แก่ประเทศชาติและชาวโลกต่อไป


สาขาวิทยาการที่เกี่ยวข้อง

                 เครื่องมือนี้เกี่ยวข้องกับการเกิดแผ่นดินไหวและคลื่นสึนามิโดยเฉพาะอย่างยิ่งจะเกี่ยวข้องโดยตรงกับ Infrasonic-Wave, Gravity-Wave และ Ground-Wave



ภูมิหลังของศิลปวิทยาการที่เกี่ยวข้อง

                 ได้มีการศึกษาอุปกรณ์ตรวจจับคลื่น Infrasound กันมาเป็นเวลานานกว่า 30 ปีแล้ว ในปัจจุบันมีสถานีสังเกตการณ์และตรวจจับคลื่น Infrasound อยู่ทั่วโลกแม้กระทั่งที่ขั้วโลกใต้ก็เช่นเดียวกัน อุปกรณ์ดังกล่าวมุ่งตรงไปที่การตรวจจับคลื่น Infrasound ในอากาศ แต่ประเทศไทยเป็นประเทศที่ได้รับภัยพิบัติโดยตรงจากคลื่นสึนามิ ซึ่งเกิดใต้น้ำ อันมีแหล่งกำเนิดจากรอยแยกของเปลือกโลกในบริเวณมหาสมุทรอินเดีย จึงต้องประดิษฐ์อุปกรณ์ดังกล่าวให้แตกต่างออกไปตามแนวทางของตัวเอง



ความแตกต่างของแรงโน้มถ่วง

                 ปรากฏการณ์น้ำขึ้น-น้ำลงวันละ 2 ครั้ง อันเนื่องมาจากความแตกต่างของแรงโน้มถ่วงจากดวงจันทร์หรือ Tidal-Force ทำให้เห็นได้ชัดเจนว่าน้ำมีผลโดยตรงกับแรงโน้มถ่วงหรือ Gravity-Force สามารถนำมาประดิษฐ์เครื่องตรวจจับความ เปลี่ยนแปลงอันเนื่องมาจาก Gravity-Wave ได้




Gravity-Scope (Copyright)

                 ลักษณะการทำงานของเครื่องตรวจจับความเปลี่ยนแปลงอัน เนื่องมาจากความแตกต่างของแรงโน้มถ่วงจากดวงจันทร์หรือ Tidal-Force ซึ่งเป็น Gravity-Wave อุปกรณ์นี้อาจเรียกได้ว่า Gravity-Scope เพราะมีลักษณะคล้าย กล้องโทรทัศน์หรือ Telescope ประกอบด้วยน้ำในภาชนะรูปทรงกระบอกใหญ่ที่ต่อเชื่อมกับท่อขนาดเล็ก โดยบริเวณตอนปลายท่อจะมีตัวปิดสามารถเคลื่อนที่ได้และต่อติดกับตัวต้านทานเปลี่ยนค่าได้ เพื่อนำไปขยายสัญญาณและประมวลผล ต่อไป ถ้ากำหนดให้พื้นที่หน้าตัดของกระบอกใหญ่เป็น a1,พื้นที่หน้าตัดของกระบอกเล็กเป็น a2 เมื่อน้ำในท่อใหญ่ได้รับแรงดึงดูดจากดวงจันทร์ก็จะเคลื่อนตัวไปเป็นระยะทาง h1 คิดเป็นปริมาตรน้ำ = a1xh1 เมื่อระบบเป็นระบบปิดจะทำให้น้ำในท่อกระบอกเล็กไหลไปแทนที่ในปริมาตรเท่ากัน คิดเป็นระยะทาง h2 คิดเป็นปริมาตรน้ำ =a2xh2 ทำให้ทราบอัตราขยายได้จาก a1xh1 = a2xh2

                 อัตราขยาย (Magnifying Factor) = h2/h1 หรือ =a1/a2




Infrasound/Gravity Sensor (Copyright)

                 ลักษณะการทำงานของเครื่องตรวจจับความเปลี่ยนแปลงอันเนื่องมาจาก Gravity-Wave ซึ่งเกิดจากดวงจันทร์ ซึ่งมีผลทำให้เกิดน้ำขึ้น-น้ำลง และ Gravity-Wave ซึ่งเกิดจากแผ่นดินไหว แผ่นดินถล่ม การบีบอัดตัวของเปลือกโลก และอื่นๆ ตัวอุปกรณ์ประกอบด้วยบ่อน้ำขนาด เส้นผ่าศูนย์กลาง 50 เมตร ความลึก 1 เมตร ที่ก้นบ่อด้านข้าง ต่อติดกับท่อน้ำขนาดเล็ก โดยบริเวณตอนปลายท่อจะมีตัวปิดที่สามารถเคลื่อนที่ได้และต่อติดกับตัวต้านทานเปลี่ยนค่าได้ด้วย Magnetic Coupling เพื่อนำไปขยายสัญญาณและประมวลผลและจัดเก็บโดย Computer Database สำหรับการวิเคราะห์หา Signature ของคลื่นต่อไป ในสภาวะปกติเครื่องจะมีระดับน้ำในท่อเล็กใกล้เคียงกับระดับน้ำในบ่อ เมื่อเกิดแผ่นดินไหวคลื่นสั่นสะเทือนอันเนื่องมาจากการเปลี่ยนแปลงแรงดึงดูดโลก (P-Wave) จะนำหน้ามาก่อนด้วยความเร็ว เสียงในตัวกลางที่เป็นของแข็ง หรือประมาณ 6,000 ก.ม. / ช.ม.เนื่องจากคลื่นนี้เป็น Gravity-Wave เคลื่อนที่ตามแนวนอน เห็นได้จากก่อนการเกิดแผ่นดินไหวบางคนจะรู้สึกวิงเวียนอันเป็นผลของน้ำหนักตัวเพิ่มและลดตามจังหวะของคลื่นที่ผ่านไปทั้งๆที่ทุกสิ่งทุกอย่างบนผิวโลกยังปกติเหมือนเดิม เมื่อคลื่นเคลื่อนที่ผ่านเครื่องตรวจจับน้ำในบ่อจะถูกดูดจากด้านล่างทำให้บริเวณกลางบ่อยุบลงส่วนด้านข้างจะเพิ่มสูงขึ้นทำให้น้ำในท่อสูงขึ้นด้วย ระดับน้ำจะเพิ่มขึ้นและลดลงเปลี่ยนแปลงไปตามจังหวะการเปลี่ยนแปลงของ Gravity-Wave ที่วิ่งผ่านด้านล่างไป สัญญาณที่ได้จะถูกเก็บไว้ใน Computer Database เพื่อการวิเคราะห์หา Signature ของคลื่นชนิดต่างๆ สัญญาณนี้อาจจะเป็นผลรวมของ น้ำขึ้น-น้ำลง ( Tidal-Wave ) , แผ่นดินไหวส่วนเตือนล่วงหน้า ( P-wave ), แผ่นดินไหวส่วนสั่นสะเทือน ( S-wave ), พายุฝนฟ้าคะนอง และการบีบอัดตัวของเปลือกโลกซึ่งเป็นภัยคุกคามในระยะยาว                 ในบ่อน้ำหนึ่งแห่งสามารถวางท่อได้เป็นจำนวนมากตามจุดมุ่งหมายของคลื่นแต่ละชนิดเช่นเมื่อต้องการตรวจจับคลื่น Infrasound ที่มาในอากาศอันเกิดจากพายุฝนฟ้าคะนอง พายุDepression ไฟป่า คลื่นความร้อน คลื่นความเย็น ฯลฯ ก็จำเป็นต้องปิดปลายท่อเล็ก เพื่อให้สามารถวัดความแตกต่างของความกดอากาศได้ โดยทำให้เป็นสูญญากาศที่มีระดับน้ำสูง 10.3 เมตรเท่ากับความกดดันของอากาศ (Super-Sensitive Barrometer)




Infrasound/Tsunami Sensor (Copyright)

                ลักษณะการทำงานของเครื่องตรวจจับความเปลี่ยนแปลงอันเนื่องมาจาก Infrasonic-Wave ซึ่งเกิดจาก ดวงจันทร์ ทำให้ทราบถึงน้ำขึ้น-น้ำลงInfrasonic-Wave ซึ่งเกิดจากแผ่นดินไหว การหักตัวของเปลือกโลก สึนามิ และอื่นๆ ตัวอุปกรณ์ประกอบด้วยท่อน้ำขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง 3 เมตร ยาว 6 เมตรนำลงไปวางใต้ท้องทะเลบริเวณชายฝั่ง ที่ปลายท่อต่อติดกับท่อน้ำขนาดเล็ก โดยบริเวณตอนปลายท่อจะมีตัวปิดที่สามารถเคลื่อนที่ได้และต่อติดกับตัวต้านทานเปลี่ยนค่าได้ด้วย แสง หรือ Magnetic Coupling เพื่อนำไปขยายสัญญาณและประมวลผลและจัดเก็บโดย Computer Database สำหรับการวิเคราะห์หา Signature ของคลื่นต่อไป ในสภาวะปกติเครื่องจะมีระดับน้ำในท่อเล็กใกล้เคียงกับระดับน้ำในทะเล เมื่อเกิดแผ่นดินไหว การหักตัวของรอยแยกของเปลือกโลกหรือการเกิดสึนามิ คลื่น Infrasound อันเนื่องมาจากเหตุการณ์ดังกล่าวจะวิ่งผ่านมาด้วยความเร็วเสียงในน้ำทะเลหรือประมาณ 1,480 ก.ม./ช.ม. สร้างแรงกดดันที่บริเวณปากท่อที่วางไว้ใต้ทะเลทำให้ระดับน้ำในท่อเล็กเพิ่มสูงขึ้นในขณะเดียวกันสภาวะน้ำขึ้น-น้ำลงยังคงมีผลโดยตรงกับอุปกรณ์ชนิดนี้อยู่จึงต้องหักล้างเพื่อวิเคราะห์หา Signature ของคลื่นต่างๆ ร่วมกับ อุปกรณ์ตรวจจับ Gravity-Wave ต่อไป




ลักษณะการเกิด Infrasonic-Wave

                ลักษณะการเกิด Infrasonic-Wave ซึ่งเกิดจากแผ่นดินไหวและการหักตัวของเปลือกโลก ในระยะใกล้จะยังคงเป็นคลื่นเสียงตามธรรมดาเมื่อคลื่นวิ่งผ่านน้ำต่อมาในระยะหนึ่ง รอยต่อระหว่างผิวดินและน้ำ หรือInterface จะทำหน้าที่เหมือนไดโอด (Diode) ในการ Rectified และคลื่นเสียงความถี่สูงๆจะถูกกรองให้สลายลงอย่างรวดเร็ว คงเหลือแต่ส่วนที่เป็น Envelope หรือ Infrasound ซึ่งจะวิ่งในลักษณะที่เรียกว่า Ground-Wave มาถึงเครื่องตรวจจับที่วางไว้ตามบริเวณชายฝั่งทะเลได้โดยแทบไม่มีการสูญเสียเลย



เครื่องตรวจจับคลื่นแผ่นดินไหวส่วนเตือนล่วงหน้า (Copyright)

                 วิธีการสร้างเครื่องตรวจจับคลื่นแผ่นดินไหวส่วนเตือนล่วงหน้า (P-wave) และ Gravity-Wave อื่นๆ เช่นน้ำขึ้น-น้ำลง ( Tidal-Wave) โดยหลักการวางแท่งยางหรือมวลสสารให้อยู่ในสภาพสมดุลด้วยแรงผลักของสนามแม่เหล็กให้สามารถเคลื่อนที่ได้ในแนวตั้งเท่านั้น ที่ฝาครอบจะติดหลอด LED Super-bright สีขาวเอาไว้ ส่วนที่แกนในจะติดตัวรับแสงคือ LDR (Light-Depended Resister) ขนาด 7 ม.ม. เอาไว้ 2ตัว ที่ตำแหน่งบนและล่างโดยจะใช้แผ่นเทปดำบังไว้ดังรูป ยามปกติตัวรับแสงจะถูกเทปดำบังแสงเอาไว้ทั้งคู่ ทำให้ค่าความต้านทานของ LDR ทั้งสองสูงประมาณ 1 M โอห์ม ในกรณีที่มีแรงดึงดูดจากด้านบน หรือจากดวงจันทร์ แรงดังกล่าวจะดึงแท่งยางให้ลอยขึ้น ตัวรับแสงตัวล่างจะยังคงถูกบังส่วนตัวบนจะสามารถรับแสงได้มากขึ้นตามลำดับเนื่องจากแผ่น เทปดำได้ติดอยู่บนแกนเดียวกับแท่งยางจึงเคลื่อนที่ไปพร้อมกับแท่งยาง ค่าความต้านทานของ LDR ตัวบน จะลดลงไปตามแรงดึงดูดที่มาจากด้านบน ค่านี้สามารถลดลงได้จนเกือบเป็น 0 โอห์ม ในกรณีที่เมื่อมีคลื่นแผ่นดินไหวส่วนเตือนล่วงหน้า (P-wave)วิ่งผ่านมาทางด้านล่าง น้ำหนักแท่งยางจะเพิ่มขึ้นและลดลงตามจังหวะของคลื่น Gravity- Wave ทำให้ตัวรับแสงทั้งคู่ ทำงานสลับกันไปตามความแรงของคลื่น สัญญาณจากตัวรับ แสงทั้งสองจะถูกแยกกันนำไปขยายแล้วแสดงผลด้วย LED VU-Meter 2 channels ที่มีขายเป็นชุด Kit ที่ประกอบแล้วในราคาถูก เพื่อบอกระดับความแรงของคลื่นทำให้ง่ายต่อการตีความต่อไป ลักษณะการตีความจะเป็นเพียงการแจ้งเตือนโดยแบ่งอออกเป็น 10 ระดับ ใน 3 โซนสีคือ เขียว เหลือง และแดง ให้ทราบระดับความรุนแรงไว้ล่วงหน้า ให้มีเวลาเตรียมตัวกันในระดับหนึ่งก่อนเหตุการณ์จริงที่ต้องประกาศเป็นทางการ







ระบบตรวจจับวิเคราะห์และรายงานการเกิดคลื่นสึนามิ



                ตามข้อมูลที่ทราบแล้วในเบื้องต้นเห็นได้ว่าการเกิดแผ่นดินไหวแต่เพียงอย่างเดียวไม่สามารถก่อให้เกิดสึนามิขนาดใหญ่เท่าที่เคยปรากฏในบริเวณชายฝั่งทะเลอันดามันได ้ดังนั้นการที่จะประเมินผลการเกิดสึนามิขนาดใหญ่จำเป็นต้องทราบให้ได้ว่ารอยแยกของเปลือกโลกใต้มหาสมุทรอินเดียได้เกิดการดีดตัวพร้อมกันขึ้นมาเป็นระยะทางยาวนับพันกิโลเมตรอีกครั้ง


สถานีเฝ้าฟังและระบบประเมินผลการเกิดคลื่นสึนามิ

                การจัดตั้งระบบจะวางอุปกรณ์ตรวจจับ Gravity-Wave และ Infrasonic-Wave ใต้น้ำ กระจายไว้เป็นแนวตามชายฝั่งทะเลอันดามัน โดยมีการส่งสัญญาณผ่านระบบ Internet มายังศูนย์ของแต่ละพื้นที่แบ่งตามจังหวัด คือ จ.ระนอง จ.พังงา จ.ภูเก็ต จ.กระบี่ จ.ตรัง และ จ.สตูล เพื่อตีความในการแจ้งเตือนและส่งต่อมายังส่วนกลางที่ กทม.และตามมหาวิทยาลัยต่างๆเพื่อ สังเกตการณ์และวิเคราะห์หา Signature ของคลื่นต่อไป


ลักษณะการทำงานของระบบ

                ระบบประเมินผลจะประกอบด้วยสถานีเฝ้าฟังคลื่นความถี่สั่นสะเทือนย่าน Infrasound ซึ่งอยู่ในช่วง 0.001-10 Hz คลื่นนี้เดินทางผ่านน้ำทะเลด้วยความเร็ว 1,430 กิโลเมตร/ชั่วโมง และจะเร็วถีง 6,000 กิโลเมตร/ชั่วโมง ภายในเปลือกโลก โดยแทบไม่ถูกลดทอนกำลังลงเลย คลื่นนี้เป็นคลี่นที่เกี่ยวเนื่องกับแรงดึงดูดโลกโดยตรง ดังนั้นการตรวจจับคลื่นที่เดินทางผ่านตัวกลางอากาศจึงทำได้ยากกว่าการตรวจจับคลื่นที่เดินทางผ่านตัวกลางน้ำทะเล ส่วนการตรวจจับคลื่นที่เดินทางผ่านตัวกลางภายในเปลือกโลกก็ทำได้ยากกว่าเช่นกันเนื่องจากคลื่นต้องเดินทางไปใน 3 มิติ ด้วยหลักการดังกล่าวจึงควรที่จะตรวจจับคลื่นที่เดินทางผ่านตัวกลางน้ำทะเลที่วิ่งเหนือผิวพื้นดินหรือ Ground Wave จะทำให้ได้ผลดีที่สุด
                 อุปกรณ์ตรวจจับคลื่น Infrasound ที่จะนำมาใช้งานประกอบด้วย ตัวตรวจจับการสั่นสะเทือน(p-wave)อันเนื่องมาจากแรงดึงดูดโลกเปลี่ยนแปลงจากการบีบอัดมวลสารและการแตกอย่างทันทีทันใดของเปลือกโลกในบริเวณรอยแยก ตัวตรวจจับชนิดนี้มีความจำเป็นมากและจะเป็นตัวเริ่มต้นของกระบวนการตรวจจับคลื่น Infrasound ใต้น้ำเพื่อประเมินผลจาก Signature Database และรายงาน
                 ศูนย์วิเคราะห์และรายงานประจำท้องถิ่นจะนำสัญญานทั้งหมดที่ได้รับรายงานมาพิจารณาถ้าปรากฏว่ามีสัญญานคลื่น Infrasound อย่างรุนแรงและยาวนานต่อเนื่องเกิดขึ้น 3 ใน 5 สถานีหลังเกิด Gravity-Wave ให้สั่งเตรียมพร้อม และประสานกับศูนย์อื่นๆเพื่อตรวจสอบและการแจ้งเตือนการมาของคลื่นสึนามิต่อไป



การวางระบบและอุปกรณ์ตรวจจับ-วิเคราะห์และรายงานการเกิดคลื่นสึนามิ

                 การวางระบบจะวางอุปกรณ์ตรวจจับคลื่น Gravity-Wave และ Infrasound ใต้น้ำไว้คู่กันกระจายเป็นแนวตามชายฝั่ง โดยมีการส่งสัญญานมายังศูนย์ของแต่ละพื้นที่โดยแบ่งตามจังหวัด คือ จ.ระนอง จ.พังงา จ.ภูเก็ต จ.กระบี่ จ.ตรัง และ จ.สตูล เพื่อตีความในการแจ้งเตือนและส่งต่อมายังส่วนกลางเพื่อสังเกตุการณ์ต่อไป การจัดวางสามารถทำได้โดยกระจายตามพื้นที่และเกาะต่างๆตลอดแนวชายฝั่งทะเลอันดามัน