ExcelPSHA基于Excel的概率式地震危害度分析程式之开发及研究.PDFVIP

Excel PSHA: 基于Excel 的概率式地震危害度分析 程式之開發及研究 王瑞斌 香港科技大學土木及環境工程學系 摘要：概率式地震危害度分析以地震發生之时空關係為基礎，以概率的觀點評估 研究區域在未來某一時間內可能發生之強地動值大小與地震災害發生幾率。在學 界及工程實務中，此分析多藉由计算机程式輔助完成。以美國地質調查局研发的 计算机辅助分析软体为例，傳統PSHA 程式以Fortran 語言撰寫居多。本研究開 發出基於Microsoft Excel 的地震危害度计算程式Excel PSHA 。我們選擇Excel VBA 語言開發此技術程式之主要原因在於其作為微軟視窗內置程式所伴隨的廣 大用戶群及友好的使用界面，未來用戶僅需進一步將自定義 VBA 程式移植至 Excel PSHA 中即可進行個性化修改及分析計算。 本項研究另一項重要技術則為以經由Excel PSHA 程式計算及輸出的地震危 害圖。在區域性災害分析中，Excel PSHA 可依據不同風險水平，合理評估潛在 地震災害之分佈。此外，以瞭解場地之總地震危害主要來自于附近哪些主要震源 為目的，Excel PSHA 成功整合了參數解構方法，將超越某一地動值的年超越频 率拆解成各規模區間與距離區間的貢獻情形，并于Excel 界面實時輸出三維圖表。 此項研究成果為用戶提供直觀、易於使用的地震危害度分析工具，藉由少量震源 參數亦可作為工程實務中耐震設計之重要參考。 關鍵字：概率式地震危害度分析，Excel ， 地震災害 1. 引言 地震是人類所面臨的最大天然災害之一，但迄今為止，科學家仍無法有效地 預測地震發生的時間、位置和其大小。因而在工程應用中，普遍採用地震危害度 分析對工程場地可能遭受到的地震影響程度做出科學評價，並以概率式地震危害 度分析及確定性地震危害度分析最具代表性。發展于 1960 年代的概率式地震危 害度分析，在近數十年內迅速獲得廣泛認同并于地震災害評估中普遍應用[1-4]， 特別地，美國核管理委員會更以此種方法作為核電站耐震設計規範[5]。 確定性地震危害度分析作為計算機輔助分析，現有的計算工具如SEISRISK III 及 EZ-FRISK 皆由FORTRAN 程式編譯。相較于基於 Excel VBA 之程式， FORTRAN 程式之用戶使用難度遠甚於前者，而Excel 更可通過內置工具箱實現 實時結果及圖像顯示。誠然，我們不否認Excel VBA 計算效率之劣勢，而若不 執行大規模計算，實際應用中其完成一次運算所需時間與FORTRAN 無甚差異。 藉于此，在地球科學領域出現較多基於 Excel VBA 的程式以實現計算機輔助分 析及計算[6-9]。特別是Excel 作為微軟視窗環境的捆綁應用程序，其用戶可用 性具有極大優勢。 本研究開發出基於Excel 的計算程式Excel PSHA ，以實現地震危害度分析 這一地球科學中日益重要的課題。本文涵蓋計算分析方法之闡述，繼而深入探討 Excel PSHA 程式之開發方法。此外，本程式可靠性亦由概率式地震危害度分析 基準範例驗證[10]。 2. 概率式地震危害度分析之概述 概率式地震危害度分析考慮震源位置，震源深度，震源規模及強地動衰減式 之不確定性，對場地做出基於概率的地震災害評估。其表達式如下： NS NM ND       (y *,N , N , N ) v Pr Y  y * | m , d Pr M m Pr D d (1)   S M D i j k j k